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生物化学核酸的理化性质

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一、粘度

大分子溶液比普通溶液粘度大，线形大分子又比球形大分子粘度大。DNA是线形大分子，人类二倍体DNA总量3.3×109bp，全长可达1.75米，DNA分子平均长度在4cm以上，而双螺旋直径只有2nm，长度与直径之比高达107。因此，DNA粘度极高，也极易在机械力作用下折断。双链DNA解链成为单链DNA时，由较伸展的双螺旋变成较紧凑的线团结构，粘度明显下降。RNA因为分子量小，且呈线团结构，所以其粘度低得多。

二、密度

利用密度梯度离心可以测定大分子的浮力密度。CsCl溶解度大，可制成8M溶液。DNA的浮力密度一般在1.7以上，RNA为1.6，蛋白质为1.35-1.40。分子量相同结构不同的DNA沉降系数不同，线形双螺旋DNA、线形单链DNA、超螺旋DNA沉降系数之比为1:1.14:1.4。因此通过测定沉降系数可以了解DNA的结构及其变化。

三、紫外吸收

嘌呤和嘧啶因其共轭体系而有 强紫外吸收。核酸在260nm有紫外吸收峰，蛋白质在280nm。利用紫外吸收可测定核酸的浓度和纯度。一般测定OD260/OD280，DNA=1.8，RNA=2.0。如果含有蛋白质杂质，比值明显下降。不纯的核酸不能用紫外吸收法测定浓度。紫外吸收改变是DNA结构变化的标志，当双链DNA解链时碱基外露增加，紫外吸收明显增加，称为增色效应。双链、单链DNA与核苷酸的紫外吸收之比是1:1.37:1.6。

四、DNA的变性

在一定条件下，双链DNA解链变成单链DNA的现象称为变性或熔化。加热引起的变性称为热变性；碱性条件（pH>11.3）下，DNA发生碱变性。此外，尿素、有机溶剂、甚至脱盐都可引起DNA变性。除去变性因素后，互补的单链DNA又可以重新结合为双链DNA，称为复性或退火。DNA复性由局部序列配对形成双链核心的慢速成核反应开始，然后经过快速的所谓拉链反应而完成。

DNA变性后粘度降低，密度和吸光度升高。

变性后的单链DNA与具有同一性序列的DNA链或RNA分子结合形成双链的DNA－DNA或DNA－RNA杂交分子的过程称为杂交或分子杂交。分子杂交技术的发展和应用，对分子生物学和生物高技术的发展起到了重要的推动作用。

通常将50%DNA分子变性时的温度称为熔点（Tm）。一般DNA在生理条件下的熔点在85-95度之间。熔点主要取决于碱基组成，G-C对含量越高，熔点越高。一般G-C对含量40%时熔点是87度，每增加1%，熔点增加约0.4度。离子强度也有影响，因为离子能与DNA结合，使其稳定，所以离子强度越低，熔点越低，熔解范围越窄。因此DNA应保存在高盐溶液中。如果DNA不纯，则变性温度范围也会扩大。甲酰胺可以使碱基对之间的氢键不稳定，降低熔点。所以分子生物实验中经常用甲酰胺使DNA变性，以避免高温引起DNA断裂。乙醇、丙酮、尿素等也可促进DNA变性。

DNA的复性速度与其初始浓度C0及复杂度有关。当温度、离子强度等其他条件固定时，一半DNA复性时的C0t值只与其复杂度有关，可用来计算基因组的复杂度。

五、限制性内切酶

限制性内切酶II识别并切割特定的回文序列，生物体用来防止外源DNA的影响，在基因工程中用于DNA的切割，被称为分子手术刀。如EcoRI，E是属名，co是种名，R是菌株名，I是发现次序。

六、核酸的提纯

提取：一般先破碎细胞，得到DNP或RNP。然后用酚-氯仿除蛋白，用乙醇或异丙醇将核酸沉淀出来，干燥后再溶解即可。

纯化：常用电泳或层析。PAGE一般用于分离1K以下的核酸，如测序。较大的要用琼脂糖电泳。纯化mRNA常用oligo-dT的层析柱或磁珠。

目前核酸研究的特点

八十年代以后，核酸研究有以下特点：

1. RNA研究受到重视。以前的研究以DNA为重点，现在RNA成为研究热点。核糖酶的发现和RNA的加工编辑机制是两大发现。一个基因在不同组织或不同生理状态下，从不同转录起始位点开始转录，通过不同的剪接方式和不同的3’端成熟机制，可形成不同的蛋白质，这是一种比基因重排更灵活的调控方式。RNA的应用也日益广泛，如用ribozyme切割病毒核酸，用反义RNA阻断有害基因的表达等。因此，有人称90年代为RNA的十年。 2.研究材料从原核走向真核。真核生物的复制、转录、翻译都比原核复杂得多，材料的改变导致了ribozyme、RNA的剪接、编辑等重大发现，大大推动了核酸的研究。

3.研究核酸与核酸、核酸与其他生物大分子的相互作用。生物体内的核酸多数处于各种复合物中，其结构与功能都与复合物相关。真核基因转录调控的研究主要集中在顺式作用元件（cis-acting elements）、反式作用因子（trans-acting

factor）、以及它们之间的相互作用上。核糖体的结构与功能、氨酰tRNA的合成一直是研究核酸与蛋白质相互作用的两个重要对象，近来又形成剪接体（spliceo-some）、核不均一核糖核蛋白体（hn-RNP）、核小分子核糖核蛋白体（snRNP）、编辑体等研究热点。

研究进入分子水平与整体水平相结合的阶段。比如果蝇的发育受调控基因网络的控制，一些实验室正在以整体与分子水平相结合的方式进行研究。

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核酸理化性质讲义

核酸理化性质讲义

核算理化性质-讲义

目录

1.一般物理性质；

2.核酸的紫外吸收；

3.变性；

4.复性；

5.杂交；

教学目的：了解核酸的一般物理性质及DNA序列的测定方法，掌握

核酸的紫外吸收特性、变性和复性及核酸的分离、提纯和定量测定。

教学重点：核酸的紫外吸收及变性和复性；

教学难点：核酸的变性和复性

1.一般物理性质

1.1形 态DNA —— 白色纤维状固体 RNA —— 白色粉末状固体

1.2溶解性

微溶于水；不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般的有机溶剂；用乙醇可以沉

淀核酸。

RNA核蛋白体(RNP)易溶于0.14mol/LNaCl溶液；DNP可溶于1~2mol/L的

NaCl溶液；

RNA在碱性溶液中不稳定； DNA在碱性溶液中稳定。

显色反应：利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA。

核糖与地衣酚（3,5-二羟甲苯）试剂反应呈鲜绿色。

脱氧核糖与二苯胺试剂反应生成蓝色化合物，而核糖无此反应。

1.3粘度DNA溶液粘度极高 (因其分子直径小而长度大)

RNA溶液粘度要小得多 ★核酸变性或降解后，粘度降低

1.4两性解离 概念：核酸为两性电解质，因核苷酸含有磷酸基与

碱基，磷酸基和碱基可以解离，在不同pH条件下解离程度不同，在一定

条件下可形成兼性离子，表现为两性离子状态，通常表现为酸性。

效果：由于磷酸基团的酸性很强，所以pI（等电点）较低，整个分

子相当于多元酸。

应用：利用核酸的两性解离可以通过调节核酸溶液的pH来沉淀核

酸，也可通过电泳分离纯化核酸。

2. 紫外吸收性质

2.1机理：嘌呤和嘧啶具有共轭双键，能强烈吸收紫外光。

2.2性质1：在260nm处有最大吸收峰。对于纯的DNA或RNA，可以

通过测得A260来推测其核酸含量。A260/ A280值可以反映核酸的纯度。

性质2：纯的DNA：A260/ A280 =1.8 纯的RNA：A260/ A280 =2.0

2.3.定义：增色效应(hyperchromic effect)是变性后DNA 溶液的紫外

核酸的结构与生物学功能

核酸的结构与生物学功能

核酸的结构与生物学功能

核酸是生物体内极其重要的生物大分子，是生命的最根本的物质之一。最早是瑞士的化学家米歇尔于1870年从脓细胞的核中别离出来的，由于它们是酸性的，并且最先是从核中别离的，故称为核酸。核酸的发现比蛋白质晚得多。核酸分为脱氧核糖核酸〔简称DNA〕和核糖核酸〔简称RNA〕两大类，它们的根本结构单位都是核苷酸〔包含脱氧核苷酸〕。

1．核酸的根本单位——核苷酸

每一个核苷酸分子由一分子戊糖〔核糖或脱氧核糖〕、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成。碱基分为两类：一类是嘌呤，为双环分子；另一类是嘧啶，为单环分子。嘌呤一般均有A、G2种，嘧啶一般有C、T、U3种。这5种碱基的结构式如下列图所示。

由上述结构式可知：腺嘌呤是嘌呤的6位碳原子上的H被氨基取代。鸟嘌呤是嘌呤的2位碳原子上的H被氨基取代，6位碳原子上的H被酮基取代。3种嘧啶都是在嘧啶2位碳原子上由酮基取代H，在4位碳原子上由氨基或酮基取代H而成，对于T，嘧啶的5位碳原子上由甲基取代了H。凡含有酮基的嘧啶或嘌呤在溶液中可以发生酮式和烯醇式的互变异构现象。结晶状态时，为这种异构体的容量混合物。在生物体内那么以酮式占优势，这对于核酸分子中氢键结构的形成非常重要。例如尿嘧啶的互变异构反响式如下列图。

酮式〔2，4–二氧嘧啶〕烯酸式〔2，4–二羟嘧啶〕

在一些核酸中还存在少量其他修饰碱基。由于含量很少，故又称微量碱基或稀有碱基。核酸中修饰碱基多是4种主要碱基的衍生物。tRNA中的修饰碱基种类较多，如次黄嘌呤、二氢尿嘧啶、5–甲基尿嘧啶、4–硫尿嘧啶等，tRNA中修饰碱基含量不一，某些tRNA中的修饰碱基可达碱基总量的10％或更多。

核苷是核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶生成的糖苷。戊糖的第1碳原子〔C1〕通常与嘌呤的第9氮原子或嘧啶的第1氮原子相连。在tRNA中存在少量5–核糖尿嘧啶，这是一种碳苷，其C1是与尿嘧啶的第5位碳原子相连，因为这种戊糖与碱基的连接方式特殊〔为C—C连接〕，故称为假尿苷如下列图。

核酸的一般理化性质

核酸的一般理化性质

核酸的

一般理化性质

1

．

DNA

为白色纤维状固体，

RNA

为白色粉末；都微溶

于水，不溶于一般有机溶剂。常用乙醇从溶液中沉淀核酸。

2

．

具有大分子的一般特性。

分子大小可用

Da

、

b

或

bp

、

S

、链长（μ

m

）表示。一个

bp

相当的核苷酸平均分子量为

660Da

；

1

μ

m

长的

DNA

双螺旋相当

3000bp

或

2

×

106Da

。

3

．两性电解质。各种核酸的大小及所带的电荷不同，

可用电泳和离子交换法分离。

RNA

在室温下易被稀碱水解，

DNA

较稳定，

此特性用来测定

RNA

的碱基组成和纯化

DNA

。

4

．紫外吸收，最大吸收峰在

260nm

处，核酸的变性或

降解，吸光度

A

升高，称为增色效应。

1

．

DNA

为白色纤维状固体，

RNA

为白色粉末；都微溶

于水，不溶于一般有机溶剂。常用乙醇从溶液中沉淀核酸。

2

．

具有大分子的一般特性。

分子大小可用

Da

、

b

或

bp

、

S

、链长（μ

m

）表示。一个

bp

相当的核苷酸平均分子量为

660Da

；

1

μ

m

长的

DNA

双螺旋相当

3000bp

或

2

×

106Da

。

3

．两性电解质。各种核酸的大小及所带的电荷不同，

可用电泳和离子交换法分离。

RNA

在室温下易被稀碱水解，

DNA

较稳定，

此特性用来测定

RNA

的碱基组成和纯化

DNA

。

4

．紫外吸收，最大吸收峰在

260nm

处，核酸的变性或

降解，吸光度

A

升高，称为增色效应。

3-3核酸的理化性质和应用

3-3核酸的理化性质和应用

医学生物化学国家开放大学

-1-3-3核酸的理化性质和应用一、核酸的酸碱性质由于DNA和RNA的多核苷酸链上既有酸性的磷酸基团，又有碱基上的碱性基团，因此它也是两性电解质。在一定pH溶液中可带某种电荷，故可用电泳方法将其分离。核酸通常显酸性，易与金属离子生成盐，此时可加入乙醇或异丙醇使其沉淀析出。二、核酸的高分子性质核酸还具有高分子化合物的某些性质，如粘度大，沉降速度快。三、核酸的紫外吸收核酸分子所含的碱基都有共轭双键，具有吸收紫外线的性质。在260nm处有最大吸收峰，利用核酸的紫外吸收特性，可以对核酸进行定量测定。四、核酸的变性、复性与杂交DNA变性是核酸在某些条件下会发生氢键断裂，双螺旋结构松散分开，即为核酸的变性，但无共价键的断裂。核酸热变性时，其紫外光吸收峰值达到最大值一半时的温度称解链温度(Tm)。Tm值大小与核酸分子中的G-C对含量多少及核酸分子的长度有关。核酸热变性后，在适当条件下，温度再缓慢下降，变性分开的两条单链分子按照碱基互补原则重新恢复天然的双螺旋构象。解开的两条链又可重新缔合而形成双螺旋，此即为核酸的复性。不同来源的变性核酸一起复性，有可能发生杂交，核酸分子杂交在分子生物学研究中是一项应用较多的重要实验技术。核酸分子杂交在DNA复性过程中，如果将不同来源的DNA单链分子放在同一溶液中，或者将DNA和RNA分子放在一起，双链分子的再形成既可以发生在序列完全互补的核酸分子间，也可以发生在那些碱基序列部分互补的不同的DNA之间或DNA与RNA之间。