核酸的理化性质PPT

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核酸化学PPT课件

DNA与RNA结构特点
DNA结构特点
DNA是一种长链生物聚合物，组成单位为四种脱氧核苷酸，由碱基、脱氧核糖和磷酸构成。
RNA结构特点
RNA由核糖核苷酸经磷酸二酯键缩合而成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由一分子磷酸、一分子核糖和一分子含氮碱基构成。
碱基互补配对原则
碱基互补配对原则是指在DNA分子结构中，由于碱基之间的氢键具有固定的数目和DNA两条链之间的距离保持不变，使得碱基配对必须遵循一定的规律，这就是A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对，G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对，反之亦然。
多肽。
基因编辑技术
如CRISPR-Cas9等，可对基因组进行定点编辑，实现基因敲除、
敲入、突变等操作。
05
核酸药物设计与应用
抗病毒药物设利用病毒基因序列中的特异性区域，设计与之互补的核酸药物，通过阻断病毒基因复制或表达，达到抗病毒效果。
靶向病毒关键蛋白的药物设计针对病毒生命周期中的关键蛋白，设计能够与之结合的核酸药物，从而阻止病毒的组装、释放等过程。
RNA转录过程及调控
RNA转录的基本过程转录起始、链延长、链终止与释放
RNA转录的酶学 RNA聚合酶、转录因子等
RNA转录的特点
模板链的选择性、转录的不对称性、转录后加工等
RNA转录的调控
转录起始的调控、转录延伸的调控、转录终止的调控
核酸酶作用及降解产物
核酸酶的种类与特性
01
核酸内切酶、核酸外切酶等
核酸的降解过程
02
核酸酶的切割作用、降解产物的生成与性质
核酸降解产物的应用
03
用于核酸序列分析、核酸检测等
03
核酸性质与功能

核酸的理化性质

减色效应常可用来衡量DNA复性的程度。
（二）复性
四.变性与复性
3. 分子杂交
不同来源的DNA分子放在一起热变性，然后慢慢冷却，让其复性。这些异源DNA（RNA)之间有互补的序列或部分互补的序列，则复性时会形成“杂交分子”。
核酸的杂交广泛应用于分子遗传学中。
基因（gene)：DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列，其编码产物是多肽链或RNA。
生物信息学(bioinformatics)：将计算机科学和数学应用于生物大分子信息的获取、加工、存储、分类、检索与分析，以达到理解这些生物大分子信息的生物学意义的交叉学科。
(一) 变性
使氢键断裂，破坏碱基堆集力，从而引起核酸二级结构的破坏。
3. 增色效应
(一) 变性
变性后的DNA对260nm的紫外光吸收值比变性前明显升高，这种现象称为增色效应。
这是由于变性的DNA双螺旋解体，藏于螺旋内部的碱基暴露出来。
增色效应常可用来衡量 DNA变性的程度。
4. 热变性曲线(熔解曲线)
3. 粘度
一.一般的物理性质
➢ 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
二. 两性解离
核酸既含有酸性的磷酸基团，又含有弱碱性的碱基，故可发生两性解离。其解离状态随溶液的pH值而改变。
由于磷酸基团的酸性很强，所以pI较低，整个分子相当于多元酸。
(一) 变性
1. 变性的概念
四.变性与复性
核酸在某些物理或化学因素的作用下，其空间结构发生改变，从而引起理化性质的改变及生物活性的降低或丧失。
A260值升高粘度下降沉降系数加快

核酸的理化性质专业知识专家讲座

pK1 = 0.9
第二磷酸基
第一磷酸基
鸟嘌呤核苷酸
核
pK2 = 3.7
苷
含氮环 pK3 = 6.1
pK1 = 0.7
第二磷酸基
酸
第一磷酸基
烯醇式羟基
离子化程度
解离
pK2 = 4.3 含氮环
胞嘧啶核苷酸
曲线
pK1 = 0.8 第一磷酸基
pK3 = 6.3 第二磷酸基
pK1 = 1.0 第一磷酸基
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4 第4页
对酸最不稳定是嘌呤与脱氧核糖之间糖苷键（嘌呤碱） :
DNA
pH1.6, 37℃ 对水透析
无嘌呤酸
(除去嘌呤碱)
pH2.8 100℃、1hr
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5 第5页
嘧啶糖苷键水解则需要较高温度:
嘧啶糖苷键(DNA或RNA)
甲酸(98~100%) 加热
15 第15页
第二节核酸酸碱性质
核酸碱基、核苷、核苷酸均能发生解离, 所以核酸也就具备了可解离酸碱性质。
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16 第16页
1.碱基解离
因为嘧啶和嘌呤化合物杂环中N以及各取代基（-OH）具结合和释放质子能力, 所以这些物质现有碱性解离又有酸性解离。
各种碱基解离特点及其常数见书本P505
30 第30页
一、核酸变性 (denaturation)
2. 核酸变性原因:
温度升高 : 热变性酸碱度改变: 酸碱变性
DNA测序
尿素：PAGE中惯用变性剂；变性剂使用:
甲醛：琼脂糖凝胶电泳惯用变性剂
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核酸的结构和功能与核苷酸代谢 (共113张PPT)

2. 大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸 (polyA)结构，称为多聚A尾。
O
C
H
+
3
N
N
5，5-三磷酸二脂键
N
N
5
CH2
O
O P
O
O P
O
O P
O
5
CH2
OO O
O B (m6A.A.G.C.U)
O
mRNA的5帽子结构— m7GpppNm
O O CH3 O P O CH2
O
B (m6A.A.G.C.U)
1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法 1985年 Mullis创造PCR 技术 1990年美国启动人类基因组方案(HGP)
1994年中国人类基因组方案启动
2001年美、英等国完成人类基因组方案根本框架
二、核酸的分类及分布
盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
意义
DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。
〔二〕原核生物DNA的高级结构
〔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，其根本单位是核小体(nucleosome)。
核小体的组成
DNA：约200bp 组蛋白：H1
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成氢键配对〔互补配对形式：A=T; G C〕。
相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。
碱基互补配对
A
T
C
G
〔二〕 DNA双螺旋结构模型要点〔Watson, Crick, 1953〕

核酸的结构与功能(共68张PPT)

生物氧化体系的重要成分，在传递质子或电子的过程中具有重要的作用。
二、DNA通过3,5-磷酸二酯键连接
一个脱氧核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5的 α-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键(phosphodiester bond)。
多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸
(polydeoxynucleotide)，即DNA链。
5.5 nm
11 nm
核小体核心颗粒
主要内容：
•核酸的化学组成
DNA
•核酸的分子结构
RNA
•核酸的理化性质
RNA的结构功能
• RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的
调控。
• RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局部二级结构或三级结构。
• RNA比DNA小的多。 • RNA的种类、大小和结构远比DNA表现出多样
核仁
核糖体组成成分蛋白质合成模板转运氨基酸翻译调控
信号肽识别体的组成成分
成熟mRNA的前体参与hnRNA的剪接、转运 rRNA的加工和修饰
线粒体核糖体RNA mt rRNA 线粒体
核糖体组成成分
线粒体信使RNA 线粒体转运RNA
mt mRNA mt tRNA
线粒体线粒体
蛋白质合成模板转运氨基酸
mRNA成熟过程
内含子
(intron)
外显子(exΒιβλιοθήκη n)hnRNAmRNA
成熟的真核生物mRNA
5' m 7Gppp
AUG
编码区
3' UAA AAA… … An
5'非翻译区
3'非翻译区
• 成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。 • 5-末端的帽子(cap)结构和3-末端的多聚A尾(poly-A

核酸的理化性质及杂交

第四节核酸的主要理化性质一、核酸的一般性质⒈酸性化合物⑴两性\但酸性强。

⑵电泳行为--泳向正极（pH7-8）。

⑶沉淀行为--加盐（中和电荷）M+与磷酸"-"中和；乙醇。

⒉高分子性质⑴粘度大，DNA>RNA⑵超离心沉降⑶凝胶过滤二、核酸的UV吸收―――最大吸收峰在260nm附近⒈原因：嘌呤和嘧啶碱基都含有共轭双键⒉应用：定性、定量分析核酸；作为核酸变性和复性的指标⒊计算：课本P24第五节核酸的变性、复性与杂交一、 DNA的变性⒈定义：核酸在某些理化因素（温度、pH、离子强度等）作用下，DNA双链的互补碱基之间的氢键断裂，使双螺旋结构松散成为单链的现象。

⒉分类：根据变性因素区分为碱变性、热变性等。

如DNA的碱变性、DNA的热变性，其中DNA的热变性是实验室最常用的变性方法，它更具典型意义。

⒊变形后表现：粘度改变，钢性线性分子变得无序，粘度下降，UV吸收增强，其规律如下：⑴增色效应定义：（课本P25）述：核酸变性后、氢键破坏，双螺旋结构破坏，碱基暴露，紫外吸收（260nm）增强，又称高色效应。

⑵解链温度\融解温度（Tm）定义：UV吸收增值达到最大吸收增值50%时的温度称Tm。

⑶应用：①Tm与DNA G+C含量有关，G+C含量愈大Tm愈高，反之则反；②与核酸分子长度有关，分子愈长，Tm愈高。

③Tm值的计算公式：（（课本P25）说明：DNA变性时只改变其空间结构，不改变它的核苷酸序列。

二、DNA的复性⒈定义：（课本P25）述：DNA发生热变性后，经缓慢降温，如放置室温逐渐冷却，解开的互补链之间对应的碱基对再形成氢键，恢复完整的双螺旋结构，称DNA热变性的复性。

⒉退火：热变性DNA经缓慢冷却后复性的过程，不发生复性。

⒊减色效应：核酸复性时UV下降，此称低色效应。

说明： DNA加热变性后，若经骤然降温，互补链碱基之间来不及配对互补，形成氢键联系，两链维持分离状态。

⒋退火温度：DNA变性后，比Tm约低25°的温度三、分子杂交⒈定义：（课本P25－26）述：当不同来源的核酸变性后一起复性时，只要这些核酸分子中含有相同序列的片段，可形成碱基配对，出现复性现象形成杂种核酸分子，称杂化双链及核酸分子杂交。

第2章核酸的结构与功能ppt课件

Sanger测序原理
1.2.1.2 DNA的二级结构及其多态性
Watson和Crick在总结前人研究工作的基础上，在1953年以立体化学上的最适构型建立了与 DNA X-射线衍射资料相符的分子模型—— DNA双螺旋结构模型。它可在分子水平上阐述遗传(基因复制)的基本特征。
⑴DNA双螺旋结构的主要依据
核酸根据核酸的化学组成和生物学功能，将核酸分为：
核糖核酸（ribonucleic acid RNA）和
脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid DNA)
所有细胞都同时含有DNA和RNA两种核酸。病毒只含一种核酸，DNA或RNA，故有DNA 病毒和RNA病毒之分。多数细菌病毒（噬菌体）属DNA病毒，而植物和动物病毒多为 RNA病毒。
5’pApCpUpUpGpApApCpC3’ RNA
简化为： 5’pACTTGAACG3’ DNA
5’pACUUGAACG3’RNA
简写式的5`-末端均含有一个磷酸残基（与糖基的C-5`位上的羟基相连），3`-末端含有一个自由羟基（与糖基的C-3`位相连），若5`端不写P，则表示5`-末端为自由羟基。
3.4nm 2.8nm 36° 33°
Z-DNA
Wang和Rich等在研究人工合成的d（CGCGCG）单晶的X-射线衍射图谱时，发现这种六聚体的构象不同于B-构象。
它是左手双螺旋，在主链中各个磷酸根呈锯齿（Zigzag）状排列，因此称Z-构象。
B-DNA与Z-DNA的比较
比较内容
B-DNA
T 24.8
28 25.6 29.7 28.9 29.2 32.9
G 24.1 23.2 21.9 20.5 20.4 20.4 18.7

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由于磷酸基团的酸性很强，所以pI较低，整个分子相当于多元酸。
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
。
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三. 紫外吸收性质
嘌呤和嘧啶具有共轭双键，能强烈吸收紫外光。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。
核酸的理化性质
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1
一.一般的物理性质
1. 形态
➢ DNA —— 白色纤维状固体 ➢ RNA —— 白色粉末状固体
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2
一.一般的物理性质
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
➢ RNA核蛋白体(RNP)易溶于0.14mol/L的NaCl溶液
这是由于变性的DNA双螺旋解体，藏于螺旋内部的碱基暴露出来。
增色效应常可用来衡量 DNA变性的程度。
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4. 热变性曲线(熔解曲线)
(一) 变性
在DNA发生热变性的过程中，A260随温度的变化曲线。
变性百分率 A260
不同 DNA 的熔解
100
曲线不同，但很
类似。都是 —
A260/ A280值可以反映核酸的纯度。
纯的DNA：A260/ A280 =1.8 纯的RNA：A260/ A280 =2.0
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6
(一) 变性
1. 变性的概念
四.变性与复性
核酸在某些物理或化学因素的作用下，其空间结构发生改变，从而引起理化性质的改变及生物活性的降低或丧失。
A260值升高粘度下降
沉降系数加快
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……
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2. 引起变性的因素
物理因素：
热（热变性）
辐射等
紫外、
化学因素：
过酸（酸变性）
过碱（碱变性）
有机溶剂
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尿素……
(一) 变性
使氢键断裂，破坏碱基堆集力，从而引起核酸二级结构的破坏。
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3. 增色效应
(一) 变性
变性后的DNA对260nm的紫外光吸收值比变性前明显升高，这种现象称为增色效应。
生物信息学(bioinformatics)：将计算机科学和数学应用
于生物大分子信息的获取、加工、存储、分类、检索与分
析，以达到理解这些生物大分子信息的生物学意义的交叉
学科。 2020/4/10
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➢ DNP可溶于高浓度(1~2mol/L)的NaCl溶液
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3
3. 粘度
一.一般的物理性质
➢ 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
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二. 两性解离
核酸既含有酸性的磷酸基团，又含有弱碱性的碱基，故可发生两性解离。其解离状态随溶液的pH值而改变。
减色效应常可用来衡量DNA复性的程度。
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（二）复性 3. 分子杂交
四.变性与复性
不同来源的DNA分子放在一起热变性，然后慢慢冷却，让其复性。这些异源DNA（RNA)之间有互补的序列或部分互补的序列，则复性时会形成“杂交分子”。
核酸的杂交广泛应用于分子遗传学中。
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（二）复性
四.变性与复性
1. 复性的概念
变性DNA在适当条件下，又可使两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构，此过程成为复性。
退火：热变性的DNA在缓慢冷却的条件下的复性过程。
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（二）复性
2. 减色效应
四.变性与复性
当变性的DNA经复性以重新形成双螺旋结构时，其溶液的A260值则减小，这种现象称为减色效应。
Tm
温11度
5. 解链温度(Tm值)
(一) 变性
影响Tm值的因素： ❖ DNA分子中GC碱基对的含量 DNA分子中GC含量高，则Tm值大
❖ DNA的溶液环境如离子强度、pH
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(一) 变性
RNA的变性 RNA含局部双螺旋，也可发生变性。
特点：变性效应不如DNA明显增色效应的跳跃较平缓 Tm值较低
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基因（gene)：DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列，其编码产物是多肽链或RNA。
基因组(genome)：一种生物体的全部基因或染色体。
基因组学(genomics)：一门涵盖了对所有基因进行基因组作图、核苷酸序列分析、基因定位和功能分析的科学。包括结构基因组学(structural genomics) 和功能基因组学 (fuctional genomics )。
—
50
S 形曲线
0Hale Waihona Puke 2020/4/10温10度
5. 解链温度(Tm值)
( melting temperature)
又称熔解温度、熔点
变性百分率 A260
指DNA的变性达 100
到50%，即增色效
应达到一半时的
温度 50
DNA 的 Tm 值一般在70~85℃之间
0
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(一) 变性