02 第一章 核酸化学.pptx

第1页：第一章 核酸化学 目录

第一章 核酸化学 目录：第一章核酸化学第一节核酸的概述第二节核酸的种类、分布和化学组成第三节核酸的分子结构第四节核酸的理化性质

第2页：核酸的发现

核酸的发现：第一章核酸化学第一节核酸的概述一、核酸的发现早在1869年,瑞士的一位年青科学家F.Miescher从外科绷带上脓细胞的细胞核中提取得到一种溶于稀碱不溶于稀酸并含有P的酸性物质，现在证实是核酸和蛋白质的复合物。1889年R.Altman从酵母及其他动物细胞中分离得到不含Pr的核酸并首先用“核酸”命名他的制品。

第3页：核酸是遗传变异的物质基础

核酸是遗传变异的物质基础：二、核酸的生物学功能（一）核酸是遗传变异的物质基础1、DNA的恒定性性细胞：1.3×10-12g体细胞：2.6×10-12g2、细菌的转化因子实验1944年，O.T.Avery等人通过一系列实验，发现肺炎双球菌的转化因子是DNA，首次证明DNA是遗传性状的物质基础。

第4页：肺炎双球菌的转化实验

肺炎双球菌的转化实验：S型有毒分离提纯DNAPr多糖R型无毒Pr多糖DNA

第5页：噬菌体的感染实验

噬菌体的感染实验：3、噬菌体的感染实验PrS35DNAP32大肠杆菌短期培养菌体悬浊液离心分离P32菌体S35上清液证明T2感染细菌时只有DNA进入菌体，说明DNA而非Pr是遗传物质。

第6页：DNA双螺旋结构模型的提出

DNA双螺旋结构模型的提出：4、1953年，J.D.Watson和F.Crick提出DNA双螺旋结构的主体模型，为阐明DNA是遗传和变异的物质基础提供了科学依据。

第7页：RNA指导蛋白质的生物合成

RNA指导蛋白质的生物合成：（二）RNA指导蛋白质的生物合成 转录翻译蛋白质遗传信息的储存和传递遗传信息的表达。在RNA病毒,RNA作为遗传信息的载体

第8页：核酸的种类和分布

核酸的种类和分布：第二节核酸的种类、分布和化学组成一、核酸的种类和分布核酸中的戊糖有两种:D-核糖,D-2-脱氧核糖。核酸的分类就是根据核糖的不同而分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。1、核糖核酸(RNA， 大约75%分布于细胞质，15%分布于线粒体、叶绿体，10%分布于细胞核。

第9页：RNA的种类、含量与功能

RNA的种类、含量与功能：下表列出相关内容。

源文件该表文字粘连，含量数据依课件图示整理（原图标注为「高80%」「较少15%」「最少5%」），建议对照原图核对。

第10页：核酸的化学组成

核酸的化学组成：二、核酸的化学组成DNA-脱氧核苷酸磷酸脱氧核苷脱氧核糖A,G,C,TRNA-核苷酸磷酸核苷核糖A,G,C,U

第11页：核糖与脱氧核糖的结构

本页为核糖与脱氧核糖的结构的化学反应式或分子结构式图示，源文件仅提取到结构符号与少量文字，建议对照原课件图片查看本页的反应过程与结构变化。

第12页：嘌呤碱基

本页为嘌呤碱基的化学反应式或分子结构式图示，源文件仅提取到结构符号与少量文字，建议对照原课件图片查看本页的反应过程与结构变化。

第13页：嘧啶碱基

嘧啶碱基：注意结构的区别2、嘧啶(Py)：胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)、尿嘧啶(U)132456

第14页：核苷与C-N糖苷键

核苷与C-N糖苷键：糖环上的C1’与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接,即戊糖与碱基之间的连键是C-N糖苷键。 糖苷键（三）核苷（戊糖+碱基）

第15页：稀有核苷

稀有核苷：稀有核苷 糖苷键假尿苷(Ψ)二氢尿嘧啶核苷(DHU)

第16页：修饰核苷

修饰核苷：HOHOHO7-甲基鸟苷(m7G)CH3O常见的修饰基团是甲基，以“m”表示。HOHOOCH32‘-O-甲基腺苷(Am)修饰核苷

第17页：核苷酸的组成

核苷酸的组成：核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化形成。ATP!（四）核苷酸（核苷+磷酸）

第18页：多磷酸核苷酸

多磷酸核苷酸：（五）细胞内游离核苷酸及其衍生物核苷酸除了作为核酸的基本组成单位外,在生物体内也有游离状态存在或以其衍生物起着重要的生理作用。1、多磷酸核苷酸ATP大多数细胞中能量的直接供体GTP、CTP、UTP在某些反应中传递能量UDP、ADP、GDP在多糖合成中作为葡萄糖基载体CTP参与甘油磷脂的生物合成GTP参与Pr合成，为其提供能量

第19页：环核苷酸与辅酶类核苷酸

环核苷酸与辅酶类核苷酸：2.环核苷酸常见的有cAMP、cGMP。它们是传递激素作用的媒介物,在细胞代谢调节中具有重要作用。3.辅酶类核苷酸NAD+、NADP+、CoA、FAD

第20页：DNA的一级结构

DNA的一级结构：一切生物大分子执行生物功能的基础是其分子结构。一、DNA的分子结构（一）DNA的一级结构是由数量庞大的dAMP、dGMP、dCMP、dTMP通过3’-5’-磷酸二酯键连接起来的直线形或环形多聚脱氧核苷酸链。DNA分子上核苷酸的排列顺序称DNA的一级结构。第三节核酸的分子结构

第21页：DNA的碱基组成与一级结构

DNA的碱基组成与一级结构：第二节DNA的分子结构DNA的分子结构一、DNA的碱基组成A、T、G、C、腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧呤、胸腺嘧啶。二、DNA的一级结构DNA分子中碱基的排列顺序叫DNA的一级结构。

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第23页：Chargaff定则

Chargaff定则：（二）DNA的二级结构1、DNA的碱基组成分析Chargaff等应用纸层析法对多种生物DNA的碱基进行了分析，发现一些共同规律，即Chargaff定则：（1）所有DNA中A=T,G=C,嘌呤碱基总量与嘧啶碱基总量相等，A+G=C+T,即碱基当量定律

第24页：DNA碱基组成的种属特异性

DNA碱基组成的种属特异性：没有组织、器官、生长发育、营养状态和环境的影响。（2）DNA的碱基组成有种的特异性。即不同生物种的DNA具有自己独特的碱基组成。(A+T)/(G+C)（不对称比率）的比值因种的差异而不同。

第25页：DNA双螺旋结构模型的基本特征

DNA双螺旋结构模型的基本特征：2、DNA双螺旋结构模型的基本特征1953年由Watson和F.Crick提出（1）双螺旋结构是反平行双链右手螺旋。一条链的走向5ˊ-3ˊ,另一条链3ˊ-5ˊ。多核苷酸的链的方向取决于核苷酸间磷酸二酯链的走向。习惯上以Cˊ3-Cˊ5为正向。反平行链相互缠绕沿同一中心轴按右手定则向上旋转形成右手螺旋，形成大沟和小沟，大沟的宽度为1.2nm,深度为0.85nm,小沟的宽度为0.6nm,深度为0.75nm。

第26页：双螺旋的直径与螺距参数

双螺旋的直径与螺距参数：2螺旋的外侧是两条由脱氧核糖－磷酸构成的主链，内部是配对的碱基（A=T、G≡C）。3双螺旋的平均直径为2nm,相邻碱基平面的垂直距离为0.34nm,螺旋结构每隔10个碱基对重复一次，间距3.4nm，两个核苷酸之间的夹角为36。。

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第30页：维持双螺旋稳定的因素

维持双螺旋稳定的因素：3、维持双螺旋结构的稳定因素1碱基堆集力：双螺旋内部的碱基对在垂直方向堆集起来形成的力。是维持DNA双螺旋结构的最主要因素。2碱基配对的氢键：A=T、G≡C，G≡C对含量越多，DNA分子越稳定。

第31页：离子键与疏水环境的作用

离子键与疏水环境的作用：3离子键：双螺旋外侧带负电荷的磷酸基团同带正电荷的阳离子之间形成的离子键可以减少双链间的静电斥力，有助于DNA分子的稳定。4碱基处于双螺旋内部的疏水环境中,避免了遭到水溶性活性小分子的攻击,保证了碱基在化学上的稳定性。

第32页：DNA二级结构的多态性

DNA二级结构的多态性：Watson和Crick所描述的DNA双螺旋构象，是以相对湿度为92%的DNA钠盐为研究对象，即B型DNA。B型DNA主要形式脱水或相对湿度降到75%A型DNA可能存在于转录时形成的DNA-RNA杂交区C型DNA可能存在于染色体及某些病毒中脱水Z型DNA:左手螺旋,是嘌呤或嘧啶沿双螺旋相间排列,常存在于基因的调控制区域。4、DNA二级结构的多态性

第33页：DNA的三级结构

DNA的三级结构：（三）DNA的三级结构生物体内有些DNA是以双链环形DNA形式存在的，如真核细胞中的线粒体DNA、叶绿体DNA。在细胞内,由于DNA分子与其他分子的相互作用,使DNA双螺旋进一步扭曲成三级结构,超螺旋是DNA三级结构中最常见的形式。

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第35页：RNA的一级与二级结构

RNA的一级与二级结构：。RNA的一级结构是无分支的线形多聚核糖核苷酸,分子内是以3’,5’-磷酸二酯键相连RNA的二级结构是通过单链自身折叠形成局部的双螺旋（茎）,不能配对的区域呈单链状或突环（环）。但病毒例外,也有双链RNA病毒。茎环结构是各种RNA的共同的二级结构特征。二、RNA的分子结构

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第37页：tRNA的一级结构

tRNA的一级结构：（一）tRNA1、tRNA的一级结构174-93核苷酸残基组成。分子小4S（S：指单位离心力场沉降分子下沉的速度，1S=1×10-13秒。）2含有2-19个稀有核苷酸：DHU、m5C、Ψ（3）5，端为PG（少数为PC）（4）3，端皆为-CCAOH序列，其中AOH可与氨基酸共价连接（5）有十几个恒定核苷酸，说明tRNA在进化上的保守性

第38页：tRNA的三叶草形二级结构

tRNA的三叶草形二级结构：1四茎四环结构约50%的核苷酸配对形成四茎：AA接受茎、二氢尿嘧啶茎、反密码茎、TΨC茎；约50%的核苷酸不配对形成四环：D环、反密码子环、TΨC环、额外环2在3`端有一段以-CCA为主的单链区3所有tRNA都有一个反密码子3、tRNA的三级结构（倒L型）2、tRNA的二级结构三叶草型结构

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第41页：rRNA的种类与大小

rRNA的种类与大小：下表列出相关内容。

源文件仅在第一、三行标出「原核生物」「真核生物」，第二、四行的生物类别依课件上下文（原核70S、真核80S核糖体）补充。

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第43页：mRNA的结构特点

mRNA的结构特点：（三）mRNAmRNA含量少、种类多，携带DNA的遗传信息，是蛋白质生物合成的模式板，单链，分子大小不一。其二级结构也是通过单链自身折叠而形成的茎环结构真核生物与原核生物mRNA的结构区别：1、原核生物mRNA一般是多顺反子，而真核生物mRNA是单顺反子。

第44页：顺反子与真核mRNA结构

顺反子与真核mRNA结构

• 真核生物的mRNA5`端有一段帽子结构
• 真核生物的mRNA 3`端有polyA（多聚腺苷酸）

第45页：真核mRNA的帽子结构

本页为真核mRNA的帽子结构的化学反应式或分子结构式图示，源文件仅提取到结构符号与少量文字，建议对照原课件图片查看本页的反应过程与结构变化。

第46页：核酸的分离与溶解性

核酸的分离与溶解性：第四节核酸的理化性质一、核酸的分离DNA以DNP（脱氧核蛋白）的形式存在，RNA以RNP（核蛋白）的形式存在。分离原理(盐溶法)：DNA能溶于1mol.L-1的NaCl溶液，不溶于0.14mol.L-1的NaCl溶液，而RNA溶于0.14mol.L-1的NaCl溶液。

第47页：核酸的提取流程

核酸的提取流程：DNA乙醇DNA呈丝状物沉淀 与Pr分离0.14mol.L-1NaCl去 溶解氯仿—异戊醇二、核酸的溶解性核酸微溶于水，不溶于一般有机溶剂。在70%乙醇中沉淀,常在核酸粗提液中加入二倍体积70%乙醇使核酸沉淀而使其纯化。

第48页：核酸的解离性

核酸的解离性

• 磷酸基在pH>4时
• 核酸的pI=2-2.5
• 核酸的解离性

第49页：核酸的紫外吸收

核酸的紫外吸收

• 核酸在一定pH的溶液中带电荷
• 核酸的紫外吸收嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键
• 只有在中性条件下才能进行正常的碱基配对

第50页：核酸样品纯度的判断

核酸样品纯度的判断：A260Pr在280nm附近有最大吸收峰，因此利用/A280判断样品的纯度。纯 .8。纯 .0。样品中若有Pr及苯酚，A260值明显降低。/A280比

第51页：核酸变性的性质变化

核酸变性的性质变化：引起变性的因素：加热、酸、碱、尿素、有机溶剂变性的性质变化：增色效应、粘度降低、生物活性部分或全部丧失增色效应：核酸变性后，A260的光吸收增加的现象

第52页：核酸的变性

核酸的变性：（一）变性 、核酸的变性核酸的变性:指核酸分子中的氢键断裂，双螺旋区解开，变成无规则单链的过程。实质：二级结构改变（氢键断裂），一级结构不破坏（共价键不断裂）。五、核酸的变性、复性和分子杂交

第53页：DNA的热变性与解链温度

DNA的热变性与解链温度：2、DNA的热变性与解链温度（Tm）DNA的热变性是爆发式的，变性作用发生在一个很窄的温度范围。 :通常把DNA的双螺旋结构失去一半时的温度称DNA的熔点,或溶解温度。用Tm表示。DNA的Tm值一般在70-85℃之间。Tm大小主要与GC含量和盐离子的浓度有关。

第54页：DNA的复性与退火

DNA的复性与退火：(二)复性 的复性：变性的两条单链在适当条件下,重新缔合为双螺旋结构的过程。减色效应：核酸复性后，A260的光吸收降低的现象。退火：当热变性DNA的两条互补单链在缓慢冷却的条件下,重新缔合为双螺旋结构的复性。

第55页：

第56页：分子杂交

分子杂交：(三)分子杂交分子杂交:把不同的DNA链放在同一溶液中作变性处理，然后复性，不同DNA链的配对区域就可以形成局部的双链，这一过程称为分子杂交。