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1、第 二 章 核酸的结构和功能,广东顺德职业技术学院 陆建林,主要内容,学习要点,掌握核苷、核苷酸、核酸变性和Tm概念。 掌握两类核酸的化学组成特点。 掌握核酸的一级结构及其连接方式，DNA二级结构的要点。 掌握mRNA、tRNA 、rRNA的结构特点及其功能。 熟悉核酸复性及分子杂交概念。,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。,核酸的发现和研究工作进展,1868年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素” 1944年 Avery等人证实DNA是遗传物质 1953年 Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构 1968
2、年 Nirenberg发现遗传密码 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法 1985年 Mullis发明PCR 技术 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) 1994年 中国人类基因组计划启动 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架,核酸的分类及分布,第一节 核酸的化学组成,核酸的化学组成,元素组成 C、H、O、N、P（910%）,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(ura
3、cil, U),胸腺嘧啶(thymine, T),戊 糖,核苷：AR, GR, UR, CR 脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR,核苷(ribonucleoside),碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。,核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸： dAMP, dGMP, dTMP, dCMP,核苷酸(ribonucleotide),核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。,DNA和RNA的化学组成,体内某些重要的核苷酸,辅酶类核苷酸：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等,多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP,
4、环化核苷酸: cAMP，cGMP,AMP,ADP,ATP,cAMP,第二节 核酸的分子结构,C,G,A,一、核酸的一级结构,定义 多核苷酸链中核苷酸的排列顺序。 由于各核苷酸间的差异在于碱基部分，故又称为碱基序列。,书写方法,5 pApCpTpGpCpT-OH 3,5ACTGCT 3,ACTGCT,Chargaff 规则,不受年龄、营养、性别及其他环境等影响,无组织、器官特异性,A=T，G=C； A+G=T+C,有种属特异性,DNA的空间结构,DNA双螺旋结构模型要点,DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多聚核苷酸链组成，以右手螺旋方式围绕同一中心轴盘旋而成的双螺旋结构。,DNA双螺旋结构
5、模型要点,DNA双螺旋结构模型要点,磷酸和脱氧核糖构成链的基本骨架位于螺旋外侧，碱基位于内侧。两条链的碱基处于同一平面，构成碱基平面，并通过氢键配对，其中A=T; GC 。,DNA双螺旋结构模型要点,相邻碱基平面距离为0.34nm，其旋转夹角为36，螺旋每旋转一圈含10对碱基，螺距3.4nm，直径2 nm。其表面形成大沟及小沟，与蛋白质识别DNA有关。,碱基配对,DNA双螺旋结构模型要点,双螺旋结构的稳定依靠氢键和碱基堆积力维系 ，氢键维持双链横向稳定，碱基堆积力维持双链纵向稳定。,DNA双螺旋结构的多样性,二、DNA的超螺旋结构,超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DN
6、A双螺旋进一步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(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。,原核生物DNA是环状超螺旋结构,以负超螺旋为主,真核生物DNA是高度有序 和高度致密的结构,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,DNA的功能,DNA的基本功能是以基因的形式荷
7、载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。,基因是指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。,三、RNA的分子结构,RNA通常以单链形式存在，但可通过链内的碱基配对（A与U，G与C）形成局部的双螺旋结构和高级结构。不能形成双螺旋的部分，则形成单链突环。这种结构称为“发夹型”结构。 RNA较DNA小得多，所含核苷酸由数十个到数千个不等。 RNA的种类、大小和结构远比DNA复杂，其功能也各不相同。,RNA的结构特点：,RNA的种类、分布、功能,一 、信使RNA,内含子 (intron),* mRNA成熟过程,外显子 (exon)
8、,mRNA结构特点,1. 大多数真核mRNA的5末端有帽子结构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。,帽子结构,2,3,1,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核内向胞质的转位,mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补对原则，抄录并转移至胞液，决定合成蛋白质的氨基酸排列顺序。,遗传密码,在mRNA分子上,从5 3每3个相邻的核苷酸组成1个三联体，编码某个氨基酸或其他信号，称为密码子(codon)。 mRNA是合成蛋白质的直接模板。,* tRNA的一级结构特点 含 10%2
9、0% 稀有碱基，如 DHU 3末端为 CCA-OH 5末端大多数为G 具有 TC,二、转运RNA,双氢尿嘧啶,4-巯尿嘧啶,稀有碱基,tRNA的二级结构 三叶草形 氨基酸臂 DHU环 反密码环 额外环 TC环,氨基酸臂,额外环,* tRNA的三级结构 倒L形,* tRNA的功能 翻译mRNA上的遗传密码，将氨基酸转运到核蛋白体上参与蛋白质的生物合成,* rRNA的结构,三、核蛋白体RNA,* rRNA的功能 参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。,rRNA的种类,(根据沉降系数),核蛋白体的组成,第三节 核酸的理化性质,一般性质,高分子性质 粘度 DNARNA 超离心沉降、凝胶过滤 分子
10、大小单位：分子量（道尔顿，D）、碱基对数目（bp、kbp）、沉降系数（S）等。 两性电解质 但酸性强，电泳、离子交换层析分离 紫外吸收性质 吸收峰在260nm处,紫外吸收,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。,因素：酸、碱、加热、尿素、酰胺、乙醇和丙酮等。,变性后理化性质变化：,OD260增高、粘度下降、生物活性丧失,核酸变性后对260nm紫外光吸收值增加的现象称为增色效应。,DNA变性的本质是双链间氢键的断裂,DNA的变性(denaturation),变性引起紫外吸收值的改变,DNA的紫外吸收光谱,增色效应：DNA变性时其溶液
11、OD260增高的现象。,解链曲线：在连续加热DNA的过程中以温度对OD260值作图，所得的曲线称为解链曲线。,Tm：通常将解链曲线的中点，即DNA变性50时的温度称为熔点或解链温度(melting temperature, Tm)。,解链曲线和Tm,DNA的复性与分子杂交,DNA复性(renaturation)的定义 变性的核酸分子在一定的条件下，两条互补链又恢复原来的双螺旋结构的过程称为复性。,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) 。,DNA复性,不同来源的DNA变性后，放在一起进行复性，或单链DNA与RNA放在一起，只要这些核酸单链间有一定数量的互补碱基，在适宜的条件下彼此间就可形成局部的杂化双链，这一过程称为核酸分子杂交(hybridization)。 这种杂化双链可以在DNA与DNA之间形成，也可以在DNA和RNA间或RNA与RNA间形成。,核酸分子杂交(hybridization),思考题,1.名詞解释 DNA的变性 核酸的一级结构 Tm 2简述DNA二级结构的特点。 3比较两类核酸的化学组成、分子结构、分布及 生物学功能。 4简述tRNA的结构特点及其与功能的关系。 5简述真核生物mRNA的结构特点。,,Thank You !,
