1、 1第第 二二 章章核酸的結構和功能核酸的結構和功能核酸：核酸：是以核苷酸為基本組成單是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。傳信息。 2核酸的發現和研究工作進展 1868年年 Fridrich Miescher從膿細胞中提取從膿細胞中提取“核核素素” 1944年年 Avery等人等人證實證實DNA是遺傳物質是遺傳物質 1953年年 Watson和和Crick發現發現DNA的雙螺旋結構的雙螺旋結構 1968年年 Nirenberg發現發現遺傳密碼遺傳密碼 1975年年 Temin和和Baltimore發發現現逆轉錄酶逆轉錄酶 1981年年 Gilb

2、ert和和Sanger建建立立DNA 測序方法測序方法 1985年年 Mullis發明發明PCR 技術技術 1990年年 美國啟動美國啟動人類基因組計劃人類基因組計劃(HGP) 1994年年 中國人類基因組計劃啟動中國人類基因組計劃啟動 2001年年 美、英等國美、英等國完成人類基因組計劃基本框架完成人類基因組計劃基本框架 3二、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

3、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RNA也可作為遺也可作為遺傳信息的載體。傳信息的載體。 4核酸的化學組成核酸的化學組成 1. 元素組成元素組成: C、H、O、N、P（910%）2. 分子組成分子組成 堿基：嘌呤堿，嘧啶堿堿基：嘌呤堿，嘧啶堿 戊糖：核糖，脫氧核糖戊糖：核糖，脫氧核糖 磷酸磷酸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一、核苷酸的結構一、核苷酸的結構 5兩類核酸的基本化學組成比較兩類核酸的基本化學組成比較 嘌呤堿嘌呤堿 腺嘌呤腺

4、嘌呤 (A ) 腺嘌呤腺嘌呤 (A) 鳥嘌呤鳥嘌呤 (G) 鳥嘌呤鳥嘌呤 (G) 嘧啶堿嘧啶堿 胞嘧啶胞嘧啶 (C) 胞嘧啶胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶尿嘧啶 (U)堿堿基基戊糖戊糖D-2-脫氧核糖脫氧核糖 D-核糖核糖酸酸磷酸磷酸 磷酸磷酸DNA RNA 6嘌呤嘌呤NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(A)NNHNHNNH2O鳥嘌呤鳥嘌呤(G)堿堿 基基 7NNH132456嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶(C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)NHNHOOCH3 8戊戊 糖糖（構成（構成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHO

5、HOH核糖核糖（構成（構成DNA）OHOCH2OHOH脫氧核糖脫氧核糖 9核苷：核苷：AR, GR, UR, CR脫氧核苷：脫氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR 核苷的形成核苷的形成堿基和核糖（脫氧核糖）通過堿基和核糖（脫氧核糖）通過糖糖苷鍵苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。連接形成核苷（脫氧核苷）。OHOCH2OHOHNNNH2O11 10POOOHOHOCH2OHOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2O核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脫氧核苷酸：脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷酸的結構與命名核苷酸的結構與命名核苷核苷（脫氧核苷

6、）和磷酸以脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。 11體內重要的游離核苷酸及其衍生物 含核苷酸的生物活性物質：含核苷酸的生物活性物質： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有等都含有 AMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 環化核苷酸環化核苷酸: : cAMP，cGMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOHNADP+NAD+ 12二、核酸的一

7、級結構定義定義核酸中核苷酸的排列順序。核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為基不同，所以也稱為堿基序列堿基序列。55端端3端端CGA 135 端端3 端端 核苷酸的連接核苷酸的連接 核苷酸之間以核苷酸之間以磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵連接形連接形成多核苷酸鏈，即成多核苷酸鏈，即核酸。核酸。CGA 14A G P5 P T PG PC PT P OH 3 書寫方法書寫方法5 pApGpTpGpCpT-OH 3 5 A G T G C T 3 15與與DNA的差別在于：的差別在于：1、戊糖是核糖而非脫氧核糖、戊糖是核糖而非脫氧核糖2、嘧啶成分是胞嘧啶

8、（、嘧啶成分是胞嘧啶（C）和尿）和尿嘧啶（嘧啶（U），），無胸腺嘧啶（無胸腺嘧啶（T） 核酸分子的大小常用堿基數目或核酸分子的大小常用堿基數目或堿基對數目來表示。核酸片段堿基對數目來表示。核酸片段RNA-DNA 雜化分子雜化分子DNA分子分子 60三、三、DNA的復性與分子雜交的復性與分子雜交 變性的變性的DNA在去除變性因素并處于適在去除變性因素并處于適當的條件下，彼此分離的雙鏈又可重新結當的條件下，彼此分離的雙鏈又可重新結合恢復天然的雙螺旋結構這一過程稱為合恢復天然的雙螺旋結構這一過程稱為復復性性。1.概念概念2. 復性速度受溫度的影響復性速度受溫度的影響熱變性的熱變性的DNA經緩慢冷卻后

9、即可復經緩慢冷卻后即可復性，這一過程稱為性，這一過程稱為退火退火。 61復性后復性后DNADNA分子性質分子性質一系列的理化性質隨即恢復一系列的理化性質隨即恢復d. 生物活性部分恢復生物活性部分恢復a. 260nm處的處的紫外吸收值下降紫外吸收值下降b. 粘度上升粘度上升c. 浮力、密度降低浮力、密度降低（減色效應）（減色效應） 62在在DNA變性后的復性過程中，如果將不變性后的復性過程中，如果將不同種類的同種類的DNA單鏈分子或單鏈分子或RNA分子放在同一分子放在同一溶液中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定溶液中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對關系，在適宜的條件（溫度程度的堿基配

10、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及離子強度）下，就可以在不同的分子間形成成雜化雙鏈雜化雙鏈。這種雜化雙鏈可以在不同的這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與與DNA之間形成，也可以在之間形成，也可以在DNA和和RNA分子間或者分子間或者RNA與與RNA分子間形成。這種現象稱為核酸分子間形成。這種現象稱為核酸分子雜交。分子雜交。核酸分子雜交 63 64DNA-DNA雜交雙鏈分子雜交雙鏈分子變性變性 復性復性 不同來源的不同來源的DNA分子分子 65 66 核酸分子雜交的應用（1）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（2）確定兩種核酸分子間的序列相似

11、性）確定兩種核酸分子間的序列相似性（3）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（4）是基因芯片技術的基礎）是基因芯片技術的基礎 可發生雜交的核酸分子可發生雜交的核酸分子(1)兩條同源的兩條同源的DNA鏈鏈(2)兩條同源的兩條同源的RNA鏈鏈(3)一條一條DNA鏈一條鏈一條RNA鏈鏈 67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：專一降解專一降解DNA。RNA酶：酶：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分為限制性核酸內切酶和非特

12、異性限制性核酸內切酶。異性限制性核酸內切酶。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。第第 五五 節節 核核 酸酸 酶酶 68u參與參與DNA的合成與修復及的合成與修復及RNA合成后的剪合成后的剪接等重要基因復制和基因表達過程接等重要基因復制和基因表達過程 u負責清除多余的、結構和功能異常的核酸，負責清除多余的、結構和功能異常的核酸，同時也可以清除侵入細胞的外源性核酸同時也可以清除侵入細胞的外源性核酸 u在消化液中降解食物中的核酸以利吸收在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 u體外重組體外重組DNA技術中的重要工具酶技術中的重要工具酶 生物體內的核酸酶負責細胞內外催化核

13、酸的降解生物體內的核酸酶負責細胞內外催化核酸的降解 核酸酶的功能 69 核核 酶酶u 催化性催化性DNA 人工合成的寡聚脫氧核苷酸片段，人工合成的寡聚脫氧核苷酸片段，也能序列特異性降解也能序列特異性降解RNA。 u 催化性催化性RNA 作為序列特異性的核酸內切酶降作為序列特異性的核酸內切酶降解解mRNA。 70核酸的發現和研究工作進展 1868年年 Fridrich Miescher從膿細胞中提取從膿細胞中提取“核核素素” 1944年年 Avery等人等人證實證實DNA是遺傳物質是遺傳物質 1953年年 Watson和和Crick發現發現DNA的雙螺旋結構的雙螺旋結構 1968年年 Niren

14、berg發現發現遺傳密碼遺傳密碼 1975年年 Temin和和Baltimore發發現現逆轉錄酶逆轉錄酶 1981年年 Gilbert和和Sanger建建立立DNA 測序方法測序方法 1985年年 Mullis發明發明PCR 技術技術 1990年年 美國啟動美國啟動人類基因組計劃人類基因組計劃(HGP) 1994年年 中國人類基因組計劃啟動中國人類基因組計劃啟動 2001年年 美、英等國美、英等國完成人類基因組計劃基本框架完成人類基因組計劃基本框架 71（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分子由兩條分子由兩條相互平行

15、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，兩鏈以組成，兩鏈以- -脫氧核糖脫氧核糖- -磷磷酸酸- -為骨架，以為骨架，以右手螺旋右手螺旋方方式繞同一公共軸盤。螺旋直式繞同一公共軸盤。螺旋直徑為徑為2 2nm，形成大溝及小溝，形成大溝及小溝相間。相間。 72 73H2AH2A、H2BH2B、H3H3和和H4H4各兩分各兩分子組成組蛋白八聚體，構成子組成組蛋白八聚體，構成核核心組蛋白。心組蛋白。雙螺旋雙螺旋DNADNA以左以左手超螺旋的方式繞手超螺旋的方式繞核心顆粒核心顆粒1.751.75圈，圈，纏繞在纏繞在核心組蛋白核心組蛋白表面，構成表面，構成核心顆核心顆粒。粒。核心顆粒核心顆粒和和 連接區連接區DNADNA及附著在連接區及附著在連接區DNADNA上的上的 組蛋白組蛋白H1H1構成構成核小體。核小體。 74 75帽子結構 76二、二、DNA的變性的變性定義定義：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開雙鏈解開成兩條單鏈的過程。成兩條單鏈的過程。方法：方法：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、 酰胺以及某些有機溶劑如乙醇、丙酮等。酰胺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