核酸(nucleicacid)

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。當前1頁，總共75頁。一、核酸的發現和研究工作進展1868年FridrichMiescher從膿細胞中提取“核素”1944年Avery等人證實DNA是遺傳物質1953年Watson和Crick發現DNA的雙螺旋結構1968年Nirenberg發現遺傳密碼1975年Temin和Baltimore發現逆轉錄酶1981年Gilbert和Sanger建立DNA測序方法1985年Mullis發明PCR技術1990年美國啟動人類基因組計劃(HGP)

1994年中國人類基因組計劃啟動2001年美、英等國完成人類基因組計劃基本框架當前2頁，總共75頁。二、核酸的分類及分布90%以上分布于細胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的基因型(genotype)。參與細胞內DNA遺傳信息的表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。當前3頁，總共75頁。第一節核酸的化學組成及其一級結構TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid當前4頁，總共75頁。核酸的化學組成1.元素組成C、H、O、N、P（9~10%）2.分子組成——堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿——戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖——磷酸(phosphate)當前5頁，總共75頁。嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)堿基當前6頁，總共75頁。嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)當前7頁，總共75頁。稀有堿基嘌呤——次黃嘌呤、1-甲基次黃嘌呤、N2、N2-二甲基鳥嘌呤。嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羥甲基胞嘧啶、二氫尿嘧啶、4-巰尿嘧啶都是基本堿基的化學修飾型。當前8頁，總共75頁。鳥嘌呤次黃嘌呤1-甲基次黃嘌呤當前9頁，總共75頁。戊糖（構成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)當前10頁，總共75頁。核苷：AR,GR,UR,CR脫氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR一、核苷酸的結構1.核苷(ribonucleoside)的形成堿基和核糖（脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。1′1當前11頁，總共75頁。核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

2.核苷酸(ribonucleotide)的結構與命名核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。

當前12頁，總共75頁。例如：AMPadenosinemonophosphate腺苷一磷酸或一磷酸腺苷簡稱：腺苷酸dAMPdeoxyadenosinemonophosphate脫氧一磷酸腺苷/一磷酸脫氧腺苷簡稱：脫氧腺苷酸默認情況下核苷酸均為5'-核苷酸當前13頁，總共75頁。體內重要的游離核苷酸及其衍生物多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP能量的直接共體能量直接共體當前14頁，總共75頁。

環化核苷酸:cAMP，cGMP細胞內的第二信使當前15頁，總共75頁。含核苷酸的生物活性物質：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMPNADP+NAD+當前16頁，總共75頁。核苷酸的生物學功用作為核酸合成的原料體內能量的利用形式參與代謝和生理調節組成輔酶活化中間代謝物當前17頁，總共75頁。5′端3′端3.核苷酸的連接核苷酸之間以磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA當前18頁，總共75頁。二、核酸的一級結構定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。5′端3′端CGA方向當前19頁，總共75頁。AGP5PTPGPCPTPOH3書寫方法5pApCpTpGpCpT-OH

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ACTGCT

3當前20頁，總共75頁。第二節DNA的空間結構與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA當前21頁，總共75頁。一、DNA的二級結構——雙螺旋結構當前22頁，總共75頁。（一）DNA雙螺旋結構的研究背景堿基組成分析Chargaff規則：[A]=[T][G][C]堿基的理化數據分析A-T、G-C以氫鍵配對較合理DNA纖維的X-線衍射圖譜分析當前23頁，總共75頁。A.DNA堿基互補原則腺嘌呤胸腺嘧啶鳥嘌呤胞嘧啶其他組合易相互排斥例如G:T＊因此，DNA的雙股系藉著A:T和G

:

C的配對關系互相結合。當前24頁，總共75頁。DNA一股的核苷酸序列與另一股的序列

互補（A-T、G-C）。當前25頁，總共75頁。B.二級結構—B型雙螺旋結構大部分DNA所具有的雙螺旋結構，亦稱為B型小溝大溝1.反向、平行、右手螺旋5`3`5`3`2.鏈間堿基配對相連3.每10個堿基對螺旋上升一周當前26頁，總共75頁。C.雙螺旋結構的穩定因素DNA雙螺旋在生理狀態下十分穩定，結構不發生變化。提問：起穩定作用的有哪些力呢？答案：疏水作用力（主要）

（又稱堿基堆積力）

氫鍵

范德華力當前27頁，總共75頁。（二）DNA雙螺旋結構模型要點

（Watson,Crick,1953）堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內側，與對側堿基形成氫鍵配對（互補配對形式：A=T;GC）。相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10對堿基。當前28頁，總共75頁。堿基互補配對TAGC當前29頁，總共75頁。（二）DNA雙螺旋結構模型要點

（Watson,Crick,1953）氫鍵維持雙鏈橫向穩定性，堿基堆積力維持雙鏈縱向穩定性。當前30頁，總共75頁。（三）DNA雙螺旋結構的多樣性Z型DNAB型DNAA型DNA當前31頁，總共75頁。二、DNA的超螺旋結構及其在染色質中的組裝（一）DNA的超螺旋結構超螺旋結構(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結構。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同負超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反當前32頁，總共75頁。原核生物以及真核生物細胞器環狀DNA的超螺旋三級結構葉綠體中含有環狀DNA線粒體中含有環狀DNA細菌等原核生物質粒染色體當前33頁，總共75頁。固定負超螺旋（右手拓撲結構）反之，則為正超螺旋自然界通常為負超螺旋。提問：DNA形成三級結構及染色體的意義何在？答案：壓縮分子空間人體每個體細胞DNA長2m,細胞直徑0.1mm,細胞核0.05mm環狀DNA右旋當前34頁，總共75頁。DNA的三級結構：DNA雙螺旋結構進一步盤曲形成的復雜結構。以超螺旋最為常見負超螺旋模型（多見）正超螺旋當前35頁，總共75頁。意義DNA超螺旋結構整體或局部的拓撲學變化及其調控對于DNA復制和RNA轉錄過程具有關鍵作用。當前36頁，總共75頁。（三）DNA在真核生物細胞核內的組裝真核生物染色體由DNA和蛋白質構成，其基本單位是核小體(nucleosome)。核小體的組成DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4當前37頁，總共75頁。當前38頁，總共75頁。串珠狀核小體結構當前39頁，總共75頁。串珠狀核小體DNA雙螺旋片段染色質纖維伸展形染色質片段密集形染色質片段整個染色體當前40頁，總共75頁。核小體螺線管真核生物染色體DNA組裝當前41頁，總共75頁。.真核細胞染色體的DNA念珠狀三級結構當前42頁，總共75頁。三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復制和轉錄的模板。它是生命遺傳的物質基礎，也是個體生命活動的信息基礎。基因從結構上定義，是指DNA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。當前43頁，總共75頁。第三節

RNA的結構與功能StructureandFunctionofRNA當前44頁，總共75頁。RNA的種類、分布、功能當前45頁，總共75頁。一、信使RNA的結構與功能hnRNA內含子(intron)mRNA*mRNA成熟過程

外顯子(exon)當前46頁，總共75頁。*mRNA結構特點1.大多數真核mRNA的5′末端均在轉錄后加上一個7-甲基鳥苷，同時第一個核苷酸的C′2也是甲基化，形成帽子結構：m7GpppNm-。2.大多數真核mRNA的3′末端有一個多聚腺苷酸(polyA)結構，稱為多聚A尾。當前47頁，總共75頁。帽子結構當前48頁，總共75頁。mRNA核內向胞質的轉位mRNA的穩定性維系翻譯起始的調控帽子結構和多聚A尾的功能當前49頁，總共75頁。*mRNA的功能把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補配對原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質的氨基酸排列順序。DNAmRNA蛋白轉錄翻譯原核細胞細胞質細胞核DNA內含子外顯子轉錄轉錄后剪接轉運mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細胞當前50頁，總共75頁。*

tRNA的一級結構特點含10~20%稀有堿基，如DHU3′末端為—CCA-OH5′末端大多數為G

具有TC二、轉運RNA的結構與功能當前51頁，總共75頁。N,N二甲基鳥嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶稀有堿基當前52頁，總共75頁。*tRNA的二級結構——三葉草形

氨基酸臂DHU環反密碼環額外環TΨC環氨基酸臂額外環當前53頁，總共75頁。*tRNA的三級結構——倒L形*tRNA的功能活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質的翻譯。當前54頁，總共75頁。*rRNA的結構三、核蛋白體RNA的結構與功能*rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質生物合成的場所。當前55頁，總共75頁。*rRNA的種類（根據沉降系數）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA當前56頁，總共75頁。核蛋白體的組成當前57頁，總共75頁。四、其他小分子RNA及RNA組學除了上述三種RNA外，細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，統稱為非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。

snmRNAs當前58頁，總共75頁。snmRNAs的種類核內小RNA核仁小RNA胞質小RNA催化性小RNA小片段干涉RNA

snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的加工和轉運。當前59頁，總共75頁。RNA組學研究細胞中snmRNAs的種類、結構和功能。同一生物體內不同種類的細胞、同一細胞在不同時間、不同狀態下snmRNAs的表達具有時間和空間特異性。RNA組學當前60頁，總共75頁。核酸的理化性質ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節目錄當前61頁，總共75頁。當前62頁，總共75頁。1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當于50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0OD260的應用目錄當前63頁，總共75頁。二、DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。方法：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。變性后其它理化性質變化：OD260增高 粘度下降比旋度下降 浮力密度升高酸堿滴定曲線改變 生物活性喪失目錄當前64頁，總共75頁。DNA變性的本質是雙鏈間氫鍵的斷裂當前65頁，總共75頁。例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜增色效應：DNA變性時其溶液OD260增高的現象。目錄當前66頁，總共75頁。熱變性解鏈曲線：如果在連續加熱DNA的過程中以溫度對A260（absorbance，A，A260代表溶液在260nm處的吸光率）值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。目錄當前67頁，總共75頁。Tm：變性是在一個相當窄的溫度范圍內完成，在這一范圍內，紫外光吸