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
核酸的理化性质专业知识专家讲座
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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。
核酸的理化性质专业知识专家讲座
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〕
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
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
。
2020/4/10
5
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
2020/4/10
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
2020/4/10
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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9
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
2020/4/10
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
2020/4/10
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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12
(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
2020/4/10
(一) 变 性