广东工业大学生物化学第六章核酸课件

第六章第六章核酸核酸P113v要点：1.核酸的分类、分布2.核酸的生物学功能3.核酸的结构：核酸的基本组成单位-核苷酸；核酸的一级结构；Chargaff法则；DNA双螺旋结构模型、左手螺旋（Z-DNA），DNA的三级结构-超螺旋。RNA的高级结构。RNA的类型，RNA的碱基组成4.核酸的理化性质：水解；酸碱性质；紫外吸收特性；核酸的变性、复性和分子杂交；热变性和Tm值，DNA复性及杂交。5.核酸酶早在1868年，Miescher从细胞核中分离得到一种酸性物质，即现在被称为核酸的物质。1939年，Knapp等第一次用实验方法证实核酸是生命遗传的基础物质。自然界，动物、植物和微生物都含有核酸，细菌也不例外。核酸的核酸的发现1 1、脱氧核糖核酸、脱氧核糖核酸（DNADNA）DeoxyribonucDeoxyribonucleic Acid leic Acid 2 2、核糖核酸（核糖核酸（RNARNA)Ribonucleic AcidRibonucleic Acidv核酸的两大分核酸的两大分类P114DNADNA为为双链双链分子，其中大多数是分子，其中大多数是链状结构大分子，也有少部分链状结构大分子，也有少部分呈环状结构。呈环状结构。DNADNA分子含有生物物种的所有遗分子含有生物物种的所有遗传信息，传信息，分子量分子量一般都很一般都很大大。脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNADNA）RNARNA主要是负责主要是负责DNADNA遗传信息的翻译和表达，遗传信息的翻译和表达，分分子量子量要比要比DNADNA小小得多。得多。RNARNA为为单链单链分子。分子。根据根据RNARNA的功能，可以分为的功能，可以分为mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNArRNA三种。三种。核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）组成核酸组成核酸的核苷酸的核苷酸核苷酸中核苷酸中的碱基的碱基核苷酸中核苷酸中的戊糖的戊糖结构结构DNAdAMPdAMP、dGMPdGMP、dCMPdCMP、dTMPdTMPA A、G G、C C、T T脱氧核糖脱氧核糖双链双链RNAAMPAMP、GMPGMP、CMPCMP、UMPUMPA A、G G、C C、U U核糖核糖单链单链为主为主RNA RNA 与与 DNA DNA 的主要差的主要差别DNA：真核生物主要分布在细胞核胞核中，与组蛋白结合，以染色体形式存在；线粒体、叶绿体中有少量DNARNA：主要存在于细胞胞质中，细胞核、叶绿体、线粒体中有少量。v核酸的分布核酸的分布v核酸的生物学功能（核酸的生物学功能（P115）DNA是遗传物物质的基的基础，控制控制蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成mRNA作为模板指导蛋白质的合成，传递DNA的的遗传信息信息tRNA是转运工具运工具，携带活化的氨基酸到正确位置rRNA是蛋白蛋白质合成的合成的场所所。核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基组成核酸的基本元素：组成核酸的基本元素：C、H、O、N、P，其中其中P含含量稳定（量稳定（9%-10%）v核酸的基本核酸的基本组成成单位位：核苷酸核苷酸v核酸的组成：核酸的组成：戊糖、磷酸、含氮碱基戊糖、磷酸、含氮碱基第二节第二节 核酸的核酸的组成成成分成分P118DNA与RNA的组成比较组成类别碱基戊糖磷酸嘧啶嘌呤RNA胞嘧啶尿尿嘧啶嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤-D-核糖核糖磷酸DNA胸腺胸腺嘧啶嘧啶-D-2-脱脱氧核糖氧核糖磷酸磷酸核糖核糖核酸核酸核苷酸核苷酸戊糖戊糖核苷核苷脱氧核糖脱氧核糖嘌呤碱嘌呤碱含氮碱含氮碱嘧啶碱嘧啶碱核酸的水解核酸的水解产物：物：v核酸的基本结构单位是核酸的基本结构单位是核苷酸核苷酸，核苷酸由，核苷酸由碱基、戊糖和磷酸碱基、戊糖和磷酸组成组成-D-D-核糖核糖 -D-2-D-2-脱氧核糖脱氧核糖戊糖：戊糖：P118P118尿嘧啶尿嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶嘧啶嘧啶UCT1.1.嘧啶碱碱P119P119AG腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤嘌呤嘌呤2.2.嘌呤碱：呤碱：核苷核苷是由是由戊糖与含氮碱基戊糖与含氮碱基经脱水脱水缩合而生成的化合合而生成的化合物。物。v核苷的糖与碱基之间以核苷的糖与碱基之间以糖苷键糖苷键相连接，这些糖苷键相连接，这些糖苷键都是都是-型型。在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核糖的在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核糖的-C1-C1-羟基与基与嘧啶碱碱N1N1或或嘌呤碱呤碱N9N9进行行缩合，故生合，故生成的化学成的化学键称称为，N N糖苷糖苷键2 2核苷核苷P122P122核苷脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷核糖核苷核糖核苷核苷的分类核糖核糖+碱基碱基脱氧核糖脱氧核糖+碱基碱基核苷的命名腺嘌呤核糖腺腺嘌呤核苷嘌呤核苷（简称腺苷）（简称腺苷）v核糖核苷的命名：某碱基核苷某碱基核苷简称：某苷某苷腺嘌呤脱氧核糖腺腺嘌呤脱氧核苷嘌呤脱氧核苷（简称脱氧腺苷）（简称脱氧腺苷）v脱氧核苷的命名：某碱基脱氧核苷某碱基脱氧核苷简称：脱氧某苷脱氧某苷腺苷腺苷(AR)脱氧胞苷脱氧胞苷(dCR)1,N9-糖苷键糖苷键1,N1-糖苷键糖苷键11N9N1碱碱基基糖糖l“稀有核苷稀有核苷”是由是由“稀有碱基稀有碱基”所生成的核苷。所生成的核苷。假尿苷（假尿苷（）1,C5-糖苷键糖苷键1C5尿苷尿苷核苷酸是由核苷酸是由核苷与磷酸核苷与磷酸经脱水脱水缩合后生合后生成的磷酸成的磷酸酯。3.核苷酸核苷酸P124核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸核苷酸核苷酸腺嘌呤核苷酸磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基核核苷苷核苷酸的分子核苷酸的分子结构构磷酸与核糖的磷酸与核糖的羟羟基基缩合成合成酯酯时，由于核糖核，由于核糖核苷苷的核的核糖糖上有三个游离上有三个游离羟羟基，故能生成基，故能生成三种三种核糖核糖核核苷苷酸的异构体，即酸的异构体，即2-2-核苷酸、核苷酸、3-3-核苷酸核苷酸和和5-5-核苷酸；最常核苷酸；最常见者者为5-5-核苷酸核苷酸而脱氧核而脱氧核苷苷的脱氧核的脱氧核糖糖上上仅有两个游离有两个游离羟羟基，基，故只能生成故只能生成两种两种脱氧核脱氧核糖糖核核苷苷酸的异构体，即酸的异构体，即3-3-核苷酸和核苷酸和5-5-核苷酸核苷酸组成RNA的核苷酸组成RNA的核苷酸主要有四种：1.腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸(腺苷酸腺苷酸)AMP2.鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸(鸟苷酸鸟苷酸)GMP3.胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸(胞苷酸胞苷酸)CMP4.尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸(尿苷酸尿苷酸)UMP组成DNA的核苷酸主要有四种：1.腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸(脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸)dAMP2.鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸(脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸)dGMP3.胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸(脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸)dCMP4.胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸(脱氧尿苷酸脱氧尿苷酸)dTMP组成DNA的核苷酸多多聚聚核核苷苷酸酸是是通通过过核核苷苷酸酸的的5-5-磷磷酸酸基基与与另另一一分分子子核核苷苷酸酸的的C C3 3-OH-OH形形成成磷磷酸酸二二酯键酯键相连而成的链状聚合物。相连而成的链状聚合物。由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为DNADNA链；链；由核糖核苷酸聚合而成的则称为由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNARNA链。链。多聚核苷酸多聚核苷酸在在讨讨论论有有关关核核酸酸问问题题时时，一一般般只只关关心心其其中中碱碱基基的的种种类类和和顺顺序序，所所以以上上式式可可以以进进一一步步简简化化为：为：5PAPCPGPCPTPGPTPA3或5ACGCTGTA3多磷酸核苷酸P126 5-5-核苷酸又可按其在核苷酸又可按其在55位位缩合的磷酸基合的磷酸基的多少，分的多少，分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。酸核苷和三磷酸核苷。AMP：一磷酸腺苷ADP：二磷酸腺苷ATP：三磷酸腺苷ATP是生物体内分布最广和最重要的一是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。种核苷酸衍生物。（1）ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸)ATPATP的性质的性质ATP ATP 分子的最显著特点是含有两个分子的最显著特点是含有两个高能磷酸高能磷酸键键。ATP ATP 水解释放出来的能量用于推动生物水解释放出来的能量用于推动生物体内各种需能的生化反应。体内各种需能的生化反应。ATP ATP 是生物体内最重要的能量转换中间体。是生物体内最重要的能量转换中间体。ATP ATP 也是一种很好的磷酰化剂。也是一种很好的磷酰化剂。脱氧脱氧碱基碱基磷酸基数目磷酸基数目磷酸磷酸dA（腺嘌呤）腺嘌呤）M（一）一）PG（鸟嘌呤）鸟嘌呤）D（二）二）T（胸腺嘧胸腺嘧啶）啶）T（三）三）C（胞嘧啶）胞嘧啶）U（尿嘧啶）尿嘧啶）核苷酸核苷酸的有关的有关缩写符号（写符号（补）补）常见核苷酸及符号一一磷酸磷酸二二磷酸磷酸三三磷酸磷酸腺苷腺苷AMPADPATP鸟苷鸟苷GMPGDPGTP胞苷胞苷CMPCDPCTP尿苷尿苷UMPUDPUTP脱氧胸苷脱氧胸苷dTMPdTDPdTTP多磷酸核苷的生物功能1.四种三磷酸核苷(ATP、GTP、CTP、UTP)是合成RNA的重要原料2.四种三磷酸脱氧核苷(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)是合成DNA的重要原料。3.ATP在生物体内化学能的储存和利用中起着重要的作用4.ATP、GTP、CTP、UTP在多种物质的合成中提供所需的能量。环一磷酸腺苷环一磷酸腺苷环一磷酸鸟环一磷酸鸟苷苷（信息传递和信息放大作用）（信息传递和信息放大作用）5.环核苷酸的分子核苷酸的分子结构构RNARNA通常以通常以单链形式存在，但也可形成形式存在，但也可形成局局部的双螺旋部的双螺旋结构。构。RNARNA分子的种分子的种类较多，分子大小多，分子大小变化化较大，大，功能多功能多样化。化。主要的主要的RNARNA种种类有有rRNArRNA、mRNAmRNA、tRNAtRNA、第三节第三节 RNARNA的的结构构P127P127tRNAtRNA是分子最小，但含有是分子最小，但含有稀有碱基最多稀有碱基最多的的RNARNA，其稀有碱基的含量可多达其稀有碱基的含量可多达20%20%。tRNAtRNA是是单链核核酸酸，但但其其分分子子中中的的某某些些局局部也可形成双螺旋部也可形成双螺旋结构。构。一一、tRNAtRNA的的结构与功能构与功能P136P136RNA的多核苷酸链可以在某些部分弯曲拆叠，形成双螺旋区，此即RNA的二级结构（一）、（一）、tRNAtRNA的二的二级结构构vtRNAtRNA的二的二级结构由于局部双螺旋的形成而构由于局部双螺旋的形成而呈呈现“三叶草三叶草”形，故称形，故称为 “三叶草三叶草”结构构。v tRNAtRNA的的“三三叶叶草草”形形结构构包包括括：氨氨基基酸酸臂臂、DHUDHU环环、反反密密码环环、可可变环环和和TCTC环环五五部分。部分。vtRNAtRNA的二的二级结构构“三叶草三叶草”结构构氨基酸臂氨基酸臂可变环可变环DHU环环反密码环反密码环TC环环(1)(1)氨基酸接受区氨基酸接受区包含有包含有包含有包含有tRNAtRNAtRNAtRNA的的的的3-3-3-3-末端末端末端末端和和和和5-5-5-5-末端，末端，末端，末端，3-3-3-3-末端末端末端末端的最后的最后的最后的最后3 3 3 3个核苷酸残基都个核苷酸残基都个核苷酸残基都个核苷酸残基都是是是是CCACCACCACCA，A A A A为核苷。氨基为核苷。氨基为核苷。氨基为核苷。氨基酸可与其成酯，该区在酸可与其成酯，该区在酸可与其成酯，该区在酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中起携带氨蛋白质合成中起携带氨蛋白质合成中起携带氨蛋白质合成中起携带氨基酸的作用。基酸的作用。基酸的作用。基酸的作用。(2)(2)反密码区反密码区与与氨基酸接受区相对的氨基酸接受区相对的氨基酸接受区相对的氨基酸接受区相对的一般含有一般含有一般含有一般含有7 7 7 7个核苷酸残基个核苷酸残基个核苷酸残基个核苷酸残基的区域，其中正中的的区域，其中正中的的区域，其中正中的的区域，其中正中的3 3 3 3个个个个核苷酸残基称为反密码核苷酸残基称为反密码核苷酸残基称为反密码核苷酸残基称为反密码(3)(3)二氢尿嘧啶区二氢尿嘧啶区 该区含有二氢尿嘧啶。该区含有二氢尿嘧啶。该区含有二氢尿嘧啶。该区含有二氢尿嘧啶。(4)(4)T T C C区区 该区与二氢尿嘧该区与二氢尿嘧该区与二氢尿嘧该区与二氢尿嘧啶区相对，啶区相对，啶区相对，啶区相对，假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环胸腺嘧啶核糖核苷环胸腺嘧啶核糖核苷环胸腺嘧啶核糖核苷环(T T T T C)C)C)C)由由由由7 7 7 7个核苷酸组成，个核苷酸组成，个核苷酸组成，个核苷酸组成，通过由通过由通过由通过由5 5 5 5对碱基组成的双螺对碱基组成的双螺对碱基组成的双螺对碱基组成的双螺旋区旋区旋区旋区(T T T T C C C C臂臂臂臂)与与与与tRNAtRNAtRNAtRNA的其余的其余的其余的其余部分相连。除个别例外，几部分相连。除个别例外，几部分相连。除个别例外，几部分相连。除个别例外，几乎所有乎所有乎所有乎所有tBNAtBNAtBNAtBNA在此环中都含有在此环中都含有在此环中都含有在此环中都含有T T T T C C C C。(5)(5)可变区可变区 位于反密码区位于反密码区位于反密码区位于反密码区与与与与T T T T C C C C区之间，区之间，区之间，区之间，不同的不同的不同的不同的tRNAtRNAtRNAtRNA该区变化较大。该区变化较大。该区变化较大。该区变化较大。v氨基酸臂氨基酸臂：三叶草型结构的“叶柄”，由7个碱基对组成的螺旋区与3末端上CCA相连接的部分组成，它是结合氨基酸的部位。v二二氢尿尿嘧啶环（DHUDHU环）：含有两个二氧尿嘧啶vTCTC环：环：含有胸苷(T)假尿苷()胞苷（C）序列v反密码环反密码环：其顶端的三个核苷酸残基组成三联反密码子，可识别mRNA分子上氨基酸的三联密码子，在蛋白质生物合成中起着重要的翻译作用。v附加叉（额外环、可变环）附加叉（额外环、可变环）：不同的tRNA，其附加叉核苷酸残基数目差异较大，故又称其为可变环。tRNA的二级结构在空间伸展，形成倒倒“L”型型的三维空间立体结构即tRNA的三级结构。在倒L型的一端为反密码环，另一端为氨基酸臂，拐角处则为DHU环和TC环（二）（二）tRNAtRNA的三的三级结构构P138P138n在在tRNAtRNA二级结构中未二级结构中未配对的某些并不互补配对的某些并不互补的碱基参与了三级结的碱基参与了三级结构中特殊的氢键作用，构中特殊的氢键作用，tRNAtRNA链中的核糖链中的核糖-磷磷酸骨架与某些碱基甚酸骨架与某些碱基甚至其他的骨架之间也至其他的骨架之间也能产生作用。能产生作用。mRNAmRNA可形成局部双螺旋可形成局部双螺旋结构的二构的二级结构。构。mRNAmRNA在真核生物中的初在真核生物中的初级产物称物称为HnRNAHnRNA。v大大多多数数真真核核成成熟熟的的mRNAmRNA分分子子具具有有典典型型的的5-5-端端的的7-7-甲甲基基鸟苷苷三三磷磷酸酸帽帽子子结构构和和3-3-端端的的多聚腺苷酸多聚腺苷酸(polyApolyA)尾巴尾巴结构。构。二二、mRNAmRNA的的结构与功能构与功能(补补)真核生物真核生物mRNAmRNA 5-5-端帽子端帽子结构构真核生物真核生物mRNAmRNA 3-3-端的端的polyApolyA结构构5-cap的功能的功能(1)防止防止mRNA被核酸酶降解。被核酸酶降解。(2)为为mRNA翻译活性所必需。翻译活性所必需。(3)与蛋白质合成的正确起始有关。与蛋白质合成的正确起始有关。polyA的功能的功能(1)保护保护mRNA，免受核酸外切酶的作用。免受核酸外切酶的作用。(2)与翻译有关，没有与翻译有关，没有polyA翻译活性降低。翻译活性降低。(3)与与mRNA从细胞核转移到细胞质有关。从细胞核转移到细胞质有关。vmRNAmRNA分子中分子中带有有遗传密密码，其功能，其功能是是为蛋白蛋白质的合成的合成提供模板提供模板。v mRNAmRNA分分子子中中每每三三个个相相邻的的核核苷苷酸酸组成成一一组，在在蛋蛋白白质翻翻译合合成成时代代表表一一个个特特定定的的氨氨基基酸酸，这种种核核苷苷酸酸三三联体体称称为 遗传密密码lrRNArRNA是是细胞胞中中含含量量最最多多的的RNARNA，占占总量量的的80%80%。rRNArRNA与与蛋蛋白白质一一起起构构成成核核糖糖体体，作作为蛋蛋白白质生生物物合成的合成的场所所。三、三、rRNArRNA的的结构与功能构与功能P139P139在原核生物中，在原核生物中，rRNArRNA有三种：有三种：5 5S S，16S16S，23S23S。在在真真核核生生物物中中，rRNArRNA有有四四种种：5 5S S，5.8S5.8S，18S18S，28S28S。大大肠杆菌杆菌1616S S rRNA rRNA的二的二级结构构第四节第四节DNA的的结构结构P140一、DNA的碱基组成：A、G、C、TvDNA的碱基组成规律：1.A=T，G=C，A+G=C+T2.具有种的特异性3.没有组织、器官的特异性4.年龄、营养状态、环境的改变不影响DNA碱基组成二、二、核酸的一核酸的一级结构构P140P140v定义：核酸的一级结构是指组成核酸的核核苷酸苷酸之间的连接方式及排列顺序。DNADNA分子主要由分子主要由dAMPdAMP、dGMPdGMP、dCMPdCMP和和dTMPdTMP四种脱氧核糖核苷酸所四种脱氧核糖核苷酸所组成。成。DNADNA的一的一级结构构就是指就是指DNADNA分子中脱氧核糖分子中脱氧核糖核苷酸的排列核苷酸的排列顺序及序及连接方式。接方式。RNARNA分分子子主主要要由由AMPAMP，GMPGMP，CMPCMP，UMPUMP四四种种核核糖糖核核苷苷酸酸组成成。RNARNA的的一一级结构构就就是是指指RNARNA分分子子中中核核糖糖核核苷苷酸酸的的排排列列顺序序及及连接方式。接方式。腺嘌呤核苷酸35124n n核苷酸通过核苷酸通过核苷酸通过核苷酸通过3333，5-5-5-5-磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键连接起来，连接起来，连接起来，连接起来，以磷酸以磷酸以磷酸以磷酸-糖糖糖糖-磷酸磷酸磷酸磷酸-糖糖糖糖形成核酸骨架形成核酸骨架形成核酸骨架形成核酸骨架5533l一一分分子子的的核核苷苷酸酸的的3-3-位位羟基基与与另另一一分分子子核核苷苷酸酸的的5-5-位位磷磷酸酸基基通通过脱脱水水可可形形成成3,5-3,5-磷磷酸酸二二酯键，从而将两分子核苷酸从而将两分子核苷酸连接起来。接起来。核苷酸的连接方式5端端3端端核酸就是由核酸就是由许多多核苷酸核苷酸单位通位通过3,5-3,5-磷酸磷酸二二酯键连接起来形成的接起来形成的不含不含侧链的的长链状化合状化合物。物。核核酸酸是是具具有有方方向向性性的的长链状状化化合合物物，多多核核苷苷酸酸链的的两两端端，一一端端称称为5-5-端端，另另一一端端称称为3-3-端。端。多核苷酸多核苷酸链：核酸的表示方式核酸的表示方式DNARNA5PdAPdCPdGPdTOH35PAPCPGPUOH或5ACGTGCGT35ACGUAUGU3ACGTGCGTACGUAUGUT53OHU53OHOHOHOHOH若不若不特别注明，一般规定从特别注明，一般规定从55端书写至端书写至 33端端 v核酸的一级结构核酸的一级结构是核酸中各核苷酸通过是核酸中各核苷酸通过33，55磷酸二酯键磷酸二酯键连接而成的无分支连接而成的无分支的多核苷酸链。即核苷酸排列顺序。的多核苷酸链。即核苷酸排列顺序。vDNA和和RNA的一级结构的一级结构vDNA为脱氧核糖核苷酸链为脱氧核糖核苷酸链vRNA为核糖核苷酸链为核糖核苷酸链l DNADNA双双螺螺旋旋结构构是是DNADNA二二级结构构的的一一种种重重要要形形式式，它它是是WatsonWatson和和CrickCrick两两位位科科学学家家于于19531953年提出来的一种年提出来的一种结构模型。构模型。v三三、DNADNA的二的二级结构构双螺双螺旋旋结构模型构模型P144P144DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景碱基组成分析碱基组成分析Chargaff规则：规则：A=TG C碱基的理化数据分析碱基的理化数据分析A-T、G-C以氢键配对较合理以氢键配对较合理DNA纤维的纤维的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析1950195019531953，ChargaffChargaff研究小研究小组对DNADNA的化学的化学组成成进行了研究，行了研究，发现：DNADNA碱基碱基组成有物种差异，且物种成有物种差异，且物种亲缘关系关系越越远，差异越大；，差异越大；相同物种，不同相同物种，不同组织器官中器官中DNADNA碱基碱基组成相成相同，而且不因年同，而且不因年龄、环境及境及营养而改养而改变；DNADNA分分子子中中四四种种碱碱基基的的摩摩尔百百分分比比具具有有一一定定的的规律律性性，即即A=TA=T、G=CG=C、A+G=T+CA+G=T+C。这一一规律律被被称称为 ChargaffChargaff原原则。DNADNA双螺旋双螺旋结构的研究背景构的研究背景19531953年年由由WilkinsWilkins研研究究小小组完完成成的的研研究究工工作作证明明了了DNADNA是一种螺旋构象。是一种螺旋构象。WatsonWatsonCrickCrickl目目前前已已知知DNADNA双双螺螺旋旋结构构可可分分为A A、B B、C C、D D及及Z Z型型等等数数种种，除除Z Z型型为左左手手双双螺螺旋旋外外，其其余余均均为右右手手双双螺螺旋。旋。（二）（二）DNADNA双螺旋双螺旋结构模型的要点：构模型的要点：P146P146DNA的二级结构类型B B型双螺旋型双螺旋DNADNA的的结构特征构特征 B B型双螺旋型双螺旋DNADNA的的结构特征构特征 碱基互补配对碱基互补配对TAGC碱碱基基配配对及及氢键形形成成DNA双螺旋的稳定性因素两两条条DNADNA链之之间形形成成的的氢键（A AT T，GCGC）维持持螺螺旋旋的横向的横向稳定；定；嘌呤呤碱碱基基与与嘧啶碱碱基基形形状状扁扁平平，呈呈疏疏水水性性，在在螺螺旋旋内内部部层层堆堆积，形形成成强大大的的疏疏水水区区，消消除除了了介介质中中水水分分子子对碱碱基基之之间氢键的的影影响响，碱碱基基之之间这种种在在垂垂直直方方向向的的作作用用力力被被称称为碱碱基基堆堆积力力，是是维系系DNADNA双双螺螺旋旋结构构稳定的主要作用力；定的主要作用力；介介质中中的的阳阳离离子子（如如Na+Na+、K+K+和和Mg2+Mg2+）或或富富含含正正电荷荷的的碱碱性性蛋蛋白白中中和和了了磷磷酸酸基基团的的负电荷荷，这种种离离子子键降降低了低了DNADNA链间的排斥力、范德的排斥力、范德华引力等。引力等。沿中心轴观察，双螺旋结构上有两条螺形凹槽，一沿中心轴观察，双螺旋结构上有两条螺形凹槽，一沿中心轴观察，双螺旋结构上有两条螺形凹槽，一沿中心轴观察，双螺旋结构上有两条螺形凹槽，一条较深宽，称为大沟（宽条较深宽，称为大沟（宽条较深宽，称为大沟（宽条较深宽，称为大沟（宽1.21.21.21.2nmnmnmnm，深深深深0.850.850.850.85nm nm nm nm）；）；）；）；另另另另一条浅窄，称为小沟（宽一条浅窄，称为小沟（宽一条浅窄，称为小沟（宽一条浅窄，称为小沟（宽0.60.60.60.6nmnmnmnm，深深深深0.750.750.750.75nm nm nm nm）。）。）。）。大沟与小沟对于大沟与小沟对于大沟与小沟对于大沟与小沟对于DNADNADNADNA与蛋白质的相互识别极其重要。与蛋白质的相互识别极其重要。与蛋白质的相互识别极其重要。与蛋白质的相互识别极其重要。DNA双螺旋分子的双螺旋分子的大沟与小沟大沟与小沟vB B型双螺旋型双螺旋DNADNA的的结构特点：构特点：P146P1461.1.为右右手手反反平行双螺旋平行双螺旋；2.2.主主链位于螺旋外位于螺旋外侧，碱基位于内，碱基位于内侧；3.3.两条两条链间存在存在碱基互碱基互补：A A与与T T或或G G与与C C配配对形形成成氢键，称，称为碱基互碱基互补原原则（A A与与T T为两个两个氢键，G G与与C C为三个三个氢键）；）；4.4.螺旋的螺旋的稳定因素定因素为氢键和碱基堆和碱基堆积积力力；5.5.螺旋的螺旋的螺距螺距为3.43.4nmnm，直径直径为2 2nmnm。DNA DNA 双螺旋分子存在一个双螺旋分子存在一个大沟大沟和一个和一个小沟小沟（一）原核生物（一）原核生物DNADNA的三的三级结构：构：l绝大大多多数数原原核核生生物物的的DNADNA都都是是共共价价封封闭的的环状状双双螺螺旋旋。如如果果再再进一一步步盘绕则形形成成麻麻花花状的超螺旋三状的超螺旋三级结构。构。二、二、DNADNA的的三级结构三级结构超螺旋超螺旋结构构P148P148DNADNA的的三三级结构构是是指指DNADNA双双螺螺旋旋结构构通通过进一一步步扭扭曲曲和和折折叠叠所所形形成成的的更更加加复复杂的的构构象象,超超螺螺旋旋是是三三级结构的主要形式。构的主要形式。环状环状DNADNA主要有以下三种构象主要有以下三种构象：DNA三级结构：超螺旋结构三级结构：超螺旋结构(superhelix，supercoil)双螺旋分子进一步螺旋化生成。双螺旋分子进一步螺旋化生成。如：原核生物如：原核生物DNA的高级结构的高级结构（二）真核生物中的核小体（二）真核生物中的核小体结构：构：l在在真真核核生生物物中中，双双螺螺旋旋的的DNADNA分分子子围绕一一蛋蛋白白质八八聚聚体体进行行盘绕，从从而而形形成成特特殊殊的的串串珠珠状状结构构，称称为核核小小体体。核核小小体体结构构属属于于DNADNA的的三三级结构。构。lDNADNA的基本功能是作的基本功能是作为遗传信息的信息的载体体，为生物生物遗传信息复制以及基因信息的信息复制以及基因信息的转录提供模板。提供模板。l DNADNA分分子子中中具具有有特特定定生生物物学学功功能能的的片片段段称称为基基因因（genegene）。一一个个生生物物体体的的全全部部DNADNA序序列列称称为基基因因组（genomegenome）。基基因因组的的大大小小与与生生物物的的复复杂性性有有关关，如如病病毒毒SV40SV40的的基基因因组 大大 小小 为 5.1105.1103 3bpbp，大大 肠 杆杆 菌菌 为5.7105.7106 6bpbp，人人为3103109 9bpbp。三、三、DNADNA的功能的功能DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细原核细胞胞细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞hnRNA内含子内含子(intron)mRNA*mRNA成熟过程成熟过程:外显外显子子(exon)hnRNA（不均一核不均一核RNA):即即mRNA的初级产物。的初级产物。P128l具有自身催化作用的具有自身催化作用的RNARNA称称为核核酶l核核酶通常具有特殊的分子通常具有特殊的分子结构，如构，如锤头结构。构。四、核四、核酶和核酸酶和核酸酶核酶是具有特殊结构的核酶是具有特殊结构的RNARNA。RNARNA是核酶的功能部分。有些核酶的分子除是核酶的功能部分。有些核酶的分子除了了RNARNA外，还含有其它一些成份。例如蛋白外，还含有其它一些成份。例如蛋白质无机离子（质无机离子（PbPb2+2+、MnMn2+2+或或MgMg2+2+）等等1 1核酶的组成和结构核酶的组成和结构核核酶酶的的作作用用底底物物基基本本上上都都是是RNARNA分分子子，即即RNARNA催化催化RNARNA。核核酶酶催催化化的的反反应应主主要要包包括括：水水解解反反应应，连接反应和转核苷酰反应等。连接反应和转核苷酰反应等。2 2核酶的催化作用核酶的催化作用l凡是能水解核酸的凡是能水解核酸的酶都称都称为核酸核酸酶。l 凡能从多核苷酸凡能从多核苷酸链的的末端末端开始水解核酸的开始水解核酸的酶称称为核酸外切核酸外切酶；凡能从多核苷酸凡能从多核苷酸链中中间开始水解核酸的开始水解核酸的酶称称为核酸内切核酸内切酶。l 能能识别特特定定的的核核苷苷酸酸顺序序，并并从从特特定定位位点点水水解解核核酸酸的的内内切切酶称称为限限制制性性核核酸酸内内切切酶（限制（限制酶）。v核酸核酸酶一、核酸的一般理化性一、核酸的一般理化性质 核酸具有酸性核酸具有酸性粘度大粘度大紫外吸收最大吸收峰为紫外吸收最大吸收峰为260260nmnm第六节第六节 核酸及核苷酸核酸及核苷酸的性的性质P155P155二、核苷酸的性质1.一般性质无色粉末或结晶易溶于水，不溶于有机溶剂有旋光性v2.核苷酸的紫外吸收P157由于嘌呤碱或嘧啶碱具有共轭双键共轭双键，所以碱基、核苷及核苷酸在240290nm有一强烈的吸收峰，其最大吸收值在260nm3.核苷酸的互变异构作用碱基上带有酮基的核苷酸能发生烯醇式转化酮式烯醇式氨基式亚氨基式在生理条件下，G、T、U三者倾向于形成酮式，而A与C一般采取氨基式存在更为稳定。碱基上带氨基的核苷酸的互变异构作用碱基上带氨基的核苷酸的互变异构作用在理化因素作用下，在理化因素作用下，DNADNA双螺旋的两条互双螺旋的两条互补链松散而分开成松散而分开成为单链，从而，从而导致致DNADNA的理化性的理化性质及生物学性及生物学性质发生改生改变，这种种现象称象称为 DNADNA的的变性性。引引起起DNADNA变性性的的原原因因：碱碱基基堆堆积积力力和和氢氢键键受到破坏受到破坏引引起起DNADNA变性性的的因因素素主主要要有有：高高温温，强酸酸强碱，碱，有机溶有机溶剂等。等。v二、二、DNADNA的的变性性P159P159DNA的变性是的变性是核酸双螺旋区的多聚核核酸双螺旋区的多聚核苷酸苷酸链间的的氢键断裂，断裂，变成成单链结构构的的过程。程。v增色效增色效应：指与天然指与天然DNADNA相比，相比，变性性DNADNA因其双因其双螺旋破坏，使碱基充分外露，因此紫外吸收增加，螺旋破坏，使碱基充分外露，因此紫外吸收增加，这种种现象叫增色效象叫增色效应。生物学功能生物学功能丧失或改失或改变。粘度降低粘度降低.旋光性下降旋光性下降.DNADNA变性后的性性后的性质改改变：vDNADNA的的变性性温温度度：加加热DNADNA溶溶液液，使使其其对260260nmnm紫紫外外光光的的吸吸收收度度突突然然增增加加，达达到到其其最最大大值一一半半时的的温温度度，就就是是DNADNA的的变性性温温度度（解解链链温度，温度，TmTm）。lTmTm的高低与的高低与DNADNA分子分子大小有关大小有关lTmTm的的高高低低与与DNADNA分分子子中中G+CG+C的的含含量量有有关关，G+CG+C的含量越高，的含量越高，则TmTm越高越高。l将将热变性后的性后的DNADNA溶液溶液缓慢冷却，在低于慢冷却，在低于变性温度性温度约25253030的条件下保温一段的条件下保温一段时间（退火退火），），则变性的两条性的两条单链DNADNA可以可以重新互重新互补而形成原来的双螺旋而形成原来的双螺旋结构并恢复构并恢复原有的性原有的性质。l变性性DNADNA在在适适当当的的条条件件下下，使使两两条条彼彼此此分分开开的的链链重重新新形形成成双双螺螺旋旋结构构的的过程程，称称为 DNADNA的复性的复性。v三、三、DNADNA的复性与分子的复性与分子杂交交P160P160DNA的变性与复性l两条来源不同的两条来源不同的单链核酸（核酸（DNADNA或或RNARNA），），只要它只要它们有大致相同的互有大致相同的互补碱基碱基顺序，序，经退火退火处理即可复性，形成新的理即可复性，形成新的杂种双螺旋，种双螺旋，这一一现象称象称为 核酸的分子核酸的分子杂交。交。(P166)P166)l核酸核酸杂交可以是交可以是DNA-DNADNA-DNA，也可以是也可以是DNA-DNA-RNARNA杂交。交。