核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)

核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)第1頁/共67頁概述核酸的化學(xué)組成DNA的結(jié)構(gòu)RNA的結(jié)構(gòu)與功能核酸的性質(zhì)教學(xué)內(nèi)容第2頁/共67頁第一節(jié)概述核酸是重要的遺傳物質(zhì)核酸的分類及分布核酸的水解教學(xué)內(nèi)容

核酸(nucleicacid)是生物特有的重要的大分子化合物，廣泛存在于各類生物細胞中，“種瓜得瓜，種豆得豆”的遺傳現(xiàn)象即源于核酸上所攜帶的遺傳信息。第3頁/共67頁一、核酸是重要的遺傳物質(zhì)

早在1868年，瑞士的一位年輕科學(xué)家Miescher(米歇爾)從外科繃帶上膿細胞的細胞核中分離出了一種具有極強酸性的物質(zhì)，它的含磷量之高超過任何當時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的有機化合物，由于來源于細胞核，被稱為“核素”。1889年，Altmann(奧特曼)將之純化，并其中不含蛋白質(zhì)成分稱為“核酸”。

現(xiàn)在我們已有充分的事實證明，所有的生物無例外的都含有核酸，核酸是一切生物必定含有的正常成分。第4頁/共67頁二、核酸的種類、分布與功能分類：核酸分為二大類核糖核酸(RNA)，脫氧核糖核酸(DNA)。分布：多數(shù)細胞含有兩種核酸，DNA主要存在于細胞核中，少量存在細胞核外；RNA則主要存在于細胞質(zhì)中，少量存于在細胞核中；病毒只含有一種核酸，多數(shù)細菌病毒(噬菌體)屬于DNA病毒，少數(shù)噬菌體屬RNA病毒；植物病毒絕大部分為RNA病毒，少數(shù)為DNA病毒；動物病毒中，有的屬DNA病毒，有的屬RNA病毒；不含外殼蛋白類病毒，僅由RNA組成。功能：對絕大多數(shù)生物而言DNA是遺傳信息的貯存和攜帶者，在不含有DNA的RNA毒中，RNA是遺傳物質(zhì)；RNA的主要功能是參與遺傳信息的表達。第5頁/共67頁三、核酸的水解

核酸分子很大，但可在酸、堿和酶的催化下逐步降解，所以可以通過分離鑒定降解的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物，來分析核酸的組成成分以及這些成分的相互關(guān)系。核酸核苷酸核苷磷酸堿基戊糖核酸逐步降解的過程：

核酸是由核苷酸組成的，核苷酸是組成核酸的基本結(jié)構(gòu)單位。核酸是由幾百甚至幾千萬個核苷酸聚合而成的生物大分子，稱為多聚核苷酸。而堿基、戊糖和磷酸則是組成核酸的基本組分。部分水解產(chǎn)物完全水解產(chǎn)物第6頁/共67頁第二節(jié)核酸的化學(xué)組成堿基、戊糖和磷酸核苷核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——核苷酸核酸分子中核苷酸的連接方式教學(xué)內(nèi)容

從化學(xué)的角度看，核酸是核苷酸的多聚體。而核苷酸又是由更小的分子——堿基、戊糖和磷酸組成。第7頁/共67頁一、核酸的基本組分——

堿基、戊糖和磷酸DNA與RNA在組分上的差異基本組分DNARNA堿基嘌呤堿腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)嘧啶堿胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)戊糖脫氧核糖核糖磷酸磷酸磷酸第8頁/共67頁堿基：核酸中的堿基有兩類：嘌呤堿和嘧啶堿。它們是含氮的雜環(huán)化合物，所以稱為堿基，也稱含氮堿。嘌呤堿嘧啶堿腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(C)第9頁/共67頁堿基的結(jié)構(gòu)特征：核酸中的堿基都含N的雜環(huán)化合物，嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)均呈平面或接近于平面的結(jié)構(gòu)。由于存在共軛雙鍵，故在250-280nm處有紫外吸收光譜，最大吸收峰在260nm處。核酸中五種堿基中的酮基和氨基，均位于堿基環(huán)中氮原子的鄰位，可以發(fā)生酮式-烯醇式或氨基-亞氨基之間的結(jié)構(gòu)互變。這種互變異構(gòu)在基因的突變和生物的進化中具有重要作用。第10頁/共67頁核酸稀有堿基：除上述5種基本的堿基外，核酸中還有一些含量稀少的堿基，通常稱為稀有堿基。這些堿基大多是在上述嘌呤或嘧啶堿的不同部位甲基化或進行其它的化學(xué)修飾而形成的衍生物，因此也稱之為修飾堿基。第11頁/共67頁戊糖和磷酸：核酸中的戊糖有核糖和脫氧核糖兩種，分別存在于核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸中。核酸中兩種戊糖都是以β-呋喃環(huán)形結(jié)構(gòu)存在，不具有直鏈醛型結(jié)構(gòu)。核酸是含磷的生物大分子，DNA和RNA分子中都含有一定量的磷酸，所以核酸呈酸性，可與Na+、多胺、組蛋白結(jié)合。核酸中的磷酸參與形成3',5'-磷酸二酯鍵，使核酸連成多核苷酸鏈。第12頁/共67頁

核苷由戊糖和堿基縮合而成，并以糖苷鍵連接。糖環(huán)上的C-1’與嘧啶堿的N1或與嘌呤堿的N9相連接。所以糖與堿基之間的連鍵是N-C鍵，稱為N-糖苷鍵。糖環(huán)中C1’是不對稱碳原子，所以有α-和β-兩種構(gòu)型。但核酸分子中的糖苷鍵均為β-糖苷鍵。應(yīng)用X-光衍射分析證明，核苷中的堿基與糖環(huán)平面互相垂直。

二、核苷第13頁/共67頁核苷的類別及名稱：

根據(jù)組成核苷的戊糖不同，分成核糖核苷與脫氧核糖核苷兩大類。堿基核糖代表符號脫氧核糖代表符號腺嘌呤腺苷A脫氧腺苷d-A鳥嘌呤鳥苷G脫氧鳥苷d-G胞嘧啶胞苷C脫氧胞苷d-C尿嘧啶尿苷U——胸腺嘧啶——脫氧胸腺苷d-T常見核苷的名稱及代表符號

第14頁/共67頁三、核酸的基本結(jié)構(gòu)單位——

核苷酸

核苷酸是核苷的磷酸酯，由嘌呤堿或嘧啶堿、核糖或脫氧核糖和磷酸所組成。含核糖的核苷酸稱核糖核苷酸，含脫氧核糖的核苷酸稱脫氧核糖核苷酸。堿基核糖代表符號脫氧核糖代表符號腺嘌呤腺苷酸AMP脫氧腺苷酸d-AMP鳥嘌呤鳥苷酸GMP脫氧鳥苷酸d-GMP胞嘧啶胞苷酸CMP脫氧胞苷酸d-CMP尿嘧啶尿苷酸UMP——胸腺嘧啶——脫氧胸腺苷酸d-TMP常見核苷酸的名稱及代表符號第15頁/共67頁核苷酸的結(jié)構(gòu)：第16頁/共67頁細胞中的游離核苷酸及其衍生物除了上述存在于RNA和DNA中的核苷酸外，生物體細胞中還有一些以游離形式存在的核苷酸,它們在生物體中具有非常重要的生物學(xué)功能。核苷的多磷酸化合物：生物體內(nèi)AMP可進一步磷酸化形成ADP和ATP。其它單核苷酸也可以和腺苷酸一樣磷酸化。它們在生物體內(nèi)具有重要和生物學(xué)功能。環(huán)化核苷酸：在生物細胞中，還存在著環(huán)化核苷酸，其中研究得最多的是3‘,5’-環(huán)腺苷酸(cAMP)和3‘,5’-環(huán)鳥苷酸(cGMP)。它是由核苷酸上的磷酸與核糖的3‘,5’碳原子形成雙酯環(huán)化而成。核苷酸的衍生物：生物體中還存在著一些核苷酸的衍生物，它們在生物體中作為輔酶或輔基參與代謝作用。第17頁/共67頁第18頁/共67頁ADP和ATP在生物體能量轉(zhuǎn)換中的重要作用第19頁/共67頁第20頁/共67頁四、核酸分子中核苷酸的連接方式

構(gòu)成核酸大分子的基本單位是核苷酸，很多實驗證明DNA和RNA都是沒有分支的多核苷酸長鏈。3’,5’-磷酸二酯鍵第21頁/共67頁主鏈、側(cè)鏈和末端在核酸的多核苷酸鏈中，核苷酸與核苷酸之間的連接是通過磷酸核糖殘基（戊糖和磷酸）通過共價鍵連接起來的，稱為主鏈；核苷酸上所帶的各種堿基可以看成是連系在核酸主鏈上的側(cè)鏈基團。

DNA和RNA中的磷酸二酯鍵在主鏈中都有相同的取向，因此線型DNA或RNA具有極性，并有獨特的5`或3`末端。第22頁/共67頁第23頁/共67頁多核苷酸鏈的簡寫式字符式：書寫一條多核苷酸鏈時，用英文大寫字母縮寫符號代表堿基，用小寫英文字母P代表磷酸殘基。核酸分子中的糖基、糖苷鍵和酯鍵等均省略不寫，將堿基和磷酸相間排列即可。書寫時一般從5’碳位寫起到3’碳位結(jié)束。

線條式：在字符書寫基礎(chǔ)上，以垂線(位于堿基之下)和斜線(位于垂線與Ｐ之間)分別表示糖基和磷酸酯鍵。5＇pApCpTpTpGpApApCpG3＇

5＇pApCpUpUpGpApApCpG3＇此式可進一步簡化為：5＇pACTTGAACG3＇

5＇pACUUGAACG3＇第24頁/共67頁第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)DNA分子的大小及堿基組成DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA的三級結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容第25頁/共67頁一、DNA分子的大小及堿基組成核酸是生物大分子：天然DNA分子最顯著的特點是分子質(zhì)量很大，一般在106～1011。不同的生物DNA分子的大小是不同。來源堿基對數(shù)/(kb)外形長度/μm結(jié)構(gòu)病毒SV40λ噬菌體

T2、T4、T6噬菌體5.148.61661.71755環(huán)形雙鏈線形雙鏈線形雙鏈細菌大腸桿菌40001360環(huán)形雙鏈真核生物酵母菌果蠅人肺魚1350016500029000001020000004600566009990003470000017對染色體4對染色體23對染色體19對染色體不同的生物DNA分子的大小第26頁/共67頁DNA的堿基組成：Chargaff定律：1949～1951年間，Chatgaff應(yīng)用紫外分光光度法結(jié)合紙層析等技術(shù)，對不同來源的DNA進行了堿基定量分析，得出了組成DNA的四種堿基的比例關(guān)系，即A、T、G、C四種堿基在DNA分子中的摩爾比例都接近為1，也稱為堿基當量定律。

不同生物來源的DNA四種堿基比例關(guān)系DNA來源腺嘌呤(A)胸腺嘧啶(T)鳥嘌呤(G)胞嘧啶(C)(A+T/G+C)大腸桿菌25.424.824.125.71.01小麥27.327.122.822.71.21鼠28.628.421.421.51.33豬：肝29.429.720.520.51.43胸腺30.028.920.420.7脾29.629.220.420.8酵母31.332.918.717.51.079第27頁/共67頁DNA堿基組成的特點：具有種的特異性。來自不同種生物的DNA其堿基組成不同，而且種系發(fā)生愈接近的生物，其堿基組成也愈接近。沒有器官和組織的特異性。在同一生物體內(nèi)的各種不同器官和組織的DNA堿基組成基本相似。在各種DNA中腺嘌呤與胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，即A＝T，鳥嘌呤與胞嘧啶(包括5－甲基胞嘧啶)的摩爾數(shù)相等，即G＝C+m5C；因此嘌呤堿基的總摩爾數(shù)等于嘧啶堿基的總數(shù)，即A+G＝T+C+m5C，這個堿基摩爾比例規(guī)律稱為DNA的堿基當量定律。此外，年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境的改變不影響DNA的堿基組成。

這些發(fā)現(xiàn)不僅為DNA能攜帶遺傳信息的論點提供了依據(jù)，而且為DNA結(jié)構(gòu)模型中的堿基配對原則奠定了基礎(chǔ)。第28頁/共67頁二、DNA的一級結(jié)構(gòu)

核酸是由很多單核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。DNA的一級結(jié)構(gòu)是指DNA分子中核苷酸的排列順序，DNA順序(或序列)是這一概念的簡稱。由于核苷酸之間的差異僅僅是堿基的不同，故可稱為堿基順序。生物世界里形形色色的遺傳信息都包含在組成DNA的A,G,C,T這四種核苷酸的排列順序之中。DNA分子中不同排列順序的DNA區(qū)段構(gòu)成特定的功能單位，這就是基因，不同基因的功能各異，各自分布在DNA的一定區(qū)域。第29頁/共67頁三、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的二級結(jié)構(gòu)就是DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，它是于1953年兩個年青的科學(xué)家Watson和Crick建立的。這是一個能夠從分子水平上闡明遺傳基本特征的DNA二級結(jié)構(gòu)，它使長期以來神秘的DNA成為了真實的分子實體。這是分子生物學(xué)誕生的標志，并開拓了生物化學(xué)和分子生物學(xué)發(fā)展的未來。第30頁/共67頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)：Chatgaff對DNA堿基組成的研究結(jié)果：即[A]=[T]和[C]=[G]，為DNA結(jié)構(gòu)模型中的堿基配對原則奠定了基礎(chǔ)。Wilkins及其同事Franklin等用X射線衍射方法獲得的DNA結(jié)構(gòu)資料：X射線衍射技術(shù)是一種在原子水平上間接觀測晶體物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)的方法。這個研究小組制備的高度定向的DNA纖維晶體能夠得到精確反映DNA某些結(jié)構(gòu)特征的X射線衍射圖片,其影像表明了DNA結(jié)構(gòu)的螺旋周期性,堿基的空間取向等。這些資料對Watson和Crick構(gòu)建DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型起了關(guān)鍵性作用。四種堿基的物化數(shù)據(jù)表明A與T、C與G配對時，兩個堿基對的大小相近，化學(xué)合理。因為它們的酮基與氨基及其鍵長、鍵角表明這兩個堿基對之間適合形成氫鍵。酸堿滴定也表明DNA中氨基和酮基間能形成氫鍵，這也為雙螺旋模型的建立提供了一定的依據(jù)。第31頁/共67頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點

主干鏈反向平行：DNA分子是一個由兩條平行的脫氧多核苷酸鏈圍繞同一個中心軸盤曲形成的右手螺旋結(jié)構(gòu)，兩條鏈行走方向相反，一條鏈為5′→3′走向，另一條鏈為3′→5′走向。磷酸基和脫氧核糖基構(gòu)成鏈的骨架，位于雙螺旋的外側(cè)；堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。堿基平面與中軸垂直。側(cè)鏈堿基互補配對：兩條脫氧多核苷酸鏈通過堿基之間的氫鍵連接在一起。堿基之間有嚴格的配對規(guī)律：A與T配對，其間形成兩個氫鍵；G與C配對，其間形成三個氫鍵。這種配對規(guī)律，稱為堿基互補配對原則。每一堿基對的兩個堿基稱為互補堿基，同一DNA分子的兩條脫氧多核苷酸鏈稱為互補鏈。大溝與小溝：大溝與小溝分別指雙螺旋表面凹下去的較大溝槽和較小溝槽。小溝位于雙螺旋互補鏈之間，而大溝位于相毗鄰的雙股之間。結(jié)構(gòu)參數(shù)：DNA雙螺旋的直徑為2nm，一圈螺旋含10個堿基對，每一堿基平面間的軸向距離為0.34nm，故每一螺旋的螺距為3.4nm，每個堿基的旋轉(zhuǎn)角度為36°第32頁/共67頁主干鏈反向平行第33頁/共67頁側(cè)鏈堿基互補配對第34頁/共67頁大溝與小溝2.0nm小溝大溝第35頁/共67頁結(jié)構(gòu)參數(shù)第36頁/共67頁維持DNA雙螺旋穩(wěn)定的因素堿基堆積力；DNA分子內(nèi)部堿基對疏水的芳環(huán)堆積所產(chǎn)生的疏水作用力和上下相鄰的芳環(huán)的π電子的相互作用即稱為堿基堆積力，這是維持DNA雙螺旋最主要的作用力。兩條多核苷酸鏈間的互補堿基對之間的H鍵作用。主鏈上帶負電荷的磷酸基與溶液中的陽離子之間形成的離子鍵也是維持雙螺旋結(jié)構(gòu)的作用力。第37頁/共67頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的重要意義堿基配對是DNA結(jié)構(gòu)中最重要的特征之一，由于堿基配對總是A對T，G對C。因此兩條鏈之間的堿基順序是互補的，即一條鏈的一側(cè)為A時，另一條鏈的對應(yīng)位置—定為T，一條鏈的一側(cè)為G時，另一條鏈的對應(yīng)位置一定為C，因此從一條鏈的堿基順序，就可以推知另一條鏈的堿基順序。由于這兩條鏈具有互補的堿基順序，故相互間稱為互補鏈，此規(guī)律是闡明遺傳信息傳遞的關(guān)鍵?？梢姡珼NA雙螺旋模型的提出，不僅在理論上能圓滿地解釋DNA是遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ)，還清楚地表明DNA怎樣復(fù)制和傳遞信息，而且很快被科學(xué)家們的實驗所證實。第38頁/共67頁DNA雙螺旋的構(gòu)象類型

B-DNA與-型DNA：Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA鈉鹽纖維在相對濕度為92％時所處的狀態(tài)，稱為B-DNA。當DNA鈉鹽纖維在相對濕度為75%時，則以A-DNA的狀態(tài)存在。A-DNA也是右手螺旋，但它們的雙螺旋結(jié)構(gòu)的螺旋距離以及堿基平面與中心軸間的關(guān)系等方面與B-DNA是有差異的。右旋DNA與左旋DNA：B-DNA和A-DNA都是右手螺旋，但在某些特定的核苷酸順序條件下，會有左手螺旋存在。1979年，美國麻省理工學(xué)院的Rich及王連君等人用x射線衍射分析了人工合成的d(CGCGCG)DNA小片段晶體，發(fā)現(xiàn)形成的是左手螺旋。由于左旋DNA中磷原子的走向呈鋸齒形(zig-zag)被稱之為Z-DNA。第39頁/共67頁三種DNA雙螺旋構(gòu)象第40頁/共67頁特征A型B型Z型外型螺旋方向螺旋直徑(nm)螺距(nm)每圈堿基對數(shù)堿基對間垂直距離(nm)堿基傾斜短粗右2.32.8110.25520°適中右2.03.4100.340°細長左1.84.5120.377°三種DNA雙螺旋構(gòu)象參數(shù)比較第41頁/共67頁四、DNA的三級結(jié)構(gòu)

DNA三級結(jié)構(gòu)是指DNA分子在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進一步扭曲和折疊所形成的特定構(gòu)象。包括線形雙鏈中的扭結(jié)、超螺旋、多重螺旋等多種形式。超螺旋是DNA三級結(jié)構(gòu)的最常見的形式。環(huán)狀分子、線形雙螺旋分子兩端連接起來或因蛋白質(zhì)結(jié)合而固定時，進一步扭曲都可形成超螺旋。第42頁/共67頁原核生物的超螺旋DNA的形成：絕大部分原核生物的DNA都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋分子，這種雙螺旋分子還需再次螺旋化形成超螺旋結(jié)構(gòu)。

如一細菌環(huán)型雙鏈DNA共含250bp，它應(yīng)形成25圈螺旋(連鎖數(shù)L=25)?，F(xiàn)在，如切割其骨架中的任一磷酸二酯鍵，它就轉(zhuǎn)變?yōu)楹瑪?shù)堿基對的線型B-DNA。如使所形成的線型DNA的一端固定另一端向左放松2圈(L=23)，然后再使兩端重新閉合，由于B-DNA是一種在能力學(xué)上穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，螺旋數(shù)的減少就使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N受力狀態(tài)。分子所經(jīng)受的張力可以按兩種方式分布：一種方式是分子保留一單鏈區(qū)，其余部分仍保持B-DNA狀態(tài)；另一種方式是形成超螺旋，超螺旋的形成使已放松的雙螺旋分子的堿基對接近于B-DNA中的狀態(tài)。L=T+W第43頁/共67頁負超螺旋和正超螺旋：

超螺旋有負超螺旋和正超螺旋兩種形式。雙螺旋DNA處于松馳狀態(tài)時所形成的超螺旋為負超螺旋(右手超螺旋)，處于擰緊狀態(tài)時所形成的超螺旋為正超螺旋(左手超螺旋)。天然的DNA都呈負超螺旋，但在體外人工條件下可得正超螺旋。第44頁/共67頁DNA超螺旋的意義

自然界中絕大多數(shù)DNA分子都是以負超螺旋結(jié)構(gòu)存在，其意義在于：在結(jié)構(gòu)上與線性DNA或松弛型環(huán)狀DNA相比，有密度大、體積小等特點，在細胞中所占體積較為經(jīng)濟。超螺旋能影響雙螺旋的解鏈程度，因而影響DNA分子與其他分子，如酶、蛋白質(zhì)等分子的相互作用，參與DNA復(fù)制、重組、轉(zhuǎn)錄等重要功能。第45頁/共67頁真核生物的染色質(zhì)DNA：真核生物中，構(gòu)成染色質(zhì)的基本單位是核小體。核小體由核小體核心和連接區(qū)組成。核小體核心由組蛋白八聚體(由H2A、H2B、H3、H4各兩分子組成)和盤繞其上的一段約含146堿基對的DNA雙鏈組成，連接區(qū)含有組蛋白H1和一小段DNA雙鏈(約60個堿基對)。核小體彼此相連成串珠狀染色質(zhì)細絲，染色質(zhì)細絲螺旋化形成染色質(zhì)纖維，后者進一步卷曲、折疊形成染色單體。這樣，DNA的長度被壓縮近萬倍。第46頁/共67頁五、DNA的性質(zhì)DNA的一般物理性質(zhì)：溶解特性：DNA為白色纖維狀固體，微溶于水，呈酸性，加堿可促進溶解。但不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般有機溶劑，因此常用有機溶劑(如乙醇)來沉淀DNA。分子的形狀及粘度：DNA分子極為細長，因此DNA溶液的粘度很大，加入乙醇后可用玻璃棒將黏稠的DNA攪纏起來。剛性：

DNA溶液是呈黏稠狀，但DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)實際上顯得僵直具有剛性，經(jīng)不起剪切力的作用，容易斷裂成碎片，這也是目前難以獲得完整大分子DNA的原因。降解：溶液狀態(tài)的DNA易受DNA酶的作用而降解，抽干水分的DNA的性質(zhì)卻十分穩(wěn)定。第47頁/共67頁DNA的紫外吸收性質(zhì)

DNA分子中的嘌呤堿基和嘧啶堿基具有共軛體雙鍵，對260～290nm波段的紫外光有極強的吸收，其最高吸收峰接近260nm。由于蛋白質(zhì)在這一光區(qū)僅有很弱的吸收，因此可利用這一光學(xué)特性來定量地檢測DNA。

DNA在260nm處的光吸收值比組成它的各種核苷酸的光吸收值要小得多(約少30%～40%)，這是因為DNA分子中的堿基緊密地堆積在一起造成的。第48頁/共67頁DNA的變性與復(fù)性天然DNA在某些理化因素(如加熱、加酸堿、加乙醇、丙酮、尿素等有溶劑)的作用下，分子中原有規(guī)律的雙螺旋結(jié)構(gòu)變成單鏈的無規(guī)律的“線團”，這就是DNA的變性。若僅僅是DNA分子某些部分的兩條鏈分開，稱為部分變性。當兩條鏈完全分開時，則是完全變性。

DNA的變性是DNA分子空間結(jié)構(gòu)的變化，并不涉及一級結(jié)構(gòu)，所以變性后的核酸分子量不變。變性DNA的兩條互補鏈在適當條件下重新締合成雙螺旋的過程稱為復(fù)性。第49頁/共67頁增色效應(yīng)與減色效應(yīng)：

變性后的DNA除了生物活性的喪失外，同時也表現(xiàn)出一系列物理化學(xué)性質(zhì)的改變，如粘度下降、浮力密度增高和260nm紫外吸收值明顯增加等特點。

DNA變性后在260nm處的紫外吸收有顯著升高的現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)。這是跟蹤測定DNA變性的一種最為簡便的方法。復(fù)性后的DNA分子不僅生物學(xué)活性可以得到恢復(fù)或部分恢復(fù)，物理化學(xué)性質(zhì)也可得到恢復(fù)，260nm紫外吸收值明顯降低，稱為減色效應(yīng)。第50頁/共67頁DNA加熱變性與Tm：

DNA的加熱變性，不是隨著溫度升高逐漸發(fā)生的，而是當溫度達到某一數(shù)值時，在一個很窄的溫度范圍內(nèi)突然發(fā)生并迅速完成的，就象晶體物質(zhì)達到熔點時突然融化一樣。因此DNA的熱變性也稱為熔解。

圖表示的是小牛胸腺DNA熱變性時，在不同溫度下測定A260值，可以得到一條S形曲線，稱熱變性曲線或解鏈曲線。當A260升高達到最大值一半時的溫度稱熔解溫度，用Tm表示。Tm又稱解鏈溫度或熔點。第51頁/共67頁影響Tm的因素：DNA分子中堿基的組成：Tm的大小是與DNA分子中G+C％含量有關(guān)的。當分析測定了不同來源DNA的G+C％和Tm后得知G+C％愈高的DNA，Tm值也越高。介質(zhì)離子強度：溶液中離子強度，低則Tm降低，離子強度高Tm也升高。所以，保存DNA制品，應(yīng)該在較高離子強度的緩沖液(約lmol／L的NaCl溶液)中為好。DNA的均一性：DNA樣品如果組分均一，則變件過程在一個窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生。當DNA組分不均一，則熔程寬，變性發(fā)生在一個較寬的溫度范圍內(nèi)。第52頁/共67頁不同堿基的組成的DNA分子Tm0.15mol/LNaCl溶液中，經(jīng)驗公式：(G+C)%=(Tm－69.3)×2.44第53頁/共67頁DNA復(fù)性與分子雜交：

DNA熱變性時，兩條鏈是分開的，如果將此熱溶液緩慢冷卻(稱為退火處理)，則可重新組合成雙螺旋，這一過程叫做復(fù)性。當不同來源的變性DNA單鏈，若有互補堿基序列，經(jīng)退火處理也可形成雜合的雙螺旋分子，這個過程稱為分子雜交。雜交的雙鏈螺旋分子稱雜交分子。第54頁/共67頁第四節(jié)RNA的分子結(jié)構(gòu)RNA的結(jié)構(gòu)特征mRNA、tRNA和rRNA的結(jié)構(gòu)與功能教學(xué)內(nèi)容第55頁/共67頁一、RNA的結(jié)構(gòu)特征RNA主要是由腺苷酸、鳥苷酸、胞苷酸、尿苷酸四種核苷酸組成，它們按照一定的順序連接成多聚核苷酸鏈就是RNA的一級結(jié)構(gòu)。

RNA的堿基組成不象DNA那樣有嚴格的規(guī)律，根據(jù)RNA的某些理化性質(zhì)和X射線衍射分析證明大多數(shù)天然RNA分子是一條單鏈，單鏈RNA分子可通過自身反向折疊，A與U配對，G與C配對，形成鏈內(nèi)氫鍵，構(gòu)成如DNA那樣的雙螺旋，而不能配對的堿基則形成環(huán)狀突起。所以RNA的二級結(jié)構(gòu)稱為“發(fā)夾”或“莖環(huán)”結(jié)構(gòu)。第56頁/共67頁二、mRNA、tRNA和rRNA的

結(jié)構(gòu)與功能

RNA普遍存在于各種生物的細胞中，種類很多，信使RNA(mRNA)，核糖體RNA(rRNA)和轉(zhuǎn)移RNA(tRNA)，他們都參與蛋白質(zhì)的生物合成。此外還有許多小RNA，如核內(nèi)小RNA(snRNA)，反義RNA(asRNA)等，不同種類的RNA結(jié)構(gòu)與功能各不相同。第57頁/共67頁tRNA的結(jié)構(gòu)與功能

tRNA是以游離狀態(tài)存在于細胞質(zhì)中一種分子較小的RNA，占細胞中RNA總量的15%，由核內(nèi)形成并迅速加工后進入細胞質(zhì)，它在蛋白質(zhì)生物合成中的作用是運轉(zhuǎn)氨基酸。

第58頁/共67頁tRNA的一級結(jié)構(gòu)所有tRNA都是單鏈分子，一般由74～93個核苷酸組成，大部分為76個核苷酸；單鏈的tRNA的通過堿基配對折疊成三葉草形的二級結(jié)構(gòu)；所有tRNA的3’-末端都含有-CCA三個末成對