1、 一、核酸的分布與分類一、核酸的分布與分類二、核酸的化學組成二、核酸的化學組成三、核酸的分子構造三、核酸的分子構造四、核酸的化學性質四、核酸的化學性質質質質質質質DNARNA核核酸酸主要在主要在核中核中tRNArRNAmRNA核核酸酸磷磷酸酸核核苷苷核核糖糖堿堿基基核核苷苷酸酸嘧啶嘧啶(TCU)嘌呤嘌呤(AG)脫氧脫氧非脫氧非脫氧Py Pu堿基堿基堿基堿基嘌呤嘌呤堿基堿基嘧啶嘧啶核糖核糖核苷核苷核苷酸核苷酸三磷酸核苷酸三磷酸核苷酸cAMPcGMP甲基化甲基化: 如甲基鳥嘌呤如甲基鳥嘌呤環化環化: 如如cAMP假尿苷假尿苷: 其它其它: 如二氫尿嘧啶如二氫尿嘧啶 次黃嘌呤等次黃嘌呤等稀有核苷酸稀

2、有核苷酸核苷酸的作用核苷酸的作用組成核酸組成核酸組成小分子活性物質組成小分子活性物質能量物質能量物質組成輔酶組成輔酶(基基) AMP ADP ATP dAMP dADP dATP GMP GDP GTP d- CMP CDP CTP d- TMP TDP TTP d- UMP UDP UTP N(恣意堿基恣意堿基)NMP,NDP,NTP dNMP, dNDP, dNTPI 次黃嘌呤次黃嘌呤X 黃嘌呤黃嘌呤Py嘧啶恣意嘧啶恣意Pu嘌呤恣意嘌呤恣意lDNA 分子構造分子構造lRNA 分子構造分子構造lDNA的堿基組成的堿基組成lDNA的空間構造的空間構造Chargaff規律規律: 1. A=T G

3、=C 2. 有種的特異性有種的特異性 3. 環境條件不改動堿環境條件不改動堿基組成基組成DNA的堿基組成的堿基組成DNADNA一級構造的表示法一級構造的表示法5 3 構造式構造式5 ACTGCATAGCTCGA 3 字母式字母式5 3 p p p pOH3 ACTG1 線條式線條式請留意請留意:鍵型鍵型: 3, 5 -磷酸二磷酸二酯鍵酯鍵方向方向: 3 -末端和末端和5-末末端端簡寫簡寫:簡寫時的方向簡寫時的方向:TGCAGGTTAAAGG它的互補鏈它的互補鏈:ACGTCCAATTTCC(誤誤)CCTTTAACCTGCA(正正)3-ACGTCCAATTTCC-5(正正)DNA的空間構造的空間構

4、造:DNA的二級構造的二級構造(雙螺旋雙螺旋)DNA的三級構造的三級構造DNA的二級構造的二級構造 (雙螺旋構造雙螺旋構造)XHNNNNHHNHAOOHHNNHHHTOHNNNNHGNHHOHNNCNHHH1.08 nm1.08 nm(1)兩條反向平行的多核苷酸兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸向右環繞構鏈圍繞同一中心軸向右環繞構成右手雙螺旋成右手雙螺旋(反向是指兩條反向是指兩條多核苷酸鏈的走向相反，一條多核苷酸鏈的走向相反，一條鏈的磷酸二酯鏈銜接相鄰戊糖鏈的磷酸二酯鏈銜接相鄰戊糖基是基是53方向，另一條鏈那方向，另一條鏈那么為么為35方向方向)。 (2)由磷和脫氧核糖交替陳由磷和脫氧核糖

5、交替陳列構成的主鏈在雙螺旋的列構成的主鏈在雙螺旋的外側，而嘌呤堿和嘧啶堿外側，而嘌呤堿和嘧啶堿位于雙螺旋的內側。堿基位于雙螺旋的內側。堿基平面與雙螺旋中軸垂直，平面與雙螺旋中軸垂直，糖環平面與中軸平行。糖環平面與中軸平行。 (3)雙螺旋的平均直徑為雙螺旋的平均直徑為2 nm，螺距為，螺距為3.4nm，沿中，沿中心軸每旋轉上升一周包含心軸每旋轉上升一周包含10個堿基對，相鄰堿基間個堿基對，相鄰堿基間隔為隔為0.34nm，之間旋轉的，之間旋轉的角度為角度為36。 (4)沿中心軸方向察看，雙螺沿中心軸方向察看，雙螺旋構造上有兩條螺形旋構造上有兩條螺形 凹槽，凹槽，一條較寬深，稱為大溝；一一條較寬深，

6、稱為大溝；一條較淺小，稱為小溝。條較淺小，稱為小溝。堿基對間的氫鍵堿基對間的氫鍵堿基堆積堿基堆積(主要的主要的)環境中正離子環境中正離子雙螺旋的詳細數據螺距、直徑等隨含水量的不同有一定的差別。可分為：型在特殊時間還有三股鏈的存在lB-DNAlA-DNAlZ-DNAA-DNAMajor GrooveMinor Groove定義：DNA的三級構造是指在二級構造的根底上DNA雙螺旋的進一步卷曲。DNA的三級構造：DNA雙螺旋構造進一步盤曲構成的復雜構造。以超螺旋最為常見 負超螺旋模型多見正超螺旋Relaxed state超螺旋超螺旋DNA Supercoiling連環數連環數L-在在DNA雙螺旋中，

7、雙螺旋中，一條鏈沿右手螺旋繞另一條鏈纏繞一條鏈沿右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數。的次數。Lk纏繞數纏繞數T-在在DNA分子中分子中WatsonCrick螺旋數。螺旋數。Tw超螺旋周數或扭曲數超螺旋周數或扭曲數WWrL=T+W核小體染色體的根本單位核小體染色體的根本單位病毒顆粒病毒顆粒核酸與蛋白質的復合物核酸與蛋白質的復合物染色質的電鏡照片染色質的電鏡照片染色體構造chromosomeHIVSARS :Coronavirus(a) a bacterial virus, bacteriophage T4; (b) an animal virus, adenovirus (inset at great

8、er magnification); (c) a plant virus, tobacco mosaic virus. mRNA tRNA rRNA編碼區編碼區非編碼區非編碼區非編碼區非編碼區polyA帽子構造帽子構造UTRUTRORFm7G5pppNTTTTTTTTTTTTAAAA反密碼環反密碼環 由由7個核苷酸組個核苷酸組成。環中部為反密碼子，由成。環中部為反密碼子，由3個核苷酸組成，次黃嘌呤核苷個核苷酸組成，次黃嘌呤核苷酸酸(也稱肌苷酸，縮寫成也稱肌苷酸，縮寫成 I )常常出現于反密碼子中。反密碼環出現于反密碼子中。反密碼環經過由經過由5對的雙螺旋區對的雙螺旋區(反密碼反密碼臂臂)與與t

9、RNA的其他部分相連。的其他部分相連。額外環額外環 由由318個個核苷酸組成。不同的核苷酸組成。不同的tRNA具有不同大小的具有不同大小的額外環，所以是額外環，所以是tRNA分類的重要目的。分類的重要目的。T C環環 由由7個核苷酸組成，其個核苷酸組成，其中含有胸腺嘧啶核糖核苷酸中含有胸腺嘧啶核糖核苷酸(T)和假和假尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸()，經過由，經過由5對堿基對堿基組成的雙螺旋區組成的雙螺旋區(T C臂臂)與與tRNA的的其他部分相連。幾乎一切其他部分相連。幾乎一切tRNA在此在此環中都含有環中都含有T C。從以上可以看出從以上可以看出,tRNA的三葉草形二的三葉草形二級構造特征可概括

10、為四環四臂，含級構造特征可概括為四環四臂，含有大量的稀有堿基。有大量的稀有堿基。tRNA的三級構造的三級構造rRNA的二級構造的二級構造Ban et al., Science 289 (905-920), 2000 Secondary StructureOf large ribosomal RNATertiary StructureOf large ribosome subunitlCatalytic RNA催化RNAlmiRNAmicroRNA小RNAlsiRNAsmall interfere RNA小干擾RNAlsignal recognition particle，SRP 信號識別顆粒中

11、的 RNAltelemerase 端粒酶中的RNASecondary StructureOf large ribosomal RNATertiary StructureOf large ribosome subunit帶電性：帶電性： 核酸、核苷酸可以在電場中泳動核酸、核苷酸可以在電場中泳動可溶性：可溶性： 溶于水。在乙醇中：溶于水。在乙醇中： 大于大于50%的乙醇時的乙醇時 DNA沉沉淀淀 大于大于75%的乙醇時的乙醇時RNA沉淀。不溶于氯仿沉淀。不溶于氯仿-異戊醇異戊醇溶液，而蛋白可以溶解溶液，而蛋白可以溶解粘度：粘度： 線形分子粘度大。線形分子粘度大。DNA大于大于RNA不對稱性：由于分

12、子不對稱，故有正旋光性。不對稱性：由于分子不對稱，故有正旋光性。吸光性：吸光性：由于堿基的存在使核酸對由于堿基的存在使核酸對260nm的光有劇烈的吸的光有劇烈的吸收。可根據此對核酸定量與檢測。收。可根據此對核酸定量與檢測。減色效應：減色效應：核酸構成雙鏈后對紫外吸收的才干減弱的景象。核酸構成雙鏈后對紫外吸收的才干減弱的景象。增色效應：增色效應：核酸雙鏈翻開后對紫外吸收才干添加的景象。核酸雙鏈翻開后對紫外吸收才干添加的景象。變性：變性：DNA雙鏈分開變成單鏈的過程。只涉及雙鏈分開變成單鏈的過程。只涉及H鍵鍵的斷裂，沒有其它共價鍵的破壞。的斷裂，沒有其它共價鍵的破壞。變性的要素：變性的要素：加熱、

13、強酸、強堿、溶劑、紫外線等。加熱、強酸、強堿、溶劑、紫外線等。變性后核酸的性量變化：變性后核酸的性量變化：生物活性喪失；粘度下降；浮力密度添加；生物活性喪失；粘度下降；浮力密度添加；紫外吸收添加。紫外吸收添加。高溫引起的變性稱為熱變性熔解高溫引起的變性稱為熱變性熔解解鏈溫度熔解溫度、熔點，解鏈溫度熔解溫度、熔點， Tm：增色效應到達一半時的溫度增色效應到達一半時的溫度G-C含量含量: G-C含量越高含量越高Tm值越高值越高(三個氫鍵的緣故三個氫鍵的緣故)。介質中的離子強度介質中的離子強度: 離子強度越高離子強度越高Tm值越高。在值越高。在1mol/L的的NaCl中穩定。中穩定。DNA 的不均一

14、性：的不均一性： 影響到了溫度范圍，而不影響影響到了溫度范圍，而不影響Tm值的大小。值的大小。DNA的復性：的復性：加熱后緩慢冷卻加熱后緩慢冷卻DNA恢復雙鏈的過程恢復雙鏈的過程DNA的大小：的大小： 小的分子比大的分子易復性。小的分子比大的分子易復性。離子強度：離子強度： 離子強度添加復性就快。離子強度添加復性就快。DNA的濃度：的濃度： 濃度大的比濃度小的易于復性。濃度大的比濃度小的易于復性。 在在DNA的復性的過程中，同的復性的過程中，同源或異源的源或異源的DNA，只需堿基互補，只需堿基互補就可以構成雜種分子，此過程稱就可以構成雜種分子，此過程稱為分子雜交。為分子雜交。 分子雜交是一種極其有用的分子雜交是一種極其有用的生物技術手段。生物技術手段。Nucleic Acids from Different Species Can Form Hybrids電泳酶切印跡雜交探針NCSouthern blotDNANorthern blotRNAWestern blotProteinDNA MicroarrayGene ChipDNA SDS/CTAB(十六烷基三甲基溴化銨) 醋酸鉀 酚氯仿 異戊醇 乙醇/異丙醇 TETrisHCl, EDTARNA T