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1、第第2 2章章核酸的结构与功能核酸的结构与功能n核核 酸酸(nucleic acid)是以核苷酸为基本组成单位的生物大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。分子，携带和传递遗传信息。n核酸的分类及分布及功能核酸的分类及分布及功能存在存在于细胞核和线粒体于细胞核和线粒体 分布于细胞核、细胞质、线粒体分布于细胞核、细胞质、线粒体(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, 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
2、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第一节第一节核酸的化学组成及其一级结构核酸的化学组成及其一级结构(重点内容较少重点内容较少)（说明：红色字表示是这一节的重点内容）（说明：红色字表示是这一节的重点内容）1、核酸的基本组成单位、核酸的基本组成单位核苷酸核苷酸（掌握（掌握DNA及及RNA分子中的碱基种类；掌握戊糖分子中的碱基种类；掌握戊糖与碱基通过糖苷键相连。）与碱基通过糖苷键相连。）2、DNA是脱氧核苷酸链是脱氧核苷酸链（掌握核苷酸之间通过（掌握核苷酸之间通过3/，5 /-磷酸二酯键相连）磷酸二酯键相
3、连）3、 RNA是核糖核苷酸链是核糖核苷酸链4、核酸的一级结构、核酸的一级结构 本本节节主主要要内内容：容：核酸核酸 ( (DNA和和RNA) )核苷酸核苷酸 核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖n核酸组成核酸组成 n分子组成分子组成碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)一、核苷酸一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位是构成核酸的基本组成单位碱基碱基(base)是含氮的杂环化合物。是含氮的杂环化合物。碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺
4、嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶存在于存在于DNA和和RNA中中仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中n碱基碱基嘌呤嘌呤(purine，Pu) 腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)嘧啶嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)n戊糖戊糖（构成（构成RNA）12345核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)n脱氧核苷脱氧核苷嘌呤嘌呤N-9 或或嘧啶嘧啶N-1与脱氧核糖与脱氧核糖C-1 通过通过-N-糖苷键糖
5、苷键相连形成相连形成脱氧核苷脱氧核苷(deoxyribonucleoside)。嘌呤嘌呤N-9 -9或或嘧啶嘧啶N-1 -1与核糖与核糖C-1C-1 通过通过-N- -糖糖苷键苷键相连形成相连形成核糖核苷核糖核苷(ribonucleoside)。n核糖核苷核糖核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷键糖苷键核苷与磷酸通过核苷与磷酸通过酯键酯键结合构成结合构成核苷酸核苷酸(ribonucleotide) 。n核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO- -HOO糖苷键糖苷键酯键酯键n多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸环化核苷酸：环化
6、核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信是细胞信号转导中的第二信使。号转导中的第二信使。cAMPn核苷酸衍生物核苷酸衍生物二、二、DNA是脱氧核苷酸通过是脱氧核苷酸通过3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键连接形成的大分子连接形成的大分子一一个个脱脱氧氧核核苷苷酸酸3 3 的的羟羟基基与与另另一一个个核核苷苷酸酸5 5 的的- -磷磷酸酸基基团团缩缩合合形形成成磷磷酸酸二二酯酯键键(phosphodiester bond)。 多多个个脱脱氧氧核核苷苷酸酸通通过过磷磷酸酸二二酯酯键键构构成成了了具具有有方方向向性性的的线线性性分分子子，称称为为多多聚聚脱脱氧氧核核苷苷酸酸(polydeoxynucleotid
7、e)，即，即DNA链。链。5-末端末端3-末端末端CGA磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键交交替替的的磷磷酸酸基基团团和和戊戊糖糖 构构 成成 了了 DNA的的 骨骨 架架 (backbone)。DNA链的方向是链的方向是5 5 3 3 三、三、RNA也是具有也是具有3,5-磷酸二酯键的磷酸二酯键的线性大分子线性大分子RNA也也是是多多个个核核苷苷酸酸分分子子通通过过酯酯化化反反应应形形成的线性大分子，并且具有方向性成的线性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。n定义定义核核酸酸中中核核苷苷酸酸的的排排列顺序列顺序
8、。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。55端端3端端CGA四、核酸的一级结构是四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序核苷酸的排列顺序A G P5 P T PG PC PT P OH 3 n书写方法：书写方法：5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 核核酸酸分分子子的的大大小小常常用用碱碱基基(base或或kilobase)数数目目来表示。来表示。小小的的核核酸酸片片段段(80)。rRNA与与核核蛋蛋白白体体蛋蛋白白结结合合组组成成核核蛋蛋白白体体(ribosome)，为蛋白质的合成提供场所。，为蛋
9、白质的合成提供场所。三、以三、以rRNA为组分的核蛋白体是为组分的核蛋白体是蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所n核蛋白体的组成核蛋白体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质21种种占总重量的占总重量的40%33种种占总重量的占总重量的50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质3
10、1种种占总重量的占总重量的30%49种种占总重量的占总重量的35%n大肠杆菌的核蛋白体大肠杆菌的核蛋白体n1818S rRNA的二级结构的二级结构n蛋白质合成时形成的复合体蛋白质合成时形成的复合体RNA组组学学是是研研究究细细胞胞内内snmRNA的的种种类类、结结构构和和功功能能。同同一一生生物物体体内内不不同同种种类类的的细细胞胞、同同一一细细胞胞在在不不同同时时空空状状态态下下snmRNAs表表达达谱谱的变化，以及与功能之间的关系。的变化，以及与功能之间的关系。 四、四、snmRNA参与了基因表达的调控参与了基因表达的调控细细胞胞的的不不同同部部位位存存在在的的许许多多其其他他种种类类的的
11、小小分分子子RNA，统统称称为为非非mRNA小小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 nsnmRNAsl核内小核内小RNAl核仁小核仁小RNAl胞质小胞质小RNAl催化性小催化性小RNAl小片段干涉小片段干涉 RNA 参与参与hnRNA的加工剪接的加工剪接nsnmRNAs的的种类种类nsnmRNAs的的功能功能n核酶核酶某某些些小小RNA分分子子具具有有催催化化特特定定RNA降降解解的的活活性性，这这种种具具有有催催化化作作用用的的小小RNARNA亦亦被被称称为为核核酶酶(ribozyme)或或催催化化性性RNA(catalytic RNA)。 n原核
12、生物基因表达的特异性原核生物基因表达的特异性五、核酸在真核细胞和原核细胞中五、核酸在真核细胞和原核细胞中表现了不同的时空特性表现了不同的时空特性n真核生物基因表达的特异性真核生物基因表达的特异性核酸的理化性质核酸的理化性质（重点不多）（重点不多）第四节第四节（说明：红色字表示是这一节的重点内容）（说明：红色字表示是这一节的重点内容）1、核酸的紫外吸收性质、核酸的紫外吸收性质（掌握核酸分子中的碱基可以吸收（掌握核酸分子中的碱基可以吸收260nm的紫外光）的紫外光）2、 DNA的变性的变性（掌握变性伴随增色效应，同时核酸溶液的黏度（掌握变性伴随增色效应，同时核酸溶液的黏度下降，下降，m值与值与DN
13、A分子分子G+C含量呈正相关）含量呈正相关）3、 复性及杂交复性及杂交 本本节节主主要要内内容：容：核酸的酸碱及溶解度性质核酸的酸碱及溶解度性质l核酸为多元酸，具有较强的酸性。核酸为多元酸，具有较强的酸性。核酸的高分子性质核酸的高分子性质l粘度：粘度：DNARNA dsDNA ssDNA核酸在波长核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，是处有强烈的吸收，是由由碱基的共轭双键碱基的共轭双键所决定的。这一特性常用作所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。核酸的定性和定量分析。一、核酸一、核酸分子具有强烈分子具有强烈的紫外吸收的紫外吸收n碱基的紫外吸收光谱碱基的紫外吸收光谱DNA或或RNA的定
14、量的定量A260 = 1.0 相当于相当于 50g/ml 双链双链DNA(dsDNA)40g/ml 单链单链DNA (ssDNA or RNA)20g/ml 寡核苷酸寡核苷酸确定样品中核酸的纯度确定样品中核酸的纯度 纯纯 DNA: A260/A280 = 1.8纯纯 RNA: A260/A280 = 2.0n紫外吸收的应用紫外吸收的应用二、二、DNADNA变性变性是双链解离为单链的过程是双链解离为单链的过程在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解双链解开成两条单链开成两条单链的过程。的过程。n定义定义DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。变性的本质是双链间氢键的断裂。协同性的协同
15、性的DNA解链解链高温或极端的高温或极端的pHnDNA的变性的变性n部分变性部分变性DNA的电镜图像的电镜图像增增色色效效应应(hyperchromic effect)：DNA变变性性时其溶液时其溶液OD260增高增高的现象。的现象。nDNA解链时的解链时的紫紫外吸收变化外吸收变化nDNA的解的解链链曲线曲线连连续续加加热热DNA的的过过程程中中以以温温度度相相对对于于A260值值作作图图，所所得得的的曲线称为曲线称为解链曲线解链曲线。 解解链链过过程程中中，紫紫外外吸吸光光度度的的变变化化达达到到最最大大变变化化值值的的一一半半时时所所对对应应的温度。的温度。解链温度解链温度(melting
16、 temperature，Tm)G+C 含量越高，解链温度就越高。含量越高，解链温度就越高。n解链解链曲线曲线的变化的变化三、变性的核酸可以复性三、变性的核酸可以复性或形成杂或形成杂交双链交双链当当变变性性条条件件缓缓慢慢地地除除去去后后，两两条条解解离离的的互互补补链链可可重重新新配配对对，恢恢复复原原来来的的双双螺螺旋旋结结构构，这这一一现现象称为象称为DNA复性复性(renaturation) 。减色效应：减色效应：DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热热变变性性的的DNA经经缓缓慢慢冷冷却却后后即即可可复复性性，这这一一过程称为过程称为退火退火(annealing)
17、 。不不同同种种类类的的DNA单单链链分分子子或或RNA分分子子放放在在同同一一溶溶液液中中，只只要要两两种种单单链链分分子子之之间间存存在在着着一一定定程程度度的的碱碱基基配配对对关关系系，在在适适宜宜的的条条件件可可以以在在不不同同的分子间形成的分子间形成杂化双链杂化双链(heteroduplex)。这这种种杂杂化化双双链链可可以以在在不不同同的的DNA与与DNA之之间间形形成成，也也可可以以在在DNA和和RNA分分子子间间或或者者RNA与与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。n核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization) n核酸分子
18、杂交核酸分子杂交研究研究DNA分子中某一种基因的位置。分子中某一种基因的位置。监定两种核酸分子间的序列相似性。监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。检测某些专一序列在待检样品中存在与否。n核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用第五节第五节 核酸酶（了解）核酸酶（了解）依据底物不同分类依据底物不同分类DNA酶酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解专一降解DNA。RNA酶酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解专一降解RNA。依据切割部位不同依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异核酸内切酶：分为限制性核酸内切
19、酶和非特异性限制性核酸内切酶。性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：核酸外切酶：53或或35核酸外切酶。核酸外切酶。核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。是指所有可以水解核酸的酶。5533外切位点外切位点外切位点外切位点内切位点内切位点内切位点内切位点参与参与DNA的合成、修复以及的合成、修复以及RNA的剪接。的剪接。清清除除多多余余的的、结结构构和和功功能能异异常常的的核核酸酸，以以及及侵入细胞的外源性核酸。侵入细胞的外源性核酸。 降解食物中的核酸。降解食物中的核酸。体外重组体外重组DNA技术中的重要工具酶技术中的重要工具酶 。n核酸酶的功能核酸酶的功能1996稀有核苷酸存在于下列哪一类核酸中？r
20、RNmRNtRN核仁N线粒体N1997A在核酸中，核苷酸之间的连接方式是A2，3磷酸二酯键B3，5磷酸二酯键C2，5磷酸二酯键D糖苷键E氢键1998A不同的核酸分子其解链温度（Tm）不同，以下关于Tm的说法正确的是ADNA中G-C对比例愈高，Tm愈高BDNA中A-T对比例愈高，Tm愈高C核酸愈纯，Tm范围愈大D核酸分子愈小，Tm范围愈大ETm较高的核酸常常是RNA1999A下列几种DNA分子的碱基组成比例各不相同，哪一种DNA的解链温度（Tm）最低？ADNA中A+T含量占15%BDNA中G+C含量占25%CDNA中G+C含量占40%DDNA中A+T含量占60%EDNA中G+C含量占70%200
21、0A下列关于DNA双螺旋结构模型的叙述正确的是A由两条完全相同的多核苷酸链绕同一中心轴盘旋成双螺旋B一条链是左手螺旋，另一条链为右手螺旋CA十G与C十T的比值为1DA十T与G十C的比值为1E两条链的碱基间以共价键相连2001A通常不存在RNA中也不存在DNA中的碱基是A腺嘌呤B黄嘌呤C鸟嘌呤D胸腺嘧啶E尿嘧啶2001X下列关于tRNA三叶草结构的叙述，正确的是A5端第一个环是DHU环B有一个密码子环C有一个T环D3端具有相同的CCAOH结构2005ADNA受热变性时，出现的现象是A.多聚核苷酸链水解成单核苷酸B在260nm波长处的吸光度增高C碱基对以共价键连D溶液黏度增加E最大光吸收峰波长发生
22、转移2006A下列关于mRNA的叙述，错误的是A在细胞核内由hnRNA剪接而成B真核生物mRNA有“帽子”和“多聚A尾”结构C生物体中各种mRNA的长短不同，相差很大D是各种RNA分子中半衰期最长的一类E其功能是作为蛋白质合成的模板2004A下列DNA双螺旋结构的叙述,正确的是A一条链是左手螺旋,另一条链是右手螺旋B双螺旋结构的稳定纵向靠氢键维系CA+Y与G+C的比值为1D两条链的碱基间以共价键相连E磷酸、脱氧核糖构成螺旋的骨架下列DNA分子中，可以使Tm值达到最高的是：A、腺嘌呤和胸腺嘧啶含量为10%B、腺嘌呤和胸腺嘧啶含量为20%C、鸟嘌呤和胞嘧啶含量为30%D、鸟嘌呤和胞嘧啶含量为60%27下列DNA分子中，可以使Tm值达到最高的是：A、腺嘌呤和胸腺嘧啶含量为10%B、腺嘌呤和胸腺嘧啶含量为20%C、鸟嘌呤和胞嘧啶含量为30%D、鸟嘌呤和胞嘧啶含量为60%
