1、 1核核 酸酸(nucleic acid) 是以核苷酸為基本組成單位的生物大是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。分子，攜帶和傳遞遺傳信息。二、核酸的分類及分布二、核酸的分類及分布 90%90%以上分布于細胞核，其余分布于以上分布于細胞核，其余分布于核外核外如線粒體，葉綠體，質粒等。如線粒體，葉綠體，質粒等。分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。( DNA)( RNA)脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細胞和個攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的基因型體的基因型(genotype)。參與細胞內參與細胞內DNA遺傳信息的表遺傳信息的表達。某些病毒達。某些病毒

2、RNA也可作為遺也可作為遺傳信息的載體。傳信息的載體。第一節第一節核酸的化學組成及一級結構核酸的化學組成及一級結構The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid一、核酸的化學組成一、核酸的化學組成 1. 元素組成元素組成C、H、O、N、P2. 分子組成分子組成 堿基堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿：嘌呤堿，嘧啶堿 戊糖戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖：核糖，脫氧核糖 磷酸磷酸(phosphate)嘌呤嘌呤(purine) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH

3、2O鳥嘌呤鳥嘌呤(guanine, G)堿堿 基基NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3PentoseNucleosideNucleotide二、核酸的一級結構二、核酸的一級結構定義定義核酸中核苷酸的排列順核酸中核苷酸的排列順序序, ,也稱為也稱為堿基序列堿基序列。55端端3端端CGAA G P5 P T PG PC PT P OH 3 書寫方法書寫方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 第二

4、節第二節DNA的空間結構與功能的空間結構與功能Dimensional Structure and Function of DNA一、一、 DNA的二級結構的二級結構雙螺旋結構雙螺旋結構WATSONCRICK（一）（一）DNA雙螺旋結構的研究背景雙螺旋結構的研究背景 堿基組成分析堿基組成分析Chargaff 規則：規則：A = TG C 堿基的理化數據分析堿基的理化數據分析A-T、G-C以以氫鍵氫鍵配對較合理配對較合理 DNA纖維的纖維的X-線衍射圖譜分析線衍射圖譜分析 （二）（二） DNA雙螺旋結構模型要點雙螺旋結構模型要點 （Watson, Crick, 1953）uDNADNA分子由兩條分

5、子由兩條相互平行但相互平行但走向相反走向相反的脫氧多核苷酸鏈的脫氧多核苷酸鏈組成，以組成，以右手螺旋右手螺旋方式繞同方式繞同一公共軸盤。螺旋直徑為一公共軸盤。螺旋直徑為2.372.37nm。u堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內側，與對側堿基形成側，與對側堿基形成氫鍵配氫鍵配對對（互補配對形式：（互補配對形式：A=T; G C） 。u相鄰堿基平面距離相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距螺旋一圈螺距3.54nm，一圈，一圈10.5對堿基。對堿基。（二）（二） DNA雙螺旋結構模型要點雙螺旋結構模型要點 （Watson, Crick, 1953）u氫鍵氫鍵維持雙鏈橫向穩定性，維持

6、雙鏈橫向穩定性，堿基堆積力堿基堆積力維持雙鏈縱向穩維持雙鏈縱向穩定性。定性。（二）（二） DNA雙螺旋結構模型要點雙螺旋結構模型要點 （Watson, Crick, 1953）（三）（三）DNA雙螺旋結構的多樣性雙螺旋結構的多樣性二、二、DNA的超螺旋結構及其在染色質的超螺旋結構及其在染色質中的組裝中的組裝（一）（一）DNA的超螺旋結構的超螺旋結構超螺旋結構超螺旋結構DNA雙螺旋鏈再盤繞形成超螺旋結構。雙螺旋鏈再盤繞形成超螺旋結構。 正超螺旋正超螺旋 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 負超螺旋負超螺旋 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 （二）原核生物

7、（二）原核生物DNA的高級結構的高級結構（三）（三）DNA在真核生物細胞核內的組裝在真核生物細胞核內的組裝真核生物染色體由真核生物染色體由DNA和蛋白質構成，和蛋白質構成，其基本單位是其基本單位是 核小體核小體(nucleosome)。核小體的組成核小體的組成DNA：約約200bp 組蛋白：組蛋白：H1H2A，H2BH3H4三、三、DNA的功能的功能DNA的基本功能是以的基本功能是以基因基因的形式荷載遺的形式荷載遺傳信息，并作為基因復制和轉錄的模板。傳信息，并作為基因復制和轉錄的模板。是生命是生命遺傳的物質基礎遺傳的物質基礎，也是個體生命，也是個體生命活動的信息基礎。活動的信息基礎。基因基因:

8、 指指DNA分子中的特定區段，其中分子中的特定區段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。的核苷酸排列順序決定了基因的功能。基因組基因組 第三節第三節 RNA的結構與功能的結構與功能Structure and Function of RNARNA的種類、分布、功能的種類、分布、功能核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉運轉運RNA核內不均一核內不均一RNA核內小核內小RNA胞漿小胞漿小RNA 細胞核和胞液細胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質合

9、成模板蛋白質合成模板轉運氨基酸轉運氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉運的剪接、轉運rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質內質網定位合成蛋白質內質網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轉運轉運RNA核內不均一核內不均一RNA核內小核內小RNA胞漿小胞漿小RNA 細胞核和胞液細胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質合成模板蛋白質合成模板轉運氨基酸轉運氨基酸成熟成

10、熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉運的剪接、轉運rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質內質網定位合成蛋白質內質網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一一 、信使、信使RNA的結構與功能的結構與功能hnRNA 內含子內含子( (intron) )mRNA * mRNA成熟過程成熟過程 外顯外顯子子( (exon) )* * mRNA結構特點結構特點1. 大多數真核大多數真核mRNA的的5 末端均在轉錄后加上末端均在轉錄后加上一個一個7-甲基鳥苷，同時第一個核苷酸的甲基鳥苷，同時第一個核苷酸的C 2也也是甲基化，形成帽子結構：是甲基化，形成帽子結構：m7G

11、pppNm-。2. 大多數真核大多數真核mRNA的的3 末端有一個多聚腺苷酸末端有一個多聚腺苷酸(polyA)結構，稱為多聚結構，稱為多聚A尾。尾。帽子結構帽子結構mRNA核內向胞質的轉位核內向胞質的轉位mRNA的穩定性維系的穩定性維系翻譯起始的調控翻譯起始的調控 帽子結構和多聚帽子結構和多聚A尾的功能尾的功能DNAmRNA蛋白蛋白轉錄轉錄翻譯翻譯* mRNA的功能的功能 把把DNA所攜帶的遺所攜帶的遺傳信息，按堿基互補配傳信息，按堿基互補配對原則，抄錄并傳送至對原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合核糖體，用以決定其合成蛋白質的氨基酸排列成蛋白質的氨基酸排列順序。順序。* tRNA的一級結構

12、特點的一級結構特點核苷酸殘基數在核苷酸殘基數在6090之間；之間；含含 1020% 稀有堿基，如稀有堿基，如 DHU 3末端為末端為 CCA-OH 5末端大多數為末端大多數為pG二、轉運二、轉運RNA的結構與功能的結構與功能 稀有堿基稀有堿基 * tRNA的二級結構的二級結構三葉草形三葉草形 氨基酸臂氨基酸臂 DHU環環 反密碼環反密碼環 額外環額外環 TC環環* tRNA的三級結構的三級結構 倒倒L形形* tRNA的功能的功能活化、搬運氨基活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋酸到核糖體，參與蛋白質的翻譯。白質的翻譯。* rRNA的結構的結構三、核蛋白體三、核蛋白體RNA的結構與功能的結構與功能*

13、 rRNA的功能的功能參與組成核蛋白參與組成核蛋白體，作為蛋白質生物體，作為蛋白質生物合成的場所。合成的場所。* rRNA的種類（根據沉降系數）的種類（根據沉降系數）真核生物真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA四四 、其他非編碼、其他非編碼RNA除了上述三種除了上述三種RNA外，細胞的不同部位外，細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子存在的許多其他種類的小分子RNA，統稱為，統稱為非編碼非編碼RNA(non-coding RNAs, nmRNAs)。 ncRNAs核核 酸酸 的的 理理 化化 性

14、性 質質The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 四四 節節一一.核酸的紫外吸收核酸的紫外吸收1. DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相當于相當于50 g/ml雙鏈雙鏈DNA40g/ml單鏈單鏈DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.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 = 2.0OD260的應用的應用二、二、DNA的變性的變性(denaturation)定義定義：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，D

15、NA雙鏈解開雙鏈解開成兩條單鏈的過程。成兩條單鏈的過程。理化因素：理化因素：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素以及某些有機溶劑如乙醇、丙酮等。以及某些有機溶劑如乙醇、丙酮等。變性后其它理化性質變化：變性后其它理化性質變化：OD260增高增高粘度下降粘度下降比旋度下降比旋度下降浮力密度升高浮力密度升高酸堿滴定曲線改變酸堿滴定曲線改變生物活性喪失生物活性喪失DNADNA變性的本質是雙鏈間氫鍵的斷裂變性的本質是雙鏈間氫鍵的斷裂例：變性引起紫外吸收值的改變例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜的紫外吸收光譜增色效應：增色效應：DNA變性時其溶液變性時其溶液OD2

16、60增高的現象。增高的現象。 Tm：紫外光吸收值紫外光吸收值達 到 最 大 變 化 值 的達 到 最 大 變 化 值 的5 0 % 時 的 溫 度 稱 為時 的 溫 度 稱 為DNA的解鏈溫度，又的解鏈溫度，又稱融解溫度稱融解溫度(Tm)。其。其大小與大小與G+C含量成正含量成正比。比。三、三、DNA的復性與分子雜交的復性與分子雜交 DNA復性復性(renaturation) 在適當條件下，變性在適當條件下，變性DNADNA的兩條互補鏈可恢復天然的雙螺旋構象，稱的兩條互補鏈可恢復天然的雙螺旋構象，稱為為復性復性。減色效應減色效應DNA復性時，其溶液復性時，其溶液OD260降低。降低。熱變性的熱

17、變性的DNA經緩慢冷卻后即可復性，經緩慢冷卻后即可復性，稱為稱為退火退火(annealing) 。在在DNA變性后的復性過程中，將不同種變性后的復性過程中，將不同種類的類的DNA單鏈分子或單鏈分子或RNA分子放在同一溶液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中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對關系，在適宜的條件（溫度及離的堿基配對關系，在適宜的條件（溫度及離子強度）下，就可以在不同的分子間形成子強度）下，就可以在不同的分子間形成雜雜化雙鏈化雙鏈(heteroduplex)。核酸分子雜交核酸分子雜交(hybridization) DNA-DNA雜交雙鏈分子雜交雙鏈分子

18、變性變性 復性復性 不同來源的不同來源的DNA分子分子核酸分子雜交的應用核酸分子雜交的應用研究研究DNA分子中某一種基因的位置分子中某一種基因的位置測定兩種核酸分子間的序列相似性測定兩種核酸分子間的序列相似性檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否是基因芯片技術的基礎是基因芯片技術的基礎 第第 五五 節節 核核 酸酸 酶酶 Nuclease核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶是指所有可以水解核酸的酶依據底物不同分類依據底物不同分類 DNA酶酶(DNase)：專一降解專一降解DNA。 RNA酶酶 (RNase)：專一降解專一降解RNA。依據切割部位不同依據切割部位不同 核酸內切酶：核酸內切酶：分為限制性核酸內切酶和非特異性分為限制性核酸內切酶和非特異性限制性核酸內切酶。限制性核酸內切酶。 核酸外切酶：核酸外切酶：5 3 或或3 5 核酸外切酶。核酸外切酶。u 參與參與DNADNA的合成與修復及的合成與修復及RNARNA合成后的剪接等重要合成后的剪接等重要基因復制和基因表達過程基因復制和基因表達