核酸的结构和功能讲解培训课件1

核酸的核酸的结构和功能构和功能讲解解核核 酸酸(nucleic acid)是以是以核苷酸核苷酸为基本组成单位的生为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。物大分子，携带和传递遗传信息。2核酸的结构和功能讲解核酸的种类、分布和功能核酸的种类、分布和功能 分分布布于于细细胞胞核核（9898），线粒体，叶绿体，线粒体，叶绿体，质粒。质粒。分布于胞核、胞质（分布于胞核、胞质（9090）。）。(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型个体的基因型(genotype)。参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息遗传信息的表达。某些病毒的表达。某些病毒RNA也也可作为遗传信息的载体。可作为遗传信息的载体。3核酸的结构和功能讲解第一节第一节 核酸的化学组成及一级结构核酸的化学组成及一级结构l 元素组成元素组成C、H、O、N、P等，等，P含量最稳定，含量最稳定，9 10%,核酸的定量核酸的定量 (与蛋白质相比不含与蛋白质相比不含S）一、核酸的基本结构单位一、核酸的基本结构单位核苷酸（核苷酸（nucleotide）核酸（核酸（DNADNA和和RNARNA）是由多个单核苷酸聚合而成的多聚核苷酸）是由多个单核苷酸聚合而成的多聚核苷酸（polynucleotides)。4核酸的结构和功能讲解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水水解解核酸的基本结构单元是核酸的基本结构单元是核苷酸核苷酸。核苷酸水解成。核苷酸水解成核苷核苷和和磷酸磷酸,而核苷又可水解成而核苷又可水解成戊糖戊糖和和碱基碱基。5核酸的结构和功能讲解核苷酸的组成及结构核苷酸的组成及结构磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基6核酸的结构和功能讲解嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤（一）碱基（一）碱基(base)含氮杂环化合物含氮杂环化合物7核酸的结构和功能讲解NNNNHHHHNNNNHHHH123 456789嘌呤NH2腺嘌呤 adenine（A）NNNNHHHHOH2N鸟嘌呤 guanine（G）2种嘌呤：种嘌呤：8核酸的结构和功能讲解NNHHHH嘧啶123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶 Cytosine（C）NNHHHHOOHH尿嘧啶 uracil（U）NNHHHHOOHHCH3胸腺嘧啶 thymine（T）3种嘧啶种嘧啶9核酸的结构和功能讲解腺嘌呤腺嘌呤(A)(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)(G)胞嘧啶胞嘧啶(C)(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)(T)DNA尿嘧啶尿嘧啶(U)(U)RNA10核酸的结构和功能讲解-D-2-核糖核糖-D-2-脱氧核糖脱氧核糖OOHOH2COHOHOH12345OHOH2COHHOH12345 核糖核糖(Ribose)构成构成 RNA脱氧核糖脱氧核糖(Deoxyribose)构成构成 DNA（二）戊糖（二）戊糖11核酸的结构和功能讲解碱基戊糖碱基戊糖 核苷，二者以核苷，二者以糖苷键糖苷键相连相连（三）（三）核核 苷苷（nucleosidenucleoside）OHHOH HOHHOCH2H碱基碱基OHHH HOHHOCH2H碱基碱基核核 苷苷脱氧核苷脱氧核苷糖苷键糖苷键糖苷键糖苷键12核酸的结构和功能讲解OHOH2COHOHOH12345核 糖NNNNHHHH9腺嘌呤腺腺 苷苷OHOH2COHOHOH12345核 糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷尿苷各种嘌呤各种嘌呤N N9 9C C1 1核糖（核糖（2-2-脱氧核糖）脱氧核糖）各种嘧啶各种嘧啶N N1 1C C1 1核糖（核糖（2-2-脱氧核糖）脱氧核糖）核苷（脱氧核苷）核苷（脱氧核苷）13核酸的结构和功能讲解戊糖（四）核苷酸核苷酸（nucleotide）核苷磷酸，以磷脂键相连核糖核糖:2:2，33和和 55核糖核苷酸核糖核苷酸 脱氧核糖：脱氧核糖：33和和55脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸 OHHOH HOH OCH2H碱基碱基POHHH HOH OCH2H碱基碱基P5-核苷酸核苷酸5-脱氧核苷酸脱氧核苷酸酯键酯键酯键酯键戊糖+碱基+磷酸14核酸的结构和功能讲解HH2 2OOHH2 2OO碱基碱基碱基碱基磷酸磷酸磷酸磷酸戊糖戊糖戊糖戊糖糖苷键糖苷键糖苷键糖苷键酯键酯键酯键酯键（对（对DNA为为H）15核酸的结构和功能讲解碱基碱基核苷核苷5核苷酸核苷酸AGCU腺苷腺苷鸟苷鸟苷胞苷胞苷尿苷尿苷腺苷酸（腺苷酸（AMP）鸟苷酸（鸟苷酸（GMP）胞苷酸（胞苷酸（CMP）尿苷酸（尿苷酸（UMP）RNA碱基碱基核苷核苷5脱氧核苷酸脱氧核苷酸AGCT脱氧腺苷脱氧腺苷脱氧鸟苷脱氧鸟苷脱氧胞苷脱氧胞苷胸胸 苷苷脱氧腺苷酸（脱氧腺苷酸（dAMP）脱氧鸟苷酸（脱氧鸟苷酸（dGMP）脱氧胞苷酸（脱氧胞苷酸（dCMP）脱氧胸苷酸（脱氧胸苷酸（dTMP）DNA核苷酸的命名核苷酸的命名16核酸的结构和功能讲解核苷酸名称中的缩写符号核苷酸名称中的缩写符号脱氧脱氧碱基碱基磷酸基数目磷酸基数目磷酸磷酸dAMPGDTTCU17核酸的结构和功能讲解 DNA DNA、RNARNA组成异同组成异同 DNADNA与与RNARNA在组成成份上略有不同：在组成成份上略有不同：DNADNARNARNA磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸碱基碱基腺嘌呤（腺嘌呤（A A）腺嘌呤（腺嘌呤（A A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）胞嘧啶（胞嘧啶（C C）胞嘧啶（胞嘧啶（C C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）尿嘧啶（尿嘧啶（U U）戊糖戊糖D-2D-2脱氧核糖脱氧核糖（dRdR）D-D-核糖核糖18核酸的结构和功能讲解 （五）体内重要的游离核苷酸及其衍生物（五）体内重要的游离核苷酸及其衍生物1 1、多磷酸核苷酸、多磷酸核苷酸 NDP NTP (A，G,C,U）dNDP dNTP (A，G,C,T）19核酸的结构和功能讲解OHOH2COHOHOH12345核 糖NNNNHHHH9腺嘌呤胸 苷PO-OO腺苷-5-磷酸AMP(dAMP)OP O-OOADP(dADP)ATP(dATP)P O-OOzM-单单zD-二二zT三三zP-磷酸磷酸20核酸的结构和功能讲解功能功能 能量物质能量物质 ATP（能量能量“货币货币”）UTP（糖的合成）糖的合成）GTP（蛋白质和嘌呤的合成）蛋白质和嘌呤的合成）CTP（磷脂的合成）磷脂的合成）合成核酸的原料合成核酸的原料 NTP（RNA）dNTP（DNA）21核酸的结构和功能讲解2、环化核苷酸、环化核苷酸33，5-5-环化腺苷酸环化腺苷酸 cAMP 33，5-5-环化鸟苷酸环化鸟苷酸 cGMP-第二信使第二信使参与体内代谢调节和细胞参与体内代谢调节和细胞信号转导信号转导22核酸的结构和功能讲解3、含核苷酸的生物活性物质、含核苷酸的生物活性物质辅酶辅酶I（NAD+）辅酶辅酶II（NADP+）辅酶辅酶A (CoA-SH）黄素腺嘌呤二核苷酸（黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD)均含腺苷酸（均含腺苷酸（AMP）参与生物氧化、物质代谢参与生物氧化、物质代谢23核酸的结构和功能讲解FADNAD、NADPHSCoA24核酸的结构和功能讲解二、DNA和RNA是多聚核苷酸核苷酸（polynucleotides）核酸（核酸（DNADNA和和RNARNA）是由多个单核苷酸通过）是由多个单核苷酸通过33，55磷酸二酯键磷酸二酯键相连而成的多聚核苷酸长链。核苷酸相连而成的多聚核苷酸长链。核苷酸的多少和排列顺序不同，但连接方式一样的多少和排列顺序不同，但连接方式一样寡聚核苷酸（核苷酸（oligonucleotidesoligonucleotides）：）：50 50bpbp25核酸的结构和功能讲解脱脱脱脱HH2 2OO酯键相连酯键相连酯键相连酯键相连33，55-磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键3526核酸的结构和功能讲解27核酸的结构和功能讲解l5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5-P5-P 表示）；表示）；l3-3-羟基端（常用羟基端（常用3-OH3-OH表示）表示）l核苷酸链具有核苷酸链具有方向性方向性，当表示一个核苷酸链时，当表示一个核苷酸链时，必须注明它的方向是必须注明它的方向是5353或是或是3535。28核酸的结构和功能讲解概念：概念：构成核酸的核苷酸或脱氧核苷酸从构成核酸的核苷酸或脱氧核苷酸从5-5-末端末端到到3-3-末端的排列顺序，也就是核苷酸序列末端的排列顺序，也就是核苷酸序列（nucleotide sequence)nucleotide sequence)。也即碱基的序列（。也即碱基的序列（base base sequence)sequence)。l DNADNA分子的一级结构储存了大量的遗传信息分子的一级结构储存了大量的遗传信息 (4(4n n)l 核酸分子的大小核酸分子的大小：base/base/kilobasekilobase 或者或者 bp/kbpbp/kbp（base pair/base pair/kilobasekilobase pair pair）表示）表示三、核酸的一级结构（三、核酸的一级结构（primary structure）29核酸的结构和功能讲解核酸分子一级结构的表示方法有三种:53结构式结构式（1）结构式表示法：（2）线条式表示法：（3）文字式表示法：30核酸的结构和功能讲解戊糖3-OH3-OH5-磷酸PA A核苷酸核苷酸线条式线条式文字表示：文字表示：5pApTpGpCpA3或 5ATGCA331核酸的结构和功能讲解一、核酸的基本结构单位：核苷酸一、核酸的基本结构单位：核苷酸(nucleotide)小结小结l 核苷酸的组成：碱基、戊糖和磷酸。核苷酸的组成：碱基、戊糖和磷酸。DNA:碱基（碱基（A T G C），脱氧核糖），脱氧核糖 RNA：碱基（：碱基（A U G C），核糖），核糖 32核酸的结构和功能讲解 核苷酸的连接方式：核苷酸的连接方式：3,5 磷酸二酯键磷酸二酯键末端：末端：5 端、端、3 端端多核苷酸链的方向：多核苷酸链的方向：5端端3端端(由左至右由左至右)二、核酸的基本结构形式二、核酸的基本结构形式：多聚核苷酸：多聚核苷酸（polynucleotide)三、核酸的一级结构三、核酸的一级结构33核酸的结构和功能讲解一、一、DNADNA的二级结构的二级结构-双螺旋双螺旋结构模型结构模型（一）（一）DNADNA双螺旋结构研究的背景双螺旋结构研究的背景1、DNA是遗传的物质基础是遗传的物质基础2、Chargaff原则原则3、DNA 分子分子X射线衍射分析射线衍射分析4、双螺旋结构模型的建立双螺旋结构模型的建立第二节第二节 DNA DNA的空间结构与功能的空间结构与功能 34核酸的结构和功能讲解19501950年前后，年前后，Erwin CharggffErwin Charggff等人采用纸层析及紫外吸收等人采用纸层析及紫外吸收技术测定了多种生物体技术测定了多种生物体DNADNA的碱基组成。的碱基组成。不同来源的不同来源的DNA碱基组成（摩尔碱基组成（摩尔%）DNA来源来源 腺嘌呤腺嘌呤 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 鸟嘌呤鸟嘌呤 胞嘧啶胞嘧啶 人人 30.4 30.1 19.6 19.9 绵羊绵羊 23.9 28.7 21.1 20.9 公牛公牛 29.0 28.7 21.2 21.2 大鼠大鼠 28.6 28.4 21.4 20.4 母鸡母鸡 28.0 28.4 22.0 21.6 大肠杆菌大肠杆菌 24.7 23.6 25.7 25.735核酸的结构和功能讲解2、Charggff原则：原则：l 所有所有DNA分子中分子中，A%T%G%C%（嘌呤碱的摩尔数（嘌呤碱的摩尔数=嘧啶碱的摩尔数）嘧啶碱的摩尔数）l有种属特异性：不同生物的有种属特异性：不同生物的DNADNA碱碱基组成不同基组成不同l同一生物体的同一生物体的DNADNA碱基组成没有组碱基组成没有组织器官特异性织器官特异性 这预示着碱基互补配对的可能性，即这预示着碱基互补配对的可能性，即A A与与T T配对，配对，G G与与C C配对。配对。Erwin Chargaff（19051995）这些结果后来为这些结果后来为DNADNA的双螺旋结构的双螺旋结构模型提供了一个有力的佐证。模型提供了一个有力的佐证。36核酸的结构和功能讲解DNA 分子分子X射线衍射照片射线衍射照片 3、DNA 分子分子X射线衍射照片射线衍射照片37核酸的结构和功能讲解4、DNA双螺旋结构模型（双螺旋结构模型（double-helical structure）James Watson&Francis Crick n1953年，年，James Watson&Francis 38核酸的结构和功能讲解1、螺旋中的两条链反向平行，即其中一条链的方向为53，而另一条链的方向为35，两条链共同围绕一个假想的中心轴呈右手双螺旋结构。亲水磷酸、戊糖为骨架，疏水碱基向内；（二）（二）DNADNA双螺旋结构要点双螺旋结构要点39核酸的结构和功能讲解2、碱基对互补，碱基之间氢键连接，AT,GC；每个碱基对处于同一平面，碱基平面垂直于中心轴；由于几何形状的限制，碱基对只能由嘌呤和嘧啶配对，即A与T，G与C。这种配对关系，称为碱基互补。A和T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。40核酸的结构和功能讲解碱基配对和氢键形成碱基配对和氢键形成41核酸的结构和功能讲解3、双螺旋横截面的直径约为2 nm，相邻两个碱基平面之间的距离（轴距）为0.34 nm，每10个核苷酸形成一个螺旋，其螺距（即螺旋旋转一圈的高度）为3.4 nm。42核酸的结构和功能讲解4、由于碱基对排列的方向性，使得碱基对占据的空间是不对称的，因此，在双螺旋的表面形成大小两个凹槽，分别称为大沟（major groove)major groove)和小沟(minor groove),(minor groove),二者交替出现，是蛋白质是蛋白质DNADNA相互作用的基础相互作用的基础。43核酸的结构和功能讲解氢键氢键维持 DNA 双链横向稳定性，碱基堆积力碱基堆积力维持双链维持双链纵向纵向稳定性稳定性(主要）主要）。2.0 nm小小沟沟大大沟沟离子键 磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子之间形成离子键，减少双链间的静电排斥力。5.5.稳定双螺旋结构的力稳定双螺旋结构的力其中碱基堆集力是使DNA结构稳定的最主要因素44核酸的结构和功能讲解 其他螺旋形式其他螺旋形式n Z-DNA（左手双螺旋）左手双螺旋）n A-DNAn DNA 的多链螺旋结构的多链螺旋结构Watson-Crick双螺旋结构模型称为双螺旋结构模型称为B型结构型结构45核酸的结构和功能讲解小结小结1、碱基组成规则、碱基组成规则(Chargaff规则规则)nA=T，G=C；A+G=T+Cn有种属特异性有种属特异性n无组织、器官特异性无组织、器官特异性n不受年龄、营养、性别及其他环境等影响不受年龄、营养、性别及其他环境等影响 46核酸的结构和功能讲解（2）碱基互补配对：）碱基互补配对：AT配对（两个氢键），配对（两个氢键），GC配对（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴配对（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴（3）右手双螺旋：螺距为）右手双螺旋：螺距为3.4 nm，直径为，直径为2.0 nm，10.5 bp/圈圈（4）表面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋）表面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋白质识别白质识别DNA碱基序列的基础碱基序列的基础（5）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向稳定，碱基堆积力维持螺旋纵向稳定稳定，碱基堆积力维持螺旋纵向稳定2、Watson-Crick双螺旋结构模型双螺旋结构模型(B-DNA)（1）反平行双链：脱氧核糖）反平行双链：脱氧核糖-磷酸骨架位于外侧，磷酸骨架位于外侧，碱基对位于内侧碱基对位于内侧 47核酸的结构和功能讲解超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA双螺旋链双螺旋链进一步盘曲所形成的构象即进一步盘曲所形成的构象即超螺旋结构。超螺旋结构。二、二、DNADNA的超螺旋结构与染色质组装的超螺旋结构与染色质组装48核酸的结构和功能讲解正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)-)-右手超螺旋右手超螺旋盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方向相同双螺旋方向相同 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)-)-左手超螺旋左手超螺旋盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 49核酸的结构和功能讲解（一）原核生物（一）原核生物DNA的结构的结构是共价闭环双链是共价闭环双链DNA DNA 天然状态下以负超螺旋形式存在天然状态下以负超螺旋形式存在50核酸的结构和功能讲解（二）真核生物细胞中（二）真核生物细胞中DNA的组装的组装核核小小体体核小体核小体是真核细胞染色体的基本结构单位。是真核细胞染色体的基本结构单位。核小体的组成核小体的组成 DNA：约约200bp 组蛋白：组蛋白：H1H2A，H2BH3H451核酸的结构和功能讲解核小体结构核小体结构组蛋白组蛋白H H2 2A,HA,H2 2B,HB,H3 3,H,H4 4 各两分子构成一个各两分子构成一个八聚体八聚体，由146bp 146bp DNA双螺旋沿着组蛋白八聚体核心绕1.75圈，形成核心颗粒核心颗粒(core particle)各核心颗粒间有一个连接区，由各核心颗粒间有一个连接区，由60bp60bp的的DNADNA链和链和 1 1个分子组蛋白个分子组蛋白H H1 1构成构成 。52核酸的结构和功能讲解核心颗粒核心颗粒2(H2AH2B H3 H4)60bp缠绕缠绕1.75圈圈约约140160bp53核酸的结构和功能讲解染色质纤维染色质纤维54核酸的结构和功能讲解人类人类46条染色体的条染色体的DNA总长可达总长可达1.7m，经过螺旋化压缩，实际总长，经过螺旋化压缩，实际总长只有只有200nm。55核酸的结构和功能讲解Reverse transcription中心法则中心法则(Central Dogma)Replication56核酸的结构和功能讲解RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能第三节第三节 RNA RNA的结构与功能的结构与功能57核酸的结构和功能讲解（一）（一）RNA的一级结构的一级结构RNA分子中核糖核苷酸的排列顺序分子中核糖核苷酸的排列顺序v 核糖核苷酸的种类：核糖核苷酸的种类：A、G、C、U（A-U，G-C）v 连接方式：连接方式：3，5磷酸二酯键磷酸二酯键（二）（二）RNA的二级结构的二级结构（三）（三）RNA的三级结构的三级结构 “假结假结”一、一、RNA的一般结构的一般结构为单链结构，少数局部形成发夹结构or茎环结构58核酸的结构和功能讲解 二、信使RNA（messenger RNA，mRNA)结构特点：结构特点：1 1、55末端帽子结构：末端帽子结构：m m7 7GpppNGpppN（7-7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸）甲基鸟嘌呤核苷三磷酸）与与mRNAmRNA核质转运、蛋白质翻译的起始、维持核质转运、蛋白质翻译的起始、维持mRNAmRNA稳定等有关稳定等有关2 2、33末端多聚末端多聚A A尾：多尾：多聚腺苷酸聚腺苷酸(polyA),(polyA),功能同功能同5帽帽3 3、mRNAmRNA的碱基顺序指导蛋白质的氨基酸顺序合成序列的碱基顺序指导蛋白质的氨基酸顺序合成序列密码子密码子(codon):(codon):起始密码子：起始密码子：5-5-末端起的第一个末端起的第一个AUGAUG开始开始开放阅读框开放阅读框4 4、成熟过程是不均一核、成熟过程是不均一核RNARNA的剪接过程：剪切内含子，连接的剪接过程：剪切内含子，连接外显子（外显子（heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)59核酸的结构和功能讲解真核细胞的真核细胞的基因结构基因结构hn RNA成熟成熟 mRNA60核酸的结构和功能讲解与蛋白质合成的正确起始有关。避免mRNA被核酸酶降解，增强其稳定性。3、功能：作为蛋白质合成的模板。61核酸的结构和功能讲解三、转运三、转运RNA（transfer RNA，tRNA）结构特点：结构特点：1、含稀有碱基（、含稀有碱基（DHU，假尿嘧啶，假尿嘧啶，mG，mA）；）；2、二级结构为二级结构为三叶草形三叶草形；4环环1臂臂 3、3末端为末端为CCA-OH,连接氨基酸，连接氨基酸，4、三级结构为倒、三级结构为倒“L”形；形；分子最小。分子最小。功能：功能：转运氨基酸至蛋白质合成场所转运氨基酸至蛋白质合成场所62核酸的结构和功能讲解DHU 环环反密码环反密码环T C 环环额外环额外环(可变的可变的)tRNA 的二级结构的二级结构 三叶草形三叶草形反密码子反密码子氨基酸臂氨基酸臂63核酸的结构和功能讲解反密码子环反密码子环 反密码子反密码子载运氨基酸载运氨基酸载运氨基酸载运氨基酸tRNA三叶草型二级结构特点三叶草型二级结构特点64核酸的结构和功能讲解tRNAtRNA的的“倒倒L”L”型三级结构型三级结构反密码子环3氨基酸臂n在三叶草型二在三叶草型二级结构的基础上，级结构的基础上，突环上未配对的突环上未配对的碱基由于整个分碱基由于整个分子的扭曲而配成子的扭曲而配成对，目前已知的对，目前已知的tRNAtRNA的三级结构的三级结构均为均为倒倒L L型型65核酸的结构和功能讲解四、核糖体四、核糖体RNA（ribosomal RNA,rRNArRNA）含量最多。含量最多。功能：功能：与多种蛋白质结合成核糖体或核蛋白体与多种蛋白质结合成核糖体或核蛋白体（ribosome），），是细胞内是细胞内蛋白质合成的场所。蛋白质合成的场所。rRNArRNA是核糖体的组成成分是核糖体的组成成分,其种类和大小用其种类和大小用S S表示表示66核酸的结构和功能讲解21种种原核原核真核真核小亚基小亚基rRNA蛋白质蛋白质rRNA蛋白质蛋白质大亚基大亚基16 S18 S33种种5S，23S5S，5.8S，28S49种种34种种大大 小小30 S40 S大大 小小50 S60 S核蛋白体核蛋白体大大 小小70 S80 Sv 核蛋白体的组成核蛋白体的组成原核生物与真核生物的核糖体均由大亚基和小亚基构成原核生物与真核生物的核糖体均由大亚基和小亚基构成67核酸的结构和功能讲解五、五、snmRNA 参与基因表达的调控参与基因表达的调控（small non-messenger RNA）核内小核内小RNA（small nuclear RNA）核仁小核仁小RNA（small nucleolar RNA）胞质小胞质小RNA（small cytoplasmic RNA,scRNA）催化性小催化性小RNA（small catalytic RNA）小片断干扰小片断干扰 RNA（small interfering RNA）功能：功能：在在hnRNA和和rRNA的转录后加工，转运以及基因表的转录后加工，转运以及基因表达过程的调控等方面具有重要的生理作用达过程的调控等方面具有重要的生理作用68核酸的结构和功能讲解六、核酸在真核与原核细胞中的不同时空特性六、核酸在真核与原核细胞中的不同时空特性核膜结构存在与否导致复制、转录、翻译过程核膜结构存在与否导致复制、转录、翻译过程的时空差异的时空差异69核酸的结构和功能讲解紫外吸收紫外吸收变性、变性、复性与杂交复性与杂交第四节、核酸的理化性质第四节、核酸的理化性质70核酸的结构和功能讲解一、核酸的紫外吸收一、核酸的紫外吸收 260nm 71核酸的结构和功能讲解根据根据A260/A280的比值判断核酸样品的的比值判断核酸样品的纯度纯度纯纯DNA：A260/A280=1.8 纯纯RNA：A260/A280=2.0纯的核酸样品可根据纯的核酸样品可根据260nm的光吸收值算出其的光吸收值算出其含量含量若若260nm光吸收值光吸收值为为1相当于相当于50g/ml双螺旋双螺旋DNA或相当于或相当于40g/ml单链单链DNA或或RNA或相当于或相当于20g/ml寡核苷酸寡核苷酸。72核酸的结构和功能讲解二、二、DNA的变性的变性(denaturation)定义定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解开双链解开成两条单链的过程。成两条单链的过程。因素：因素：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。73核酸的结构和功能讲解变性后其它理化性质的变化：变性后其它理化性质的变化：粘度下降粘度下降DNA双螺旋是紧密的刚性结构，变性后转化成柔软而双螺旋是紧密的刚性结构，变性后转化成柔软而松散的无规则单股线性结构，因此粘度明显下降。松散的无规则单股线性结构，因此粘度明显下降。比旋度下降比旋度下降变性后整个变性后整个DNA分子的对称性及分子构型改变，使分子的对称性及分子构型改变，使DNA溶液的旋光性发生变化。溶液的旋光性发生变化。OD260增高增高增色效应增色效应(hyperchromic effect)：指：指DNA变性后其紫外吸收变性后其紫外吸收明显增强的效应。明显增强的效应。减色效应：减色效应：DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。74核酸的结构和功能讲解DNADNA变性的本质变性的本质：维持双螺旋稳定性的：维持双螺旋稳定性的氢键氢键断断裂，裂，碱基间的堆积力碱基间的堆积力遭到破坏，但不涉及到遭到破坏，但不涉及到其一级结构其一级结构(磷酸二酯键磷酸二酯键)的改变。的改变。76核酸的结构和功能讲解更具典型意义更具典型意义 加热引起的加热引起的DNADNA变性称为。变性称为。由于由于DNADNA的热变性是加热引起的热变性是加热引起DNADNA双螺旋结构解体双螺旋结构解体 成为单链的过程成为单链的过程,所以又称为所以又称为DNADNA解链或融解作用解链或融解作用.DNA的热变性的热变性77核酸的结构和功能讲解 80 90 100 100%50%OD260（254）Tm 变性温度范围变性温度范围 Tm：变变性性是是在在一一个个相相当当窄窄的的温温度度范范围围内内完完成成，在在这这一一范范围围内内，紫紫外外光光吸吸收收值值达达到到最最大大值值的的50%时时的的温温度度称称为为DNA的的解解链链温温度度，又又 称称 融融 解解 温温 度度(melting temperature,Tm)。78核酸的结构和功能讲解影响影响TmTm值的因素值的因素1 1、G-CG-C的相对含量的相对含量G+CG+C的含量高，的含量高，T Tm m高（因高（因G-CG-C之间有三个氢键，之间有三个氢键，A-TA-T有两个氢键，故有两个氢键，故G-CG-C较较A-TA-T稳固）。稳固）。79核酸的结构和功能讲解2 2、核酸分子长度、核酸分子长度核酸分子越长，解链时所需能量越高，核酸分子越长，解链时所需能量越高，TmTm值越大值越大3.3.与离子强度有关：与离子强度有关：溶液的离子强度溶液的离子强度较高较高时，时，TmTm值较值较高，高，反之亦然。反之亦然。80核酸的结构和功能讲解三、核酸的复性与分子杂交三、核酸的复性与分子杂交 DNA复性复性(renaturation)的定义的定义在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNADNA的两条互补链可恢的两条互补链可恢复天然的双螺旋结构，这一现象称为复天然的双螺旋结构，这一现象称为复性复性。热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为这一过程称为退火退火(annealing)。81核酸的结构和功能讲解将不同种类的将不同种类的DNADNA单链或单链或RNARNA放在同一溶液中，只要放在同一溶液中，只要2 2种种单链分子间存在着一定程度的单链分子间存在着一定程度的碱基互补配对关系，就可能形碱基互补配对关系，就可能形成局部双链，即所谓的成局部双链，即所谓的杂化双杂化双链链(heteroduplex)。这种现象。这种现象叫杂交或叫杂交或核酸分子杂交。核酸分子杂交。核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)是以核酸的是以核酸的变性变性和和复性复性为基础的。为基础的。82核酸的结构和功能讲解83核酸的结构和功能讲解n探针（探针（probe)：采用同位素或其它发光物质标记：采用同位素或其它发光物质标记一小段已知序列的核酸，通过杂交反应就可以确定一小段已知序列的核酸，通过杂交反应就可以确定待测序列中是否含有与其相同的序列。这段已知序待测序列中是否含有与其相同的序列。这段已知序列的核酸称为列的核酸称为探针探针。nDNADNA(Southern Blot）DNARNA（Northern Blot）RNARNA84核酸的结构和功能讲解85核酸的结构和功能讲解86核酸的结构和功能讲解Southern印迹法印迹法DNA分子分子限制片段限制片段限制性酶切割限制性酶切割琼脂糖电泳琼脂糖电泳转移至硝酸纤维素膜上转移至硝酸纤维素膜上与放射性标记与放射性标记DNA探针杂交探针杂交放射自显影放射自显影带有带有DNA片片段的凝胶段的凝胶凝胶凝胶滤膜滤膜用缓冲液用缓冲液转移转移DNA吸附有吸附有DNA片段的膜片段的膜87核酸的结构和功能讲解分子杂交的应用分子杂交的应用细菌、病毒、肿瘤、分子病等的诊断细菌、病毒、肿瘤、分子病等的诊断 如地中海贫血、分子病如地中海贫血、分子病如地中海贫血、分子病如地中海贫血、分子病 遗传病的产前诊断遗传病的产前诊断遗传病的产前诊断遗传病的产前诊断 杂交和探针技术是许多分子生物学技术的基础，在生物学杂交和探针技术是许多分子生物学技术的基础，在生物学和医学的研究中，以及临床诊断中得到了日益广泛的应用。和医学的研究中，以及临床诊断中得到了日益广泛的应用。88核酸的结构和功能讲解第五节第五节 核酸酶核酸酶核酸酶是所有可以水解核酸的酶。核酸酶是所有可以水解核酸的酶。DNA酶酶(deoxyribonuclease,DNase)RNA酶酶(ribonuclease,RNase)根据底物的不同，可分为根据底物的不同，可分为 根据对底物的作用方式不同，可分为根据对底物的作用方式不同，可分为核酸外切酶（核酸外切酶（exonuclease）:5-3,3-5核酸内切酶（核酸内切酶（endonuclease）:限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 （restriction endonuclease）89核酸的结构和功能讲解本章主要内容本章主要内容 核酸的种类核酸的种类 核酸的分子组成（核苷酸、磷酸、戊糖、碱基）核酸的分子组成（核苷酸、磷酸、戊糖、碱基）DNA和和RNA分子组成的异同分子组成的异同 DNA双螺旋结构双螺旋结构 三类三类RNA的结构特点及功能的结构特点及功能 核酸的理化性质核酸的理化性质90核酸的结构和功能讲解