分子生物学第2章 核酸的性质

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
u
DNA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。
u
1、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）。