核酸概述分子生物學

關于核酸概述分子生物學第1頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五一核酸＊1925－1930年，Levene確定核酸是由4種核苷酸組成；Chargaff發(fā)現(xiàn)四種核苷酸并不是簡單的1：1的關系。1核酸的發(fā)現(xiàn)＊1868年，Miescher發(fā)現(xiàn)核素，是一類在白細胞中富含磷酸酸性的物質。＊1889年，Altmann在酵母中制備了不含蛋白的核素，稱之為核酸（Nucleicacid）。第2頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五＊轉化實驗

1928年，Griffith等人肺炎雙球菌實驗（圖1－1）；

1944年，Avery提出轉化因子是DNA（圖1－2）。＊Blendor實驗

1952年，Hershey進一步證明DNA是遺傳物質（圖1－3）。第3頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第4頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第5頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五噬菌體模式圖第6頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第7頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第8頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五2核酸的分類與分布

90%以上分布于細胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)脫氧核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)

核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的基因型(genotype)。參與細胞內DNA遺傳信息的表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。第9頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五二核酸的化學成分第10頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五嘧啶堿基嘌呤堿基＊堿基第11頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五β-D-核糖β-D-2-脫氧核糖＊戊糖第12頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五腺苷(AR)脫氧胞苷(dCR)β1’,N9-糖苷鍵

β1’,N1-糖苷鍵β1’β1’N9N1β，N糖苷鍵主要核苷有八種＊核苷第13頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五＊核苷酸第14頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五＊核酸第15頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五5＇pＡpＣpＴpＴpＧpＡpＡpＣpＧ3＇DNA5＇pＡpＣpＵpＵpＧpＡpＡpＣpＧ3＇RNA5＇pＡＣＴＴＧＡＡＣＧ3＇5＇pＡＣＵＵＧＡＡＣＧ3＇核酸的簡寫式：第16頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五5’→3’5’→3’第17頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五三核酸的理化性質＊溶解性均溶于水不溶于一般有機溶劑,在70%乙醇中形成沉淀

＊晶形

DNA為白色纖維狀固體

RNA為白色粉末狀固體＊兩性解離呈酸性在中性溶液中帶負電荷第18頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五＊沉降速度：

RNA>環(huán)狀DNA>開環(huán)、線狀DNA＊粘度

DNA粘度大

RNA粘度?。庑跃軓姡芏?/p>

RNA>雙鏈DNA；環(huán)狀DNA>開環(huán)、線狀DNA

單鏈DNA>雙鏈DNA第19頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五＊核酸的紫外吸收

堿基、核苷、核苷酸和核酸在240~290nm的紫外波段有強烈的光吸收，λmax=260nm1OD260dsDNA=50μg/ml1OD260ssDNA=33μg/ml1OD260RNA=40μg/ml

純DNAA260/A280=1.8

純RNAA260/A280=2.0第20頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五＊核酸的酸解和堿解

DNA和RNA對酸或堿的耐受程度有很大差別RNA的堿解第21頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五＊酶水解核酸水解酶:水解磷酸二酯鍵。

DNA水解酶（DNases）:以DNA為底物

RNA水解酶（RNases）:以RNA為底物的。核酸外切酶:從一端（3′-端或5′-端）開始核酸內切酶:從中間開始第22頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五四DNA的一級結構1、DNA的一級結構DNA分子中核苷酸的排列順序，DNA順序（或序列）DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四種脫氧核糖核苷酸所組成第23頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第24頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第25頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五DNA一級結構模式圖第26頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五1）DNA結構的特點：＊DNA分子是由兩條互相平行的脫氧核苷酸長鏈盤繞而成的。＊DNA分子中的脫氧核糖和磷酸交替連接，排在外側，構成基本骨架，堿基排列在內側。＊兩條鏈上的堿基通過氫鍵相結合，形成堿基對，它的組成有一定的規(guī)律。第27頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第28頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五2）DNA分子的多樣性＊

堿基的排列順序，構成了DNA分子的多樣性＊100bpDNA分子可能排列方式就是4100＊DNA中的堿基排列順序是DNA分子的重要屬性＊基因的功能取決于DNA的一級結構

第29頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五五DNA的二級結構1、DNA二級結構特征＊Watson和Crick在1953年根據(jù)DNA纖維X射線晶體衍射圖，提出了DNA為右手雙螺旋結構的科學假設。＊二級結構是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋結構。＊通常情況下，DNA二級結構分為兩類：一類是右手螺旋，如A－DNA，B－DNA；一類是左手螺旋，即Z－DNA。第30頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第31頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第32頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五2、DNA雙螺旋的穩(wěn)定性氫鍵疏水作用堿基堆積力離子第33頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五3、DNA結構的多態(tài)性

目前已知DNA雙螺旋結構可分為A、B、C、D及Z型等數(shù)種，除Z型為左手雙螺旋外，其余均為右手雙螺旋。B型A型D型C型E型92％相對濕度75％相對濕度DNA－RNA雜交分子66％相對濕度堿基對減少1)右手螺旋第34頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五DNA結構類型和螺旋參數(shù)結構類型螺旋（nm）螺旋對稱性每個核苷酸殘基軸（h）和扭角軸（I）溝的寬度（nm）溝的深度（nm）h（nm）I（度）小溝大溝小溝大溝A2.82110.25632.71.100.270.281.35B3.38100.33836.00.571.170.750.85C3.109.330.33238.60.481.050.790.75D2.4380.30445.00.130.890.58E2.437.50.32548.0第35頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五Z型:在DNA單鏈中存在嘌呤與嘧啶（CGCGCG或CACACA）交替排列的順序時，就會出現(xiàn)左手雙螺旋結構。在主鏈中各個磷酸根呈鋸齒狀排列，猶如“之”字形一樣，因此叫做Z型溝象。2)左手螺旋－－Z型

特點：每圈螺旋12個堿基，螺距4.46－4.47nm，h為0.74nm，-60度旋轉，堿基負傾斜-7度，直徑1.81-1.84nm（B型DNA為1.93nm），只有小溝，且窄而深（寬0.88nm，深1.38nm），嘌呤糖苷鍵呈順式（B型所有糖苷鍵均為反式）。第36頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第37頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五不同螺旋形式DNA分子主要參數(shù)比較雙螺旋堿基傾角（度）堿基間距（nm）螺旋直徑（nm）每輪堿基數(shù)螺旋方向A-DNA200.262.611右B-DNA60.342.010右Z-DNA70.371.812左第38頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第39頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五3）Z型DNA與生物的基因調控有關A鄰近調控控制區(qū)－啟動子轉錄區(qū)Z-DNAB-DNA不轉錄轉錄第40頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五B遠距離調控●●●●●●控制區(qū)Z-DNAB－DNA可能轉錄負超螺旋程度高，有扭轉能力不轉錄負超螺旋程度低，無扭轉張力第41頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五六DNA超螺旋結構

超螺旋結構是DNA分子高級結構的主要形式?？煞譃檎菪拓摮菪齼深?。

負超螺旋松弛DNA正超螺旋拓撲異構酶溴乙錠拓撲異構酶溴乙錠第42頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五A：正超螺旋；B：環(huán)狀雙鏈DNA；C：負超螺旋用電話線說明DNA鏈中的螺旋與超螺旋第43頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五1、超螺旋特點

I型DNA共價閉合環(huán)狀

II型DNA開環(huán)，松弛型Ⅲ型線狀

I°型開環(huán)，松弛型pH11.3pH11.3pH11.3pH11.3I第44頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第45頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五

溴化乙錠（ethidiumbromide，EB），通過嵌入到配對堿基之間的方式與DNA結合，導致DNA雙螺旋的局部解旋（untwisting）沉降系數(shù)EB濃度第46頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五

CsCl密度梯度（含EB）離心：超螺旋〉開環(huán)、線性第47頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第48頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五

環(huán)狀DNA分子常以超螺旋結構存在，并以負超螺旋為主，有利于轉錄的起始。DNA超螺旋結構整體或局部的拓撲學變化及其調控對于DNA復制和RNA轉錄過程具有關鍵作用。

第49頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五七核小體與染色體

1、核小體

DNA雙螺旋鏈，等距離纏繞組蛋白（見表2-5）（H2A、H2B、H3、H4）各二分子，組成八聚體，形成眾多核心顆粒，外繞1.75圈左右的DNA鏈，每圈約85bpDNA，各顆粒之間為帶有H1組蛋白的連接區(qū)DNA。進化上的極端保守性；無組織特異性；氨基酸分布的不對稱性；修飾作用；組蛋白富H5含賴氨酸.第50頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五核小體單位核心顆粒染色小體2第51頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五3第52頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五H2A、H2B、H3和H4各兩分子組成組蛋白八聚體，構成核心組蛋白，雙螺旋DNA(146bp)以左手超螺旋的方式繞核心顆粒1.75圈，纏繞在核心組蛋白表面，構成核心顆粒，兩端各有11bp與H1結合，形成完整的核小體連接區(qū)DNA（平均55bp）將相鄰的核小體連接。4第53頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五5第54頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第55頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五其他非組蛋白：HMC蛋白；DNA結合蛋白；A24非組蛋白.第56頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第57頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五DNA（2nm,200bp

）核小體鏈（11nm,每個核小體200bp）纖絲（30nm,每圈6個核小體）突環(huán)（150nm,每個突環(huán)大約75000bp）

玫瑰花結（300nm,6個突環(huán)）

螺旋圈（700nm,每圈30個玫瑰花）

染色體（1400nm每個染色體含10個玫瑰花）第58頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五核小體螺線管超螺線管染色單體壓縮7倍壓縮6倍壓縮5倍壓縮30-40倍

DNA共壓縮6300-8400倍第59頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第60頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五八、基因與基因組1、基因DNA分子中含有特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質的最小功能單位。合成有功能的多肽鏈或RNA所必需的全部核酸序列（通常是DNA序列）。第61頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五類型編碼蛋白質的基因不轉錄的基因只有轉錄而沒有翻譯功能的基因結構基因調節(jié)基因酶和結構蛋白阻遏蛋白tRNA基因、rRNA基因調節(jié)性RNA啟動基因操縱基因調節(jié)控制作用第62頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五2、基因組指某種生物所包含的全套基因。不同生物體中具有不同的基因組大小。第63頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五3、原核生物基因組＊基因組很小，且大小相差較大＊單倍體（逆轉錄病毒除外）＊基因重疊＊結構簡練＊轉錄單元（多順反子結構）＊基因多是連續(xù)的（真核細胞病毒除外）第64頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五

基因組大小編碼蛋白質

乙肝病毒3Kb4種痘病毒3000Kb幾百種大腸桿菌4600Kb3000－4000第65頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五ΦX174：單鏈DNA病毒編碼11個蛋白質分子，總分子量為25萬左右，相當于6078個核苷酸所容納的信息量，但其DNA本身只有5375個核苷酸，最多能編碼總分子量為20萬的蛋白質分子，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了基因重疊。第66頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五基因重疊的幾種情況：

（1）完全重疊（2）部分重疊（3）兩個基因只有一個堿基重疊一個基因終止密碼子的最后一個堿基是另一個基因起始密碼子的第一個堿基第67頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五＊讀框不同5’……GAAGGAGUGAUGUAAUGUCUAAAGGU……3’5’……GAAGGAGUGAUGUAA……3’GluGlyValMetStop基因D5’……AUGUCUAAAGGU……3’MetSetLys基因J5’……GAAGGAGUGA……3’LysGlyStop基因E

ΦX174mRNAD、J、E基因重疊5’……GCTGGTGGAAAATGAGGAAATTCAAT……3’DNA序列

LeuValGluAsnGluGluIleGlnK蛋白

AlaGlyGlyLysTerA蛋白

fMetArgLysPheAsnC蛋白

噬菌體G4一段DNA序列內A、C、K基因三重重疊第68頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五*基因讀框相同，只是起始部位不同第69頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第70頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五4、真核生物基因組1）C值單倍體基因組中的DNA含量同類生物不同種屬之間DNA總量變化很大從編碼每類生物所需DNA量的最低值看，C值具有從低等到高等增加的趨勢第71頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五A

基因組大，含有多種序列組分B

染色體C

重復序列D

斷裂基因E

單順反子

2）特點第72頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五C重復序列（序列組分）快復性成分高度重復序列中復性成分中度重復序列慢復性成分不重復序列第73頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五高度重復序列：重復頻率高，復性速度很快，在基因組中所占比例隨種屬而異。常被稱為衛(wèi)星DNA。特點

2-100bp

成串排列著絲粒區(qū)和端粒區(qū)約占5-6％根據(jù)長度衛(wèi)星DNA：100bp左右小衛(wèi)星DNA：15-70bp

微衛(wèi)星DNA：2-5bp功能與染色體穩(wěn)定性有關第74頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五第75頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五中度重復序列特點＊在基因組中重復數(shù)十至數(shù)萬（<105）次＊復性速度快于單拷貝順序，慢于高度重復順序＊所占比例在不同種屬之間差異很大＊大多不編碼蛋白質＊大多數(shù)與單拷貝基因間隔排列,少數(shù)在基因組中成串排列在一個區(qū)域＊具有種特異性第76頁，共85頁，2022年，5月20日，3點38分，星期五●

rRNA?真核生物rRNA基因的重復次數(shù)多