答疑预告答疑预告内容：第内容：第1 1章章-第第6 6章章时间：时间：1010月月7 7日上午日上午8 8：30-1130-11：0000地点：逸夫楼地点：逸夫楼30113011本章主要内容本章主要内容4 核酸的化学组成核酸的化学组成4 核酸的结构核酸的结构4 核酸的理化性质核酸的理化性质 核酸核酸（Nucleic acids） 19世纪世纪60年代，由年代，由Miescher发现。发现。18891889年年Altmann将其纯化，证明核酸是含磷的酸性生物大分子。将其纯化，证明核酸是含磷的酸性生物大分子。2020世世纪纪4040年代，年代，Avery确定核酸是确定核酸是遗传信息的载体，普遍存在于生命有机遗传信息的载体，普遍存在于生命有机体中。体中。 脱氧核糖核酸，脱氧核糖核酸，DNA （Deoxyribonucleic Acid），），在原核细胞在原核细胞是核质的成分，在真核细胞是核质的成分，在真核细胞DNADNA与蛋白质结合形成染色体，少量存在与蛋白质结合形成染色体，少量存在于线粒体。一个生命有机体的每个体细胞（除生殖细胞外）都含有相于线粒体。一个生命有机体的每个体细胞（除生殖细胞外）都含有相同质和量的同质和量的DNADNA，包含了它的全部遗传信息。包含了它的全部遗传信息。 核糖核酸，核糖核酸，RNA （Ribonucleic Acid）主要存在于胞液内，真核主要存在于胞液内，真核细胞的核仁和线粒体也含有少量细胞的核仁和线粒体也含有少量RNARNA。RNA的量是变动的的量是变动的。主要有信主要有信使使RNA（mRNA），转运转运RNA（tRNA）和核糖体和核糖体RNA（rRNA）。 病毒或者是病毒或者是DNA病毒或者是病毒或者是RNA病毒。病毒。1.1.核酸的化学组成核酸的化学组成核酸，核酸，DNA或或RNA，经核酸酶水解生成单核苷酸。经核酸酶水解生成单核苷酸。单核苷酸是组成核酸的基本单位。单核苷酸是组成核酸的基本单位。核苷酸进一步分解生成碱基、核糖（或脱氧核糖）和磷酸。核苷酸进一步分解生成碱基、核糖（或脱氧核糖）和磷酸。核酸核酸低聚核苷酸低聚核苷酸单核苷酸单核苷酸磷酸磷酸核苷核苷碱基碱基核糖核糖核酸的水解过程核酸的水解过程1.1 碱基碱基(base)核酸中的嘧啶碱基核酸中的嘧啶碱基核酸中的嘌呤碱基核酸中的嘌呤碱基其他的稀有碱基其他的稀有碱基1.2 核糖核糖(ribose)DNA含脱氧核糖含脱氧核糖RNA含核糖含核糖1.3 核苷核苷(nucleoside)核核苷（上）与脱氧核苷（下）苷（上）与脱氧核苷（下）1.4 核苷酸核苷酸(nucleotide)核糖核苷酸（上）与脱氧核糖核苷酸（下）核糖核苷酸（上）与脱氧核糖核苷酸（下）腺腺嘌呤核苷三磷酸（嘌呤核苷三磷酸（ATP） 3，5- 环状腺苷酸（环状腺苷酸（cAMP） DNARNA嘌嘌呤碱呤碱腺腺嘌嘌呤呤腺腺嘌嘌呤呤鸟鸟嘌嘌呤呤鸟鸟嘌嘌呤呤嘧啶嘧啶碱碱胞胞嘧啶嘧啶胞胞嘧啶嘧啶胸腺胸腺嘧啶嘧啶尿尿嘧啶嘧啶戊糖戊糖D-2-脱氧核糖脱氧核糖D-核糖核糖酸酸磷酸磷酸磷酸磷酸DNA分子和分子和RNA分子中化学组成的差别总结分子中化学组成的差别总结2.2.核酸的结构核酸的结构2.1 2.1 核酸中核苷酸的连结方式核酸中核苷酸的连结方式 DNA片段片段 RNA片段片段 注意注意核苷酸之间的连接方式核苷酸之间的连接方式是是3 3，5 5- -磷酸二酯磷酸二酯键键2.2 DNADNA分子的大小分子的大小 天然存在的天然存在的DNA分子最显著的特点是很长，分子质量很大，一般在分子最显著的特点是很长，分子质量很大，一般在106-1010 。DNA的碱基组成有如下特点：的碱基组成有如下特点：F 具有种的特异性。具有种的特异性。F 没有器官和组织的特异性。没有器官和组织的特异性。F 在同一种在同一种DNA中，中，A=T 、G = C+m5C，即即A+G = T+C+mC，F即即嘌呤碱基的总摩尔数与嘧啶碱基的总摩尔数相等嘌呤碱基的总摩尔数与嘧啶碱基的总摩尔数相等碱基当量碱基当量 定律又称定律又称Chargaff原则。原则。F 年龄、营养状况、环境的改变不影响年龄、营养状况、环境的改变不影响DNA的碱基组成。的碱基组成。 2.3 RNAmRNA：占细胞中占细胞中RNA总量的总量的3%-5%，分子量大小不一，不稳定，分子量大小不一，不稳定，代谢活跃，更新迅速，是合成蛋白质的模板。代谢活跃，更新迅速，是合成蛋白质的模板。rRNA：细胞中含量最多的细胞中含量最多的RNA，核糖体的组成成分。核糖体的组成成分。tRNA：约占细胞中约占细胞中RNA总量的总量的15%。约由。约由75-90个核苷酸组成。蛋个核苷酸组成。蛋白质合成中携带活化的氨基酸白质合成中携带活化的氨基酸 RNA的碱基组成：的碱基组成： A、G、C、U, 含少量的稀有碱基含少量的稀有碱基RNA分子的类型：分子的类型：mRNA、rRNA、tRNA 2.4 核酸的一级结构核酸的一级结构2.5 DNA的二级结构的二级结构Watson and Crick双螺旋结构模型双螺旋结构模型 DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链酸链(简称简称DNA单链单链)组成。组成。 两条链沿着同一根轴平行盘绕，形两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。两条链方向相反。成右手双螺旋结构。两条链方向相反。 碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。核糖基位于螺旋外侧。螺旋的直径约为螺旋的直径约为2nm，一圈螺旋包含一圈螺旋包含10对碱基，其高度为对碱基，其高度为3.4nm。碱基平面碱基平面之间的垂直距离之间的垂直距离0.34nm。在在DNA分子中，根据分子中，根据Chargaff原则，原则，碱基之间具有严格的互补配对规律，碱基之间具有严格的互补配对规律，A和和T之间形成两对氢键，之间形成两对氢键，G与与C之间形成之间形成三对氢键三对氢键A与与T之间之间2对氢键对氢键G与与C之间之间3对氢键对氢键Watson和和Crick所提出的所提出的模型称为模型称为B-DNA。 不同构型的不同构型的DNAB型是最稳定的构型型是最稳定的构型1957年发现在基因的调控区或染色质的年发现在基因的调控区或染色质的 重组部位有重组部位有DNA的三螺旋结构的三螺旋结构2.6 超螺旋超螺旋DNA 指指DNA双螺旋通过弯曲和扭转所形成的特定构象双螺旋通过弯曲和扭转所形成的特定构象,即即DNA的三级结构的三级结构B是松弛型的闭合环是松弛型的闭合环C是由于缠绕不足是由于缠绕不足 形成的负超螺旋形成的负超螺旋A 是线性的是线性的DNA分子分子真核生物内，真核生物内，DNA以致密形式存在于细以致密形式存在于细胞核的染色体中。胞核的染色体中。染色体的基本单位是核小体染色体的基本单位是核小体(nucleosome)核小体：由核小体：由DNA和组蛋白共同构成。和组蛋白共同构成。核心组蛋白：核心组蛋白：4种组蛋白种组蛋白(H2A , H2B , H3 ,H4)形成的形成的8聚体聚体DNA：以负超螺旋缠绕在核心组蛋白上以负超螺旋缠绕在核心组蛋白上H1在核小体之间起连接作用在核小体之间起连接作用染色体的基本单位是核小体染色体的基本单位是核小体(nucleosome)核小体的串珠状结构核小体的串珠状结构 在在RNA单链分子中常可以见到局部区域碱基互补单链分子中常可以见到局部区域碱基互补形成的螺旋结构，称为形成的螺旋结构，称为“茎环茎环”结构或结构或“发卡发卡”结构结构tRNARNA的结构的结构3.3.核酸的性质核酸的性质3.1 紫外吸收的特性紫外吸收的特性 嘌呤和嘧啶在嘌呤和嘧啶在260 nm有特异的吸收峰有特异的吸收峰,这个性质用于核酸的这个性质用于核酸的分析分析3.2 溶解性溶解性 溶于偏碱的溶剂中，可以为乙醇沉淀，容易受机械作用力而断裂。溶于偏碱的溶剂中，可以为乙醇沉淀，容易受机械作用力而断裂。 3.3 黏性黏性 DNA溶液有高度的黏性溶液有高度的黏性3.4 DNA分子的变性分子的变性DNADNA双螺旋的有序结构受各种理化因子，如热、酸碱、变性剂、有机双螺旋的有序结构受各种理化因子，如热、酸碱、变性剂、有机溶剂以及稀释的作用，转变为无规则的线团结构。溶剂以及稀释的作用，转变为无规则的线团结构。变性的特征变性的特征变性的特征变性的特征 增色效应增色效应增色效应增色效应, , 黏度和比旋下降，沉黏度和比旋下降，沉黏度和比旋下降，沉黏度和比旋下降，沉降系数增加，生物学活性丧失降系数增加，生物学活性丧失降系数增加，生物学活性丧失降系数增加，生物学活性丧失DNA解链曲线解链曲线增色效应增色效应( (hyperchromichyperchromic effect) effect) 核核酸分子加热变性时，其在酸分子加热变性时，其在260260nmnm处的处的紫外吸收急剧增加的现象。紫外吸收急剧增加的现象。Tm值值 ：当紫外吸收变化达到最大变当紫外吸收变化达到最大变化的半数值时，此时所对应的温度称化的半数值时，此时所对应的温度称为熔解温度（为熔解温度（Tm ）、）、变性温度或中变性温度或中点解链温度。点解链温度。影响影响Tm值的值的因素因素1.溶液的性质溶液的性质 2.DNA中碱基组成的影响中碱基组成的影响大肠杆菌大肠杆菌DNA在不同浓度在不同浓度KCl溶液下的熔融温度曲线溶液下的熔融温度曲线3.4 复性复性复复性性：变变性性DNA分分开开的的两两股股链链在在适适当当条条件件下下重重新新生生成成双双链链结结构的过程构的过程退退火火（annealing）:热热变变性性的的DNA经缓慢冷却复性的过程。经缓慢冷却复性的过程。3.5 分子杂交分子杂交当两条不同来源的当两条不同来源的DNA（或或RNA）链或链或DNA链链与与RNA链之间存在互补的碱基序列时，在一定条件链之间存在互补的碱基序列时，在一定条件下可以通过互相配对形成双螺旋分子，这种分子称下可以通过互相配对形成双螺旋分子，这种分子称为为杂交分子杂交分子。形成杂交分子的过程称为。形成杂交分子的过程称为分子杂交分子杂交（molecular hybridization） 。 核酸探针（核酸探针（nucleic acid probe）:某一具有某一具有特定序列并且用同位素或其他化学方法标记特定序列并且用同位素或其他化学方法标记的的DNA或或RNA片段。通常是人工合成的。片段。通常是人工合成的。分子杂交图分子杂交图3.5 分子杂交技术的应用分子杂交技术的应用F通过同源性比较通过同源性比较, ,研究不同物种或个体研究不同物种或个体DNADNA之间的亲缘关系；之间的亲缘关系；F通过杂交的严紧性通过杂交的严紧性, ,发现基因的缺失或突变；发现基因的缺失或突变；F通过标记信号的强度通过标记信号的强度, ,测定某种遗传信息量的多少；测定某种遗传信息量的多少；F证明某种疾病证明某种疾病( (如肿瘤如肿瘤) )是否与某种基因是否与某种基因( (如病毒基因如病毒基因) )有关。有关。利用核酸探针，可以：利用核酸探针，可以：F用于鉴定用于鉴定DNA的的Southern印迹技术印迹技术F用于鉴定用于鉴定RNA的的Northern印迹技术印迹技术F原位杂交技术原位杂交技术F基因芯片技术等基因芯片技术等 将在第将在第17章中介绍章中介绍以分子杂交为基础建立起的分子生物学研究技术有：以分子杂交为基础建立起的分子生物学研究技术有：本章结束本章结束