生物奥赛之生物化学重点串讲-----核酸.ppt

重点内容核苷酸与核酸 Nucleotides and Nucleic Acids核酸通论脱氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA）核酸（nucleic acid）核酸的功能（一）DNA是主要的遗传物质（携带与传递遗传信息）核酸通论直接证据：Ø 肺炎双球菌转化实验Ø 噬菌体感染实验Ø DNA双螺旋结构模型（二）RNA功能的多样性（参与遗传信息的表达、调节遗传信息的表达、催化功能ØtRNAØrRNAØmRNAØ其他的RNA核酸通论核 酸（nucleic acid）核苷酸（nucleotide）磷酸（phosphoric acid）核苷（nucleoside）戊糖（pentose）碱基（base）一、核酸的组成核酸的结构或核糖核糖核苷酸 （ribonucleotide）脱氧核糖核酸（DNA）脱氧核糖核苷酸 （deoxyribonucleotide）核酸的结构核糖核酸（RNA）两类核苷酸的基本化学组成核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸组 成戊糖核糖（D-ribose）脱氧核糖（D-2- deoxyribose） 碱基腺嘌呤（adenine）、 鸟嘌呤（guanine）、 胞嘧啶（cytosine）、 尿嘧啶（uracil）腺嘌呤（adenine）、 鸟嘌呤（guanine）、 胞嘧啶（cytosine）、 胸腺嘧啶（thymine） 磷酸phosphoric acidphosphoric acid核酸的结构核酸的结构Ø 核糖与碱基之间通过N-(-)糖苷键相连，形成核苷；Ø 核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化，形成核苷酸，核苷与磷酸之间主要通过5’-磷酸酯键相连。

核酸的结构嘧啶核苷嘌呤核苷1’1’ 2’2’3’3’4’4’5’5’(OH)1’1’ 2’2’3’3’4’4’5’5’(OH)构成DNA的核苷酸：5’－脱氧核苷 酸核酸的结构构成RNA的核苷酸：5’－核苷酸核酸的结构二、核酸的共价结构l核酸（DNA与RNA）是核苷酸聚合成的生物大分子，无分支结构l核酸的共价结构就是核酸的一级结构，通常指核酸的核苷酸序列核酸的结构lDNA与RNA均以3',5'-磷酸二酯键连接核苷酸核酸的结构DNA一级结构的特点Ø无分支的线形或环形链；ØDNA链很长，分子量很大，编码巨大的信息量；Ø真核生物与原核生物具有不同的特性核酸的结构RNA一级结构的特点Ø无分支的线形链；Ø不同种类具有不同结构：核酸的结构RNA种类碱基组成3'端5'端其他特点原核mRNA无修饰碱基有一段非 翻译区有一段 非翻译 区有多顺反子 mRNA真核mRNA有修饰碱基有poly(A)有5'端 帽子单顺反子三、DNA的三维空间结构l二级结构：DNA的两条多聚核苷酸链间通过氢键形成的双螺旋（double helix）结构l三级结构：DNA双链进一步折叠卷曲形成的构象l四级结构：DNA与蛋白质的复合体结构核酸的结构（一）DNA的二级结构核酸的结构1953年，Watson和Crick根据Chargaff 规律和DNA钠盐纤维的X光衍射结果提出了DNA的双螺旋结构模型。

Watson-Crick双螺旋结构模型核酸的结构Ø 两条反向平行（一条5’→3’，另一条3’→5’）的多核苷酸链绕同一中心轴相互缠绕，形成右手双股螺旋核酸的结构Ø碱基位于双螺旋的内侧，磷酸与脱氧核糖在双螺旋 外侧，构成DNA分子的骨架；外部亲水，内部疏水核酸的结构Ø碱基平面接近与纵轴垂直，糖环的平面接近与纵轴平行核酸的结构Ø 双螺旋是一种有规律的结构平均直径2 nm螺距3.4 nm每旋转一周的核 苷酸数目10碱基堆积距离0.34 nm相邻核苷酸夹角36o2.0 nm核酸的结构Ø 大沟与小沟核酸的结构Ø 两条链依靠碱基之间形成的氢键结合在一起碱基配对原则：A－T G－C稳定双螺旋结构的因素①碱基堆积力（base-stacking interactions）疏水作用＋范德华力②碱基配对的氢键GC含量越多，双螺旋越稳定核酸的结构核酸的结构l 碱基在一条链上的排列顺序不受任何影响；但是根据碱基配对原则，当一条链的序列被确定后，即可决定另一条互补链的序列二）DNA的三级结构lDNA在双螺旋的基础上通过扭曲和折叠形成的构象l包括不同二级结构单元间的相互作用、单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征l超螺旋（supercoil）是DNA三级结构的主要形式核酸的结构核酸的结构超螺旋的功能Ø 超螺旋有助于DNA在细胞内的包装；Ø 负超螺旋易于解链，有利于DNA的复制、重组和转录等过程的进行；Ø 生物体内可通过调节DNA的拓扑结构来调节其功能。

三）DNA与蛋白质复合物的结构（四级结构）核酸的结构病毒：类型多样（环状双链、线型双链、线型单链、环状单链）原核：环状双链分子，集中于核区，包括染色体DNA与质粒DNA真核：细胞核DNA－线型双链分子，与组蛋白等形成染色体（chromosome）细胞器DNA－环状双链分子，一般裸露染色体DNA组装不同层次的结构核酸的结构核酸的结构四、RNA的结构l RNA通常是单链线型分子l RNA可自身回折形成局部双螺旋（二级结构），并进一步折叠形成三级结构l RNA可与蛋白质形成核蛋白复合体（四级结构，例如核糖体）tRNA的高级结构 l三叶草形二级结构：茎＋环l倒L形三级结构 核酸的结构核酸的结构l 维系tRNA三级结构的因素：氢键、碱基堆积力l tRNA分子功能：转运氨基酸l tRNA分子具有与其功能相适应的柔韧性l 核酸的水解l 核酸的酸碱性质l核酸的紫外吸收l核酸的变性和复性核酸的理化性质一、核酸的水解l对酸的敏感性：糖苷键＞磷酸酯键，脱氧核糖＞核糖lRNA的磷酸酯键对碱敏感，DNA抗碱水解（生理意义）l酶水解：酶的专一性；限制性内切酶（特点、应用）核酸的理化性质二、核酸的酸碱性质l碱基、核苷与核苷酸均能发生解离l核苷酸与核酸的磷酸基具有酸性，碱基具有碱性，因此核苷酸与核酸具有两性解离的性质。

l核苷酸与核酸中磷酸基的酸性大于碱基的碱性，其等电点偏低（等电点的应用）核酸的理化性质三、核酸的紫外吸收核酸的理化性质l 嘌呤碱与嘧啶碱具有共轭双键，使碱基、核苷、核苷酸和核酸在240－290nm的紫外波段有强烈的光吸收l λmax≈260nml紫外吸收光谱的应用Ø鉴定纯度Ø核苷酸与核酸含量计算Ø判断变性（增色效应、减色效应）核酸的理化性质在DNA的变性过程中， (P)值增大（增色效应，hyperchromic effect）在DNA的复性过程中， (P)值减小（减色效应，hypochromic effect）四、核酸的变性、复性及杂交核酸的理化性质(一)变性（denaturation）核酸双螺旋区的氢键断裂，变成单链，不涉及共价键断裂l熔解温度（Tm）：ü加热变性使DNA的双螺旋结构失去一半时的温度核酸的理化性质melting temperature• 影响DNA的Tm值的因素(二)复性核酸的理化性质l变性DNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性l影响DNA复性的因素ü降温速率，负效应（热变性的DNA在缓慢冷却的条件下可以复性，称为退火－annealing）(三) 分子杂交（hybridization）核酸的理化性质l在变性的DNA溶液中加入外源DNA单链分子或RNA单链分子（与原DNA具有序列互补性），去掉变性条件后复性形成双螺旋结构的过程。

核酸的理化性质l分子杂交的种类ØSouthern Blotting：检测DNAØNorthern Blotting：检测RNA核酸的研究方法l 核酸的分离纯化和定量测定l 核酸的离心分析l 核酸的凝胶电泳l 核酸的测序l PCRl DNA的化学合成核酸的研究方法核酸的分离纯化要点：l 利用各种核酸的特性选择合适的纯化方法（注意掌握原理）；l 抑制核酸酶的作用，防止核酸的降解和变性核酸的研究方法核酸含量的测定l紫外分光光度法核酸的研究方法A260=150 g/ml 双螺旋DNA20 g/ml 寡核苷酸40 g/ml 单链DNA/RNA核酸的凝胶电泳琼脂糖凝胶电泳分离核酸并测定DNA分子量核酸的研究方法核酸测序核酸的研究方法双脱氧终止法测定DNA序列DNA聚合酶链反应（PCR）PCR：体外扩增DNA的技术核酸的研究方法Ø 必备条件Ø 核心反应（原理）Ø 核心技术Ø 核心酶。