核酸的结构ppt.ppt

第二章第二章 核酸的结构与功能核酸的结构与功能一、核酸的种类和化学组成一、核酸的种类和化学组成二、核酸的结构二、核酸的结构三、核酸的理化性质三、核酸的理化性质一、核酸的种类和化学组成一、核酸的种类和化学组成（一）核酸的种类和分布（一）核酸的种类和分布(deoxyribonucleicacid,)(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 DNADNA核糖核酸核糖核酸 RNARNA种类种类信使信使RNARNA（mRNA)mRNA)核糖体核糖体RNARNA（rRNArRNA）转移转移RNARNA（tRNAtRNA）分布分布分布分布DNADNARNARNA细胞核（主要）细胞核（主要）细胞质：叶绿体、线粒体、质粒细胞质：叶绿体、线粒体、质粒DNA细胞质（主要）细胞质（主要）细胞核（核仁）细胞核（核仁）（二）核酸的化学组成（二）核酸的化学组成成分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糖苷键糖苷键磷酸酯键磷酸酯键（核糖或脱氧核糖）（核糖或脱氧核糖）嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶基本单元基本单元基本成分基本成分核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸碱基碱基戊糖戊糖基本单元基本单元基本成分基本成分1、戊糖戊糖核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖D-2-D-2-脱氧脱氧核糖核糖D-D-核糖核糖-D-D-核糖的呋核糖的呋喃糖形式喃糖形式-D-2-D-2-脱氧核糖脱氧核糖的呋喃糖形式的呋喃糖形式2 2、碱基、碱基嘌呤嘌呤(purine(purine)嘧啶嘧啶(pyrimidine(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤稀有碱基稀有碱基(修饰修饰碱基碱基)甲基化碱基甲基化碱基嘧啶环嘧啶环嘌呤环嘌呤环嘧啶嘧啶(pyrimidine(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)1,3-二氮杂苯 2,4(1H,3H)-嘧啶二酮嘧啶二酮5-甲基尿嘧啶甲基尿嘧啶2-羰基羰基-4-氨基嘧啶氨基嘧啶嘌呤嘌呤(purine(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)咪唑环和嘧啶环咪唑环和嘧啶环3 3、核苷核苷(ribonucleoside(ribonucleoside)碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键(C-N(C-N键键)连接形成核苷（脱氧核苷）。连接形成核苷（脱氧核苷）。嘧啶核苷：嘧啶核苷：C1-N1 C1-N1 嘌呤核苷：嘌呤核苷：C1C1-N9-N9为了与碱基分子中的原子编号相区别，戊糖的碳原子编号为了与碱基分子中的原子编号相区别，戊糖的碳原子编号都要加上都要加上“”，如，如1 1，5 5，2 2 等均表示核糖上的某个原子等均表示核糖上的某个原子。9111核苷核苷 核糖核苷（核苷）：核糖核苷（核苷）：A A、G G、C C、U U 脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dAdA、dGdG、dCdC、dTdT 天然核苷：天然核苷：4 4、核苷酸核苷酸(ribonucleotide(ribonucleotide)核苷核苷（脱氧核苷）和磷酸以脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。形成核苷酸（脱氧核苷酸）。HH2 2OOHH2 2OO碱基碱基磷酸磷酸戊糖戊糖糖苷键糖苷键酯键酯键51核核苷苷的的糖糖环环上上有有3个个自自由由羟羟基基，理理论论上上可可以以酯酯化化分别生成分别生成2-，3-和和5-三种核苷酸。三种核苷酸。5-5-核苷酸核苷酸3-3-核苷酸核苷酸2-2-核苷酸核苷酸3-3-脱氧核苷酸脱氧核苷酸 脱氧核糖核苷的糖环上只有脱氧核糖核苷的糖环上只有2 2个自由羟基，能生成个自由羟基，能生成3 3-和和5 5-脱脱氧核苷酸。氧核苷酸。生物体内游离存在的是生物体内游离存在的是5 5-核苷酸，构成核苷酸，构成核酸大分子的也是核酸大分子的也是5 5-核苷酸。核苷酸。5-5-脱氧核苷酸脱氧核苷酸八种常见核苷酸八种常见核苷酸M/M/单，单，D/D/二，二，T/T/三；三；P-P-磷酸磷酸RNARNA的名称为单的名称为单/二二/三苷酸，三苷酸，DNADNA在单在单/二二/三前加脱氧两字。三前加脱氧两字。如如AMPAMP称腺苷一磷酸称腺苷一磷酸(或腺苷酸）或腺苷酸）dAMPdAMP称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）稀有核苷酸与上类似稀有核苷酸与上类似腺嘌呤腺嘌呤A鸟嘌呤鸟嘌呤G胞嘧啶胞嘧啶C尿嘧啶尿嘧啶U胸腺嘧啶胸腺嘧啶TRNAAMPGMPCMPUMPDNAdAMPdGMPdCMPdTMP碱基碱基 monoDNA RNA 磷酸 磷酸 磷酸 戊糖 2-脱氧核糖核糖嘌呤 A、G A、G 嘧啶 C、T C、U核苷酸的衍生物核苷酸的衍生物（1 1）ATPATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸（腺苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸（腺苷三磷酸 )体内代谢能量的直接来源和利用形式体内代谢能量的直接来源和利用形式AMPAMPADPADP ATPATP（2）cAMP 和和 cGMP（环状核苷酸）环状核苷酸）cAMPcAMP 3 3,5,5环腺嘌呤核苷一环腺嘌呤核苷一磷酸磷酸cGMPcGMP 3 3,5,5-环鸟嘌呤核苷一环鸟嘌呤核苷一磷酸磷酸细胞间信使细胞间信使cAMPcAMP 和和 cGMPcGMP 的环状磷酯键是的环状磷酯键是一个高能键：一个高能键：pH 7.4pH 7.4时水解能时水解能约为约为43.9 kJ/mol43.9 kJ/mol，比，比 ATP ATP 水水解能高得多。解能高得多。（3 3）辅酶类核苷酸辅酶类核苷酸一些核苷酸或其衍生物还是重要的辅酶或一些核苷酸或其衍生物还是重要的辅酶或者辅基的组成成分。者辅基的组成成分。如：如：CoASHCoASH、NADNAD+、NADPNADP+、FMNFMN、FADFAD等等（三）核酸的生物学功能（三）核酸的生物学功能1 1、DNADNA：遗传物质，遗传信息的载体。某些病毒：遗传物质，遗传信息的载体。某些病毒RNARNA也可作为遗传信息的载体。也可作为遗传信息的载体。2 2、RNARNA参与细胞内参与细胞内DNADNA遗传信息的表达（蛋白质的遗传信息的表达（蛋白质的合成）。合成）。信使信使RNARNA（mRNA)mRNA)：在蛋白质合成中起着模板作用：在蛋白质合成中起着模板作用核糖体核糖体RNARNA（rRNArRNA）：与蛋白质结合构成核糖）：与蛋白质结合构成核糖 体，是合成蛋白质的场所体，是合成蛋白质的场所 转移转移RNARNA（tRNAtRNA）：）：在蛋白质合成时起着携带在蛋白质合成时起着携带 活化氨基酸的作用活化氨基酸的作用3 3、酶作用。、酶作用。二、核酸的结构二、核酸的结构（一）核酸的一级结构（一）核酸的一级结构指核酸分子中核苷酸的指核酸分子中核苷酸的排列顺序和连接方式。排列顺序和连接方式。1、核酸分子中核苷酸连接方式。、核酸分子中核苷酸连接方式。核酸是核苷酸通过核酸是核苷酸通过3 3,5,5-磷酸二酯键磷酸二酯键（一个核（一个核苷的苷的33羟基与另一个核苷的羟基与另一个核苷的55羟基与同一分子磷酸羟基与同一分子磷酸酯化酯化,就形成了一个磷酸二酯键）就形成了一个磷酸二酯键）连接构成的大分连接构成的大分子。子。其两个末端分别是：其两个末端分别是：5 5-末端（游离磷酸基）末端（游离磷酸基）3 3-末端（游离羟基）。末端（游离羟基）。3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键H核苷酸数核苷酸数5050寡核苷酸寡核苷酸(oligonucleotide(oligonucleotide)核苷酸数核苷酸数5050多聚核苷酸多聚核苷酸(polynucleotide)(polynucleotide)2 2、核酸链的表示方法、核酸链的表示方法 由于脱氧核苷酸之间的差别仅是其碱基的不由于脱氧核苷酸之间的差别仅是其碱基的不同，所以同，所以DNADNA分子碱基的排列顺序就代表了脱氧分子碱基的排列顺序就代表了脱氧核苷酸的排列顺序。核苷酸的排列顺序。同理，同理，RNARNA分子碱基的排列顺序就代表了核分子碱基的排列顺序就代表了核苷酸的排列顺序。苷酸的排列顺序。阅读、书写阅读、书写方向：方向：5 35 35 ACTGCT3 简写式简写式AGP5 PTPGPCPTPOH3 竖线式竖线式5 pApCpTpGpCpT-OH3 文字式文字式如何区分如何区分DNA与与RNA?（二）（二）DNA的二级结构的二级结构1953年年Watson和和Crick提出了提出了DNA双螺旋结构。双螺旋结构。4月月25日日1 1、提出双螺旋结构模型的主要依据、提出双螺旋结构模型的主要依据（1 1）DNADNA的的X-X-光衍射图谱分析光衍射图谱分析 Franklin 衍射斑点呈交叉状分布（衍射斑点呈交叉状分布（说明它是螺旋形，翻转说明它是螺旋形，翻转180180度之后看起来度之后看起来还是一样，还是一样，说明说明两条链是反向的两条链是反向的）衍射点之间的距离与层次有衍射点之间的距离与层次有0.34nm0.34nm和和3.4nm3.4nm的周期性的周期性 图的顶上和底部是最强的衍射斑点，呈带状（图的顶上和底部是最强的衍射斑点，呈带状（说明嘌呤碱说明嘌呤碱和嘧啶碱垂直于螺旋轴，每隔和嘧啶碱垂直于螺旋轴，每隔3.43.4埃规律出现一对埃规律出现一对）（2 2）碱基组成分析）碱基组成分析Chargaff Chargaff 规则规则 所有所有DNA分子中分子中A=T，G=C 同同一一种种生生物物的的所所有有体体细细胞胞DNA的的碱碱基基组组成成相相同同，与与年年龄龄、健健康康状状况况、外外界界环环境境无无关关，可可作作为为该该物物种种的的特特征征，用用不不对对称称比比率率(A+T)/(G+C)来来衡量。衡量。亲亲缘缘越越近近的的生生物物，其其DNA的的碱碱基基组成越近，即不对称比率越相近。组成越近，即不对称比率越相近。酸碱滴定情况：酸碱滴定情况：DNADNA中的磷酸基可滴定，但碱中的磷酸基可滴定，但碱基上的氨基不能滴定。这说明氨基可能与羰基氧原基上的氨基不能滴定。这说明氨基可能与羰基氧原子形成氢键。子形成氢键。DNADNA中的嘌呤碱基比嘧啶碱基大一些。如果中的嘌呤碱基比嘧啶碱基大一些。如果A A与与T T配对，配对，G G与与C C配对，从几何大小和键长键角来看是配对，从几何大小和键长键角来看是合适的。合适的。这些物理化学测定为这些物理化学测定为Watson-CrickWatson-Crick双螺旋模型双螺旋模型提供了有关提供了有关A A与与T T，G G与与C C以氢键配对的依据。以氢键配对的依据。（3 3）DNADNA的碱基物理化学数据测定的碱基物理化学数据测定2、DNA双螺旋结构（双螺旋结构（B型）的要点型）的要点(特点、特征）特点、特征）由两条反向平行的脱氧由两条反向平行的脱氧多核苷酸链围绕同一中心多核苷酸链围绕同一中心轴，构成右手双螺旋结构。轴，构成右手双螺旋结构。两条亲水的两条亲水的“糖糖-磷酸磷酸”单单链构成骨架，居双螺旋外侧；链构成骨架，居双螺旋外侧；疏水的碱基位于双螺旋内侧，疏水的碱基位于双螺旋内侧，并与中心轴垂直。糖环平面并与中心轴垂直。糖环平面与中轴平行。与中轴平行。每圈螺旋含每圈螺旋含10个核苷酸残个核苷酸残基，螺距：基，螺距：3.4nm，直径，直径:2nm。顺轴方向每隔顺轴方向每隔0.34nm有一个核苷酸，两个有一个核苷酸，两个核苷酸之间的夹角为核苷酸之间的夹角为36。（以后实测为（以后实测为10.5核苷酸残核苷酸残基，螺距：基，螺距：3.6nm）一条多核苷酸链上的嘌一条多核苷酸链上的嘌呤碱基与另一条链上的嘧呤碱基与另一条链上的嘧啶碱基以氢键相连，匹配啶碱基以氢键相连，匹配原则和氢键数：原则和氢键数：A=TA=T;G G C C一条链为另一条链的互补一条链为另一条链的互补链链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双螺旋结构有两个沟：大沟和小沟。双螺旋结构有两个沟：大沟和小沟。3 3、影响双螺旋结构稳定的因素、影响双螺旋结构稳定的因素 碱基堆集力：碱基堆集成非极性的区域，相互碱基堆集力：碱基堆集成非极性的区域，相互间产生疏水作用和范德华力间产生疏水作用和范德华力 维持双链纵向稳定维持双链纵向稳定性。性。（稳定的主要因素稳定的主要因素）3.4A(1.7A(1.7A/嘌呤环与嘧啶环作用半径嘌呤环与嘧啶环作用半径)由于由于碱基堆积力，使碱基堆积力，使双螺旋内部形成一个强双螺旋内部形成一个强大的疏水区大的疏水区(碱基呈疏水性碱基呈疏水性)，消除了介质中，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响，利于碱基之水分子对碱基之间氢键的影响，利于碱基之间形成氢键。这是最主要因素。间形成氢键。这是最主要因素。碱基对间的氢键碱基对间的氢键:维持双链横向稳定性。维持双链横向稳定性。GCGC含量越多，越稳定含量越多，越稳定静电斥力和离子键（盐键）：磷酸基上的负电荷静电斥力和离子键（盐键）：磷酸基上的负电荷导致静电斥力不利于导致静电斥力不利于双螺旋结构的稳定，双螺旋结构的稳定，磷酸基与介质中的阳离子或组蛋白之间形成离子键磷酸基与介质中的阳离子或组蛋白之间形成离子键则有利于则有利于双螺旋结构的稳定双螺旋结构的稳定。碱基分子内能：内能大不利于双螺旋结构的稳碱基分子内能：内能大不利于双螺旋结构的稳 定。定。Watson Watson Crick Crick双螺旋结构模型的生物学意义双螺旋结构模型的生物学意义主要表现在以下两个方面：主要表现在以下两个方面：1.1.它第一次提出了遗传信息的贮存方式它第一次提出了遗传信息的贮存方式DNADNA分子中的碱基顺序。分子中的碱基顺序。绝大多数生物（包括所有的细胞生物和部分病毒）绝大多数生物（包括所有的细胞生物和部分病毒）以以DNADNA分子为遗传物质，只有部分病毒以分子为遗传物质，只有部分病毒以RNARNA分子为分子为遗传物质。遗传物质。2.2.它第一次提出了它第一次提出了DNADNA复制的机理复制的机理每一条每一条DNADNA链的复制都以其互补链为模板。链的复制都以其互补链为模板。双链双链DNA复制的示意图复制的示意图每每一一条条链链的的复复制制都都以以其其互互补补链链作作为为模板模板亲亲代代双链双链DNA(父母父母链链)新新复复制的制的DNA链链(子女链子女链)新新复复制的制的DNA链链(子女链子女链)两个子代双链两个子代双链DNA53 34 4、DNADNA双螺旋结构的多态性双螺旋结构的多态性DNADNA的结构是动态和多态的的结构是动态和多态的在在生生理理状状态态及及在在溶溶液液中中，DNADNA一一般般为为B B型型(含含水水量量9090以以上上，NaClNaCl浓度为浓度为2.5 M2.5 M）。）。当水合的当水合的DNADNA脱水时，转变为脱水时，转变为A A型型(含水量含水量7575)。还有还有Z Z型的型的DNA(DNA(左手螺旋，左手螺旋，0.7 M MgCl0.7 M MgCl2 2)。B-DNAB-DNA Watson Watson和和CrickCrick提出的提出的 DNADNA双螺旋结构属于双螺旋结构属于B B构构象，它是以在生理盐溶液中抽出的象，它是以在生理盐溶液中抽出的DNADNA纤维在纤维在92%92%相对湿度下进行相对湿度下进行X X射线衍射图谱为依据进行推测射线衍射图谱为依据进行推测的，这是的，这是DNADNA分子在水性环境和生理条件下最稳定分子在水性环境和生理条件下最稳定的结构。的结构。A ADNADNA在以钠、钾或铯作反离子，相对湿度为在以钠、钾或铯作反离子，相对湿度为75%75%时，时，DNADNA分子的分子的X X射线衍射图给出的是射线衍射图给出的是A A构象，构象，A ADNADNA每螺旋含每螺旋含1111个碱基对，而且变成个碱基对，而且变成A ADNADNA后，后，大沟变窄、变深，小沟变宽、变浅。大沟变窄、变深，小沟变宽、变浅。C-DNAC-DNA以锂作反离子，相对湿度进一步降为以锂作反离子，相对湿度进一步降为6666，DNADNA分子的分子的X X射线衍射图给出的是射线衍射图给出的是C C构象。构象。C C构象构象仅在实验室中观察到。仅在实验室中观察到。Z-DNAZ-DNA 1979 1979年美国年美国A ARichRich等人发现了左旋等人发现了左旋DNADNA（左手（左手DNADNA双螺旋结构）双螺旋结构）5 5、三链、三链DNADNA第三条链与第三条链与双螺旋构按双螺旋构按Hoogsteen方式配对。方式配对。Hoogsteen方式配对方式配对嘌呤嘌呤A或者或者G第第6，7位与嘧啶位与嘧啶3，4位形成的位形成的H键连接键连接。（三）（三）DNADNA的高级结构（三级结构）的高级结构（三级结构）三级结构三级结构DNADNA双螺旋进一步扭曲和折叠形成的特定构象。双螺旋进一步扭曲和折叠形成的特定构象。超螺旋是超螺旋是DNADNA中最常见的三级结构。中最常见的三级结构。负超螺旋（表现为右手超螺旋）负超螺旋（表现为右手超螺旋）超螺旋超螺旋 正超螺旋（表现为左手超螺旋）正超螺旋（表现为左手超螺旋）DNADNA正常的双螺旋结构处于能量最低状态，双螺正常的双螺旋结构处于能量最低状态，双螺旋中没有张力而处于松弛状态。如果这种正常双旋中没有张力而处于松弛状态。如果这种正常双螺旋额外增加或减少螺旋圈数，就会使双螺旋内螺旋额外增加或减少螺旋圈数，就会使双螺旋内的原子偏离正常的位置而产生张力，这样正常的的原子偏离正常的位置而产生张力，这样正常的双螺旋就发生扭曲而形成超螺旋。超螺旋总是向双螺旋就发生扭曲而形成超螺旋。超螺旋总是向着抵消初级螺旋改变的方向发展。着抵消初级螺旋改变的方向发展。超螺旋结构分为正超螺旋和负超螺旋两种超螺旋结构分为正超螺旋和负超螺旋两种正超螺旋：对于右手螺旋正超螺旋：对于右手螺旋DNADNA分子来讲，向右捻，分子来讲，向右捻，（进一步旋紧）双螺旋结构处于紧缠状态，螺（进一步旋紧）双螺旋结构处于紧缠状态，螺距、每圈螺旋碱基对数减小，距、每圈螺旋碱基对数减小，DNADNA分子会形成分子会形成左旋的超螺旋抵抗外力对双螺旋结构的影响。左旋的超螺旋抵抗外力对双螺旋结构的影响。负超螺旋：对于右手螺旋负超螺旋：对于右手螺旋DNADNA分子来讲，向左捻，分子来讲，向左捻，（放松）双螺旋结构处于松缠状态螺距、每圈（放松）双螺旋结构处于松缠状态螺距、每圈螺旋碱基对数增大，螺旋碱基对数增大，DNADNA分子会形成右旋的超分子会形成右旋的超螺旋抵抗外力对双螺旋结构的影响。螺旋抵抗外力对双螺旋结构的影响。正超螺旋正超螺旋 左旋左旋 负超螺旋负超螺旋 右旋右旋生物体内大多数生物体内大多数DNADNA分子都处于负超螺旋结构。分子都处于负超螺旋结构。原核生物原核生物DNADNA、真核生物细胞器、真核生物细胞器DNA DNA：DNADNA环状，直接形成超螺旋结构，或环状，直接形成超螺旋结构，或与蛋白质结合再形与蛋白质结合再形成超螺旋结构的拟核。成超螺旋结构的拟核。螺旋结构螺旋结构 。核小体：细胞内核小体：细胞内DNADNA与蛋白质结合而成的复合体与蛋白质结合而成的复合体核小体的化学组成核小体的化学组成DNA：约约200bp组蛋白组蛋白:H1H2A，H2BH3H4真核生物细胞核真核生物细胞核DNADNA：DNADNA线状，先与蛋白质结合成核小体，再形成超螺旋结构。线状，先与蛋白质结合成核小体，再形成超螺旋结构。平均每平均每200bp200bp的的DNADNA绕绕组蛋白组蛋白左旋左旋1.1.8 8圈圈，因此真核生物，因此真核生物的的DNADNA分子为负超螺旋。分子为负超螺旋。（四）（四）RNARNA的结构的结构RNARNA分子一般为单链分子，可自身回折形成局分子一般为单链分子，可自身回折形成局部双螺旋部双螺旋(二级结构二级结构)，进而折叠，进而折叠(三级结构三级结构)。双链部分符合双链部分符合Watson-ClickWatson-Click双螺旋模型。双螺旋模型。RNARNA有较多的茎环（发夹）结构。有较多的茎环（发夹）结构。不同种类的不同种类的RNARNA结构各不一样。结构各不一样。酵母酵母 tRNAtRNA1 1、tRNAtRNA的结构的结构结构特点：结构特点：1 1）含有较多的稀有碱基（核苷）（）含有较多的稀有碱基（核苷）（1010）2 2）二级结构为三叶草形，三级结构）二级结构为三叶草形，三级结构为为L型型TC环DHU环三叶草结构模型三叶草结构模型四臂四环四臂四环氨基酸接受臂氨基酸接受臂反密码子环反密码子环二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环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氨基酸接受臂氨基酸接受臂 由由7对碱基组成，富含鸟嘌呤对碱基组成，富含鸟嘌呤 3末端有末端有CCA-OH,是携带氨基酸的部位是携带氨基酸的部位 5末端大多为末端大多为PG，也有，也有PC二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环由由812个核苷酸组成具有两个二氢尿嘧啶个核苷酸组成具有两个二氢尿嘧啶通过通过34对碱基组成的对碱基组成的双螺旋区（二氢尿嘧啶臂）双螺旋区（二氢尿嘧啶臂）分子的其余部分相连分子的其余部分相连反密码子环反密码子环由由7个核苷酸组成个核苷酸组成环中部为反密码子，环中部为反密码子，由由3个碱基组成。个碱基组成。通过由通过由5个碱基组成个碱基组成的双螺旋区（反密码臂）的双螺旋区（反密码臂）与与tRNA的其余部分连接。的其余部分连接。反密码子可识别反密码子可识别mRNA的密码子的密码子 额外环（额外环（可变环）可变环）由由318个核苷酸组成个核苷酸组成不同的不同的tRNA具有不同大小的可变环，所以是具有不同大小的可变环，所以是tRNA分类的重要指标。分类的重要指标。假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环由由7 7个核苷酸组成，通过由个核苷酸组成，通过由5 5对碱基组成的双螺旋对碱基组成的双螺旋区（区（T CT C臂）与臂）与tRNAtRNA的其余部分相连的其余部分相连tRNAtRNA三级结构三级结构L L型，接受氨基酸的型，接受氨基酸的33端端CCACCA位于位于L L的一端，反密的一端，反密码子环位于另一端，在二级结构基础上又形成一些码子环位于另一端，在二级结构基础上又形成一些新的碱基对，使三叶草型结构发生扭曲。新的碱基对，使三叶草型结构发生扭曲。TC环DHU环tRNA的功能的功能活化、搬运氨基酸到活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质核糖体，参与蛋白质的合成。的合成。2 2、rRNArRNA的结构的结构rRNArRNA的二级结构复杂，一般都有单链和单链回的二级结构复杂，一般都有单链和单链回折形成的茎环结构。单链区结构较保守，双链折形成的茎环结构。单链区结构较保守，双链区可变。区可变。原核生物的原核生物的rRNArRNA有有5S5S、16S16S和和23S23S三种，三种，真核生物的真核生物的rRNArRNA有有5S5S、5.8S5.8S、18S18S和和28S28S四种。四种。rRNA与蛋白质结合形成的核蛋白是细胞内蛋与蛋白质结合形成的核蛋白是细胞内蛋白质合成的场所白质合成的场所5sRNA5sRNA的二级结构的二级结构3、mRNA的结构的结构分子量大、种类多、含量少、最不稳定分子量大、种类多、含量少、最不稳定原核生物原核生物mRNAmRNA特征：特征：先导区先导区+翻译区（翻译区（多顺反子多顺反子）+末端序列末端序列真核生物真核生物mRNAmRNA特征：特征：“帽子帽子”（m7G-5m7G-5ppp5ppp5-N-3-N-3p p）+单顺反单顺反子子+“尾巴尾巴”（Poly APoly A）原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点53顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序插入顺序插入顺序先导区先导区末端顺序末端顺序真核细胞真核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点AAAAAAA-OH5“帽子帽子”PolyA3顺反子顺反子m7G-5ppp-N-3p三、核酸的理化性质三、核酸的理化性质（一）核酸的一般性质（一）核酸的一般性质1 1、两性解离性质：、两性解离性质：核酸是两性电解质，含碱性基团、磷酸基团，因核酸是两性电解质，含碱性基团、磷酸基团，因磷酸的酸性强，常表现酸性。磷酸的酸性强，常表现酸性。利用核酸的两性解离可以通过调节核酸溶液的等利用核酸的两性解离可以通过调节核酸溶液的等电点来沉淀核酸，也可通过电泳分离纯化核酸，电点来沉淀核酸，也可通过电泳分离纯化核酸，最常用的是最常用的是凝胶电泳。凝胶电泳。2 2、溶解性质、溶解性质微溶于水，不溶于有机溶剂（乙醇、氯仿）微溶于水，不溶于有机溶剂（乙醇、氯仿）在在70%70%乙醇中形成沉淀。乙醇中形成沉淀。3 3、形态、形态 DNADNA为白色纤维状固体；为白色纤维状固体；RNARNA为白色粉末状固体为白色粉末状固体 4 4、粘度、粘度 在溶液中，在溶液中，DNADNA粘度很大，粘度很大，RNARNA粘度小的多粘度小的多 核酸变性后，核酸变性后，粘度降低。粘度降低。5 5、密度及沉降特性、密度及沉降特性 密度：密度：RNARNA双链双链DNADNA 环状环状DNADNA开环，线状开环，线状DNADNA 单链单链DNADNA双链双链DNADNA沉降速度：沉降速度：RNARNA环状环状DNADNA线状线状DNADNA（二）核酸的紫外吸收特性（二）核酸的紫外吸收特性 260nm左右有最大吸收峰左右有最大吸收峰嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系。嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系。蛋白质（酪氨酸和色氨酸）的最大吸收在蛋白质（酪氨酸和色氨酸）的最大吸收在280nmDNADNA的紫外吸收特性的应用的紫外吸收特性的应用1.1.DNADNA或或RNARNA的定量的定量A A260260=0.01,=0.01,相当于相当于2.2.判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度DNADNA纯品纯品:A:A260260/A/A280280=1.8=1.8RNARNA纯品纯品:A:A260260/A/A280280=2.0=2.0500ng/ml 500ng/ml 双链双链DNADNA330n/ml 330n/ml 单链单链DNADNA400ng/ml RNA400ng/ml RNA200ng/ml 200ng/ml 寡核苷酸寡核苷酸1%（三）（三）核酸的变性与复性核酸的变性与复性1 1、变性概念、变性概念 核酸的变性指核酸双螺旋的氢键断裂，变成核酸的变性指核酸双螺旋的氢键断裂，变成单链的过程。单链的过程。核酸的变性不涉及共价键的断裂。共价键的断核酸的变性不涉及共价键的断裂。共价键的断裂则为核酸的降解。裂则为核酸的降解。变性因素：理化因素变性因素：理化因素过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、甲醛等。过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、甲醛等。变性的影响：变性的影响：核酸的空间构象改变、理化性质改变。核酸的空间构象改变、理化性质改变。（1 1）增色效应）增色效应 核酸变性后，在核酸变性后，在260nm260nm处紫外吸收值上升，这叫处紫外吸收值上升，这叫增色效应。增色效应。变性后对紫外线吸收的增加是由于碱基的充分暴露所致。变性后对紫外线吸收的增加是由于碱基的充分暴露所致。减色效应减色效应 核酸的光吸收值小于其各个核苷酸成分的光核酸的光吸收值小于其各个核苷酸成分的光吸收值之和的现象。吸收值之和的现象。（2 2）熔点或熔解温度）熔点或熔解温度 (Tm)(Tm)热变性过程中热变性过程中DNADNA变性达到变性达到50%50%、增色效应达到最、增色效应达到最大吸收一半时的温度称为该大吸收一半时的温度称为该DNADNA的熔点或熔解温的熔点或熔解温度度。一般一般DNA DNA T Tm m 值在值在70-85 70-85 C C之间之间影响影响TmTm的的因素因素A:G-CA:G-C含量含量 G-CG-C含量高的含量高的DNADNA，TmTm值也高值也高经验公式：经验公式：X(G+C)=(Tm-69.3)X(G+C)=(Tm-69.3)2.44 2.44B:B:介质中的离子强度介质中的离子强度离子强度增大，离子强度增大，DNADNA的的TmTm随之增大，解链温度范随之增大，解链温度范围则较窄。围则较窄。离子强度降低，离子强度降低，DNADNA的的TmTm降低，解链温度范围较降低，解链温度范围较宽。宽。其它理化性质的改变其它理化性质的改变S.S.DNA粘度降低粘度降低S.S.DNA 沉降速度加快沉降速度加快2 2、复性、复性概念概念变性变性DNADNA在适当条件下，又可使两条彼此分开的在适当条件下，又可使两条彼此分开的链从新缔合成为双螺旋结构。链从新缔合成为双螺旋结构。（热变性后的复性又称为退火）（热变性后的复性又称为退火）影响复性速度的因素影响复性速度的因素DNADNA的浓度的浓度 DNADNA浓度直接影响到浓度直接影响到DNADNA单链间碰撞的几率，单链间碰撞的几率，DNADNA浓度越大，复性速度越快。浓度越大，复性速度越快。DNADNA的分子量的分子量 大分子量的大分子量的DNADNA扩散速度较慢，也难于形扩散速度较慢，也难于形成正确配对，因此复性速率较慢。成正确配对，因此复性速率较慢。温度温度 温度过高，有利于温度过高，有利于DNA变性而不利于复性；变性而不利于复性；温度过低，难以正确配对。适宜的复性温度是温度过低，难以正确配对。适宜的复性温度是较较Tm值低值低25（四）分子杂交（四）分子杂交概念：概念：应用核酸分子的变性和复性的性质，使来源不同应用核酸分子的变性和复性的性质，使来源不同的的DNADNA（或（或RNARNA）片断按碱基互补关系形成杂）片断按碱基互补关系形成杂交双链分子，这一过程称为核酸的分子杂交。交双链分子，这一过程称为核酸的分子杂交。应用应用核酸探针是指特定的已知碱基序列的核酸片核酸探针是指特定的已知碱基序列的核酸片断，可以是断，可以是DNADNA、cDNAcDNA（mRNAmRNA分子的双链分子的双链DNADNA拷贝拷贝）、mRNAmRNA及及RNARNA等。等。分子杂交及其应用分子杂交及其应用分子杂交的原理示意图分子杂交的原理示意图杂交杂交DNADNA的热变性的热变性冷却复性冷却复性Southern 杂交杂交（Southern blotting）DNA-DNA 杂交杂交 Northern 杂交（杂交（Northern blotting）DNA-RNA杂交杂交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