核酸的结构与功能课件

第第 二二 章章核酸的结构与功能核酸的结构与功能核酸的分类及分布核酸的分类及分布存在存在于细胞核和线粒体于细胞核和线粒体 分布于细胞核、细胞质、线粒体分布于细胞核、细胞质、线粒体(DNA)(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，并通过复制传递携带遗传信息，并通过复制传递给下一代。给下一代。是是DNA转录的产物，参与遗传信转录的产物，参与遗传信息的复制与表达。某些病毒息的复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体也可作为遗传信息的载体第一节第一节 核酸的化学组成以及一级结构核酸的化学组成以及一级结构核酸核酸(DNA和和RNA)核苷酸核苷酸核苷和脱氧核苷核苷和脱氧核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖p核酸组成核酸组成 一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位p分子组成分子组成碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)碱基碱基是含氮的杂环化合物。是含氮的杂环化合物。碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶存在于存在于DNA和和RNA中中仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中p碱碱 基基p 嘌呤嘌呤(Pu)腺嘌呤腺嘌呤(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)p 嘧啶嘧啶(Py)胞嘧啶胞嘧啶(C)尿嘧啶尿嘧啶(U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)p碱基的互变异构体碱基的互变异构体（构成（构成RNA）12345核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)p戊戊 糖糖嘌呤嘌呤N-9或或嘧啶嘧啶N-1与核糖与核糖C-1 通过通过-N-糖苷键糖苷键相相连形成连形成核苷核苷。NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷键糖苷键11p核核 苷苷9、人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。2024/7/2 2024/7/2 Tuesday,July 2,202410、低头要有勇气，抬头要有低气。2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 7/2/2024 1:31:55 PM11、人总是珍惜为得到。2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 Jul-2402-Jul-2412、人乱于心，不宽余请。2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 Tuesday,July 2,202413、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 7/2/202414、抱最大的希望，作最大的努力。02 七月 20242024/7/2 2024/7/2 2024/7/215、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。七月 242024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 7/2/202416、业余生活要有意义，不要越轨。2024/7/2 2024/7/2 02 July 202417、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2核苷或脱氧核苷与磷酸通过核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键酯键结合构成结合构成核苷酸核苷酸或或脱氧核脱氧核苷酸苷酸。NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO-HOO糖苷键糖苷键酯键酯键p核苷酸核苷酸p多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸环化核苷酸：环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信号转导是细胞信号转导中的第二信使。中的第二信使。cAMPp核苷酸衍生物核苷酸衍生物二、二、DNA是脱氧核苷酸通过是脱氧核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接形成的大分子磷酸二酯键连接形成的大分子 核苷酸的连接核苷酸的连接方式是方式是3,5-磷酸二磷酸二酯键酯键，即一个核苷，即一个核苷酸酸3 的的羟基与另一羟基与另一个核苷酸个核苷酸5 的的-磷磷酸基团缩合形成。酸基团缩合形成。5端端3端端CANH2NNOPOHHOOOH3COOHPHOOOH3COOHNH2NNNN磷酸二酯键磷酸二酯键5-末端末端3-末端末端CGA磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键三、三、RNA也是具有也是具有3,5-磷酸二酯键的线性大分子磷酸二酯键的线性大分子RNA也也是是多多个个核核苷苷酸酸分分子子通通过过3,5-磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接形形成成的的线线性性大大分分子子，也也具具有有5 3 方向性方向性;RNA的戊糖是核糖；的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。构构成成RNA的的四四种种基基本本核核苷苷酸酸是是AMP、GMP、CMP和和UMP。四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序p 定义定义核酸中核苷酸的排列顺序。核酸中核苷酸的排列顺序。由由于于核核苷苷酸酸间间的的差差异异主主要要是是碱碱基基不不同同，所所以以也也称为称为碱基序列碱基序列。单单链链DNA和和RNA分分子子的的大大小小常常用用核核苷苷酸酸数数目目（nt）表表示示；双双链链核核酸酸分分子子的的大大小小常常用用碱碱基基(bp或或kbp)数数目来表示。目来表示。小小的的核核酸酸片片段段(80)。rRNA与与核核糖糖体体蛋蛋白白结结合合组组成成核核糖糖体体，为为蛋蛋白白质质的合成提供场所。的合成提供场所。核核 糖糖 体体 的的 组组 成成原核生物（以大肠杆菌为例）原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质21种种占总重量的占总重量的40%33种种占总重量的占总重量的50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质31种种占总重量的占总重量的30%49种种占总重量的占总重量的35%第四节第四节 核酸的理化性质核酸的理化性质一、核酸分子具有强烈的紫外吸收一、核酸分子具有强烈的紫外吸收核酸在波长核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，是由处有强烈的吸收，是由碱碱基的共轭双键基的共轭双键所决定的。这一特性常用作核酸的所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。定性和定量分析。p碱基的紫外吸收光谱碱基的紫外吸收光谱DNA或或RNA的定量的定量A260=1.0 相当于相当于 50g/ml 双链双链DNA(dsDNA)40g/ml 单链单链DNA(ssDNA or RNA)20g/ml 寡核苷酸寡核苷酸确定样品中核酸的纯度确定样品中核酸的纯度 纯纯 DNA:A260/A280=1.8纯纯 RNA:A260/A280=2.0p紫外吸收的应用紫外吸收的应用核酸的酸碱及溶解度性质核酸的酸碱及溶解度性质l核酸为多元酸，具有较强的酸性。核酸为多元酸，具有较强的酸性。核酸的高分子性质核酸的高分子性质l粘度：粘度：DNARNA dsDNA ssDNAl沉沉降降行行为为:不不同同构构象象的的核核酸酸分分子子的的沉沉降降的的速速率率有有很很大大差差异异，这这是是超超速速离离心心法法提提取取和和纯化核酸的理论基础。纯化核酸的理论基础。二、二、DNA变性是双链解离为单链的过程变性是双链解离为单链的过程某些理化因素导致某些理化因素导致DNA双链互补碱基对双链互补碱基对之间的氢键发生断裂，之间的氢键发生断裂，DNA双链解离为单链双链解离为单链的的过程。过程。p定义定义DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。变性的本质是双链间氢键的断裂。协同性的协同性的DNA解链解链高温或极端的高温或极端的pHpDNA的变性的变性增增色色效效应应：DNA变变 性性 时时 其其 溶溶 液液OD260增高增高的现象。的现象。pDNA解链时的解链时的紫紫外吸收变化外吸收变化pDNA的解的解链链曲线曲线连连续续加加热热DNA的的过过程程中中以以温温度度相相对对于于A260值值作作图图，所所得得的的曲曲线线称称为为解解链曲线链曲线。解解链链过过程程中中，紫紫外外吸吸光光度度的的变变化化达达到到最最大大变变化化值值的的一一半半时时所所对对应应的温度。的温度。p 解链温度解链温度(Tm)p解链解链曲线曲线的变化的变化GC含量越高，含量越高，Tm越大越大DNA越长，越长，Tm越大越大溶液离子强度增高，溶液离子强度增高，Tm值值增加增加DNA越纯，相变范围越小越纯，相变范围越小pH和离子强度不变，根据和离子强度不变，根据含量，含量，则可计算则可计算DNA样品的样品的Tm值值Tm69.3+0.41*(+)Tm4*(G+C)+2*(A+T),(小于小于20bp)三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链当当变变性性条条件件缓缓慢慢地地除除去去后后，两两条条解解离离的的互互补补链链可可重重新新配配对对，恢恢复复原原来来的的双双螺螺旋旋结结构构，这这一一现现象称为象称为DNA复性复性。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。热热变变性性的的DNA经经缓缓慢慢冷冷却却后后即即可可复复性性，这这一一过程称为过程称为退火退火。不不同同种种类类的的DNA单单链链分分子子或或RNA分分子子放放在在同同一一溶溶液液中中，只只要要两两种种单单链链分分子子之之间间存存在在着着一一定定程程度度的的碱碱基基配配对对关关系系，在在适适宜宜的的条条件件可可以以在在不不同同的分子间形成的分子间形成杂化双链杂化双链。这这种种杂杂化化双双链链可可以以在在不不同同的的DNA与与DNA之之间间形形成成，也也可可以以在在DNA和和RNA分分子子间间或或者者RNA与与RNA分子间形成。这种现象称为分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交核酸分子杂交。p核酸分子杂交核酸分子杂交核酸分子复性和杂交示意图核酸分子复性和杂交示意图研究研究DNA分子中某一种基因的位置。分子中某一种基因的位置。监定两种核酸分子间的序列相似性。监定两种核酸分子间的序列相似性。检测某些专一序列在待检样品中存在与否。检测某些专一序列在待检样品中存在与否。p核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用依据底物不同分类依据底物不同分类DNA酶酶：专一降解专一降解DNA。RNA酶：专一降解酶：专一降解RNA。依据切割部位不同依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：核酸外切酶：53或或35核酸外切酶。核酸外切酶。核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。是指所有可以水解核酸的酶。第五节第五节 核核 酸酸 酶酶5533外切位点外切位点外切位点外切位点内切位点内切位点内切位点内切位点参与参与DNA的合成、修复以及的合成、修复以及RNA的剪接。的剪接。清清除除多多余余的的、结结构构和和功功能能异异常常的的核核酸酸，以以及及侵入细胞的外源性核酸。侵入细胞的外源性核酸。降解食物中的核酸。降解食物中的核酸。体外重组体外重组DNA技术中的重要工具酶技术中的重要工具酶。p核酸酶的功能核酸酶的功能9、人的价值，在招收诱惑的一瞬间被决定。2024/7/2 2024/7/2 Tuesday,July 2,202410、低头要有勇气，抬头要有低气。2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 7/2/2024 1:32:07 PM11、人总是珍惜为得到。2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 Jul-2402-Jul-2412、人乱于心，不宽余请。2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 Tuesday,July 2,202413、生气是拿别人做错的事来惩罚自己。2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 7/2/202414、抱最大的希望，作最大的努力。02 七月 20242024/7/2 2024/7/2 2024/7/215、一个人炫耀什么，说明他内心缺少什么。七月 242024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 7/2/202416、业余生活要有意义，不要越轨。2024/7/2 2024/7/2 02 July 202417、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2 2024/7/2谢谢大家谢谢大家