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1、 第一章第一章 核酸的结构与功能核酸的结构与功能 主要内容主要内容：介绍核酸的分类和化学组成，介绍核酸的分类和化学组成，重点讨论重点讨论DNADNA和和RNARNA的结构特征，初步认识核酸的结构特征，初步认识核酸的结构特征与其功能的相关性；介绍核酸的主的结构特征与其功能的相关性；介绍核酸的主要理化性质和核酸研究的一般方法要理化性质和核酸研究的一般方法。思考思考核酸的结构与功能核酸的结构与功能第一节第一节 核酸的研究历史和重要性核酸的研究历史和重要性第二节第二节 核酸的分类核酸的分类和和基本结构单位基本结构单位核苷酸核苷酸第三节第三节 DNADNA的分子结构的分子结构第四节第四节 RNARNA的
2、分子结构的分子结构第五节第五节 核酸的某些理化性质及核酸研究常用技术核酸的某些理化性质及核酸研究常用技术第六节第六节 人类基因组计划简介人类基因组计划简介 核酸分类和分布核酸分类和分布 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid,DNA）:遗传信息的遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。原核。原核细胞没有明显的细胞核结构，细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为类核的结构区。存在于称为类核的结构
3、区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。核糖核酸核糖核酸（ribonucleic acid,RNA）：主要参与遗传信息的）：主要参与遗传信息的传递和表达过程，细胞内的传递和表达过程，细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中在于细胞核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者。另外本身就是遗传信息的储存者。另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离的类病毒，它是不含蛋白质的游离的R
4、NA分子，还发现有些分子，还发现有些RNA具生物催化作用（具生物催化作用（ribozyme）。）。核酸的研究历史和重要性核酸的研究历史和重要性1869 Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一从脓细胞的细胞核中分离出了一 种种含磷酸的有机物，当时称为核素（含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein）,后称后称为核酸（为核酸（nucleic acid）1944 Avery 等通过肺炎球菌转化试验证明等通过肺炎球菌转化试验证明DNA是是遗传物质遗传物质1953 Watson和和Crick提出提出DNA结构的双螺旋模型结构的双螺旋模型1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则提出遗传信息传
5、递的中心法则70年代年代 建立建立DNA重组技术重组技术80年代以后年代以后 分子生物学、分子遗传学等学科突飞分子生物学、分子遗传学等学科突飞猛进发展，实施人类基因组计划（猛进发展，实施人类基因组计划（HGP）核酸的基本结构单位核酸的基本结构单位核苷酸核苷酸1 核酸分子中核苷酸的化学组成与命名核酸分子中核苷酸的化学组成与命名 (1)碱基、核苷、核苷酸的概念和关系碱基、核苷、核苷酸的概念和关系 (2)常见碱基的结构与命名法常见碱基的结构与命名法 (3)常见（脱氧）核苷酸的基本结构与命名常见（脱氧）核苷酸的基本结构与命名 (4)稀有核苷酸稀有核苷酸2 细胞内游离核苷酸及其衍生物细胞内游离核苷酸及其
6、衍生物5-磷酸核苷酸的基本结构磷酸核苷酸的基本结构OO（N=A、G、C、U、T）HH(O)H1 2 NOHCH2HH5 4 3 PO-OOO-碱基、核苷、核苷酸的概念和关系碱基、核苷、核苷酸的概念和关系 Nitrogenous basePentose sugarHOCH2HOHDoxyribose(in DNA)HOCH2HOOHRibose(in RNA)PhosphatePyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAG基本碱基结构和命名基本碱基结构和命名嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶Adenine (A)Guanine (G)Cytos
7、ine (C)Uracil (U)Thymine (T)核苷酸的结构和命名核苷酸的结构和命名腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosine monophosphate脱氧腺嘌呤核苷酸（脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）Deoxyadenosine monophosphateOH鸟嘌呤核苷酸（鸟嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（尿嘧啶核苷酸（UMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸（脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）HPPPPPPPP常见（脱氧）核苷酸的结构和命名常见（脱氧）核苷酸的结
8、构和命名鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸（AMP）脱氧腺嘌呤核苷酸脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脱氧鸟嘌呤核苷酸脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）几种稀有核苷酸几种稀有核苷酸假尿苷（假尿苷（）二氢尿嘧啶（二氢尿嘧啶（DHU）AmCH3CH3H3Cm26GHH5OPOOHOA(G)OOOHCH2HHHHcAMP(cGMP)cAMP(cGMP)的结构的结构Cyclic adenylie(Guanine)acidCyclic
9、 adenylie(Guanine)acid核糖和脱氧核糖细胞内游离核苷酸及其衍生物细胞内游离核苷酸及其衍生物 多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸 环核苷酸环核苷酸 辅酶类核苷酸。辅酶类核苷酸。5-NMP 5-NDP 5-NTPN=A、G、C、U 5-dNMP 5-dNDP 5-dNTP N=A、G、C、T腺苷酸及其多磷酸化合物腺苷酸及其多磷酸化合物 AMP Adenosine monophosphate ADP Adenosine diphosphate ATP Adenosine triphosphate 第三节第三节 DNA的分子结构的分子结构 一、一、DNA 一级结构一级结构二、二、DNA的二级
10、结构的二级结构三、三、DNA的三级结构的三级结构DNA 的一级结构的一级结构 DNA分子中各脱氧核苷酸分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（之间的连接方式（3-5 磷酸二磷酸二酯键酯键）和排列顺序叫做）和排列顺序叫做DNA的的一级结构，简称为碱基序列。一一级结构，简称为碱基序列。一级结构的走向的规定为级结构的走向的规定为5 3。不同的不同的DNA分子具有不同的核分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。的遗传信息。一级结构的表示一级结构的表示法法 结构式，线条式，字母式结构式，线条式，字母式 一级结构测定一级结构测定5 3 DNADNA、RNARNA的一级
11、结构的一级结构 DNADNA一级结构一级结构5 3 OHOHOH5 3 RNARNA一级结构一级结构DNADNA一级结构的表示法一级结构的表示法5 3 结构式结构式5 3 p p p pOH3 ACTG1 线条式线条式5 ACTGCATAGCTCGA 3 字母式字母式DNA酶酶法法序序列列分分析析的的原原理理酶酶反反应应电电泳泳方方向向模板模板CCGGTAGCAACT3 5 GG5 3 引物引物dATPdCTPdGTPdTTP+ddATPdATPdCTPdGTPdTTP+ddTTPdATPdCTPdGTPdTTP+ddGTPdATPdCTPdGTPdTTP+ddCTPGGCCAGGCCATCG
12、TTGAGGCGGCCGGCCATCGGCCATCGTTGGGCCATCGGGCCATGGCCATCGTGGCCATCGTTA C G TAGTTGCTACC3 5 TCAACGATGG5 3 读出模板读出模板互补序列互补序列读出模板读出模板序列序列DNA的二级结构的二级结构（1）DNA的的双螺旋结构双螺旋结构(Watson-Crick模型模型)DNA双螺旋结构双螺旋结构特征特征及及意义意义（2）DNA双螺旋的双螺旋的多态性多态性（3）某些其它）某些其它DNA螺旋结构螺旋结构 DNA回文结构回文结构、三股螺旋三股螺旋DNA的双螺旋结构的形成的双螺旋结构的形成5 3 5 3 5 3 5 3 磷酸
13、磷酸核糖核糖碱基碱基T-A碱基对碱基对C-G碱基对碱基对DNA的双螺旋模型特点的双螺旋模型特点 两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。的中心轴右旋相互盘绕而形成。磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按链间碱基按AT，GC配对（碱基配对原配对（碱基配对原则，则，Chargaff定律）定律）螺旋直径螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离，相邻碱基平面垂直距离0.34nm,螺旋结构每隔螺旋结构每隔10个碱基对（个碱基对（b
14、ase pair,bp）重复一次，间隔为）重复一次，间隔为3.4nm 氢键氢键 碱基堆集力碱基堆集力 磷酸基上负电荷被胞内磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和组蛋白或正离子中和 碱基处于疏水环境中碱基处于疏水环境中DNA的双螺旋结构稳定因素的双螺旋结构稳定因素DNA的双螺旋结构的双螺旋结构的意义的意义 该模型揭示了该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了特征，最有价值的是确认了碱基配对碱基配对原则，这原则，这是是是是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的是遗传信息传递和表达的分子
15、基础。该模型的提出是本世纪生命科学的重大突破之一，它奠提出是本世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。飞速发展的基石。DNA双螺旋的不同构象双螺旋的不同构象三种三种DNA双螺旋构象比较双螺旋构象比较A-DNAZ-DNAB-DNAA B Z外型外型 粗短粗短 适中适中 细长细长螺旋方向螺旋方向 右手右手 右手右手 左手左手螺旋直径螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nm碱基直升碱基直升 0.23nm 0.34nm 0.38nm碱基夹角碱基夹角 32.70 34.60 60.00每圈碱基数每圈碱基数
16、11 10.4 12轴心与碱轴心与碱基对关系基对关系2.46nm 3.32nm 4.56nm碱基倾角碱基倾角 190 10 90糖苷键构象糖苷键构象 反式反式 反式反式 C、T反式，反式，G顺式顺式大沟大沟 很窄很深很窄很深 很宽较深很宽较深 平坦平坦小沟小沟 很宽、浅很宽、浅 窄、深窄、深 较窄很深较窄很深DNA双螺旋构象的类型双螺旋构象的类型A-DNAZ-DNAB-DNADNA回文序列及几种结构形式回文序列及几种结构形式回文序列回文序列发夹式结构发夹式结构十字形结构十字形结构中心区域中心区域DNA二二级级结结构构的的多多样样性性DNA分子中十字形结构的形成分子中十字形结构的形成富于富于AT富于富于ATHolliday结构结构Southern印迹法印迹法DNA分子分子限制片段限制片段限制性酶切割限制性酶切割琼脂糖电泳琼脂糖电泳转移至硝酸纤维素膜上转移至硝酸纤维素膜上与放射性标记与放射性标记DNA探针杂交探针杂交放射自显影放射自显影带有带有DNA片片段的凝胶段的凝胶凝胶凝胶滤膜滤膜用缓冲液用缓冲液转移转移DNA吸附有吸附有DNA片段的膜片段的膜DNA三链间三链间的碱基配对的碱基配对DN
