北京大学基础医学院生物化学与分子生物学系贾弘禔

>90
3. 含量 DNA恒定，RNA与细胞生长状态有关
三、核酸的功能 DNA-遗传、RNA-参与蛋白质合成
第二节 核酸的分子组成 一、元素组成
C H O N P（恒定，9~10%） 二、基本结构单位——核苷酸
核酸——多聚核苷酸（polynucleotides)
n·核苷酸（nucleotide)
磷酸
二、核酸的种类、分布和含量
1. 种类 DEOXYRIBONUCLEIC ACID（DNA）
RIBONUCLEIC ACID（RNA）——
ribosome RNA(rRNA)
transfer RNA(tRNA)
messenger RNA(mRNA)
2. 分布
DNA 核（%） 98
RNA <10
浆（%） 2
四、 RNA的分子结构
RNA的种类（见前）
RNA的碱基组成 A U G C 稀有碱基
RNA的一级结构 核苷酸序列 3’,5’磷酸二酯键连接
ACC
RNA高级结构
tRNA的结构——
5’
一级结构 70~90 nt
二级结构 三叶草形状 三级结构 倒“L”形 mRNA的结构——
DHU环
T环
额外环
3’-poly A(30~200);5’-7甲基鸟苷 三磷酸;中间为密码子 Codon
●DNA的热变性
●粘度改变，钢性线性分子变得无序，粘度下降
●UV吸收增强，其规律如下： OD260（254）
100%
③
50%
②
① 80 Tm90 100 ℃ 变性温度范围
●高色效应 hyperchromic effect——
核酸变性后、氢键破坏，双螺旋结构破坏，碱基暴露，紫外吸收 （260nm）增强，谓高色效应
DNA的一级结构—— DNA sequence /DNA Sequencing
DNA的二级结构——双螺旋结构
Watson, Crick （1953）在Chargaff法则及 Wilkins,Franklin的X线衍射工作基础上提出 DNA的double helix结构模型——
§DNA分子由相互平行、走向相反、碱基互补 的两条脱氧核糖核苷酸链围绕同一中心轴，盘绕 成双螺旋结构，螺旋的一侧为大沟，另一侧为小 沟。
核酸的化学与生物合成
北京大学基础医学院 生物化学与分子生物学系
贾弘禔
核酸的化学与生物合成
第一节 概 述
一、核酸的发现 1868 MEISCHER- 从脓球发现“核素” 1944 AVERY et al- 肺炎球菌转化实验 1952 HERSHEY, CHASE-噬菌体标记实验 1950 CHARGAFF et al- CHARGAFF法则 1953 WATSON，CRICK-DNA双螺旋 1973 BOYER，COHEN-DNA Cloning(克隆） 1976 DNA Sequencing(序列分析） 1990 Human Genome Project
四、修复合成
第三节 核酸的分子结构
一、 核苷酸的连接——3’,5’磷酸二酯键
表示法 pCpCpA pC-C-A 5’-CCA-3’
二、核酸的一级结构 多核苷酸链内核苷酸的排列顺序
三、DNA的分子结构 DNA的碱基组成（CHARGAFF法则）—— 有种属特异性 无组织、器官特异性 不受年龄、营养和环境的影响 不论种属、组织来源，所有DNA分子 [A] [T]、[G] [C] [A]/[T] [G]/[C] 1 [A] + [G] [T] + [C]
DDDP指导的DNA合成——复制 RDDP指导的DNA合成——反转录 DDDP、重组酶或SOS系统酶参与的DNA修复 二、DNA的复制合成 半保留复制概念 复制起始点（ori）和方向（5’ 3’） 复制体系——E.coli为例
DnaB（识别ori）、解旋酶(Topo)、解链蛋白(Rep蛋
白)、引发酶/前体、DNAPIII、DNAPI、DNA连接酶
半保留复制
插入 DNA
DNA复制过程——
解旋、解链 RNA引物合成 DNA链延长——
前导链 5’ 3’连续合成 随从链——冈琦片段 终止
插入 DNA replication
三、反转录合成
反转录酶—— RDDP活性 RNase活性 DDDP活性
反转录过程及应用（PCR） cDNA合成——RNA-DNA杂交体形成 RNA水解 双链cDNA合成Baidu Nhomakorabea
小结——
1）2’、3’、5’NMP， 3’、5’dNMP， 主要是 5’NMP、dNMP，DNA\RNA组成
2）NTP\dNTP NDP\dNDP 多磷酸核苷酸，能量代谢 3）环核苷酸 cAMP、cGMP 第二信使 4）NAD\NADP FAD\FMN 辅酶，生物氧化 5）抗代谢药物 6MP，5-FU
●解链温度\融解温度 melting temperature，Tm——
UV吸收增值达到最大吸收增值50%时的温度，称Tm Tm值与 DNA G+C含量有关，G+C含量愈大，Tm愈高，反之则反
与核酸分子长度有关，分子愈长，Tm愈高。
●变性温度范围与DNA样品均一性有关，分子种类愈纯（单一）， 长度愈一致，其变性范围愈窄，反之则变性温度范围愈宽。
§磷酸——脱氧核糖形成的长链骨架在外，碱 基在内，两平行链对应碱基间以氢键相连；对应 碱基总是A==T、G === C配对（base pairing)或 互补，形成稳定联系。
§各碱基平面垂直或基本垂直于双螺旋中心轴， 链内碱基间形成纵向Vander Waal’s力与长轴平 行，使双螺旋更稳定。
§相临碱基对间距离为0.34nm,每周螺距为 3.4nm(10bp), d为 2nm (B型）
核苷（nucleoside)
戊糖-ribose(R) 碱基 A G U C
deoxyribose(dR)
AG TC
DNA、RNA组成异同
DNA
磷酸
磷酸
戊糖
2脱氧核糖（dR)
碱基 嘌呤 A、G
嘧啶 C、T
碱基
RNA 磷酸 核糖（R） A、G C、U
戊糖
O 核苷、核苷酸
其它核苷酸 NAD、FAD、cAMP、cGMP、5-FU、6-MP
●DNA变性的复性 renaturation DNA发生热变性后，经缓慢降温，如放置室温逐渐冷却，解开的 互补链之间对应的碱基对再形成氢键，恢复完整的双螺旋结构，称 DNA热变性的复性。
核酸复性时UV下降，此称低色效应 hypochromic effect
DNA热变性后缓慢冷却处理过程称退火 annealing DNA加热变性后，若经骤然降温，互补链碱基之间来不及配对互 补，形成氢键联系，两链维持分离状态。
helix type A B C Z
DNA double helix类型
bp/turn rotation/bp vertical rise/bp
11
+34.7
2.56A
10
+34.0
3.38A
9.33 +38.6
3.32A
12
-30.0
5.71A
helical d 23A 19A 19A 18A
DNA的高级结构 超螺旋 如线粒体DNA 细菌质粒DNA 病毒DNA 核小体结构 2 ·(H2A·H2B ·H3 ·H4 )/DNA(146bp) =核心颗粒 超螺线管——染色质
慢
骤
●核酸分子杂交 hybridization 当不同来源的核酸变性后一起复性时，只要这些核酸分子中含有 相同序列的片段，即可形成碱基配对，出现复性现象，形成杂种 核酸分子，或称杂化双链，称核酸分子杂交。
核酸分子杂交
第五节 DNA的生物合成
一、DNA生物合成的概念 生物体内由DNAP催化合成DNA的过程，包括
反密码环
第四节 核酸的理化性质
一、酸性化合物 两性\但酸性强 电泳行为——泳向正极（pH7-8） 沉淀行为——加盐（中和电荷） M+与磷酸“-”中和；乙醇
二、高分子性质 粘度 DNA>RNA 超离心沉降 凝胶过滤
三、UV吸收 260nm
四、变性、复性与杂交
核酸在理、化因素作用下，双螺旋结构破坏称核酸变性。根据 变性因素区分为碱变性、热变性等。如DNA的碱变性、DNA的热 变性，其中以DNA的热变性更具典型意义