核酸的理化性质

限制性内切酶
原核生物(及病毒)中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中 4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列， 并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末 端，这类酶称为限制性内切酶（ristriction endonuclease）。 山东落花生花落东山 帘卷晚晴天，天晴晚卷帘 Was it a cat I saw?

二、核酸的酸碱性质
1、碱基的解离
2、核苷的解离
3、核苷酸的解离
结合及释放 质子的能力
第 1、碱基的解离 14 章 碱基：含氮碱基，杂环化合物（很多生物碱的结构） 核 1）、具有芳香环的结构特征，呈平面或近乎平面 酸 含有共轭双键体系，紫外区有吸收（260nm）。 的 物 2）、氮原子位于环上或取代氨基上 弱碱性来自于环上氮原子，pKa约9.5，倾向于接受H 理 取代氨基（或曰碱基环外的氨基）碱性很弱，生理 化 条件下不能被质子化。 学 性 质
核酸的物理化学性质
一、核酸的水解 二、核酸的酸碱性质 三、核酸的紫外吸收性质 四、核酸的变性、复性及杂交
一、核酸的水解
（一）酸水解 糖苷键比磷酸二酯键 更易被酸水解 嘌呤碱基的糖苷键比 嘧啶碱基的糖苷键对 酸更不稳定
NH 2
酯键
O
N N O
N 9 N
5' HO P O CH2 O
-
糖苷
1' H H 2' OH
H
H OH
腺苷酸
（二）碱水解 RNA的磷酸酯键易被碱 水解，产生核苷酸。 由于RNA的核糖上有2’OH基，在碱作用下形成 磷酸三酯。 磷酸三酯极不稳定，随 即水解产生，产生 2’,3’-环磷酸酯，再水 解成2’-核苷酸及3’-核 苷酸
相对而言DNA 一般对碱稳定。
Alu I Bam H I Bgl I Eco R I
‥ ‥G A A T T C ‥‥ ‥ ‥C T T A A G ‥‥
‥ ‥A A G C T T‥‥ ‥ ‥T T C G A A ‥‥ ‥ ‥G T C G A C ‥‥ ‥ ‥C A G C T G ‥‥ ‥ ‥C C C G G G ‥‥ ‥ ‥G G G C C C ‥‥
常用的DNA限制性内切酶的专一性
酶 辨认的序列和切口
‥ ‥A G C T ‥‥ ‥ ‥T C G A ‥ ‥ ‥ ‥G G A T C C ‥‥ ‥ ‥C C T A G G ‥‥ ‥ ‥A G A T C T ‥‥ ‥ ‥T C T A G A ‥‥
说明 四核苷酸，平端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口
NH 2
酯键
O
N N O
N 9 N
5' HO P O CH2 O
-
H
H OH
1' H H 2' OH
腺苷酸
（三）酶水解 非特异性——磷酸二酯酶
B
5´
p pBBBpBB
B
B
5 ´ 3 ´
p
p
p
p
p
OH
牛脾磷酸二酯酶
（ 5´端外切5得3）
蛇毒磷酸二酯酶
（ 3´端外切3得5）
3´
3'-核苷酸
5'-核苷酸

限制性内切酶常常伴随一到两种修饰酶（甲 基化酶）出现.后者的作用是保护细胞自身的 DNA不被限制性内切酶破坏.修饰酶识别的位 点与相应的限制性内切酶相同 限制性内切酶和它的“搭档”--甲基化酶一起就 构成了限制-修饰（R-M）系统.在一些R-M系 统中,限制性内切酶和修饰酶是两种不同的蛋 白,它们各自独立行使自己的功能； 而在另一些系统中,两种功能由同一种限制-修 饰酶的不同亚基,或是同一亚基的不同结构域 来执行.
Hind Ⅲ
Sal I Sma I
六核苷酸，平端切口
限制性内切酶对细菌有何益处 呢？
30多年前,当人们在对噬菌体的宿主特异性的 限制-修饰现象进行研究时,首次发现了限制性 内切酶. 细菌可以抵御新病毒的入侵,而这种"限制"病 毒生存的办法则可归功于细胞内部可摧毁外 源DNA的限制性内切酶. 作为微生物免疫机制的一部分行使其功能.当 一个没有限制性内切酶的细菌被病毒感染时, 大部分病毒颗粒都能成功地进行感染. 一个有限制性内切酶的同种细菌被成功感染 的比率显著下降.出现更多的限制性内切酶将 会起到多重保护作用；而一个拥有4到5种各 自独立的限制性内切酶将会使细胞坚不可摧.
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1、碱基的解离
胞嘧啶
DNA嘧啶碱基的解离
尿嘧啶
胸腺嘧啶
DNA嘌呤碱基的解离
腺嘌呤
鸟嘌呤的解离
2、核苷的解离 糖存在影响了碱基的解离——增 强了碱基的酸性解离 核糖中羟基也可以发生解离
NH2 N N HOCH2 H H OH O H H OH 腺嘌呤核苷 N N N
结 构 式
专一性水解磷酸二酯键——核酸酶
核酸酶的分类
（1）底物 RNase DNase （2）按作用方式 核酸内切酶 核酸外切酶（5’ → 3’外切酶、3’ → 5’外切酶） （3）按断裂磷酸二酯键的方式 （4）其他：双链酶、单链酶 有些核酸酶的特异性很高，能识别和切割DNA 的特异序列，是重要的工具酶
OH N HO HOCH2 H H OH O H N
NH2 N N HO HOCH2 H H OH 胞嘧啶核苷 H OH O H
OH
H2N N N HOCH2 O H H H OH H OH
N
H OH 尿嘧啶核苷
鸟嘌呤核苷
3、核苷酸的解离
表14-1 （重在看懂、理解）
腺苷酸的等电 点为？
某一基 团解离 的离子 化程度
DNA 与RNA的差异
DNA 固体白色纤维状 大多为线形分子细长 溶液粘度大 RNA 白色粉末状 分子量较DNA小得多 溶液粘度小 能在室温条件下被稀碱水解 成核苷酸
与酸和二苯胺共热产生蓝紫 与浓盐酸和苔黑酚共热产生 绿色 色
核酸的物理化学性质 核酸的糖苷键和磷酸二酯键可被酸、碱或 各自相应的核酸酶水解成为各种成分，其 水解程度因水解条件而异 核酸和核苷酸既有磷酸基团，又有碱性基 团，都是两性电解质——酸碱性质 DNA和RNA都微溶于水，不溶于有机溶剂， 提取分离核酸时，可用乙醇将核酸从溶液 中常沉淀出来 核酸的紫外吸收特性因其所含碱基而引起 核酸的变性与复性与其双螺旋结构有关。