页数：60页文件大小：15.29 MB来源： 生物化学ppt课件
本课件讲解核酸化学，从核酸的发现简史、碱基与核苷酸组成讲起，重点解析DNA的一级结构与双螺旋模型，并介绍RNA的类别与结构、核酸的理化性质以及分离提取纯化方法。
第四章核酸的化学第一节概述第二节核酸的组成第三节DNA的结构第四节RNA的结构第五节核酸及核苷酸的性质第六节核酸的分离提取与纯化
第一节概述一、核酸的发现和研究简史二、核酸的分类和分布
一、核酸的发现和研究简史1869 Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一种含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein）,后称为核酸（nucleic acid）；此后几十年内，弄清了核酸的组成及在细胞中的分布。1944 Avery 等成功进行肺炎球菌转化试验；1952年Hershey等的实验表明32P-DNA可进入噬菌体内，证明DNA是遗传物质。
1953 Watson和Crick建立了DNA结构的双螺旋模型，说明了基因的结构、信息和功能三者间的关系，推动了分子生物学的迅猛发展。1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则，60年代RNA研究取得大发展（操纵子学说，遗传密码，逆转录酶）。70年代建立DNA重组技术，改变了分子生物学的面貌，并导致生物技术的兴起。80年代RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA、“RNA世界”假说等等。90年代以后实施人类基因组计划（HGP）, 开辟了生命科学新纪元。
生命科学进入后基因时代：功能基因组学蛋白质组学结构基因组学RNA组学或核糖核酸组学
二、核酸的分类和分布脱氧核糖核酸（DNA）:遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为类核的结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。核糖核酸（RNA）：主要参与遗传信息的传递和表达过程，细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者。另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离的RNA分子，还发现有些RNA具生物催化作用（ribozyme）。
二、核酸的基本组成单位-核苷酸核酸核苷酸磷酸核苷碱基戊糖核糖嘌呤嘧啶1.核酸完全水解产物脱氧核糖
PyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAGNitrogenous basePhosphatePentose sugarHOCH2HOOHRibose (in RNA)HOCH2HOHDoxyribose (in DNA)
（1）嘌呤碱（purine, Pu）腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）
（2）嘧啶碱（purine, Pu）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）
碱基的胺式与亚胺式互变异构
碱基的酮式与烯醇式互变异构
（3）核糖
两类核酸分子组成的比较嘌呤嘧啶核糖磷酸DNAA GC T脱氧核糖磷酸RNAA GC U核糖磷酸
2.核苷
3.核苷酸腺嘌呤核苷酸（AMP）脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）OHHPPPPPPPP腺嘌呤核苷酸（AMP）鸟嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）
稀有碱基假尿苷（）二氢尿嘧啶（DHU）AmCH3CH3H3Cm26GHH5HH
核苷酸衍生物5´-NMP5´-NDP5´-NTPN=A、G、C、U5´-dNMP5´-dNDP5´-dNTPN=A、G、C、T腺嘌呤核苷酸（AMP）二磷酸腺苷ADP二磷酸腺苷ATPATP 分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。ATP水解时, 可以释放出大量自由能。ATP 是生物体内最重要的能量转换中间体。ATP 水解释放出来的能量用于推动生物体内各种需能的生化反应。ATP 也是一种很好的磷酰化剂。磷酰化反应的底物可以是普通的有机分子，也可以是酶。磷酰化的底物分子具有较高的能量（活化分子），是许多生物化学反应的激活步骤。
第三节DNA的结构一、核酸分子中的共价键二、DNA一级结构三、DNA碱基组成的Chargaff规则四、DNA的二级结构五、DNA的三级结构六、DNA与蛋白质复合物的结构
55333 -5 磷酸二酯键核酸分子中核苷酸之间的共价键
DNA一级结构；一级结构指其核苷酸的排列顺序。
一级结构的表示法：5´3´结构式线条式字母式DNA大小的计算DNA的分子大小取决于组成DNA的碱基对（bp或kb)的数目I.DNA分子量=核苷酸对的平均分子量×核苷酸对数目II.DNA分子长度=核苷酸对之间的轴距×核苷酸对数目III.核苷酸对数目= DNA分子量÷核苷酸对的平均分子量
Chargaff首先注意到DNA碱基组成的某些规律性，在１９５０年总结出DNA碱基组成的规律：腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即A=T。鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数相等，即G=C。含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，即A+C=G+T。嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=C+T。
DNA的二级结构（1）DNA的双螺旋结构(Watson-Crick模型)（2）DNA双螺旋结构特征及意义（3）DNA双螺旋的多态性
1953年，J. Watson和F. Crick 在前人研究工作的基础上，根据DNA结晶的X-衍射图谱和分子模型，提出了著名的DNA双螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。
DNA双螺旋结构特征（1）DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成。两条链沿着同一根假设的中心轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为5′→3′，而另一条链的方向为3′→5′。（2）嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成90°角。
（3）螺旋横截面的直径约为2 nm，每条链相邻两个碱基平面之间的距离为0.34 nm，每10个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为3.4 nm。并形成大沟和小沟。0.34nm大沟小沟（4）两条DNA链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。纵向靠碱基平面之间的碱基堆积力（即疏水作用）维持其稳定性。
DNA双螺旋结构的意义该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是上世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。
DNA的三级结构DNA的三级结构指双螺旋DNA分子通过扭曲和折叠所形成的特定构象－－超螺旋结构。DNA的超螺旋结构(1) 超螺旋DNA的形成(2) DNA超螺旋结构形成的重要意义
超螺旋螺旋
大部分原核生物的DNA是共价封闭的环状双螺
；使DNA形成高度致密状态从而得以装入核中；；推动DNA结构的转化以满足功能上的需要。如负超螺旋分子所受张力会引起互补链分开导致局部变性，利于复制和转录。
DNA与蛋白质复合物的结构生物体内的核酸通常都与蛋白质结合形成复合物，以核蛋白（nucleoprotein）的形式存在。DNA分子十分巨大，与蛋白质结合后被组装到有限的空间中。１.病毒２.细菌拟核３.真核染色体
噬菌体T2结构头部颈圈尾部基板尾丝尖钉动物病毒切面模式图被膜（脂蛋白、碳水化合物）核酸衣壳（蛋白质）病毒粒突起（糖蛋白）
细菌拟核（nucleoid ）的突环结构平均一个突环含有约40kpDNARNA-蛋白质核心突环由双链DNA结合碱性蛋白质组成
第四节RNA的分子结构一、RNA一级结构和类别二、tRNA 的分子结构三、rRNA的分子结构四、mRNA的分子结构
RNA的一级结构RNA分子中各核苷之间的连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列顺序叫做RNA的一级结构。RNA与DNA的差异DNARNA糖脱氧核糖核糖碱基AGCTAGCU不含稀有碱基含稀有碱基OHOHOH5´3´
tRNA 的结构二级结构特征：单链三叶草叶形四臂四环三级结构特征：在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒L型
Ala氨基酸臂TψC环可变环反密码环DHU环IGC反密码子酵母tRNA Ala的二级结构tRNA的二级结构都为四茎四环的三叶草形。其结构特点和名称是：（1）氨基酸臂或氨基酸茎，由3′-端和5′-端碱基组成7对互补碱基对的双螺旋区，富含鸟嘌呤，末端为…CpCpA-OH，接受活化的氨基酸。（2）二氢尿嘧啶环，由8－12个核苷酸组成，含有二氢尿嘧啶。由3—4对碱基组成的双螺旋区与tRNA其余部分相连，这个双螺旋区叫二氢尿
tRNA的三级结构tRNA的三级结构的形状像一个倒写的L字母。它是在二级结构三叶草形的基础上进一步扭曲、折叠而成的。氨基酸茎处在倒L的一端并与TψC茎形成双股螺旋；倒L的另一端为反密码子环，二氢尿嘧啶茎与反密码子茎形成双螺旋；在倒L的拐弯处是TψC环和二氢尿嘧啶环。整个分子为扁平状，厚度约2nm，两端间直线距离约7nm，以氢键和疏水作用力维持倒L结构。
rRNA的分子结构特征：；单链，螺旋化程度较tRNA低；与蛋白质组成核糖体后发挥其功能原核生物核糖体50S30S34种蛋白质16S rRNA21种蛋白质5S rRNA，23S rRNA70S5S rRNA，23S rRNA70S50S30S34种蛋白质16S rRNA21种蛋白质80S60S40S49种蛋白质18SrRNA33种蛋白质真核生物核糖体5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA5sRNA的二级结构
原核与真核细胞的mRNA在结构上的差异（1）原核细胞mRNA是多顺反子，即可以编码多条多肽链；真核细胞的mRNA为单顺反子。（2）绝大多数真核细胞的mRNA的3′-末端具有一段多聚腺苷酸（poly(A)），而且不同真核细胞的mRNA的3′-末端的poly(A)长短不同。而原核细胞的mRNA一般没有poly(A)。（3）真核细胞mRNA 5′-末端有一个特殊的5′-“帽子”结构。“帽子”结构和3′-末端的poly(A)都有抗核酸外切酶的作用，。
原核生物rnRNA一般没有“帽于”结构。（4）真核细胞5′-“帽子”结构的下游和3′-poly(A)的上游分别为5′-端不编码区和3′-端不编码区，二者之间是其编码区。已知5′-端不编码区和“帽子”结构是与核糖体结合的区域，与蛋白质合成的起始有关。至于3′-端不编码的功能，目前仍不清楚。原核细胞由于没有“帽子”结构，不编码区位于mRNA的两端。
顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序先导区末端顺序5´3´原核细胞mRNA的结构特点AAAAAAA-OH5´“帽子”PolyA3´顺反子m7G-5´ppp-N-3 ´p真核细胞mRNA的结构特点
第五节核酸与核苷酸的理化性质及核酸研究常用技术一、核酸的物理性质二、核酸的两性解离性质三、核酸的紫外吸收四、核酸的变性、复性和分子杂交五、核酸的熔解温度（Tm）六、核酸的颜色反应
物理性质：；DNA相对分子质量很大，一般在106－1012，制品为白色絮状物。RNA相对分子质量较小，一般在1－10万，制品为白色粉末。核苷酸也
核酸及核苷酸中碱基上有可解离基团，如胞嘧啶的N3，嘌呤的N1和N7
紫外吸收性质DNA和RNA的紫外吸收性质无明显差别。最大吸收峰258nm，最小吸收232nm。
核酸的变性、复性和杂交变性：在物理、化学因素影响下，DNA碱基对间的氢键断裂，双螺旋解开，这是一个是跃变过程，伴有A260增加（增色效应）,DNA的功能丧失。复性（退火）：在一定条件下，变性DNA 单链间碱基重新配对恢复双螺旋结构，伴有A260减小（减色效应）,DNA的功能恢复。
在DNA复性过程中,双链分子的再形成既可以发生在序列完全互补的核酸分子之间,也可以发生在碱基序列部分互补的不同的DNA之间或DNA与RNA之间,这种现象称为分子杂交。利用这一原理，在核酸研究中可引入特制的“探针”。分子杂交变性（加热）杂交（缓慢冷却）复性（缓慢冷却）探针
DNA分子限制片段限制性酶切割琼脂糖电泳转移至硝酸纤维素膜上与放射性标记DNA探针杂交放射自显影带有DNA片段的凝胶凝胶滤膜用缓冲液转移DNA吸附有DNA片段的膜印迹法
DNA分子的熔点DNA变性从开始到完全解链是在一个
核酸的显色反应地衣酚反应二苯胺反应定磷已知RAN的含磷量为9.2％，DNA的含磷量为9.5％，所以按照常规经典定磷
DNA的分离纯化（1）在破碎细胞的同时，用浓盐酸或十二烷基硫酸钠（SDS）使DNA与相关的蛋白质解联。（2）蛋白酶K
DNA的分离纯化目前在实验室中常常是将细胞匀浆后进行差速离心，制得细胞核、叶绿体、
复习题1.某DNA样品含腺嘌呤15.1%（按摩尔碱基计），计算其余碱基的百分含量。2.DNA双螺旋结构是什么时候，由谁提出来的？试述其基本特点。这些特点能解释哪些最重要的生命现象？3.计算（1）分子量为3105的双股DNA分子的长度；（2）这种DNA一分子占有的螺旋圈数。（一个互补的脱氧核苷酸残基对的平均分子量为618）4.名词解释：变性和复性分子杂交增色效应TmChargaff定律
又结束一章了！
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