（實用課件）核酸的化學

【醫(yī)學ppt課件】核酸的化學【醫(yī)學ppt課件】核酸的化學1

本章主要內(nèi)容

核苷酸

DNA

RNA

核酸的性質

本章主要內(nèi)容

核苷酸

DNA

RNA

核酸的性質

21868年F.Miescher首先從傷員繃帶的膿細胞中分離得到稱為“核素”的核酸1944年O.N.Avery通過轉化實驗證實DNA是主要的遺傳物質1953年J.D.Watson和F.H.C.Crick提出DNA雙螺旋結構模型1958Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則1970s建立DNA重組技術1980s后分子生物學、分子遺傳學等學科突飛猛進發(fā)展，提出并完成HGP核酸化學的發(fā)展過程上頁

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章首1868年F.Miescher首先從傷員繃帶的膿細胞中分離3

一、概述

概念

核酸(nucleicacid)是由堿基（嘌呤和嘧啶）、戊糖和磷酸組成的高分子物質，是生物體的基本組成。種類：

DNA（脫氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）

一、概述

概念核酸(nucleicacid)是由堿4“四核苷酸假說”：核酸由四種核苷酸組成的單體構成的，缺乏結構方面的多樣性,不大可能有重要的生理功能?！八暮塑账峒僬f”：核酸由四種核苷酸組成的單體構成的，缺乏51928年，英國S型肺炎球菌：有莢膜，菌落表面光滑R型肺炎球菌：沒有莢膜，菌落表面粗糙

著名的肺炎球菌實驗

結果說明？1928年，英國著名的肺炎球菌實驗結果說明？6結果說明：加熱殺死的S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或遺傳物質，可以使無害的R型肺炎球菌轉化為有害的S型肺炎球菌這種生物分子或遺傳物質是什么呢？

著名的肺炎球菌實驗

紐約洛克非勒研究所Avery從加熱殺死的S型肺炎球菌將蛋白質、核酸、多糖、脂類分離出來，分別加入到無害的R型肺炎球菌中，結果發(fā)現(xiàn)，惟獨只有核酸可以使無害的R型肺炎球菌轉化為有害的S型肺炎球菌。1944年結論：DNA是生命的遺傳物質結果說明：加熱殺死的S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或7分布：

DNA：主要在細胞核中，是染色體的主要成分。此外在線粒體、葉綠體.

RNA：主要在細胞質中，此外在線粒體、細胞核——核仁；分布：DNA：主要在細胞核中，是染色體的主8二、核酸的組成成分核酸是一種線形多聚核苷酸(polynucleotide),其基本結構單位是核苷酸(nucleotide)。戊糖堿基磷酸核苷核苷酸核酸

二、核酸的組成成分核酸是一種線形多聚核苷酸(polynu9核苷酸的基

本結構核苷酸的基

本結構10組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。(一)、核酸中的戊糖RiboseDeoxyribose組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為11從兩類核酸的水解產(chǎn)物可看到它們組成的差別?從兩類核酸的水解產(chǎn)物可看到它們組成的差別?12（二）堿基尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶核酸中的堿基分兩類：1、嘧啶堿(pyrimidine)：是嘧啶的衍生物。（二）堿基尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶核酸中的堿基分兩類：13NNHHHH嘧啶123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶Cytosine（C）NNHHHHOOHH尿嘧啶uracil（U）NNHHHHOOHHCH3胸腺嘧啶thymine（T）NNHHHH嘧啶123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶C142、嘌呤堿(purine)：由嘌呤衍生而來。2、嘌呤堿(purine)：由嘌呤衍生而來。15NNNNHHHHNNNNHHHH123456789嘌呤NH2腺嘌呤adenine（A）NNNNHHHHOH2N鳥嘌呤guanine（G）NNNNHHHHNNNNHHHH123456789嘌呤NH2163、稀有堿基：一些修飾堿基，因含量甚少而稱之。大多為甲基化堿基，多在tRNA中。3、稀有堿基：一些修飾堿基，因含量甚少而17（三）核苷：

(nucleoside)

核苷：戊糖與堿基縮合而成，并以糖苷鍵相連接。糖苷鍵：

二者的連接是C-N鍵，稱N-糖苷鍵。（三）核苷：

(nucleoside)核苷：戊糖與堿基縮18OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖NNNNHHHH9腺嘌呤腺苷OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖NNNN19OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖OHOH2COHOH1′2′3′4′5′核糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷NCOONHHH51OH假尿苷（ψ）OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖OHOH20核苷的表示：核苷：A、G、C、U脫氧核苷：dA,dG,dC,dT修飾核苷：如5-甲基胞嘧啶：m5dC。核苷的表示：核苷：A、G、C、U21（四）核苷酸(nucleotide，nt)1、種類：1）按酯化位點：可在核糖的2’-,3’-,5’-；2）按核糖類型：

核苷酸、脫氧核苷酸核苷中戊糖的羥基被磷酸酯化，即為核苷酸。（四）核苷酸(nucleotide，nt)1、種類：核苷中戊222、結構：2、結構：233、表示：與一個磷酸結合——MP：(d)AMP、(d)GMP、(d)CMP、(d)TMP、UMP與二個磷酸結合——DP：如：ADP與三個磷酸結合——TP：如：ATP

核苷酸3、表示：與一個磷酸結合——MP：(d)AMP、(d)GMP24AMPADPATPAMPADPATP254、特殊核苷酸：環(huán)核苷酸：

核糖3’-,5’-成環(huán)。

cAMP、cGMP功能：第二信使第二信使：通常把激素稱為第一信使，激素與靶位受體結合后，生成某些物質，這些物質是聯(lián)系激素引起生物學效應的重要物質，稱為第二信使。例如：cAMP、cGMP等。核苷酸cAMPcGMP4、特殊核苷酸：環(huán)核苷酸：核苷酸cAMPcGMP26肌苷酸及鳥苷酸(強力味精)酶的輔助因子的結構成分NAD、NADP、FMNIMP

GMP肌苷酸及鳥苷酸(強力味精)酶的輔助因子的結構成分IMP27（五）核苷酸的連接方式1、3’-,5’磷酸二酯鍵將核苷酸連接成核酸大分子。一、核苷酸（五）核苷酸的連接方式1、3’-,5’磷酸二酯鍵將核苷酸28OHO-OO—CH2TO=P—O-3′5′OHOHO-OO—CH2GO=P—O-3′5′OHOO—CH2OHOHAO=P—OO-3′5′3′5′1′PPPOHATGpGpTpAOHpG-T-ApGTAOHO-OO—CH2TO=P—O-3′5′OHOHO-292、核酸的一級結構：多核苷酸鏈中各核苷酸殘基的排列順序稱~。2、核酸的一級結構：多核苷酸鏈中各核苷酸殘基的排列順序30OHO-OO—CH2TO=P—O-3′5′OHOHO-OO—CH2GO=P—O-3′5′OHOO—CH2OHOHAO=P—OO-3′5′3′5′1′PPPOHATGpGpTpAOHpG-T-ApGTA1）一級結構表示方法如上：OHO-OO—CH2TO=P—O-3′5′OHOHO-312）讀向：

堿基序列從左到右表示5’——3’，由3’-,5’磷酸二酯鍵連接。若兩鏈反向平行，則需注明每條鏈的走向。如：

5’A-T-G-C-C-T-G-A3’

3’T-A-C-G-G-A-C-T5’核苷酸2）讀向：堿基序列從左到右表示5’——332三、DNA（一）DNA的一級結構：由數(shù)量龐大的4種脫氧核苷酸通過3’-,5’磷酸二酯鍵連接成的直線形或環(huán)形多聚體。三、DNA（一）DNA的一級結構：33（二）DNA的雙螺旋二級結構1、雙螺旋結構模型建立的依據(jù)：1）根據(jù)DNA堿基組成的定量分析提出chargaff堿基配對原則：A=T，G=C2）根據(jù)對DNA纖維和晶體的x-衍射分析。3）電位滴定證明。DNA（二）DNA的雙螺旋二級結構1、雙螺旋結構模型建立的依據(jù)：D34（實用課件）核酸的化學35雙螺旋中的堿基對（basepair,bp)雙螺旋中的堿基對（basepair,bp)362,雙螺旋結構的特點:(Watson-Crick模型）1）形成：兩條鏈反向平行；右手螺旋。DNA2,雙螺旋結構的特點:(Watson-Crick模型）1）形372）結構：A、核糖-磷酸以3’-,5’磷酸二酯鍵連接成骨架；堿基在內(nèi)；B、大溝、小溝。DNA2）結構：A、核糖-磷酸以3’-,5’磷酸二酯鍵連接成D383）尺寸：DNAA、直徑：2nm；B、堿基距離：0.34nm；C、一周10個核苷酸；D、螺距：3.4nm。3）尺寸：DNAA、直徑：2nm；B、堿基距離394）雙螺旋的穩(wěn)定性：A、依靠堿基堆積力B、氫鍵C、離子鍵4）雙螺旋的穩(wěn)定性：A、依靠堿基堆積力403.DNA的二級結構類型上頁

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章首

節(jié)首B型結構兩條鏈反向平行，右手螺旋堿基在內(nèi)（A＝T，G≡C）堿基平面垂直于螺旋軸戊糖在外，雙螺旋每轉一周為10堿基對（bp）A型結構堿基平面傾斜20o，螺旋變粗變短，螺距2～3nm。Z型結構左手螺旋，只有小溝3.DNA的二級結構類型上頁下頁章首節(jié)首B型結構41幾種DNA螺旋主要構象參數(shù)

螺旋類型每圈螺旋中的堿基對數(shù)每個堿基旋轉的角(度)每個堿基對的垂直高度(nm)螺距(nm)螺旋直徑(nm)A11+32.70.2560.82.3B10+36.00.3383.42.0Z12-30.00.3714.51.8幾種DNA螺旋主要構象參數(shù) 螺旋類型每圈螺旋中的堿基對數(shù)每42B-DNA與A-DNAB-DNA與A-DNA43幾種DNA鈉鹽的特點：B-DNA：生理狀態(tài)下多為此種；92%相對濕度A-DNA：右手螺旋；75%相對濕度；生理狀態(tài)下多見dsRNA、DNA-RNAZ-DNA：人工合成、左手螺旋；嘧啶、嘌呤交替；有m5dC；與基因表達調控有關；此外，還發(fā)現(xiàn)有C、D、E等型。幾種DNA鈉鹽的特點：B-DNA：生理狀態(tài)下多為此種；9244

DNA分子間三股螺旋結構模型

DNA分子間三股螺旋結構模型45(三）DNA的三級結構DNA雙螺旋進一步扭曲即成三級結構。天然DNA有雙鏈DNA（dsDNA），有的病毒為單鏈DNA（ssDNA）在dsDNA中：

線形分子（大多數(shù)）

環(huán)狀分子（dcDNA）：質粒、線粒體、葉綠體、病毒、細菌DNA(三）DNA的三級結構DNA雙螺旋進一步扭曲即成DNA461、超螺旋結構特點：可將長鏈壓縮在一較小體內(nèi)；密度大；凝膠電泳中移動速度快。DNA1、超螺旋結構特點：DNA47（實用課件）核酸的化學482、核小體中的

扭曲方式在真核細胞染色質中，DNA雙螺旋分子盤繞在組蛋白上形成核小體。許多核小體由DNA連成念珠狀結構，再盤繞壓縮成高層次的結構———染色體。DNA2、核小體中的

扭曲方式在真核細胞染色質中，DN49真核生物：DNA和蛋白質組裝成染色體，染色體的基本單位是核小體。核小體由DNA和組蛋白構成。組蛋白有H1，H2A，H2B，H3和H4。H2A，H2B，H3和H4各兩分子構成核小體的核心，稱為組蛋白八聚體。DNA雙螺旋分子纏繞在八聚體上構成核小體的核心顆粒。核小體的核心顆粒之間再由DNA和組蛋白H1構成的連接區(qū)連接起來形成串珠狀結構。核小體進一步旋轉折疊形成棒狀染色體，將近1m長的DNA分子容納于直徑只有數(shù)微米的細胞核中。真核生物：DNA和蛋白質組裝成染色體，染色體的基本單位是核小50（四）DNA的功能1、DNA一級結構的特點基因：是含特定遺傳信息的核苷酸序列

（DNA或RNA）是遺傳物質的最小功能單位。若干bp多個基因pr+DNA染色體染色質是核中由DNA和蛋白質組成并可被蘇木精等染料染色的物質，染色質DNA含有大量基因片段，是生命的遺傳物質。DNA（四）DNA的功能1、DNA一級結構的特點DNA51弄清幾個概念

基因:基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能單位。轉錄：DNA分子中的遺傳信息轉移到RNA分子中過程。翻譯:把以mRNA為模板合成蛋白質的過程。結構基因:為RNA或蛋白質編碼的基因.調節(jié)基因:只有調節(jié)作用,并不能轉錄生成RNA的片段.基因組:某生物體所含的全部基因稱該生物體的。弄清幾個概念521）原核生物基因組：

基因在同一染色體上。

A、除調節(jié)序列和信號序列外，多為結構基因；B、功能相關的基因常連在一起，并轉錄在同一mRNA中；DNA1）原核生物基因組：基因在同一染色體上。DNA53（實用課件）核酸的化學54C、基因有重疊；

同一核苷酸順序中包含多種生物信息。C、基因有重疊；

同一核苷酸順序中包含多種生物信552）真核生物基因組：

一般基因分布在若干染色體上。

A、有重復序列；B、有斷裂基因：即有內(nèi)含子。

內(nèi)含子（intron)：DNA分子中不編碼的序列。

外顯子(exons)：DNA分子中可表達的序列。DNA2）真核生物基因組：一般基因分布在若干染色體上。56內(nèi)含子與外顯子內(nèi)含子與外顯子572、DNA是遺傳信息的載體半保留復制保證了親代性狀傳到子代，保證了親代與子代的相似性。DNA2、DNA是遺傳信息的載體半保留復制DNA583、DNA是變異的物質基礎變異是生物進化的基礎。變異的發(fā)生：1）DNA復制時出錯；2）理化因素等引起堿基變化或缺失，使DNA堿基序列改變，從而發(fā)生性狀變異。DNA3、DNA是變異的物質基礎變異是生物進化的基礎。變異的發(fā)生：59四、RNA（一）RNA的結構組成：4種核苷酸，有稀有堿基；連接：同DNA形成：一般以DNA為模板合成，有例外。結構：單鏈線形分子，局部區(qū)域有雙螺旋。四、RNA（一）RNA的結構60（二）RNA的類型三種：

信使RNA（messengerRNA,mRNA)

核糖體RNA(ribosomelRNA,rRNA)

轉運RNA(transferRNA,tRNA)RNA（二）RNA的類型三種：RNA61此外，在真核細胞中還有少量：核內(nèi)小RNA（snRNA）:參與核糖體的組成。不均一RNA（hnRNA）：mRNA的前體。反義RNA（asRNA）：可與mRNA部分或全部序列互補；抑制DNA復制、轉錄；抑制mRNA翻譯。此外，在真核細胞中還有少量：核內(nèi)小RNA（snRNA）:621、tRNA約占全部RNA的15%；由70-90個核苷酸組成許多種類；沉降系數(shù)4S。RNA1、tRNA約占全部RNA的RNA631）tRNA結構：一級結構多已清楚，含較多稀有堿基；二級結構為三葉草有：aa臂、二氫嘧啶環(huán)、

反密碼環(huán)、可變環(huán)、TΨ環(huán)P198RNA1）tRNA結構：一級結構多已清楚，RNA64主要特征：1.四臂四環(huán)；2.氨基酸臂3′端有CCAOH的共有結構；3.D環(huán)上有二氫尿嘧啶（D）；4.反密碼環(huán)上的反密碼子與mRNA相互作用；5.可變環(huán)上的核苷酸數(shù)目可以變動；6.TψC環(huán)含有T和ψ；7.含有修飾堿基和不變核苷酸。主要特征：65tRNA三級結構為倒L型tRNA66A、在pr合成中轉運aa；B、在pr合成的起始、DNA反轉錄合成及其它代謝調節(jié)中起作用。2）tRNA功能：A、在pr合成中轉運aa；2）tRNA功能：672、mRNA和hnRNA1）合成：以DNA為模板(核內(nèi))合成hnRNA（含內(nèi)含子和外顯子）加工成熟的mRNA入細胞質蛋白質合成RNA2、mRNA和hnRNA1）合成：以DNA為模板(核內(nèi))R68合成mRNA合成mRNA69切除內(nèi)含子切除內(nèi)含子702)mRNA結構特點：3‘末端有polyA結構：與mRNA從核入質有關。5‘末端有帽子結構：G被甲基化，此可能與pro合成的起始有關。2)mRNA結構特點：3‘末端有polyA結構：與mRNA713)功能：是蛋白質合成的模板3)功能：是蛋白質合成的模板723、rRNA1)占RNA總量的80%，是構成核糖體的骨架。2)核糖體功能：

pr合成的部位.3）結構：分大、小亞基一、二級結構多已確定，但功能不清。RNA3、rRNA1)占RNA總量的80%，是構成核糖體的骨架。R73原核細胞：70S核糖體；真核細胞：80S核糖體；原核細胞：70S核糖體；74核糖體RNA自我剪切1983年在四膜蟲中發(fā)現(xiàn)RNA有催化功能核糖體RNA自我剪切1983年在四754、RNA的功能1）在DNA復制、轉錄、翻譯中起重要調控作用；2）有催化作用；3）可作為遺傳物質（如逆轉錄病毒）。RNA4、RNA的功能1）在DNA復制、轉錄、翻譯中起重要調控RN76（實用課件）核酸的化學77五、核酸的性質（一）一般理化性質1、兩性電解質：2、溶解性：微溶于水，不溶于一般有機試劑（乙醇沉淀核酸），鈉鹽易溶于水。0.14摩爾法:分離DNA蛋白和RNA蛋白的方法DNA蛋白:在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最低.RNA蛋白:在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度較大.3、粘度高：一般DNA比RNA粘度高。4、水解性：可被酸、堿或酶水解，DNA比RNA對稀堿穩(wěn)定。核酸的性質五、核酸的性質（一）一般理化性質核酸的性質785、顏色反應：1）核糖與濃鹽酸和苔黑酚(甲基間苯二酚)共熱呈綠色，在670nm處可測RNA；2）2-脫氧核糖與酸和二苯胺共熱呈藍紫色，在595nm處可測DNA。二種反應可作定性試驗，定量試驗靈敏度低、準確性差，但快、簡便。核酸的性質5、顏色反應：1）核糖與濃鹽酸和苔黑酚(甲基間苯二酚)共熱呈79（二）紫外吸收性質堿基具共軛雙鍵強烈吸收260-290nm波段紫外光，最大吸收峰在260nm附近。應用：1、不同核苷酸有不同吸收特性，可用紫外分光光度計進行定性、定量測定。

1OD相當于：50μg/mlDNA40μg/mlRNA

核酸的性質（二）紫外吸收性質堿基具共軛雙鍵強烈吸收260-29802、確定所提取的核酸是否純品。

1）DNA：OD260/OD280≈1.8純品

2）RNA：OD260/OD280≈2.0純品在純化DNA時,通常用A260/A280=1.8-2.0作為純度標準,若大于此值,表示有RNA污染;若小于此值,則有pro或酚污染.核酸的性質2、確定所提取的核酸是否純品。核酸的性質81（三）核酸結構的穩(wěn)定性1、堿基堆積力：雙螺旋內(nèi)部堿基形成的疏水區(qū)；2、堿基間的氫鍵：3、磷酸基與介質中陽離子形成的離子鍵核酸的性質（三）核酸結構的穩(wěn)定性1、堿基堆積力：雙螺旋內(nèi)部堿基形成的疏82（四）核酸的變性1、變性的概念1）現(xiàn)象：雙螺旋DNA和具雙螺旋區(qū)的RNA氫鍵斷裂，空間結構被破壞，形成單鏈無規(guī)則線團狀的過程。核酸的性質（四）核酸的變性1、變性的概念核酸的性質832）結果：A、增色效應：260nm紫外吸收增加；B、粘度下降；C、生物學性能部分或全部喪失。3）引起變性的因素：溫度、pH、尿素、甲醛等。核酸的性質2）結果：A、增色效應：核酸的性質842、熱變性與TmTm：在熱變性中，紫外吸收增加的中點值所對應的溫度，稱該DNA的熔解溫度（meltingtemperature,Tm);又稱熱解鏈溫度。(G+C)%=(Tm-69.3)*2.44核酸的性質2、熱變性與TmTm：在熱變性中，紫外吸收增加的中點值所對應853、影響Tm的因素：1）G-C含量：Tm與G-C含量成正比。2）介質中的離子強度：離子強度低，Tm低，在純水中,DNA在室溫下即可變性。3）溶液的pH.4)變性劑核酸的性質3、影響Tm的因素：1）G-C含量：Tm與G-C含量成正比。86（五）核酸的復性概念：變性DNA在適當條件下（緩慢降溫），可使兩條彼此分開的鏈重新締合成雙螺旋結構的過程。復性后，許多物化性質可得到恢復，生物學活性部分恢復。影響因素：溫度、DNA片段大小、DNA濃度、堿基重復序列多少、離子濃度。核酸的性質（五）核酸的復性概念：變性DNA在適當條件下（緩慢降溫），可87DNA變性與復性DNA變性與復性88六、分子生物學技術（一）分子雜交與探針技術1、概念：1）分子雜交（hybrization):在退火條件下，不同來源的DNA互補區(qū)形成氫鍵，或DNA單鏈和RNA鏈的互補區(qū)形成DNA-RNA雜合雙鏈的過程。DNA-DNA：DNA-RNA:分子生物學技術六、分子生物學技術（一）分子雜交與探針技術分子生物學技術892)探針（probe)用放射性同位素或熒光標記的DNA或RNA片段.確診病人細胞中提取的DNA；病毒DNA；腫瘤組織提取的DNA。分子生物學技術2)探針（probe)用放射性同位素或熒光標記的DNA或RN90（二）限制性內(nèi)切酶：1、核酸的工具酶有：

水解酶類；聚合酶類；連接酶；反轉錄酶等；分子生物學技術（二）限制性內(nèi)切酶：1、核酸的工具酶有：分子生物學技術912、水解酶：水解磷酸二酯鍵1）按專一性分：DNA水解酶、RNA水解酶2）按作用方式分：外切酶：從核酸鏈3’或5’一個個水解。內(nèi)切酶：作用于核酸鏈內(nèi)部。分子生物學技術2、水解酶：水解磷酸二酯鍵1）按專一性分：分子生物學技術923、限制性內(nèi)切酶在核苷酸鏈內(nèi)特定序列切開DNA雙鏈的酶。因切法不同，產(chǎn)生二種產(chǎn)物：交錯切——產(chǎn)生粘性末端：平切——產(chǎn)生平頭末端：分子生物學技術3、限制性內(nèi)切酶在核苷酸鏈內(nèi)特定序列切開DNA雙鏈的酶。分子93粘性末端分子生物學技術粘性末端分子生物學技術94分子生物學技術分子生物學技術95（三）Southern印跡法分子生物學技術用于檢測DNA方法：如圖（三）Southern印跡法分子生物學技術用于檢測DNA96Northern印跡法：用于檢測RNANorthern印跡法：用于檢測RNA97（四）聚合酶鏈

式反應（polymeerasechainreaction,PCR)（四）聚合酶鏈

式反應（polyme98

聚合酶鏈式反應（PCR）每一輪聚合酶鏈式反應可使目的基因片段增加一倍30輪循環(huán)可獲得——230（1.07×109)個基因片段聚合酶鏈式反應（PCR）每一輪聚合酶鏈式反應可使目的基因99應用：廣泛用于克隆、測序、產(chǎn)生特異突變、醫(yī)學診斷和法醫(yī).應用：廣泛用于克隆、測序、產(chǎn)生特異突變、醫(yī)學診斷和法醫(yī).100原理：堿基配對；聚合酶可催化在試管內(nèi)合成與模板互補的DNA新鏈；雙脫氧核苷酸無3’-OH，合成到此終止；可電泳分離隨機得到的大小不等的片段。（五）核酸序列測定原理：（五）核酸序列測定101核酸序列測定核酸序列測定102【醫(yī)學ppt課件】核酸的化學【醫(yī)學ppt課件】核酸的化學103

本章主要內(nèi)容

核苷酸

DNA

RNA

核酸的性質

本章主要內(nèi)容

核苷酸

DNA

RNA

核酸的性質

1041868年F.Miescher首先從傷員繃帶的膿細胞中分離得到稱為“核素”的核酸1944年O.N.Avery通過轉化實驗證實DNA是主要的遺傳物質1953年J.D.Watson和F.H.C.Crick提出DNA雙螺旋結構模型1958Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則1970s建立DNA重組技術1980s后分子生物學、分子遺傳學等學科突飛猛進發(fā)展，提出并完成HGP核酸化學的發(fā)展過程上頁

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章首1868年F.Miescher首先從傷員繃帶的膿細胞中分離105

一、概述

概念

核酸(nucleicacid)是由堿基（嘌呤和嘧啶）、戊糖和磷酸組成的高分子物質，是生物體的基本組成。種類：

DNA（脫氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）

一、概述

概念核酸(nucleicacid)是由堿106“四核苷酸假說”：核酸由四種核苷酸組成的單體構成的，缺乏結構方面的多樣性,不大可能有重要的生理功能?！八暮塑账峒僬f”：核酸由四種核苷酸組成的單體構成的，缺乏1071928年，英國S型肺炎球菌：有莢膜，菌落表面光滑R型肺炎球菌：沒有莢膜，菌落表面粗糙

著名的肺炎球菌實驗

結果說明？1928年，英國著名的肺炎球菌實驗結果說明？108結果說明：加熱殺死的S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或遺傳物質，可以使無害的R型肺炎球菌轉化為有害的S型肺炎球菌這種生物分子或遺傳物質是什么呢？

著名的肺炎球菌實驗

紐約洛克非勒研究所Avery從加熱殺死的S型肺炎球菌將蛋白質、核酸、多糖、脂類分離出來，分別加入到無害的R型肺炎球菌中，結果發(fā)現(xiàn)，惟獨只有核酸可以使無害的R型肺炎球菌轉化為有害的S型肺炎球菌。1944年結論：DNA是生命的遺傳物質結果說明：加熱殺死的S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或109分布：

DNA：主要在細胞核中，是染色體的主要成分。此外在線粒體、葉綠體.

RNA：主要在細胞質中，此外在線粒體、細胞核——核仁；分布：DNA：主要在細胞核中，是染色體的主110二、核酸的組成成分核酸是一種線形多聚核苷酸(polynucleotide),其基本結構單位是核苷酸(nucleotide)。戊糖堿基磷酸核苷核苷酸核酸

二、核酸的組成成分核酸是一種線形多聚核苷酸(polynu111核苷酸的基

本結構核苷酸的基

本結構112組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。(一)、核酸中的戊糖RiboseDeoxyribose組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為113從兩類核酸的水解產(chǎn)物可看到它們組成的差別?從兩類核酸的水解產(chǎn)物可看到它們組成的差別?114（二）堿基尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶核酸中的堿基分兩類：1、嘧啶堿(pyrimidine)：是嘧啶的衍生物。（二）堿基尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶核酸中的堿基分兩類：115NNHHHH嘧啶123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶Cytosine（C）NNHHHHOOHH尿嘧啶uracil（U）NNHHHHOOHHCH3胸腺嘧啶thymine（T）NNHHHH嘧啶123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶C1162、嘌呤堿(purine)：由嘌呤衍生而來。2、嘌呤堿(purine)：由嘌呤衍生而來。117NNNNHHHHNNNNHHHH123456789嘌呤NH2腺嘌呤adenine（A）NNNNHHHHOH2N鳥嘌呤guanine（G）NNNNHHHHNNNNHHHH123456789嘌呤NH21183、稀有堿基：一些修飾堿基，因含量甚少而稱之。大多為甲基化堿基，多在tRNA中。3、稀有堿基：一些修飾堿基，因含量甚少而119（三）核苷：

(nucleoside)

核苷：戊糖與堿基縮合而成，并以糖苷鍵相連接。糖苷鍵：

二者的連接是C-N鍵，稱N-糖苷鍵。（三）核苷：

(nucleoside)核苷：戊糖與堿基縮120OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖NNNNHHHH9腺嘌呤腺苷OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖NNNN121OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖OHOH2COHOH1′2′3′4′5′核糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷NCOONHHH51OH假尿苷（ψ）OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖OHOH122核苷的表示：核苷：A、G、C、U脫氧核苷：dA,dG,dC,dT修飾核苷：如5-甲基胞嘧啶：m5dC。核苷的表示：核苷：A、G、C、U123（四）核苷酸(nucleotide，nt)1、種類：1）按酯化位點：可在核糖的2’-,3’-,5’-；2）按核糖類型：

核苷酸、脫氧核苷酸核苷中戊糖的羥基被磷酸酯化，即為核苷酸。（四）核苷酸(nucleotide，nt)1、種類：核苷中戊1242、結構：2、結構：1253、表示：與一個磷酸結合——MP：(d)AMP、(d)GMP、(d)CMP、(d)TMP、UMP與二個磷酸結合——DP：如：ADP與三個磷酸結合——TP：如：ATP

核苷酸3、表示：與一個磷酸結合——MP：(d)AMP、(d)GMP126AMPADPATPAMPADPATP1274、特殊核苷酸：環(huán)核苷酸：

核糖3’-,5’-成環(huán)。

cAMP、cGMP功能：第二信使第二信使：通常把激素稱為第一信使，激素與靶位受體結合后，生成某些物質，這些物質是聯(lián)系激素引起生物學效應的重要物質，稱為第二信使。例如：cAMP、cGMP等。核苷酸cAMPcGMP4、特殊核苷酸：環(huán)核苷酸：核苷酸cAMPcGMP128肌苷酸及鳥苷酸(強力味精)酶的輔助因子的結構成分NAD、NADP、FMNIMP

GMP肌苷酸及鳥苷酸(強力味精)酶的輔助因子的結構成分IMP129（五）核苷酸的連接方式1、3’-,5’磷酸二酯鍵將核苷酸連接成核酸大分子。一、核苷酸（五）核苷酸的連接方式1、3’-,5’磷酸二酯鍵將核苷酸130OHO-OO—CH2TO=P—O-3′5′OHOHO-OO—CH2GO=P—O-3′5′OHOO—CH2OHOHAO=P—OO-3′5′3′5′1′PPPOHATGpGpTpAOHpG-T-ApGTAOHO-OO—CH2TO=P—O-3′5′OHOHO-1312、核酸的一級結構：多核苷酸鏈中各核苷酸殘基的排列順序稱~。2、核酸的一級結構：多核苷酸鏈中各核苷酸殘基的排列順序132OHO-OO—CH2TO=P—O-3′5′OHOHO-OO—CH2GO=P—O-3′5′OHOO—CH2OHOHAO=P—OO-3′5′3′5′1′PPPOHATGpGpTpAOHpG-T-ApGTA1）一級結構表示方法如上：OHO-OO—CH2TO=P—O-3′5′OHOHO-1332）讀向：

堿基序列從左到右表示5’——3’，由3’-,5’磷酸二酯鍵連接。若兩鏈反向平行，則需注明每條鏈的走向。如：

5’A-T-G-C-C-T-G-A3’

3’T-A-C-G-G-A-C-T5’核苷酸2）讀向：堿基序列從左到右表示5’——3134三、DNA（一）DNA的一級結構：由數(shù)量龐大的4種脫氧核苷酸通過3’-,5’磷酸二酯鍵連接成的直線形或環(huán)形多聚體。三、DNA（一）DNA的一級結構：135（二）DNA的雙螺旋二級結構1、雙螺旋結構模型建立的依據(jù)：1）根據(jù)DNA堿基組成的定量分析提出chargaff堿基配對原則：A=T，G=C2）根據(jù)對DNA纖維和晶體的x-衍射分析。3）電位滴定證明。DNA（二）DNA的雙螺旋二級結構1、雙螺旋結構模型建立的依據(jù)：D136（實用課件）核酸的化學137雙螺旋中的堿基對（basepair,bp)雙螺旋中的堿基對（basepair,bp)1382,雙螺旋結構的特點:(Watson-Crick模型）1）形成：兩條鏈反向平行；右手螺旋。DNA2,雙螺旋結構的特點:(Watson-Crick模型）1）形1392）結構：A、核糖-磷酸以3’-,5’磷酸二酯鍵連接成骨架；堿基在內(nèi)；B、大溝、小溝。DNA2）結構：A、核糖-磷酸以3’-,5’磷酸二酯鍵連接成D1403）尺寸：DNAA、直徑：2nm；B、堿基距離：0.34nm；C、一周10個核苷酸；D、螺距：3.4nm。3）尺寸：DNAA、直徑：2nm；B、堿基距離1414）雙螺旋的穩(wěn)定性：A、依靠堿基堆積力B、氫鍵C、離子鍵4）雙螺旋的穩(wěn)定性：A、依靠堿基堆積力1423.DNA的二級結構類型上頁

下頁

章首

節(jié)首B型結構兩條鏈反向平行，右手螺旋堿基在內(nèi)（A＝T，G≡C）堿基平面垂直于螺旋軸戊糖在外，雙螺旋每轉一周為10堿基對（bp）A型結構堿基平面傾斜20o，螺旋變粗變短，螺距2～3nm。Z型結構左手螺旋，只有小溝3.DNA的二級結構類型上頁下頁章首節(jié)首B型結構143幾種DNA螺旋主要構象參數(shù)

螺旋類型每圈螺旋中的堿基對數(shù)每個堿基旋轉的角(度)每個堿基對的垂直高度(nm)螺距(nm)螺旋直徑(nm)A11+32.70.2560.82.3B10+36.00.3383.42.0Z12-30.00.3714.51.8幾種DNA螺旋主要構象參數(shù) 螺旋類型每圈螺旋中的堿基對數(shù)每144B-DNA與A-DNAB-DNA與A-DNA145幾種DNA鈉鹽的特點：B-DNA：生理狀態(tài)下多為此種；92%相對濕度A-DNA：右手螺旋；75%相對濕度；生理狀態(tài)下多見dsRNA、DNA-RNAZ-DNA：人工合成、左手螺旋；嘧啶、嘌呤交替；有m5dC；與基因表達調控有關；此外，還發(fā)現(xiàn)有C、D、E等型。幾種DNA鈉鹽的特點：B-DNA：生理狀態(tài)下多為此種；92146

DNA分子間三股螺旋結構模型

DNA分子間三股螺旋結構模型147(三）DNA的三級結構DNA雙螺旋進一步扭曲即成三級結構。天然DNA有雙鏈DNA（dsDNA），有的病毒為單鏈DNA（ssDNA）在dsDNA中：

線形分子（大多數(shù)）

環(huán)狀分子（dcDNA）：質粒、線粒體、葉綠體、病毒、細菌DNA(三）DNA的三級結構DNA雙螺旋進一步扭曲即成DNA1481、超螺旋結構特點：可將長鏈壓縮在一較小體內(nèi)；密度大；凝膠電泳中移動速度快。DNA1、超螺旋結構特點：DNA149（實用課件）核酸的化學1502、核小體中的

扭曲方式在真核細胞染色質中，DNA雙螺旋分子盤繞在組蛋白上形成核小體。許多核小體由DNA連成念珠狀結構，再盤繞壓縮成高層次的結構———染色體。DNA2、核小體中的

扭曲方式在真核細胞染色質中，DN151真核生物：DNA和蛋白質組裝成染色體，染色體的基本單位是核小體。核小體由DNA和組蛋白構成。組蛋白有H1，H2A，H2B，H3和H4。H2A，H2B，H3和H4各兩分子構成核小體的核心，稱為組蛋白八聚體。DNA雙螺旋分子纏繞在八聚體上構成核小體的核心顆粒。核小體的核心顆粒之間再由DNA和組蛋白H1構成的連接區(qū)連接起來形成串珠狀結構。核小體進一步旋轉折疊形成棒狀染色體，將近1m長的DNA分子容納于直徑只有數(shù)微米的細胞核中。真核生物：DNA和蛋白質組裝成染色體，染色體的基本單位是核小152（四）DNA的功能1、DNA一級結構的特點基因：是含特定遺傳信息的核苷酸序列

（DNA或RNA）是遺傳物質的最小功能單位。若干bp多個基因pr+DNA染色體染色質是核中由DNA和蛋白質組成并可被蘇木精等染料染色的物質，染色質DNA含有大量基因片段，是生命的遺傳物質。DNA（四）DNA的功能1、DNA一級結構的特點DNA153弄清幾個概念

基因:基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能單位。轉錄：DNA分子中的遺傳信息轉移到RNA分子中過程。翻譯:把以mRNA為模板合成蛋白質的過程。結構基因:為RNA或蛋白質編碼的基因.調節(jié)基因:只有調節(jié)作用,并不能轉錄生成RNA的片段.基因組:某生物體所含的全部基因稱該生物體的。弄清幾個概念1541）原核生物基因組：

基因在同一染色體上。

A、除調節(jié)序列和信號序列外，多為結構基因；B、功能相關的基因常連在一起，并轉錄在同一mRNA中；DNA1）原核生物基因組：基因在同一染色體上。DNA155（實用課件）核酸的化學156C、基因有重疊；

同一核苷酸順序中包含多種生物信息。C、基因有重疊；

同一核苷酸順序中包含多種生物信1572）真核生物基因組：

一般基因分布在若干染色體上。

A、有重復序列；B、有斷裂基因：即有內(nèi)含子。

內(nèi)含子（intron)：DNA分子中不編碼的序列。

外顯子(exons)：DNA分子中可表達的序列。DNA2）真核生物基因組：一般基因分布在若干染色體上。158內(nèi)含子與外顯子內(nèi)含子與外顯子1592、DNA是遺傳信息的載體半保留復制保證了親代性狀傳到子代，保證了親代與子代的相似性。DNA2、DNA是遺傳信息的載體半保留復制DNA1603、DNA是變異的物質基礎變異是生物進化的基礎。變異的發(fā)生：1）DNA復制時出錯；2）理化因素等引起堿基變化或缺失，使DNA堿基序列改變，從而發(fā)生性狀變異。DNA3、DNA是變異的物質基礎變異是生物進化的基礎。變異的發(fā)生：161四、RNA（一）RNA的結構組成：4種核苷酸，有稀有堿基；連接：同DNA形成：一般以DNA為模板合成，有例外。結構：單鏈線形分子，局部區(qū)域有雙螺旋。四、RNA（一）RNA的結構162（二）RNA的類型三種：

信使RNA（messengerRNA,mRNA)

核糖體RNA(ribosomelRNA,rRNA)

轉運RNA(transferRNA,tRNA)RNA（二）RNA的類型三種：RNA163此外，在真核細胞中還有少量：核內(nèi)小RNA（snRNA）:參與核糖體的組成。不均一RNA（hnRNA）：mRNA的前體。反義RNA（asRNA）：可與mRNA部分或全部序列互補；抑制DNA復制、轉錄；抑制mRNA翻譯。此外，在真核細胞中還有少量：核內(nèi)小RNA（snRNA）:1641、tRNA約占全部RNA的15%；由70-90個核苷酸組成許多種類；沉降系數(shù)4S。RNA1、tRNA約占全部RNA的RNA1651）tRNA結構：一級結構多已清楚，含較多稀有堿基；二級結構為三葉草有：aa臂、二氫嘧啶環(huán)、

反密碼環(huán)、可變環(huán)、TΨ環(huán)P198RNA1）tRNA結構：一級結構多已清楚，RNA166主要特征：1.四臂四環(huán)；2.氨基酸臂3′端有CCAOH的共有結構；3.D環(huán)上有二氫尿嘧啶（D）；4.反密碼環(huán)上的反密碼子與mRNA相互作用；5.可變環(huán)上的核苷酸數(shù)目可以變動；6.TψC環(huán)含有T和ψ；7.含有修飾堿基和不變核苷酸。主要特征：167tRNA三級結構為倒L型tRNA168A、在pr合成中轉運aa；B、在pr合成的起始、DNA反轉錄合成及其它代謝調節(jié)中起作用。2）tRNA功能：A、在pr合成中轉運aa；2）tRNA功能：1692、mRNA和hnRNA1）合成：以DNA為模板(核內(nèi))合成hnRNA（含內(nèi)含子和外顯子）加工成熟的mRNA入細胞質蛋白質合成RNA2、mRNA和hnRNA1）合成：以DNA為模板(核內(nèi))R170合成mRNA合成mRNA171切除內(nèi)含子切除內(nèi)含子1722)mRNA結構特點：3‘末端有polyA結構：與mRNA從核入質有關。5‘末端有帽子結構：G被甲基化，此可能與pro合成的起始有關。2)mRNA結構特點：3‘末端有polyA結構：與mRNA1733)功能：是蛋白質合成的模板3)功能：是蛋白質合成的模板1743、rRNA1)占RNA總量的80%，是構成核糖體的骨架。2)核糖體功能：

pr合成的部位.3）結構：分大、小亞基一、二級結構多已確定，但功能不清。RNA3、rRNA1)占RNA總量的80%，是構成核糖體的骨架。R175原核細胞：70S核糖體；真核細胞：80S核糖體；原核細胞：70S核糖體；176核糖體RNA自我剪切1983年在四膜蟲中發(fā)現(xiàn)RNA有催化功能核糖體RNA自我剪切1983年在四1774、RNA的功能1）在DNA復制、轉錄、翻譯中起重要調控作用；2）有催化作用；3）可作為遺傳物質（如逆轉錄病毒）。RNA4、RNA的功能1）在DNA復制、轉錄、翻譯中起重要調控RN178（實用課件）核酸的化學179五、核酸的性質（一）一般理化性質1、兩性電解質：2、溶解性：微溶于水，不溶于一般有機試劑（乙醇沉淀核酸），鈉鹽易溶于水。0.14摩爾法:分離DNA蛋白和RNA蛋白的方法DNA蛋白:在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最低.RNA蛋白:在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度較大.3、粘度高：一般DNA比RNA粘度高。4、水解性：可被酸、堿或酶水解，DNA比RNA對稀堿穩(wěn)定。核酸的性質五、核酸的性質（一）一般理化性質核酸的性質1805、顏色反應：1）核糖與濃鹽酸和苔黑酚(甲基間苯二酚)共熱呈綠色，在670nm處可測RNA；2）2-脫氧核糖與酸和二苯胺共熱呈藍紫色，在595nm處可測DNA。二種反應可作定性試驗，定量試驗靈敏度低、準確性差，但快、簡便。核酸的性質5、顏色反應：1）核糖與濃鹽酸和苔黑酚(甲基間苯二酚)共熱呈181（二）紫外吸收性質堿基具共軛雙鍵強烈吸收260-290nm波段紫外光，最大吸收峰在260nm附近。應用：1、不同核苷酸有不同吸收特性，可用紫外分光光度計進行定性、定量測定。

1OD相當于：50μg/mlDNA40μg/mlRNA

核酸的性質（二）紫外吸收性質堿基具共軛雙鍵強烈吸收260-291822、確定所提取的核酸是否純品。

1）DNA：OD260/OD280≈1.8純品

2）RNA：OD260/OD280≈2.0純品在純化DNA時,通常用A260/A280=1.8-2.0作為純