动物生物化学第四章核酸.ppt

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1、第4章 核酸Nucleic acids,本章主要内容,核酸的化学组成 核酸的结构 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

2、 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。,1.核酸的化学组成,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。,核酸的水解过程,1.1 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,1.2 核糖(ribose),DNA含脱氧核糖RNA含核糖,1.3 核苷(nucleoside),核苷（上）与脱氧核苷（下）,1.4 核苷酸(n

3、ucleotide),核糖核苷酸（上）与脱氧核糖核苷酸（下）,腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）3，5-环状腺苷酸（cAMP）,DNA分子和RNA分子中化学组成的差别总结,2.核酸的结构,2.1 核酸中核苷酸的连结方式,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,2.2 DNA,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106-1010。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+m5C，即A+G=T+C+mC，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Char

4、gaff原则。年龄、营养状况、环境的改变不影响DNA的碱基组成。,2.3 RNA,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,2.4 核酸的一级结构,2.5 DNA的二级结构,Watson and Crick,双螺旋结构模型,DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成。两

5、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,2.6 超螺旋DNA 指DNA双螺旋通过弯曲和扭转所形成的特

6、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,在RNA单链分子中常可以见到局部区域碱基互补形成的螺旋结构，称为“茎环”结构或“发卡”结构,tRNA,RNA的结构,3.核酸的性质,3.1 紫外吸收的特性,嘌呤

7、和嘧啶在260 nm有特异的吸收峰,这个性质用于核酸的分析,3.2 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。,3.3 黏性,DNA溶液有高度的黏性,3.4 DNA分子的变性,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,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

8、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,3.4 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。,3.5 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

9、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,3.5 分子杂交技术的应用,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：,用于鉴定DNA的Southern印迹技术用于鉴定RNA的Northern印迹技术原位杂交技术基因芯片技术等 将在第17章中介绍,以分子杂交为基础建立起的分子生物学研究技术有：,思 考 题,第4章1.比较DNA和RNA在细胞中的分布及其化学组成的区别。2.Watson和Crick提出DNA右手双螺旋模型的依据是什么？为什么说这个模型的提出是生命科学发展史上具有里程碑意义的大事？3.核酸具有哪些共同的理化性质？核酸的变性受哪些因素影响？,THE END,