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1、第四章第四章 核酸化学核酸化学 一、核酸的分布与分类一、核酸的分布与分类二、核酸的化学组成二、核酸的化学组成三、核酸的分子结构三、核酸的分子结构四、核酸的化学性质四、核酸的化学性质一、核酸的分布和分类一、核酸的分布和分类质质质质质质二、核酸的化学组成二、核酸的化学组成Py Pu碱基碱基cAMPcGMP甲基化甲基化: 如甲基鸟嘌呤如甲基鸟嘌呤环化环化: 如如cAMP假尿苷假尿苷: 其它其它: 如二氢尿嘧啶如二氢尿嘧啶 次黄嘌呤等次黄嘌呤等组成核酸组成核酸组成小分子活性物质组成小分子活性物质能量物质能量物质组成辅酶组成辅酶(基基) AMP ADP ATP dAMP dADP dATP GMP GD
2、P GTP d- CMP CDP CTP d- TMP TDP TTP d- UMP UDP UTP N(任意碱基任意碱基)NMP,NDP,NTP dNMP, dNDP, dNTPI 次黄嘌呤次黄嘌呤X 黄嘌呤黄嘌呤Py嘧啶（任意）嘧啶（任意）Pu嘌呤（任意）嘌呤（任意）三、核酸的分子结构三、核酸的分子结构lDNA 分子结构分子结构lRNA 分子结构分子结构DNA的分子结构的分子结构lDNA的碱基组成的碱基组成lDNA的空间结构的空间结构Chargaff规律规律: 1. A=T G=C 2. 有种的特异性有种的特异性 3. 环境条件不改变碱基组成环境条件不改变碱基组成DNADNA一级结构的表示
3、法一级结构的表示法53结构式结构式5 ACTGCATAGCTCGA 3字母式字母式53 p p p pOH3ACTG1线条式线条式键型键型: 3, 5 -磷酸二酯磷酸二酯键键方向方向: 3 -末端和末端和5-末端末端简写简写:TGCAGGTTAAAGG它的互补链它的互补链:ACGTCCAATTTCC(误误)CCTTTAACCTGCA(正正)3-ACGTCCAATTTCC-5(正正)DNA的二级结构的二级结构 (双螺旋结构双螺旋结构)XHNNNNHHNHAOOHHNNHHHTOHNNNNHGNHHOHNNCNHHH1.08 nm1.08 nm双螺旋结构要点双螺旋结构要点:(1)两条反向平行的多核
4、苷酸链两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴向右盘绕形成右围绕同一中心轴向右盘绕形成右手双螺旋手双螺旋(反向是指两条多核苷反向是指两条多核苷酸链的走向相反，一条链的磷酸酸链的走向相反，一条链的磷酸二酯链连接相邻戊糖基是二酯链连接相邻戊糖基是53方向，另一条链则为方向，另一条链则为35方向方向)。 (2)由磷和脱氧核糖交替由磷和脱氧核糖交替排列形成的主链在双螺旋排列形成的主链在双螺旋的外侧，而嘌呤碱和嘧啶的外侧，而嘌呤碱和嘧啶碱位于双螺旋的内侧。碱碱位于双螺旋的内侧。碱基平面与双螺旋中轴垂直，基平面与双螺旋中轴垂直，糖环平面与中轴平行。糖环平面与中轴平行。 (3)双螺旋的平均直径为双螺旋的平均直
5、径为2 nm，螺距为，螺距为3.4nm，沿中，沿中心轴每旋转上升一周包含心轴每旋转上升一周包含10个碱基对，相邻碱基距个碱基对，相邻碱基距离为离为0.34nm，之间旋转的，之间旋转的角度为角度为36。 (4)沿中心轴方向观察，双沿中心轴方向观察，双螺旋结构上有两条螺形螺旋结构上有两条螺形 凹凹槽，一条较宽深，称为大沟；槽，一条较宽深，称为大沟；一条较浅小，称为小沟。一条较浅小，称为小沟。双螺旋结构的稳定因素双螺旋结构的稳定因素:碱基对间的氢键碱基对间的氢键碱基堆积碱基堆积(主要的主要的)环境中正离子环境中正离子DN双螺旋结构的多态性双螺旋的具体数据（螺距、直径等）随含水量的不同有一定的差异。可
6、分为：型在特殊时间还有三股链的存在DNA双螺旋结构的类型lB-DNAlA-DNAlZ-DNAA-DNAMajor GrooveMinor GrooveDNA的三级结构的三级结构定义：DNA的三级结构是指在二级结构的基础上DNA双螺旋的进一步卷曲。DNA的三级结构：DNA双螺旋结构进一步盘曲形成的复杂结构。以超螺旋最为常见 负超螺旋模型（多见）正超螺旋Supercoiling of DNARelaxed state超螺旋超螺旋DNA SupercoilingSupercoiling means the coiling of coilingSupercoiling induced by separ
7、ating the strands of a helical structure(during replication or transcription)连环数（连环数（L）-在在DNA双螺旋中，双螺旋中，一条链沿右手螺旋绕另一条链缠绕的一条链沿右手螺旋绕另一条链缠绕的次数。（次数。（Lk）缠绕数（缠绕数（T）-在在DNA分子中分子中WatsonCrick螺旋数。（螺旋数。（Tw）超螺旋周数或扭曲数（超螺旋周数或扭曲数（W）（）（Wr）L=T+W核小体核小体染色体的基本单位染色体的基本单位病毒颗粒病毒颗粒核酸与蛋白质的复合物核酸与蛋白质的复合物染色质的电镜照片染色质的电镜照片The 30 nm
8、 fiber, a higher-order organization of nucleosomes染色体结构chromosomeHIVSARS :Coronavirus(a) a bacterial virus, bacteriophage T4; (b) an animal virus, adenovirus (inset at greater magnification); (c) a plant virus, tobacco mosaic virus. mRNA tRNA rRNARNA的结构的结构mRNA编码区编码区非编码区非编码区非编码区非编码区polyA帽子结构帽子结构UTRUT
9、RORFm7G5pppNmRNA的分离的分离:TTTTTTTTTTTTAAAAtRNA的二级结构的二级结构氨基酸臂氨基酸臂 由7对碱基组成，富含鸟嘌呤，3末端为CCA，接受活化的氨基酸, 5末端为pG或pC。 二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环 由812个核苷酸组成，具有两个二氢尿嘧啶故得名。通过由34对碱基组成的双螺旋区(也称二氢尿嘧啶臂)与tRNA分子的其他部分相连。反密码环反密码环 由7个核苷酸组成。环中部为反密码子，由3个核苷酸组成，次黄嘌呤核苷酸(也称肌苷酸，缩写成 I )常出现于反密码子中。反密码环通过由5对的双螺旋区(反密码臂)与tRNA的其余部分相连。额外环额外环 由318个核苷酸组成。
10、不同的tRNA具有不同大小的额外环，所以是tRNA分类的重要指标。T C环环 由7个核苷酸组成，其中含有胸腺嘧啶核糖核苷酸(T)和假尿嘧啶核苷酸()，通过由5对碱基组成的双螺旋区(T C臂)与tRNA的其余部分相连。几乎所有tRNA在此环中都含有T C。从以上可以看出,tRNA的三叶草形二级结构特征可概括为四环四臂，含有大量的稀有碱基。Ribosomal RNABan et al., Science 289 (905-920), 2000 Secondary StructureOf large ribosomal RNATertiary StructureOf large ribosome s
11、ubunit其它类型的RNAlCatalytic RNA（催化RNA）lmiRNA（microRNA）（小RNA）lsiRNA（small interfere RNA）（小干扰RNA）lsignal recognition particle，SRP 信号识别颗粒中的 RNAltelemerase （端粒酶）中的RNACatalytic RNASecondary StructureOf large ribosomal RNATertiary StructureOf large ribosome subunit带电性：带电性： 核酸、核苷酸可以在电场中泳动核酸、核苷酸可以在电场中泳动可溶性：可溶性
12、： 溶于水。在乙醇中：溶于水。在乙醇中： 大于大于50%的乙醇时的乙醇时 DNA沉沉淀淀 大于大于75%的乙醇时的乙醇时RNA沉淀。不溶于氯仿沉淀。不溶于氯仿-异戊醇异戊醇溶液，而蛋白可以溶解溶液，而蛋白可以溶解粘度：粘度： 线形分子粘度大。线形分子粘度大。DNA大于大于RNA不对称性：不对称性：由于分子不对称，故有正旋光性。由于分子不对称，故有正旋光性。吸光性：吸光性：由于碱基的存在使核酸对260nm的光有强烈的吸收。可根据此对核酸定量与检测。减色效应：减色效应：核酸形成双链后对紫外吸收的能力减弱的现象。增色效应：增色效应：核酸双链打开后对紫外吸收能力增加的现象。变性：变性：DNA双链分开变
13、成单链的过程。只涉及H键的断裂，没有其它共价键的破坏。变性的因素：变性的因素：加热、强酸、强碱、溶剂、紫外线等。变性后核酸的性质变化：变性后核酸的性质变化：生物活性丧失；粘度下降；浮力密度增加；紫外吸收增加。G-C含量含量: G-C含量越高含量越高Tm值越高值越高(三个氢键的缘故三个氢键的缘故)。介质中的离子强度介质中的离子强度: 离子强度越高离子强度越高Tm值越高。在值越高。在1mol/L的的NaCl中稳定。中稳定。DNA 的不均一性：的不均一性： 影响到了温度范围，而不影响影响到了温度范围，而不影响Tm值的大小。值的大小。DNA的大小：的大小： 小的分子比大的分子易复性。小的分子比大的分子
14、易复性。离子强度：离子强度： 离子强度增加复性就快。离子强度增加复性就快。DNA的浓度：的浓度： 浓度大的比浓度小的易于复性。浓度大的比浓度小的易于复性。Nucleic Acids from Different Species Can Form Hybrids电泳酶切印迹杂交探针NCFingerprintingDNA Microarray（Gene Chip）核酸的分离与纯化DNA SDS/CTAB(十六烷基三甲基溴化铵) 醋酸钾 酚氯仿 （异戊醇） 乙醇/异丙醇 TE（TrisHCl, EDTA）RNA Trisol, 乙醇/异丙醇，DEPC（二乙基焦碳酸酯）RNAase作用机理DEPC的抑制机理DEPC的高温分解核酸的定量测定lDNA（ ug/ml）OD260/0.02=OD26050lRNA（ug/ml）OD260/0.025OD26040lOD260/OD2801.82.0核酸的纯度鉴定核酸的分离和分子量测定l琼脂糖电泳（溴化乙啶）lPAGE（硝酸银 ）核酸的结构：核酸的结构： DNA的二级结构，的二级结构，mRNA及及 tRNA的结构的结构核酸的性质：核酸的性质： 变性与吸光性，变性与吸光性，Tm值，纯化和鉴定值，纯化和鉴定
