第三章 核酸
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生物化学第三章核酸PPT课件
DNA与RNA结构差异
五碳糖不同
DNA中的五碳糖是脱氧核糖，而 RNA中的五碳糖是核糖。
碱基不同
DNA中的碱基包括腺嘌呤（A） 、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T） 和胞嘧啶（C），而RNA中的碱 基包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（ G）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C
）。
空间结构不同
DNA通常是双链结构，而RNA 通常是单链结构。
核酸药物设计思路及前景展望
核酸药物设计思路
核酸药物是一类以核酸为靶点的药物，通过 特异性地与核酸结合，调节基因表达或抑制 病原体复制，从而达到治疗疾病的目的。设 计核酸药物时需要考虑靶点选择、药物稳定 性、特异性、安全性等因素。
前景展望
随着基因组学和生物信息学的发展，越来越 多的疾病相关基因和靶点被发现，为核酸药 物的研发提供了广阔的空间。未来，核酸药 物有望在肿瘤、遗传性疾病、病毒感染等领 域发挥重要作用，成为一类重要的治疗药物 。同时，随着技术的不断进步和成本的降低 ，核酸药物的研发和应用将更加普及和便捷
DNA拓扑异构酶的作用
拓扑异构酶能够改变DNA的超螺旋状态，从而调节DNA的拓扑结构和功能。拓扑异构酶 在DNA复制、转录、修复和重组等过程中发挥重要作用。
RNA结构与性质
03
tRNA三叶草结构特点
01
02
03
三叶草二级结构
由DHU环、反密码环、 TΨC环、额外环和可接受 茎组成，形似三叶草。
反密码环
人类基因组计划与意义
1 2 3
人类基因组计划的目标
破译人类全部遗传信息，解读人类基因组所蕴含 的生命奥秘。
研究成果及应用
揭示了人类基因组的组成、结构和功能，为医学 、生物技术和制药等领域提供了重要的科学基础 。
核酸基础
§3-2
核酸的结构
第三章 核酸
一、核酸是通过3′,5′磷酸二酯键的多聚体,它的基本单位是核苷酸.
化学组成：核酸→核苷酸→磷酸+戊糖+含氮碱
NH2 N N P OH2 C O N
NH2 N N N N H
碱基
N
OH
H
核苷酸
HOH2C
O
OH
H3PO4
磷酸 核 酸
OH
H
戊糖
第三章 核酸
1. 含氮碱：
N N H
磷含量及紫外吸收值然后算出摩尔磷吸光系数。
(P)=A/cL
=30.98A/WL 一般天然DNA的(P)为6600，RNA为7700～7800。由于 单链核苷酸的(P)比双链的要高，所以核酸发生变性时， (P)升高，故称增色效应；复性时(P)降低，称为减色 效应。
四、核酸的变性、复性与杂交
拖尾序列和尾巴
帽子 前导序列 编码序列 拖尾序列
尾巴
蛋白质
5′—端有帽子，其结构如图
A-A-A-A-A-A-AA ……
功能：保护作用，参与蛋白质合成起始
3′—端有尾巴（多聚A200左右个核苷酸）是转录后在经poly（A）聚合酶作用添加上 去的。 功能：保护作用；
O HN H2 N N
CH3 N+ O N O CH2O P OH OH OH O O P OH O O P OH O P OH2 C 碱基 O
、稀有碱基
见表13-2（解释）
HOH2C
O
OH
HOH2C
O
OH
OH
OH
OH
H
—D—核糖
—D—脱氧核糖
第三章 核酸
3.核苷酸
第三章：核酸的结构与功能 一、名词解释 1不对称比率 2碱基互补 3发
第三章：核酸的结构与功能一、名词解释1.不对称比率2.碱基互补3.发夹结构4.DNA的一级结构5.分子杂交6.增色效应7.减色效应8.核酸的变性9.核酸的复性10.DNA的熔解温度（Tm）11.假尿苷（Ψ）12.三叶草型结构13.snRNA 14 ．回文序列15.拓扑异构体16.超螺旋结构17. H-DNA （tsDNA ）18.单顺反子19.多顺反子二、填空题1.( )和( )提出DNA 的双螺旋模型，从而为分子生物学的发展奠定了基础。
2.DNA 与RNA 的结构差别：DNA为( )链，RNA为( )链，DNA 中有( )和( ) ，而RNA 代之为( )和( )。
3．RNA 分为( )、( )和( )，其中以( )含量为最多，分子量( )为最小，( )含稀有碱基最多。
4.胸苷就是尿苷的( )位碳原子甲基化。
5.核酸按其所含糖不同而分为( )和( )两种，在真核生物中，前者主要分布在( )中，后者主要分布在( )中。
6.在核酸分子中由( )和( )组成核苷，由( )和( )组成核苷酸。
（）是组成核酸的基本单位。
无论是DNA 还是RNA 都是有许许多多的（）通过（）键连接而成的。
7.核苷中，嘌呤碱基与核糖是通过( )位( )原子和( )位( )原子相连，嘧啶碱基与核糖是通过( )位( )原子和( )原子相连。
8.一条单链（+）DNA 的碱基组成为A21% ，G9%，C29%，T21%，用DNA聚合酶复制出互补的（-）链，然后用得到的双链DNA 做模板，用RNA聚合酶转录其中的（-）链，产物的碱基组成是( )。
9.常见的环化核苷酸是( )和( ),作用是( )，它们是通过核糖上( )位( )位的羟基与磷酸环化形成酯键。
10.生物体内有一些核苷酸衍生物可作为辅酶而起作用，如：( )、( )、( )和( )等。
11.某双链DNA 中含A为30％(按摩尔计) ，则含C 为( )％，含T 为( )％。
12.某双链DNA 的一段链上，已知碱基(按摩尔计) 组成A=30% ，G=24% ，则同一链中的T+C 是( )％，其互补链中的T 是( )％， C 为( )％，A+G 是( )％。
第三章 核酸化学
rRNA的功能 参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。
思考题：
体内有哪些重要的核苷酸？各有何作用？
DNA和RNA在化学组成、分子结构和生理功能有何异同？ 利用核酸的理化性质在临床实践中有何应用？
N O O
-
NH2 N N OCH2
-
O O
-
O O
-
N H H
P O
-
P O
-
P O
O
H H
OH OH 三磷酸腺苷 (AT P )
多磷酸核苷酸
5′-磷酯键
N N O -O O O O O
NH 2
N
N
P O-
P O-
P O-
O
CH 2 H H OH
O H H H
脱氧腺嘌呤核苷 脱氧腺嘌呤一磷酸 (dAMP) 脱氧腺嘌呤二磷酸 (dADP) 脱氧腺嘌呤三磷酸 (dATP)
NH
核苷
N N
2 N 9 N
糖苷键
CH O H O 2 1'
H H OH H 2' O H H
嘌呤N-9或嘧啶N-1与核糖C-1通过β-N-糖苷 键相连形成核苷。
核苷酸(ribonucleotide)
NH2
酯键
O
N N O
N
9 N
糖苷键
HO P O CH 2 O
-
H
H
OH
' 1 H H 2'
* tRNA的二级结构
——三叶草形
氨基酸臂 DHU环 反密码环
额外环
第三章-核酸扩增技术课件说课讲解
时间过长会降低扩增的特异性。
现在位置 P173 目录
3、循环次数
循环次数一般为20～45次。 PCR扩增效率呈S型曲线，有平台效应 平台效应的原因：
初始模板量 引物二聚体和反应产物抑制扩增 反应体系的组份被消耗 引物与模板DNA间竞争
现在位置 173 目录
四、PCR技术的质量控制
硬件方面
1 2 3 …n 2 1 2 2 2 3… 2 n
现在位置 P170
目录
二、PCR体系基本组成成分
1. 模板DNA 2. 特异性引物 3. 耐热DNA聚合酶 4. dNTPs 5. Mg2+
现在位置 P170 目录
二、PCR体系基本组成成分
1. 模板DNA 2. 特异性引物 3. 耐热DNA聚合酶 4. dNTPs 5. 缓冲液
现在位置 P174 目录
（一）、逆转录PCR
逆转录PCR（reverse transcription PCR, RT-PCR）是
以细胞内总RNA或mRNA为材料进行体外扩增的技术。
由于耐热的DNA聚合酶不能以RNA或mRNA作为模板，因此
首先必须将总RNA或mRNA作逆转录，以生成与之互补的 cDNA，然后再以cDNA作为模板进行PCR扩增，得到所需的 目的基因片段。
二对引物进行第二次扩增
第二次扩增的模板是第一次扩增的产物
现在位置 174 目录
（二）、巢式PCR
要扩增的目标 基因
引物1 引物2
现在位置 174
nest
目录
（三）、定量PCR
相对定量PCR 定量PCR（实时荧光PCR）
现在位置 175 目录
（四）多重PCR技术
多重PCR（multiplex PCR）即在同一反应 体系中加入多对引物，以同时扩增一份DNA 样品中多个不同序列的靶片段。
现在位置 P173 目录
3、循环次数
循环次数一般为20～45次。 PCR扩增效率呈S型曲线，有平台效应 平台效应的原因：
初始模板量 引物二聚体和反应产物抑制扩增 反应体系的组份被消耗 引物与模板DNA间竞争
现在位置 173 目录
四、PCR技术的质量控制
硬件方面
1 2 3 …n 2 1 2 2 2 3… 2 n
现在位置 P170
目录
二、PCR体系基本组成成分
1. 模板DNA 2. 特异性引物 3. 耐热DNA聚合酶 4. dNTPs 5. Mg2+
现在位置 P170 目录
二、PCR体系基本组成成分
1. 模板DNA 2. 特异性引物 3. 耐热DNA聚合酶 4. dNTPs 5. 缓冲液
现在位置 P174 目录
（一）、逆转录PCR
逆转录PCR（reverse transcription PCR, RT-PCR）是
以细胞内总RNA或mRNA为材料进行体外扩增的技术。
由于耐热的DNA聚合酶不能以RNA或mRNA作为模板，因此
首先必须将总RNA或mRNA作逆转录，以生成与之互补的 cDNA，然后再以cDNA作为模板进行PCR扩增，得到所需的 目的基因片段。
二对引物进行第二次扩增
第二次扩增的模板是第一次扩增的产物
现在位置 174 目录
（二）、巢式PCR
要扩增的目标 基因
引物1 引物2
现在位置 174
nest
目录
（三）、定量PCR
相对定量PCR 定量PCR（实时荧光PCR）
现在位置 175 目录
（四）多重PCR技术
多重PCR（multiplex PCR）即在同一反应 体系中加入多对引物，以同时扩增一份DNA 样品中多个不同序列的靶片段。
生物化学第三章核酸
第三节 RNA的结构与功能
Structure and Function of RNA
• DNA和RNA的区别
不同点 戊糖 碱基 二级结构 碱基互补配对 种类 RNA 核糖 G C A U 单链 忠实性较低 多 （mRNA，rRNA， tRNA 等） DNA 脱氧核糖 G C A T 双链 忠实性高 少
碱基互补配对: 腺嘌呤/胸腺嘧啶(A-T)
4.双螺旋表面存在大沟和小沟
小沟
大沟
（二） DNA二级结构的多样性
• 三种DNA构型的比较
螺距 旋向 (nm) 每圈碱 基数 螺旋直径 （nm） 骨架 走行
存在条件
A型 右手 B型 右手
2.3 3.54
11 10.5
2.5 2.4
平滑 平滑
体外脱水 生理条件
（二）碱基
碱基(base)是含氮的杂环化合物。
腺嘌呤
嘌呤 碱基 嘧啶 鸟嘌呤 存在于DNA和RNA中
胞嘧啶
尿嘧啶 胸腺嘧啶 仅存在于RNA中 仅存在于DNA中
NH2
嘌呤(purine，Pu)
N 7 8 9 NH
N
N
NH
5 4
6 3 N
1N 2
腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
鸟嘌呤(guanine, G)
(二) 原核生物DNA的环状超螺旋结构
原核生物DNA多为环状，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。
DNA超螺旋结构的电镜图象
(三) DNA在真核生物细胞核内的组装
真核生物染色体由DNA和蛋白质构成
基本单位是核小体
DNA染色质呈现出的串珠样结构。 染色质的基本单位是核小体(nucleosome)。
第三章 核酸化学
反向平行是指一条链是 5’
一条链必为3’ 5’端。
3’ 端，则另
（二）DNA的二级结构
• 双螺旋结构模型的要点
（2）磷酸与核糖彼此通过3’,5’-磷酸 二酯键相连接位于双螺旋外侧，形成 DNA分子的骨架。碱基位于内侧。碱 基平面与螺旋轴基本垂直，糖环平面 与螺旋轴基本平行。
（二）DNA的二级结构
3.多磷酸核苷酸
A
P ～ P ～ P
O
腺苷一磷酸 （AMP） 二磷酸腺苷（ADP） 三磷酸腺苷（ATP） ATP参与多种物质代谢，为各项生命活动提供能量。
NMP NDP
dNMP
RNA
AU U C G
dNDP dNTP
DNA
A T C G
NTP
AMP UDP CTP
dGMP dADP dTTP
（ TTP ）
功能： 与蛋白质结合形成核蛋白体，是蛋白质
生物合成场所。
结构： 核蛋白体有大、小两个亚基组成。
特点：
数量最多。
（三）mRNA的分子结构与功能
“帽子结构” 的作用：
防止mRNA被降解。 蛋白质生物合成时被起始因子识别的标志。
Poly A的作用：引导mRNA由胞核转移到胞质。
点滴积累
1. DNA的一级结构实质是指碱基的排列顺序。 2. DNA的二级结构是双螺旋型，其要点包括：由两条反向 平行的多核苷酸链围绕中心轴形成；磷酸和脱氧核糖位 于螺旋外侧，碱基位于螺旋内侧；碱基配对具有一定的 规律性，即A与T配对，G与C配对。 3. DNA双螺旋结构模型要点及稳定因素。 4. 3种RNA的空间结构决定了它们在蛋白质生物合成过程 中的不同作用。
E．S
• • • • • •
核酸-2江南大学食品学院生化课件第三章.
RNA
复制
翻译
蛋白质
遗传信息传递的中心法则
二、核酸的组成
核酸 核苷酸
水
磷酸
核苷
解
戊糖
碱基
三、碱基
嘌呤：
腺嘌呤 (A)
鸟嘌呤 (G) 胞嘧啶 (C) 尿嘧啶 (U) 胸腺嘧啶 (T)
嘧啶：
O
NH
碱基
N N
脂键
N
N H
HN O N H
H2O 核苷键
O
磷酸 O P OH
OHCH2 O
第三章 核酸化学
（ Nucleic Acids Chemistry )
• 第一节
概述
• 第二节 • 第三节 • 第四节
核酸的组成 核酸的结构 核酸及核苷酸的性质
一、核酸的类别
• 脱氧核糖核酸（ DNA）
• 核糖核酸（ RNA）
• 核糖体RNA • 信使RNA • 转运RNA
DNA
复制
转录 反转录
实际上， Tm是增色效应达到最大值的50% 时的温度。也就是说，DNA溶液的温度达 到Tm时，将有50%的DNA双链处于解链状态。
DNA的Tm一般为70～85℃。 Tm随DNA分子中G-C碱基对含量的增加而升 高。它也与溶液的离子强度有关，一般情 况下，离 子强度低，Tm值小。
2、DNA的复性∶ 变性的DNA在适当条件下，两条彼此分开的互补 单链又可以恢复碱基配对，重新成为双螺旋，这个 过程称为DNA的复性（DNA renaturation）。 复性后的DNA的某些理化性质和生物活性也可以 得到部分或全部恢复。如∶减色效应。 退火（annealing）: 即DNA由单链复性变成双链结构的过程。来源 相同的DNA单链经退火后完全恢复双链结构，不同 源DNA之间、DNA和RNA之间退火后形成杂交分子。
生物化学第三章核酸化学
核糖核酸酶类
牛胰核糖核酸酶：存在于牛胰中，简称为 RNaseⅠ，只作用于RNA，十分耐热，是具 有极高专一性的内切酶。 核糖核酸酶T1：从米曲霉中获得的，耐热， 耐酸，专一性更强。 核糖核酸酶T2：来源同T1，核酸酶：也叫做DNaseⅠ， 需要镁离子参与，切断双链DNA或者单链 DNA为寡聚核苷酸，平均长度为4个核苷酸。 ② 牛脾脱氧核糖核酸酶：也叫做DNaseⅡ， 需要钠离子激活，镁离子抑制活性。 ③ 限制性内切酶：主要降解外源性DNA，目 前发现有数千种，是基因工程最重要的工 具酶。
RNA功能的多样性
① ② ③ ④ ⑤ 控制蛋白质的生物合成； 作用于RNA转录后的加工与修饰； 基因表达与细胞功能调节； 生物催化与其他的细胞功能 遗传信息的加工与进化
第三节
核酸的分子结构
一． 核酸中核苷酸的连 接方式 二． DNA的分子结构 三． RNA的分子结构
核酸中核苷酸的连接方式
1. 核苷酸可以被酸、碱 和酶水解，水解后产 生寡核苷酸、核苷酸、 核苷和碱基。 2. 实验证明，核苷酸是 通过磷酸二酯键彼此 相连，并且形成的是 3’-5’磷酸二酯键（后 面核酸降解中详细说 明）。
tRNA的一级结构特点
① 一般由73-78个核苷酸组成； ② 碱基中有较多的稀有碱基； ③ 3’末端均有CCA-OH结构，用以携带氨基 酸，5’多为pG或者pC。
tRNA的二级结构特点
① 氨基酸臂，由3’和5’末端的7对互补碱基构 成，携带氨基酸，富含G，形成双螺旋； ② 二氢尿嘧啶环，8-12个核苷酸组成，由34对碱基构成双螺旋； ③ 反密码子环，7个核苷酸组成，其中3个组 成反密码子环； ④ 额外环，是tRNA分类的重要标志 ⑤ TψC环，是tRNA中起连接作用的。
第三章 核酸(3)核酸的理化性质
5、变性后其它理化性质变化：OD260增高；粘
度下降；比旋度下降；浮力密度升高；酸碱滴定 曲线改变。
6、DNA的热变性和熔解温度（Tm）
增色效应 (hyperchromic effect) ： DNA 变性 时其溶液OD260增高的现象。
DNA的解链曲线
连续加热 DNA 的过 程中以温度相对于A260 值作图，所得的曲线称 为解链曲线。
（3）溶液的pH值和变性剂
（二）核酸的复性
1、复性：变性DNA在适当条件下，两条彼
此分开的单链重新缔合成为双螺旋结构的
过程
退火：将热变性的 DNA 骤然冷却至低温时，
DNA 不可能复性。但是将变性的 DNA 缓慢
冷却时，可以复性，又称“退火”。
（二）核酸的复性
2、复性表现：许多理化性质可恢复，生物活 性得以部分恢复。
1、酸或碱水解
（2）酸水解
酸性条件下，磷酸二酯键比糖苷键稳定，嘌 呤与脱氧核糖之间的糖苷键稳定性最差。 若对核酸进行酸水解，首先生成的是无嘌呤 酸。因此对核酸进行部分水解时，很少采用酸水
解。
3、酶水解
核酸酶分类
根据底物不同：DNA水解酶（DNase） RNA水解酶（RNase）
根据作用方式：核酸外切酶 (限制性和非限制性)
核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研 究中具有重要意义。
核酸分子杂交
六、核酸序列测定——Sanger法
应用最广。 原理： 碱基配对； 聚合酶可催化在试管内 合成与模板互补的 DNA新链； 双脱氧核苷酸无3’-OH， 合成到此终止； 可电泳分离随机得到的 大小不等的片段。
双 脱 氧 法
三、核酸的酸碱性质及等电点
生物
第三章核酸的结构与功能核酸（nucleic acid）是重要的生物大分子，是生物化学与分子生物学研究的重要对象和领域。
由于核酸的结构和功能比较复杂，分子很不稳定，在细胞中的含量又比较小，在四类生物大分子中，它的研究开始最晚。
现代生物化学建立于18世纪下半叶。
“蛋白质”一词最早于1838年，由J.J.Berzelius提出，“核酸”这个词出现要晚半个世纪。
1868年瑞士外科医师米歇（Friedrich Miescher）由脓细胞中分离提取出一种含磷量很高的酸性物质，称为核素（nuclein），继任者发展了制备不含蛋白质的核酸的方法，1889年R.Altmann最早提出“核酸”（nucleic acid）一词。
核酸的研究改变了整个生命科学的面貌，并由此诞生了分子生物学这一当今发展最迅速、最有活力的学科。
核酸分为两大类：脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid,DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid,RNA）。
RNA根据其结构和功能的不同主要分为三类：信使RNA(messenger RNA,mRNA)、转运RNA(transfer RNA,tRNA)和核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)。
DNA 是遗传信息的贮存和携带者，RNA主要是转录、传递DNA上的遗传信息，直接参与细胞蛋白质的的生物合成。
在真核细胞中，DNA绝大部分（约98%）存在于细胞核染色质中，其余分布于细胞器（如线粒体、叶绿体）中；RNA绝大部分（约90%）分布在细胞质中，其余分布在细胞核内。
第一节核酸的分子组成核酸是一种多聚核苷酸，它的基本结构是核苷酸（nucleotide）。
采用不同的降解法，可以将核酸降解成核苷酸，核苷酸还可以进一步降解为核苷和磷酸。
核苷再进一步分解生成含氮碱基（base）和戊糖。
碱基分两大类：嘌呤碱和嘧啶碱。
所以，核酸由核苷酸组成，而核苷酸又由碱基、戊糖与磷酸组成。
表3-1-1 两类核酸的基本化学组成一、核苷酸核苷酸可分为核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两类。
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来表示
二、对酸的敏感性
• 强酸和高温（如高氯酸和大于100℃）能将核酸彻底水解 成碱基、戊糖和磷酸基等组成部分 • 在pH3-4的条件下，较低浓度的无机酸能选择性破坏核酸 的低能键（如嘌呤与戊糖之间的糖苷键），产生所谓的
脱嘌呤核酸
• Maxam和Gilbert根据上述原理,用化学物质使核酸在特定 的碱基处裂解，发明了核酸化学测序法 • 由于酸性环境对核酸具有不利影响，所以在配制核酸溶 液和保存核酸时应加以注意
Tm与DNA的G+C含量关系更为密切，其常用的计算公式为Tm＝
(G＋C)×4＋(A＋T)×2，对于长分子DNA来说，Tm一般在80℃100℃之间
双链DNA变性后，其OD260值也随之增加（约40%）
• 变性的DNA在适当条件下，两条互补链可重新恢复天然的 双螺旋构象，这种现象称为复性
• 热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程也叫退火， 一般认为，比Tm值低25℃是DNA复性的最佳条件
四、核酸的修饰加工
• 核苷酸或碱基的化学修饰非常普遍，并且具有功能上 的重要性 • 细胞DNA的化学修饰仅限于腺嘌呤N-6位和胞嘧啶5位及4-氨基的甲基化（methylation）
• 噬菌体DNA可以发生更为复杂的化学修饰，这些化学 修饰对限制性修饰、碱基错配修复和真核基因组结构 具有重要意义 • RNA在转录之后可以发生多种化学修饰，反映RNA在 细胞内扮演多种角色
六、浮密度
• DNA的浮密度约为1.7g cm-3
• DNA浮密度主要与其G+C含量有关,因此DNA浮密度测定
可用于G+C含量分析 • 纯化质粒DNA的氯化铯平衡密度梯度离心法即根据浮密 度原理设计，是大量制备高纯度质粒DNA的经典方法， 但具有费时、溴乙锭（致癌物质）污染和需要复杂的
仪器设备（如超速离心机等）等缺点，现已逐步被使
四、 RNA对碱的敏感性
• 较高pH能使RNA局部互补区变性，但这种效应常被RNA 对碱水解的高度敏感性掩盖 • 即使在中性pH环境中，RNA也较DNA更易水解，实验操
作时应特别注意
• 根据上述原理，可用碱处理法去除DNA样品和器具上 的RNA污染
五、粘度
• 细胞DNA是非常纤细的分子，其直径约为2纳米，而长度 可达数微米或毫米，真核细胞染色体DNA的长度甚至超 过几公分，所以DNA溶液的粘度（viscosity）很高 • 细长的DNA分子容易受到机械剪切力（如超声波）的破 坏，并伴随粘度的降低 • 机械剪切力和超声波仅能使双链DNA的长度降低，但不 能使DNA变性（解链） • 对制备高质量基因组DNA来说，应尽量避免机械损伤， 如吸取DNA溶液时所用滴头不宜太细、用力不应过猛， 混旋DNA溶液时不宜过分震荡
第二节 核酸特性
一、结构稳定性
• DNA双链之间以氢键连接，但氢键是一种次级键，能量 较低，易受破坏 • 在双螺旋DNA中，氢键主要与碱基配对的特异性有关， 但不能提供螺旋结构的总体稳定性，稳定的根本原因在
于疏水性碱基之间的相互堆叠
• 温度是影响核酸结构稳定性的主要因素，双链DNA在高 于一定温度时会发生解双螺旋作用，这个温度常用Tm值
三、RNA二级结构
• 在正常情况下，RNA以单链形式存在， 但分子内的互补碱基区域可通过氢键 结合形成干-环结构或发夹结构等二级 结构 • RNA构型多样性与其功能多样性有关 • 细胞核内小RNA参与前mRNA的剪切 • 微干扰RAN（miRNA)参与基因表达 的调节 • 信使RNA（mRNA)携带指导蛋白质合 成的指令 • 转移RNA（tRNA)负责氨基酸的识别 与转运 • 核糖体RNA（rRNA）与蛋白质形成 核糖体，参与蛋白质的合成
八、变性与复性
• 化学物质（如尿素、甲酰胺）以及高温能破坏核酸 的双链氢键结合区，从而使核酸解链，这种现象称 为核酸的变性 • DNA和RNA的热变性特点具有明显区别
1.RNA：随着温度的上升，局部互补的碱基数逐渐 减少，碱基互补区愈短，变性的速度愈快，所以 RNA变性是一个渐进的过程 2.DNA：只有当温度上升到所谓的熔链温度（Tm） 时双链才能解开
第三章
核酸结构与特性
第一节 核酸结构
一、化学组成
• 核酸包括脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA） 和核糖核酸（ribonucleic acid, RNA） • 基本组成：核苷酸 核苷酸 核苷+磷酸 核 苷 碱基+戊糖
1、碱基
•嘌呤：为融合的双环结构，包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G） •嘧啶：为单环结构，包括胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T） •DNA中的四种碱基为A、T、G和C，RNA中的T被结构非常相似的U取代
2、核苷
• 碱基与戊糖环的1’-位碳原子 以共价糖苷键相连，形成的 产物称为核糖核苷（简称核 苷） • RNA中的戊糖为核糖，而 DNA中的戊糖为2’-脱氧核糖， 即2’-位羟基被氢原子取代 • 核糖与碱基连接而成的核苷 分别称为腺苷、鸟苷、胞苷 和尿苷，而脱氧核糖与碱基 连接而成的核苷分别称为脱 氧腺苷、脱氧鸟苷、脱氧胞 苷和脱氧胸苷
• 快速降温有利于热变性DNA分子内或分子间局部互补区的 形成，而慢速降温有利于完全双链DNA的形成 • 不同核酸链之间的复性叫做杂交，在分子生物学研究中具 有广泛应用，如核酸杂交试验中的靶分子与探针之间的杂 交，PCR反应中的引物与DNA模板之间的退火等
用方便的试剂盒取代
七、紫外吸收特性
• 核酸中的嘌呤和嘧啶都含有共轭双键，在紫外260nm波长处有 最大吸收峰，这个性质可用于核酸的定量测定
• 减（ 的光吸收值
• 在热变性过程中，随着双链DNA解链成单链，其紫外吸收值也 随之升高 • 核酸浓度计算公式为： g/ml dsDNA=OD260×50×稀释倍数 g/ml RNA=OD260×40×稀释倍数 g/ml ssDNA=OD260×33×稀释倍数 • 根据OD260/OD280比值可进行核酸纯度评定，高纯度DNA的比值 约为1.8， >1.8提示样品有RNA污染，<1.8提示样品有蛋白质污 染
3、核苷酸
• 核糖核苷与磷酸基以共
价键连接成为核苷酸， 脱氧核糖核苷的连接产 物称为脱氧核苷酸 • 就其化学本质而言，上 述连接产物为磷酸酯
二、DNA双螺旋结构
• 双螺旋（double helix）结构模式: 由Watson和Crick于1953年提出,是 自然条件下最常见的DNA结构形 式 • 基本要点: 1.反向平行的两条DNA链相互盘绕 成右手双螺旋结构 2.骨架链之间形成螺旋形大沟和小 沟 3.带负电荷糖-磷酸骨架在螺旋外侧， 碱基在螺旋中间按严格的互补关 系（即A-T，G-C）通过氢键配对 4.螺旋每旋转1周约需10碱基对
三、 DNA对碱的敏感性
• pH7-8对DNA结构影响不大，但较高pH能引起碱基的互变 异构 • 鸟嘌呤等碱基在中性pH时以酮式为主，但在较高pH时则 以烯醇式为主，这种互变异构影响碱基之间的特异结合， 导致DNA解链或变性 • 实际应用： 1.利用碱对DNA的变性作用,建立了制备质粒DNA的的碱性 溶解法 2.在核酸杂交试验中,常用碱处理法使双链DNA解链,以便 与单链探针DNA结合