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1、第全国执业兽医师资格考试第全国执业兽医师资格考试第九单元核酸的功能与分析技术核酸的功能与分析技术核酸 以5种核苷酸为单体通过磷酸二酯键磷酸二酯键连接的多聚体，可称之为多聚核苷酸。脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNADNA）和核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）两大类DNADNA：是主要的遗传物质是主要的遗传物质 在真核细胞中，DNA主要存在于细胞核内的染色体上。少量的DNA存在于线粒体中（mtDNA)RNA RNA 参与蛋白质合成参与蛋白质合成 主要存在于细胞质中。胞核中有少量，集中于核仁依据其功能主要有三类：依据其功能主要有三类：信使信使RNARNA（mRNAmRNA），转运转运RNARNA（t
2、RNAtRNA）和核糖体核糖体RNARNA（rRNArRNA）核酸的核酸的种类和种类和分布分布核酸核酸的基本组成单位：的基本组成单位：单核苷酸单核苷酸 单核苷酸单核苷酸= = 碱基碱基+ +戊糖戊糖+ +磷酸磷酸（一）碱基（一）碱基 主要是主要是嘧啶碱基嘧啶碱基和和嘌呤碱基嘌呤碱基两类两类 DNA: DNA: 胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）, ,胞嘧啶（胞嘧啶（C C）, ,腺嘌呤（腺嘌呤（A A）和鸟嘌呤（）和鸟嘌呤（G G） RNA: RNA: 尿嘧啶（尿嘧啶（U U）胞嘧啶（胞嘧啶（C C）, ,腺嘌呤（腺嘌呤（A A）和鸟嘌呤（）和鸟嘌呤（G G） 核酸中还有一些含量甚少的稀有碱基（或修
3、饰碱基）核酸中还有一些含量甚少的稀有碱基（或修饰碱基）核酸的化学组成核酸的化学组成 只出只出现现在在DNA分子中的碱基是分子中的碱基是（T，2009）（二）核糖二）核糖 核糖属于戊糖，核糖属于戊糖， RNA RNA中含的糖是中含的糖是核糖核糖； DNA DNA中所中所含的是含的是22脱氧核糖脱氧核糖（三）磷酸核苷酸是由核苷中戊糖的核苷酸是由核苷中戊糖的5-OH5-OH与磷酸缩合而成的磷酸酯，它与磷酸缩合而成的磷酸酯，它们是构成核酸的基本单位们是构成核酸的基本单位分成两大类，即分成两大类，即核糖核苷酸核糖核苷酸和和脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸，前者是构成，前者是构成RNARNA的基本单位，后者是
4、构成的基本单位，后者是构成DNADNA的基本单位。的基本单位。核苷酸分子中核糖核苷酸分子中核糖55位含有一个磷酸基的称为核苷一磷酸，如位含有一个磷酸基的称为核苷一磷酸，如腺苷一磷酸（腺苷一磷酸（AMPAMP）。它可进一步磷酸化形成相应的腺苷二磷酸）。它可进一步磷酸化形成相应的腺苷二磷酸（ADPADP）和腺苷三磷酸（）和腺苷三磷酸（ATPATP）核苷酸还参与能量代谢，或作为辅酶的成分，参与细胞信息传核苷酸还参与能量代谢，或作为辅酶的成分，参与细胞信息传递（如递（如cAMPcAMP）。）。核苷酸核苷酸（一） 核酸的一级结构 DNA DNA分子的一级结构是由许多脱氧核糖核分子的一级结构是由许多脱氧核
5、糖核苷酸以苷酸以磷酸二酯键磷酸二酯键连接起来的连接起来的. .在形成的多核在形成的多核苷酸链上，具有游离苷酸链上，具有游离5-5-磷酸基的一端称为磷酸基的一端称为5-5-末端，具有游离末端，具有游离3-OH3-OH的一端称为的一端称为3-3-末末端。端。碱基当量定律碱基当量定律 在DNA分子中，A与T、G与C的摩尔比都接近为1，称之为碱基当量定律碱基当量定律核酸的结构核酸的结构以碱基当量定律为基础，以碱基当量定律为基础，19531953年年WatsonWatson和和CrickCrick提出提出要点：要点：DNADNA分子是一个右手双螺旋结构分子是一个右手双螺旋结构两条平行的多核苷酸链，以相反
6、的方向两条平行的多核苷酸链，以相反的方向, ,围绕着同一个中围绕着同一个中心轴，以右手旋转方式构成心轴，以右手旋转方式构成疏水的嘌呤和嘧啶碱基平面层叠于螺旋的内侧，亲水的疏水的嘌呤和嘧啶碱基平面层叠于螺旋的内侧，亲水的磷酸基和脱氧核糖以磷酸二酯键相连形成的骨架位于螺旋磷酸基和脱氧核糖以磷酸二酯键相连形成的骨架位于螺旋的外侧。的外侧。每每1010对核苷酸绕中心轴旋转一圈，螺旋的螺距为对核苷酸绕中心轴旋转一圈，螺旋的螺距为3.4nm3.4nm大沟和小沟交替出现大沟和小沟交替出现两条链被碱基对之间形成的氢键稳定地维系在一起两条链被碱基对之间形成的氢键稳定地维系在一起在双螺旋中，碱基总是腺嘌呤与胸腺嘧
7、啶配对，用在双螺旋中，碱基总是腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，用A=TA=T表示；表示；鸟嘌呤与胞嘧啶配对，用鸟嘌呤与胞嘧啶配对，用G GC C表示。表示。（二（二 ）DNADNA的二级结构的二级结构双螺旋模型双螺旋模型DNA微溶于水，呈酸性，微溶于水，呈酸性，不溶于有机溶剂不溶于有机溶剂，因此常用有机，因此常用有机溶剂（如乙醇）来沉淀溶剂（如乙醇）来沉淀DNA。由于由于DNA分子很长，在溶液中呈现黏稠分子很长，在溶液中呈现黏稠DNA易断裂成碎片。难以获得完整大分子易断裂成碎片。难以获得完整大分子DNA*DNA具有紫外吸收特性具有紫外吸收特性，在，在260nm处有最大吸收值，利处有最大吸收值，利用这一特
8、性可以定性、定量分析测定核酸。用这一特性可以定性、定量分析测定核酸。溶液状态的溶液状态的DNA易受易受DNA酶的作用而降解。脱去水分的酶的作用而降解。脱去水分的DNA性质十分稳定。性质十分稳定。核酸的性质核酸的性质在理化因素的作用下在理化因素的作用下碱基对之间的氢键断裂，碱基对之间的氢键断裂，DNADNA的双螺旋结构分开，的双螺旋结构分开，成为两条单链的成为两条单链的DNADNA分子。分子。变性后的变性后的DNADNA，其，其生物学活性丧失，生物学活性丧失，260nm260nm处的紫外光吸收值升高（处的紫外光吸收值升高（增增色效应色效应），黏度下降，沉降系数增加，比旋下降），黏度下降，沉降系数
9、增加，比旋下降常将常将50%50%的的DNADNA分子发生变性时的温度称为解链温度或熔点温度（分子发生变性时的温度称为解链温度或熔点温度（TmTm）影响影响TmTm值的因素值的因素 DNA DNA的性质和组成。均一的的性质和组成。均一的DNADNA，TmTm值范围较小。非均一的值范围较小。非均一的DNADNA，TmTm值较宽；值较宽；G-CG-C碱基对含量愈高的碱基对含量愈高的DNADNA分子则愈不易变性，分子则愈不易变性，TmTm值也大。值也大。溶液的性质。溶液的性质。DNADNA在离子强度低的溶液中，在离子强度低的溶液中，TmTm值较低，转变的温度值较低，转变的温度范围也较宽。范围也较宽。
10、核酸的变性核酸的变性B1题题(2010)ADNA修修饰饰BDNA复性复性CDNA变变性性DDNA重重组组EDNA损伤损伤1紫外紫外线线照射可能照射可能诱发诱发乳腺癌，所涉及的乳腺癌，所涉及的DNA结结构的改构的改变时变时E2加加热热使使DNA的紫外吸收的紫外吸收值值增加，所涉及的增加，所涉及的DNA结结构的改构的改变变是是CDNADNA的变性是可逆过程，在适当的条件下，的变性是可逆过程，在适当的条件下，变性变性DNADNA分开的两条链又重新缔合而恢复分开的两条链又重新缔合而恢复成双螺旋结构，这个过程称为成双螺旋结构，这个过程称为复性复性分子杂交分子杂交不同来源的单链不同来源的单链DNADNA或
11、或RNARNA，经复性处理时，经复性处理时，它们之间互补的或部分互补的碱基序列可它们之间互补的或部分互补的碱基序列可以配对，形成以配对，形成DNA/DNADNA/DNA或或DNA/RNADNA/RNA的杂合体的杂合体而形成而形成杂交分子杂交分子。这个过程称为这个过程称为分子杂交分子杂交核酸的复性核酸的复性 DNADNA的生物合成的生物合成复制复制复制复制以亲代以亲代DNADNA分子为模板合成两个完全分子为模板合成两个完全相同的子代相同的子代DNADNA分子的过程分子的过程复制的半保留性复制的半保留性 两个新的子代两个新的子代DNADNA分子中除了一股分子中除了一股新合成的新合成的DNADNA链
12、外，都保留了一股来链外，都保留了一股来自亲代的旧链，这种复制方式称为半自亲代的旧链，这种复制方式称为半保留复制保留复制 半保留复制确保了遗传信息完整半保留复制确保了遗传信息完整地、忠实地从亲代传递给子代地、忠实地从亲代传递给子代 拓扑异构酶拓扑异构酶 一类可以改变一类可以改变DNADNA拓扑性质的酶，有拓扑性质的酶，有和和两两种类型种类型解旋酶解旋酶 解开解开DNADNA双链双链，还需要多种蛋白因子如还需要多种蛋白因子如DnaADnaA和和ATPATP单链单链DNADNA结合蛋白结合蛋白 稳定解开的稳定解开的DNADNA，防止其被核酸酶降解。防止其被核酸酶降解。引发酶引发酶 （引物酶引物酶）催
13、化合成复制过程中的小片段催化合成复制过程中的小片段RNARNA引物引物DNADNA连接酶连接酶 端粒酶端粒酶 是一种含有是一种含有RNARNA链的逆转录酶，在酶分子内，它以链的逆转录酶，在酶分子内，它以自身所含的自身所含的RNARNA为模板来合成为模板来合成DNADNA的端粒结构。的端粒结构。复制需要的酶和蛋白因子复制需要的酶和蛋白因子 DNADNA聚合酶聚合酶 以以DNADNA为模板，催化底物（为模板，催化底物（dNTPdNTP）合成）合成DNADNA， 由由5353方向延长方向延长DNADNA链链，需，需RNARNA引物引物原核生物的原核生物的DNADNA聚合酶聚合酶 有有、和和三型。三型
14、。酶酶是是主要主要的的DNADNA复制酶。具有复制酶。具有合成、合成、校对和纠错的功能校对和纠错的功能。哺乳动物细胞（真核哺乳动物细胞（真核）有有、55种。种。端粒端粒 在真核生物线性染色体在真核生物线性染色体DNADNA末端有一个特殊结构末端有一个特殊结构。可以防止可以防止染色体间末端连接，并用以补偿滞后链染色体间末端连接，并用以补偿滞后链5-5-末端在消除末端在消除RNARNA引物引物后造成的空缺后造成的空缺，使端粒维持一定的长度使端粒维持一定的长度复制原点复制原点 原核生物的复制原点只有一个，真核生物有许多复制原点。复制原核生物的复制原点只有一个，真核生物有许多复制原点。复制方向大多是双
15、向的，在复制原点的两侧形成两个复制叉方向大多是双向的，在复制原点的两侧形成两个复制叉。复制的过程复制的过程 解链解旋解链解旋 合成引物合成引物 链的延伸链的延伸切除引物，填补空隙切除引物，填补空隙 解开的两股单链解开的两股单链DNADNA是反平行的，一条为是反平行的，一条为5353，另一条为，另一条为3535。以它们为模板合成的两股子代新链，一股是连续合成的，与。以它们为模板合成的两股子代新链，一股是连续合成的，与解链方向即复制叉移动的方向一致，称为前导链，另一股是不连续合成解链方向即复制叉移动的方向一致，称为前导链，另一股是不连续合成的，称滞后链，不连续合成的的，称滞后链，不连续合成的DNADNA片段称为片段称为冈崎片段冈崎片段。DNADNA双股链的复制双股链的复制是是半不连续的。半不连续的。DNADNA的复制过程的复制过程DNADNA损伤损伤 生物的、物理的或化学的生物的、物理的或化学的因素因素，引起，引起DNADNA的的碱基、核糖碱基、核糖或是磷酸二酯键或是磷酸二酯键破坏，破坏，或在或在DNADNA复制时造成错配等，复制时造成错配等，DNADNA损损伤的结果是引起生物伤的结果是引起生物突变突变，甚至导致死亡。，甚至导致死亡。修复：光复活和暗修复修复：光复活和暗修复 1 1 切除修复切除修复 2 2 重组修复重组修复DNADNA的损伤与修复的损伤与修复
