第二章+核酸化学课件.ppt

第二章 核酸化学,Nucleic Acid,第二章 核酸化学Nucleic Acid,核酸的概念和重要性,核酸的组成成分,DNA的结构,DNA和基因组,RNA的结构和功能,核酸的性质,核酸的序列测定,核酸的概念和重要性核酸的组成成分DNA的结构DNA和基因组R,第一节核酸的概念和重要性,第一节核酸的概念和重要性,1868年，瑞士的内科医生Friedrich Miescher从外科医院包扎伤口的绷带上的脓细胞核中提取到一种富含磷元素的酸性化合物，将其称为核素(nuclein)；后来他又从鲑鱼精子中分离出类似的物质，并指出它是由一种碱性蛋白质与一种酸性物质组成的，此酸性物质即是现在所知的核酸(nucleic acid)。,1868年，瑞士的内科医生Friedrich Miesch,第二章+核酸化学课件,1944年,Oswald Avery,Colin Macleod和Maclyn McCarty发现，一种有夹膜、表面光滑、具致病性的肺炎球菌中提取的核酸DNA(deoxyribonucleic acid,脱氧核糖核酸)，可使另一种无夹膜，表面粗糙、不具致病性的肺炎球菌的遗传性状发生改变，转变为有夹膜，具有致病性的肺炎球菌，且转化率与DNA纯度呈正相关，若将DNA预先用DNA酶降解，转化就不发生。该项实验彻底纠正了蛋白质携带遗传信息这一错误认识，确立了核酸是遗传物质的重要地位；,1944年,Oswald Avery,Colin Macl,第二章+核酸化学课件,DNA遗传作用的进一步肯定来自Alfred Hershey和Martha Chase对一个感染大肠杆菌的病毒的研究。即用放谢性同位素32P标记噬菌体DNA，35S标记其蛋白质外壳，再用标记的噬菌体去感染培养的大肠杆菌，结果发现进入细菌体内，使细菌生长、繁殖发生变化的是32P标记的DNA，而不是35S标记的蛋白质，并且新繁殖生成的噬菌体不含35S，只含32P。,DNA遗传作用的进一步肯定来自Alfred Hershey,第二章+核酸化学课件,第二章+核酸化学课件,核酸分为两大类.脱氧核糖核酸（DNA）Deoxyribonucleic Acid核糖核酸（RNA）Ribonucleic Acid,核酸的分类,核酸分为两大类.核酸的分类,脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid,DNA）：遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为类核的结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。核糖核酸（ribonucleic acid,RNA）：主要参与遗传信息的传递和表达过程，细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者。另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离的RNA分子，还发现有些RNA具生物催化作用（ribozyme）。,脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid,第二章+核酸化学课件,分布,含量,DNA含量恒定，RNA含量与细胞生长状态有关。,分布含量DNA含量恒定，RNA含量与细胞生长状态有关。,第二节、核酸的组成成分,核酸 nucleic acid,核苷酸 nucleotide,核苷 nucleoside,磷酸 phosphate,嘌呤碱 purine base 或 嘧啶碱 pyrimidine base,（碱基 base）,核糖 ribose 或 脱氧核糖 deoxyribose,（戊糖 amyl sugar）,第二节、核酸的组成成分核酸 nucleic acid核苷酸,（一）核糖和脱氧核糖,-D-2-核糖,-D-2-脱氧核糖,O,核糖+H+,糠醛,甲基间苯二酚,FeCl3,绿色产物,脱氧核糖+H+,-羟基-酮戊醛,二苯胺,蓝色产物,RNA和DNA定性、定量测定,（一）核糖和脱氧核糖OHOH2COHOHOH12OHOH2C,（二）嘌呤碱和嘧啶碱,1,2,3,4,5,6,7,8,9,嘌呤,NH2,腺嘌呤 adenine,（A）,O,H2N,鸟嘌呤 guanine,（G）,（二）嘌呤碱和嘧啶碱NNNNHHHHNNNNHHHH1234,嘧啶,1,2,3,4,5,6,NH2,O,H,胞嘧啶 Cytosine,（C）,尿嘧啶 uracil,（U）,O,O,H,H,CH3,胸腺嘧啶 thymine,（T）,NNHHHH嘧啶123456NNHHHHNH2OH胞嘧啶 C,H,H,烯醇式,NNOOHHH酮式HNNOOHHH酮式HHH烯醇式,（三）核苷,腺 苷,NH2,糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键,（三）核苷OHOH2COHOHOH12345核,尿苷,OH,假尿苷（）,OHOH2COHOHOH12345核 糖OHOH,（四）核苷酸,（四）核苷酸OO（N=A、G、C、U、T）HH(O)H1,核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNA或RNA结构单元的核苷酸分别是5-磷酸-脱氧核糖核苷和5-磷酸-核糖核苷。,核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNA或RNA结构单元的核苷酸分别,P,O-,-O,胸苷-5-磷酸,O,ADP,ATP,ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸),OHOH2COHOHOH12345核 糖NNNN,ATP的性质,ATP 分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。ATP水解时,可以释放出大量自由能。ATP 是生物体内最重要的能量转换中间体。ATP 水解释放出来的能量用于推动生物体内各种需能的生化反应。ATP 也是一种很好的磷酰化剂。磷酰化反应的底物可以是普通的有机分子，也可以是酶。磷酰化的底物分子具有较高的能量（活化分子），是许多生物化学反应的激活步骤。,ATP的性质ATP 分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。A,各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和DNA合成的直接原料。,在体内能量代谢中的作用：,ATP能量“货币”,UTP参加糖的互相转化与合成,CTP参加磷脂的合成,GTP参加蛋白质和嘌呤的合成,各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和DNA合成的,cAMP(3,5-环腺嘌呤核苷一磷酸)和 cGMP(3,5-环鸟嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作为细胞之间传递信息的信使。,第二信使cAMP,cAMP(3,5-环腺嘌呤核苷一磷酸)和 cGMP(,（五）核苷酸的连接方式,核酸的一级结构多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定的顺序组合而成的线性结构聚合物，因此，它具有一定的核苷酸顺序，即碱基顺序。核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。,（五）核苷酸的连接方式核酸的一级结构,核苷酸之间的共价键,3-5 磷酸二酯键,OHO-O OCH2 TO=PO-35OHOHO-,在多聚核苷酸中，两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通常称为53磷酸二酯键。多聚核苷酸链一端的C5带有一个自由磷酸基，称为5-磷酸端（常用5-P表示）；另一端C3带有自由的羟基，称为3-羟基端（常用3-OH表示）。多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是53或是35。,在多聚核苷酸中，两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通常称为5,结构式,线条式,5 ACTGCATAGCTCGA 3,字母式,核酸一级结构的表示法,53结构式53 p p p pOH3ACTG1线,碱基（嘧啶、嘌呤）核糖/脱氧核糖,核苷酸,3-5 磷酸二酯键,核酸,糖苷键,核苷,磷酸,5磷酯键,RNA：AMP、GMP、CMP、UMPDNA：dAMP、dGMP、dCMP、dTMP,碱基（嘧啶、嘌呤）核苷酸3-5 磷酸二酯键核酸糖苷键核苷,一、DNA 一级结构 二、DNA的二级结构三、DNA的三级结构,第三节 DNA的结构,一、DNA 一级结构 第三节 DNA的结构,定义：DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3-5磷酸二酯键）和排列顺序叫做DNA的一级结构，简称为碱基序列。一级结构的走向的规定为53。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。一级结构的表示法：结构式，线条式，字母式,一、DNA 的一级结构,定义：DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3-5磷,结构式,线条式,5 ACTGCATAGCTCGA 3,字母式,DNA 一级结构的表示法,53结构式53 p p p pOH3ACTG1线,1 DNA的 双螺旋结构(Watson-Crick模型)2 双螺旋结构模型的主要依据 3 DNA双螺旋结构 特征 及 意义 4 DNA双螺旋的多态性,二、DNA 的二级结构,1 DNA的 双螺旋结构(Watson-Crick,1 DNA的 双螺旋结构(Watson-Crick模型),1 DNA的 双螺旋结构(Watson-Crick模型),2 双螺旋结构模型的主要依据,（1）Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA纤维具有相似的X射线衍射图谱。,2 双螺旋结构模型的主要依据（1）Wilkins和,1950年，Chargaff 首先注意到DNA碱基组成的某些规律性，在总结出DNA碱基组成的规律：A、腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即 A=T。B、鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数也相等，即G=C。C、嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=C+T。,2、DNA碱基组成的 Chargaff 规则,1950年，Chargaff 首先注意到DNA碱基组成的某些,（3）电位滴定行为,证明嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连接。Pauling 和Corey发现A与T生成2个氢键、C与G生成3个氢键,（3）电位滴定行为证明嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连接。,3、DNA的双螺旋模型特点,A、两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成（右手螺旋），螺旋表面有一条大沟和一条小沟。,5 3,3、DNA的双螺旋模型特点A、两条反向平行的多聚核苷酸链沿一,B、磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按A T（两个氢键），G-C配对（三个氢键）。,B、磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成,C、螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm，螺旋结构每隔10个碱基对（base pair,bp）重复一次，间隔为3.4nm,3.4,34,C、螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm，螺旋结,第二章+核酸化学课件,1、氢键 2、碱基堆集力 3、磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和4、碱基处于疏水环境中,稳定 DNA 双螺旋结构的因素,1、氢键 稳定 DNA 双螺旋结构的因素,DNA双螺旋结构模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出，是本世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。,3、DNA 的双螺旋结构的意义,DNA双螺旋结构模型揭示了DNA作为遗传物质,4,DNA 双螺旋的不同构象,4,DNA 双螺旋的不同构象,第二章+核酸化学课件,第二章+核酸化学课件,A B Z,外型 粗短 适中 细长,螺旋方向 右手 右手 左手,螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nm,碱基直升 0.23nm 0.34nm 0.38nm,每圈碱基数 11 10 12,碱基倾角 190 00 90,大沟 很窄很深 很宽较深 平坦,小沟 很宽、浅 窄、深 较窄很深,Z-DNA,三种DNA双螺旋构象比较,A B,三、DNA 的三级结构,1、什么是DNA的三级结构？（定义）,2、超螺旋 DNA（Supercoiled DNA）,三、DNA 的三级结构1、什么是DNA的三级结构？（定义）2,DNA的三级结构，是指双螺旋DNA分子通过扭曲和折叠所形成的特定构象，包括不同二级结构单元间的相互作用、单链和二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征。,DNA 三级结构的定义,Back,DNA的三级结构，是指双螺旋DNA分子通过,超螺旋,螺旋,超螺旋,超螺旋螺旋超螺旋,DNA 超螺旋的形成,L=25,T=25,W=0松弛环形1152010523L=2,L为连环数（linking number）：DNA双螺旋中一条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数。T指DNA分子中的螺旋数（twisting number）W为超螺旋数或缠绕数（writhing number）,超螺旋的拓扑学公式：L=T+W,超螺旋状态的定量描述,L为连环数（linking number）：DNA双螺旋中一,DNA 超螺旋结构形成的意义,使DNA形成高度致密状态从而得以装入核中；推动DNA结构的转化以满足功能上的需要。如负超螺旋分子所受张力会引起互补链分开导致局部变性，利于复制和转录。,Back,DNA 超螺旋结构形成的意义 使DNA形成高度致密状态,染色体包装的结构模型,多级螺旋模型压缩倍数 7 6 40 5（8400）DNA 核小体 螺线管 超螺线管 染色单体 2nm 10nm 30(10)nm 400nm 210m 一级包装 二级包装 三级包装 四级包装,染色体包装的结构模型多级螺旋模型,第二章+核酸化学课件,四、DNA与基因组织,DNA,Transcription,RNA（mRNA、tRNA、rRNA）,Translation,Protein,基因,基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能单位。,结构基因,调节基因,基因组,（一）DNA与基因,四、DNA与基因组织DNATranscription,（二）原核生物基因组的特点,1.DNA大部分为结构基因，每个基因出现频率低。,2.功能相关基因串联在一起，并转录在同一mRNA中（多顺反子）。,3.有基因重叠现象。,（二）原核生物基因组的特点1.DNA大部分为结构基因，每,（三）真核生物基因组的特点,1.重复序列,单拷贝序列,：在整个DNA中只出现一次或少数几次，主要为编码蛋白质的结构基因。,中度重复序列,：在DNA中可重复几十次到几千次。,高度重复序列,：可重复几百万次,（三）真核生物基因组的特点1.重复序列单拷贝序列：在整个,2.有断裂基因,mRNA,1 872bp,内含子（intron)：基因中不为多肽编码，不在mRNA中出现。,外显子（exons）：为多肽编码的基因片段。,：由于基因中内含子的存在。,例外：组蛋白基因(histongene)和干扰素基因(interferon gene)没有内含子。,transcription,2.有断裂基因mRNA1 872bp内含子（intron,一、RNA一级结构 和类别二、tRNA 的分子结构三、rRNA的分子结构四、mRNA的分子结构,第五节 RNA 的分子结构,Back,一、RNA一级结构 和类别第五节 RNA 的分子结构B,RNA分子中各核苷之间的连接方式（3-5磷酸二酯键）和排列顺序叫做 RNA的一级结构,RNA与DNA的差异 DNA RNA糖 脱氧核糖 核糖碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基 含稀有碱基,RNA 的一级结构,Back,RNA分子中各核苷之间的连接方式（3-5磷酸,1、信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋白质合成中起模板作用；2、核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）：与蛋白质结合构成核糖体（ribosome）,核糖体是蛋白质合成的场所；3、转移RNA（transfer RNA，tRNA）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。,RNA 的类别,Back,1、信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在,二级结构特征：单链 三叶草叶形 四臂四环,一、tRNA 的结构,三级结构 特征：在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒L型,Back,二级结构特征：一、tRNA 的结构三级结构 特征：Back,酵母 tRNA Ala 的二级结构,Back,D环IGC反密码子反密码环氨基酸臂可变环TC环CCAAla,tRNA 的三级结构,Back,tRNA 的三级结构Back,二、rRNA,占细胞RNA总量的80%，rRNA（60%）与蛋白质（40%）共同组成核糖体。,二、rRNA占细胞RNA总量的80%，原 核 生 物,特征：单链，螺旋化程度较tRNA低 与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能,5s RNA 的二级结构,rRNA 的分子结构,Back,特征：单链，螺旋化程度较tRNA低5s RNA 的二级结构,三、mRNA与hnRNA,mRNA约占细胞RNA总量的35%，是蛋白质合成的模板。,真核生物mRNA的前体在核内合成，包括整个基因的内含子和外显子的转录产物，形成分子大小极不均匀的hnRNA。,三、mRNA与hnRNAmRNA约占细胞RNA总量的35%,原核生物mRNA：先导区-翻译区（多顺反子）-末端序列真核生物mRNA：“帽子”-单顺反子-“尾巴”,三、mRNA 的分子结构,（m7G-5ppp5-N-3p）,（Poly A）,Back,原核生物mRNA：三、mRNA 的分子结构（m7G-5pp,顺反子,顺反子,顺反子,插入顺序,插入顺序,先导区,末端顺序,原核细胞mRNA的结构特点,Back,53顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序先导区末端顺序原核,顺反子,真核细胞mRNA的结构特点,Back,AAAAAAA-OH5“帽子”PolyA 3 顺反子m,四、snRNA和asRNA,snRNA主要存于细胞核中，占细胞RNA总量的0.11%，与蛋白质以RNP（核糖核酸蛋白）的形式存在，在hnRNA和rRNA的加工、细胞分裂和分化、协助细胞内物质运输、构成染色质等方面有重要作用。,asRNA可通过互补序列与特定的mRNA结合，抑制mRNA的翻译，还可抑制DNA的复制和转录。,四、snRNA和asRNAsnRNA主要存于细胞核中，占细胞,五、RNA的其它功能,1981年，Cech发现RNA的催化活性，提出核酶（ribozyme）。,大部分核酶参加RNA的加工和成熟，也有催化C-N键的合成。23SrRNA具肽酰转移酶活性。,RNA在DNA复制、转录、翻译中均有一定的调控作用，与某些物质的运输与定位有关。,五、RNA的其它功能1981年，Cech发现RNA的催化活性,六、核酸的性质,（一）一般理化性质,1.为两性电解质，通常表现为酸性。,2.DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，不溶于有机溶剂。,3.DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液要小得多。,4.RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定。,5.利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA。,六、核酸的性质（一）一般理化性质1.为两性电解质，通常表现为,核酸的两性性质,与蛋白质相似，核酸分子中既含有酸性基团（磷酸基）也含有碱性基团（氨基），因而核酸也具有两性性质。由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性（氨基）是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。如DNA的等电点为44.5，RNA的等电点为22.5。RNA的等电点比DNA低的原因，是RNA分子中核糖基2-OH通过氢键促进了磷酸基上质子的解离。DNA没有这种作用。,核酸的两性性质与蛋白质相似，核酸分子中既含有酸性基团（磷酸基,核苷酸的解离曲线,Back,pK1=0.9pK3=6.2pK2=3.7,核酸的水解,酸或碱水解 核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断。DNA和RNA对酸或碱的耐受程度有很大差别。例如，在0.1 mol/L NaOH溶液中，RNA几乎可以完全水解，生成2-或3-磷酸核苷；DNA在同样条件下则不受影响。这种水解性能上的差别，与RNA核糖基上2-OH的邻基参与作用有很大的关系。在RNA水解时，2-OH首先进攻磷酸基，在断开磷酯键的同时形成环状磷酸二酯，再在碱的作用形成水解产物。,Back,核酸的水解酸或碱水解 Back,核糖+H+,糠醛,甲基间苯二酚,FeCl3,绿色产物,脱氧核糖+H+,-羟基-酮戊醛,二苯胺,蓝色产物,RNA和DNA定性、定量测定,核糖+H+糠醛甲基间苯二酚FeCl3绿色产物脱氧核糖,（二）核酸的紫外吸收性质,核酸的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸收性质，吸收峰在260nm（蛋白质的紫外吸收峰在280nm）。,123,天然DNA变性DNA核苷酸总吸收值,（二）核酸的紫外吸收性质核酸的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸,核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少3040%，当核酸变性或降解时光吸收值显著增加（增色效应），但核酸复性后，光吸收值又回复到原有水平（减色效应）。,变性DNA,-ATGCCGGAATTCCGATTGCA-,-TACGGCCTTAAGGCTAACGT-,增色效应和减色效应,Back,核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少30,核酸的定量分析及纯度鉴定（粗略）,1、定量分析：,1 OD260nm,2、纯度初步鉴定：,A260nmA280nm,50 mg/ml双链DNA,20 mg/ml单链寡核苷酸,40 mg/ml单链DNA或RNA,=2.0,=1.8,1.8,RNA纯品,DNA纯品,？,蛋白质或酚污染,核酸紫外吸收性质的应用,核酸的定量分析及纯度鉴定（粗略）1、定量分析：1 OD260,（三）核酸结构的稳定性,1.碱基对间的氢键；2.碱基堆积力；3.环境中的正离子。,（三）核酸结构的稳定性1.碱基对间的氢键；,（四）核酸的的变性,1、变性的概念双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规线团状，只涉及次级键的破坏。增色效应粘度下降、浮力密度增高生物学功能部分或全部丧失核酸降解：磷酸二酯键断裂,（四）核酸的的变性1、变性的概念,DNA变性是个突变过程，类似结晶的熔解。将紫外吸收的增加量达到最大增量一半时的温度称熔解温度（Tm）,Tm,Tm,2、热变性与Tm,DNA变性是个突变过程，类似结晶的熔解。将紫外吸收的增加量达,影响Tm的因素：,（1）G-C的相对含量（G+C）%=（Tm 69.3）2.44,（2）介质离子强度低，Tm低。,（3）高pH下碱基广泛去质子而丧失形成氢键的能力。,（4）变性剂如甲酰胺、尿素、甲醛等破坏氢键，妨碍碱基堆积，使Tm下降。,影响Tm的因素：（1）G-C的相对含量（2）介质离子强度低，,变性（加热）,复性（缓慢冷却）,复性：在一定条件下，变性 DNA 单链间碱基重新配对恢复双螺旋结构，伴有A260减小（减色效应），DNA的功能恢复。,（五）核酸的复性,变性（加热）复性（缓慢冷却）复性：在一定条件下，变性 DNA,变性核酸的互补链在适当条件下重新缔合成双螺旋的过程。（Annealing，退火）？,影响复性速度的因素：,（1）单链片段浓度,（2）单链片段的大小,（3）片段内重复序列的多少,（4）溶液离子强度的大小,（5）溶液温度变化（Tm25）,热变性：上火,影响核酸复性的因素,变性核酸的互补链在适当条件下重新缔合成双螺旋,聚合酶链式反应（PCR）,DNA Polymerase Chain Reaction,5,5,3,3,变性、退火、延伸（30个循环）,加热变性,加入引物后降温退火,在DNA聚合酶作用下延伸,扩增百万倍,5353聚合酶链式反应（PCR）DNA Polyme,不同来源的DNA单链间或单链DNA与RNA之间只要有碱基配对的区域，在复性时可形成局部双螺旋区，称核酸分子杂交（hybridization）,（六）分子杂交,不同来源的DNA单链间或单链DNA与RNA之间只要有碱基配对,Northern/Southern Blot 基本流程图,制备总RNA/DNA样品琼脂糖凝胶电泳印迹转移至薄膜与同位素,限制性酶切割,转移至硝酸 纤维素膜上,与放射性标记DNA探针杂交,放射自显影,DNA 分子,Southern Blot 图解,琼脂糖电泳,DNA 片段,限制性酶切割转移至硝酸 纤维素膜上与放射性标记放射自显,Northern,DNA 阵列,被固定物,被标记物,探针 probe,mRNA,mRNA?,探针 probe,DNA 微阵列（DNA MicroArray）,cDNA,NorthernDNA 阵列被固定物被标记物探针 probe,七、核酸的序列测定,目前多采用Sanger的酶法和Gilbert的化学法,七、核酸的序列测定目前多采用Sanger的酶法和Gilber,DNA 序列分析原理,C,T,A,C,T,A,G,T,3,DNA聚合酶,dA,-GGCdA,问题？,-GGCA,C,T,T,G,T,-,?,续图,DNA 序列分析原理CCGTACGTAA53DNA单链模,GGC,GGCA,GGCAC,GGCACT,GGCACTA,GGCACTAT,GGCACTATG,GGCACTATGT,5端,5端,3端,3端,DNA 序列分析原理图（续）,Back,3-CCGTGATACA-5 模板测序引物,模板,引物,GGC,GGCC,GGCCATC,C,ddCTP,GGCCA,GGCCATCGTTGA,ddATP,A,GGCCATCG,GGCCATCGTTG,G,ddGTP,GGCCAT,GGCCATCGT,GGCCATCGTT,T,ddTTP,CCGGTAGCAATT35模板引物GG5,八、核酸的生物学功能和实践意义,核酸是基本遗传物质，在蛋白质的生物合成上又占有重要位置，因而在个体的生长、生殖、遗传、变异和转化等一系列生命现象中起决定性作用。,（一）核酸与遗传信息的传递,DNA是基本遗传物质 有了一定结构的DNA，才能产生一定结构的蛋白质，由一定结构的蛋白质才有一定形态和生理特征，所以根据DNA的特定遗传密码产生的蛋白质就代表特定生物的遗传性。在遗传过程中DNA的具体作用：（1）在细胞分裂时按照自己的结构精确复制传给后代；（2）作为模板将所贮遗传信息传给mRNA。,八、核酸的生物学功能和实践意义核酸是基本遗传物质，在蛋白质的,RNA在传递遗传信息上的作用 mRNA是蛋白质合成的模板；tRNA识别mRNA上的遗传密码，转运特定氨基酸到核糖体上合成肽链；rRNA是核糖体的主要成分，是翻译工作的场所。,（二）核酸与蛋白质的生物合成,DNA转录为mRNA是有选择的，tRNA和rRNA也是DNA的转录产物。,（三）核酸结构改变与生物变异,一切生物的变异和进化都可以说是由于DNA的结构改变而引起蛋白质改变的结果。,RNA在传递遗传信息上的作用（二）核酸与蛋白质的生物合成DN,生物遗传的变异起源于DNA碱基配对的改变，有的由于DNA碱基的颠倒（如TA被颠倒为AT）或被调换（如GC被换为TA）；有的由于在DNA复制过程中被遗漏了一对或多了一对核苷酸，或者在转译时发生了差误，如氨酰tRNA合成酶错将一个结构与正常氨基酸十分相似的物质交给tRNA。还有一些生物的遗传性状发生了突变。,（四）DNA与细菌转化,一种细菌的遗传性状因吸收了另一种细菌的DNA而发生改变的现象，称为细菌的转化。,（五）核酸与病变,遗传性疾病是由于遗传缺陷而产生的，也就是DNA结构改变的结果。镰刀型红细胞贫血和白化病(albinism)。,生物遗传的变异起源于DNA碱基配对的改变，有的由于DNA碱基,病毒对活细胞的侵染是寄主发生疾病，主要是由于核酸的作用。流感、肝炎、带状疱疹、脊髓灰质炎、白血病、烟草斑纹病。,（六）遗传工程,遗传工程是用人工方法改组DNA，从而培育新型生物品种的技术。,实验室中将细菌作材料研究遗传工程过程可分为：（1）重组DNA分子（基因重组）；（2）将重组DNA引入受体细胞（转化或转导）。,有利：（1）有可能培育出高产抗病、耐旱、耐寒、耐盐碱的优良性能的动植物新品种；（2）改良微生物品种使产生人工难以制得的生物活性物质如胰岛素、干扰素等；（3）解决某些疾病病因和控制这些疾病。,病毒对活细胞的侵染是寄主发生疾病，主要是由于核酸的作用。流感,不利：引起某些疾病的广泛流行和使某些细菌失去对抗菌素的敏感性，或者使某些酶或激素失去应有的生物活性等。,（七）克隆与克隆化,由单一亲代细胞用无性繁殖产生的子代细胞称克隆，形成克隆的过程称克隆化。,不利：引起某些疾病的广泛流行和使某些细菌失去对抗菌素的敏感性,Clone克隆，人工操作下的细胞无性繁殖过程。,当给予合适的条件时，任何一种体细胞都能变化为一个完整的个体体细胞克隆技术；,白 绵羊的体细胞核,黑 绵羊的去核卵细胞细胞质,植入,山羊子宫,？,多莉（2019.7.23）,Clone克隆，人工操作下的细胞无性繁殖过程。当给予合适的,提要,本章主要介绍核酸的化学本质、结构和功能。总的要求是：1.了解核酸的化学本质及DNA和RNA在组分、结构和功能上的差异。2.弄清嘌呤、嘧啶、核苷、核苷酸和核酸在分子结构上的关系。3.了解核酸的结构和它们的性质、功能的相互关系。认识核酸在生物科学上的重要性及其实践意义。,提要本章主要介绍核酸的化学本质、结构和功能。总的要求是：,