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1、第 四 章 核 酸 化 學(xué) 核 酸 的 概 述1869年 瑞 士 外 科 醫(yī) 生 Miescher從 細(xì) 胞 核 中 分 離 出 核 素 。1889年 Altman制 備 了 核 酸 制 品 ， 命 名 為 核 酸 。193040年 ， Kossel 和 Levene等 確 定 核 酸 的 組 分 后 ， 明 確 核 酸 的 類 別 ：核 酸 脫 氧 核 糖 核 酸 （ DNA）核 糖 核 酸 （ RNA） 1944年 ， Avery 的 “ 肺 炎 雙 球 菌 轉(zhuǎn) 化 ” 實 驗 證 明 DNA是 有 機 體 的 遺 傳 物 質(zhì) ：orand 可 分 離 除 少 數(shù) 病 毒 （ RNA病 毒

2、 ） 以 RNA作 為 遺 傳 物 質(zhì) 外 ， 多 數(shù) 有 機 體 的 遺 傳 物 質(zhì) 是 DNA。不 同 有 機 體 遺 傳 物 質(zhì) （ 信 息 分 子 ） 的 結(jié) 構(gòu) 差 別 ， 使 得 其 所 含 蛋 白 質(zhì) （ 表 現(xiàn) 分 子 ） 的 種 類 和 數(shù) 量 有 所 差 別 ， 有 機 體 表 現(xiàn) 出 不 同 的 形 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 和 代 謝 類 型 。RNA的 主 要 作 用 是 從 DNA轉(zhuǎn) 錄 遺 傳 信 息 ， 并 指 導(dǎo) 蛋 白 質(zhì) 的 合 成 。1953年 ， Watson和 Crick提 出 DNA雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 模 型 。 98 核 中 （ 染 色 體 ） 真 核 線 粒

3、 體 （ mtDNA） 核 外 質(zhì) 粒 （ plasmid） 葉 綠 體 （ ctDNA）DNA 擬 核 原 核 核 外 ： 質(zhì) 粒 （ plasmid） 病 毒 ： DNA病 毒核 酸 的 種 類 和 分 布 核 酸 分 為 兩 大 類 ： 脫 氧 核 糖 核 酸 Deoxyribonucleic Acid （ DNA） 核 糖 核 酸 Ribonucleic Acid（ RNA） mRNA (5%) 真 核 tRNA (10-15%) rRNA（ 80%） SnRNA(核 內(nèi) ） sRNA SnoRNA(核 仁 ）RNA mRNA ScRNA(胞 內(nèi) ) 原 核 tRNA rRNA 病 毒

4、 ： RNA病 毒 第 一 節(jié) 核 酸 的 組 成 成 分核 酸 核 苷 酸 核 苷磷 酸 堿 基戊 糖元 素 組 成 ： C H O N P(9%-9.9%) 嘌 呤嘧 啶核 糖脫 氧 核 糖核 酸 水 解 核 酸核 苷 酸 核 苷 磷 酸嘌 呤 堿 或 嘧 啶 堿（ 堿 基 ） 核 糖 或 脫 氧 核 糖（ 戊 糖 ）大 分 子基 本 結(jié) 構(gòu) 單 位基 本 組 成 成 分 一 、 糖 組 分 (戊 糖 )OHOH2COH OHOH12 OHOH2COH OH12-D-核 糖 （ 存 在 于 RNA中 ） -D-2-脫 氧 核 糖 （ 存 在 于 DNA中 ）O核 糖 + H + 糠 醛 甲

5、 基 間 苯 二 酚FeCl 3 綠 色 產(chǎn) 物脫 氧 核 糖 + H+ -羥 基 -酮戊 醛 二 苯 胺 藍(lán) 色 產(chǎn) 物RNA和 DNA定 性 、 定 量 測 定 嘧 啶胞 嘧 啶 Cytosine（ Cyt） 尿 嘧 啶 uracil（ Ura） 胸 腺 嘧 啶 thymine（ Thy）（ 一 ） 嘧 啶 堿是 嘧 啶 的 衍 生 物 N NH NH2 O NH NH O O NH NH O O CH3二 、 堿 基 嘌 呤 堿 和 嘧 啶 堿 嘌 呤 腺 嘌 呤 adenine（ Ade）鳥 嘌 呤 guanine （ Gua）（ 二 ） 嘌 呤 堿是 嘌 呤 的 衍 生 物 NNNH

6、N NH2NHNNHN O NH 2 n 堿 基 都 具 有 芳 香 環(huán) 的 結(jié) 構(gòu) 特 征 。 嘌 呤 環(huán) 和 嘧啶 環(huán) 均 呈 平 面 或 接 近 于 平 面 的 結(jié) 構(gòu) 。n 堿 基 的 芳 香 環(huán) 與 環(huán) 外 基 團 可 以 發(fā) 生 酮 式 烯醇 式 或 胺 式 亞 胺 式 互 變 異 構(gòu) 。 N NOHHO HNNOO H N NNH2O H HHNNO NH尿嘧啶烯醇式 酮式 氨基態(tài) 亞氨基態(tài)胞嘧啶 核 苷 戊 糖 +堿 基 糖 與 堿 基 之 間 的 C-N鍵 ， 稱 為 C-N糖 苷 鍵(OH) (OH) 核 糖 核 苷 胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷 N NOHH

7、ON NNH2HON NOHH2N NNNNN NNH2OH H OH HOHHHOCH2 HOCH2 OH HOH HOHH OH HOH HOHHHOCH2 OH HOH HOHHHOCH2 腺 苷 （ A） 鳥 苷 （ G） 胞 苷 （ C） 尿 苷 （ U） 胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷 N NOHHON NNH2HON NOHH2N NNNNN NNH2OH H OH HOHHHOCH2 HOCH2 OH HOH HOHH OH HOH HOHHHOCH2 OH HOH HOHHHOCH2 脫 氧 核 糖 核 苷 呢 ？ 有 幾 種 ？ 是 哪 幾 種 ？跟 以 下 結(jié)

8、 構(gòu) 有 何 區(qū) 別 ？區(qū) 別 ： 1、 核 糖 要 變 成 脫 氧 核 糖 ； 2、 U被 T代 替 。 種 類 ： 同 樣 是 4種 ， 但 它 們 是 dA、 dG、 dC、 dTH H HH CH3脫 氧 胸 苷脫 氧 腺 苷 脫 氧 鳥 苷 脫 氧 胞 苷 o 核 苷 酸 是 核 苷 的 磷 酸 酯 。 作 為 DNA或 RNA結(jié) 構(gòu) 單 元的 核 苷 酸 分 別 是 5 -磷 酸 -脫 氧 核 糖 核 苷 和 5 -磷 酸 -核 糖 核 苷 。 O B OHOHOH2CPOHHO OB=腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶或胸腺密啶核糖核苷酸 OH2CPOHHO O O BOH脫氧核糖核

9、苷酸 四 、 核 苷 酸 定 義 、 連 接 方 式 、 種 類 、 衍 生 物 多 聚 核 苷 酸 （ 核 酸 ）o 多 聚 核 苷 酸 是 通 過 一 個 核 苷 酸 的 C3 -OH 與 另 一 分 子 核 苷 酸的 5 -磷 酸 基 形 成 3 ,5 -磷 酸 二 酯 鍵 相 連 而 成 的 鏈 狀 聚 合物 。 聚 合 酶 核 酸 的 一 級 結(jié) 構(gòu) 是通 過 3, 5-磷 酸 二 酯 鍵 連接 的 核 苷 酸 序 列 。 DNA和 RNA的 生 物合 成 都 是 按 照 53方 向進 行 的 ， 。 磷 酸 二酯 鍵 核 苷 酸 的 衍 生 物 ATP是 生 物 體 內(nèi) 分 布 最

10、 廣 和 最 重 要 的 一 種 核 苷 酸 衍 生 物 。 ATP的 結(jié) 構(gòu) ： O- POO- NNN NNH2OH HOH HOHHOCH2O- POO-O- POO- 三磷酸腺苷 (ATP) 核 苷 一 磷 酸 可 以 進 一 步 磷 酸 化 ， 形 成 核 苷 二 磷 酸 和 核 苷 三磷 酸 。 下 圖 給 出 了 腺 苷 一 磷 酸 （ AMP） 、 腺 苷 二 磷 酸 （ ADP）和 腺 苷 三 磷 酸 （ ATP） 的 結(jié) 構(gòu) 。 PO-O O OHOH2COH OHOH1234 5核 糖N N NNH H H9腺 嘌 呤腺 苷NH2P O- O OP O- O ADPATP

11、AMP腺 苷 -5-磷 酸 ATP的 性 質(zhì) ：o ATP 分 子 的 最 顯 著 特 點 是 含 有 兩 個 高 能 磷 酸 鍵 。ATP水 解 時 , 可 以 釋 放 出 大 量 自 由 能 。o ATP 是 生 物 體 內(nèi) 最 重 要 的 能 量 轉(zhuǎn) 換 中 間 體 。 ATP 水 解 釋 放 出 來 的 能 量 用 于 推 動 生 物 體 內(nèi) 各 種 需 能的 生 化 反 應(yīng) 。o ATP 也 是 一 種 很 好 的 磷 酰 化 劑 。 磷 酰 化 反 應(yīng) 的 底物 可 以 是 普 通 的 有 機 分 子 ， 也 可 以 是 酶 。 磷 酰 化的 底 物 分 子 具 有 較 高 的 能

12、 量 （ 活 化 分 子 ） ， 是 許多 生 物 化 學(xué) 反 應(yīng) 的 激 活 步 驟 。 o 結(jié) 構(gòu) ： l cGMPl cAMP2.環(huán) 化 核 苷 酸 cAMP 和 cGMP 1、 核 糖 體 RNA（ rRNA）占 細(xì) 胞 RNA總 量 的 80%， 與 蛋 白 質(zhì) （ 40%） 共 同 組 成 核 糖 體 。原 核 生 物 真 核 生 物核 糖 體 rRNA 核 糖 體 rRNA 70S（ 30S+50S） 16S、 5S、23S 80S（ 40S+60S） 18S、 5S、5.8S、 28S 第 二 節(jié) RNA的 結(jié) 構(gòu)一 、 RNA的 類 別 及 分 布 2、 轉(zhuǎn) 移 RNA（ t

13、RNA）tRNA約 占 RNA總 量 的 15%， 主 要 作 用 是 轉(zhuǎn) 運 氨 基 酸 用 于合 成 蛋 白 質(zhì) 。tRNA分 子 量 為 4S， 1965年 Holley 測 定 AlatRNA一 級 結(jié) 構(gòu) ，提 出 三 葉 草 二 級 結(jié) 構(gòu) 模 型 。3、 信 息 RNA（ mRNA）mRNA約 占 細(xì) 胞 RNA總 量 的 35%， 是 蛋 白 質(zhì) 合 成 的 模 板 。真 核 生 物 mRNA的 前 體 在 核 內(nèi) 合 成 ， 包 括 整 個 基 因 的 內(nèi) 含子 和 外 顯 子 的 轉(zhuǎn) 錄 產(chǎn) 物 ， 形 成 分 子 大 小 極 不 均 勻 的 RNA。 第 二 節(jié) RNA的

14、 結(jié) 構(gòu)二 、 RNA一 級 結(jié) 構(gòu) 的 慨 念 （ 和 蛋 白 質(zhì) 比 較 學(xué) 習(xí) ， 即 把 蛋 白質(zhì) 的 一 級 結(jié) 構(gòu) 拷 過 來 就 行 了 ） 組 成 蛋 白 質(zhì) 的 氨 基 酸 的 連 接 方 式 及 其 排列 順 序 。 先 看 RNA的 連 接 方 式 ：RNA 核 苷 酸 OHO- O OCH2 UO=PO- 35OHOHO- O OCH2 GO=PO- 35OH O OCH2OH OH AO=POO- 353 51P PP OHAUGpGpUpAOHpG-U-A pGUA ？ 鍵 連 接 方 式 是 3/、 5/磷 酸 二 酯 鍵 形 成 的 化 合 物 叫 核 苷 酸

15、的 縮 合 物 ： 二 核 苷 酸 （ 某 某 堿 基 二 核 苷 酸 ） 多 核 苷 酸 鏈 排 列 順 序 是 核 苷 酸 的 數(shù) 量 、 比 例 和 排 列 次 序 l 5 -磷 酸 端 （ 常 用 5 -P表 示 ） ； 3 -羥 基 端 （ 常 用 3 -OH表示 ）l 多 聚 核 苷 酸 鏈 具 有 方 向 性 ， 當(dāng) 表 示 一 個 多 聚 核 苷 酸 鏈 時 ， 必 須注 明 它 的 方 向 是 5 3 或 是 3 5 。多 聚 核 苷 酸 的 表 示 方 式DNA RNA5 PdAPdCPdGPdTOH 3 5PAPCPGPUOH 或 5ACGTGCGT 3 5ACGUAUG

16、U 3 ACGTGCGT ACGUAUGUT5 3OH U5 3OH 第 二 節(jié) RNA的 結(jié) 構(gòu)o RNA一 級 結(jié) 構(gòu) 研 究 最 多 的 是 tRNA、 rRNA以 及 一 些 小 分 子 的RNA。 其 中o tRNA分 子 具 有 以 下 特 點 ：o 分 子 量 25000左 右 ， 大 約 由 70 90個 核 苷 酸 組 成 ， 沉 降 系 數(shù)為 4S左 右 。o 分 子 中 含 有 較 多 的 修 飾 成 分 。o 3 -末 端 都 具 有 CpCpAOH的 結(jié) 構(gòu) 。三 、 RNA一 級 結(jié) 構(gòu) 的 特 點 1. 大 多 數(shù) 真 核 細(xì)胞 mRNA在 3-末 端 有 一 段

17、 長約 200個 殘 基 的多 聚 腺 苷 酸（ P o l y A ）2. 真 核 細(xì) 胞mRNA的 5-末端 有 一 極 為 特殊 的 帽 子 結(jié) 構(gòu) ，稱 為 “ 帽 子（ Cap） ” ：m 7GpppNm AA.AA200APoly A3-端5-端帽 子 結(jié) 構(gòu)非 編 碼 區(qū) 非 編 碼 區(qū)編 碼 區(qū) mRNA一 級 結(jié) 構(gòu) 的 特 點 ： 第 二 節(jié) RNA的 結(jié) 構(gòu)o RNA是 單 鏈 分 子 ， 因 此 ， 在 RNA分 子 中 ， 并 不 遵 守 堿 基 種 類 的 數(shù) 量比 例 關(guān) 系 ， 即 分 子 中 的 嘌 呤 堿 基 總 數(shù) 不 一 定 等 于 嘧 啶 堿 基 的

18、總 數(shù) 。o RNA分 子 中 ， 部 分 區(qū) 域 也 能 形 成 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) ， 不 能 形 成 雙 螺 旋 的 部分 ， 則 形 成 突 環(huán) 。 這 種 結(jié) 構(gòu) 可 以 形 象 地 稱 為 “ 發(fā) 夾 型 ” 結(jié) 構(gòu) 。o 在 RNA的 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 中 ， 堿 基 的 配 對 情 況 不 象 DNA中 嚴(yán) 格 。 G 除 了可 以 和 C 配 對 外 ， 也 可 以 和 U 配 對 。 G-U 配 對 形 成 的 氫 鍵 較 弱 。 不同 類 型 的 RNA, 其 二 級 結(jié) 構(gòu) 有 明 顯 的 差 異 。o tRNA中 除 了 常 見 的 堿 基 外 ， 還 存 在 一

19、些 稀 有 堿 基 ， 這 類 堿 基 大 部分 位 于 突 環(huán) 部 分四 、 RNA的 高 級 結(jié) 構(gòu)RNA分 子 是 含 短 的 不 完 全 的 螺 旋 區(qū) 的 多 核 苷 酸 鏈 。 主 要 特 征 ： 1.一 臂 四 環(huán) ： 氨基 酸 臂 ： 3 端 有 CCAOH的共 有 結(jié) 構(gòu) ； 反 密 碼 環(huán) ： 環(huán)上 的 反 密 碼 子 與 mRNA相互 作 用 ； D環(huán) ： 其 上 有 二氫 尿 嘧 啶 （ D） ， 與 識 別 酶有 關(guān) ； T C環(huán) ： 含 有 T和 ， 與 識 別 核 糖 體 有 關(guān) ； 可 變 環(huán) ： 其 上 的 核 苷 酸 數(shù)目 可 以 變 動 ； 2.含 有 修

20、 飾 堿基 和 不 變 核 苷 酸 ， 修 飾 堿基 約 為 10%。（ 一 ） tRNA的 二 級 結(jié) 構(gòu) o 在 三 葉 草 型二 級 結(jié) 構(gòu) 的基 礎(chǔ) 上 ， 突環(huán) 上 未 配 對的 堿 基 由 于整 個 分 子 的扭 曲 而 配 成對 ， 目 前 已知 的 tRNA的 三 級 結(jié) 構(gòu)均 為 倒 L型（ 二 ） tRNA的 三 級 結(jié) 構(gòu) 第 三 節(jié) DNA的 結(jié) 構(gòu)一 、 DNA的 一 級 結(jié) 構(gòu)因 為 DNA的 脫 氧 核 苷 酸 只 在 它 們 所 攜 帶 的 堿 基 上 有區(qū) 別 ， 所 以 脫 氧 核 苷 酸 的 序 列 常 被 認(rèn) 為 是 堿 基 序 列（ base sequ

21、ence)。 通 常 堿 基 序 列 由 DNA鏈 的 53方 向 寫 。 DNA中 有 4種 類 型 的 核 苷 酸 ， 有 n個 核 苷 酸組 成 的 DNA鏈 中 可 能 有 的 不 同 序 列 總 數(shù) 為 4n。 pAGTOHP 第 三 節(jié) DNA的 結(jié) 構(gòu)二 、 DNA的 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu)1953年 ， Watson 和 Crick 提 出 。 1951年 Franklin和 Wilkins利 用 X-射 線 衍 射 方 法 分 析 了 DNA的 晶 體 ， 得 到 了 DNA X-射 線 衍 射 圖 。 從 衍 射 圖 推 測 出， 螺 旋 沿 著 螺 旋 的 長 軸 有 兩 個

22、 周 期 性 ， 第 一 個周 期 出 現(xiàn) 在 0.34nm， 。 這 對 于 確 定 DNA的 結(jié) 構(gòu) 是 至 關(guān) 重 要 的 線 索 。 DNA晶 體 X-射 線 衍 射 圖 一 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 的 主 要 依 據(jù)（ 1） Wilkins和 Franklin發(fā) 現(xiàn) 不 同 來 源 的 DNA纖 維 具 有 相 似的 X射 線 衍 射 圖 譜 。（ 2） Chargaff發(fā) 現(xiàn) DNA中 A與 T、 C與 G的 數(shù) 目 相 等 。 后 來Pauling 和 Corey發(fā) 現(xiàn) A與 T生 成 2個 氫 鍵 、 C與 G生 成 3個 氫 鍵 。（ 3） 電 位 滴 定 證 明 ， 嘌 呤 與

23、 嘧 啶 的 可 解 離 基 團 由 氫 鍵 連 接 。 o （ 1） DNA分 子 由 兩 條 多聚 脫 氧 核 糖 核 苷 酸 鏈(簡 稱 DNA單 鏈 )組 成 。兩 條 鏈 沿 著 同 一 根 軸 平行 盤 繞 ， 形 成 右 手 雙 螺旋 結(jié) 構(gòu) 。 螺 旋 中 的 兩 條鏈 方 向 相 反 ， 即 其 中 一條 鏈 的 方 向 為 5 3 ，而 另 一 條 鏈 的 方 向 為3 5 ， 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 上有 大 溝 和 小 溝 。 注 ： 在 這 些 溝 內(nèi) ， 堿 基 對 的 邊 緣 是 暴露 給 溶 劑 的 ， 所 以 能 夠 與 特 定 的 堿 基對 相 互 作 用 的 分

24、子 可 以 通 過 這 些 溝 去識 別 堿 基 對 ， 而 不 必 將 螺 旋 破 壞 。 這對 于 可 以 與 DNA結(jié) 合 并 “ 讀 出 ” 特 殊序 列 的 蛋 白 質(zhì) 是 特 別 重 要 的 。 二 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 模 型 要 點 （ 2） 嘌 呤 堿 和 嘧 啶 堿 基位 于 螺 旋 的 內(nèi) 側(cè) ， 磷酸 和 脫 氧 核 糖 基 位 于螺 旋 外 側(cè) ， 彼 此 以 3 -5 磷 酸 二 酯 鍵連 接 ， 形 成 DNA分 子的 骨 架 。 堿 基 環(huán) 平 面與 螺 旋 軸 垂 直 ， 糖 基環(huán) 平 面 與 堿 基 環(huán) 平 面成 90 角 。2.DNA雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 的

25、要 點 （ 3） 螺 旋 橫 截 面 的 直 徑約 為 2 nm， 每 條 鏈 相鄰 兩 個 堿 基 平 面 之 間的 距 離 為 0.34 nm， 相鄰 核 苷 酸 的 夾 角 為 36。沿 螺 旋 的 長 軸 每 一 轉(zhuǎn)含 有 10個 堿 基 對 ， 其螺 距 為 3.4nm。 （ 即螺 旋 旋 轉(zhuǎn) 一 圈 ） 高 度為 3.4 nm。 （ 4） 雙 螺 旋 內(nèi) 部 的 堿 基 按 規(guī) 則配 對 ， 堿 基 的 相 互 結(jié) 合 具 有嚴(yán) 格 的 配 對 規(guī) 律 ， 即 腺 嘌 呤（ A） 與 胸 腺 嘧 啶 （ T） 結(jié) 合 ，鳥 嘌 呤 （ G） 與 胞 嘧 啶 （ C）結(jié) 合 ， 這

26、種 配 對 關(guān) 系 ， 稱 為堿 基 互 補 。 A和 T之 間 形 成 兩個 氫 鍵 ， G與 C之 間 形 成 三 個氫 鍵 。 雙 螺 旋 的 兩 條 鏈 是 互 補 關(guān) 系 。 三 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) 的 穩(wěn) 定 因 素主 要 是 ：1、 氫 鍵 （ 比 較 弱 ） ；2、 堿 基 堆 積 力 （ base stacking force， 由 芳 香 族 堿 基 電 子 間的 相 互 作 用 引 起 的 ， 能 形 成 疏 水 核 心 ， 是 穩(wěn) 定 DNA最 重 要 的因 素 ；另 外 還 有 ：3、 離 子 鍵 （ 減 少 雙 鏈 間 的 靜 電 斥 力 ） 。 四 DNA雙 螺

27、旋 的 構(gòu) 象 類 型B-DNA： 92%相 對 濕 度 ， 接 近 細(xì) 胞 內(nèi) 的 DNA構(gòu) 象 ， 與 Watson 和 Crick提 出 的 模 型 相 似 。A-DNA： 75%相 對 濕 度 ， 與 溶 液 中 DNA-RNA雜 交 分 子 的 構(gòu)象 相 似 ， 推 測 轉(zhuǎn) 錄 時 發(fā) 生 BA。 其 堿 基 平 面 傾 斜 20 ， 螺距 與 每 一 轉(zhuǎn) 堿 基 對 數(shù) 目 都 有 變 化 。Z-DNA： 主 鏈 呈 鋸 齒 型 左 向 盤 繞 ， 直 徑 約 1.8nm， 螺 距4.5nm， 每 一 轉(zhuǎn) 含 12個 bp， 只 有 小 溝 。 B-DNA與 Z-DNA的 相互 轉(zhuǎn)

28、 換 可 能 和 基 因 的 調(diào) 控 有 關(guān) 。C-DNA： 66%相 對 濕 度 ， 螺 距 3.09nm， 每 轉(zhuǎn) 螺 旋 9.33個 堿 基對 ， 堿 基 對 傾 斜 6 。 可 能 是 特 定 條 件 下 B-DNA和 A-DNA的 轉(zhuǎn)化 中 間 物 。 雙 螺 旋 DNA的 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù)類 型 旋 轉(zhuǎn) 方 向結(jié) 晶 狀 態(tài) 螺 旋 直徑（ nm） 螺 距（ nm） 每 轉(zhuǎn) 堿 基對 數(shù) 目 堿 基 對 間 垂直 距 離（ nm） 堿 基 旋 轉(zhuǎn) 角度A DNAB DNAC- DNAz DNA 右 75%Na+右 92%Na +右 66%Li +左 人 工 合 成 2.02.31.9

29、21.8 2.83.43.14.5 11109.312 0.2550.340.330.27 32.73638-60 三 、 DNA的 三 級 結(jié) 構(gòu) DNA雙 螺 旋 的 進 一 步 扭曲 構(gòu) 成 三 級 結(jié) 構(gòu) 。 正 超 螺 旋 負(fù) 超 螺 旋雙 鏈 線 性 DNA（ dsDNA）如 真 核 生 物雙 鏈 環(huán) 狀 DNA（ dcDNA）如 細(xì) 菌 、 質(zhì) 粒單 鏈 環(huán) 狀 DNA（ scDNA）如 病 毒 、 噬 菌 體單 鏈 線 性 DNA（ ssDNA） 如 病 毒 、 噬 菌 體定 義 ： DNA的 三 級 結(jié) 構(gòu) 指 DNA分 子 （ 雙 螺 旋 ） 通 過 扭 曲 和 折疊 所

30、形 成 的 特 定 構(gòu) 象 。 包 括 不同 二 級 結(jié) 構(gòu) 單 元 間 、 單 鏈 與 二級 結(jié) 構(gòu) 單 元 間 的 相 互 作 用 以 及DNA的 拓 撲 特 征 。 超 螺 旋 是 DNA三 級 結(jié) 構(gòu) 的 一 種 類 型 。 超 螺 旋即 DNA雙 螺 旋 的 螺 旋 。 用 兩 手 分 別 捏 住 線 性 DNA分 子 的 兩 端 ， 捻 動 其 中 的 一 端或 兩 端 同 時 向 相 反 的 方 向 捻 動 。 當(dāng) 時 （ 即 沿 右 手 螺 旋方 向 捻 動 ） ， 等 于 （ 所 謂 的 “ 上 勁 ” ） 。 處 于 這 樣 狀 態(tài) 的DNA分 子 相 對 于 它 的 松

31、弛 狀 態(tài) 是 一 種 超 過 原 有 旋 轉(zhuǎn) 狀 態(tài) 的 狀態(tài) ， 所 以 稱 為 。 當(dāng) 將 處 于 松 弛 狀 態(tài) （ B構(gòu) 型 ） 的 雙 螺 旋 向 時 （ 即 沿右 手 螺 旋 相 反 方 向 捻 動 ） ， 等 于 （ 所 謂 的 “ 卸 勁 ” ） 。處 于 這 樣 狀 態(tài) 的 DNA分 子 相 對 于 它 的 松 弛 狀 態(tài) 是 一 種 沒 有 達到 原 有 旋 轉(zhuǎn) 狀 態(tài) 的 狀 態(tài) ， 所 以 稱 之 。 當(dāng) 將 線 性 過 旋 或 欠 旋 的 雙 螺 旋 DNA連 接 形 成 一 個 環(huán) 時 ， 都會 自 動 形 成 額 外 的 超 螺 旋 來 抵 消 過 旋 或 欠

32、旋 造 成 的 應(yīng) 力 ， 目 的是 維 持 B構(gòu) 象 。 過 旋 DNA會 自 動 形 成 額 外 左 手 螺 旋 ， 而 欠 旋 形成 額 外 右 手 螺 旋 ， 稱 為 負(fù) 超 螺 旋 。 向 左 捻向 右 捻 松 弛 型正 超 螺 旋 負(fù) 超 螺 旋 連 環(huán) 數(shù) （ linking number） ： 在 雙 螺 旋 DNA中 ， 一 條 鏈 以 右 手 螺 旋繞 另 一 條 鏈 纏 繞 的 次 數(shù) .以 “ L” 表 示 。超 螺 旋 數(shù) 或 纏 繞 數(shù) （ writhing number） ： 右 手 超 螺 旋 為 正 ，左 手 超 螺 旋 為 負(fù) 。 以 “ W” 表 示 。扭

33、 轉(zhuǎn) 數(shù) （ twsting number） ： DNA分 子 中 的 雙 螺 旋 數(shù) 。 以 “ T” 表 示 。L=T+W 環(huán) 狀 DNA的 拓 撲 學(xué) 特 征 第 四 節(jié) 核 酸 及 核 苷 酸 的 性 質(zhì)一 、 溶 解 性 DNA在 PH4.2時 溶 解 度 最 低 。RNA在 PH2-2.5時 溶 解 度 最 低 。1.水 溶 性微 溶 于 水 ， 不 溶 于 有 機 溶 劑 ,水 中 溶 解 度 DNA達 2%， RNA達 4%2.鹽 溶 性DNA-蛋 白 ， 溶 于 1mol/L Nacl ， 低 鹽 不 溶 。 RNA-蛋 白 ， 溶 于 0.14mol/L Nacl ， 高

34、鹽 不 溶 。3.不 同 PH的 溶 解 性 二 、 核 酸 的 紫 外 吸 收 特 性在 核 酸 分 子 中 ， 由 于嘌 呤 堿 和 嘧 啶 堿 具 有共 軛 雙 鍵 體 系 ， 因 而具 有 獨 特 的 紫 外 線 吸收 光 譜 ， 一 般 在 260nm左 右 有 最 大 吸 收 峰 ，可 以 作 為 核 酸 及 其 組份 定 性 和 定 量 測 定 的依 據(jù) 。以 A 260/A280進 行 定 性 、定 量DNA和 RNA溶 液 中 加 入溴 化 乙 錠 （ EB） ， 在紫 外 下 發(fā) 出 熒 光 三 、 核 酸 的 變 性 與 復(fù) 性（ 一 ） . 變 性 生 物 活 性 部

35、分 喪 失 、 粘 度 下 降 、浮 力 密 度 升 高 、 紫 外 吸 收 增 加 （ 增色 效 應(yīng) ） 變 性 因 素 : pH（ 11.3或 5.0） 變 性 劑 （ 脲 、甲 酰 胺 、 甲 醛 ） ， 低 離 子 強 度 加 熱1.變 性 的 概 念2.變 性 表 征 穩(wěn) 定 核 酸 雙 螺 旋 次 級 鍵 斷 裂 ，空 間 結(jié) 構(gòu) 破 壞 ， 變 成 單 鏈 結(jié) 構(gòu) 的過 程 。 核 酸 的 的 一 級 結(jié) 構(gòu) (堿 基順 序 )保 持 不 變 。 核 酸 的 光 吸 收 值 比 各 核 苷 酸 光 吸 收 值 的 和 少 3040%， 當(dāng) 核酸 變 性 或 降 解 時 光 吸 收

36、 值 顯 著 增 加 （ 增 色 效 應(yīng) ） ， 但 核 酸復(fù) 性 后 ， 光 吸 收 值 又 回 復(fù) 到 原 有 水 平 （ 減 色 效 應(yīng) ） 。 0 0.1 0.2 0.3 0.4 220 240 260 280 300 波長 / nm 光 吸 收 DNA的 變 性 過 程 是 突 變 性 的 ， 它 在 很 窄 的 溫 度 區(qū) 間 內(nèi) 完 成 。 因 此 ，通 常 將 紫 外 吸 收 的 增 加 量 達 最 大 量 一 半 時 的 溫 度 稱 熔 解 溫 度 ，用 Tm表 示 。一 般 DNA的 Tm值 在 85-95C之 間 。 DNA的 Tm值 與 分 子 中 的 G和 C的 含量

37、 有 關(guān) 。G和 C的 含 量 高 ， Tm值 高 。 因 而 測 定 Tm值 ， 可 反 映 DNA分 子 中 G, C含 量 ， 可 通 過 經(jīng) 驗 公 式 計 算 ： （ G+C)%=(Tm-69.3)*2.44熱 變 性 和 Tm : 影 響 Tm的 因 素 ：（ 1） G-C的 相 對 含 量 （ G+C） % =（ Tm 69.3） 2.44（ 2） 介 質(zhì) 離 子 強 度 低 ， Tm低 。（ 3） 高 pH下 ,堿 基 廣 泛 去 質(zhì) 子 而 喪 失 形 成 氫 鍵 的 能 力 。（ 4） 變 性 劑 如 甲 酰 胺 、 尿 素 、 甲 醛 等 破 壞 氫 鍵 ， 妨礙 堿 基

38、 堆 積 ， 使 Tm下 降 。 （ 二 ） . 核 酸 的 復(fù) 性將 熱 變 性 的 DNA驟 然 冷 卻 至 低 溫 時 ， DNA不 可 能 復(fù) 性 。 變 性 的 DNA緩 慢 冷 卻 時 可 復(fù) 性 ， 因 此 又 稱 為 “ 退 火 ” 。 退 火 溫 度 T m 25 1.復(fù) 性 的 概 念 變 性 核 酸 的 互 補 鏈 在 適 當(dāng) 的 條 件 下 ， 重 新 締 合 成 為 雙 螺旋 結(jié) 構(gòu) 的 過 程 稱 為 復(fù) 性 。 DNA復(fù) 性 后 ， 一 系 列 性 質(zhì) 將 得 到 恢 復(fù) ， 但 是 生 物 活 性 一 般只 能 得 到 部 分 的 恢 復(fù) ， 具 有 減 色 效

39、 應(yīng)2.退 火 溫 度3.復(fù) 性 影 響 因 素片 段 濃 度 /片 段 大 小 /片 段 復(fù) 雜 性 （ 重 復(fù) 序 列 數(shù) 目 ） /純 度 /溶 液 離 子 強 度 （ 三 ） . 核 酸 的 復(fù) 性 與 分 子 雜 交 退 火 復(fù) 性雜 交變 性兩 個 不 同 來 源的 DNA分 子 分 子 雜 交定 義 ： 在 退 火 條 件 下 ， 不 同 來 源 的 DNA互 補 區(qū) 形成 氫 鍵 ， 或 DNA單 鏈 和 RNA鏈 的 互 補 區(qū) 形 成 DNA-RNA雜 合 雙 鏈 的 過 程 。探 針 ： 用 放 射 性 同 位 素 或 熒 光 標(biāo) 記 的 DNA或 RNA片 段 。原 位 雜 交 技 術(shù) ： 直 接 用 探 針 與 菌 落 或 組 織 細(xì) 胞 中 的 核 酸雜 交 ， 能 準(zhǔn) 確 反 映 出 核 酸 所 在 的 位 置 在 組 織 細(xì) 胞 中 的 功能 狀 態(tài) 。點 雜 交 ： 將 核 酸 直 接 點 在 膜 上 ， 再 與 核 酸 雜 交 。Southern印 跡 法 ： 將 電 泳 分 離 后 的 DNA片 段 從 凝 膠 轉(zhuǎn) 移 到硝 酸 纖 維 素 膜 上 ， 再 進 行 雜 交 。Northern印 跡 法 ： 將 電 泳 分 離 后 的 RNA吸 印 到 纖 維 素 膜 上再 進 行 分 子 雜 交 。