第二章-核酸化学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,二,章 核酸,化学,本章主要内容,核酸的化学组成,核酸的,分子,结构,核酸的理化性质,核酸,（Nucleic acids）,19,世纪,60,年代，由,Miescher,发现。1889年,Altmann,将其纯化，证明核酸是含磷的酸性生物大分子。20世纪40年代，,Avery确定核酸是,遗传信息的载体，普遍存在于生命有机体中。,脱氧核糖核酸，,DNA（Deoxyribonucleic Acid），,在原核细胞是核质的成分，在真核细胞DNA与蛋白质结合形成染色体，少量存在于线粒体。一个生命有机体的每个体细胞（除生殖细胞外）都含有相同质和量的DNA，包含了它的全部遗传信息。,核糖核酸，,RNA（Ribonucleic Acid）,主要存在于胞液内，真核细胞的核仁和线粒体也含有少量RNA。,RNA的量是变动的,。,主要有信使RNA,（mRNA）,，转运RNA,（tRNA）,和核糖体RNA,（rRNA）,。,病毒或者是,DNA,病毒或者是,RNA,病毒。,第一节,核酸的化学组成,一、概念,核酸（DNA或RNA）是核蛋白的组分之一，是许多核苷酸单位按一定顺序连接组成的多聚核苷酸，呈酸性。,二、分类与分布,根据组成不同，核酸可分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。98%的DNA存在于细胞核中，2%存在于线粒体，90%的RNA分布在胞液，10%存在于细胞核。,三、核酸的化学组成,核酸有C、H、O、N、P等元素组成。其中磷的含量为9%10%。核酸分子中磷的含量比较稳定，故可通过测定磷的含量来估算核酸的含量。,核酸，DNA或RNA，经核酸酶水解生成单核苷酸。,单核苷酸是组成核酸的基本单位。,核苷酸进一步分解生成碱基、核糖（或脱氧核糖）和磷酸。,核酸,低聚核苷酸,单核苷酸,磷酸,核苷,碱基,核糖,核酸的水解过程,（一）,核酸的,结构,组成,单位,DNA,RNA,嘌呤碱,腺嘌呤,腺嘌呤,鸟嘌呤,鸟嘌呤,嘧啶碱,胞嘧啶,胞嘧啶,胸腺嘧啶,尿嘧啶,戊糖,D-2-脱氧核糖,D-核糖,酸,磷酸,磷酸DNA分子和RNA分子中化学组成的差别总结,（二）两类,核酸的组成,成分,1,.,碱基(base),核酸中的嘧啶碱基,核酸中的嘌呤碱基,其他的稀有碱基,（三）结构,2,.,核糖(ribose),DNA含脱氧核糖,RNA含核糖,3,.,核苷,(nucleoside),核苷（上）与脱氧核苷（下）,4,.,核苷酸,(nucleotide),核糖核苷酸（上）与脱氧核糖核苷酸（下）,碱基,RNA,DNA,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胞嘧啶（C）,尿嘧啶（U）,胸腺嘧啶（T）,腺苷酸（AMP）,鸟苷酸（GMP）,胞苷酸（CMP）,尿苷酸（UMP）,脱氧腺苷酸（dAMP）,脱氧鸟苷酸（dGMP）,脱氧胞苷酸（dCMP）,脱氧胸苷酸（dTMP）,DNA 和RNA核苷酸组成及其缩写符号,腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）,（四）多磷酸核苷酸,5-核苷酸的磷酸基都可进一步磷酸化形成相应的核苷二磷酸和核苷三磷酸。二磷酸核苷和三磷酸核苷广泛存在于细胞内，参与许多重要的代谢过程。,3,，5-环状腺苷酸（cAMP）,（五）环状核苷酸,第二节,核酸的,分子,结构,DNA片段,RNA片段,注意,核苷酸之间的连接方式是3，5-磷酸二酯键,一、DNA的一级结构,DNA分子的大小,天然存在的DNA分子最显著的特点是很长，分子质量很大，一般在,10,6,-10,10,。,DNA的碱基组成有如下特点：,具有种的特异性。,没有器官和组织的特异性。,在同一种,DNA,中，,A=T,、,G=C，即,A+G=,T+C,，,即嘌呤碱基的总摩尔数与嘧啶碱基的总摩尔数相等,碱基当量定律又称,Chargaff,原则。,年龄、营养状况、环境的改变不影响,DNA,的碱基组成。,二、,DNA的,空间,结构,Watson and Crick,双螺旋结构模型,1.DNA的二级结构,DNA,分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链,(,简称,DNA,单链,),组成。,两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。两条链方向相反。,碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。,螺旋的直径约为,2nm,，,一圈螺旋包含,10,对碱基，其高度为,3.4nm,。,碱基平面之间的垂直距离,0.34nm,。,在,DNA,分子中，根据,Chargaff,原则，碱基之间具有严格的互补配对规律，,A,和,T,之间形成两对氢键，,G,与,C,之间形成三对氢键,A与T之间2对氢键,G与C之间3对氢键,Watson和Crick所提出的,模型称为B-DNA。,不同构型的DNA,B型是最稳定的构型,1957年发现在基因的调控区或染色质的,重组部位有DNA的三螺旋结构,2 DNA,的三级结构,指DNA双螺旋通过弯曲和扭转所形成的特定构象,即 DNA的三级结构,B是松弛型的闭合环,C是由于缠绕不足,形成的负超螺旋,A 是线性的DNA分子,真核生物内，DNA以致密形式存在于细胞核的染色体中。,染色体的基本单位是核小体(nucleosome),核小体：由DNA和组蛋白共同构成。,核心组蛋白：4种组蛋白(H2A,H2B,H3,H4)形成的8聚体,DNA：以负超螺旋缠绕在核心组蛋白上,H1在核小体之间起连接作用,染色体的基本单位是核小体(nucleosome),核小体的串珠状结构,三、,RNA,的结构与功能,mRNA：,占细胞中RNA总量的3%-5%，分子量大小不一，不稳定，代谢活跃，更新迅速，是合成蛋白质的模板。,rRNA：,细胞中含量最多的RNA，核糖体的组成成分。,tRNA：,约占细胞中RNA总量的15%。约由75-90个核苷酸组成。蛋白质合成中携带活化的氨基酸,RNA的碱基组成：A、G、C、U,含少量的稀有碱基,RNA分子的类型：mRNA、rRNA、tRNA,（一）,RNA,的分类,（二）,RNA,的分子结构,1.mRNA的结构特点,mRNA的3-末端有一段多聚腺苷酸的“尾”结构，5-末端有一个7-甲基鸟嘌呤核苷的“帽”结构,。,mRNA 5-末端的帽结构,2.tRNA的结构特点,在RNA的二级结构中，对tRNA的二级结构研究得比较清楚。tRNA的二级结构都呈三叶草形结构。三叶草形结构由氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码环、附加叉和TC环等五部分组成,。,tRNA在二级结构的基础上进一步折叠形成倒“L”型的三级结构,。,3.rRNA的结构特点,由两个大小不同的亚基组成，是蛋白质生物合成的场所。,大肠杆菌5SrRNA的二级结构,（一）,溶解性,溶于偏碱的溶剂中，可以为乙醇沉淀，容易受机械作用力而断裂。,（二）,黏性,DNA溶液有高度的黏性,。,第三节,核酸的,理化,性质,一、基本性质,（三）,沉降特性,核酸分子在引力场中能下沉的特性。可用超离心法纯化核酸、测分子量、分级分离等。,（四）,紫外吸收,嘌呤和嘧啶在260 nm有特异的吸收峰,这个性质用于核酸的分析,1.,变性,DNA双螺旋的有序结构受各种理化因子，如热、酸碱、变性剂、有机溶剂以及稀释的作用，转变为无规则的线团结构。,变性的特征,增色效应,黏度和比旋下降，沉降系数增加，生物学活性丧失,二、,核酸的,变性、复性与分子杂交,DNA解链曲线,增色效应,(hyperchromic effect),核酸分子加热变性时，其在260nm处的紫外吸收急剧增加的现象。,Tm值：,当紫外吸收变化达到最大变化的半数值时，此时所对应的温度称为熔解温度（Tm）、变性温度或中点解链温度。,影响Tm值的因素,1.溶液的性质 2.DNA中碱基组成的影响,大肠杆菌DNA在不同浓度KCl溶液下的熔融温度曲线,2.,复性,复性：变性DNA分开的两股链在适当条件下重新生成双链结构的过程,退火（annealing）:热变性的DNA经缓慢冷却复性的过程。,3.分子杂交,当两条不同来源的DNA（或RNA）链或DNA链与RNA链之间存在互补的碱基序列时，在一定条件下可以通过互相配对形成双螺旋分子，这种分子称为,杂交分子,。形成杂交分子的过程称为,分子杂交（molecular hybridization）。,核酸探针（nucleic acid probe）,:某一具有特定序列并且用同位素或其他化学方法标记的DNA或RNA片段。通常是人工合成的。,分子杂交图,通过同源性比较,研究不同物种或个体DNA之间的亲缘关系；,通过杂交的严紧性,发现基因的缺失或突变；,通过标记信号的强度,测定某种遗传信息量的多少；,证明某种疾病(如肿瘤)是否与某种基因(如病毒基因)有关。,利用核酸探针，可以：,