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1、核 酸(nucleic acid),是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。,核酸的分类及分布,存在于细胞核和线粒体内。,存在于胞核、胞液和线粒体。,携带遗传信息，决定细胞和个体的遗传型(genotype)。,参与遗传信息的复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。,第一节 核酸的化学组成及一级结构 The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid,核酸的基本组成单位是核苷酸 (nucleotide)。,碱基,戊糖,磷酸,核苷酸,核苷,核酸,DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸 。 RNA的基本组
2、成单位是核糖核苷酸 。,嘌呤,嘧啶,碱基,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,胸腺嘧啶（T）,尿嘧啶（U）,DNA、RNA均有,DNA有,RNA有,一、核苷酸的结构,每种核酸都含有四种碱基 。,嘌呤(purine),腺嘌呤(adenine, A),鸟嘌呤(guanine, G),碱 基,嘧啶(pyrimidine),胞嘧啶(cytosine, C),尿嘧啶(uracil, U),胸腺嘧啶(thymine, T),五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨基的互变异构。这两种异构体的平衡关系受介质酸碱环境的影响。,戊 糖,（构成RNA）,核糖(ribose),（构成DNA）,脱氧核糖(deo
3、xyribose),碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷(nucleoside) （或脱氧核苷）。,核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸： dAMP, dGMP, dTMP, dCMP,核苷（脱氧核苷）和磷酸以酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。,多磷酸核苷酸： NMP，NDP，NTP,环化核苷酸: cAMP，cGMP,二、核酸的一级结构,定义 核酸中核苷酸的排列顺序。 由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。,核苷酸之间以3 , 5 -磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。,C,G,A,书写方法,DNA 与RNA的区别,第二节 DNA的空间结构与功
4、能Dimensional Structure and Function of DNA,一、 DNA的二级结构 双螺旋结构 Double Helix,（一）DNA双螺旋结构的研究背景,碱基组成分析 Chargaff 规则：A = T G = C,碱基的理化数据分析 A-T、G-C以氢键配对较合理,DNA纤维的X-线衍射图谱分析,已知的核酸化学数据,（二） DNA双螺旋结构模型要点,1. 两条链反向平行，围绕同一中心轴构成右手双螺旋 (double helix)。螺旋直径2nm，表面有大沟和小沟。 2. 磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧，碱基垂直于螺旋轴而伸入内侧。每圈螺旋含10个碱基对 (bp)，
5、螺距为3.4nm。,碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行,3. 两条链通过碱基间的氢键相连，A对T有两个氢键，C对G有三个氢键，这种A-T、C-G配对的规律，称为碱基互补规则。 4. 维持双螺旋稳定的因素：横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力。,碱基互补配对,T,A,G,C,（三）DNA双螺旋结构的多样性,Z型DNA,B型DNA,A型DNA,二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装,（一）DNA的超螺旋结构,超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。,正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同,负超螺旋
6、(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反,意义 DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。,（二）原核生物DNA的高级结构,（三）DNA在真核生物细胞核内的组装,真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是 核小体(nucleosome)。,核小体的组成 DNA：约200bp 组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4,串珠状核小体结构,Apoptosis(凋亡）and Chromatin degradation-DNA ladders,凋亡(apoptosis)或程序化死亡的显著特征是细胞内出现凋亡小体(apo
7、ptotic body)。凋亡小体的出现是由染色质DNA断裂所致。染色体DNA断裂后形成许多长度约为n x (180-200)bp (n=1,2,3,4) 的DNA片断的电泳照相显示为阶梯状，成为调亡DNA Ladder，是细胞凋亡的无可争辩的特征。,160-200bp,160-200bp,DNA ladders,Nucleosomes cut by Enzyme,串珠状核小体,DNA双螺旋片段,染色质纤维,伸展形染色质片段,密集形染色质片段,整个染色体,核小体,螺线管,真核生物染色体DNA组装,三、DNA的功能,DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命
8、遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。,基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。,第三节 RNA的结构与功能,Structure and Function of RNA,动物细胞内主要RNA的种类及功能,一 、信使RNA的结构与功能,内含子 (intron),* mRNA成熟过程,外显子 (exon),* mRNA结构特点,1. 大多数真核mRNA的5末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。,2. 大多数真核mRNA的3末端有一个多聚腺苷酸 (polyA)结构，称为多聚A尾。,帽子
9、结构,mRNA核内向胞质的转位 mRNA的稳定性维系 翻译起始的调控,帽子结构和多聚A尾的功能,mRNA的功能：作为蛋白质合成的模板。,* tRNA的一级结构特点 含稀有碱基较多 3末端为 CCA-OH 5末端大多数为G 由7090个核苷酸组成,二、转运RNA的结构与功能,稀有碱基,* tRNA的二级结构 三叶草形,氨基酸臂,额外环,* tRNA的三级结构 倒L形,* tRNA的功能 活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。,* rRNA的结构,三、核蛋白体RNA的结构与功能,* rRNA的功能 参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。,核糖体的组成,四 、其他小分子RNA及RNA组学
10、,除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA (small non-messenger RNAs，snmRNAs)。,snmRNAs,snmRNAs的种类 核内小RNA (snRNA) 核仁小RNA (snoRNA) 胞质小RNA (scRNA) 催化性小RNA 小片段干扰 RNA (siRNA),snmRNAs的功能 参与hnRNA和rRNA的转录后加工和转运以及基因表达过程的调控等。,是研究细胞中snmRNAs的种类、结构和功能的科学。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs的表达具有时间和空间特异性。,R
11、NA组学 (RNomics),核酸的理化性质 The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid,第 四 节,一、核酸的一般理化性质,核酸为多元酸，具有较强的酸性； DNA是线性高分子，粘度极大； 在260nm波长有最大吸收峰，是由碱基的共轭双键决定的。这一特性常用作核酸的定性、定量分析。,1. DNA或RNA的定量 OD260=1.0相当于 50 g/ml双链DNA 40 g/ml单链DNA（或RNA） 20 g/ml寡核苷酸 2.判断核酸样品的纯度 DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8 RNA纯品: OD260/OD280
12、= 2.0,OD260的应用,二、DNA的变性(denaturation),定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。,变性因素：过量酸，碱，加热等。,变性后理化性质的主要改变：,OD260增高 粘度下降,DNA变性的本质是双链间氢键的断裂,DNA的紫外吸收光谱,增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。,解链曲线：在连续加热DNA的过程中以温度对A260值作图，所得的曲线称为解链曲线。,Tm：紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度(melting temperature, Tm)。其大小与G+C含量成正比。,三、DNA的复性与分子杂
13、交,DNA复性(renaturation)的定义 在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。,减色效应 DNA复性时，其溶液OD260降低。,热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing) 。,热变性的DNA在复性过程中，具有碱基序列部分互补的不同的DNA之间或DNA与RNA之间形成杂化双链的现象。,核酸分子杂交 (hybridization)：,变性,复性,复性,核酸分子杂交的应用 研究DNA分子中某一种基因的位置 定两种核酸分子间的序列相似性 检测某些专一序列在待检样品中存在与否 是基因芯片技术的基础,第五节 核 酸 酶 Nuclease,
