1、第四章第四章 核酸核酸主要内容：主要内容：主要介绍碱基、主要介绍碱基、核苷、核苷酸和核核苷、核苷酸和核酸的结构、性质和酸的结构、性质和功能，核酸的分离、功能，核酸的分离、提纯、鉴定等。提纯、鉴定等。1核酸的概述核酸的概述 一、核酸的概念一、核酸的概念 核酸英文名核酸英文名nucleic acid（NA）1868年瑞士年瑞士F.Miescher（米歇尔）发现了核酸。米歇尔）发现了核酸。2作业345678二、核酸的类别、分布和组成二、核酸的类别、分布和组成 （一）类别（一）类别 nucleic acid ribonucleic acid,RNA deoxyribonucleic acid,DNA
2、9 DNA（deoxyribonucleic acid）：）：大部分在大部分在核核中中 RNA（ribonucleic acid）：）：核核,质质均有分布均有分布 三种三种 RNA：tRNA,mRNA,rRNA （15%（5%）（）（80%）（二）分布（二）分布10 98 98 核中（染色体中）核中（染色体中）真核真核 线粒体（线粒体（mDNAmDNA ）核外核外 叶绿体（叶绿体（ctDNActDNA ）DNA DNA 拟核拟核 原核原核 核外：质粒（质体）核外：质粒（质体）病毒：病毒：DNA DNA 病毒病毒 11核蛋白核蛋白 磷酸磷酸 核苷核苷 碱基碱基 戊糖戊糖 蛋白质蛋白质 核酸是由几
3、十个甚至几千万个核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸核苷酸聚合聚合而成的而成的具有一定空间结构具有一定空间结构的大分子化合物。的大分子化合物。核酸核酸核苷酸核苷酸 第一节第一节 DNADNA的结构的结构12一、组成一、组成 1碱基（碱基（base）：）：又称含氮碱又称含氮碱（1）嘧啶碱（）嘧啶碱（pyrimidine,Py）1314（2）嘌呤碱（）嘌呤碱（purine,Pu）其它嘌呤（核酸的代谢产物）：其它嘌呤（核酸的代谢产物）：黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等 152 2戊糖（戊糖（pentosepentose）（1 1）结构）结构 -D-核糖核糖-D-2-脱氧核糖脱氧核糖-D-
4、2-O-甲基核糖甲基核糖16二、核苷、核苷酸二、核苷、核苷酸 （一）核苷（一）核苷（nucleosidenucleoside）1 1核苷的结构核苷的结构 核苷：含核苷：含N N苷，苷，-苷苷 17核苷中戊糖与碱基的连接方式：核苷中戊糖与碱基的连接方式：腺嘌呤核苷（adenosine）胞嘧啶脱氧核苷（deoxycytidne）18（二）核苷酸（二）核苷酸（nucleotide,Nt）1核苷酸的结构核苷酸的结构（1）（核糖）核苷酸（）（核糖）核苷酸（ribonucleotide）：）：192，3，5一核糖核苷酸一核糖核苷酸(2-AMP)(3-AMP)(5-AMP)20213，5一脱氧核糖核苷酸一脱
5、氧核糖核苷酸Deoxyadenosine 3-monphosphate (3-dAMP)Deoxyadenosine 5-monphosphate (5-dAMP)（2）脱氧（核糖）核苷酸）脱氧（核糖）核苷酸2223三、核酸的结构三、核酸的结构（一）核酸一级结构（一）核酸一级结构 1核酸分子中核苷酸的连接方式核酸分子中核苷酸的连接方式 3,5 磷酸二酯键磷酸二酯键24RNA255-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5 5-P P表示）；表示）；3-3-羟基端（常用羟基端（常用3 3-OHOH表示）表示）方向性方向性:注明它的方向是注明它的方向是5353或是或是3535。多聚核苷酸的表示方式多聚核苷酸
6、的表示方式DNA RNA 5pdApdCpdGpdTOH 3 5pApCpGpUOH 5pACGTGCGT 3 5pACGUAUGU 3 d（pACGTGCGT）pACGUAUGUT53OH U53OH OH OH OH OH 26二、二、DNA的二级结构的二级结构 1提出提出DNA双螺旋结构模型的根据双螺旋结构模型的根据（1）x-光衍射分析光衍射分析 27（2）DNA碱基组成的定量分析碱基组成的定量分析 DNA碱基组成有种的特异性，但没有组织、器官特异性。碱基组成有种的特异性，但没有组织、器官特异性。A=T；G=C；A+G=T+C 20世纪世纪40年代年代chargaff规则规则 282DN
7、A双螺旋结构模型双螺旋结构模型1953年年Watson和和Crick提出了提出了DNA双螺旋结构。双螺旋结构。29DNA DNA 双螺旋结构的形成双螺旋结构的形成53535353磷酸磷酸核糖核糖碱基碱基30DNA 双螺旋模型主要特征（双螺旋模型主要特征（P167）1.1.两两条条反反向向平平行行的的多多聚聚核核苷苷酸酸链链沿沿同同一一中中心心轴轴右右旋旋相互盘绕而形成相互盘绕而形成。2.2.磷磷酸酸和和脱脱氧氧核核糖糖单单位位作作为为不不变变的的骨骨架架组组成成位位于于外外侧侧，糖糖环环平平面面与与中中轴轴平平行行，作作为为可可变变成成分分的的碱碱基基位位于于内内侧侧，碱碱基基平平面面与与中中
8、轴轴垂垂直直,链链间间碱碱基基按按AAT T，GCGC配对（碱基配对原则，配对（碱基配对原则，ChargaffChargaff定律）。定律）。3.3.螺螺旋旋直直径径2nm2nm，相相邻邻碱碱基基平平面面垂垂直直距距离离0.34nm,0.34nm,两两核核苷苷酸酸夹夹角角为为3636，每每一一圈圈1010个个核核苷苷酸酸，螺螺距距为为3.4nm3.4nm。311.1.氢键氢键 2.2.碱基堆集力碱基堆集力（base-stacking forces）3.3.磷酸基上负电荷被胞内组磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和蛋白或正离子中和4.4.碱基处于疏水环境中碱基处于疏水环境中脱氧核糖核酸的双螺旋
9、结构稳定因素脱氧核糖核酸的双螺旋结构稳定因素32DNA DNA 双螺旋结构的意义双螺旋结构的意义 该该模模型型揭揭示示了了脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸作作为为遗遗传传物物质质的的稳稳定定性性特特征征，最最有有价价值值的的是是确确认认了了碱碱基基配配对对原原则则，这这是是脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸复复制制、转转录录和和反反转转录录的的分分子子基基础础，亦亦是是遗遗传传信信息息传传递递和和表表达达的的分分子子基基础础。该该模模型型的的提提出出是是2020世世纪纪生生命命科科学学的的重重大大突突破破之之一一，它它奠奠定定了了生生物物化化学学和和分分子子生生物物学学乃乃至至整整个个生生命命科科学学飞飞速速发
10、发展展的的基石。基石。333DNA双螺旋的种类双螺旋的种类 Watson Crick DNA双螺旋结构（双螺旋结构（B型型DNA）当当DNA钠盐纤维钠盐纤维相对湿度相对湿度和和盐的种类盐的种类改变时，改变时，DNA的构象发生改变。的构象发生改变。不同不同DNA纤维的空间结构纤维的空间结构 类型类型结晶状态结晶状态ANa盐，相对湿度盐，相对湿度75%时结晶时结晶BNa盐，相对湿度盐，相对湿度92%时结晶时结晶C锂盐，相对湿度锂盐，相对湿度66%时结晶时结晶34Z-DNA 1979年美国年美国ARich等人发现了左旋等人发现了左旋DNA（左手左手DNA双螺旋结构）双螺旋结构）晶体晶体X-光衍射分析
11、光衍射分析 d(CpGpCpGpCpGp)3536三种三种 DNA 双螺旋构象比较双螺旋构象比较A B Z外型外型 粗短粗短 适中适中 细长细长螺旋方向螺旋方向 右手右手 右手右手 左手左手螺旋直径螺旋直径 2.552.55nm 2.37nm 1.84nmnm 2.37nm 1.84nm碱基直升碱基直升 0.230.23nm 0.34nm 0.38nmnm 0.34nm 0.38nm每圈碱基数每圈碱基数 11 10.4 1211 10.4 12螺距螺距2.8nm 3.32nm 4.56nm碱基倾角碱基倾角 20 1 920 1 9大沟大沟 很窄很深很窄很深 很宽较深很宽较深 平坦平坦小沟小沟
12、很宽、浅很宽、浅 窄、深窄、深 较窄很深较窄很深37Z-DNA的生物功能：的生物功能：与基因表达、基因调控有关。与基因表达、基因调控有关。38三、超螺旋结构三、超螺旋结构 噬菌体噬菌体T2DNA长约长约50m E-coli DNA 长约长约1mm 人生殖细胞人生殖细胞DNA长约长约1m 39动态中DNA超螺旋结构40生物中，生物中，DNA与组蛋白八聚体形成核小体结构时，存在着负超螺旋。与组蛋白八聚体形成核小体结构时，存在着负超螺旋。DNA拓扑异构酶可导致产生拓扑异构酶可导致产生DNA超螺旋或消除超螺旋。超螺旋或消除超螺旋。不同形状的不同形状的DNA分子在琼脂糖中的迁移率分子在琼脂糖中的迁移率D
13、NA分子的琼脂糖凝胶电泳图谱41螺螺旋旋和和超超螺螺旋旋电电话话线线螺旋螺旋超螺旋超螺旋42超螺旋状态的定量描述超螺旋状态的定量描述公式公式1 1：L=T+WL=T+W L L连环数（连环数（linking numberlinking number），），DNADNA双螺旋中一双螺旋中一条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数。条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数。TDNATDNA分子中的螺旋数（分子中的螺旋数（twisting numbertwisting number）WW超螺旋数或缠绕数（超螺旋数或缠绕数（writhing numberwrithing number）L=25,T=25,W=0松
14、弛环形松弛环形1152010523L=23,T=25,W=2负超螺旋负超螺旋1214823161343L=25,T=25,W=0松弛环形松弛环形1152010523L=23,T=23,W=0解链环形解链环形15101520231510152025L=23,T=25,W=2负超螺旋负超螺旋121482316131510152023右手旋转拧松两匝后的线形右手旋转拧松两匝后的线形DNADNA 超螺旋的形成超螺旋的形成超螺旋的拓超螺旋的拓扑学公式：扑学公式：L=T+W或或=+例144P173.P173.不切开不切开DNADNA分子的拓扑学参数的变化。分子的拓扑学参数的变化。n假定某环状分子的长度为5
15、500个碱基对，在B-DNA的松弛状态下，则nT=5500/10=550nL=T+W L=T=550n当分子转入70%酒精溶液时，分子由B DNA转为A DNAn L=550 T=5500/11=500nW=L-T=+50例245四、四、染色体结构染色体结构4647侧顶48DNA（2nm）核小体链（核小体链（11nm，每个核小体每个核小体200bp）纤丝（纤丝（30nm，每，每圈圈6个核小体）个核小体）突环（突环（150nm，每个突环大约每个突环大约75000bp）玫瑰花结（玫瑰花结（300nm，6个个突环）突环）螺旋圈（螺旋圈（700nm，每，每圈圈30个玫瑰花）个玫瑰花）染色体（染色体（1
16、400nm，每个染色体单体含每个染色体单体含10个螺旋圈个螺旋圈200bp）49OHOHOH53 RNA与与DNA的差异的差异 DNA RNA糖糖 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖碱基碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基不含稀有碱基 含稀有碱基含稀有碱基第二节第二节 RNA的的结构结构一、一、RNA的概述的概述3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键 50RNA 的类别的类别u信使信使 RNA（mRNA）：）：在蛋白质合成中起模板作用；在蛋白质合成中起模板作用；u核糖体核糖体 RNA（rRNA）：）：与蛋白质结合构成核糖体与蛋白质结合构成核糖体,核核糖体是蛋白质合成的场所；糖体是蛋白质合成的场所；u转移转移 RNA（tRNA）：）：在蛋白质合成时起着携带活化氨在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。基酸的作用。511、mRNA原核细胞原核细胞mRNA真核细胞真核细胞mRNA5端无帽子结构端无帽子结构5端有帽子结构端有帽子结构（翻译活性有关翻译活性有关）3端没有或仅有少于端没有或仅有少于10个聚腺苷酸个聚腺苷酸3端有约端有约200个聚腺苷个聚腺苷酸（酸（转移到核糖体的过转移到核糖体的过程有关程有关）二、
