第五章核酸

离子强度越高，熔解温度越高，熔解温度范围越窄
热变性DNA在缓慢冷却时，可以复性。 复性过程基本上符合二级反应动力学。
1 f= 1 + C0t
DNA杂交示意图
核酸分子之间的杂合反应hybridization
探针
核酸碱基顺序的测定（测 序）
Maxam-Gilbert法（化学降解法） Sanger法（末端终止法） DNA自动测序法
核酸中核苷酸的连接方式
3'，5'磷酸二酯键
3' 5' 5'
3'
3' 5'
3' 3' 5'
3'
3' 5' 5'
3'
5' 5'
5' 竖线式
3’，5’-磷酸二酯键； 5’端在左侧，3’端在右侧， 共价键的走向为3’ 5’
- 3'
5'-
-3'
DNA结构
DNA的一级结构
碱基顺序
DNA的二级结构
双螺旋结构和三螺旋结构
叶柄
叶片
tRNA 的二级结构 三叶草形
英国生物学家赫胥黎 关于三叶草的故事
三叶草形
折叠形
tRNA： 70-90个核苷酸;MW=25kd; 沉降系数约为4S H
二氢尿嘧啶
倒L形 稀有碱基 ψ-假尿嘧啶核苷酸
核糖体RNA
核酸的性质（Property of nucleic acids ）
¾ 两性及等电点 DNA ：pI = 4 ~ 4.5 RNA： pI = 2 ~ 2.5 ¾ 在 260 nm 附近有最大紫外吸收峰 OD260/OD280 DNA： 1.8 RNA： 2.0 ¾ DNA分子量：在1.6×106 ～ 2.6×109之间， RNA分子量：在几万或几百万。 ¾ 酸、碱水解、酶水解 ¾ 加热、强酸等因素可使核酸发生变性作用
Francis Harry Compton Crick
James Dewey Watson
Maurice Hugh Frederick Wilkins
Crick
Watson
DNA双螺旋 结构特点：
（1）右手，反向平行； （2）碱基在内，磷酸 和糖基在外；碱基环与 糖基环垂直；碱基环与 轴垂直；糖环与轴平 行； （3）直径2 nm, 相邻碱 基3.4 nm，螺距34 nm； （4）碱基互补或配对； （5）一条链的碱基排序 不受任何限制。 两条反向平行 的多核苷酸链
巯基乙胺
多聚核苷酸（Polynucleotides）
由脱氧三磷酸核苷dATP, dGTP, dCTP, dTTP聚合 成多聚脱氧核酸； 由三磷酸核苷ATP, GTP, CTP, UTP聚合成多聚核 酸； DNA水解得到dAMP, dGMP, dCMP, dTMP； RNA水解得到AMP, GMP, CMP, UMP。
Research history of nucleic acids
Friedrich Miescher worked at the Physiological Laboratory of the University of Basel and in Tübingen and is most well known for his discovery of the nucleic acids.
Miescher被认为是 细胞核化学的创始人 和DNA的发现者。 Friedrich Miescher (1844 - 1895)
1953年2月28日，时年25岁的沃 森和34岁的克里克在英国剑桥 大学卡文迪什实验室发现了“生命 的奥秘”。4月25日英国的《自然》 发表了他们的DNA双螺旋结构模 型。 Crick 克里克
冠状SARS病毒 结构模型（上） 电镜照片（下）
RNA 核糖核酸
原核细胞 真核细胞 特殊功能 RNA tRNA mRNA
小RNA (sRNA) 核内小RNA (snRNA) 核仁小RNA (snoRNA) 反义RNA (antisense RNA) 、核酶 病毒RNA: 正链RNA、负链RNA、双链RNA 亚病毒:比病毒结构更简单的病原体。 类病毒：已知最小的致病RNA，不含蛋白质。 卫星病毒或卫星RNA: 不能复制，干扰辅助病毒的复制
RNA通常是单链线型分子，可自身回折形成局 部双螺旋（二级结构），进而折叠（三级结构）。 除tRNA外，几乎全部细胞中的RNA都与蛋白质形 成核蛋白复合物（四级结构）。 tRNA: 二级结构呈三叶草形，三级结构为倒L形 mRNA：线型 rRNA：无序，核蛋白作粘合剂 碱基配对：G — C G — U A—U
核酸的研究历史 Research history of nucleic acids
1949, Erwin Chargaff, the four nucleotide bases in DNA, A = T, G = C. 1952, Rosalin Franklin, the X-ray diffraction pattern of B form DNA. 1953, James Watson and Francis Crick, DNA double helix model. 1972, Boyer, Berg and Cohen, recombinant DNA technology 1982, Cech and Altman, ribozyme 1990年美国30亿美元（1991－2005年） Human Genome Project（人类基因组计划），我国1999年加入承担1％任务。 2000. 6. 24, Working draft of human genome 2003.3, 国际人类基因组单体型图计划(HapMap) 至今：水稻、80多种微生物
rRNA
核酸的组成 Composition of nucleic acids
戊糖 碱基
核苷
磷酸
核苷酸
结构单元
核酸
碱
碱
嘌呤碱
嘧啶碱 -OH -H
戊 糖
核糖
脱氧核糖
1 2
6 5
7 8 9
3
4
碱 基
鸟嘌呤
腺嘌呤
4 3 2 1 6 5
胞嘧啶
胸腺嘧啶
尿嘧啶
N－糖苷键 β－糖苷键
脱氧核糖核苷酸
核苷酸的衍生物
信使核糖核酸（mRNA, messenger RNA) 转移核糖核酸（tRNA, transfer RNA） 核糖体核糖核酸（rRNA, ribosomal RNA）
DNA 脱氧核糖核酸
原核生物：核区----染色体 真核生物：核内---- 染色体 细胞器 ---- 线粒体、叶绿体 病毒：只含DNA 或只含RNA 动物病毒 ---- DNA 植物病毒 ---- RNA, 少见DNA 噬菌体 ---- DNA 环状双链DNA 线型双链DNA 环状单链DNA
核酸的变性与复性
Denaturation and renaturation of nucleic acids
变性：氢键断裂 变性因素： 升温、酸碱、尿素、甲醛等 核酸变性后：OD260升高，粘度降 低。 复性：变性的DNA在一定条件下恢 复双螺旋结构，生物活性得到部分 恢复的过程。
引起DNA 变性的温度称为融点 ( Tm melting temperature） Tm值在 70 ~ 85°C之间，Tm值与分子中 的G和C含量有关 G-C%=(Tm-69.3) × 2.44
ATP的能量 如何转移给 肌肉呢？
线粒体是 动力车间
三种磷酸腺苷之间的转化与平衡
ADP + Pi AMP + Pi AMP + PPi Mg2+ AMP + ATP 2ADP Adenylate kinase dynamic balance [AMP] + [ADP] + [ATP] = constant K = [ADP]2 /（[AMP][ATP]） ATP + H2O ADP + H2O ATP + H2O
细菌 转导 实验
核酸是遗传信息的载体
A.D.Hershey M.Chase
35S和32P标记的噬菌体T 2
感染大肠杆菌
病毒侵染实验
核酸的分类 Classification of nucleic acids
DNA(Deoxyribonucleic acid) 脱氧核糖核酸
RNA(Ribonucleic acid) 核糖核酸
1958年 “中心法则”
Watson 沃森
DNA双螺旋结构的阐明是20世纪生命 科学里程碑式的工作
对DNA的了解： 基因疗法 DNA指纹鉴定 克隆技术的发展 干细胞研究 转基因农作物的培育 人类起源 与进化的研究 以DNA为基础的药物研制 . . .
遗憾的是DNA双螺旋的问 世并无人喝彩，大家都 把目光集中到当年的斯 大林逝世、伊丽莎白二 世加冕和征服珠穆朗玛 峰等大事上。
Maxam-Gilbert法（化学降解 法）
两个步骤： 1. 对碱基选择性水解 嘌呤碱基水解：
硫酸二甲酯 DNA单链 甲基化产物 水解 0.1mol/LOH脱碱基 切断相应磷酸酯键
ATP 和 GTP 在胞内的相互转换
GTP + ADP GMP + ATP GDP + ATP GDP + ATP GTP + AMP GTP + ADP
环状核苷酸 — cAMP / cGMP
核苷酸衍生物（一）
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 辅酶 NAD+ 烟酰胺
腺嘌呤
核苷酸衍生物（二）
（泛酸）
辅酶A
DNA的三级结构
DNA分子通过扭曲和折叠所形成的特定构象，包括不同 二级结构单元间的相互作用，单链与二级结构单元间的 相互作用以及DNA的拓扑特征。
DNA的四级结构
DNA与蛋白质复合物的结构
Structure of nucleic acids --Double helix of DNA
DNA 双螺旋结构
碱基以氢键的 形式两两配对
DNA三螺旋结构
1957年，Rich A等合成出三链结构物质 两条多聚尿嘧啶核苷酸链 一条多聚腺嘌呤核苷酸链 特点： 1）单链是由单一的A和G 或单一的C和T组成 2）基本结构 ：嘧啶 — 嘌呤 — 嘧啶 嘌呤 — 嘌呤 — 嘧啶 3）每一条单链至少由8个核苷酸组成
RNA结构
1868年 F.Miescher从脓细胞的细胞核中提取出一种高含磷 的酸性物质，称为“核素”（nuclein）。 1889 年Altmann从酵母和动物组织中制备核酸方法。最先 提出“核酸” Kossel鉴定了大部分的碱基，获得1910年诺贝尔医学奖。 1928, Frederick Griffith’s experiments on bacterial transformation by Streptococcus pneumoniae Griffith’s experiment showed that genetic material could move from one strain of bacteria to another 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod, and Maclyn McCarty, λ-phase infection experiments The above both experiments provided evidences that DNA carries genetic information.
ATP（腺嘌呤核糖核苷三磷酸）
含有两个高能磷酸键，具有高的水解能和优良 的磷酸基转移性能。
GTP（鸟嘌呤核糖核苷三磷酸）
也是一种高能化合物，作为蛋白质合成中磷酰 基的供体。
cAMP 和 cGMP ：环状核苷酸
细胞之间传递信息的信使
多聚核苷酸
生物能量的通货 腺嘌呤核糖核苷三磷酸
高能磷酸键
来自百度文库
ATP在体内 是如何产生？
Chapter 5 Nucleic Acids (核酸)
— 生命遗传信息的载体
1. 核酸研究历程 2. 核酸的分类与组成 3. 核酸的结构与性质 4.核酸的测序 5.核酸的生物学功能 6.核酸的合成 6. 几种重要技术
核酸的研究历史 Research history of nucleic acids
左旋DNA
Watson-Crick阐 明的是B型 DNA双螺旋结 构
Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1962
for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material