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第第第 第第第第 第第第第第第第第第第第第第第第第第 第第第第 DNA 第 RNA 第第 第第第 第第第第第第第第第第第第第第第第第第 第第第第第第第第第第第 ,; 第第第第第第 第第第 思思

第二章 核酸化学

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第二章 核酸化学. 目的和要求 : 熟悉核酸的分类和化学组成,重点掌握 DNA 和 RNA 的结构特征,熟悉核酸的结构特征与其功能的相关性;了解核酸的主要理化性质和核酸研究的一般方法 。. 思考 . 返回. 核酸的结构与功能. 第一节 核酸通论 第二节 核酸基本构件单位 — 核苷酸 第三节 DNA 的分子结构 与功能 第四节 RNA 的分子结构 与功能 第五节 核酸的某些理化性质及核酸研究常用技术 第六节 人类基因组计划简介. 第一节 核酸通论. 一、 核酸的 研究历史和重要性 二、 核酸的 种类和分布 三、 DNA 储存遗传信息的 证实. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 第二章   核酸化学

第二章 核酸化学

目的和要求:熟悉核酸的分类和化学组成,重

点掌握 DNA和 RNA 的结构特征,熟悉核酸的

结构特征与其功能的相关性;了解核酸的主要

理化性质和核酸研究的一般方法。

思考

Page 2: 第二章   核酸化学

核酸的结构与功能

第一节 核酸通论

第二节 核酸基本构件单位—核苷酸

第三节 DNA的分子结构与功能

第四节 RNA的分子结构与功能

第五节 核酸的某些理化性质及核酸研究常用技术

第六节 人类基因组计划简介

Page 3: 第二章   核酸化学

第一节 核酸通论

一、 核酸的研究历史和重要性

二、 核酸的种类和分布

三、 DNA 储存遗传信息的证实

Page 4: 第二章   核酸化学

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 种含磷酸的有机 物 , 当 时 称 为 核 素 ( nuclein ) , 后 称 为 核 酸 ( nucleic

acid);此后几十年内,弄清了核酸的组成及在细胞中的分布。 1944 Avery 等成功进行肺炎球菌转化试验; 1952年 Hershey

等的实验表明 32P-DNA 可进入噬菌体内, 证明 DNA 是遗传物质。 1953 Watson和 Crick 建立了 DNA 结构的双螺旋模型,说明了基因的结构、信息和功能三者间的关系,推动了生物化学和分子生物学的迅猛发展。 1958 Crick 提出遗传信息传递的中心法则,阐明了遗传信息的流动方向。 60 年代 RNA 研究取得大发展(操纵子学说,遗传密码,逆转录酶)。

Page 5: 第二章   核酸化学

核酸的研究历史和重要性(续)历史

70 年代 建立 DNA 重组技术,改变了分子生物学的面貌,并导致生物技术的兴起。 80 年代 RNA 研究出现第二次高潮: ribozyme 、反义RNA “、 RNA 世界”假说等等。 90 年代以后 实施人类基因组计划( HGP) , 开辟了生命科学新纪元。生命科学进入后基因时代: 功能基因组学( functional genomics)

蛋白质组学( proteomics)

结构基因组学( structural genomics)

RNA 组学( Rnomics )或核糖核酸组学( ribonomics)

Page 6: 第二章   核酸化学

核酸分类和分布 脱氧核糖核酸( deoxyribonucleic acid, DNA) : 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, DNA

主要集中在细胞核内,线粒体和叶绿体中均有各自的 DNA 。原核细胞没有明显的细胞核结构, DNA 存在于称为类核的结构区。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 DNA。

核糖核酸( ribonucleic acid, RNA):主要参与遗传信息的传递和表达过程,细胞内的 RNA 主要存在于细胞质中,少量存在于细胞核中,病毒中 RNA 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类病毒,它是不含蛋白质的游离的 RNA 分子,还发现有些 RNA 具生物催化作用( ribozyme )。

Page 7: 第二章   核酸化学

肺炎球菌转化实验图解III S 型细胞(有毒)

II R 型细胞(无毒)破碎细胞

DNAase降解后的DNA

II R 型细胞接受 III S型

DNA

只有 II R型

大多数仍为 II R型

少数 II R 型细胞被转化产生 III S 型荚膜

S (光滑)

SR R

R (粗糙)+

DNA

Page 8: 第二章   核酸化学

第二节 核酸的基本结构单位—核苷酸

一、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 2、 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

4、 稀有核苷酸

5、细胞内游离核苷酸及其衍生物

二、核苷酸的生物学功能

Page 9: 第二章   核酸化学

核苷酸

磷酸 核苷

碱基 戊糖

核酸

核糖

脱氧核糖

嘌呤

嘧啶

Page 10: 第二章   核酸化学

两类 核酸在分子组成上的异同点

组 分组 分

磷 酸

脱氧核糖

磷 酸

戊 糖

碱基

嘌 呤

嘧 啶

A G

C

RNA

核糖

DNA

脱氧核糖

U T

Page 11: 第二章   核酸化学

5´- 磷酸核苷酸的基本结构

O

O

( N = A、 G、 C、 U、 T)

H

H

(O)H

N

OH

CH2

H

H

PO-

O

O

O-

核糖

磷酸

碱基

Page 12: 第二章   核酸化学

碱基、核苷、核苷酸的概念和关系

Nitrogenous base

Pentose sugar

HOCH2

H

OH

Doxyribose (in DNA)

HOCH2

HO

OH

Ribose (in RNA)

Phosphate

Pyrimidines

Cytosine Thymine Uracil

C UT

Purihes

Adenine Guanine

A G

核酸

磷酸核苷

戊糖 碱基

Page 13: 第二章   核酸化学

基本碱基结构和命名

嘌呤 嘧啶

Adenine

(A)

Guanine

(G)

Cytosine

(C)

Uracil

(U)

Thymine

(T)

Page 14: 第二章   核酸化学

核苷酸的结构和命名

腺嘌呤核苷酸( AMP ) Adenosine monophosphate

脱氧腺嘌呤核苷酸( dAMP )Deoxyadenosine monophosphate

鸟嘌呤核苷酸( GMP)

胞嘧啶核苷酸( CMP)

尿嘧啶核苷酸( UMP)

脱氧鸟嘌呤核苷酸( dGMP)

脱氧胞嘧啶核苷酸( dCMP)

脱氧胸腺嘧啶核苷酸( dTMP)

HOH

Page 15: 第二章   核酸化学

P

PP

P

P

P

P

P

常见(脱氧)核苷酸的结构和命名

鸟嘌呤核苷酸( GMP)

尿嘧啶核苷酸( UMP)

胞嘧啶核苷酸( CMP)腺嘌呤核苷酸

( AMP)

脱氧腺嘌呤核苷酸( dAMP)

脱氧鸟嘌呤核苷酸( dGMP)

脱氧胞嘧啶核苷酸( dCMP)

脱氧胸腺嘧啶核苷酸( dTMP)

Page 16: 第二章   核酸化学

几种稀有核苷

假尿苷() 二氢尿嘧啶( DHU)

Am

CH3

CH3H3C

m26G

H

H5

HH

Page 17: 第二章   核酸化学

几种稀有核苷酸

假尿苷() 二氢尿嘧啶( DHU)

Am

CH3

CH3H3C

m26G

H

H5HH

Page 18: 第二章   核酸化学

细胞内游离核苷酸及其衍生物

• 多磷酸核苷酸

• 环核苷酸

• 辅酶类核苷酸

Page 19: 第二章   核酸化学

5´-NMP

5´-NDP

5´-NTP

N=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

AMP Adenosine monophosphate

ADP Adenosine diphosphate

ATP Adenosine triphosphate

Page 20: 第二章   核酸化学

O

PO

OH

O

A (G)O

O OH

CH2

H H

H H

cAMP(cGMP) 的结构Cyclic adenylie (Guanine)acid

Page 21: 第二章   核酸化学

二 、核苷酸的生物学功能

作为核酸的单体

细 胞 中 的 携 能 物 质 ( 如

ATP、 GTP、 CTP、 GTP)

酶的辅助因子的结构成分(如 NAD)

细 胞 通 讯 的 媒 介 ( 如

cAMP、 cGMP)

Page 22: 第二章   核酸化学

第二节 DNA 的分子结构

一、核酸分子中的共价键

二、 DNA 一级结构

三、 DNA碱基组成的 Chargaff规则

四、 DNA 的二级结构

五、 DNA 的三级结构

六、 DNA 与蛋白质复合物的结构

Page 23: 第二章   核酸化学

5

5

3

3

核酸分子中核苷酸之间的共价键

3 -5 磷酸二酯键

Page 24: 第二章   核酸化学

二、 DNA 的一级结构 DNA 分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式( 3´-5´ 磷酸二酯键)和排列顺序叫做 DNA 的一级结构,简称为碱基序列。一级结构的走向的规定为 5´→3´ 。不同的 DNA 分子具有不同的核苷酸排列顺序,因此携带有不同的遗传信息。 一级结构的表示法 结构式,线条式,字母式

Page 25: 第二章   核酸化学

DNA 一级结构的表示法

结构式

p p p p OH3´

A C T G1´

线条式

5´ ACTGCATAGCTCGA 3´

字母式

Page 26: 第二章   核酸化学

三、 DNA碱基组成的 Chargaff规则

Chargaff首先注意到 DNA碱基组成的某些规律性,在1950年总结出 DNA碱基组成的规律:

  腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等,即 A=T。

鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数也相等,即 G=C。

含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数,即

          A+C=G+T。

嘌呤的总数等于嘧啶的总数,即 A+G=C+T。

Page 27: 第二章   核酸化学

DNA、 RNA 的一级结构

DNA 一级结构

3´OH

OH

OH

RNA 一级结构

Page 28: 第二章   核酸化学

四、 DNA 的二级结构

( 1 ) DNA 的双螺旋结构(Watson-Crick 模型 )

( 2 ) DNA 双螺旋结构特征及意义

( 3 ) DNA 双螺旋的多态性

( 4) DNA 的三股螺旋( tripkex)

Page 29: 第二章   核酸化学

Francis Crick and James Watson

Page 30: 第二章   核酸化学

Watson

和Crick

的著名论文

全文

Page 31: 第二章   核酸化学

DNA 的双螺旋结构的形成5´

5´ 3´

3´ 5´

磷酸

核糖

碱基

T-A碱基对

C-G碱基对

Page 32: 第二章   核酸化学

DNA 的双螺旋模型特点

a. 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。 b. 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,链间碱基按 A

—T, G—C配对(碱基配对原则, Chargaff定律) c. 螺 旋直径 2nm , 相邻碱基平面垂直距离0.34nm, 螺旋结构每隔 10 个碱基对( base pair, bp )重复一次,间隔为 3.4nm ,碱基平面与中心轴垂直。 d. 分子表面有大小沟各一条。 e.嘌呤、嘧啶均为反式。

Page 33: 第二章   核酸化学

氢键

碱基堆集力

磷酸基上负电荷被胞内

组蛋白或正离子中和

碱基处于疏水环境中

DNA 的双螺旋结构稳定因素

Page 34: 第二章   核酸化学

DNA 的双螺旋结构的意义

该模型揭示了 DNA 作为遗传物质的稳定性特征,最有价值的是确认了碱基配对原则,这是 DNA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飞速发展的基石。

Page 35: 第二章   核酸化学

DNA 双螺旋的不同构象

Page 36: 第二章   核酸化学

三种 DNA 双螺旋构象比较A B Z

外型 粗短 适中 细长螺旋方向 右手 右手 左手螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nm

碱基直升 0.23nm 0.34nm 0.38nm

碱基夹角 32.70 34.60 60.00

每圈碱基数 11 10.4 12

轴心与碱基对关系

2.46nm 3.32nm 4.56nm

碱基倾角 190 10 90

糖苷键构象 反式 反式 C、 T 反式, G顺式大沟 很窄很深 很宽较深 平坦小沟 很宽、浅 窄、深 较窄很深

Page 37: 第二章   核酸化学

DNA 分子内的三链结构

多聚嘌呤

多聚嘧啶

DNA 分子间的三链结构

DNA 三链间的碱基配对

T-A-T

C-G-C

Page 38: 第二章   核酸化学

五、 DNA 的三级结构1.超螺旋DNA( supercoiled

DNA)

2.拓朴异构酶( topoisomerase)

(1)(1)超螺旋状态的定量描述超螺旋状态的定量描述

(2)(2)超螺旋DNA的形成

((33 ) ) DNA超螺旋结构形成的重要意义

(1) (1) 两类拓朴异构酶

(2) (2) 拓朴异构酶作用机理

DNA 的三级结构指双螺旋 DNA 分子通过扭曲和折叠所形成的特定构象,包括不同二级结构单元间的相互作用、单链和二级结构单元间的相互作用以及 DNA 的拓扑特征。

Page 39: 第二章   核酸化学

螺旋和超螺旋电话线

螺旋

超螺旋

Page 40: 第二章   核酸化学

L=25,T=25,W=0

松弛环形

1

15

20

10

5

23

L=23,T=23,W=0

解链环形

1

5

1015

20

23

1 5 10 15 20 25

L=23,T=25,W=–2负超螺旋

1

214

823 16

13

1 5 10 15 20 23

右手旋转拧松两匝后的线形 DNA

DNA超螺旋的形成

超螺旋的拓扑学公式:

L=T+W

=+

Page 41: 第二章   核酸化学

超螺旋状态的定量描述

公式: L =T+W L——连环数( linking number),DNA 双螺旋中一条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数。 T——DNA 分子中的螺旋数( twisting number) W——超螺旋数或缠绕数( writhing number)

L=25,T=25,W=0

松弛环形

1

15

20

10

5

23

L=23,T=25,W=–2负超螺旋

1

214

82316

13

Page 42: 第二章   核酸化学

DNA超螺旋结构形成的意义

使 DNA形成高度致密状态从而得以装入核中

推动 DNA 结构的转化以满足功能上的需要。

如负超螺旋分子所受张力会引起互补链分开导致

局部变性,利于复制和转录。

Page 43: 第二章   核酸化学

原核生物两类拓扑异构酶 除连环数( L )不同外其他性质均相同的 DNA 分子称为拓扑异构体( topoisomerase)。 DNA拓扑异构酶通过改变 DNA的L值而影响其拓扑结构。

拓扑异构酶 I 通过使 DNA 的一条链发生断裂和再连接,能使超螺旋 DNA 转变成松弛型环状 DNA ,每催化一次可消除一个负超螺旋,即使 L增加1,反应无需供给能量。

拓扑异构酶 II 则刚好相反,可使松弛型环状 DNA 转变成负超螺旋 DNA ,每催化一次, L 减少2,可引入负超螺旋。拓扑异构酶 II亦称促旋酶,它可以使 DNA 的两条链同时断裂和再连接,当它引入超螺旋时需要 ATP 提供能量。

细胞内两类拓扑异构酶的含量受严格的控制,使细胞内 DNA

保持在一定的超螺旋水平。

Page 44: 第二章   核酸化学

原核拓扑异构酶 I 的作用机制

连接数 = n 连接数 = n+1

穿越断口和使两端连接

切割

a b c d

Page 45: 第二章   核酸化学

DNA双链重新连接

DNA双链穿过

DNA的释放

重复起始

DNA双链断裂

拓扑异构酶 II 的作用机制

Page 46: 第二章   核酸化学

拓扑异构酶

Page 47: 第二章   核酸化学

六、 DNA 与蛋白质复合物的结构

生物体内的核酸通常都与蛋白质结合形成复合物,以

核蛋白( nucleoprotein )的形式存在。  DNA 分子十

分巨大,与蛋白质结合后被组装到有限的空间中。

1、病毒

2、细菌拟核

3、真核染色体

Page 48: 第二章   核酸化学

噬菌体 T2 结构

头部

颈圈

尾部基板

尾丝

尖钉

Page 49: 第二章   核酸化学

动物病毒切面模式图

被膜(脂蛋白、碳水化合物)

衣壳(蛋白质)核酸

突起(糖蛋白) 病毒粒

Page 50: 第二章   核酸化学

细菌拟核( nucleoid )的突环结构

RNA- 蛋白质核心

突环由双链 DNA 结合碱性蛋白质组成

平均一个突环含有约 40kpDNA

Page 51: 第二章   核酸化学

组蛋白与 DNA 的结合组蛋白与DNA的结合

核小体

Page 52: 第二章   核酸化学

DNA 的念珠状结构

Page 53: 第二章   核酸化学

核小体盘绕及染色质示意图

Page 54: 第二章   核酸化学

真核生物染色体 DNA组装不同层次的结构

DNA ( 2nm)

核小体链( 11nm ,每个核小体200bp)

纤丝( 30nm ,每圈 6 个核小体)

突环( 150nm ,每个突环大约75000bp)

玫瑰花结( 300nm , 6 个突环)

螺旋圈( 700nm ,每圈 30 个玫瑰花)

染色体( 1400nm,

每个染色体含 10 个玫瑰花200bp)

Page 55: 第二章   核酸化学

第四节 RNA 的分子结构

一、 RNA 一级结构 和类别

二、 tRNA 的分子结构

三、 rRNA的分子结构

四、 mRNA的分子结构

Page 56: 第二章   核酸化学

RNA 的类别

信使 RNA(messenger RNA,mRNA):在

蛋白质合成中起模板作用;

核糖体 RNA( ribosoal RNA, rRNA):与蛋白质结合构成核糖体( ribosome) , 核糖体是蛋白质合成的场所;

转移 RNA( transfor RNA, tRNA):在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。

Page 57: 第二章   核酸化学

反义 RNA :最初在原核生物中发现,真核生物是否 存在反义基因尚未证实。 反义 RNA 是反义基因转录合成的一段 RNA序列。 作用:通过互补的碱基与特定的 mRNA 的结合,从而抑制mRNA 的翻译。 hnRNA: 核内不均一 RNA ,是成熟 mRNA 的前体 小核 RNA: 存在于真核细胞的细胞核内,为小分子 核糖核酸,长度为 106~ 189 个核苷酸。 作用:参与 hnRNA 的剪接和转运。

Page 58: 第二章   核酸化学

RNA 的一级结构

RNA 分子中各核苷之间的连接方式( 3´-5´ 磷酸二酯键)和排列顺序叫做RNA 的一级结构

OH

OH

OH

3´ RNA与 DNA 的差异 DNA RNA

糖 脱氧核糖 核糖碱基 AGCT AGCU

不含稀有碱基 含稀有碱基

Page 59: 第二章   核酸化学

tRNA 的结构二级结构特征:

单链 三叶草叶形 四臂四环

三级结构 特征:

在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒L 型

Page 60: 第二章   核酸化学

酵母 tRNA Ala 的二级结构

DHU 环

I G C

反密码子

反密码环

氨基酸臂

可变环TψC环

CC

A Ala3´

Page 61: 第二章   核酸化学

tRNA 的三级结构

Page 62: 第二章   核酸化学

rRNA 的分子结构

特征:单链,螺旋化程度较 tRNA低

与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能

5sRNA 的二级结构

Page 63: 第二章   核酸化学

mRNA 的分子结构

原核生物mRNA特征:

先导区 +翻译区(多顺反子) +末端序列

真核生物mRNA特征:

“帽子”(m7G-5´ppp5´-N-3´p) + 单顺

反子 +“尾巴”( Poly A)

Page 64: 第二章   核酸化学

原核细胞 mRNA 的结构特点

5´ 3´

顺反子 顺反子 顺反子

插入顺序 插入顺序先导区 末端顺序

Page 65: 第二章   核酸化学

真核细胞 mRNA 的结构特点

AAAAAAA-OH

5´ “帽子” PolyA 3´

顺反子

m7G-5´ppp-N-3 ´ p

Page 66: 第二章   核酸化学

第五节 核酸的某些理化性质及 核酸研究常用技术

一、核酸的一般物理性质

二、核酸的两性解离性质

三、核酸的紫外吸收( λmax=260nm)

四、核酸的变性、复性和分子杂交

五、核酸的熔解温度( Tm)

六、核酸的沉降性质

Page 67: 第二章   核酸化学

核苷酸的解离曲线

pK1 = 0.9

第一磷酸基

pK3 = 6.2

第二磷酸基

pK2 = 3.7

含氮环

腺嘌呤核苷酸

pK1 = 0.7

第一磷酸基

pK3 = 6.1

第二磷酸基

pK2 = 3.7

含氮环

烯醇式羟基

鸟嘌呤核苷酸

pK1 = 0.8

第一磷酸基pK3 = 6.3

第二磷酸基

pK2 = 4.3

含氮环胞嘧啶核苷酸

pK1 = 1.0

第一磷酸基pK3 = 6.4

第二磷酸基烯醇式羟基

尿嘧啶核苷酸

pH

离子化程度

小牛胸线 DNA的滴定曲线

pH

Page 68: 第二章   核酸化学

DNA 的紫外吸收光谱

天然 DNA

变性 DNA

核苷酸总吸收值

1

2

3

220 240 260 280

0.1

0.2

0.3

0.4

波长( nm)

光吸收

1

2

3

Page 69: 第二章   核酸化学

DNA 的变性过程

加热

部分双螺旋解开 无规则线团 链内碱基配对

Page 70: 第二章   核酸化学

核酸的变性、复性和杂交

变性(加热)

探针杂交(缓慢冷却)

复性(缓慢冷却)

变性:在物理、化学因素影响下, DNA 碱基对间的氢键断裂,双螺旋解开,这是一个是跃变 过 程 ,伴有A260 增加(增色效应) ,DNA 的功能丧失。 复性:在一定条件下,变性DNA 单 链 间碱基重新配对恢复双螺旋结构,伴有 A260 减小(减色效应) ,DNA的功能恢复。

Page 71: 第二章   核酸化学

加 温加 温缓慢缓慢降温降温

加 温加 温缓慢缓慢降温降温

( 变 性 )( 变 性 ) ( 复 性 )( 复 性 )

( 分 子 杂 交 )( 分 子 杂 交 )

Page 72: 第二章   核酸化学

Southern印迹法DNA 分子

限制片段限制性酶切割

琼脂糖电泳

转移至硝酸纤维素膜上

与放射性标记DNA探针杂交

放射自显影

带有 DNA片段的凝胶

凝胶

滤膜

用缓冲液转移DNA

吸附有 DNA片段的膜

Page 73: 第二章   核酸化学

分子杂交的原理示意图 不同来源的DNA 单链间或单链 DNA 与 RNA之间只要有碱基配对的区域,在复性时可形成局部双螺旋区,称核 酸 分 子 杂 交( hybridization)制备特定的探针( probe ) 通过杂交技术可进行基因的检测和定位研究。实例: southern印迹法

Page 74: 第二章   核酸化学

Tm :熔解温度( melting temperature)

Poly d(A-T) DNA Poly d(G-C)

DNA 的变性发生在一个很窄的温度范围内,通常把热变性过程中 A260 达到最大值一半时的温度称为该DNA 的熔解温度,用Tm 表示。 Tm 的大小与 DNA

分子中( G+C )的百分含量成正相关,测定 Tm 值可 推算核 酸碱基组成及判断 DNA

纯度。某些 DNA的 Tm值

60 80 100

1 .0

1 .4

1 .2

100%

A260

t \ 0CTm

Tm

Tm

1

2 3

1 2 3

Page 75: 第二章   核酸化学

人类基因组计划概况( Human Genome Project, HGP )

该计划是美国科学家在 1985 年率先提出, 1990 年正式启动。美、英、德、法、日先后参加了此项工作,1999 年我国成为 HGP 的第六个成员国。

HGP旨在阐明人类基因组 DNA所具有的 3×109 核苷酸的序列,发现所有的人类基因并阐明其在染色体上的位置,破译人类的全部 遗传信息,使得人类第一次在分子水平上全面地认识自我。

到目前为止,已完成了人类基因组的框架图,测序的工作已基本完成。 HGP 的实施,揭开了生命科学新的一页,它可以造福于人类,但也面临的伦理的挑战。

Page 76: 第二章   核酸化学

HGP 取得的成就

完成了人类基因组工作草图绘制 ,揭示了人类基因组若干细节

基本上测定了人类基因组上的碱基序列

一些模式生物 (果蝇、拟南介等 ) 和作物(如水稻)基因草图绘制成功,测序基本完成

促进了生物信息学、蛋白质组学、糖组学的迅猛发展

人类基因组草图绘就,中国科学家功不可没

Page 77: 第二章   核酸化学

HGP 面临的挑战

基因的隐私权问题

基因组图谱和信息的使用与人的社会权利问题

基因资源问题

基因知识的滥用问题

Page 78: 第二章   核酸化学

人类将进入生物经济时代基因——操纵生命的工具

基因组——潜藏着巨大的经济价值

基因技术—— 21世纪的投资热点

谁掌握了人类基因图谱,就等于谁破译了人类的生命密码,获得了操纵生命的工具。

与互联网相比,网络只是对人类的信息沟通带来了巨大的革命,而基因领域的革命则能够从根本上改变人类的命运,基因工程所带来的商业机会将会大大超过网络。

Page 79: 第二章   核酸化学

离心机结构示意图

转头

转头腔

沉降样品

驱动马达

真空 冷冻

Page 80: 第二章   核酸化学

沉降系数( sedimentation coefficient)

生物大分子在单位离心力场作用下的沉降速度称为沉降系数。即沉降系数是微颗粒在离心力场的作用下,从静止状态到达极限速度所需要的时间。数学定义式为:

沉降系数单位:由于蛋白质、核酸、病毒等的沉降系数介于 1×10-13

到 200×10-13秒的范围,为方便起见,把作为沉降系数的一个单位,用

Svedberg 单位,用即 S 表示。

沉降系数( s )与相对分子量( Mr )的关系:

Mr = RTsD(1-)Svedberg 方程 :

d /dt2 s =

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问答题1 、某 DNA样品含腺嘌呤 15.1% (按摩尔碱基计),计算其余碱基的百分含量。

2、 DNA 双螺旋结构是什么时候,由谁提出来的?试述其结构模型。

3、 DNA 双螺旋结构有些什么基本特点?这些特点能解释哪些最重要的生命现象?

4、 tRNA 的结构有何特点?有何功能?

5、 DNA和 RNA 的结构有何异同?

6 、简述核酸研究的进展,在生命科学中有何重大意义?

6 、计算( 1 )分子量为 3105 的双股 DNA 分子的长度;( 2 )这种DNA 一分子占有的体积;( 3 )这种 DNA 一分子占有的螺旋圈数。(一个互补的脱氧核苷酸残基对的平均分子量为 618 )

名词解释

变性和复姓  分子杂交 增色效应和减色效应 回文结构 Tm cAMP Chargaff定律

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一般性质 核酸和核苷酸既有磷酸基,又有碱性基团,所以都是两性电解质,因磷酸的酸性强,通常表现为酸性。 DNA 为白色纤维状固体, RNA 为自色粉末:都微溶于水,不活于一般有机溶剂。常用乙醇从溶液中沉淀核酸。

大多数 DNA 为线形分子,分子极不对称,其长度可以达到几个厘米而分子的直径只有 2nm ,因此 DNA溶液的粘度极高。 RNA溶液的粘度要小得多。

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核酸可被酸、碱或酶水解成为各种组分,用层析、电泳等

方法分离,其水解程度因水解条件而异。 RNA肩脓室温

条件下被稀碱水解成核苷酸而 DNA对碱较稳定,常利用

此性质侧定 RNA 的碱基组成或除去溶液中的 RNA杂质.

D 一核糖与浓盐酸和苔黑酚(甲基间苯二酚)共热产生

绿色; D-2 一脱氧核糖与酸和二苯胺一同加热产生蓝紫色。

可利用这两种精的特殊颜色反应区别 DNA和 RNA 或做

为二者定量测定的基础。