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1、主要内容：介绍核酸的分类和化学组成，重点讨论DNA和RNA的结构特征，初步认识核酸的结构特征与其功能的相关性；介绍核酸的主要理化性质和核酸研究的一般方法。,第三章 核酸化学,核酸的发现和研究历史,1869 Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein）,后称为核酸（nucleic acid） 1944 Avery 等通过肺炎球菌转化试验证明DNA是遗传物质 1953 Watson和Crick提出DNA结构的双螺旋模型 1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则 70年代 建立DNA重组技术 80年代以后 分子生物学、分子遗传学等学科突飞猛进发
2、展，实施人类基因组计划（HGP）,1869年Miescher博士论文工作中测定淋巴细胞蛋白质组成时, 发现了不溶于稀酸和盐溶液的沉淀物, 并在所有细胞的核里都找到了此物质, 故命名核质(Nuclein)。,核酸研究简史,1879年Kossel经过10年的努力, 搞清楚核质中有四种不同的组成部分: A,T, C和G。 1889年Altman建议将核质改名为“核酸”, 并且已经认识到“核质” 乃“核酸” 与蛋白质的复合体。,1944年Avery重做1928年Griffith的细菌转化实验，证明DNA是遗传物质。,1952年Hershey & Chase的噬菌体感染实验进一步证明DNA是遗传物质。,
3、核酸功能、分类和分布,脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）:遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为类核的结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。 核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）：主要参与遗传信息的传递和表达过程，细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者。另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离
4、的RNA分子，还发现有些RNA具生物催化作用（ribozyme）。,第一节 核酸的组成成份,一、核酸组成,核蛋白,蛋白质,核酸,核苷酸（n个）,磷酸,核苷,戊糖：核糖/脱 氧核糖,碱基：嘌呤/嘧啶,（一）、化学组成,1、碱基,嘧啶碱,胞嘧啶C,胸腺嘧啶T,尿嘧啶U,嘌呤碱,腺嘌呤A,鸟嘌呤G,2、戊糖,核糖,脱氧核糖,基本碱基结构和命名,嘌呤,嘧啶,Adenine (A),Guanine (G),Cytosine (C),Uracil (U),Thymine (T),核糖和脱氧核糖,（二）、核苷（核糖+碱基）,戊糖,C-1,上的羟基与嘧啶碱上的,N-1,或嘌呤碱的,N-9,连接而成的糖苷键,（
5、三）、核苷酸（核苷+磷酸）,5-磷酸酯，类型有：AMP、GMP、CMP、UMP、dAMP、dGMP、dCMP、dTMP,常见（脱氧）核苷酸的结构和命名,鸟嘌呤核苷酸（GMP）,尿嘧啶核苷酸（UMP）,胞嘧啶核苷酸（CMP）,腺嘌呤核苷酸（AMP）,脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）,脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）,脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）,脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）,几种稀有核苷酸,碱基、核苷、核苷酸的关系,Nitrogenous base,Pentose sugar,Phosphate,第二节 脱氧核糖核酸的结构,一、DNA的一级结构,1、定义-各核苷酸残基沿多核苷酸链排 列的顺序。,2、特
6、征：,3-5磷酸二酯键,3、核酸的表示方法：线条式、文字式、字母式,DNA 的一级结构, DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3-5磷酸二酯键）和排列顺序叫做DNA的一级结构，简称为碱基序列。一级结构的走向的规定为53。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。,DNA一级结构的表示法,第三节 DNA的空间结构,（一）、DNA的二级结构,Watson和Crick于1952年提出的 双螺旋结构模型,1、双螺旋结构模型的主要证据,X光衍射数据、碱基成对的原则,（1）DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结
7、构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为53，而另一条链的方向为35。,1、DNA双螺旋结构模型的要点,（2）嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成90角。,（3）螺旋横截面的直径约为2 nm，每条链相邻两个碱基平面之间的距离为0.34 nm，每10个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为3.4 nm。,（4）双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。 碱基的相互结合具有严格的配对规律，A-T，G-C结合，这种配对关系，称为碱基互补。A T间形成两个氢键，G C 间 三个氢键。 在DNA分子中，嘌呤碱基的总
8、数与嘧啶碱基的总数相等。,（5）、大沟和小沟,3、维持双螺旋结构稳定的因素,碱基堆积力、氢键等,4、DNA双螺旋的种类,* 总结, 氢键 碱基堆集力 磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和 碱基处于疏水环境中,DNA的双螺旋结构稳定因素,DNA双螺旋构象的类型,A-DNA,第四节 DNA的三级结构,在细胞内，由于DNA分子与其它分子（主要是蛋白质）的相互作用，使DNA双螺旋进一步扭曲形成的高级结构.,超螺旋结构,负超螺旋,正超螺旋,*真核生物中DNA和蛋白质如何组成染色单体的结构？,核小体：组蛋白+DNA,组蛋白与DNA的结合,真核生物染色体DNA组装不同层次的结构,DNA （2nm）,核小体
9、链（ 11nm，每个核小体200bp）,纤丝（ 30nm，每圈6个核小体）,突环（ 150nm，每个突环大约75000bp）,玫瑰花结（ 300nm ，6个突环）,螺旋圈（ 700nm，每圈30个玫瑰花）,染色体（ 1400nm， 每个染色体含10个玫瑰花200bp）,第六节 RNA的结构和功能,一、RNA 的分类及功能,1、核糖体RNA（rRNA),蛋白质生物合成的场所-核糖体的主要成分,2、转移RNA（t RNA）,转移活化的氨基酸,3、信使RNA（m RNA ）,转录DNA上的遗传信息，并指导蛋白质的生物合成,二、RNA的结构,1、一级结构,2、空间结构：,RNA是短的含不完全螺旋区的多
10、核苷酸单链,* t RNA的三叶草型二级结构,* t RNA的倒L型三级结构,RNA的一级结构,RNA分子中各核苷之间的连接方式（3-5磷酸二酯键）和排列顺序叫做RNA的一级结构,RNA与DNA的差异 DNA RNA 糖 脱氧核糖 核糖 碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基 含稀有碱基,第七节 核酸的性质,一、一般性质,自然状态、,溶解性、,粘度、,沉降行为、,酸性,二、紫外吸收性质：,在260nm处有一最大吸收峰值,DNA的紫外吸收光谱,天然DNA 变性DNA 核苷酸总吸收值,1 2 3,220,240,260,280,0.1,0.2,0.3,0.4,波长（nm）,光吸收,1,2,3,三、
11、核酸的变性和复性,（一）、变性,1、定义-,2、引起变性的原因,3、熔点Tm及影响Tm值的因素,（二）、复性,* 分子杂交,（三）、降解,分子杂交的原理示意图,不同来源的DNA单链间或单链DNA与RNA之间只要有碱基配对的区域，在复性时可形成局部双螺旋区，称核酸分子杂交（hybridization）制备特定的探针（probe）通过杂交技术可进行基因的检测和定位研究。实例：southern印迹法,核酸的变性、复性和杂交,变性：在物理、化学因素影响下， DNA碱基对间的氢键断裂，双螺旋解开，这是一个是跃变过程，伴有A260增加（增色效应）,DNA的功能丧失。 复性：在一定条件下，变性DNA 单链间
12、碱基重新配对恢复双螺旋结构，伴有A260减小（减色效应）,DNA的功能恢复。,Tm：熔解温度（melting temperature）,DNA的变性发生在一个很窄的温度范围内，通常把热变性过程中A260达到最大值一半时的温度称为该DNA的熔解温度，用Tm表示。 Tm的大小与DNA分子中（G+C）的百分含量成正相关，测定Tm值可推算核酸碱基组成及判断DNA纯度。,1,2,3,第八节 核酸的序列测定,（一）、sanger双脱氧链终止法,Cambridge的F. Sanger在1977年发明用双脱氧链终止法测定单链DNA的序列。,反应体系组成：待测单链DNA ，模板，引物，四种dNTP(其中一种用3
13、2P/35S标记) 终止剂(ddNTP)，DNA聚合酶 Sanger发明：两次获得诺贝尔奖 分别得到ddA ddT ddG ddC结尾的片段,补充 核酸的衍生物,一、ATP类化合物的生理功能,1、体内RNA、DNA合成的原料,2、参与能量代谢,3、参与特定的代谢过程,4、作为辅酶的结构成分,二、环状核苷酸,cAMP-第二信使,腺苷酸及其多磷酸化合物,AMP Adenosine monophosphate,ADP Adenosine diphosphate,ATP Adenosine triphosphate,酵母tRNA Ala 的二级结构,3,5,双螺旋：WastonCrick模型的主要内容
14、是：分子是由条多核苷酸链组成，每条链都围绕同一中心轴形成螺旋，两条链方向相反，即一条链中的磷酸二酯键连接的核苷酸方向为 3，另一条链则为3 5，两条链中所含的碱基在双螺旋内侧通过氢键形成互补的碱基对（A=T，G=C），每一碱基对位于同一平面上，并垂直于对称轴，相邻碱基对螺旋36度，即每10个碱基对旋转360度，相邻碱基之间距离为0.34nm，双螺旋之间距离为2nm。,腺苷(AR) 脱氧胞苷(dCR),1,N9-糖苷键 1,N1-糖苷键,1,1,N9,N1,“稀有核苷”是由“稀有碱基”所生成的核苷。,假尿苷（） 1,C5-糖苷键,1,C5,超螺旋结构,负超螺旋：,给予DNA的扭曲张力有利于DNA
15、解旋，（使DNA越拧越松）,负超螺旋 右旋,正超螺旋：,给予DNA的扭曲张力使DNA缠绕得更紧，（使DNA越拧越紧）,正超螺旋 左旋,(1)氨基酸接受区 包含有tRNA的3-末端和5-末端， 3-末端的最后3个核苷酸残基都是CCA，A为核苷。氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中起携带氨基酸的作用。 (2)反密码区 与氨基酸接受区相对的一般含有7个核苷酸残基的区域，其中正中的3个核苷酸残基称为反密码,(3)二氢尿嘧啶区 该区含有二氢尿嘧啶。 (4) TC区 该区与二氢尿嘧啶区相对， 假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环(TC)由7个核苷酸组成，通过由5对碱基组成的双螺旋区(TC臂)与tRNA的其余部分相连。除个别例外，几乎所有tBNA在此环中都含有TC 。 (5)可变区 位于反密码区与TC区之间，不同的tRNA该区变化较大。,核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链结构的过程。,核酸的变性,变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂，所以它的一级结构(碱基顺序)保持不变。 能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。 RNA本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为所引起的性质变化没有DNA那样明显。,测序过程 1.模板与引物杂交 2.引物的
