生物化學(xué)：Chapter 2 核酸的結(jié)構(gòu)與功能

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1、生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第 二 章核酸的結(jié)構(gòu)和功能生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：概述概述第一節(jié)第一節(jié) 核酸的種類與分布核酸的種類與分布第二節(jié)第二節(jié) 核苷酸核苷酸第三節(jié)第三節(jié) DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)第四節(jié)第四節(jié) 核酸與蛋白質(zhì)的復(fù)合體核酸與蛋白質(zhì)的復(fù)合體第五節(jié)第五節(jié) RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)第六節(jié)第六節(jié) 核酸的理化性質(zhì)核酸的理化性質(zhì)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一、什么是核酸？一、什么是核酸？ 核酸核酸(nucleic acid)是一種是一種生物大分子生物大分子；是活細(xì)胞中最關(guān)鍵的組分，它攜帶著遺傳信息，是活細(xì)胞中最關(guān)

2、鍵的組分，它攜帶著遺傳信息，是是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)；它；它決定蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)，它決定每一種生物體的代謝類型和形態(tài)。它決定每一種生物體的代謝類型和形態(tài)。概概 述述生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistryu18681868年年 Fridrich MiescherFridrich Miescher從膿細(xì)胞中提取從膿細(xì)胞中提取“核素核素” u2020年后年后 R.AltmannR.Altmann分離到分離到不含蛋白質(zhì)的核酸不含蛋白質(zhì)的核酸 u19441944年年 AveryAvery等人證實(shí)等人證實(shí)DNADNA是遺傳物質(zhì)是遺傳物質(zhì)u19531953年年 WatsonW

3、atson和和CrickCrick發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)DNADNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu)u19681968年年 NirenbergNirenberg發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)遺傳密碼遺傳密碼u19751975年年 TeminTemin和和BaltimoreBaltimore發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶u19811981年年 GilbertGilbert和和SangerSanger建立建立DNADNA測序測序方法方法u19851985年年 MullisMullis發(fā)明發(fā)明PCRPCR技術(shù)技術(shù)u19901990年年 美國啟動(dòng)美國啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃(HGP) (HGP) u19941994年年 中國人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)

4、中國人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)u20012001年年 美、英等國美、英等國完成人類基因組計(jì)劃基本框架完成人類基因組計(jì)劃基本框架二、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展二、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第第 一一 節(jié)節(jié)核酸的種類與分布核酸的種類與分布生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一、核酸的種類一、核酸的種類脫氧核糖核酸（脫氧核糖核酸（DNADNA）核核酸酸核糖核酸（核糖核酸（RNARNA）轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸（轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸（tRNAtRNA） 10-15%10-15%信使核糖核酸（信使核糖核酸（mRNAmRNA） 5%5%核糖體核糖核酸（核糖體核糖核酸（rRNArRNA） 8

5、0%80%生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、核酸的分布二、核酸的分布幾乎所有的生物體（包括細(xì)菌、病毒等）內(nèi)都含有核酸。大多數(shù)生物幾乎所有的生物體（包括細(xì)菌、病毒等）內(nèi)都含有核酸。大多數(shù)生物既含有既含有DNADNA又含有又含有RNARNA，在病毒分子中，只含有一種核酸（，在病毒分子中，只含有一種核酸（DNADNA或或RNARNA）。）。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第二節(jié)第二節(jié) 核苷酸核苷酸 (nucleotide)核酸的化學(xué)組成核酸的化學(xué)組成The Chemical Component of Nucleic Acid生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry核酸的基本元

6、素組成：核酸的基本元素組成：C C、H H、O O、N N、P(9-10%)P(9-10%)核酸的基本構(gòu)成單位核酸的基本構(gòu)成單位 核苷酸核苷酸(nucleotide)(nucleotide) DNA DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸；的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸； RNARNA的基本組成單位是核糖核苷酸。的基本組成單位是核糖核苷酸。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry核酸的酸性水解過程核酸的酸性水解過程核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖堿基堿基生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一、堿基一、堿基嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 堿基堿基腺嘌呤（腺嘌呤（A）鳥嘌呤（鳥嘌呤（G）胞嘧

7、啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（尿嘧啶（U）DNADNA、RNARNA均有均有DNADNA有有（某些（某些RNARNA中有中有 少量存在）少量存在）RNARNA有有生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry嘌呤嘌呤腺嘌呤腺嘌呤(6-(6-氨基嘌呤氨基嘌呤) )鳥嘌呤（鳥嘌呤（2-2-氨基氨基-6-6-氧嘌呤）氧嘌呤）嘧啶嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶（5-5-甲基甲基-2-2，4-4-二氧嘧啶）二氧嘧啶）胞胞嘧嘧啶啶2-2-氧氧-4-4-氨基嘧啶氨基嘧啶尿尿嘧嘧啶啶2 2，4-4-二氧嘧啶二氧嘧啶稀稀有有堿堿基基生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、戊糖二、戊糖生物化學(xué)生物化學(xué)

8、Biochemistry三、核苷三、核苷(nucleoside)(nucleoside) 堿基和核糖（或脫氧核糖）通過堿基和核糖（或脫氧核糖）通過C-N C-N 糖苷鍵糖苷鍵連接形成連接形成核苷核苷（或脫氧核苷）。（或脫氧核苷）。核糖核苷：核糖核苷：AR, GR, CR, URAR, GR, CR, UR脫氧核苷：脫氧核苷：dAR, dGR, dCR, dTRdAR, dGR, dCR, dTR胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHH

9、OCH29111生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry四、核苷酸四、核苷酸 核苷（脫氧核苷）和磷酸以核苷（脫氧核苷）和磷酸以酯鍵酯鍵連接形成連接形成核苷酸核苷酸（脫（脫氧核苷酸）。氧核苷酸）。糖苷鍵酯鍵腺苷酸NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO- -HOO51.1.核苷一磷酸核苷一磷酸 核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMPAMP, GMP, UMP, CMP 脫氧核苷酸：脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMPdAMP, dGMP, dTMP, dCMP 2.2.核苷多磷酸核苷多磷酸 55核苷酸的磷酸基團(tuán)可與另一磷酸分子縮合形成核苷二磷核苷酸的

10、磷酸基團(tuán)可與另一磷酸分子縮合形成核苷二磷酸（酸（NDPNDP），核苷二磷酸還可進(jìn)一步與磷酸縮合形成核苷三磷），核苷二磷酸還可進(jìn)一步與磷酸縮合形成核苷三磷酸（酸（NTPNTP）。）。N=A/U/G/C腺嘌呤腺嘌呤腺苷腺苷生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry ATP ATP分子的最顯著特點(diǎn)是含有分子的最顯著特點(diǎn)是含有兩個(gè)高能磷酸鍵兩個(gè)高能磷酸鍵。水。水解時(shí)解時(shí), ATP, ATP可以釋放出大量可以釋放出大量自由能自由能，用于推動(dòng)生物體，用于推動(dòng)生物體內(nèi)各種需能的生化反應(yīng)。內(nèi)各種需能的生化反應(yīng)。 GTPGTP、CTPCTP、UTPUTP在某些生化反應(yīng)中也具有傳遞能量在某些生化反應(yīng)中也具有傳遞能

11、量的作用。的作用。 UDPUDP、ADPADP、GDPGDP在多糖合成中，可作為攜帶葡萄糖在多糖合成中，可作為攜帶葡萄糖基的載體；基的載體；CDPCDP在磷脂合成中可作為攜帶膽堿的載體。在磷脂合成中可作為攜帶膽堿的載體。 NTPNTP和和dNTPdNTP分別是分別是RNARNA和和DNADNA的的直接前體直接前體。核苷多磷酸的生物學(xué)功能核苷多磷酸的生物學(xué)功能生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 3. 3.環(huán)核苷酸（環(huán)核苷酸（cAMP & cGMPcAMP & cGMP） 環(huán)核苷酸是由核苷酸分子中的磷酸與核糖的環(huán)核苷酸是由核苷酸分子中的磷酸與核糖的3 3,5,5- -二二羥基形成磷酸二酯鍵

12、環(huán)化而成。羥基形成磷酸二酯鍵環(huán)化而成。NNNNNH2OOHOHHHCH2HOPHOOcAMP生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry cAMPcAMP和和cGMPcGMP是最普通的第二信使，它們廣泛存在于動(dòng)物、是最普通的第二信使，它們廣泛存在于動(dòng)物、植物和微生物中，雖然在細(xì)胞內(nèi)的含量很低，但有極重要植物和微生物中，雖然在細(xì)胞內(nèi)的含量很低，但有極重要的生理功能。的生理功能。 cAMPcAMP屬于放大激素作用信號，屬于放大激素作用信號，cGMPcGMP屬于縮小激素作用信號。屬于縮小激素作用信號。這兩種環(huán)核苷酸在細(xì)胞代謝過程中其重要的調(diào)節(jié)作用。這兩種環(huán)核苷酸在細(xì)胞代謝過程中其重要的調(diào)節(jié)作用。 目前

13、已知，許多激素（第一信使）是通過目前已知，許多激素（第一信使）是通過cAMP (cAMP (第二信使第二信使) )而發(fā)揮其功能的。而發(fā)揮其功能的。 另外，另外，cAMPcAMP也參與大腸桿菌中也參與大腸桿菌中DNADNA轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。環(huán)核苷酸的生物學(xué)功能環(huán)核苷酸的生物學(xué)功能生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第第 三三 節(jié)節(jié)DNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)Molecular Structure of DNA生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryDNADNA的分子結(jié)構(gòu)可分為一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)。的分子結(jié)構(gòu)可分為一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)。一、一、DNA的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu)

14、 一級結(jié)構(gòu)是指核酸分子中核苷酸的一級結(jié)構(gòu)是指核酸分子中核苷酸的排列順序排列順序及及連接方式連接方式。1.1.排列順序：不同的排列順序：不同的DNADNA分子具有不同的核苷酸排列順序，分子具有不同的核苷酸排列順序，因此攜帶不同的遺傳信息。因此攜帶不同的遺傳信息。2.2.連接方式：以連接方式：以3 3 ,5 ,5 - -磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，連接形成多核苷酸鏈，即核酸即核酸3.3.書寫方法：結(jié)構(gòu)式、線條式、文字式。書寫方法：結(jié)構(gòu)式、線條式、文字式。 55端端33端端( (由左至右由左至右) )線條式線條式文字式文字式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式DNA的一級結(jié)構(gòu)測序的一級結(jié)構(gòu)測序經(jīng)典方法經(jīng)典方法

15、Maxam-Gilbert DNA Maxam-Gilbert DNA化學(xué)降解法化學(xué)降解法(Maxam (Maxam 和和Gilbert,1977)Gilbert,1977) SangerSanger雙脫氧鏈終止法雙脫氧鏈終止法(Sanger(Sanger和和Coulson1977)Coulson1977)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 一個(gè)末端標(biāo)記的一個(gè)末端標(biāo)記的DNADNA片段在片段在4 4組互相獨(dú)立的的化組互相獨(dú)立的的化學(xué)反應(yīng)分別得到部分降解，其中每一組反應(yīng)特異地學(xué)反應(yīng)分別得到部分降解，其中每一組反應(yīng)特異地針對某于種或某一類堿基。因此生成針對某于種或某一類堿基。因此生成4 4

16、組放射性標(biāo)記組放射性標(biāo)記的分子，從共同起點(diǎn)（放射性標(biāo)記末端）延續(xù)到發(fā)的分子，從共同起點(diǎn)（放射性標(biāo)記末端）延續(xù)到發(fā)生化學(xué)降解的位點(diǎn)。每組混合物中均含有長短不一生化學(xué)降解的位點(diǎn)。每組混合物中均含有長短不一的的DNADNA分子，其長度取決于該組反應(yīng)所針對的堿基在分子，其長度取決于該組反應(yīng)所針對的堿基在原原DNADNA全片段上的位置。此后，各組均通過聚丙烯酰全片段上的位置。此后，各組均通過聚丙烯酰胺凝膠電泳進(jìn)行分離，再通過放射自顯影來檢測末胺凝膠電泳進(jìn)行分離，再通過放射自顯影來檢測末端標(biāo)記的分子。端標(biāo)記的分子。Maxam-Gilbert DNA化學(xué)降解法化學(xué)降解法Sanger雙脫氧鏈終止法雙脫氧鏈終止

17、法 Sanger法：法： 在在PCR時(shí)分別加入時(shí)分別加入ddA,ddT,ddC,ddG（相（相應(yīng)于應(yīng)于4種堿基）種堿基） ddX的兩個(gè)作用：的兩個(gè)作用： 可以當(dāng)作正常堿基參與復(fù)制可以當(dāng)作正常堿基參與復(fù)制 一旦鏈入一旦鏈入DNA中，其后就不能再繼續(xù)連接中，其后就不能再繼續(xù)連接 電泳電泳 誰終止，堿基就是誰誰終止，堿基就是誰 此方法獲此方法獲1974年的年的Nobel獎(jiǎng)獎(jiǎng)脫氧核甘酸與雙脫脫氧核甘酸與雙脫氧核甘酸結(jié)構(gòu)比較氧核甘酸結(jié)構(gòu)比較少一個(gè)少一個(gè)OH技術(shù)路線與要求技術(shù)路線與要求制備單鏈模板制備單鏈模板 將單鏈模板與一小段引物退火將單鏈模板與一小段引物退火 加入加入DNA聚合酶（聚合酶（Klenow

18、）+ 4種種dNTP + 引物引物 分別加入少量分別加入少量4種種ddNTP 將將4種反應(yīng)產(chǎn)物分別在種反應(yīng)產(chǎn)物分別在4條泳道電泳條泳道電泳 根據(jù)根據(jù)4個(gè)堿基在個(gè)堿基在4條泳道的終止位置讀出基因序列條泳道的終止位置讀出基因序列 雙脫氧鏈末端終止法雙脫氧鏈末端終止法測序基本原理示意圖測序基本原理示意圖 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、二、 DNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)雙螺旋雙螺旋(double helix)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryDNA的二級結(jié)構(gòu)（的二級結(jié)構(gòu)（secondary structure）是指構(gòu)成是指構(gòu)成DN

19、A的多聚脫氧核苷酸鏈之間的多聚脫氧核苷酸鏈之間通過鏈間通過鏈間氫鍵氫鍵卷曲而成的構(gòu)象。卷曲而成的構(gòu)象。1953年，年，Watson-Crick提出的雙螺旋模型。提出的雙螺旋模型。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry DNADNA的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，發(fā)發(fā)表于表于自然自然171171卷卷(1953)737-738(1953)737-738頁上的插圖頁上的插圖 DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu) 右手螺旋右手螺旋 右手性的定義示意圖。大姆指指向軸向，其他四指由掌根向指尖方向表示螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)方向。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（一）（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)雙螺旋結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)1. Chargaff 規(guī)

20、則：規(guī)則： 不同物種的不同物種的DNA堿基組成不同，而同一生物的堿基組成不同，而同一生物的DNA組成組成是一樣的，即有種屬特異性，無組織特異性；是一樣的，即有種屬特異性，無組織特異性； DNA堿基組成不隨年齡、營養(yǎng)狀況和環(huán)境因素而改變；堿基組成不隨年齡、營養(yǎng)狀況和環(huán)境因素而改變； 在同一生物體中在同一生物體中A = T，G = C，即，即A+G=T+C。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. Norweger、Furbug研究證實(shí)，戊糖糖環(huán)與DNA分子縱軸平行，而堿基平面與縱軸垂直。3. DNA的的X-線衍射圖譜分析線衍射圖譜分析 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry已知的核酸化

21、學(xué)數(shù)據(jù)已知的核酸化學(xué)數(shù)據(jù)（二）（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) 1. 兩條鏈反向平行，圍繞同兩條鏈反向平行，圍繞同一中心軸構(gòu)成一中心軸構(gòu)成右手雙螺旋右手雙螺旋 (double helix)。表面有。表面有大溝和小溝大溝和小溝。2. 磷酸磷酸-脫氧核糖形成脫氧核糖形成DNA的骨架，位于雙螺旋的骨架，位于雙螺旋外側(cè)外側(cè)與中軸平行，堿基垂直于與中軸平行，堿基垂直于螺旋軸而伸入螺旋軸而伸入內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)。堿基平面與縱軸堿基平面與縱軸垂直垂直，糖環(huán)平面與縱軸，糖環(huán)平面與縱軸平行平行3. 雙螺旋雙螺旋直徑直徑2nm，順軸，順軸方向每隔方向每隔0.34nm有一個(gè)有一個(gè)核苷酸，每圈螺旋含核苷酸，每

22、圈螺旋含10個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸，相鄰兩個(gè)核，相鄰兩個(gè)核苷酸間的夾角為苷酸間的夾角為36,螺螺距為距為3.4nm。4. 兩條鏈通過堿基間的兩條鏈通過堿基間的氫氫鍵鍵相連，相連，A對對T有兩個(gè)氫有兩個(gè)氫鍵，鍵，C對對G有三個(gè)氫鍵，有三個(gè)氫鍵，這種這種A-T、C-G配對的規(guī)配對的規(guī)律，稱為律，稱為堿基互補(bǔ)規(guī)則堿基互補(bǔ)規(guī)則。堿基互補(bǔ)配對堿基互補(bǔ)配對 堿基對（堿基對（base pair）：是一對相互匹配的堿基（即）：是一對相互匹配的堿基（即A：T， G：C，A：U相互作用）被氫鍵連接起來，簡寫作相互作用）被氫鍵連接起來，簡寫作bp。然而，它。然而，它常被用來衡量常被用來衡量DNA和和RNA的長度（盡管的長

23、度（盡管RNA是單鏈）。是單鏈）。 配對堿基的氫鍵配對堿基的氫鍵生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（三）雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定的因素（三）雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定的因素 1. 堿基堆積力堿基堆積力 2. 配對堿基形成的氫鍵配對堿基形成的氫鍵 3. 離子鍵離子鍵 堿基堆積力是最主要的穩(wěn)定因素堿基堆積力是最主要的穩(wěn)定因素生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryDNA分子中的堿基堆積力（分子中的堿基堆積力（base stacking forces）： 嘌呤與嘧啶形狀扁平，成疏水性，分布于雙螺旋結(jié)構(gòu)嘌呤與嘧啶形狀扁平，成疏水性，分布于雙螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)。大量堿基層層堆積，兩相鄰堿基的平面十分貼的內(nèi)側(cè)。大量堿

24、基層層堆積，兩相鄰堿基的平面十分貼近，于是使近，于是使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一個(gè)強(qiáng)大的疏水區(qū)，雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一個(gè)強(qiáng)大的疏水區(qū)，與介質(zhì)中的水分隔開，在與介質(zhì)中的水分隔開，在DNA分子內(nèi)部形成疏水核心，分子內(nèi)部形成疏水核心，核心內(nèi)幾乎沒有游離的水分子，免遭水溶性活性小分子核心內(nèi)幾乎沒有游離的水分子，免遭水溶性活性小分子的攻擊，保證堿基在化學(xué)上的穩(wěn)定性。的攻擊，保證堿基在化學(xué)上的穩(wěn)定性。 堿基堆積力堿基堆積力是維持是維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要作用力。要作用力。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 互補(bǔ)堿基之間的氫鍵：互補(bǔ)堿基之間的氫鍵： G-C間有間有3個(gè)氫鍵，個(gè)氫

25、鍵，A-T之間僅有之間僅有2個(gè)氫鍵。個(gè)氫鍵。 故前者較穩(wěn)定。故前者較穩(wěn)定。離子鍵：離子鍵： 帶負(fù)電荷磷酸之間的靜電斥力帶負(fù)電荷磷酸之間的靜電斥力會(huì)造成不穩(wěn)定，會(huì)造成不穩(wěn)定，但帶負(fù)電荷磷酸可與陽離子結(jié)合有助于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。但帶負(fù)電荷磷酸可與陽離子結(jié)合有助于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 Na+、K+、Mg2+、Mn2+ 或是真核細(xì)胞內(nèi)的組蛋白之或是真核細(xì)胞內(nèi)的組蛋白之間形成的離子鍵，中和了負(fù)電荷，降低了間形成的離子鍵，中和了負(fù)電荷，降低了DNA鏈本鏈本身不同部位之間的斥力。身不同部位之間的斥力。生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryDNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提出的生物學(xué)意義雙螺旋結(jié)構(gòu)提出的生物學(xué)意義 該模型揭示了該

26、模型揭示了DNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有價(jià)值的是確認(rèn)了最有價(jià)值的是確認(rèn)了堿基配對原則堿基配對原則，這是，這是DNA復(fù)制、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞和表達(dá)轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞和表達(dá)的分子基礎(chǔ)。該模型的提出是的分子基礎(chǔ)。該模型的提出是20世紀(jì)生命科學(xué)的重大世紀(jì)生命科學(xué)的重大突破之一，它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)突破之一，它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)飛速發(fā)展的基石。生命科學(xué)飛速發(fā)展的基石。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 如果人體有如果人體有1014個(gè)細(xì)胞，每個(gè)體細(xì)胞的個(gè)細(xì)胞，每個(gè)體細(xì)胞的DNA

27、量為量為6.4109對核苷酸。試計(jì)算人體對核苷酸。試計(jì)算人體DNA的總長度是多的總長度是多少？這個(gè)長度與太陽少？這個(gè)長度與太陽-地球之間的距離（地球之間的距離（1.5108 km）相比如何？）相比如何？每個(gè)體細(xì)胞內(nèi)每個(gè)體細(xì)胞內(nèi)DNADNA的總長度：的總長度：6.46.410109 90.34=2.1760.34=2.17610109 9nmnm人體人體DNADNA的總長度：的總長度：2.1762.17610109 910101414=2.176=2.17610102323nm=2.176nm=2.17610101111 km km這個(gè)長度與太陽這個(gè)長度與太陽地球之間的距離之比為地球之間的距離之

28、比為2.1762.17610101111/1.5/1.510108 81451(1451(倍倍) )生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（四）（四）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性Z型型DNAB型型DNAA型型DNAA-DNA B-DNA & H-DNA生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryDNADNA的的三股螺旋三股螺旋生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 多聚嘧啶和多聚嘌呤組成的多聚嘧啶和多聚嘌呤組成的DNADNA螺旋區(qū)螺旋區(qū)段，其序列中有較長的段，其序列中有較長的鏡像重復(fù)鏡像重復(fù)時(shí)，形成時(shí)，形成局部三股配對局部三股配對，

29、并互相盤繞的三股螺旋，并互相盤繞的三股螺旋，其中兩股的堿基按其中兩股的堿基按Watson-CrickWatson-Crick方式配對，方式配對，第三股多聚嘧啶（鏡像重復(fù)）通過第三股多聚嘧啶（鏡像重復(fù)）通過TATTAT和和CGCCGC+ +配對，而處于雙螺旋的大溝中。配對，而處于雙螺旋的大溝中。* * DNA DNA三股螺旋三股螺旋生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryDNADNA的的三股螺旋三股螺旋生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryDNA三螺旋的堿基配對三螺旋的堿基配對生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryDNA三螺旋的堿基配對三螺旋的堿基配對生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemi

30、stryDNA的其它螺旋結(jié)構(gòu)的其它螺旋結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu) 鏡像重復(fù)鏡像重復(fù) 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu)雙鏈雙鏈DNADNA中含有的二個(gè)結(jié)構(gòu)相同、方中含有的二個(gè)結(jié)構(gòu)相同、方向相反的序列稱為反向重復(fù)向相反的序列稱為反向重復(fù)序列，也稱為回文結(jié)構(gòu)，每序列，也稱為回文結(jié)構(gòu)，每條單鏈以任一方向閱讀時(shí)都條單鏈以任一方向閱讀時(shí)都是一樣的是一樣的。 短的回文結(jié)構(gòu)可能是一短的回文結(jié)構(gòu)可能是一種特別的信號，如限制性內(nèi)種特別的信號，如限制性內(nèi)切酶的識別位點(diǎn)。較長的回切酶的識別位點(diǎn)。較長的回文結(jié)構(gòu)能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。文結(jié)構(gòu)能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。5335生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry

31、AATTCAAGGGAGAAGTATAGAAGAGGGAAGGATC TTAAGTTCCCTCT TCATATCT TCTCCCTTCCTAG 存在于存在于同一股同一股上的某些上的某些DNADNA區(qū)段的反向重復(fù)區(qū)段的反向重復(fù)序列。此序列各單股中沒有互補(bǔ)序列，不能形序列。此序列各單股中沒有互補(bǔ)序列，不能形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。成發(fā)夾結(jié)構(gòu)。鏡像重復(fù)鏡像重復(fù)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry三、三、 DNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix 或或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。 正超螺旋

32、正超螺旋(positive supercoil)盤繞方向與盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同雙螺旋方同相同 負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋(negative supercoil)盤繞方向與盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反雙螺旋方向相反 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry意義意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對于變化及其調(diào)控對于DNA復(fù)制和復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過轉(zhuǎn)錄過程具有關(guān)鍵作用。程具有關(guān)鍵作用。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第第 四四 節(jié)節(jié)核酸與蛋白質(zhì)的復(fù)合體核酸與蛋白質(zhì)的復(fù)合體Complex of Nucleic Acid and Protein生

33、物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一、染色體一、染色體 染色體染色體泛指病毒、細(xì)菌、真核細(xì)胞遺傳泛指病毒、細(xì)菌、真核細(xì)胞遺傳信息庫中的核酸分子。信息庫中的核酸分子。真核生物染色體由真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是其基本單位是核小體核小體(nucleosome)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry核小體的組成核小體的組成DNA： 約約200bp 組蛋白：組蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4組蛋白組蛋白核心核心八聚體八聚體2 =生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry真核真核-核小體的結(jié)構(gòu)核小體的結(jié)構(gòu)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry核小體

34、和染色質(zhì)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry串珠狀核小體結(jié)構(gòu)串珠狀核小體結(jié)構(gòu)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry真核生物染色體真核生物染色體DNADNA組組裝不同層次的結(jié)構(gòu)裝不同層次的結(jié)構(gòu)DNA （2nm）核小體鏈（核小體鏈（ 11nm，每個(gè)核小體，每個(gè)核小體200bp）纖絲（纖絲（ 30nm，每圈，每圈6個(gè)核小體）個(gè)核小體）突環(huán)（突環(huán)（ 150nm，每個(gè)突環(huán)大約，每個(gè)突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（玫瑰花結(jié)（ 300nm ，6個(gè)突環(huán)）個(gè)突環(huán)）螺旋圈（螺旋圈（ 700nm，每圈，每圈30個(gè)玫瑰花結(jié)）個(gè)玫瑰花結(jié)）染色體（染色體（ 1400n

35、m，每個(gè)染色體，每個(gè)染色體含含10個(gè)螺旋圈）個(gè)螺旋圈）生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryDNA的生物學(xué)功能的生物學(xué)功能DNADNA的基本功能是以的基本功能是以基因基因的形式的形式荷荷載遺傳信息載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)。也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)。S S：光滑：光滑 R R：粗糙：粗糙生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry DNA分子中分子中不同排列順序的不同排列順序的DNA區(qū)段區(qū)段構(gòu)構(gòu)成成特定的功能單位特定的功能單位，即基因，即基因(gene)。 細(xì)胞內(nèi)遺傳信息的攜

36、帶者細(xì)胞內(nèi)遺傳信息的攜帶者-染色體所包染色體所包含的含的DNA總體稱為基因組總體稱為基因組(genome)。人類基因組含人類基因組含3 310109 9bp DNAbp DNA，理論上可編碼，理論上可編碼200200萬以上的基因，但是資料表明編碼蛋白質(zhì)的這部萬以上的基因，但是資料表明編碼蛋白質(zhì)的這部分序列只占基因組的分序列只占基因組的3 3到到5 5，也就是說，人類，也就是說，人類基因組中多達(dá)基因組中多達(dá) 9595到到9797是非編碼區(qū)。是非編碼區(qū)。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、病毒(virus) 病毒是由病毒是由核酸核酸和和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組成的非細(xì)胞生物，組成的非細(xì)胞生物，是

37、裸露的染色體。是裸露的染色體。 從結(jié)構(gòu)上看，從結(jié)構(gòu)上看，核酸在內(nèi)，蛋白質(zhì)在外核酸在內(nèi)，蛋白質(zhì)在外，包裹，包裹著核酸，這層蛋白叫做著核酸，這層蛋白叫做衣殼衣殼（capsid）。）。 病毒通常病毒通常只含有一種核酸只含有一種核酸，只含，只含DNA的叫的叫DNA病毒；只含病毒；只含RNA的叫的叫RNA病毒，目前病毒，目前尚未發(fā)現(xiàn)既含有尚未發(fā)現(xiàn)既含有DNA，又含有，又含有RNA的病毒。的病毒。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry病毒顆粒結(jié)構(gòu)示意圖生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry噬菌體噬菌體T2T2結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)頭部頭部頸圈頸圈尾部尾部基板基板尾絲尾絲尖釘尖釘DNA生物化學(xué)生物化學(xué) Bioch

38、emistryHIV virus 截面圖截面圖生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第第 五五 節(jié)節(jié) RNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)Molecular Structure of RNARNARNA的特點(diǎn)的特點(diǎn) RNARNA是是單鏈分子單鏈分子，因此在，因此在RNARNA分子中，分子中，嘌呤的總嘌呤的總數(shù)不一定等于嘧啶的總數(shù)數(shù)不一定等于嘧啶的總數(shù)。 RNARNA分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，不能形成雙螺旋的部分，則形成單鏈突環(huán)。這不能形成雙螺旋的部分，則形成單鏈突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)稱為種結(jié)構(gòu)稱為“發(fā)夾型發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。 不同類型的不同類型的RNA, RNA,

39、 其二級結(jié)構(gòu)有明顯的差異。其二級結(jié)構(gòu)有明顯的差異。 tRNAtRNA中除了常見的堿基外，還存在一些中除了常見的堿基外，還存在一些稀有堿稀有堿基基，這類堿基大部分位于突環(huán)部分。，這類堿基大部分位于突環(huán)部分。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry RNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) RNARNA的一級結(jié)構(gòu)：是由數(shù)量極其龐大的四的一級結(jié)構(gòu)：是由數(shù)量極其龐大的四種核糖核酸（種核糖核酸（AMPAMP、GMPGMP、CMPCMP、UMPUMP）按一定）按一定順序，通過順序，通過3 3 ，5 5 - -磷酸二酯鍵連成的線形分磷酸二酯鍵連成的線形分子，其表示方法與子，其表示方法與DNADNA相同。相同。 RNARNA的二

40、級結(jié)構(gòu)：是不完全螺旋的多核的二級結(jié)構(gòu)：是不完全螺旋的多核苷酸鏈。苷酸鏈。 RNARNA的三級結(jié)構(gòu)：是在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)的三級結(jié)構(gòu)：是在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭曲折疊而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。上進(jìn)一步扭曲折疊而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryRNA的二級結(jié)構(gòu)生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryRNA的二級結(jié)構(gòu)生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryRNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryRNA的主要類型與功能核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞漿小胞漿小RNA 細(xì)胞核和胞液細(xì)胞核和胞液線粒

41、體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNA核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞漿小胞漿小RNA 細(xì)胞核和胞液細(xì)胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRN

42、AtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNA生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1. tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的一級結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 含稀有堿基較多含稀有堿基較多 3 末端為末端為 CCA-OH 5 末端大多數(shù)為末端大多數(shù)為G，也有的為，也有的為C 由由7090個(gè)核苷酸組成個(gè)核苷酸

43、組成一、轉(zhuǎn)運(yùn)一、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. tRNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)三葉草形三葉草形氨基酸氨基酸臂臂額外環(huán)額外環(huán) 在結(jié)構(gòu)上具有某些共在結(jié)構(gòu)上具有某些共同之處，一般可將其同之處，一般可將其分為分為四臂四環(huán)四臂四環(huán)：包括：包括氨基酸接受臂、反密氨基酸接受臂、反密碼（環(huán)）臂、二氫尿碼（環(huán)）臂、二氫尿嘧啶（環(huán)）臂、嘧啶（環(huán)）臂、T T C C（環(huán)）（環(huán)）臂臂和可變環(huán)。和可變環(huán)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry (1) (1)氨基酸接受區(qū)氨基酸接受區(qū)包含有包含有tRNAtRNA的的3 3- -末端和末端和5 5- -末端，末端，3 3-

44、 -末端的最末端的最后后3 3個(gè)核苷酸殘基都是個(gè)核苷酸殘基都是CCACCA，A A為腺苷酸。氨基酸可與其為腺苷酸。氨基酸可與其成酯，該區(qū)在蛋白質(zhì)合成成酯，該區(qū)在蛋白質(zhì)合成中起攜帶氨基酸的作用。中起攜帶氨基酸的作用。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry (2)(2)反密碼區(qū)反密碼區(qū)與氨基酸接受區(qū)相對，與氨基酸接受區(qū)相對，一般環(huán)中含有一般環(huán)中含有7 7個(gè)核個(gè)核苷酸殘基，臂中含有苷酸殘基，臂中含有5 5對堿基。其中環(huán)中對堿基。其中環(huán)中正中的正中的3 3個(gè)核苷酸殘個(gè)核苷酸殘基稱為反密碼子?；Q為反密碼子。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry( (3)3)二氫尿嘧啶區(qū)二氫尿嘧啶區(qū) 該區(qū)含有二

45、氫尿嘧該區(qū)含有二氫尿嘧啶。環(huán)由啶。環(huán)由8-128-12個(gè)個(gè)核苷酸組成，臂核苷酸組成，臂由由3-43-4對堿基組成。對堿基組成。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry (4) (4) T T C C區(qū)區(qū) 因含因含T T C C順序而得名，環(huán)順序而得名，環(huán)由由7 7個(gè)核苷酸組成，通過個(gè)核苷酸組成，通過5 5對堿基組成的雙螺旋區(qū)對堿基組成的雙螺旋區(qū)( (T T C C臂臂) )與與tRNAtRNA的其余部的其余部分相連。除個(gè)別例外，幾分相連。除個(gè)別例外，幾乎所有乎所有tRNAtRNA在此環(huán)中都含在此環(huán)中都含有有T T C C 。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry (5)(5)可變區(qū)可變

46、區(qū) 位于反密碼區(qū)位于反密碼區(qū)與與T T C C區(qū)之間，不區(qū)之間，不同的同的tRNAtRNA該區(qū)變該區(qū)變化較大，一般有化較大，一般有3-183-18個(gè)核苷酸組個(gè)核苷酸組成。成。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry3. tRNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu) 倒倒L形形* tRNA的功能的功能活化、搬運(yùn)氨基酸活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。的翻譯。T C環(huán)環(huán)DHU環(huán)環(huán)二、核糖體二、核糖體RNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能* rRNA的功能的功能占細(xì)胞總占細(xì)胞總RNA的的80%，參與組成核，參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。生物合成的場所。生物化學(xué)

47、生物化學(xué) BiochemistryrRNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)-大腸桿菌大腸桿菌5Sr RNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 類似于三葉草型類似于三葉草型生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryrRNA與與蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組成組成核糖體核糖體原核生物（以大腸桿菌為例）原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基小亞基30S40SrRNA16S1542個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸18S1874個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)21種種占總重量的占總重量的40%33種種占總重量的占總重量的50%大亞基大亞基50S60SrRNA23S5S2940個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸28S5.8S5S

48、4718個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸160個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)36種種占總重量的占總重量的30%49種種占總重量的占總重量的35%生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry三、信使三、信使RNARNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能原核生物原核生物mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：SD序列序列：原核生物：原核生物mRNA的的5端總有一段富含端總有一段富含嘌呤堿基的序列，典型的是嘌呤堿基的序列，典型的是5-AGGAGGU-3，稱為稱為SD序列。該序列與序列。該序列與mRNA對核糖體的識別對核糖體的識別有關(guān)，有助于蛋白質(zhì)合成時(shí)的正確起始。有關(guān)，有助于蛋白質(zhì)合成時(shí)的正確起始。mRNA的功能：

49、的功能：作為蛋白質(zhì)合成的模板。作為蛋白質(zhì)合成的模板。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry* * 真核生物真核生物mRNA的的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1. 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的5 末端均在轉(zhuǎn)錄后加上末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)一個(gè)7-甲基鳥苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的甲基鳥苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C 2也也是甲基化，形成是甲基化，形成“帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)”：m7GpppNm-。2. 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的3 末端有一個(gè)多聚腺苷酸末端有一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，長約結(jié)構(gòu)，長約20-300個(gè)腺苷酸，稱為多個(gè)腺苷酸，稱為多聚聚A尾。尾。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry pol

50、yA作用：作用： 保護(hù)作用，抵抗核酸外切酶的降解；保護(hù)作用，抵抗核酸外切酶的降解； 與與mRNAmRNA從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的移動(dòng)有關(guān)；從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的移動(dòng)有關(guān)； 與與mRNAmRNA壽命有關(guān)。壽命有關(guān)。 “帽子結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)”作用：作用： 保護(hù)作用，抵御保護(hù)作用，抵御5 5- -核酸外切酶的降解作用；核酸外切酶的降解作用； 與蛋白質(zhì)合成的起始有關(guān)。與蛋白質(zhì)合成的起始有關(guān)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry核酸的理化性質(zhì)核酸的理化性質(zhì)The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 六六 節(jié)節(jié) DNA DNA為白色纖維狀固體，為白

51、色纖維狀固體，RNARNA為白色粉末狀固為白色粉末狀固體，都微溶于水，其鈉鹽在水中的溶解度較大。體，都微溶于水，其鈉鹽在水中的溶解度較大。但但不溶于乙醇不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般有機(jī)溶劑、乙醚和氯仿等一般有機(jī)溶劑。（用乙醇從溶液中沉淀核酸）（用乙醇從溶液中沉淀核酸） DNADNA和和RNARNA在細(xì)胞中常以核蛋白形式存在，兩在細(xì)胞中常以核蛋白形式存在，兩種核蛋白在鹽溶液中的溶解度不同。種核蛋白在鹽溶液中的溶解度不同。 DNADNA核蛋白核蛋白 RNARNA核蛋白核蛋白 0.14mol/L NaCl 0.14mol/L NaCl 不溶不溶 溶溶 1-2mol/L NaCl 1-2mol/L N

52、aCl 溶溶 不溶不溶一、 核酸的一般性質(zhì)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry DNA DNA溶液的黏度很大，而溶液的黏度很大，而RNARNA溶液的黏度小得多。溶液的黏度小得多。核酸發(fā)生變性或降解后其黏度降低。核酸發(fā)生變性或降解后其黏度降低。 核酸受到強(qiáng)大離心力的作用時(shí)，可從溶液中沉降核酸受到強(qiáng)大離心力的作用時(shí)，可從溶液中沉降下來，其沉降速度與核酸的大小和密度有關(guān)。下來，其沉降速度與核酸的大小和密度有關(guān)。 核酸是兩性電解質(zhì)（含堿性基團(tuán)、磷酸基團(tuán)），核酸是兩性電解質(zhì)（含堿性基團(tuán)、磷酸基團(tuán)），因磷酸的酸性強(qiáng)，常表現(xiàn)酸性。由于核酸分子在一因磷酸的酸性強(qiáng)，常表現(xiàn)酸性。由于核酸分子在一定酸度的緩沖

53、液中帶有電荷，因此可利用電泳進(jìn)行定酸度的緩沖液中帶有電荷，因此可利用電泳進(jìn)行分離和研究其特性。最常用的是凝膠電泳。分離和研究其特性。最常用的是凝膠電泳。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、核酸的紫外吸收特性二、核酸的紫外吸收特性 核酸在核酸在260nm260nm波長有最大吸收峰，是由波長有最大吸收峰，是由堿堿基的共軛雙鍵基的共軛雙鍵決定的。這一特性常用作決定的。這一特性常用作核酸的定性、定量分析。核酸的定性、定量分析。生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryOD260的應(yīng)用的應(yīng)用1. DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相當(dāng)于相當(dāng)于50 g/ml 雙鏈雙鏈DNA40g/

54、ml 單鏈單鏈DNA或或RNA2.判斷核酸樣品的純度判斷核酸樣品的純度DNA純品純品: OD260/OD280 = 1.8RNA純品純品: OD260/OD280 = 2.0生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryDNADNA的紫外吸收光譜的紫外吸收光譜1.1.天然天然DNADNA2.2.變性變性DNADNA3.3.核苷酸總吸收值核苷酸總吸收值2202402602800.10.20.30.4波長（波長（nmnm）光光吸吸收收123生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry核酸的紫外光吸收值常比其各核核酸的紫外光吸收值常比其各核苷酸成分的光吸收值之和少苷酸成分的光吸收值之和少202060%60

55、%，這是在有規(guī)律的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這是在有規(guī)律的雙螺旋結(jié)構(gòu)中堿基緊密地堆積在一起造成的。中堿基緊密地堆積在一起造成的。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry三、三、DNA的變性復(fù)性與分子雜交的變性復(fù)性與分子雜交 （一）（一） DNA的變性的變性(denaturation)定義：核酸的變性指核酸雙螺旋的氫鍵斷裂（定義：核酸的變性指核酸雙螺旋的氫鍵斷裂（不不 涉及共價(jià)鍵的斷裂涉及共價(jià)鍵的斷裂），變成單鏈，），變成單鏈，生物活性生物活性喪失喪失的過程。的過程。變性因素：熱力、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑、變性變性因素：熱力、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑、變性劑、射線、機(jī)械力等。劑、射線、機(jī)械力等。生物化學(xué)生物化學(xué)

56、 BiochemistryDNADNA的變性過程的變性過程加熱加熱部分雙螺旋解開部分雙螺旋解開 無規(guī)則線團(tuán)無規(guī)則線團(tuán) 鏈內(nèi)堿基配對鏈內(nèi)堿基配對生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryDNA變性的本變性的本質(zhì)是質(zhì)是雙鏈間氫雙鏈間氫鍵的斷裂鍵的斷裂生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 變性后理化性質(zhì)變化：變性后理化性質(zhì)變化： DNADNA溶液的粘度降低溶液的粘度降低 浮力密度增加浮力密度增加 旋光偏振光改變旋光偏振光改變 紫外吸收增加（紫外吸收增加（增色效應(yīng)增色效應(yīng)） 生物活性喪失生物活性喪失 但但DNADNA的一級結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變的一級結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistr

57、y增色效應(yīng)增色效應(yīng)：DNADNA變性時(shí)其溶液變性時(shí)其溶液ODOD260260增高的現(xiàn)象。增高的現(xiàn)象。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 當(dāng)當(dāng)DNADNA的稀鹽溶液加熱到的稀鹽溶液加熱到80-10080-100時(shí)，雙螺時(shí)，雙螺旋結(jié)構(gòu)即發(fā)生解體，兩條鏈彼此分開，形成旋結(jié)構(gòu)即發(fā)生解體，兩條鏈彼此分開，形成無規(guī)線團(tuán)。無規(guī)線團(tuán)。 熔解溫度（熔解溫度（melting temperature, Tmmelting temperature, Tm）：）：DNADNA熱熱變性過程中，紫外吸收達(dá)到最大值的一半時(shí)溶液的變性過程中，紫外吸收達(dá)到最大值的一半時(shí)溶液的溫度稱為熔解溫度（溫度稱為熔解溫度（TmTm）

58、或解鏈溫度、變性溫度。）或解鏈溫度、變性溫度。 實(shí)驗(yàn)室常用的方法實(shí)驗(yàn)室常用的方法熱變性熱變性生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 80 90 100 100%50%OD260 Tm 變性溫度范圍變性溫度范圍生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry影響影響TmTm值的因素值的因素(2)DNA(2)DNA的性質(zhì)和組成的性質(zhì)和組成(1)(1)溶液的離子強(qiáng)度溶液的離子強(qiáng)度大腸桿菌大腸桿菌DNADNA在不同濃度在不同濃度KClKCl溶液下的溶液下的熔融溫度曲線熔融溫度曲線離子強(qiáng)度越高，離子強(qiáng)度越高，TmTm值越高值越高GCGC，3 3個(gè)氫鍵，打開所需能個(gè)氫鍵，打開所需能量較量較A=TA=T大，大

59、，GC%GC%越高，越高，TmTm越高越高生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 核酸的均一性愈高的樣品，變性過程的溫度范圍愈小。核酸的均一性愈高的樣品，變性過程的溫度范圍愈小。(3) DNA的均一程度的均一程度生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（二）（二）DNA的復(fù)性的復(fù)性 DNA復(fù)性復(fù)性(renaturation)的定義的定義在適當(dāng)條件下，變性在適當(dāng)條件下，變性DNADNA的兩條互補(bǔ)鏈可恢的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性。復(fù)性。減色效應(yīng)減色效應(yīng)DNADNA復(fù)性時(shí)，其溶液復(fù)性時(shí)，其溶液ODOD260260降低。降低。熱變性的熱變

60、性的DNADNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過程稱為一過程稱為退火退火(annealing)(annealing) 。核酸的變性核酸的變性和復(fù)性和復(fù)性變性（加熱）變性（加熱）復(fù)性（緩慢冷卻）復(fù)性（緩慢冷卻） 變性變性：在物理在物理、化學(xué)因素影響下、化學(xué)因素影響下， DNADNA堿基對間的堿基對間的氫鍵斷裂，雙螺旋氫鍵斷裂，雙螺旋解開，這是一個(gè)是解開，這是一個(gè)是躍 變 過 程 ， 伴 有躍 變 過 程 ， 伴 有A A260260增加（增加（增色效增色效應(yīng)應(yīng)）,DNA,DNA的功能喪的功能喪失。失。 復(fù)性復(fù)性：在一：在一定 條 件 下 ， 變 性定 條 件 下 ， 變 性D

61、NADNA單鏈間堿基重單鏈間堿基重新配對恢復(fù)雙螺旋新配對恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)，伴有結(jié)構(gòu)，伴有A A260260減減小 （小 （ 減 色 效 應(yīng)減 色 效 應(yīng) ）,DNA的功能恢復(fù)。的功能恢復(fù)。 （三）核酸分子雜交（三）核酸分子雜交 (hybridization)在在DNADNA變性后的復(fù)性過程中，如果將不同種類變性后的復(fù)性過程中，如果將不同種類的的DNADNA單鏈分子或單鏈分子或RNARNA分子放在同一溶液中，只要兩分子放在同一溶液中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對關(guān)系，種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對關(guān)系，在適宜的條件（溫度及離子強(qiáng)度）下，就可以在不在適宜的條件（溫度及離子強(qiáng)度

62、）下，就可以在不同的分子間形成同的分子間形成雜化雙鏈雜化雙鏈(heteroduplex)(heteroduplex)。這種雜化雙鏈可以在不同的這種雜化雙鏈可以在不同的DNADNA與與DNADNA之間形成，之間形成，也可以在也可以在DNADNA和和RNARNA分子間或者分子間或者RNARNA與與RNARNA分子間形成。分子間形成。這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交核酸分子雜交。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry變性變性復(fù)性復(fù)性復(fù)性復(fù)性生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry核酸分子雜交的應(yīng)用核酸分子雜交的應(yīng)用研究研究DNA分子中某一種基因的位置分子中某一種基因的位置鑒定兩種核酸分子間

63、的序列相似性鑒定兩種核酸分子間的序列相似性檢測目的基因表達(dá)水平的高低檢測目的基因表達(dá)水平的高低是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ)是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ) Southern印跡法印跡法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瓊脂糖電泳瓊脂糖電泳轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜上轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜上與放射性標(biāo)記與放射性標(biāo)記DNA探針雜交探針雜交放射自顯影放射自顯影帶有帶有DNA片片段的凝膠段的凝膠凝膠凝膠濾膜濾膜用緩沖液用緩沖液轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移DNA吸附有吸附有DNA片段的膜片段的膜生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry四、核酸的顏色反應(yīng)四、核酸的顏色反應(yīng)1.鉬藍(lán)反應(yīng)（核酸中磷酸的反應(yīng)） Pi + (NH4)3MoO4

64、 + Vc 鉬藍(lán)（藍(lán)色） 2.苔黑酚反應(yīng)（RNA中核糖的反應(yīng)） RNA + 濃HCl +苔黑酚 藍(lán)綠色 3.二苯胺反應(yīng) DNA + 二苯胺+ 濃H2SO4 藍(lán)色物100、Fecl3少量冰醋酸 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 復(fù)習(xí)題：復(fù)習(xí)題：1. 概念概念（1） DNA的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu) （2）核苷多磷酸核苷多磷酸 （3） DNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu) （4）核酸的變性核酸的變性 （5）增色效應(yīng)增色效應(yīng) （6）核酸的復(fù)性核酸的復(fù)性 （7）減色效應(yīng)減色效應(yīng) （8） Tm 2. 簡述簡述DNA右手雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。右手雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容。3. 簡述簡述DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素。的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素。4. 簡述簡述tRNA的二級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。的二級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。5. 簡述真核生物簡述真核生物mRNA 3端端polyA尾巴的作用。尾巴的作用。6. 簡述分子雜交的概念及應(yīng)用。簡述分子雜交的概念及應(yīng)用。7. DNA變性后哪些性質(zhì)發(fā)生改變？變性后哪些性質(zhì)發(fā)生改變？8. 簡述影響簡述影響Tm值的因素。值的因素。