《基礎(chǔ)生物化學：第二章 核酸化學》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基礎(chǔ)生物化學：第二章 核酸化學（75頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第二章第二章 核酸化學核酸化學 主要內(nèi)容主要內(nèi)容：介紹核酸的分類和化學組成，介紹核酸的分類和化學組成，重點討論重點討論DNADNA和和RNARNA的結(jié)構(gòu)特征，初步認識核酸的結(jié)構(gòu)特征，初步認識核酸的結(jié)構(gòu)特征與其功能的相關(guān)性；介紹核酸的主的結(jié)構(gòu)特征與其功能的相關(guān)性；介紹核酸的主要理化性質(zhì)和核酸研究的一般方法要理化性質(zhì)和核酸研究的一般方法。思考思考核酸的結(jié)構(gòu)與功能核酸的結(jié)構(gòu)與功能 第一第一節(jié)節(jié) 核酸通論核酸通論第二節(jié)第二節(jié) 核酸基本構(gòu)件單位核酸基本構(gòu)件單位核苷酸核苷酸第三節(jié)第三節(jié) DNADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)第四節(jié)第四節(jié) RNARNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)第五節(jié)第五節(jié) 核酸的某些理化性質(zhì)及核酸研

2、究常用技術(shù)核酸的某些理化性質(zhì)及核酸研究常用技術(shù)第六節(jié)第六節(jié) 人類基因組計劃簡介人類基因組計劃簡介第一第一節(jié)節(jié) 核酸通論核酸通論一、一、 核酸的核酸的研究歷史和重要性研究歷史和重要性二、二、 核酸的核酸的種類和分布種類和分布三、三、DNADNA儲存遺傳信息的儲存遺傳信息的證實證實核酸的研究歷史和重要性核酸的研究歷史和重要性 1869 Miescher從膿細胞的細胞核中分離出了一從膿細胞的細胞核中分離出了一 種含磷酸的有種含磷酸的有機物，當時稱為核素（機物，當時稱為核素（nuclein）,后稱為核酸（后稱為核酸（nucleic acid）；）；此后幾十年內(nèi)，弄清了核酸的組成及在細胞中的分布。此后幾

3、十年內(nèi)，弄清了核酸的組成及在細胞中的分布。 1944 Avery 等成功進行肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗；等成功進行肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗；1952年年Hershey等等的實驗表明的實驗表明32P-DNA可進入噬菌體內(nèi)，可進入噬菌體內(nèi)， 證明證明DNA是遺傳物質(zhì)。是遺傳物質(zhì)。 1953 Watson和和Crick建立了建立了DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型，說明了結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型，說明了基因的結(jié)構(gòu)、信息和功能三者間的關(guān)系，推動了分子生物學的基因的結(jié)構(gòu)、信息和功能三者間的關(guān)系，推動了分子生物學的迅猛發(fā)展。迅猛發(fā)展。 1958 Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則，提出遺傳信息傳遞的中心法則， 60年代年代 RNA研究取得大

4、發(fā)展（操縱子學說，遺傳密碼，逆轉(zhuǎn)研究取得大發(fā)展（操縱子學說，遺傳密碼，逆轉(zhuǎn)錄酶）。錄酶）。核酸的研究歷史和重要性（續(xù)）核酸的研究歷史和重要性（續(xù)）歷史歷史 70年代年代 建立建立DNA重組技術(shù)，改變了分子生物學的面貌，并導重組技術(shù)，改變了分子生物學的面貌，并導致生物技術(shù)的興起。致生物技術(shù)的興起。 80年代年代 RNA研究出現(xiàn)第二次高潮：研究出現(xiàn)第二次高潮：ribozyme、反義反義RNA、“RNA世界世界”假說等等。假說等等。 90年代以后年代以后 實施人類基因組計劃（實施人類基因組計劃（HGP）, 開辟了生命科學開辟了生命科學新紀元。生命科學進入后基因時代：新紀元。生命科學進入后基因時代：

5、功能基因組學（功能基因組學（functional genomics） 蛋白質(zhì)組學（蛋白質(zhì)組學（proteomics） 結(jié)構(gòu)基因組學（結(jié)構(gòu)基因組學（structural genomics） RNA組學（組學（Rnomics）或核糖核酸組學（或核糖核酸組學（ribonomics） 核酸分類和分布核酸分類和分布 脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）:遺傳信息的遺傳信息的貯存和攜帶者，生物的主要遺傳物質(zhì)。在真核細胞中，貯存和攜帶者，生物的主要遺傳物質(zhì)。在真核細胞中，DNA主主要集中在細胞核內(nèi)，線粒體和葉綠體中均有各自的要集中在細胞核內(nèi)，線粒體和葉綠體中均有各

6、自的DNA。原核原核細胞沒有明顯的細胞核結(jié)構(gòu)，細胞沒有明顯的細胞核結(jié)構(gòu)，DNA存在于稱為類核的結(jié)構(gòu)區(qū)。存在于稱為類核的結(jié)構(gòu)區(qū)。每個原核細胞只有一個染色體，每個染色體含一個雙鏈環(huán)狀每個原核細胞只有一個染色體，每個染色體含一個雙鏈環(huán)狀DNA。 核糖核酸核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）：）：主要參與遺傳信息的主要參與遺傳信息的傳遞和表達過程，細胞內(nèi)的傳遞和表達過程，細胞內(nèi)的RNA主要存在于細胞質(zhì)中，少量存主要存在于細胞質(zhì)中，少量存在于細胞核中，病毒中在于細胞核中，病毒中RNA本身就是遺傳信息的儲存者。另外本身就是遺傳信息的儲存者。另外在植物中還發(fā)現(xiàn)了一類比病毒還小得多的侵染性致

7、病因子稱為在植物中還發(fā)現(xiàn)了一類比病毒還小得多的侵染性致病因子稱為類病毒，它是不含蛋白質(zhì)的游離的類病毒，它是不含蛋白質(zhì)的游離的RNA分子，還發(fā)現(xiàn)有些分子，還發(fā)現(xiàn)有些RNA具生物催化作用（具生物催化作用（ribozyme）。肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗圖解肺炎球菌轉(zhuǎn)化實驗圖解III S型細胞型細胞（有毒）（有毒）II R型細胞型細胞（無毒）（無毒）破碎細胞破碎細胞DNAase降降解后的解后的DNAII R型細胞接受型細胞接受III S型型DNA只有只有II R型型大多數(shù)仍大多數(shù)仍為為II R型型少數(shù)少數(shù)II R型細胞被轉(zhuǎn)化型細胞被轉(zhuǎn)化產(chǎn)生產(chǎn)生III S型莢膜型莢膜S（光滑）光滑）SRRR（粗糙）粗糙）+DNA

8、第二節(jié)第二節(jié) 核酸的基本結(jié)構(gòu)單位核酸的基本結(jié)構(gòu)單位核苷酸核苷酸一、核苷酸的化學組成與命名一、核苷酸的化學組成與命名 1、 堿基、核苷、核苷酸的概念和關(guān)系堿基、核苷、核苷酸的概念和關(guān)系 2、 常見堿基的結(jié)構(gòu)與命名法常見堿基的結(jié)構(gòu)與命名法 3、 常見（脫氧）核苷酸的基本結(jié)構(gòu)與命名常見（脫氧）核苷酸的基本結(jié)構(gòu)與命名 4、 稀有核苷酸稀有核苷酸 5、細胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物細胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物二、核苷酸的二、核苷酸的生物學功能生物學功能 5 -磷酸核苷酸的基本結(jié)構(gòu)磷酸核苷酸的基本結(jié)構(gòu)OO（N = A、G、C、U、T）HH(O)H1 2 NOHCH2HH5 4 3 PO-OOO-核糖核糖磷酸磷酸

9、堿基堿基堿基、核苷、核苷酸的概念和關(guān)系堿基、核苷、核苷酸的概念和關(guān)系 Nitrogenous basePentose sugarHOCH2HOHDoxyribose (in DNA)HOCH2HOOHRibose (in RNA)PhosphatePyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAG核酸核酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖堿基堿基基本堿基結(jié)構(gòu)和命名基本堿基結(jié)構(gòu)和命名嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶Adenine (A)Guanine (G)Cytosine (C)Uracil (U)Thymine (T)核苷酸的結(jié)構(gòu)和命名核苷酸的結(jié)構(gòu)和命

10、名腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（ AMP） Adenosine monophosphate脫氧腺嘌呤核苷酸（脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP） Deoxyadenosine monophosphate鳥嘌呤核苷酸（鳥嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（尿嘧啶核苷酸（UMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）HOHPPPPPPPP常見（脫氧）核苷酸的結(jié)構(gòu)和命名常見（脫氧）核苷酸的結(jié)構(gòu)和命名鳥嘌呤核苷酸鳥嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核

11、苷酸胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸（AMP）脫氧腺嘌呤核苷酸脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）幾種稀有核苷幾種稀有核苷假尿苷（假尿苷（ ）二氫尿嘧啶（二氫尿嘧啶（DHU）AmCH3CH3H3Cm26GHH5HH幾種稀有核苷酸幾種稀有核苷酸假尿苷（假尿苷（ ）二氫尿嘧啶（二氫尿嘧啶（DHU）AmCH3CH3H3Cm26GHH5HH細胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物細胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物 多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸 環(huán)核苷酸環(huán)核苷酸 輔酶類核苷酸。輔酶類核苷酸

12、。 5 -NMP 5 -NDP 5 -NTPN=A、G、C、U 5 -dNMP 5 -dNDP 5 -dNTP N=A、G、C、T腺苷酸及其多磷酸化合物腺苷酸及其多磷酸化合物 AMP Adenosine monophosphate ADP Adenosine diphosphate ATP Adenosine triphosphateOPOOHOA (G)OOOHCH2HHHHcAMPcAMP( (cGMPcGMP) )的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)Cyclic Cyclic adenylieadenylie (Guanine)acid (Guanine)acid二二 、核苷酸的生物學功能、核苷酸的生物學功能

13、作為核酸的單體作為核酸的單體 細胞中的攜能物質(zhì)（如細胞中的攜能物質(zhì)（如ATP、GTP、CTP、GTP） 酶的輔助因子的結(jié)構(gòu)成分（如酶的輔助因子的結(jié)構(gòu)成分（如NAD） 細胞通訊的媒介（如細胞通訊的媒介（如cAMP、cGMP） 第二節(jié)第二節(jié) DNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu) 一、核酸分子中的一、核酸分子中的共價鍵共價鍵二、二、 DNA 一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu) 三、三、DNA堿基組成的堿基組成的Chargaff規(guī)則規(guī)則四、四、 DNA的的二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)五、五、 DNA的的三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu) 六、六、DNA與與蛋白質(zhì)復合物的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)復合物的結(jié)構(gòu)5 5 3 3 核酸分子中核苷酸之間核酸分子中核苷酸之間的共價鍵的共

14、價鍵3 -5 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵二、二、DNA 的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu) DNA分子中各脫氧核苷酸分子中各脫氧核苷酸之間的連接方式（之間的連接方式（3 -5 磷酸二磷酸二酯鍵酯鍵）和排列順序叫做）和排列順序叫做DNA的的一級結(jié)構(gòu)，簡稱為堿基序列。一一級結(jié)構(gòu)，簡稱為堿基序列。一級結(jié)構(gòu)的走向的規(guī)定為級結(jié)構(gòu)的走向的規(guī)定為5 3 。不同的不同的DNA分子具有不同的核分子具有不同的核苷酸排列順序，因此攜帶有不同苷酸排列順序，因此攜帶有不同的遺傳信息。的遺傳信息。 一級結(jié)構(gòu)的表示法一級結(jié)構(gòu)的表示法 結(jié)構(gòu)式，線條式，字母式結(jié)構(gòu)式，線條式，字母式5 3 DNADNA一級結(jié)構(gòu)的表示法一級結(jié)構(gòu)的表示法5 3 結(jié)構(gòu)式

15、結(jié)構(gòu)式5 3 p p p pOH3 ACTG1 線條式線條式5 ACTGCATAGCTCGA 3 字母式字母式三、三、DNA堿基組成的堿基組成的Chargaff規(guī)則規(guī)則 Chargaff首先注意到首先注意到DNA堿基組成的某些規(guī)律性，在堿基組成的某些規(guī)律性，在年總結(jié)出年總結(jié)出DNA堿基組成的規(guī)律：堿基組成的規(guī)律： 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，即腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，即 A=T。 鳥嘌呤和胞腺嘧啶的摩爾數(shù)也相等，即鳥嘌呤和胞腺嘧啶的摩爾數(shù)也相等，即G=C。 含含氨基的堿基總數(shù)等于含酮基堿基總數(shù)，即氨基的堿基總數(shù)等于含酮基堿基總數(shù)，即A+C=G+T。 嘌呤的總數(shù)等于嘧啶的總數(shù)，即嘌呤的總

16、數(shù)等于嘧啶的總數(shù)，即A+G=C+T。DNADNA、RNARNA的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu) DNADNA一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)5 3 OHOHOH5 3 RNARNA一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)四、四、DNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)（1） DNA的的雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)(Watson-Crick模型模型)（2） DNA雙雙螺旋結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)特征特征及及意義意義（3） DNA雙螺旋的雙螺旋的多態(tài)性多態(tài)性（4）DNA的的三股螺旋三股螺旋（tripkex）DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成5 3 5 3 5 3 5 3 磷酸磷酸核糖核糖堿基堿基T-A堿基對堿基對C-G堿基對堿基對DNA的雙螺旋模型特點的雙螺旋模型特點 a.

17、 兩條反向平行的多聚核苷酸鏈沿一個假兩條反向平行的多聚核苷酸鏈沿一個假設(shè)的中心軸右旋相互盤繞而形成。設(shè)的中心軸右旋相互盤繞而形成。 b. 磷酸和脫氧核糖單位作為不變的骨架組磷酸和脫氧核糖單位作為不變的骨架組成位于外側(cè)，作為可變成分的堿基位于內(nèi)側(cè)成位于外側(cè)，作為可變成分的堿基位于內(nèi)側(cè)，鏈間堿基按，鏈間堿基按AT，GC配對（配對（堿基配對堿基配對原則原則，Chargaff定律定律） c. 螺旋直徑螺旋直徑2nm，相鄰堿基平面垂直距離相鄰堿基平面垂直距離0.34nm,螺旋結(jié)構(gòu)每隔螺旋結(jié)構(gòu)每隔10個堿基對（個堿基對（base pair, bp）重復一次，間隔為重復一次，間隔為3.4nm 氫鍵氫鍵 堿基

18、堆集力堿基堆集力 磷酸基上負電荷被胞內(nèi)磷酸基上負電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和組蛋白或正離子中和 堿基處于疏水環(huán)境中堿基處于疏水環(huán)境中DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義的意義 該模型揭示了該模型揭示了DNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有價值的是確認了特征，最有價值的是確認了堿基配對堿基配對原則，這原則，這是是是是DNA復制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦復制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞和表達的分子基礎(chǔ)。該模型的是遺傳信息傳遞和表達的分子基礎(chǔ)。該模型的提出是本世紀生命科學的重大突破之一，它奠提出是本世紀生命科學的重大突破

19、之一，它奠定了生物化學和分子生物學乃至整個生命科學定了生物化學和分子生物學乃至整個生命科學飛速發(fā)展的基石。飛速發(fā)展的基石。DNA雙螺旋的不同構(gòu)象雙螺旋的不同構(gòu)象三種三種DNA雙螺旋構(gòu)象比較雙螺旋構(gòu)象比較A-DNAZ-DNAB-DNAA B Z外型外型 粗短粗短 適中適中 細長細長螺旋方向螺旋方向 右手右手 右手右手 左手左手螺旋直徑螺旋直徑 2.55nm 2.37nm 1.84nm堿基直升堿基直升 0.23nm 0.34nm 0.38nm堿基夾角堿基夾角 32.70 34.60 60.00每圈堿基數(shù)每圈堿基數(shù) 11 10.4 12軸心與堿軸心與堿基對關(guān)系基對關(guān)系2.46nm 3.32nm 4.

20、56nm堿基傾角堿基傾角 190 10 90糖苷鍵構(gòu)象糖苷鍵構(gòu)象 反式反式 反式反式 C、T反式，反式，G順式順式大溝大溝 很窄很深很窄很深 很寬較深很寬較深 平坦平坦小溝小溝 很寬、淺很寬、淺 窄、深窄、深 較窄很深較窄很深DNA分子內(nèi)分子內(nèi)的三鏈結(jié)構(gòu)的三鏈結(jié)構(gòu) 多聚嘌呤多聚嘌呤多聚嘧啶多聚嘧啶DNA分子間分子間的三鏈結(jié)構(gòu)的三鏈結(jié)構(gòu)DNA三鏈間三鏈間的堿基配對的堿基配對T-A-TC-G-C五、五、DNA的的三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)1超螺旋超螺旋DNA（supercoiled DNA）2拓樸異構(gòu)酶（拓樸異構(gòu)酶（topoisomerase） (1)(1)(1) 超螺旋超螺旋超螺旋超螺旋超螺旋超螺旋DNA

21、DNADNA的形成的形成的形成的形成的形成的形成 (2) (2) (2) 超螺旋狀態(tài)的定量描述超螺旋狀態(tài)的定量描述超螺旋狀態(tài)的定量描述超螺旋狀態(tài)的定量描述超螺旋狀態(tài)的定量描述超螺旋狀態(tài)的定量描述 ( ( () ) ) DNADNADNA超螺旋結(jié)構(gòu)形成的重要意義超螺旋結(jié)構(gòu)形成的重要意義超螺旋結(jié)構(gòu)形成的重要意義超螺旋結(jié)構(gòu)形成的重要意義超螺旋結(jié)構(gòu)形成的重要意義超螺旋結(jié)構(gòu)形成的重要意義 (1) (1) (1) 兩類拓樸異構(gòu)酶兩類拓樸異構(gòu)酶兩類拓樸異構(gòu)酶兩類拓樸異構(gòu)酶兩類拓樸異構(gòu)酶兩類拓樸異構(gòu)酶 (2) (2) (2) 拓樸異構(gòu)酶作用機理拓樸異構(gòu)酶作用機理拓樸異構(gòu)酶作用機理拓樸異構(gòu)酶作用機理拓樸異構(gòu)酶作

22、用機理拓樸異構(gòu)酶作用機理 DNA的三的三級結(jié)構(gòu)指雙螺級結(jié)構(gòu)指雙螺旋旋DNA分子通分子通過扭曲和折疊過扭曲和折疊所形成的特定所形成的特定構(gòu)象，包括不構(gòu)象，包括不同二級結(jié)構(gòu)單同二級結(jié)構(gòu)單元間的相互作元間的相互作用、單鏈和二用、單鏈和二級結(jié)構(gòu)單元間級結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以的相互作用以及及DNA的拓撲的拓撲特征。特征。螺螺旋旋和和超超螺螺旋旋電電話話線線螺旋螺旋超螺旋超螺旋L=25,T=25,W=0松弛環(huán)形松弛環(huán)形1152010523L=23,T=23,W=0解鏈環(huán)形解鏈環(huán)形15101520231510152025L=23,T=25,W=2負超螺旋負超螺旋121482316131510152023右手

23、旋轉(zhuǎn)擰松兩匝后的線形右手旋轉(zhuǎn)擰松兩匝后的線形DNADNA超螺旋的形成超螺旋的形成超螺旋的拓超螺旋的拓撲學公式：撲學公式：L=T+W或或 = + 超螺旋狀態(tài)的定量描述超螺旋狀態(tài)的定量描述公式公式1 1： L=T+WL=T+W L L連環(huán)數(shù)（連環(huán)數(shù)（linking numberlinking number），），DNADNA雙螺旋中一雙螺旋中一條鏈以右手螺旋與另一條鏈纏繞的次數(shù)。條鏈以右手螺旋與另一條鏈纏繞的次數(shù)。 T TDNADNA分子中的螺旋數(shù)（分子中的螺旋數(shù)（twisting numbertwisting number） W W超螺旋數(shù)或纏繞數(shù)（超螺旋數(shù)或纏繞數(shù)（writhing numbe

24、rwrithing number）公式公式2 2： =（L-LL-L0 0）/L/L0 0 超螺旋度超螺旋度 （degree of degree of supercoilingsupercoiling） L L0 0松馳態(tài)松馳態(tài)DNADNA連環(huán)數(shù)連環(huán)數(shù)L=25,T=25,W=0松弛環(huán)形松弛環(huán)形1152010523L=23,T=25,W=2負超螺旋負超螺旋12148231613DNADNA超螺旋結(jié)構(gòu)形成的意義超螺旋結(jié)構(gòu)形成的意義 使使DNADNA形成高度致密狀態(tài)從而得以裝入核中；形成高度致密狀態(tài)從而得以裝入核中； 推動推動DNADNA結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化以滿足功能上的需要。如負結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化以滿足功能上的需要

25、。如負超螺旋分子所受張力會引起互補鏈分開導致局部超螺旋分子所受張力會引起互補鏈分開導致局部變性，利于復制和轉(zhuǎn)錄。變性，利于復制和轉(zhuǎn)錄。原核生物兩類拓撲異構(gòu)酶原核生物兩類拓撲異構(gòu)酶 除連環(huán)數(shù)（除連環(huán)數(shù)（L）不同外其他性質(zhì)均相同的不同外其他性質(zhì)均相同的DNA分子稱為拓撲異分子稱為拓撲異構(gòu)體（構(gòu)體（topoisomerase）。）。DNA拓撲異構(gòu)酶通過改變拓撲異構(gòu)酶通過改變DNA的的L值而值而影響其拓撲結(jié)構(gòu)。影響其拓撲結(jié)構(gòu)。 拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶I通過使通過使DNA的一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，能使超的一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，能使超螺旋螺旋DNA轉(zhuǎn)變成松弛型環(huán)狀轉(zhuǎn)變成松弛型環(huán)狀DNA，每催化一次可消除一

26、個負超螺每催化一次可消除一個負超螺旋，即使旋，即使L增加，增加，反應(yīng)無需供給能量。反應(yīng)無需供給能量。 拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶II則剛好相反，可使松弛型環(huán)狀則剛好相反，可使松弛型環(huán)狀DNA轉(zhuǎn)變成負超螺轉(zhuǎn)變成負超螺旋旋DNA，每催化一次，每催化一次，L 減少，減少，可引入負超螺旋?？梢胴摮菪?。拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶II亦稱促旋酶，它可以使亦稱促旋酶，它可以使DNA的兩條鏈同時斷裂和再連接，當它的兩條鏈同時斷裂和再連接，當它引入超螺旋時需要引入超螺旋時需要ATP提供能量。提供能量。 細胞內(nèi)兩類拓撲異構(gòu)酶的含量受嚴格的控制，使細胞內(nèi)細胞內(nèi)兩類拓撲異構(gòu)酶的含量受嚴格的控制，使細胞內(nèi)DNA保持在一定的超螺

27、旋水平。保持在一定的超螺旋水平。 原核拓撲異構(gòu)酶原核拓撲異構(gòu)酶I的作用機制的作用機制連接數(shù)連接數(shù) = n連接數(shù)連接數(shù) = n+1穿越斷口和穿越斷口和使兩端連接使兩端連接切割切割abcd DNA雙鏈重新連接雙鏈重新連接DNA雙鏈穿過雙鏈穿過DNA的釋放的釋放重復重復起始起始DNA雙鏈斷裂雙鏈斷裂拓撲異構(gòu)酶拓撲異構(gòu)酶II的作用機制的作用機制拓撲異構(gòu)酶 六、六、DNA與蛋白質(zhì)復合物的結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)復合物的結(jié)構(gòu) 生物體內(nèi)的核酸通常都與蛋白質(zhì)結(jié)合形成復合物，以生物體內(nèi)的核酸通常都與蛋白質(zhì)結(jié)合形成復合物，以核蛋白（核蛋白（nucleoprotein）的形式存在。的形式存在。DNA分子十分分子十分巨大，與蛋白

28、質(zhì)結(jié)合后被組裝到有限的空間中。巨大，與蛋白質(zhì)結(jié)合后被組裝到有限的空間中。、病毒病毒、細菌擬核細菌擬核、真核染色體真核染色體噬菌體噬菌體T2結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)頭部頭部頸圈頸圈尾部尾部基板基板尾絲尾絲尖釘尖釘動物病毒切面模式圖動物病毒切面模式圖被膜（脂蛋白、被膜（脂蛋白、碳水化合物）碳水化合物）衣殼（蛋白質(zhì)）衣殼（蛋白質(zhì)）核酸核酸突起突起（糖蛋白糖蛋白）病毒粒病毒粒細菌擬核（細菌擬核（nucleoid ）的突環(huán)結(jié)構(gòu)的突環(huán)結(jié)構(gòu)RNA-蛋白質(zhì)核心蛋白質(zhì)核心突環(huán)由雙鏈突環(huán)由雙鏈DNA結(jié)結(jié)合堿性蛋白質(zhì)組成合堿性蛋白質(zhì)組成平均一個突環(huán)含平均一個突環(huán)含有約有約40kpDNA組蛋白與DNA的結(jié)合組組蛋蛋白白與與DNA的的

29、結(jié)結(jié)合合核小體核小體DNA的念珠狀結(jié)構(gòu)的念珠狀結(jié)構(gòu)核小體盤繞及染色質(zhì)示意圖核小體盤繞及染色質(zhì)示意圖真核生物染色體真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)組裝不同層次的結(jié)構(gòu)DNA （2nm）核小體鏈（核小體鏈（ 11nm，每個核小體每個核小體200bp）纖絲（纖絲（ 30nm，每每圈圈6個核小體個核小體）突環(huán)（突環(huán)（ 150nm，每個突環(huán)大約每個突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（玫瑰花結(jié)（ 300nm ，6個個突環(huán)突環(huán)）螺旋圈（螺旋圈（ 700nm，每每圈圈30個玫瑰花個玫瑰花）染色體（染色體（ 1400nm， 每個染色體含每個染色體含10個玫瑰花個玫瑰花200bp）第四節(jié)第四節(jié) RNARNA的分

30、子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)一、一、 RNA一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu) 和和類別類別二、二、 tRNA 的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)三、三、 rRNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)四、四、 mRNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)RNA的類別的類別 信使信使RNA（messenger RNA，mRNA）：）：在蛋白在蛋白質(zhì)合成中起模板作用；質(zhì)合成中起模板作用； 核糖體核糖體RNA（ribosoal RNA，rRNA）：）：與蛋白與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核糖體（質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核糖體（ribosome）,核糖體是蛋白質(zhì)合成核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所；的場所； 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA（transfor RNA，tRNA）：）：在蛋白質(zhì)在蛋白質(zhì)合成時起著攜帶活化氨基酸的作用

31、。合成時起著攜帶活化氨基酸的作用。RNA的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu) RNA分子中各核苷之間分子中各核苷之間的連接方式（的連接方式（3 -5 磷酸二磷酸二酯 鍵酯 鍵 ） 和 排 列 順 序 叫 做） 和 排 列 順 序 叫 做RNA的一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu)OHOHOH5 3 RNA與與DNA的差異的差異 DNA RNA糖糖 脫氧核糖脫氧核糖 核糖核糖堿基堿基 AGCT AGCU 不含稀有堿基不含稀有堿基 含稀有堿基含稀有堿基tRNA tRNA 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)特征特征： 單鏈單鏈 三葉草葉形三葉草葉形 四臂四環(huán)四臂四環(huán)三三級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu) 特征：特征： 在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進一步折疊

32、扭曲形成倒進一步折疊扭曲形成倒L型型酵母酵母tRNA Ala 的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu)DHU環(huán)環(huán)IGC反密碼子反密碼子反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂可變環(huán)可變環(huán)TC環(huán)環(huán)CCAAla3 5 tRNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu) rRNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)特征特征： 單鏈，螺旋化程度較單鏈，螺旋化程度較tRNA低低 與蛋白質(zhì)組成核糖體后方能發(fā)揮其功能與蛋白質(zhì)組成核糖體后方能發(fā)揮其功能5 5sRNAsRNA的二級結(jié)構(gòu)的二級結(jié)構(gòu) mRNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)原核生物原核生物mRNA特征特征： 先導區(qū)先導區(qū)+翻譯區(qū)（翻譯區(qū)（多順反子多順反子）+末端序列末端序列真核生物真核生物mRNA特征特征： “帽子帽子”（m

33、7G-5 ppp5 -N-3 p）+單順單順反子反子+“尾巴尾巴”（Poly A）原核細胞原核細胞mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點5 3 順反子順反子順反子順反子順反子順反子插入順序插入順序插入順序插入順序先導區(qū)先導區(qū)末端順序末端順序真核細胞真核細胞mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點AAAAAAA-OH5 “帽子帽子”PolyA 3 順反子順反子m7G-5 ppp-N-3 p第五節(jié)第五節(jié) 核酸的某些理化性質(zhì)及核酸的某些理化性質(zhì)及 核酸研究常用技術(shù)核酸研究常用技術(shù) 一、一、 核酸的核酸的兩性解離性質(zhì)兩性解離性質(zhì) 二、二、 核酸的核酸的紫外吸收紫外吸收（max=260nm） 三、三、 核酸的

34、核酸的變性變性、復性和分子雜交復性和分子雜交 四、核酸的四、核酸的熔解溫度熔解溫度（Tm） 五、核酸的五、核酸的沉降性質(zhì)沉降性質(zhì)核核苷苷酸酸的的解解離離曲曲線線pK1 = 0.9第一磷酸基第一磷酸基pK3 = 6.2第二磷酸基第二磷酸基pK2 = 3.7含氮環(huán)含氮環(huán)腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸pK1 = 0.7第一磷酸基第一磷酸基pK3 = 6.1第二磷酸基第二磷酸基pK2 = 3.7含氮環(huán)含氮環(huán)烯醇式羥基烯醇式羥基鳥嘌呤核苷酸鳥嘌呤核苷酸pK1 = 0.8第一磷酸基第一磷酸基pK3 = 6.3第二磷酸基第二磷酸基pK2 = 4.3含氮環(huán)含氮環(huán)胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸pK1 = 1.0第一磷酸基第

35、一磷酸基pK3 = 6.4第二磷酸基第二磷酸基烯醇式羥基烯醇式羥基尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸pH離子化離子化程度程度小牛胸線小牛胸線DNA的滴定曲線的滴定曲線pHDNA的紫外吸收光譜的紫外吸收光譜天然天然DNA變性變性DNA核苷酸總吸收值核苷酸總吸收值1232202402602800.10.20.30.4波長（波長（nmnm）光光吸吸收收123DNADNA的變性過程的變性過程加熱加熱部分雙螺旋解開部分雙螺旋解開 無規(guī)則線團無規(guī)則線團 鏈內(nèi)堿基配對鏈內(nèi)堿基配對核酸核酸的變性、復性和雜交的變性、復性和雜交變性變性（加熱）（加熱）探針探針雜交雜交（緩慢冷卻）（緩慢冷卻）復性復性（緩慢冷卻）（緩慢冷卻）

36、 變性變性：在物在物理、化學因素影理、化學因素影響下，響下， DNA堿堿基對間的氫鍵斷基對間的氫鍵斷裂，雙螺旋解開裂，雙螺旋解開，這是一個是躍，這是一個是躍變 過 程 ， 伴 有變 過 程 ， 伴 有A260增加（增加（增色增色效應(yīng)效應(yīng)）,DNA的的功能喪失。功能喪失。 復 性復 性 ： 在 一： 在 一定條件下，變性定條件下，變性DNA 單鏈間堿單鏈間堿基重新配對恢復基重新配對恢復雙螺旋結(jié)構(gòu)，伴雙螺旋結(jié)構(gòu)，伴有有A260減小（減?。p減色效應(yīng)色效應(yīng)）,DNA的功能恢復。的功能恢復。Southern印跡法印跡法DNA分子分子限制片段限制片段限制性酶切割限制性酶切割瓊脂糖電泳瓊脂糖電泳轉(zhuǎn)移至硝酸

37、纖維素膜上轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜上與放射性標記與放射性標記DNA探針雜交探針雜交放射自顯影放射自顯影帶有帶有DNA片片段的凝膠段的凝膠凝膠凝膠濾膜濾膜用緩沖液用緩沖液轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移DNA吸附有吸附有DNA片段的膜片段的膜分子雜交的原理示意圖分子雜交的原理示意圖 不 同 來 源 的不 同 來 源 的DNA單鏈間或單單鏈間或單鏈鏈DNA與與RNA之之間只要有堿基配間只要有堿基配對的區(qū)域，在復對的區(qū)域，在復性時可形成局部性時可形成局部雙螺旋區(qū)，稱核雙螺旋區(qū)，稱核酸 分 子 雜 交 （酸 分 子 雜 交 （hybridization）制備特定的探針制備特定的探針（probe）通過雜通過雜交技術(shù)可進行基交技術(shù)可進

38、行基因的檢測和定位因的檢測和定位研 究 。 實 例 ：研 究 。 實 例 ：southern印跡法印跡法 TmTm：熔解溫度（熔解溫度（melting temperaturemelting temperature）Poly d(A-T)DNAPoly d(G-C) DNA的變性發(fā)生在的變性發(fā)生在一個很窄的溫度范圍一個很窄的溫度范圍內(nèi)，通常把熱變性過內(nèi)，通常把熱變性過程中程中A260達到最大值一達到最大值一半 時 的 溫 度 稱 為 該半 時 的 溫 度 稱 為 該DNA的熔解溫度，用的熔解溫度，用Tm表示。表示。 Tm的的大小與大小與DNA分子中（分子中（G+C）的百的百分含量成正相關(guān)，測分含

39、量成正相關(guān)，測定定Tm值可推算核酸堿值可推算核酸堿基組成及判斷基組成及判斷DNA純純度。度。某些某些DNADNA的的TmTm值值60801001 .01 .41 .2100%A260t 0CTmTmTmTmTmTm123123人類基因組計劃概況人類基因組計劃概況（Human Genome Project，HGP） 該計劃是美國科學家在該計劃是美國科學家在1985年率先提出，年率先提出，1990年正年正式啟動。美、英、德、法、日先后參加了此項工作，式啟動。美、英、德、法、日先后參加了此項工作，1999年我國成為年我國成為 HGP的第六個成員國。的第六個成員國。 HGP旨在闡明人類基因組旨在闡明人

40、類基因組DNA所具有的所具有的310109 9核苷酸核苷酸的序列，發(fā)現(xiàn)所有的人類基因并闡明其在染色體上的位的序列，發(fā)現(xiàn)所有的人類基因并闡明其在染色體上的位置，破譯人類的全部遺傳信息，使得人類第一次在分子置，破譯人類的全部遺傳信息，使得人類第一次在分子水平上全面地認識自我。水平上全面地認識自我。 到目前為止，已完成了人類基因組的框架圖，測序的到目前為止，已完成了人類基因組的框架圖，測序的工作已基本完成。工作已基本完成。 HGP的實施，揭開了生命科學新的一的實施，揭開了生命科學新的一頁，它可以造福于人類，但也面臨的倫理的挑戰(zhàn)。頁，它可以造福于人類，但也面臨的倫理的挑戰(zhàn)。HGP取得的成就取得的成就

41、完成了人類基因組工作草圖繪制完成了人類基因組工作草圖繪制,揭示了人類基因揭示了人類基因組若干細節(jié)組若干細節(jié) 基本上測定了人類基因組上的堿基序列基本上測定了人類基因組上的堿基序列 一些模式生物一些模式生物(果蠅、擬南介等果蠅、擬南介等)和作物（如水稻）和作物（如水稻）基因草圖繪制成功，測序基本完成基因草圖繪制成功，測序基本完成 促進了生物信息學、蛋白質(zhì)組學、糖組學的迅猛促進了生物信息學、蛋白質(zhì)組學、糖組學的迅猛發(fā)展發(fā)展 人類基因組草圖繪就，中國科學家功不可沒人類基因組草圖繪就，中國科學家功不可沒HGP面臨的挑戰(zhàn)面臨的挑戰(zhàn) 基因的隱私權(quán)問題基因的隱私權(quán)問題 基因組圖譜和信息的使用與人的社會權(quán)利問題

42、基因組圖譜和信息的使用與人的社會權(quán)利問題 基因資源問題基因資源問題 基因知識的濫用問題基因知識的濫用問題人類將進入生物經(jīng)濟時代人類將進入生物經(jīng)濟時代基因基因操縱生命的工具操縱生命的工具基因組基因組潛藏著巨大的經(jīng)濟價值潛藏著巨大的經(jīng)濟價值基因技術(shù)基因技術(shù)2121世紀的投資熱點世紀的投資熱點 誰掌握了人類基因圖譜，就等于誰破譯了人類誰掌握了人類基因圖譜，就等于誰破譯了人類的生命密碼，獲得了操縱生命的工具。的生命密碼，獲得了操縱生命的工具。 與互聯(lián)網(wǎng)相比，網(wǎng)絡(luò)只是對人類的信息溝通帶與互聯(lián)網(wǎng)相比，網(wǎng)絡(luò)只是對人類的信息溝通帶來了巨大的革命，而基因領(lǐng)域的革命則能夠從根來了巨大的革命，而基因領(lǐng)域的革命則能夠

43、從根本上改變?nèi)祟惖拿\，基因工程所帶來的商業(yè)機本上改變?nèi)祟惖拿\，基因工程所帶來的商業(yè)機會將會大大超過網(wǎng)絡(luò)。會將會大大超過網(wǎng)絡(luò)。離離心心機機結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)示示意意圖圖轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)頭腔轉(zhuǎn)頭腔沉降樣品沉降樣品驅(qū)動馬達驅(qū)動馬達真空真空冷凍冷凍 沉降系數(shù)沉降系數(shù)（sedimentation coefficient） 生物大分子在單位離心力場作用下的沉降速度稱為沉降系生物大分子在單位離心力場作用下的沉降速度稱為沉降系數(shù)。即沉降系數(shù)是微顆粒在離心力場的作用下，從靜止狀態(tài)數(shù)。即沉降系數(shù)是微顆粒在離心力場的作用下，從靜止狀態(tài)到達極限速度所需要的時間。到達極限速度所需要的時間。數(shù)學定義式為：數(shù)學定義式為： 沉降系數(shù)單位

44、沉降系數(shù)單位：由于蛋白質(zhì)、核酸、病毒等的沉降系數(shù)介于：由于蛋白質(zhì)、核酸、病毒等的沉降系數(shù)介于1 11010-13-13到到2002001010-13-13秒的范圍，為方便起見，把作為沉降系數(shù)的一個單位，用秒的范圍，為方便起見，把作為沉降系數(shù)的一個單位，用SvedbergSvedberg單位，用即單位，用即S S表示。表示。沉降系數(shù)（沉降系數(shù)（s s）與相對分子量（與相對分子量（MrMr）的關(guān)系的關(guān)系: :Mr =RTsD(1-)Svedberg方程方程:d /dt 2 s =s =問答題問答題1、某、某DNA樣品含腺嘌呤樣品含腺嘌呤15.1%（按摩爾堿基計），計算其余堿基的百分（按摩爾堿基計）

45、，計算其余堿基的百分含量。含量。 2、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是什么時候，由誰提出來的？試述其結(jié)構(gòu)模型。雙螺旋結(jié)構(gòu)是什么時候，由誰提出來的？試述其結(jié)構(gòu)模型。3、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)有些什么基本特點？這些特點能解釋哪些最重要的生雙螺旋結(jié)構(gòu)有些什么基本特點？這些特點能解釋哪些最重要的生命現(xiàn)象？命現(xiàn)象？4、tRNA的結(jié)構(gòu)有何特點？有何功能？的結(jié)構(gòu)有何特點？有何功能？5、DNA和和RNA的結(jié)構(gòu)有何異同？的結(jié)構(gòu)有何異同？6、簡述核酸研究的進展，在生命科學中有何重大意義？、簡述核酸研究的進展，在生命科學中有何重大意義？6、計算（、計算（1）分子量為）分子量為3 105的雙股的雙股DNA分子的長度；（分子的長度；（2）這種）這種DNA一一分子占有的體積；（分子占有的體積；（3）這種）這種DNA一分子占有的螺旋圈數(shù)。（一個互補的一分子占有的螺旋圈數(shù)。（一個互補的脫氧核苷酸殘基對的平均分子量為脫氧核苷酸殘基對的平均分子量為618） 名詞解釋名詞解釋 變性和復姓分子雜交變性和復姓分子雜交 增色效應(yīng)和減色效應(yīng)增色效應(yīng)和減色效應(yīng) 回文結(jié)構(gòu)回文結(jié)構(gòu)Tm cAMP Chargaff定律定律