生物化學(xué)簡明教程 第三章核酸課件

主要內(nèi)容：介紹核酸的分類和化學(xué)組成，重點(diǎn)討論DNA和RNA的結(jié)構(gòu)特征，初步認(rèn)識核酸的結(jié)構(gòu)特征與其功能的相關(guān)性；介紹核酸的主要理化性質(zhì)和核酸研究的一般方法。第三章核酸化學(xué)生物化學(xué)簡明教程第三章核酸核酸的發(fā)現(xiàn)和研究歷史1869

Miescher從膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離出了一種含磷酸的有機(jī)物，當(dāng)時(shí)稱為核素（nuclein）,后稱為核酸（nucleicacid）1944

Avery等通過肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)1953

Watson和Crick提出DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型1958

Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則70年代建立DNA重組技術(shù)80年代以后

分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等學(xué)科突飛猛進(jìn)發(fā)展，實(shí)施人類基因組計(jì)劃（HGP）生物化學(xué)簡明教程第三章核酸

1869年Miescher博士論文工作中測定淋巴細(xì)胞蛋白質(zhì)組成時(shí),發(fā)現(xiàn)了不溶于稀酸和鹽溶液的沉淀物,并在所有細(xì)胞的核里都找到了此物質(zhì),故命名核質(zhì)(Nuclein)。核酸研究簡史1879年Kossel經(jīng)過10年的努力,搞清楚核質(zhì)中有四種不同的組成部分:A,T,C和G。1889年Altman建議將核質(zhì)改名為“核酸”,并且已經(jīng)認(rèn)識到“核質(zhì)”乃“核酸”與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。生物化學(xué)簡明教程第三章核酸1944年Avery重做1928年Griffith的細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證明DNA是遺傳物質(zhì)。1952年Hershey&Chase的噬菌體感染實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明DNA是遺傳物質(zhì)。生物化學(xué)簡明教程第三章核酸

核酸功能、分類和分布

脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA）:遺傳信息的貯存和攜帶者，生物的主要遺傳物質(zhì)。在真核細(xì)胞中，DNA主要集中在細(xì)胞核內(nèi)，線粒體和葉綠體中均有各自的DNA。原核細(xì)胞沒有明顯的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，DNA存在于稱為類核的結(jié)構(gòu)區(qū)。每個(gè)原核細(xì)胞只有一個(gè)染色體，每個(gè)染色體含一個(gè)雙鏈環(huán)狀DNA。

核糖核酸（ribonucleicacid,RNA）：主要參與遺傳信息的傳遞和表達(dá)過程，細(xì)胞內(nèi)的RNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，少量存在于細(xì)胞核中，病毒中RNA本身就是遺傳信息的儲存者。另外在植物中還發(fā)現(xiàn)了一類比病毒還小得多的侵染性致病因子稱為類病毒，它是不含蛋白質(zhì)的游離的RNA分子，還發(fā)現(xiàn)有些RNA具生物催化作用（ribozyme）。生物化學(xué)簡明教程第三章核酸

第一節(jié)核酸的組成成份一、核酸組成核蛋白蛋白質(zhì)核酸

核苷酸（n個(gè)）磷酸核苷戊糖：核糖/脫氧核糖堿基：嘌呤/嘧啶生物化學(xué)簡明教程第三章核酸（一）、化學(xué)組成1、堿基嘧啶堿胞嘧啶C胸腺嘧啶T尿嘧啶U嘌呤堿腺嘌呤A鳥嘌呤G2、戊糖核糖脫氧核糖生物化學(xué)簡明教程第三章核酸基本堿基結(jié)構(gòu)和命名嘌呤嘧啶Adenine

(A)Guanine

(G)Cytosine(C)Uracil(U)Thymine(T)生物化學(xué)簡明教程第三章核酸核糖和脫氧核糖生物化學(xué)簡明教程第三章核酸（二）、核苷（核糖+堿基）戊糖C-1上的羥基與嘧啶堿上的N-1或嘌呤堿的N-9連接而成的糖苷鍵（三）、核苷酸（核苷+磷酸）5‘-磷酸酯，類型有：AMP、GMP、CMP、UMP、dAMP、dGMP、dCMP、dTMP生物化學(xué)簡明教程第三章核酸PPPPPPPP常見（脫氧）核苷酸的結(jié)構(gòu)和命名鳥嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸（AMP）脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）生物化學(xué)簡明教程第三章核酸幾種稀有核苷酸假尿苷（

）二氫尿嘧啶（DHU）AmCH3CH3H3Cm26GHH5生物化學(xué)簡明教程第三章核酸堿基、核苷、核苷酸的關(guān)系

NitrogenousbasePentosesugarHOCH2HOHDoxyribose(inDNA)HOCH2HOOHRibose(inRNA)PhosphatePyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAG生物化學(xué)簡明教程第三章核酸第二節(jié)脫氧核糖核酸的結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)1、定義---各核苷酸殘基沿多核苷酸鏈排列的順序。2、特征：3’-5’磷酸二酯鍵3、核酸的表示方法：線條式、文字式、字母式生物化學(xué)簡明教程第三章核酸DNA的一級結(jié)構(gòu)

DNA分子中各脫氧核苷酸之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序叫做DNA的一級結(jié)構(gòu)，簡稱為堿基序列。一級結(jié)構(gòu)的走向的規(guī)定為5′→3′。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列順序，因此攜帶有不同的遺傳信息。

5′3′生物化學(xué)簡明教程第三章核酸DNA一級結(jié)構(gòu)的表示法5′3′結(jié)構(gòu)式5′3′

p

p

p

pOH3′ACTG1′線條式5′

ACTGCATAGCTCGA3′字母式生物化學(xué)簡明教程第三章核酸第三節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)（一）、DNA的二級結(jié)構(gòu)Watson和Crick于1952年提出的

雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1、雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的主要證據(jù)X—光衍射數(shù)據(jù)、堿基成對的原則生物化學(xué)簡明教程第三章核酸生物化學(xué)簡明教程第三章核酸（1）DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡稱DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向?yàn)?′→3′，而另一條鏈的方向?yàn)?′→5′。1、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)生物化學(xué)簡明教程第三章核酸（2）嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90°角。生物化學(xué)簡明教程第三章核酸（3）螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平面之間的距離為0.34nm，每10個(gè)核苷酸形成一個(gè)螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）高度為3.4nm。生物化學(xué)簡明教程第三章核酸（4）雙螺旋的力是鏈間的堿基對所形成的氫鍵。堿基的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對規(guī)律，A-T，G-C結(jié)合，這種配對關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)。AT間形成兩個(gè)氫鍵，GC間三個(gè)氫鍵。在DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。生物化學(xué)簡明教程第三章核酸（5）、大溝和小溝生物化學(xué)簡明教程第三章核酸3、維持雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素堿基堆積力、氫鍵等4、DNA雙螺旋的種類

*總結(jié)生物化學(xué)簡明教程第三章核酸

氫鍵

堿基堆集力

磷酸基上負(fù)電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和

堿基處于疏水環(huán)境中DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素

生物化學(xué)簡明教程第三章核酸螺旋類型ABZ外型寬而短適中細(xì)長螺旋方向右手右手左手直徑2.6nm2.0nm1.8nm螺距2.8nm3.4nm4.5nm每匝螺旋堿基對數(shù)目111012堿基對與中心軸傾角19’1’9’大溝狹，很深寬，很深平坦小溝很寬，淺狹，很深很狹，深生物化學(xué)簡明教程第三章核酸DNA雙螺旋構(gòu)象的類型A-DNAZ-DNAB-DNA生物化學(xué)簡明教程第三章核酸第四節(jié)DNA的三級結(jié)構(gòu)在細(xì)胞內(nèi)，由于DNA分子與其它分子（主要是蛋白質(zhì)）的相互作用，使DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲形成的高級結(jié)構(gòu).生物化學(xué)簡明教程第三章核酸

超螺旋結(jié)構(gòu)負(fù)超螺旋正超螺旋*真核生物中DNA和蛋白質(zhì)如何組成染色單體的結(jié)構(gòu)？核小體：組蛋白+DNA生物化學(xué)簡明教程第三章核酸組蛋白與DNA的結(jié)合生物化學(xué)簡明教程第三章核酸真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)

DNA（2nm）核小體鏈（11nm，每個(gè)核小體200bp）纖絲（30nm，每圈6個(gè)核小體）突環(huán)（150nm，每個(gè)突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（300nm，6個(gè)突環(huán)）螺旋圈（700nm，每圈30個(gè)玫瑰花）染色體（1400nm，

每個(gè)染色體含10個(gè)玫瑰花200bp）生物化學(xué)簡明教程第三章核酸第六節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)和功能一、RNA的分類及功能1、核糖體RNA（rRNA)蛋白質(zhì)生物合成的場所-核糖體的主要成分2、轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）轉(zhuǎn)移活化的氨基酸3、信使RNA（mRNA）轉(zhuǎn)錄DNA上的遺傳信息，并指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成生物化學(xué)簡明教程第三章核酸二、RNA的結(jié)構(gòu)1、一級結(jié)構(gòu)2、空間結(jié)構(gòu)：RNA是短的含不完全螺旋區(qū)的多核苷酸單鏈*tRNA的三葉草型二級結(jié)構(gòu)*tRNA的倒L型三級結(jié)構(gòu)生物化學(xué)簡明教程第三章核酸RNA的一級結(jié)構(gòu)

RNA分子中各核苷之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序叫做RNA的一級結(jié)構(gòu)OHOHOH5′3′

RNA與DNA的差異

DNA

RNA糖脫氧核糖核糖堿基AGCTAGCU不含稀有堿基含稀有堿基生物化學(xué)簡明教程第三章核酸第七節(jié)核酸的性質(zhì)

一、一般性質(zhì)自然狀態(tài)、溶解性、粘度、沉降行為、酸性二、紫外吸收性質(zhì)：在260nm處有一最大吸收峰值生物化學(xué)簡明教程第三章核酸DNA的紫外吸收光譜天然DNA變性DNA核苷酸總吸收值1232202402602800.10.20.30.4波長（nm）光吸收123生物化學(xué)簡明教程第三章核酸三、核酸的變性和復(fù)性（一）、變性1、定義----2、引起變性的原因3、熔點(diǎn)Tm及影響Tm值的因素（二）、復(fù)性*分子雜交（三）、降解生物化學(xué)簡明教程第三章核酸分子雜交的原理示意圖

不同來源的DNA單鏈間或單鏈DNA與RNA之間只要有堿基配對的區(qū)域，在復(fù)性時(shí)可形成局部雙螺旋區(qū)，稱核酸分子雜交（hybridization）制備特定的探針（probe）通過雜交技術(shù)可進(jìn)行基因的檢測和定位研究。實(shí)例：southern印跡法生物化學(xué)簡明教程第三章核酸核酸的變性、復(fù)性和雜交變性（加熱）探針雜交（緩慢冷卻）復(fù)性（緩慢冷卻）

變性：在物理、化學(xué)因素影響下，DNA堿基對間的氫鍵斷裂，雙螺旋解開，這是一個(gè)是躍變過程，伴有A260增加（增色效應(yīng)）,DNA的功能喪失。

復(fù)性：在一定條件下，變性DNA單鏈間堿基重新配對恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)，伴有A260減?。p色效應(yīng)）,DNA的功能恢復(fù)。生物化學(xué)簡明教程第三章核酸Tm：熔解溫度（meltingtemperature）Polyd(A-T)DNAPolyd(G-C)

DNA的變性發(fā)生在一個(gè)很窄的溫度范圍內(nèi)，通常把熱變性過程中A260達(dá)到最大值一半時(shí)的溫度稱為該DNA的熔解溫度，用Tm表示。

Tm的大小與DNA分子中（G+C）的百分含量成正相關(guān)，測定Tm值可推算核酸堿基組成及判斷DNA純度。某些DNA的Tm值60801001.01.41.2100%A260t\0CTmTmTm123123生物化學(xué)簡明教程第三章核酸第八節(jié)核酸的序列測定（一）、sanger雙脫氧鏈終止法

Cambridge的F.

Sanger在1977年發(fā)明用雙脫氧鏈終止法測定單鏈DNA的序列。生物化學(xué)簡明教程第三章核酸反應(yīng)體系組成：待測單鏈DNA，模板，引物，四種dNTP(其中一種用32P/35S標(biāo)記)終止劑(ddNTP)，DNA聚合酶

Sanger發(fā)明：兩次獲得諾貝爾獎(jiǎng)分別得到ddAddTddGddC結(jié)尾的片段生物化學(xué)簡明教程第三章核酸補(bǔ)充核酸的衍生物一、ATP類化合物的生理功能1、體內(nèi)RNA、DNA合成的原料2、參與能量代謝3、參與特定的代謝過程4、作為輔酶的結(jié)構(gòu)成分二、環(huán)狀核苷酸cAMP----第二信使生物化學(xué)簡明教程第三章核酸

5′-NMP5′-NDP5′-NTPN=A、G、C、U

5′-dNMP5′-dNDP5′-dNTPN=A、G、C、T腺苷酸及其多磷酸化合物

AMPAdenosine

monophosphate

ADPAdenosine

diphosphate

ATPAdenosine

triphosphate生物化學(xué)簡明教程第三章核酸生物化學(xué)簡明教程第三章核酸酵母tRNAAla

的二級結(jié)構(gòu)

DHU環(huán)IGC反密碼子反密碼環(huán)氨基酸臂可變環(huán)TψC環(huán)CCAAla3′5′生物化學(xué)簡明教程第三章核酸生物化學(xué)簡明教程第三章核酸α雙螺旋：Waston－Crick模型的主要內(nèi)容是：ＤＮＡ分子是由２條多核苷酸鏈組成，每條鏈都圍繞同一中心軸形成螺旋，兩條鏈方向相反，即一條鏈中的磷酸二酯鍵連接的核苷酸方向?yàn)椋怠?′，另一條鏈則為3′5′，兩條鏈中所含的堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)通過氫鍵形成互補(bǔ)的堿基對（A=T，G=C），每一堿基對位于同一平面上，并垂直于對稱軸，相鄰堿基對螺旋36度，即每10個(gè)堿基對旋轉(zhuǎn)360度，相鄰堿基之間距離為0.34nm，雙螺旋之間距離為2nm。生物化學(xué)簡明教程第三章核酸

生物化學(xué)簡明教程第三章核酸腺苷(AR)脫氧胞苷(dCR)β1’,N9-糖苷鍵β1’,N1-糖苷鍵β1’β1’N9N1生物化學(xué)簡明教程第三章核酸

“稀有核苷”是由“稀有堿基”所生成的核苷。假尿苷（ψ）β1’,C5-糖苷鍵β1’C5生物化學(xué)簡明教程第三章核酸生物化學(xué)簡明教程第三章核酸

超螺旋結(jié)構(gòu)負(fù)超螺旋：給予DNA的扭曲張力有利于DNA解旋，（使DNA越擰越松）負(fù)超螺旋

右旋生物化學(xué)簡明教程第三章核酸正超螺旋：給予DNA的扭曲張力使DNA纏繞得更緊，（使DNA越擰越緊）正超螺旋

左旋生物化學(xué)簡明教程第三章核酸(1)氨基酸接受區(qū)

包含有tRNA的3’-末端和5’-末端，3’-末端的最后3個(gè)核苷酸殘基都是CCA，A為核苷。氨基酸可與其成酯，該區(qū)在蛋白質(zhì)合成中起攜帶氨基酸的作用。

(2)反密碼區(qū)

與氨基酸接受區(qū)相對的一般含有7個(gè)核苷酸殘基的區(qū)域，其中正中的3個(gè)核苷酸殘基稱為反密碼生物化學(xué)簡明教程第三章核酸(3)二氫尿嘧啶區(qū)

該區(qū)含有二氫尿嘧啶。(4)TC區(qū)

該區(qū)與二氫尿嘧啶區(qū)相對，假尿嘧啶核苷—胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)(TC)由7個(gè)核苷酸組成，通過由5對堿基組成的雙螺旋區(qū)(TC臂)與tRNA的其余部分相連。除個(gè)別例外，幾乎所有tBNA在此環(huán)中都含有TC。(5)可變區(qū)

位于反密碼區(qū)與TC區(qū)之間，不同的tRNA該區(qū)變