核酸結構功能第一頁，共85頁。核酸的化學第一節(jié)核酸的組成與結構第二節(jié)核酸的分子結構一、DNA的分子結構二、RNA的種類和分子結構第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)第四節(jié)核酸研究常用技術第二頁，共85頁。第一節(jié)核酸的組成與結構一、核酸的生物功能1、核酸是遺傳變異的物質(zhì)基礎2、核酸與生物遺傳信息的傳遞3、核酸與醫(yī)藥如：核酸類衍生物具有抗病毒及抗癌作用第三頁，共85頁。二、核酸的組成1核酸分子中核苷酸的化學組成與命名(1)堿基、核苷、核苷酸的概念和關系(2)核糖和脫氧核糖（3）常見堿基的結構與命名法(4)常見（脫氧）核苷酸的基本結構與命名(5)稀有核苷酸2細胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物第四頁，共85頁。1）堿基、核苷、核苷酸的概念和關系

NitrogenousbasePentosesugarHOCH2HOHDoxyribose(inDNA)HOCH2HOOHRibose(inRNA)PhosphatePyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAG第五頁，共85頁。2）核糖和脫氧核糖第六頁，共85頁。3）常見堿基結構和命名嘌呤嘧啶Adenine

(A)Guanine(G)Cytosine(C)Uracil(U)Thymine(T)第七頁，共85頁。5′-磷酸核苷酸的基本結構OO（N=A、G、C、U、T）HH(O)H1′2′NOHCH2HH5′4′3′PO-OOO-第八頁，共85頁。核苷酸的結構和命名腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosinemonophosphate脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）DeoxyadenosinemonophosphateOH鳥嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）H第九頁，共85頁。PPPPPPPP4）常見（脫氧）核苷酸的結構和命名鳥嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸（AMP）脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）第十頁，共85頁。5）幾種稀有核苷酸假尿苷（

）二氫尿嘧啶（DHU）AmCH3CH3H3Cm26AHH5第十一頁，共85頁。2、細胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物1、多磷酸核苷酸2、環(huán)核苷酸3、輔酶類核苷酸。第十二頁，共85頁。

5′-NMP5′-NDP5′-NTPN=A、G、C、U

5′-dNMP5′-dNDP5′-dNTPN=A、G、C、T腺苷酸及其多磷酸化合物AMPAdenosinemonophosphateADPAdenosinediphosphateATPAdenosinetriphosphate第十三頁，共85頁。OPOOHOA(G)OOOHCH2HHHHcAMP(cGMP)的結構

Cyclicadenylie(Guanine)acid第十四頁，共85頁。

第二節(jié)核酸的分子結構

一、DNA的分子結構二、RNA的分子結構第十五頁，共85頁。（一）DNA的一級結構

DNA分子中各脫氧核苷酸之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序叫做DNA的一級結構，簡稱為堿基序列。一級結構的走向的規(guī)定為5′→3′。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列順序，因此攜帶有不同的遺傳信息。

一級結構的表示法結構式，線條式，字母式

一級結構測定5′3′第十六頁，共85頁。DNA一級結構的表示法5′3′結構式5′3′

p

p

p

pOH3′ACTG1′線條式5′ACTGCATAGCTCGA3′字母式第十七頁，共85頁。2、DNA、RNA的一級結構

DNA一級結構5′3′OHOHOH5′3′RNA一級結構第十八頁，共85頁。（二）真核生物DNA與原核生物DNA的比較

真核生物基因組的特點1、有重復順序1）高度重復順序（衛(wèi)星DNA）：基礎順序短，含5-100bp，重復次數(shù)達幾百萬次，富含AT或GC2）中度重復順序：基礎順序長，含300bp或更長，重復次數(shù)從幾百到幾千。如組蛋白基因、rRNA基因、tRNA基因等。3）單一順序：重復幾次或不重復。如：除組蛋白外的其他蛋白質(zhì)基因。第十九頁，共85頁。2、有間隔順序與插入順序（內(nèi)含子）3、有回紋結構：DNA分子以一個假想軸旋轉(zhuǎn)180度后，兩部分結構完全重合。第二十頁，共85頁。DNA回文序列及幾種結構形式回文序列發(fā)夾式結構十字形結構中心區(qū)域第二十一頁，共85頁。

原核生物基因組的特點

1、有基因重疊現(xiàn)象2、功能相關的基因常串聯(lián)在一起，并轉(zhuǎn)錄在同一mRNA分子中3、DNA分子中大部分是為結構基因，無重復序列。結構基因是連續(xù)的，一般不含插入或間隔序列第二十二頁，共85頁。（三）DNA的二級結構

第二十三頁，共85頁。1、DNA的雙螺旋結構的形成5′3′5′3′5′3′5′3′磷酸核糖堿基T-A堿基對C-G堿基對第二十四頁，共85頁。2、DNA的雙螺旋模型特點

兩條反向平行的多聚核苷酸鏈沿一個假設的中心軸右旋相互盤繞而形成。

磷酸和脫氧核糖單位作為不變的骨架組成位于外側(cè)，作為可變成分的堿基位于內(nèi)側(cè)，鏈間堿基按A—T，G—C配對（堿基配對原則，Chargaff定律）

螺旋直徑2nm，相鄰堿基平面垂直距離0.34nm,螺旋結構每隔10個堿基對（basepair,bp）重復一次，間隔為3.4nmCG間形成三個氫鍵，AT

間形成二個氫鍵，且氫鍵與中心軸垂直

螺旋表面有一條大溝一條小溝第二十五頁，共85頁。

氫鍵

堿基堆集力（兀電子之間相互作用的結果）堿基處于疏水環(huán)境中

磷酸基上負電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和3、DNA的雙螺旋結構穩(wěn)定因素

第二十六頁，共85頁。4、DNA的雙螺旋結構的意義

該模型揭示了DNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有價值的是確認了堿基配對原則，這是是DNA復制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎，亦是遺傳信息傳遞和表達的分子基礎。該模型的提出是20世紀生命科學的重大突破之一，它奠定了生物化學和分子生物學乃至整個生命科學飛速發(fā)展的基石。第二十七頁，共85頁。5、DNA雙螺旋的多態(tài)性DNA雙螺旋的不同構象

第二十八頁，共85頁。DNA雙螺旋構象的類型第二十九頁，共85頁。DNA二級結構的多樣性DNA分子中十字形結構的形成富于AT富于ATHolliday結構第三十頁，共85頁。DNA三鏈間的堿基配對DNA分子內(nèi)的三鏈結構多聚嘌呤多聚嘧啶DNA分子間的三鏈結構第三十一頁，共85頁。（四）DNA的三級結構

在細胞內(nèi)，由于DNA分子與其它分子（主要是蛋白質(zhì)）的相互作用，使DNA雙螺旋進一步扭曲形成的高級結構.實例：超螺旋

染色體（chromosome）

病毒（virus）第三十二頁，共85頁。

第三十三頁，共85頁。DNA超螺旋結構的形成

負超螺旋：螺旋方向與DNA螺旋方向相反（螺旋處于松緾狀態(tài)）

正超螺旋：螺旋方向與DNA螺旋方向相同（螺旋處于緊緾狀態(tài)）第三十四頁，共85頁。核小體盤繞及染色質(zhì)示意圖第三十五頁，共85頁。組蛋白與DNA的結合第三十六頁，共85頁。真核生物染色體DNA組裝不同層次的結構

DNA（2nm）核小體鏈（11nm，每個核小體200bp）纖絲（30nm，每圈6個核小體）突環(huán)（150nm，每個突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結（300nm，6個突環(huán)）螺旋圈（700nm，每圈30個玫瑰花）染色體（1400nm，每個染色體含10個玫瑰花200bp）第三十七頁，共85頁。噬菌體T2結構頭部頸圈尾部基板尾絲尖釘DNA第三十八頁，共85頁。

被膜（脂蛋白、碳水化合物）衣殼（蛋白質(zhì)）核酸突起（糖蛋白）病毒粒（DNA或RNA）第三十九頁，共85頁。（五）基因和基因組基因：指含有合成一個功能性生物分子（蛋白質(zhì)或RNA）所需信息的一個特定DNA片段。遺傳學上將DNA分子中最小的功能單位稱為基因?；蚪M：基因組指單倍體細胞中包括編碼序列和非編碼序列在內(nèi)的全部DNA分子。

第四十頁，共85頁。操縱子

原核基因組中，基因表達的協(xié)同單位。由操縱基因、啟動子和結構基因三部分組成。

操縱基因

操縱基因控制結構基因的轉(zhuǎn)錄速度，是RNA聚合酶能否通過的“開關”。位于結構基因的附近，本身不能轉(zhuǎn)錄成mRNA。

第四十一頁，共85頁。酶的阻遏操縱子模型B.有活性阻遏蛋白加誘導劑A.有活性阻遏蛋白操縱基因啟動基因調(diào)節(jié)基因結構基因阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻擋操縱基因結構基因不表達誘導物誘導物與阻遏蛋白結合,使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用,結構基因可以表達酶蛋白mRNA第四十二頁，共85頁。一個基因包括：編碼蛋白質(zhì)或RNA的序列轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)節(jié)序列編碼序列上游5’端非編碼序列編碼序列下游3’端非編碼序列內(nèi)含子第四十三頁，共85頁?；蚪MDNA序列基因序列與非基因序列編碼序列與非編碼序列單一序列與重復序列第四十四頁，共85頁。二、RNA的分子結構

1、RNA一級結構和類別2、tRNA的分子結構3、rRNA的分子結構4、mRNA的分子結構第四十五頁，共85頁。RNA的一級結構

RNA分子中各核苷之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序叫做RNA的一級結構OHOHOH5′3′RNA與DNA的差異DNARNA糖脫氧核糖核糖堿基AGCTAGCU不含稀有堿基含稀有堿基第四十六頁，共85頁。1、RNA的種類和分子結構第四十七頁，共85頁。

第四十八頁，共85頁。沉降系數(shù)（S）

生物大分子在單位離心力場作用下的沉降速度稱為沉降系數(shù)。即沉降系數(shù)是微顆粒在離心力場的作用下，從靜止狀態(tài)到達極限速度所需要的時間。其單位用Svedberg，即s表示，s=1×10-13秒。

沉降系數(shù)（S）與分子量（M）的關系M=RTsD(1-

)Svederg方程:第四十九頁，共85頁。4）小的干涉RNA和微RNA小的干涉RNA（siRNAs）：是含有21－22個單核苷酸長度的雙鏈RNA，能促使核酸酶水解與其互補的mRNA，從而抑制與其互補的mRNA的表達。將由dsRNA誘導的這種基因沉默效應定義為RNAi即RNA干涉。第五十頁，共85頁。第五十一頁，共85頁。第五十二頁，共85頁。微小RNA（miRNAs)：miRNAs是一類含19-25單核苷酸的單鏈RNA，在3’-端有1-2個堿基長度變化，廣泛存在于真核生物中，不編碼任何蛋白，本身不具有開放閱讀框架，具有保守性、時序性和組織特異性。成熟的miRNA可以和上游或下游序列不完全配對而形成基環(huán)結構。其功能是抑制靶mRNA的翻譯

第五十三頁，共85頁。第五十四頁，共85頁。第五十五頁，共85頁。2、tRNA的結構

tRNA一級結構：由70－90個核苷酸組成,富含稀有堿基，3’末端為－C－C－AOH，沉降系數(shù)為4S。第五十六頁，共85頁。酵母tRNAAla的二級結構

DHU環(huán)AA活化酶結合部位IGC反密碼子反密碼環(huán)氨基酸臂可變環(huán)TψC環(huán)核糖體結合CCAAla3′5′單鏈三葉草葉形四臂四環(huán)第五十七頁，共85頁。tRNA的三級結構在二級結構基礎上進一步折疊扭曲形成倒L型第五十八頁，共85頁。3、rRNA的分子結構特征：

單鏈，螺旋化程度較tRNA低

分子大小不均一,真核有4種，原核有3種

二級結構無規(guī)律

與蛋白質(zhì)組成核糖體后方能發(fā)揮其功能

第五十九頁，共85頁。第六十頁，共85頁。第六十一頁，共85頁。4、mRNA的分子結構原核生物mRNA特征：

先導區(qū)+翻譯區(qū)（多順反子）+末端序列真核生物mRNA特征：

“帽子”（m7G-5′ppp5′-N-3′p）+單順反子+“尾巴”（PolyA）第六十二頁，共85頁。原核細胞mRNA的結構特點5′3′順反子順反子順反子插入順序插入順序先導區(qū)末端順序第六十三頁，共85頁。真核細胞mRNA的結構特點AAAAAAA-OH5′

“帽子”PolyA3′

順反子m7G-5′ppp-N-3′p帽子結構功能*使mRNA免遭核酸酶的破壞*使mRNA能與核糖體小亞基結合并開始合成蛋白質(zhì)*被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識別，從而促進蛋白質(zhì)的合成。Poly(A)尾巴的功能*是mRNA由細胞核進入細胞質(zhì)所必需的形式*它大大提高了mRNA在細胞質(zhì)中的穩(wěn)定性

第六十四頁，共85頁。第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)一、一般理化性質(zhì)性質(zhì)二、核酸的紫外吸收特性（λmax=260nm）三、核酸的變性、復性和分子雜交四、核酸的熔解溫度（Tm）

第六十五頁，共85頁。一、一般理化性質(zhì)1、兩性電解質(zhì)2、DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉未；微溶于水，不溶于一般的有機溶劑。3、DNA是極不對稱的線形分子，因此溶液的粘度比RNA高很多。4、兩者都能被酸、堿或酶水解成各種成分（RNA在室溫下被稀堿水解成核苷酸而DNA對堿較穩(wěn)定）第六十六頁，共85頁。二、DNA的紫外吸收光譜天然DNA變性DNA核苷酸總吸收值1232202402602800.10.20.30.4波長（nm）光吸收123增色效應DNA變性后在260nm處光吸收增加的現(xiàn)象。

第六十七頁，共85頁。三、DNA的變性過程加熱部分雙螺旋解開無規(guī)則線團鏈內(nèi)堿基配對第六十八頁，共85頁。核酸的變性、復性和雜交變性（加熱）探針雜交（緩慢冷卻）復性（緩慢冷卻）

變性：在物理、化學因素影響下，DNA堿基對間的氫鍵斷裂，雙螺旋解開，這是一個是躍變過程，伴有A260增加（增色效應）,DNA的功能喪失。復性：在一定條件下，變性DNA單鏈間堿基重新配對恢復雙螺旋結構，伴有A260減小（減色效應）,DNA的功能恢復。第六十九頁，共85頁。分子雜交的原理示意圖

不同來源的DNA單鏈間或單鏈DNA與RNA之間只要有堿基配對的區(qū)域，在復性時可形成局部雙螺旋區(qū)，稱核酸分子雜交（hybridization）制備特定的探針（probe）通過雜交技術可進行基因的檢測和定位研究。實例：southern印跡法第七十頁，共85頁。Southern印跡法DNA分子限制片段限制性酶切割瓊脂糖電泳轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜上與放射性標記DNA探針雜交放射自顯影帶有DNA片段的凝膠凝膠濾膜用緩沖液轉(zhuǎn)移DNA吸附有DNA片段的膜第七十一頁，共85頁。四、Tm：熔解溫度（meltingtemperature）Polyd(A-T)DNAPolyd(G-C)DNA的變性發(fā)生在一個很窄的溫度范圍內(nèi)，通常把熱變性過程中A260達到最大值一半時的溫度稱為該DNA的熔解溫度，用Tm表示。Tm的大小與DNA分子中（G+C）的百分含量成正相關，測定Tm值可推算核酸堿基組成及判斷DNA純度。某些DNA的Tm值60801001.01.41.2100%A260t\0CTmTmTm123123第七十二頁，共85頁。影響Tm值的因素G－C對的含量溶液的離子強度。溶液的離子強度低，Tm值也低溶液的PH值，PH值大于11.3時，DNA完全變性，PH值小于5時DNA易脫嘌呤變性劑使Tm值下降第七十三頁，共85頁。第四節(jié)核酸的分離與含量測定一、核酸分離純化1、分離核酸的一般原則：防止降解2、DNA的分離用1mol/LNaCl抽提，稀釋至0.14mol/L鹽溶液中，RNP(RNA蛋白）溶解，DNP（DNA蛋白）溶解度最小。3、RNA的分離二、核酸含量測定1、紫外吸收法2、定糖法3、定磷法第七十四頁，共85頁。第六節(jié)DNA研究進展

一、人類基因組計劃簡介（HumanGenomeProject，HGP）二、DNA芯片技術簡介（DNAchip）第七十五頁，共85頁。人類基因組計劃簡介

（HumanGenomeProject，HGP）

該計劃是美國科學家在1985年率先提出，1990年正式啟動。美、英、德、法、日先后參加了此項工作，1999年我國成為HGP的第六個成員國。HGP旨在闡明人類基因組DNA所具有的3×109核苷酸的序列，發(fā)現(xiàn)所有的人類基因并闡明其在染色體上的位置，破譯人類的全部遺傳信息，使得人類第一次在分子水平上全面地認識自我。到目前為止，已完成了人類基因組的框架圖，測序的工作已基本完成。HGP的實施，揭開了生命科學新的一頁，它可以造福于人類，但也面臨的倫理的挑戰(zhàn)。第七十六頁，共85頁。HGP取得的成就

完成了人類基因組工作草圖繪制,揭示了人類基因組若干細節(jié)基本上測定了人類基因組上的堿基序列一些模式生物(果蠅、擬南介等)和作物（如水稻）基因草圖繪制成功，測序基本完成促進了生物信息學、蛋白質(zhì)組學、糖組學的迅猛發(fā)展人類基因組草圖繪就，中國科學家功不可沒第七十七頁，共85頁。HGP面臨的挑戰(zhàn)

基因的隱私權問題

基因組圖譜和信息的使用與人的社會權利問題

基因資源問題基因知識的濫用問題第七十八頁，共85頁。DNA芯片技術簡介DNA芯片(DNAchip)技術是采用寡核苷酸原位合成或顯微打印手段，將數(shù)以萬計的DNA探針片段有序地固化于支持物表面上，產(chǎn)生二維DNA探針陣列，然后與標記的樣品進行雜交，通過檢測雜交信號來實現(xiàn)對生物樣品的快速、并行、高效地檢測或診斷。由于常用硅芯片作為固相支持物，且在制備過程中運用了計算機芯片的制備技術，所以稱為DNA芯片技術。第七十九頁，共85頁。人類將進入生物經(jīng)濟時代基因——操縱生命的工具基因組——潛藏著巨大的經(jīng)濟價值基因技術——21世紀的投資熱點

誰掌握了人類基因圖譜，就等于誰破譯了人類的生命密碼，獲得了操縱生命的工具。與互聯(lián)網(wǎng)相比，網(wǎng)絡只是對人類的信息溝通帶來了巨大的革命，而基因領域的革命則能夠從根本上改變?nèi)祟惖拿\，基因工程所帶來的商業(yè)機會將會大大超過網(wǎng)絡。第八十頁，共85頁。肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗圖解光滑型細胞（有毒）粗糙型細胞（無毒）破碎細胞DNAase降解后的DNA粗糙型細胞接受光滑型DNA只有粗糙型大多數(shù)仍為粗糙型少數(shù)光滑型細胞被轉(zhuǎn)化SSRRR+DNA第八十一頁，共85頁。問答題1、某DNA樣品含腺嘌呤15.1%（按摩爾堿基計），計算其余堿基的百分含量。2、DNA雙螺旋結構是什么時候，由誰提出來的？試述其結構模型。3、DNA雙螺旋結構有些什么基本特點？這些特點能解釋哪些最重要的生命現(xiàn)象？4、tRNA的結構有何特點？有何功能？5、DNA和RNA的結構有何異同？6、簡述核酸研究的進展，在生命科學中有何重大意義？6、計算