核酸的结构和功能讲解专家讲座.pptx

第二章第二章 核酸结构和功效核酸结构和功效 Structure and function of Nucleic Acid核酸的结构和功能讲解第1页核核 酸酸(nucleic acid)是以是以核苷酸核苷酸为基本组成单位生物为基本组成单位生物大分子，携带和传递遗传信息。大分子，携带和传递遗传信息。核酸的结构和功能讲解第2页核酸种类、分布和功效核酸种类、分布和功效 分分布布于于细细胞胞核核（9898），线线粒体，叶绿体，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，决定细胞和个体基因型个体基因型(genotype)。参加细胞内参加细胞内DNA遗传信息遗传信息表示。一些病毒表示。一些病毒RNA也可也可作为遗传信息载体。作为遗传信息载体。核酸的结构和功能讲解第3页第一节第一节 核酸化学组成及一级结构核酸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%,核酸定量核酸定量 (与蛋白质相比不含与蛋白质相比不含S）一、核酸基本结构单位一、核酸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多聚核苷酸）是由多个单核苷酸聚合而成多聚核苷酸（polynucleotides)。核酸的结构和功能讲解第4页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基本结构单元是核酸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。核酸的结构和功能讲解第5页核苷酸组成及结构核苷酸组成及结构磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基核酸的结构和功能讲解第6页嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤（一）碱基（一）碱基(base)含氮杂环化合物含氮杂环化合物核酸的结构和功能讲解第7页NNNNHHHHNNNNHHHH123 456789嘌呤NH2腺嘌呤 adenine（A）NNNNHHHHOH2N鸟嘌呤 guanine（G）2种嘌呤：种嘌呤：核酸的结构和功能讲解第8页NNHHHH嘧啶123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶 Cytosine（C）NNHHHHOOHH尿嘧啶 uracil（U）NNHHHHOOHHCH3胸腺嘧啶 thymine（T）3种嘧啶种嘧啶核酸的结构和功能讲解第9页腺嘌呤腺嘌呤(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)RNA核酸的结构和功能讲解第10页-D-2-核糖核糖-D-2-脱氧核糖脱氧核糖OOHOH2COHOHOH12345OHOH2COHHOH12345 核糖核糖(Ribose)组成组成 RNA脱氧核糖脱氧核糖(Deoxyribose)组成组成 DNA（二）戊糖（二）戊糖核酸的结构和功能讲解第11页碱基戊糖碱基戊糖 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核酸的结构和功能讲解第12页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）核酸的结构和功能讲解第13页戊糖（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+磷酸核酸的结构和功能讲解第14页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）核酸的结构和功能讲解第15页碱基碱基核苷核苷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核苷酸命名核苷酸命名核酸的结构和功能讲解第16页核苷酸名称中缩写符号核苷酸名称中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dAMPGDTTCU核酸的结构和功能讲解第17页 DNA DNA、RNARNA组成异同组成异同 DNADNA与与RNARNA在组成成份上略有不一样：在组成成份上略有不一样：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-核糖核糖核酸的结构和功能讲解第18页 （五）体内主要游离核苷酸及其衍生物（五）体内主要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）核酸的结构和功能讲解第19页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-磷酸磷酸核酸的结构和功能讲解第20页功效功效 能量物质能量物质 ATP（能量能量“货币货币”）UTP（糖合成）糖合成）GTP（蛋白质和嘌呤合成）蛋白质和嘌呤合成）CTP（磷脂合成）磷脂合成）合成核酸原料合成核酸原料 NTP（RNA）dNTP（DNA）核酸的结构和功能讲解第21页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加体内代谢调整和细胞参加体内代谢调整和细胞信号转导信号转导核酸的结构和功能讲解第22页3、含核苷酸生物活性物质、含核苷酸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）参加生物氧化、物质代谢参加生物氧化、物质代谢核酸的结构和功能讲解第23页FADNAD、NADPHSCoA核酸的结构和功能讲解第24页二、DNA和RNA是多聚核苷酸核苷酸（polynucleotides）核酸（核酸（DNADNA和和RNARNA）是由多个单核苷酸经过）是由多个单核苷酸经过33，55磷酸二酯键磷酸二酯键相连而成多聚核苷酸长链。核苷酸多相连而成多聚核苷酸长链。核苷酸多少和排列次序不一样，但连接方式一样少和排列次序不一样，但连接方式一样寡聚核苷酸（核苷酸（oligonucleotidesoligonucleotides）：）：50 50bpbp核酸的结构和功能讲解第25页脱脱脱脱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35核酸的结构和功能讲解第26页核酸的结构和功能讲解第27页l5-5-磷酸端（惯用磷酸端（惯用5-P5-P 表示）；表示）；l3-3-羟基端（惯用羟基端（惯用3-OH3-OH表示）表示）l核苷酸链含有核苷酸链含有方向性方向性，当表示一个核苷酸链时，当表示一个核苷酸链时，必须注明它方向是必须注明它方向是5353或是或是3535。核酸的结构和功能讲解第28页概念：概念：组成核酸核苷酸或脱氧核苷酸从组成核酸核苷酸或脱氧核苷酸从5-5-末端到末端到3-3-末端排列次序，也就是核苷酸序列末端排列次序，也就是核苷酸序列（nucleotide sequence)nucleotide sequence)。也即碱基序列（。也即碱基序列（base base sequence)sequence)。l DNA DNA分子一级结构储存了大量遗传信息分子一级结构储存了大量遗传信息 (4(4n n)l 核酸分子大小核酸分子大小：base/kilobase base/kilobase 或者或者 bp/kbp bp/kbp（base pair/kilobase pairbase pair/kilobase pair）表示）表示三、核酸一级结构（三、核酸一级结构（primary structure）核酸的结构和功能讲解第29页核酸分子一级结构表示方法有三种: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：核酸的结构和功能讲解第30页戊糖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 5ATGCA3核酸的结构和功能讲解第31页一、核酸基本结构单位：核苷酸一、核酸基本结构单位：核苷酸(nucleotide)小结小结l 核苷酸组成：碱基、戊糖和磷酸。核苷酸组成：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 核酸的结构和功能讲解第32页 核苷酸连接方式：核苷酸连接方式：3,5 磷酸二酯键磷酸二酯键末端：末端：5 端、端、3 端端多核苷酸链方向：多核苷酸链方向：5端端3端端(由左至右由左至右)二、核酸基本结构形式二、核酸基本结构形式：多聚核苷酸：多聚核苷酸（polynucleotide)三、核酸一级结构三、核酸一级结构核酸的结构和功能讲解第33页一、一、DNADNA二级结构二级结构-双螺旋双螺旋结构模型结构模型（一）（一）DNADNA双螺旋结构研究背景双螺旋结构研究背景1、DNA是遗传物质基础是遗传物质基础2、Chargaff标准标准3、DNA 分子分子X射线衍射分析射线衍射分析4、双螺旋结构模型建立双螺旋结构模型建立第二节第二节 DNA DNA空间结构与功效空间结构与功效 核酸的结构和功能讲解第34页19501950年前后，年前后，Erwin CharggffErwin Charggff等人采取纸层析及紫外吸收等人采取纸层析及紫外吸收技术测定了各种生物体技术测定了各种生物体DNADNA碱基组成。碱基组成。不一样起源不一样起源DNA碱基组成（摩尔碱基组成（摩尔%）DNA起源起源 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 25.7核酸的结构和功能讲解第35页2、Charggff标准：标准：全部全部DNA分子中分子中，A%T%G%C%（嘌呤碱摩尔数（嘌呤碱摩尔数=嘧啶碱摩尔数）嘧啶碱摩尔数）有种属特异性：不一样生物有种属特异性：不一样生物DNADNA碱碱基组成不一样基组成不一样同一生物体同一生物体DNADNA碱基组成没有组织碱基组成没有组织器官特异性器官特异性 这预示着碱基互补配正确可能性，即这预示着碱基互补配正确可能性，即A A与与T T配对，配对，G G与与C C配对。配对。Erwin Chargaff（19051995）这些结果以后为这些结果以后为DNADNA双螺旋结构模双螺旋结构模型提供了一个有力佐证。型提供了一个有力佐证。核酸的结构和功能讲解第36页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核酸的结构和功能讲解第37页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 核酸的结构和功能讲解第38页1、螺旋中两条链反向平行，即其中一条链方向为53，而另一条链方向为35，两条链共同围绕一个假想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双螺旋结构关键点双螺旋结构关键点核酸的结构和功能讲解第39页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；因为几何形状限制，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。核酸的结构和功能讲解第40页碱基配对和氢键形成碱基配对和氢键形成核酸的结构和功能讲解第41页3、双螺旋横截面直径约为2 nm，相邻两个碱基平面之间距离（轴距）为0.34 nm，每10个核苷酸形成一个螺旋，其螺距（即螺旋旋转一圈高度）为3.4 nm。核酸的结构和功能讲解第42页4、因为碱基对排列方向性，使得碱基对占据空间是不对称，所以，在双螺旋表面形成大小两个凹槽，分别称为大沟（major groove)major groove)和小沟(minor(minor groove),groove),二者交替出现，是蛋白质是蛋白质DNADNA相互作相互作用基础用基础。核酸的结构和功能讲解第43页氢键氢键维持 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 磷酸基团上负电荷与介质中阳离子之间形成离子键，降低双链间静电排斥力。5.5.稳定双螺旋结构力稳定双螺旋结构力其中碱基堆集力是使DNA结构稳定最主要原因核酸的结构和功能讲解第44页 其它螺旋形式其它螺旋形式n Z-DNA（左手双螺旋）（左手双螺旋）n A-DNAn DNA 多链螺旋结构多链螺旋结构Watson-Crick双螺旋结构模型称为双螺旋结构模型称为B型结构型结构核酸的结构和功能讲解第45页小结小结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不受年纪、营养、性别及其它环境等影响不受年纪、营养、性别及其它环境等影响 核酸的结构和功能讲解第46页（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）表面功效区：小沟较浅；大沟较深，是蛋）表面功效区：小沟较浅；大沟较深，是蛋白质识别白质识别DNA碱基序列基础碱基序列基础（5）维持结构稳定力量：氢键维持双链横向稳）维持结构稳定力量：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 核酸的结构和功能讲解第47页超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA双螺旋链双螺旋链深入盘曲所形成构象即深入盘曲所形成构象即超螺旋结构。超螺旋结构。二、二、DNADNA超螺旋结构与染色质组装超螺旋结构与染色质组装核酸的结构和功能讲解第48页正超螺旋正超螺旋(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 核酸的结构和功能讲解第49页（一）原核生物（一）原核生物DNA结构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核酸的结构和功能讲解第50页（二）真核生物细胞中（二）真核生物细胞中DNA组装组装核核小小体体核小体核小体是真核细胞染色体基本结构单位。是真核细胞染色体基本结构单位。核小体组成核小体组成 DNA：约约200bp 组蛋白：组蛋白：H1H2A，H2BH3H4核酸的结构和功能讲解第51页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 各两分子组成一个各两分子组成一个八聚体八聚体，由146bp 146bp DNA双螺旋沿着组蛋白八聚体关键绕1.75圈，形成关键颗粒关键颗粒(core particle)各关键颗粒间有一个连接区，由各关键颗粒间有一个连接区，由60bpDNA60bpDNA链和链和 1 1个分子组蛋白个分子组蛋白H H1 1组成组成 。核酸的结构和功能讲解第52页关键颗粒关键颗粒2(H2AH2B H3 H4)60bp缠绕缠绕1.75圈圈约约140160bp核酸的结构和功能讲解第53页染色质纤维染色质纤维核酸的结构和功能讲解第54页人类人类46条染色体条染色体DNA总长可达总长可达1.7m，经过螺旋化压缩，实际总长只有，经过螺旋化压缩，实际总长只有200nm。核酸的结构和功能讲解第55页Reverse transcription中心法则中心法则(Central Dogma)Replication核酸的结构和功能讲解第56页RNA种类、分布、功效种类、分布、功效第三节第三节 RNA RNA结构与功效结构与功效核酸的结构和功能讲解第57页（一）（一）RNA一级结构一级结构RNA分子中核糖核苷酸排列次序分子中核糖核苷酸排列次序v 核糖核苷酸种类：核糖核苷酸种类：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二级结构二级结构（三）（三）RNA三级结构三级结构 “假结假结”一、一、RNA普通结构普通结构为单链结构，少数局部形成发夹结构or茎环结构核酸的结构和功能讲解第58页 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、蛋白质翻译起始、维持核质转运、蛋白质翻译起始、维持mRNAmRNA稳定等相关稳定等相关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),功效同功效同5帽帽3 3、mRNAmRNA碱基次序指导蛋白质氨基酸次序合成序列碱基次序指导蛋白质氨基酸次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-末端起第一个末端起第一个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剪接过程：剪切内含子，连接剪接过程：剪切内含子，连接外显子（外显子（heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)核酸的结构和功能讲解第59页真核细胞真核细胞基因结构基因结构hn RNA成熟成熟 mRNA核酸的结构和功能讲解第60页与蛋白质合成正确起始相关。防止mRNA被核酸酶降解，增强其稳定性。3、功效：作为蛋白质合成模板。核酸的结构和功能讲解第61页三、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。功效：功效：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核酸的结构和功能讲解第62页DHU 环环反密码环反密码环T C 环环额外环额外环(可变可变)tRNA 二级结构二级结构 三叶草形三叶草形反密码子反密码子氨基酸臂氨基酸臂核酸的结构和功能讲解第63页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核酸的结构和功能讲解第64页tRNAtRNA“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基础上，级结构基础上，突环上未配正确突环上未配正确碱基因为整个分碱基因为整个分子扭曲而配成对，子扭曲而配成对，当前已知当前已知tRNAtRNA三三级结构均为级结构均为倒倒L L型型核酸的结构和功能讲解第65页四、核糖体四、核糖体RNA（ribosomal RNA,rRNArRNA）含量最多。含量最多。功效：功效：与各种蛋白质结合成核糖体或核蛋白体与各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场所。蛋白质合成场所。rRNArRNA是核糖体组成成份是核糖体组成成份,其种类和大小用其种类和大小用S S表示表示核酸的结构和功能讲解第66页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 核蛋白体组成核蛋白体组成原核生物与真核生物核糖体均由大亚基和小亚基组成原核生物与真核生物核糖体均由大亚基和小亚基组成核酸的结构和功能讲解第67页五、五、snmRNA 参加基因表示调控参加基因表示调控（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）功效：功效：在在hnRNA和和rRNA转录后加工，转运以及基因表示转录后加工，转运以及基因表示过程调控等方面含有主要生理作用过程调控等方面含有主要生理作用核酸的结构和功能讲解第68页六、核酸在真核与原核细胞中不一样时空特征六、核酸在真核与原核细胞中不一样时空特征核膜结构存在是否造成复制、转录、翻译过程核膜结构存在是否造成复制、转录、翻译过程时空差异时空差异核酸的结构和功能讲解第69页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、核酸理化性质第四节、核酸理化性质核酸的结构和功能讲解第70页一、核酸紫外吸收一、核酸紫外吸收 260nm 核酸的结构和功能讲解第71页依据依据A260/A280比值判断核酸样品比值判断核酸样品纯度纯度纯纯DNA：A260/A280=1.8 纯纯RNA：A260/A280=2.0纯核酸样品可依据纯核酸样品可依据260nm光吸收值算出其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。核酸的结构和功能讲解第72页二、二、DNA变性变性(denaturation)定义定义：在一些理化原因作用下，在一些理化原因作用下，DNA双链解开双链解开成两条单链过程。成两条单链过程。原因：原因：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、酰胺以及一些有机溶剂如乙醇、丙酮等。酰胺以及一些有机溶剂如乙醇、丙酮等。核酸的结构和功能讲解第73页变性后其它理化性质改变：变性后其它理化性质改变：粘度下降粘度下降DNA双螺旋是紧密刚性结构，变性后转化成柔软而涣双螺旋是紧密刚性结构，变性后转化成柔软而涣散无规则单股线性结构，所以粘度显著下降。散无规则单股线性结构，所以粘度显著下降。比旋度下降比旋度下降变性后整个变性后整个DNA分子对称性及分子构型改变，使分子对称性及分子构型改变，使DNA溶液旋光性发生改变。溶液旋光性发生改变。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显著增强效应。显著增强效应。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。核酸的结构和功能讲解第74页在在DNADNA双螺旋结构中碱基藏入内侧，双螺旋结构中碱基藏入内侧，变性时变性时DNADNA双螺旋解开双螺旋解开，于是，于是碱基外露碱基外露，碱基中电子相互作用更有利于紫外吸收，故而产生增，碱基中电子相互作用更有利于紫外吸收，故而产生增色效应。色效应。核酸的结构和功能讲解第75页DNADNA变性本质变性本质：维持双螺旋稳定性：维持双螺旋稳定性氢键氢键断裂，断裂，碱基间堆积力碱基间堆积力遭到破坏，但不包括到其一级遭到破坏，但不包括到其一级结构结构(磷酸二酯键磷酸二酯键)改变。改变。核酸的结构和功能讲解第76页更具经典意义更具经典意义 加热引发加热引发DNADNA变性称为。变性称为。因为因为DNADNA热变性是加热引发热变性是加热引发DNADNA双螺旋结构解体双螺旋结构解体 成为单链过程成为单链过程,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热变性热变性核酸的结构和功能讲解第77页 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到到达达最最大大值值50%时时温温度度称称为为DNA解解链链温温度度，又又称称融融 解解 温温 度度(melting temperature,Tm)。核酸的结构和功能讲解第78页影响影响TmTm值原因值原因1 1、G-CG-C相对含量相对含量G+CG+C含量高，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）。核酸的结构和功能讲解第79页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.与离子强度相关：与离子强度相关：溶液离子强度溶液离子强度较高较高时，时，TmTm值较高，值较高，反之亦然。反之亦然。核酸的结构和功能讲解第80页三、核酸复性与分子杂交三、核酸复性与分子杂交 DNA复性复性(renaturation)定义定义在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNADNA两条互补链可恢复两条互补链可恢复天然双螺旋结构，这一现象称为天然双螺旋结构，这一现象称为复性复性。热变性热变性DNA经迟缓冷却后即可复性，这经迟缓冷却后即可复性，这一过程称为一过程称为退火退火(annealing)。核酸的结构和功能讲解第81页将不一样种类将不一样种类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碱单链分子间存在着一定程度碱基互补配对关系，就可能形成基互补配对关系，就可能形成局部双链，即所谓局部双链，即所谓杂化双链杂化双链(heteroduplex)。这种现象叫。这种现象叫杂交或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)是以核酸是以核酸变性变性和和复性复性为基础。为基础。核酸的结构和功能讲解第82页核酸的结构和功能讲解第83页n探针（探针（probe)：采取同位素或其它发光物质标识：采取同位素或其它发光物质标识一小段已知序列核酸，经过杂交反应就能够确定待一小段已知序列核酸，经过杂交反应就能够确定待测序列中是否含有与其相同序列。这段已知序列核测序列中是否含有与其相同序列。这段已知序列核酸称为酸称为探针探针。nDNADNA(Southern Blot）DNARNA（Northern Blot）RNARNA核酸的结构和功能讲解第84页核酸的结构和功能讲解第85页核酸的结构和功能讲解第86页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识与放射性标识DNA探针杂交探针杂交放射自显影放射自显影带有带有DNA片片段凝胶段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片段膜片段膜核酸的结构和功能讲解第87页分子杂交应用分子杂交应用细菌、病毒、肿瘤、分子病等诊疗细菌、病毒、肿瘤、分子病等诊疗 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 遗传病产前诊疗遗传病产前诊疗遗传病产前诊疗遗传病产前诊疗 杂交和探针技术是许多分子生物学技术基础，在生物学和杂交和探针技术是许多分子生物学技术基础，在生物学和医学研究中，以及临床诊疗中得到了日益广泛应用。医学研究中，以及临床诊疗中得到了日益广泛应用。核酸的结构和功能讲解第88页第五节第五节 核酸酶核酸酶核酸酶是全部能够水解核酸酶。核酸酶是全部能够水解核酸酶。DNA酶酶(deoxyribonuclease,DNase)RNA酶酶(ribonuclease,RNase)依据底物不一样，可分为依据底物不一样，可分为 依据对底物作用方式不一样，可分为依据对底物作用方式不一样，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）核酸的结构和功能讲解第89页本章主要内容本章主要内容 核酸种类核酸种类 核酸分子组成（核苷酸、磷酸、戊糖、碱基）核酸分子组成（核苷酸、磷酸、戊糖、碱基）DNA和和RNA分子组成异同分子组成异同 DNA双螺旋结构双螺旋结构 三类三类RNA结构特点及功效结构特点及功效 核酸理化性质核酸理化性质核酸的结构和功能讲解第90页