核 酸（I）——核苷酸与核酸
核酸概述：核酸是由核苷酸聚合形成的线状多聚核苷酸链
DNA：含D-2-脱氧核糖，胸腺嘧啶；主要的遗传物质；可以通过复制将遗传信息传到子代 DNA的分布：真核细胞细胞核或原核细胞核区；线粒体、叶绿体；DNA病毒 DNA的存在形式：
线状双链：真核细胞染色体，DNA病毒
环状双链：原核细胞染色体，细胞器DNA， DNA病毒 线状或环状单链：DNA病毒
RNA：含D-核糖，尿嘧啶；与遗传信息的表达及其调控有关；常以单链形式存在
RNA分布：真核细胞细胞核、细胞质；原核细胞的质区；叶绿体、线粒体；RNA病毒 RNA种类：tRNA、rRNA、mRNA、辅助RNA、病毒RNA 核 苷 酸：
（一）构 成：核苷酸由核糖（脱氧核糖）、碱基、磷酸构成。核糖与碱基构成核苷
（1）核 糖：为五碳戊糖，其醛基与C4?位羟基缩合形成半缩醛，因此整个分子形成一个五元环。在C 1?位连接碱基，与嘧啶环上的N1或嘌呤环上的N9相连。脱氧核糖，C 2?位上羟基被H取代。5?、3?位连接磷酸。 （2）碱基：常见碱基包括：A、T、G、C、U。稀有碱基：常见碱基修饰而获得，多见于tRNA。
（二）核苷酸的类型：
常见于核酸的核苷酸： DNA有：dA、dT、dG、dC； RNA有：A、U、G、C
其他核苷酸类型：三磷酸核苷酸：高能磷酸化合物，能量货币；环核苷酸：第二信使；稀有碱基核苷酸。
（三）核苷酸的连接：
核苷酸通过3?，5?-磷酸二酯键连接形成核酸，有方向性。一条核酸链有一个5?末端，一个3?末端。核酸内部的核苷酸排列方式称核酸一级结构，书写规则如下：5??3?，用直线代表核糖（脱氧核糖）， 5?在下方、碱基在上方，P表示磷酸，OH表示羟基。简式：直接用碱基符号代表核苷酸，表明末端磷酸化情况。
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DNA的结构与功能： （1）DNA的一级结构：
? 脱氧核苷酸通过3?，5?-磷酸二酯键连接形成，分子量巨大的细长柔性分子（DNA是分子量十分巨大的分子，最大可超过108 bp，分子量大于 1?1011，可编码大量信息）
? 超过100种的DNA序列已经清楚，包括人、病毒、E.Coli酵母菌、线虫、拟南芥菜、玉米和水稻
? 原核和细胞器DNA的基因是连续的，没有内含子，很少重复序列和调控序列
? 真核生物的基因是断裂的，含有内含子，有众多的调控序列和重复序列，重复序列有低重复、中等重复和高度重复序列
? 人类基因组中编码蛋白质的基因约为31000个，酵母6000，果蝇13000，蠕虫18000，植物26000
（2）DNA的二级结构：
DNA二级结构的证据：Chargaff规则；电位滴定行为；X射线衍射 双螺旋结构要点：
? 两条反向平行多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕
? 嘌呤与嘧啶碱基在内侧，碱基平面与纵轴垂直，磷酸与核糖在外侧，糖环平面与纵轴平行，右手螺旋
? 双螺旋平均直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，两核苷酸间夹角为36?，每一圈10个核苷酸，螺距为3. 4nm
? 两条链通过碱基配对，由疏水作用和氢键维系在一起，两条链对应位置核苷酸按A-T，G-C互补配对， A与T形成两个氢键，G与C形成三个氢键 ，为双螺旋结构主要侧向稳定力
? 碱基平面之间的疏水力（碱基平面堆积力）为主要纵向稳定力 ? 由于两链间的相互缠绕，双螺旋表面形成大沟和小沟（Groove） DNA双螺旋结构的不同类型：
? A型：相对湿度75%条件下DNA的结构，螺体宽而短，碱基对与中心轴之间形成19?倾角，RNA与DNA杂合双链也呈A型
? B型：相对湿度92%条件下DNA的结构，为标准的双螺旋。
? Z型：左手螺旋，只有明显大沟，小沟在结构上几乎不可见。某些癌细胞的DNA，表达活跃的DNA中常有Z型构象存在
? 三股螺旋：在某些富含嘌呤的区段，如果临近的区域有富含嘧啶的区域，或有外源性的与其互补的寡聚核苷酸链，就可以形成三股螺旋 （3）DNA的三级结构： ①超螺旋结构：
DNA分子可以在双螺旋的基础上，进一步绕同一中心轴扭转，造成额外的螺旋。 环状分子的额外螺旋可以形成超螺旋： ? 超螺旋可以是右手螺旋（正超螺旋），也可以是左手螺旋（负超螺旋） ? 对于环状分子而言，有其拓扑学上特定规律：L=T+W ②其他三级结构：
与蛋白质结合形成复合体（病毒）：直接与蛋白质结合。可以进一步形成高级结构 核小体结构：真核细胞染色体。与组蛋白结合 （4）DNA的高级结构：
①原核生物染色体：没有组蛋白，没有骨架蛋白；其上一般有DNA聚合酶，RNA聚合酶；有操纵子结构；与mRNA、核糖体、未成熟的蛋白质并存
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②真核生物染色体：与组蛋白结合形成核小体结构，并进一步装配与核骨架蛋白结合形成染色体；有非组蛋白与DNA结合，实现对基因表达的调控；基因结构更为复杂；不与mRNA、核糖体直接接触。
③染色体外DNA分子：质粒，cccDNA；细胞器DNA （5）DNA的生物学功能 主要生物学功能：以核苷酸碱基序列的形式储存遗传信息；通过复制在亲代与子代间传递遗传信息；作为模板指导mRNA的合成，表达遗传信息 证明DNA是遗传物质的实验： ? Avery，转化实验
? Conrat，植物病毒拆分重建实验 ? Hershey & Chase，噬菌体感染实验 RNA的结构与功能： （1）RNA一级结构概述
? 通常为线状核苷酸单链，无分支
? RNA分子通常是DNA片段转录生成的，因此RNA分子与DNA相比要小的多 ? RNA种类多样，参与蛋白质合成的RNA有：信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）
? RNA分子中稀有碱基的含量比DNA丰富，尤其在tRNA中最为突出，约占10％左右 ※ mRNA结构特点：
? 线状分子，分子量差异大，寿命较短
? 原核生物的mRNA是多顺反子(多个基因转录到一个mRNA分子上)，编码多个蛋白质 ? 真核生物的mRNA是单顺反子(一个基因转录到一个mRNA分子上)，只编码一条肽链 ? 真核生物的mRNA分子存在5?-帽子结构和多聚A尾巴（5?-帽子结构：真核mRNA 5?-末端的特殊结构，一般5?-末端为m7Gppp-，后面含若干修饰碱基。 Ploy-A尾：真核mRNA 3?-末端的特殊结构，长度不等的多聚腺苷酸。）
mRNA功能：以DNA为模板，传递遗传信息；参与蛋白质表达的调控。 ※ tRNA：
①一级结构特点：
? 由70-90个核苷酸组成，分子量25Kd，沉降系数4S左右 ? 5?-端大多为pG，少数pC
? 3?-端为CpCpAOH，可以接受活化的Aa，称接受末端 ? 含有较多的稀有碱基
②二级结构特点：分子内部，部分碱基互补配对，使整个分子形成由“臂”和“环”组成的三叶草形结构：
? 氨基酸臂：通常7对碱基构成，富含G，包含两个末端，3?-末端的CCA未参与配对，
呈单链状态，可以接受活化的Aa ? 二氢尿嘧啶环(D环）：8-12个核苷酸构成，含2个二氢尿嘧啶，通过由3-4对碱基构成
的双螺旋区（二氢尿嘧啶臂）与其他部分相连。
? 反密码环：7个核苷酸构成，中部为反密码子，常含次黄嘌呤核苷酸，通过5对碱基构
成的反密码臂与tRNA其余部分相连。与mRNA结合
? 额外环：3-18个核苷酸构成，不同tRNA有很大差异，可以用于tRNA的分类
? T?C环： 7个核苷酸构成，几乎都包含T?C序列，通过5对碱基构成的T?C臂tRNA
其余部分相连，与核糖体中5s rRNA结合 ③三级结构特点：倒L型结构，反密码臂与D臂同一轴线，氨基酸臂与T?C臂在同一轴线。
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两轴线接近垂直：与核糖体的空穴互补；T?C序列参与和rRNA的结合。 tRNA的生物学功能：
? 携带Aa到核糖体参与蛋白质合成
? 参与核糖体大亚基与小亚基之间的装配
? 通过自身的反密码子识别mRNA上的密码子，决定Aa的参入顺序 ? 作为引物参与逆转录过程 ? 对蛋白质的表达有调控作用
※ rRNA：占RNA总量的80%；核糖体由40%的蛋白质和60%的rRNA构成；由很多臂环结构构成，碱基可与分子上相隔长距离的互补序列相互配对，高级结构复杂 真核生物的核糖体（80S）：
? 大亚基：60S，含28S、5.8S、5S三种rRNA ? 小亚基：40S，含18S rRNA
原核生物的核糖体（70S）
? 大亚基：50S，含23S、5S两种rRNA ? 小亚基：30S，含16S rRNA
rRNA功能：与蛋白质结合稳定核糖体构象；蛋白质合成的催化者 ※ 其他RNA：
①hnRNA：不均一分子量；真核生物mRNA的前体；包含内含子
②snRNA：小分子量RNA，58-300b；广泛分布在细胞核和细胞质，有些与蛋白质结合 snRNA功能包括：帮助hnRNA、rRNA前体剪切成熟的功能；控制细胞分裂和分化；协助胞内物质运输；构成染色质
③asRNA：反义RNA；通过互补序列与特定mRNA结合，抑制mRNA的翻译；应用于水果防腐烂，抗病毒，抗肿瘤
④有催化功能的RNA：有些RNA，具有酶活性，可以催化生物反应。RNA催化反应包括：rRNA的成熟、肽键形成.
核 酸（II）——理化性质和研究方法
核酸理化性质：
（一）一般理化性质： ? 两性解离，一般为酸性
? 微溶于水，不溶于一般有机溶剂 ? DNA溶液粘度极高，RNA则小得多
? 化学反应：D-核糖与浓盐酸-甲基间苯二酚（苔黑酚）共热产生绿色，RNA测定反应；D-脱氧核糖与酸和二苯胺一同共热分成蓝紫色，DNA测定反应。 （二）光吸收性质：
核酸在260nm处有强烈光吸收，可以通过OD260来定量分析核酸： 1OD= 50?g/ml双螺旋DNA， 40?g/ml单链DNA（RNA），或20?g/ml单核苷酸 OD260/OD280可以鉴别核酸的纯度，DNA为1.8，RNA为2.0 （三）核酸的变性与复性：
变性：核酸原有的碱基配对关系和高级构象被破坏，成为无规线团，对DNA而言也指双螺旋的无规则拆分
变性后核酸性质的改变：光吸收增加，增色效应；粘度下降；浮力密度提高；生物学功能减弱或缺失
变性的因素：破坏氢键的因素；妨碍碱基堆积的因素；增加磷酸基静电斥力的因素
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DNA热变性与Tm：
DNA的稀盐溶液加热到一定温度后，260nm的光吸收会骤然增加，增加幅度40%，表明DNA的热变性是一个突变过程。
熔解温度Tm：定义DNA热变性过程中，紫外光吸收增量到最大增量一半的温度为Tm 影响Tm的因素：
? 核酸均一性：均一性愈高，熔解过程的温度范围愈窄 ? G-C对含量： G-C对含量越高， Tm越高，在1?SSC溶液中，(G-C)%=(Tm-69.3) ?2.44。SSC溶液：0.15mol/L NaCl, 0.015mol/L柠檬酸钠 ? 溶液离子强度：离子强度越低， Tm越低
? 溶液pH：高pH容易变性， pH低于5.0则容易脱嘌呤 ? 变性剂：甲酰胺、尿素、甲醛
核酸的复性：变性核酸的高级构象在适当的条件下重新恢复的过程称核酸的复性，对DNA而言指双螺旋结构的恢复。
热变性的DNA的复性过程，需要缓慢的冷却过程，也称退火 核酸复性过程中光吸收下降，称减色效应 影响核酸复性的因素：
? 温度，复性温度不宜过低，一般以Tm-25?C为宜。 ? 核酸单链的浓度，一定范围内与浓度正相关 ? 核酸长度，分子量大的复性慢 ? 片段内重复序列多，易于复性
? 离子强度，一定的离子强度有利于核酸复性
分子杂交：在复性的过程中，不同来源的核酸片段，可能因具有互补片段而相互结合形成双链，称分子杂交。 核酸的水解：
（一）核酸的酸水解和碱水解：核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断 DNA和RNA对酸或碱的耐受程度有很大差别：
? 在0.1mol/L的NaOH溶液中，RNA几乎可以完全水解，生成2?-或3?-磷酸核苷；DNA在同样条件下则不受影响
? 这种水解性能上的差别，与RNA核糖基上2?-OH的邻基参与作用有很大的关系，在RNA水解时，2?-OH首先进攻磷酸基，在断开磷酯键的同时形成环状磷酸二酯，再在碱的作用形成水解产物
酸易水解N-糖苷键，嘌呤碱基比嘧啶碱基易被酸水解
? 脱氧核糖比核糖的糖苷键易水解，DNA的嘌呤碱在pH2以下即脱落而成无嘌呤酸 （二）核酸的酶水解： ①核酸酶的分类：
? 按底物专一性分：RNA酶(RNase)，DNA酶(DNase) ? 按作用方式分：核酸内切酶，核酸外切酶
? 按作用键分：分水解3?-磷酸酯键和5?-磷酸酯键的核酸酶产物分别是5?-磷酸核苷和3?-磷酸核苷
②常用的几种核酸内切酶：
? 牛胰核糖核酸酶(RNaseI)，水解嘧啶3?-磷酸和其他核苷酸5?-OH形成的酯键，产生3?-末端为3?-磷酸嘧啶核苷酸的核酸片段
? 核糖核酸酶T1，发现于米曲霉，水解3?-鸟苷酸与其他核苷酸5?-OH形成的酯键，产物为3?-鸟苷酸为末端的寡核苷酸
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