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1、目目 录录第第 三三 章章多聚核苷酸与核酸多聚核苷酸与核酸Polynucleotides AND Nucleic Acids目目 录录多聚核苷酸多聚核苷酸(Polynucleotides) 多多聚聚核核苷苷酸酸是是核核苷苷酸酸通通过过3 ，5 -磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接的的聚聚合合物物，是是核核酸酸(nucleic acid)分子中的基本形式。分子中的基本形式。目目 录录n核酸的分类及分布核酸的分类及分布存在存在于细胞核和于细胞核和线粒体线粒体分布于细胞核、细胞质、分布于细胞核、细胞质、线粒体线粒体(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid,
2、 RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，并通过复制传递携带遗传信息，并通过复制传递给下一代。给下一代。是是DNADNA转录的产物，参与遗传信转录的产物，参与遗传信息的复制与表达。某些病毒息的复制与表达。某些病毒RNARNA也可作为遗传信息的载体也可作为遗传信息的载体目目 录录第一节第一节多聚核苷酸多聚核苷酸Polynucleotides目目 录录一、多聚核苷酸就是核苷酸的多聚物一、多聚核苷酸就是核苷酸的多聚物多多个个核核苷苷酸酸（nucleitide）通通过过3 ，5 -磷磷酸酸二二酯酯键键（phosphodiester bond）连连接接、形形成成的的 链链 状状
3、聚聚 合合 物物 ， 即即 多多 聚聚 核核 苷苷 酸酸（polynucleotides）。）。 目目 录录 3 , 5 -磷酸二酯磷酸二酯键键（一）（一）3 , 5 -磷酸二酯键是核酸的基本结磷酸二酯键是核酸的基本结构键构键目目 录录5 端端3 端端CGA（二）多聚核苷酸（二）多聚核苷酸链有方向性链有方向性 目目 录录A G P5 P T PG PC PT P OH 3 （三）书写方法（三）书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 目目 录录目目 录录（四）核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸两类（四）核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸两类nRNA是单链多聚核糖核
4、苷酸是单链多聚核糖核苷酸 nDNA是单链或双链多聚脱氧核糖核酸是单链或双链多聚脱氧核糖核酸目目 录录二、多聚核苷酸链在细胞内通过复制和二、多聚核苷酸链在细胞内通过复制和转录而合成转录而合成生生物物体体内内的的DNA链链或或RNA链链的的合合成成是是在在包包括括DNA聚聚合合酶酶或或RNA聚聚合合酶酶在在内内的的一一组组酶酶共共同同参参与与下下完完成成的的。这这个个合合成成过过程程以以dNTP或或NTP为为原原料料，以以单单链链DNA链链为为模板，逐步地完成从模板，逐步地完成从5 -末端到末端到3 -末端的合成。末端的合成。以以DNA为为模模板板合合成成DNA链链和和RNA链链的的过过程程分分别
5、别称称为为复制复制（第十六章）和（第十六章）和转录转录（第十七章）。（第十七章）。 目目 录录三、多聚核苷酸链可在体外经多种方式合成三、多聚核苷酸链可在体外经多种方式合成 （一）（一）DNA聚合酶链反应是当前获得聚合酶链反应是当前获得DNA片段最片段最常用技术常用技术（二）单链寡脱氧核糖核苷酸链可利用亚磷酰胺（二）单链寡脱氧核糖核苷酸链可利用亚磷酰胺三酯方法合成三酯方法合成 （三）核糖核苷酸链可利用体外转录体系合成（三）核糖核苷酸链可利用体外转录体系合成 目目 录录（一）（一）DNA聚合酶链反应是当前获得聚合酶链反应是当前获得DNA片片段最常用技术段最常用技术DNA聚聚合合酶酶链链反反应应（D
6、NA polymerase chain reaction，PCR）是是在在体体外外条条件件下下复复制制DNA片片段段的的方方法法。将将专专用用的的DNA聚聚 合合 酶酶 （ DNA polymerase） 、 dNTP、 一一 对对 引引 物物（primer）及及模模板板DNA混混合合在在一一起起，经经过过多多个个升升温温解解链链-降降温温退退火火-恒恒温温延延伸伸的的循循环环过过程程，DNA聚聚合合酶酶将将合合成成出出与与模模板板完全相同的双链完全相同的双链DNA片段。片段。每每一一个个循循环环过过程程都都将将被被复复制制的的DNA片片段段数数目目按按指指数数增增长长，因因此此采采用用PCR
7、技技术术获获得得DNA的的过过程程，又又称称为为体体外外扩扩增增（in vitro amplification）技术，应用极广（第二十三章）。）技术，应用极广（第二十三章）。目目 录录（二）单链寡脱氧核糖核苷酸链可利用亚磷（二）单链寡脱氧核糖核苷酸链可利用亚磷酰胺三酯方法合成酰胺三酯方法合成该该合合成成通通常常是是在在DNA自自动动合合成成仪仪的的固固相相载载体体上上完完成成的的，连连接接一一个个核核苷苷酸酸需需要要4个个步步骤骤。然然后后，通通过过氨氨水水高高温温处处理理将将核苷酸链从固相载体上分离下来。核苷酸链从固相载体上分离下来。利利用用DNA自自动动合合成成仪仪合合成成的的寡寡核核苷苷
8、酸酸DNA单单链链一一般般为为几十个核苷酸。几十个核苷酸。值值得得注注意意的的是是，该该方方法法中中的的合合成成方方向向是是从从3 -末末端端向向5 -末末端端合合成成。用用于于基基因因检检测测的的寡寡核核苷苷酸酸探探针针（probe）以以及及用于用于PCR反应的反应的引物引物都是利用该方法得到的。都是利用该方法得到的。 目目 录录（三）核糖核苷酸链可利用体外转录体系合成（三）核糖核苷酸链可利用体外转录体系合成利利用用体体外外转转录录体体系系（in vitro transcription system）合合成成RNA（链链）是是分分子子生生物物学学常常用用技技术术。这这种种体体外外转转录录体体
9、系系是是现现代代发发展展起起来来的的体体外外转转录录（in vitro transcription）技技术术在在含含有有RNA聚聚合合酶酶（转转录录酶酶）、必必要要的的蛋蛋白白质质因因子子、核核苷苷三三磷磷酸酸等等条条件件的的体体外外无无细细胞胞体体系系中中，加加入入DNA模模板板，模模仿仿体体内内转转录、生成录、生成RNA的过程（第二十四章）。的过程（第二十四章）。利利用用真真核核细细胞胞核核抽抽提提物物（nuclear extract）建建立立再再造造体体系系是是当当前前生生物物技技术术商商家家提提供供体体外外转转录录商商品品试试剂剂盒盒（kit）的的主主要来源。要来源。目目 录录四、核苷
10、酸的排列顺序就是多聚核苷酸四、核苷酸的排列顺序就是多聚核苷酸链的一级结构链的一级结构 n定义定义多多聚聚核核苷苷酸酸链链的的核核苷苷酸酸从从5 -末末端端到到3 -末末端的排列顺序。端的排列顺序。由由于于核核苷苷酸酸间间的的差差异异主主要要是是碱碱基基不不同同，所所以也称为以也称为碱基序列碱基序列。5 5 端端3 端端CGA目目 录录第二节第二节DNA的结构和功能的结构和功能 Structure and Function of DNA 目目 录录一、一、 DNA的二级结构是右手双螺旋的二级结构是右手双螺旋目目 录录（一）（一）DNA的碱基组成遵循的碱基组成遵循Chargaff法则法则 Char
11、gaff 规则规则不同种属生物的不同种属生物的DNA碱基组成不同；碱基组成不同；同一个体不同器官、不同组织的同一个体不同器官、不同组织的DNA具具有相同的碱基组成；有相同的碱基组成；对于一个特定的组织的对于一个特定的组织的DNA，其碱基组，其碱基组份不随其年龄、营养状态和环境而变化；份不随其年龄、营养状态和环境而变化；腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，鸟嘌呤腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等。与胞嘧啶的摩尔数相等。A = TG C 目目 录录不同生物来源的不同生物来源的DNA碱基组分的相对比例碱基组分的相对比例来源来源AGCTA/TG/CG+C嘌嘌呤呤/嘧啶嘧啶大大肠肠杆菌杆
12、菌26.024.925.223.91.090.9950.11.04结结核杆菌核杆菌15.134.935.414.61.030.9970.31.00酵母酵母31.718.317.432.60.971.0535.71.00猪猪29.820.720.729.11.021.0041.41.01牛胸腺牛胸腺28.221.522.527.81.010.9644.00.99牛脾牛脾27.922.722.127.31.011.0144.71.04牛精子牛精子28.722.222.027.21.061.0144.21.04人人30.419.919.930.11.011.039.81.01 包括包括5-甲基胞甲基
13、胞嘧啶嘧啶 比比值值偏离偏离1 ：1是是实验误实验误差所致差所致目目 录录uDNA是是反反向向平平行行、右右手手螺螺旋旋的的双链结构双链结构p两两条条多多聚聚核核苷苷酸酸链链相相互互平平行行但但走走向向相相反反，围围绕绕着着同同一一个个螺螺旋旋轴轴形形成成右右手手双双螺旋结构螺旋结构p由由脱脱氧氧核核糖糖和和磷磷酸酸基基团团构构成成的的亲亲水水性性骨骨架架（backbone）位位于于双双螺螺旋旋结结构构的的外外侧侧，而而疏疏水水的的碱碱基基位位于于内内侧侧。 直直径径为为2 nm，螺距为，螺距为3.4 nmp从从外外观观上上看看，DNA双双螺螺旋旋结结构构的的表表面面存存在在一一个个大大沟沟（
14、major groove）和和一一个个小沟小沟（minor groove）（二）（二） DNA二级结构是右手双螺旋二级结构是右手双螺旋（Watson, Crick, 1953）目目 录录uDNA双双链链之之间间具具有有碱碱基基互互补关系补关系p碱碱基基垂垂直直螺螺旋旋轴轴居居双双螺螺旋旋内内側側，与与对对側側碱碱基基形形成成氢氢键键配配对对（互互补补配对形式：配对形式：A=T; G C）p相相邻邻碱碱基基平平面面距距离离，螺螺旋旋一一圈圈螺螺距距3.4nm，一圈，一圈10对碱基对碱基目目 录录 DNA双链模型双链模型 目目 录录碱基互补配对碱基互补配对 TAGC目目 录录u疏疏水水作作用用力力
15、和和氢氢键键维维系系DNA双螺旋结构的稳定双螺旋结构的稳定p相相邻邻的的两两个个碱碱基基对对平平面面在在旋旋进进过过程程 中中 发发 生生 相相 互互 重重 叠叠（overlapping），由由此此产产生生了了疏疏水水性性的的碱碱基基堆堆积积力力（base stacking interaction）。）。p这这种种碱碱基基堆堆积积力力和和互互补补碱碱基基对对的的氢氢键键共共同同维维系系着着DNA双双螺螺旋旋结结构构的的稳稳定定，并并且且碱碱基基堆堆积积力力在在双双螺螺旋旋结结构构的的稳稳定定中中起起着着更更为为重重要要的作用。的作用。目目 录录（三）（三）DNA双螺旋结构有多种类型双螺旋结构有
16、多种类型目目 录录 不同类型的不同类型的DNA双螺旋结构双螺旋结构 目目 录录A 型型-DNAB 型型-DNAZ 型型-DNA螺旋旋向螺旋旋向右手螺旋右手螺旋右手螺旋右手螺旋左手螺旋左手螺旋螺旋直径螺旋直径2.55 nm2.37 nm1.84 nm每一螺旋的碱基每一螺旋的碱基对对数目数目1110.512螺距螺距2.53 nm3.54 nm4.56 nm相邻碱基对之间的垂直距离相邻碱基对之间的垂直距离0.23 nm0.34 nm0.38 nm糖苷糖苷键键构象构象反式反式反式反式嘧啶为嘧啶为反式反式,嘌嘌呤呤为顺为顺式，式，反式和反式和顺顺式交替式交替 相相邻邻碱基碱基对对之之间间的的转转角角33 34.2 每个二聚体每个二聚体为为-60 使构象稳定的相对环境湿度使构象稳定的相对环境湿度 75%92%碱基对平面法线与主轴的夹角碱基对平面法线与主轴的夹角19 1 9 大沟大沟窄深窄深宽宽深深相当平坦相当平坦小沟小沟宽宽浅浅窄深窄深窄深窄深不同构象不同构象DNA的结构参数的结构参数目目 录录（四）某些状态下（四）某些状态下DNA可形成多链结构可形成多链结构1. Hoogsteen碱基配对碱基配
