核酸的性质及研究方法

核酸的理化性质及应用核酸是一类含有大量核苷酸单元的生物大分子，在细胞中起着重要的生物学功能。

核酸分为两类：脱氧核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。

下面我将介绍核酸的理化性质及应用。

一、核酸的理化性质：1. 化学成分：核酸由核苷酸单元组成，单个核苷酸由一个五碳糖（脱氧核糖或核糖）、一个含氮碱基和一个磷酸基团组成。

2. 结构：DNA是由两条互补的链以双螺旋结构排列而成，RNA是以单链形式存在。

DNA的碱基对是按照互补规则特异性配对的，腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）之间有两个氢键相连，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）之间有三个氢键相连，保持了DNA分子的稳定性。

3. 酸碱性：核酸是一种多酸性物质，可与碱性染料结合。

通过电泳技术可将核酸分离，由于核酸是多酸性的，具有负电荷，在电场中可被迁移，从而实现其分离和纯化。

4. 稳定性：由于DNA中的碱基对通过氢键相连，DNA分子具有较高的稳定性，可在适宜条件下长期储存。

二、核酸的应用：1. 遗传学研究：核酸是遗传物质的重要组成部分，在遗传学研究中发挥着关键作用。

通过对DNA或RNA的序列进行分析，可以揭示生物个体之间的遗传差异，并研究基因与功能的关系。

例如，人类基因组计划（Human Genome Project）使用DNA测序技术对人类整个基因组进行了测序，从而为深入研究人类遗传学奠定了基础。

2. 诊断医学：核酸在疾病诊断中的应用日益重要。

通过PCR（聚合酶链式反应）技术可以在体液或组织中检测到微量的病原体DNA或RNA，从而实现病原体的快速检测和诊断。

例如，在新冠疫情中，核酸检测成为最常用的方法之一。

3. 基因工程：核酸在基因工程领域具有重要应用。

通过将外源DNA或RNA导入细胞中，可以实现基因的插入、删除或替换，从而实现基因改造或修复。

这种技术在生物技术、农业、医学等领域中有着广泛的应用，如转基因作物的培育、基因治疗等。

4. 疾病治疗：核酸药物被广泛应用于疾病的治疗。

核酸的性质核酸的理化性质及研究方法内容十分庞杂，本节只可能对若干比较重要的核酸理化性质和研究方法作概要叙述。

一、一般物理性质1. 溶解度DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末状固体，它们都微溶于水，其钠盐在水中的溶解度较大。

它们可溶于2-甲氧乙醇，但不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般有机溶剂，因此，常用乙醇从溶液中沉淀核酸，当乙醇浓度达50%时，DNA就沉淀出来，当乙醇浓度达75%时RNA也沉淀出来。

DNA和RNA在细胞内常与蛋白质结合成核蛋白，两种核蛋白在盐溶液中的溶解度不同，DNA核蛋白难溶于0.14mol/L的NaCl溶液，可溶于高浓度（1~2mol/L）的NaCl溶液，而RNA核蛋白则易溶于0.14mol/L的NaCl溶液，因此常用不同浓度的盐溶液分离两种核蛋白。

2. 分子大小DNA分子极大，分子量在106以上，RNA的分子比DNA分子小得多。

核酸分子的大小可用长度、核苷酸对（或碱基对）数目、沉降系数（S）和分子量等来表示。

3. 形状及粘度核酸（特别是线形DNA）分子极为细长，其直径与长度之比可达1：107，因此核酸溶液的粘度很大，即使是很稀的DNA溶液也有很大的粘度。

RNA溶液的粘度要小得多。

核酸若发生变性或降解，其溶液的粘度降低。

二、核酸的紫外吸收嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键，使碱基、核苷、核苷酸和核酸在240~290nm的紫外波段有一强烈的吸收峰，因此核酸具有紫外吸收特性。

DNA钠盐的紫外吸收在260nm附近有最大吸收值（图3-25），其吸光率（absorbance）以A260表示，A260是核酸的重要性质，在核酸的研究中很有用处。

在230nm处为吸收低谷，RNA钠盐的吸收曲线与DNA无明显区别。

不同核苷酸有不同的吸收特性。

所以可以用紫外分光光度计加以定量及定性测定。

实验室中最常用的是定量测定小量的DNA或RNA。

对待测样品是否纯品可用紫外分光光度计读出260nm与280nm的OD值，因为蛋白质的最大吸收在280nm处，因此从A260/A280的比值即可判断样品的纯度。

核酸生物学的研究及其在生命科学中的应用生物分子是构成生命基石的重要组成部分，其中核酸具有非常重要的生物学作用。

在生命科学领域中，核酸生物学是一个不断发展的领域，旨在研究核酸的生物学性质、结构、功能、调控等方面，以增进对生命的认识和应用。

本文将介绍核酸生物学的研究进展以及在生命科学中的应用。

一、核酸的生物学性质核酸是生物体内不可或缺的生物分子之一，它具有一些特殊的生物学性质。

首先，核酸是生命信息的载体，可以传递、保存和表达遗传信息，是遗传学中研究的重要对象。

其次，核酸在细胞代谢中也具有重要作用，如RNA参与蛋白质合成，DNA参与细胞分裂等。

此外，核酸还具有比较严格的碱基配对规则和双链结构，这些结构性特征也影响了核酸的生物学功能。

二、核酸的结构研究核酸的结构研究是核酸生物学研究的重要内容之一。

DNA和RNA的发现和结构揭示是核酸研究的重大里程碑。

20世纪50年代，Watson和Crick发现了DNA的双螺旋结构，这一发现具有重大的生物学和化学意义，推动了生物学和生物化学的发展。

此后，人们进行了对不同类型核酸的结构探索和比较，如RNA中分子间G-C配对的比例较低等。

随着技术的发展，如透射电子显微镜和核磁共振技术等的应用，人们对核酸的结构和功能有了更深层次的认识。

三、核酸的功能和调控核酸的生物学功能非常广泛，主要包括以下方面：1.存储遗传信息。

DNA是细胞内遗传物质的主要载体，可以传递、保存并复制遗传信息，2.表达遗传信息。

DNA转录成RNA并进一步被翻译为蛋白质。

3.编码蛋白质。

基于DNA序列信息，可以预测对应蛋白质的组成和结构。

4.调控生物体代谢和发育。

核酸还参与调控生物体代谢和发育过程，如RNA干扰技术可以靶向调控基因表达。

五、核酸在生命科学中的应用1.基因编辑。

CRISPR/Cas9是近年来非常热门的基因编辑技术，借助RNA引导CRISPR-Cas9体系靶向剪切基因，以实现基因编辑。

2.诊断技术。

第十五章核酸的物理化学性质和研究方法答案一．选择题1-7 ③③②④①④二．判断题1-4是否否否5-9 是是是是是三．名词解释cot：是DNA复性的动力学常数，数值上等于单链DNA初始浓度Co和复性完成一1.12半所需时间的乘积，其大小代表DNA顺序的复杂程度。

2 增色效应：由于DNA变性引起的光吸收增加称增色效应,也就是变性后DNA 溶液的紫外吸收作用增强的效应。

四．问答题1、RNA比DNA更不稳定，为什么？RNA的磷酸酯键易被碱水解，因为RNA的核糖上有2 ’-OH,在碱作用下形成磷酸三酯，磷酸三酯极不稳定，随即水解产生核苷2’，3’-环磷酸酯。

该环磷酸酯继续水解产生2’-核苷酸和3’-核苷酸。

DNA的脱氧核糖没有2 ’-OH，不能形成碱水解的中间产物，故对碱有一定抗性。

2、何谓变性？是否所有能引起蛋白质变性的因素都能引起核酸变性，或者引起核酸变性的因素都能引起蛋白质变性？变性作用是指核酸双螺旋结构被破坏，双链解开，从而核酸的天然构象和性质发生改变，但共价键并未断裂。

3、何谓Southern杂交？何谓Northern杂交？它们的原理和用途是什么？Southern杂交是将凝胶电泳分开的DNA限制片段转移到硝酸纤维膜上进行杂交。

其基本原理是将待检测的DNA样品固定在固相载体上，与标记的核酸探针进行杂交，在与探针有同源序列的固相DNA的位置上显示出杂交信号。

该项技术广泛被应用在遗传病检测、DNA 指纹分析和PCR产物判断等研究中。

Northern杂交将变性的RNA转移到硝酸纤维膜上，通过分子杂交以检测特异的RNA。

原理：在变性条件下将待检的RNA样品进行琼脂糖凝胶电泳，继而按照同Southern Blot相同的原理进行转膜和用探针进行杂交检测。

用途：检测样品中是否含有基因的转录产物（mRNA）及其含量。

4、琼脂糖凝胶电泳对核酸研究有何用途？分离DNA分子大小从上百kb到数百bp, 凝胶电泳后可以用嵌合荧光染料显色，凝胶电泳后核酸样品可用多种方法自凝胶上回收。

1Biochemistry. LuJie陆婕Lujie.jane@华中科技大学生命科学与技术学院生物物理与生物化学研究所生物化学BiochemistryBiochemistry. LuJieChapter 15Nucleic Acids:Properties and Techniques核酸的理化性质和研究方法2Biochemistry. LuJie核酸的化学结构和作为高聚物决定其理化性质：核酸的糖苷键和磷酸二酯键：可被水解；磷酸基和碱基：酸碱性质；碱基：紫外吸收特性；双螺旋结构：变性和复性。

3Biochemistry. LuJie核酸的性质溶解度：溶于水酸碱性：生理pH带负电荷分子量和形状：DNA 108~1012，d/l=10-7，“柔性棒”——高黏度不对称性——正旋光性紫外吸收——260nm有最大光吸收核酸的离心沉降DNA 的变性与复性4Biochemistry. LuJie一、核酸的水解二、核酸的酸碱性质三、核酸的紫外吸收四、核酸的变性、复性及杂交五、核酸的分离和纯化六、核酸序列的测定七、核酸的化学合成八、DNA微阵技术5Biochemistry. LuJie（一）酸水解糖苷键比磷酸酯键更易被酸水解，产生嘌呤和嘧啶碱（二）碱水解: RNA→2’-核苷酸，3’-核苷酸RNA的磷酸酯键更易被碱水解（RNA的核糖上有2’-OH，在碱作用下形成磷酸三酯，极不稳定易水解，产生核苷2’，3’-环磷酸酯，继续水解产生2’-核苷酸和3’-核苷酸）（三）酶水解（消化）专一水解核酸的磷酸二酯键的酶称为核酸酶(nuclease)。

能识别特定的核苷酸顺序，并从特定位点水解核酸的内切酶称为限制性核酸内切酶（限制酶）。

67Biochemistry. LuJie限制性DNA 内切酶: 专一性的核酸内切酶，能识别双链DNA 分子的特定序列，并可在该位置或其附近同时切断双链DNA 。

Biochemistry. LuJie核酸外切酶（endonuclease）：从多核苷酸链的末端开始,逐个将核苷酸切下的酶，如：♦3’→5’外切酶(蛇毒磷酸二酯酶)：在3’-OH与磷酸基之间断裂，其产物是5’-磷酸核苷酸或寡核苷酸,如（1）；♦5’→3’外切酶(牛脾磷酸二酯酶)：在5’-OH与磷酸基之间断裂，其产物是3’-磷酸核苷酸或寡核苷酸,如（2）。