分子生物学第2章 核酸的性质
分子生物学课件第二篇章核酸的结构
碱基配对
A与T配对，G与C配对，形成碱 基对。
反向平行
DNA的两条链是反向平行的， 一条链的5'端指向双螺旋的上方， 另一条链的5'端指向双螺旋的下 方。
DNA的高级结构
超螺旋
01
DNA超螺旋是DNA的一种空间形态，分为正超螺旋和负超螺旋
两种类型。
染色体结构
02
DNA在细胞核内与蛋白质结合形成染色体，是基因组在细胞内
DNA的基本骨架，由五个碳原子和一个磷酸基团组成。
磷酸
连接脱氧核糖的桥梁，形成DNA链的基本骨架。
碱基
四种不同的碱基，分别是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶 （T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C），它们以特定的 配对方式排列，形成DNA的编码序列。
DNA的二级结构
双螺旋结构
DNA的两条链通过碱基之间的 氢键相互作用，形成双螺旋结 构。
碱基
RNA中的碱基包括A（腺嘌呤）、 U（尿嘧啶）、C（胞嘧啶）和G （鸟嘌呤）。
mRNA的结构
5'端帽子结构
mRNA的5'端通常有一个甲基化 的鸟嘌呤核苷酸，称为帽子结构， 有助于mRNA的翻译。
3'不翻译区
mRNA的3'不翻译区位于编码序 列之后，也包含一段非编码序列， 通常与蛋白质合成无关。
核酸的分类
总结词
根据组成和结构的不同，核酸可分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖 核酸（RNA）。
详细描述
DNA主要由脱氧核糖核苷酸组成，是生物体的遗传物质，负责储存 和传递遗传信息。RNA主要由核糖核苷酸组成，参与蛋白质合成和 基因表达调控等生物学过程。
单击此处添加标题
DNA的结构
DNA的组成
脱氧核糖
生物化学 第2章Ⅱ 核酸(共86张PPT)
内呈正比
5、电泳缓冲液
DNA的凝胶电泳检测
(ethidiumbromide， 简称EB)是一种核酸染料，可以插入到DNA
或RNA分子的碱基之间，并在300nm波长的
紫外光照射下放射出橘红色的荧光，可用来显现 凝胶中的核酸分子。
在凝胶电泳中，溴化乙锭染料可对核酸分子 染色，在紫外光下便可以十分敏感而方便地检测 出凝胶介质中DNA谱带。
五、变性、复性与杂交
（一）、DNA的变性
1、概念 2、变性因素
3、变性的指标
1、概念
是指核酸双螺旋区的氢键断裂，双螺旋 解开，变成无规则线团的现象。核酸变 性其分子中的共价键并没有破坏，分子 量也不改变，核酸的变性（
denaturation ）
2、DNA的变性的因素
温度升高；
酸碱度改变、 pH（>11.3或<5.0）；
1、核酸分子本身的大小：同分子的摩擦
系数成反比的 Maxam和Gilbert 于1977年发明
Primer1（10uM）
2、琼脂糖的浓度：迁移率与胶浓度成反比 而聚丙烯酰胺凝胶制胶时不能将染料加入，会影响聚合。
第五节 核酸的研究方法 据此特性可以定性和定量检测核酸。
在液氮蒸发去2/3时，用自制研杵迅速磨碎叶片；
RNA本身只有局部的双螺旋区，所以变 性行为所引起的性质变化没有DNA那样 明显。 天然状态的DNA在完全变性后，紫外吸
收(260 nm)值增加25－40%.而RNA变性 后，约增加1.1%。
4. DNA变性后的表现
A260值增加
粘度下降
浮力密度增大
分子量不变
（二）、DNA的复性
1、概念：
变性DNA在适当的条件下，两条彼此分 开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构 ，这一过程称为复性；
分子生物学问题汇总
Section A 细胞与大分子简述复杂大分子的生物学功能及与人类健康的关系。
Section C 核酸的性质1.DNA的超螺旋结构的特点有哪些？A 发生在闭环双链DNA分子上B DNA双链轴线高卷曲，与简单的环状相比，连接数发生变化C 当DNA扭曲方向与双螺旋方向相同时，DNA变得紧绷，为正超螺旋，反之变得松弛为负超螺旋。
自然界几乎所有DNA分子超螺旋都为负的，因为能量最低。
2.简述核酸的性质。
A 核酸的稳定性：由于核酸中碱基对的疏水效应以及电荷偶极作用而趋于稳定B 酸效应：在强酸和高温条件下，核酸完全水解，而在稀酸条件下，DNA的核苷键被选择性地断裂生成脱嘌呤核酸C 碱效应：当PH超出生理范围时（7-8），碱基的互变异构态发生变化D 化学变性：一些化学物质如尿素，甲酰胺能破坏DNA和RNA二级结构中的而使核酸变性。
E 粘性：DNA的粘性是由其形态决定的，DNA分子细长，称为高轴比，可被机械力和超声波剪切而粘性下降。
F 浮力密度：1.7g/cm^3,因此可利用高浓度分子质量的盐溶液进行纯化和分析G 紫外线吸收：核酸中的芳香族碱基在269nm 处有最大光吸收H 减色性，热变性，复性。
思考题：提取细菌的质粒依据是核酸的哪些性质？质粒是抗性基因，，在基因组或者质粒DNA中用碱提取法。
Sectio C 课前提问1.在 1.5mL的离心管中有500μL，取出10 μL稀释至1000 μL后进行检测，测得A260=0.15。
问（1）：试管中的DNA浓度是多少？问（2）：如果测得A280=0.078, .A260/A280=？说明什么问题？(1)稀释前的浓度：0.15/20=0.0075稀释后的浓度：0.0075/100=0.75ug/ml（2）0.15/0.078=1.92〉1.8，说明DNA中混有RNA样品。
2.解释以下两幅图（native:非变性的；denatured:变性的）图一表示dsDNA和RNA的热变性，中间的Tm值表示解链温度。
Chapter 2 核酸的结构与功能教学教材
核酸的结构与功能
Structures and Functions of Nucleic Acids
内容
2.1 核酸的种类与分布 2.2 核苷酸 2.3 DNA的分子结构 2.4 核酸与蛋白质的复合体 2.5 RNA的分子结构 2.6 核酸的理化性质
2
2.1 核酸（Nucleic acid） 的种类与分布
48
（四）DNA双螺旋结构的多样性
49
双螺旋DNA的类型及相关参数
类型 螺旋方向
存在条件
螺距 碱基数/螺旋 碱基倾角
A-DNA 右手
相对湿度75% 2.53 nm
11
19°
B-DNA 右手
相对湿度92% 3.54 nm
10.4
1°
Z-DNA 左手 嘌呤－嘧啶二核 4.56 nm
12
苷酸为重复单位
N=A/U/G/C
同样，dNDP、dNTP， N=A/T/G/C
腺嘌呤 腺苷
16
核苷多磷酸的生物学功能:
§NTP和dNTP分别是RNA和DNA的直接前体。 §ATP分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。水
解时, ATP可以释放出大量自由能，推动生物体内 各种需能的生化反应。 §UDP、ADP、GDP在多糖合成中，可作为携带葡 萄糖基的载体；CDP在磷脂合成中可作为携带胆 碱的载体。 §GTP、CTP、UTP在某些生化反应中也具有传递能 量的作用。
11
稀 有 碱 基
大多甲基化碱基，tRNA含量丰富 (高达10％) 12
2.2.3 戊糖
β-D-核糖
β-D-脱氧核糖
13
2.2.4 核苷
碱基和核糖（或脱氧核糖）通过C-N 糖苷 键连接形成核苷（或脱氧核苷）。
生物化学与分子生物学重点
第一章 核酸的结构与功能1、种类：脱氧核糖核酸（DNA），存在于细胞核和线粒体内。
核糖核酸（RNA），存在于细胞质和细胞核内。
2、核酸的分子组成：基本组成单位是核苷酸，而核苷酸则由碱基、戊糖和磷酸三种成分连接而成。
戊糖：DNA分子的核苷酸的糖是β-D-2-脱氧核糖，RNA中为β-D-核糖。
3、核酸的一级结构核苷酸在多肽链上的排列顺序为核酸的一级结构，4、 DNA的二级结构DNA双螺旋结构是核酸的二级结构。
双螺旋的骨架由糖和磷酸基构成，两股链之间的碱基互补配对，是遗传信息传递者，DNA半保留复制的基础，结构要点： a.DNA是一反向平行的互补双链结构亲水的脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链的外侧，而碱基位于内侧，碱基之间以氢键相结合，其中，腺嘌呤始终与胸腺嘧啶配对，形成两个氢键，鸟嘌呤始终与胞嘧啶配对，形成三个氢键。
b.DNA是右手螺旋结构螺旋直径为2nm。
每旋转一周包含了10个碱基，每个碱基的旋转角度为36度。
螺距为3.4nm，每个碱基平面之间的距离为0.34nm。
c.DNA双螺旋结构稳定的维系横向靠互补碱基的氢键维系，纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持，尤以后者为重要。
5、RNA的空间结构与功能mRNA:1. 真核生物mRNA的5'-端有特殊帽结构2. 真核生物mRNA的3'-末端有多聚腺苷酸尾3. mRNA碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列tRNA：1、3′末端为—CCA-OH 2、含10～20% 稀有碱基3、其二级结构呈“三叶草形”4. tRNA的反密码子能够识别mRNA密码子rRNA：rRNA的结构为花状，rRNA 与核糖体蛋白结合组成核糖体(ribosome)，为蛋白质的合成提供场所。
rRNA单独存在不执行其功能。
tRNA功能是在细胞蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的戴本并将其转呈给mRNA。
6、核酸的理化性质在某些理化因素作用下，如加热，DNA分子互补碱基对之间的氢键断裂，使DNA双螺旋结构松散，变成单链，即为变性。
分子生物学2第二章-DNA结构
第四节 DNA的物理、化学性质
DNA双股链的互补 是其结构和功能上的一个基本特征 也是DNA研究中一些实验技术的基础
一、DNA分子的变性
变性（denaturation 或融解 melting）：DNA双螺旋区 的
氢键断裂，使双螺旋的两条链完全分开变成单链，这 一双链分离的过程叫做变性 1、条件：加热, 极端pH,有机溶剂（ 尿素、 酰胺 )，低盐浓度等
PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA
b、 分子组成
☆ PY/PU + PU (偏碱性介质中稳定) G＊G 、 A＊A 、
G＊A＋
☆ PY/PU + PY (偏酸性介质中稳定) 常见类型
点的A260值绘制成DNA 1.185
的熔解曲线
1.0
℃
Tm = OD增加值的中点温度(一般为8595℃) 或DNA双螺旋结构失去一半时的温度
这也是一般PCR实验技术中把变性温度定为94 ℃的原因
1、 影响 Tm值的因素 （1） 在 A, T, C, G 随机分布的情况下 ，决定于GC含量 GC%愈高 → Tm值愈大 GC%愈低 → Tm 值愈小 （2）GC%含量相同的情况下 AT形成变性核心，变性加快，Tm 值小 碱基排列对Tm值具有明显影响
* 类病毒（viroid）: 使高等植物产生疾病的传染性因子 分子结构：含246~375 个核苷酸的单链环状RNA 分 子，没有蛋白质外壳。专性活细胞内寄生。
三、 是否存在核酸以外的遗传物质 Prion (proteinaccous infections particle) 朊病毒－－－蛋白质样的感染因子
分子生物学名词解释
分子生物学名词解释第二章核酸的结构与功能1. DNA的变性与复性(denaturation and renaturation of DNA): 双链DNA(dsDNA)在变性因素(如过酸、过碱、加热、尿素等)影响下,解链成单链DNA(ssDNA)的过程称之为DNA变性。
DNA变性后，生物活性丧失，但一级结构没有改变，所以在一定条件下仍可恢复双螺旋结构。
热变性的DNA经缓慢冷却后，两条互补链可重新恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性，也称退火。
2．核酸分子杂交(hybridization of nucleic acids)：是核酸研究中一项最基本的实验技术。
其基本原理就是应用核酸分子的变性和复性的性质,使来源不同的DNA(或RNA)片段,按碱基互补关系形成杂交双链分子。
杂交双链可以在DNA与DNA链之间,也可在RNA与DNA链之间形成。
这种现象称为核酸分子杂交。
简称杂交（hybridization)3．增色效应与减色效应(hyperchromic effect and hypochromi c effect): DNA变性时，双螺旋松解，碱基暴露，OD260值增高称之为增色效应；除去变性因素后，单链DNA依碱基配对规律恢复双螺旋结构，OD260值减小称为减色效应。
4. 核酶（ribozyme）：核酶是具有催化功能的RNA分子。
大多数核酶通过催化转磷酸酯和磷酸二酯键水解反应参与RNA自身剪切、加工过程。
5．探针：探针是经过特殊标记的核酸片段，具有特定的序列，能够与待测的核酸片段互补结合，因此可用于检测核酸样品中的基因。
第八章核苷酸代谢1. 从头合成途径(de novo synthesis pathway): 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料合成嘌呤或嘧啶核苷酸的过程,称为从头合成途径，是体内的主要合成途径。
《分子生物学》教案
《分子生物学》教案《分子生物学》教案一、课程基本信息二、课程教材P.C.特纳,A.G.迈克伦南,A.D.百茨,M.R.H.怀特.分子生物学（第二版）. 北京：科学出版社,2001.9.三、教学对象生物科学专业本科生。
四、主要参资料[1] 朱玉贤,李毅.现代分子生物学（第二版）.北京：高等教育出版社,2002,7.[2] Robert F. Weaver.分子生物学（影印版）.北京：科学出版社,2000,8.[3] 孙乃恩等.分子遗传学.南京：南京大学出版社，1990.[4] Joe Sambrook.分子克隆实验指南（第2版）.科学出版社,2002.五、教学特色利用动画让学生理解抽象的概念和重难点内容。
六、课程考核方式及成绩评定《分子生物学》属于考试科目。
平时课堂教学中的作业和课堂提问、课堂讨论占30%；期末闭卷考试占70%。
七、其他说明每章或全书讲授完毕，给学生布置一定的习题。
要求学生选读参考书，进一步巩固和补充课堂讲授内容，系统整理学习笔记。
八、教案第一章绪论 Introduction（2学时）1、教学目标：掌握分子生物学的基本概念与研究内容；了解分子生物学发展简史和分子生物学的一些分支学科；了解分子生物学的发展趋势。
2、教学重点：分子生物学的产生及概念，分子生物学的研究内容3、教学难点：分子生物学的产生及概念，分子生物学的研究内容4、教学方法与手段：多媒体教学、自学与课堂讨论相结合5、教学过程第一节生命科学的回顾(20分钟)1、创世说与进化论；2、细胞学说；3、经典的生物化学和遗传学；4、DNA的发现。
第二节分子生物学的概念和研究内容（30分钟）1、什么是分子生物；2、分子生物学研究领域的三大原则；3、分子生物学研究领域。
第三节分子生物学发展简史（20分钟）1、孕育阶段；2、创立阶段；3、发展阶段。
第四节分子生物学实际应用的现状和展望。
（10分钟）第二章核酸的性质与结构（3学时）1、教学目标：掌握核酸的基本性质；掌握DNA的结构；掌握DNA分子变性、复性及分子杂交的原理。
分子生物学：遗传物质的分子结构和性质
左旋DNA
〔一〕Z-DNA的构造特点： 糖磷骨架呈“之〞字形
〔Zigzag〕走向。 左旋。 G残基位于分子外表。 分子外形呈波形。 大沟消失，小沟窄而深。 每个螺旋有12bp。
Z-DNA B-DNA
DNA的分子量不变，二级构造中的氢键遭到破坏，DNA 的双螺旋构造局部解体，或维系DNA分子二级构造的氢 键全部被破坏，双螺旋解旋别离成DNA单链的过程叫做 DNA的变性〔Denaturation〕。
以下因素可导致DNA变性： 高温、 酸、 碱、 尿素、甲酰胺：增加碱基在水中的溶解度，从而
减弱碱基的疏水交互作用而造成。
Z－DNA存在的条件：
(1) 高盐：NaCl>2 Mol/L, MgCl2>0.7 Mol/L (2) Pu, Py相间排列： (3) 在活细胞中如果m5C,那么无需嘌呤-嘧啶相间排列，
在生理盐水的浓度下可产生Z型。 (4) 在体内多胺化合物，如精胺和亚胺及亚精胺和阳离子
一样，可和磷酸基因结合，使B-DNA转变成 Z-DNA。 (5) 某些蛋白质如Z-DNA结合蛋白带有正电荷，可使
DNA周围形成局部的高盐浓度微环境。 (6) 负超螺旋的存在
生物学意义
(1) 可能提供某些调节蛋白的识别。啮齿类动物病毒的复 制起始部位有d〔GC〕有交替顺序的存在；
(2) 在SV40的增强子中有三段8bp的Z-DNA存在。 (3) 原生动物纤毛虫，它有大、小两个核，大核有转录活
性，小核和繁殖有关。Z-DNA抗体以萤光标记后， 显示仅和大核DNA结合，而不和小核的DNA结合， 说明大核DNA有Z-DNA的存在，可能和转录有关。
生物化学及分子生物学(人卫第八版)-第02章-核酸的结构与功能
第一节 核酸的化学组成以及一级结构
The Chemical Component and Primary
Structure of Nucleic Acid
核酸组成 核酸 (DNA和RNA) 核苷酸 磷酸 戊糖 核糖 脱氧核糖 核苷和脱氧核苷 碱基 嘌呤 嘧啶
DNA的组成单位是脱氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide） RNA的组成单位是核糖核苷酸（ribonucleotide）。
正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。
负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。
（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构
原核生物DNA多为环状的双螺旋分子 ，以 负超螺旋的形式存在，平均每200碱基就有一个 超螺旋形成。
目录
二、DNA是脱氧核苷酸通过3,5-磷酸二酯键 连接形成的大分子
一个脱氧核苷酸3的羟基与另一个核苷酸
5 的 α- 磷 酸 基 团 缩 合 形 成 磷 酸 二 酯 键 (phosphodiester bond)。 多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了 具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷 酸(polydeoxynucleotide)，即DNA链。
构成 RNA 的四种基本核苷酸是 AMP 、 GMP、
CMP和UMP。
目录
5 端
四、核酸的一级结构是 核苷酸的排列顺序
定义
C
核酸中核苷酸的排 列顺序。
由于核苷酸间的差 异主要是碱基不同，所 以也称为碱基序列。
3 端
A
G
核酸的一级结构
A G T G C T
5 P
P
P
分子生物学(杨建雄)
分子生物学（杨建雄）第一章绪论分子生物学1.概念广义：在分子水平上研究生命现象，或用分子的术语描述生物现象的学科侠义：在核酸与蛋白质水平上研究基因的复制，基因的表达和调控，及基因的突变与交换的分子机制2.研究内容：①以某物种全套基因表达产物的结构和功能②基因传递和表达的途径③基因表达的调控3.三大原则①构成生物大分子的单体是相同的——共同的核酸语言（Nt）、共同的蛋白质语言②生物遗传信息的表达的中心法则相同③生物大分子里面，单体（核苷酸、氨基酸）的排列是不同的4.分子生物学的兴起①Mendel 豌豆杂交实验总结了基因的分离定律和自由组合定律表明生物的遗传性状是由独立的遗传因子决定，这些遗传因子后来被称作基因②遗传的染色体学说，染色体是基因的载体证实：1910年Morgan 利用果蝇进行遗传学实验发现了基因的连锁规律③“一个基因一个酶”假说1941年George Beadle和Edward Tatum 以红色面包霉为研究对象④核素1869年瑞士Miescher他的学生Altmann提出了核酸的概念⑤1910年德国Kossel 首次分离得到单核苷酸，并阐明核酸的主要成分是核糖、磷酸和碱基⑥1924年德国Feulgen 发现核酸中的糖有核糖和脱氧核糖两种，并根据核酸所含核糖的不同，将核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸⑦1929年Kossel学生Levine发现核酸中的碱基主要是腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。
还证明核酸是由核苷酸组成的，而核苷酸是由碱基、核糖、磷酸组成的⑧1944年Avery通过肺炎链球菌转化实验证明基因是由DNA构成的1952年Hershey和Chase 利用噬菌体感染细菌实验，证实了DNA是遗传物质⑨1950年Chargaff指出DNA中四种碱基的比例关系：A/T=G/C=1⑩1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型（分子生物学兴起的标志）5.分子生物学的发展①关于基因的复制1958年Meselson和Stahl 同位素实验证实DNA复制的半保留机制1956年Arthur Kornberg 等首先在大肠杆菌中发现了DNA聚合酶Ⅰ1989年Greider等发现端粒酶是以内源性RNA为模板的逆转录酶②关于基因的转录1955年Brachet 洋葱根尖和变形虫实验、Hall和Spiegelman T2噬菌体DNA-RNA杂交实验证实蛋白质合成模板是RNA；1958年Crick提出著名的中心法则1960年Weiss和Hurwitz 发现RNA聚合酶③关于基因的翻译1954年Gamow 推测遗传密码是三联体1961年Crick，Barrett和Brenner等用插入和缺失突变证实了遗传密码是三联体Nirenberg和Khorana破译遗传密码④关于基因表达的调控1961年Jacob和Monod提出基因表达的操纵子学说1976年Tonegawa 发现免疫球蛋白的体细胞重组机制......⑤基因过程的兴起1964年Holliday 提出了DNA重组模型DNA连接酶、逆转录酶、限制性内切核酸酶等加速分子生物学发展进程的一项“简单而晚熟”技术聚合酶链反应（PCR）技术1985年Mullis第二章核酸的结构和功能DNA是主要的遗传物质1869年瑞士Miescher 从细胞核中分离出含磷很高的酸性化合物，称为核酸1889年他的学生Altmann提出了核酸的概念1910年德国Kossel 首次分离得到单核苷酸，并阐明核酸的主要成分是核糖、磷酸和碱基1924年 德国 Feulgen 发现核酸中的糖有核糖和脱氧核糖两种，并根据核酸所含核糖的不同，将核酸分为核糖核酸和脱氧核糖核酸1929年 Kossel 学生 Levine 发现核酸中的碱基主要是腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。
核酸化学-PPT课件
第二节 核酸的化学组成
核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合而成的 具有一定空间结构的生物大分子。
基本元素：C、H、O、N、P ； 其中P 的含量比较稳定，占9%-10%，通过测
定P 的含量来推算核酸的含量（定磷法）。
核酸→核苷酸
磷酸 核苷
碱基 戊糖
一、戊糖
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的 糖为β-D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则 为β-D-核糖。
碱基平面之间的距离
（轴距）为0.34 nm，
每10个核苷酸形成一
小 沟
个螺旋，其螺距（即
螺旋旋转一圈）的高
度）为3.4 nm。
大 沟
DNA双螺旋结构模型要点（5）
两条链借碱基之间 的氢键和碱基堆积 力（即碱基之间的 范德华力）牢固的 连接起来，维持 DNA双螺旋的三 维结构。
两条链是碱基互补 关系。
第 四 章
核 酸 化 学
本章内容
第一节 概述 第二节 核酸的化学组成 第三节 核酸的分子结构 第四节 核酸的性质 第五节 核酸的研究方法
第一节 概 述
核酸（nucleic acid—NA）是一类重要 的生物大分子，担负着生命信息的储 存与传递。
核酸是现代生物化学、分子生物学的 重要研究领域，是基因工程操作的核 心分子。
(D o r h U )
H CH 3 N
N
N
NN
dR
N 6 -M e th y l-d A
NH 2
N
CH 3
ON
dR
5 -M e th yl-d C
（2）
Ade HO CH 2 O
HH
H OH
H OCH 3
2 '- O - 甲 基 腺 苷 ((AAmm) )
第二章(2)核酸的化学(性质)
1．核酸的两性性质及等电点
分子中既含有酸性基团（磷酸基）,也含有碱性基 团（氨基），因而核酸具有两性性质. 因而核酸具有两性性质. 因而核酸具有两性性质 由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性 （氨基）是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。 核酸的等电点比较低。 核酸的等电点比较低 如DNA的等电点为4～4.5，RNA的等电点为2～2.5。 RNA的等电点比DNA低的原因:是RNA分子中2′-OH 通过氢键促进了磷酸基上质子的解离，而DNA没有这种 作用。
影响复性速度的因素：
1、分子量越大，复性越难。 分子量越大，复性越难。 单链片段浓度越大，随机碰撞的频率越高，复性越容易。 2、单链片段浓度越大，随机碰撞的频率越高，复性越容易。 片断内的重复序列多，则容易形成互补区，复性较快。 3、片断内的重复序列多，则容易形成互补区，复性较快。 维持溶液一定的离子强度，可加快复性速度。 4、维持溶液一定的离子强度，可加快复性速度。 此外，DNA的复性也与它本身的组成和结构有关 的复性也与它本身的组成和结构有关。 此外，DNA的复性也与它本身的组成和结构有关。
HOCH
2
O H
OH H
HOCH
2
O H
OH H
H H OH D-核核 核
H H OH
OH
H
D-2-脱脱核核 脱
2．核酸的水解
（1）酸或碱水解
核酸分子中的磷酸二酯键可在 酸或碱性条件下水解切断。 DNA和RNA对酸或碱的耐受程度 有很大差别。例如，在0.1 mol/L NaOH溶液中，RNA几乎可以完全水解， DNA在同样条件下则不受影响。
核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（3′-端或5′核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（3′-端或5′的作用方式是从多聚核苷酸链的一端 5′ 端）开始，逐个水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切 开始，逐个水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切 酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。 酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第二章 核酸的性质第一节 核酸的结构 第二节 核酸的理化特性 第三节 DNA的序列分析遗传物质的分子本质lDNA是遗传物质肺炎球菌转化实验 噬菌体侵染实验 真核细胞获得新的表型lRNA也是遗传物质l烟草花叶病毒的重建实验l具有遗传特性的蛋白质DNA 是 遗 传 物 质Figure 1.2 The transforming principle is DNA. 1944年Avery的肺炎球菌实验.DNA 是 遗 传 物 质Figure 1.3 The genetic material of phage T2 is DNA. 1952年Hershey和Chase的噬 菌体实验.RNA作为遗传物质 DNA 是 遗 传 物 质Figure 1.4 Eukaryotic cells can acquire a new phenotype as the result of transfection by added DNA.烟草花叶病毒（TMV）的重建实验证明了在 没有DNA的RNA病毒中，RNA是遗传物质。
（Heinz FraenkelI-Conrat 和B. Singre，1957）具有遗传特性的蛋白质 ——朊病毒ü朊病毒蛋白两种构象：PrPc； PrPsc在二级结构上有巨大差别 PrP c α－螺旋 β－折叠 43％ 3％ PrP sc 34％ 43%遗传信息的表达——中心法则PrPsc可以促使PrPc转化为PrPsc（大分子之间的相互作用？）？第一节 核酸的结构lDNA的一级结构 lDNA的双螺旋结构 lRNA的二级结构 lDNA 的超螺旋一. DNA的一级结构l一级结构定义 l方向性 l书写图 2-7 核苷酸以磷酸酯键头尾相连构成核酸分子碱基和核糖通过β- N 糖苷键形成核苷（nucleoside） 核苷与磷酸通过磷酸酯键形成核苷酸（nucleotide） 核苷酸之间以磷酸二酯键形成多核苷酸链，即核酸（nucleic acid ）碱基的互变异构：碱基的酮式与烯醇式或氨基式与亚氨基 式异构体发生互变，会导致碱基的错误配对。
二. DNA的双螺旋结构ü研究背景 ü模型内容 ü作用力 ü提出的意义 ü结构的多样性DNA双螺旋结构的研究背景1、Chargaff定则当量规律 2、DNA晶体X衍射结果 3、A与T、G与C间氢键配 对的合理性 4、电位滴定行为图 2-27 Rosalind Franklin（左）与 Maurice Wilkins（右）DNA双螺旋结构模型的内容（1）反平行，共同轴，右手螺旋; （2）外侧：戊糖、磷酸； 内侧：碱基，碱面与轴垂 直，糖面与碱面成直角； （3）互补配对，互补链； （4）直径2nm，每碱基0.34nm， 每螺旋10碱基共3.4nm； （5）两凹槽，大沟，小沟。
图 2-15 DNA的大沟和小沟稳定DNA双螺旋结构的作用力Ø 氢键 Ø 碱基堆积力 （疏水作用和范德华力）Ø 磷酸基团的静电排斥力 Ø 碱基分子内能DNA双螺旋模型提出的意义uDNA双螺旋结构的构象多样性B型DNA： 右手螺旋，10bp/螺圈，3.4Ǻ/bp；高湿 度（92％）；大沟宽略深；天然 DNA构象。
A型DNA： 右手螺旋， 11bp/螺圈；湿度低于75 ％；小沟宽而浅；RNA双链及DNARNA杂交链常为A型。
u1、首次解释了遗传信息的存储方式 2、为揭示DNA复制的机制提供理论基础 3、分子生物学诞生的标志Z型DNA： 左手螺旋， 12bp/螺圈， 3.5Ǻ/bp ；CG 交替或CA交替；只有小沟，碱基信 息暴露。
u探讨DNA多型性的生物学意义：对于复制和转录中DNA的解链很重要； 不同构象DNA的沟特征不同，与基因表达调控有关 （Z-DNA）。
三链DNA和四链DNA三链DNA：也称H-DNA，同型嘧啶和同型嘌蛉的 两股链，低pH下能形成三链，C先与H＋结合（质 子化）才能与G配对，这就是H-DNA的由来。
在 基因的调节区和染色体的重组热点区易形成三链 DNA。
四链DNA：富含G的序列容易形成四链结构。
如 端粒的结构。
图 2-16 A-DNA、 B-DNA和 Z-DNA 结构模式图三链 DNA四 链 DNA第三条链富含嘧啶三、RNA的结构üRNA二级结构：单链为主，形 成局部双螺旋，存在GU配对。
üRNA三级结构：假节结构图 2-18 RNA的几种二级结构图 2-19 RNA分子之中的 GU碱基对 图 2-23 RNA的假节结构四、DNA的三级结构Ø原核生物：DNA超螺旋结构 Ø真核生物：核小体结构uDNA超螺旋（原核生物DNA的三级结构）：ü超螺旋概念 ü正超螺旋、负超螺旋 üDNA超螺旋结构的变化 ü拓扑异构酶： Ⅰ型、Ⅱ型描述DNA超螺旋结构变化的 公式：L=T+W连接数（L，linking number）：两条链交叉的次数。
扭转数（T，twisting number）：Watson-Crick螺旋数 。
缠绕数（W，writhing number）：超螺旋数。
超螺旋密度：λ＝(L-L0)/L0 拓扑异构体（topisomer）：一级结构相同L值不同的环状DNA。
解链过程中形成正超螺旋第二节 核酸的理化特性一、酸碱解离与水解特性 二、核酸的光谱学特性及应用 三、核酸的变性 四、核酸的复性一、核酸的酸碱解离与水解特性 ü解离：糖苷键 ü水解：磷酸二酯键 üDNA和RNA对酸碱有不同的敏感性： DNA，酸性环境，容易脱嘌呤 RNA，碱性环境，二酯键易断裂碱性条件下，RNA中的2’-OH攻击磷 酸二酯键，致其断裂实验室制备DNA和RNA时，使用的酚 分别为（Tris饱和酚, pH8.0; 水饱和 酚，偏酸）二、核酸的光谱学特性及应用Ø碱基的共轭双键具有紫外吸收性质，不同碱基、核苷和 核苷酸的吸收光谱略有区别。
Ø核酸的紫外吸收 峰在260 nm附近。
OD260的应用1、核酸定量 50μg/ml 浓度下的OD260 dsDNA＝1.0 ssDNA、ssRNA＝1.37 游离碱基、核苷酸＝1.60 2、判断核酸样品的纯度 DNA纯品： OD260 / OD280 =1.8 RNA纯品： OD260 / OD280 =2.0 3、跟踪DNA变性与复性过程三、核酸的变性定义： 理化性质的变化：OD260增高（增色效应）；沉降速度增加；黏度下降； 浮力密度升高。
碱性条件下，嘌呤结构由酮式转变成烯醇 式，影响碱基间配对，导致DNA变性。
变性方法：热变性（用于PCR）； 碱变性（用于分子杂交）； 尿素、甲酰胺、甲醛等变性试剂（用于DNA、 RNA变 性电泳）。
DNA的热变性与TmØ熔解温度（解链温度）：定义： Tm ，双链解开一半时的温度。
计算公式： Tm = 69.3＋0.41 × （G+C）% Tm =4(G+C)＋2(A+T) 影响因素：①DNA复杂性 （不包含重复序列的核苷酸的对数） ②G+C含量 退火温度：PCR过程中，降低温度引物和模板结合时候的 温度参数。
试比较Tm和退火温度的大小四、核酸的复性定义：理化性质变化： OD260降低（减色效应）；沉降速度降低；黏度增高； 浮力密度下降。
影响因素： DNA复杂性；温度；时间；DNA浓度 复性动力学实验： 可以研究DNA及基因组的复杂性不同物种DNA复杂性的Cot曲线 DNA复杂性与C0t曲线C0t1/2Cot1/2：DNA复性时DNA单链初始浓度与复性一半所经历 时间的乘积，表示DNA复杂程度。
图 3-11 真核 DNA复性动力学常数表明三种组分第三节 DNA的序列分析重组技术的Berg、Sanger和Gilbert共获1980年 诺贝尔化学奖。
一、化学法 （Maxam-Gilbert法）碱基通过特定化学试剂（硫酸二甲酯、甲酸、肼）修饰后， 哌啶甲酸使该位置的磷酸二酯键断裂。
适合于测定短DNA片段和某些被修饰的DNA。
化学试剂修饰类型： G反应： 硫酸二甲酯，G的N7甲基化 A ＋ G反应： 甲酸，A和G嘌呤环上的N质子化 C ＋ T反应： 肼，T和C嘧啶环断裂 C反应： 盐存在时，肼只与C反应化学法测序步骤：1、待测DNA5’端标记。
2、4组反应，4套产物。
3、电泳，读胶。
二、酶法（Sanger法、双脱氧法、末端终止法）要点：利用双脱氧核苷酸2’，3’-ddNTP来终止DNA的聚合反应。
三、DNA测序自动化 酶法测序步骤：1、样品一链为模板，引物5’端 标记 2、4组反应（4种dNTP，一种 ddNTP），4套产物 3、电泳，读胶自动化：测序反应的自动化；读片的自动化两类方法：1、自动荧光DNA测序 Sanger方法的改进，4种荧光染料分别标记4种ddNTP， 只需一组反应。
2、DNA杂交测序(Sequencing by hybridization，SBH) 靶DNA与完全随机合成的一段较短的DNA探针混合杂 交，根据与靶DNA能完全互补的探针之间的线性关系， 可推算出靶DNA的序列。
DNA 作为遗传物质的三大证据；中心法则的基本内容及其理解；碱基的结构；双螺旋结构模型提出背景、内容、作用力及生物学意义；B-DNA 、A-DNA 、Z-DNA 结构比较；三链DNA 及四链DNA 的形成及生物学意义；超螺旋结构变化规律；RNA 二级结构和三级结构；变性、增色效应、Tm 、复性、减色效应、C o t 1/2Cot 曲线的绘制及应用；DNA 酶法测序原理及自动化测序；本章重点和难点1、长度为20μm 的DNA 分子有多少个碱基对？含多少匝螺旋？2、假定大肠杆菌基因的平均分子量是106U ，并且所有DNA 都用来组成基因，计算大肠杆菌和人（5％为编码序列）各有多少基因？（脱氧核苷酸dNMP 的平均分子量为340U ）3、计算浓度为32 μg/mg 的DNA 溶液的A 260值。
4、讨论DNA 和RNA 结构稳定性的差别。
5、解释自然界DNA 选择以负超螺旋的形式存在的原因。
6、正常DNA 的超螺旋密度为-0.05，在无拓扑异构酶的条件下复制到密度为0.07时，由于正超螺旋的阻力而不能继续复制，求此时的复制百分数。
练习题7. 根据所学知识探讨DNA 结构与基因表达调控的关系。
8. DNA 变性有哪些方法，各有何用途？热变性有何特点？Tm 值表示什么？9. 在pH7.0，0.165mol/L NaCl 条件下，测得某一DNA 样品的Tm 为89.3℃，求出四种碱基百分组成。