第二章 核酸化學(xué)（nucleic acid）
本章教學(xué)目的要求：
掌握核酸的種類(lèi)和化學(xué)組成，DNA的一級結構的特點(diǎn)、表示方法及二級結
構要點(diǎn)和穩定因素，RNA的二級結構，核酸的主要理化性質(zhì)，了解核酸的分布，DNA、RNA的三級結構，核酸分離純化的一般方法和理化特性的應用。為進(jìn)一步學(xué)習核酸代謝，遺傳信息的表達打好基礎。
重點(diǎn)、難點(diǎn)：
核酸的分子結構和主要性質(zhì)，DNA的雙螺旋結構模型和tRNA的“三葉草”結構。
第一節 核酸的種類(lèi)分布與化學(xué)組成
一、核酸化學(xué)的興起與發(fā)展
核酸（nucleic acid）是一種具有復雜結構的生物大分子化合物，存在于一切生物的細胞中，是一種重要的生命物質(zhì)，是細胞核的主要成分。
1869年，瑞士的Basel（巴塞爾）大學(xué)的生理化學(xué)家Miescher（米歇爾）用胃蛋白酶水解在外科繃帶上取得的化膿細胞，從細胞核分離出一種含磷的酸性物質(zhì)，他稱(chēng)之為“核素”（核質(zhì)）。即核酸和蛋白質(zhì)的復合體。此后，科學(xué)家們相繼在各種動(dòng)植物組織中找到了這類(lèi)核酸，并進(jìn)一步分離其中的蛋白質(zhì)，從而得到了核酸。以后開(kāi)始了化學(xué)成分的研究。
1885—1907年間，德國生理學(xué)家Kossel（柯塞爾）等對核酸化學(xué)組成進(jìn)行了初步研究，發(fā)現核酸水解產(chǎn)物中有四種堿基：腺嘌呤胸腺嘧啶 尿嘧啶 野靛堿。其學(xué)生Levene（勒溫尼）發(fā)現除了堿其外，還有核糖和磷酸，并于1929年發(fā)現還有一種失去一個(gè)氧原子的五碳糖——脫氧核糖。分別稱(chēng)為核糖核酸和脫氧核糖核酸。
1930年以后，Levene繼續研究了核酸的結構：一個(gè)核糖一方連著(zhù)堿基，另一方與磷酸成酯，形成一個(gè)核苷酸單元。
1944年—1951年，Avery等逐步證實(shí)了DNA是遺傳信息的攜帶者。
1953年，Watson ，Crick提出了DNA的雙螺旋結構模型，使生物化學(xué)進(jìn)入了分子水平時(shí)代。
1958年，Meselson和Stahl用同位素標記證明DNA的復制方式是半保留復制。
50年代以后，飛速發(fā)展，不僅分離出各種核酸，而且隨著(zhù)核酸測序（堿基序列）、人工合成所取得的成功，發(fā)展產(chǎn)生了遺傳工程（基因工程）等生物技術(shù)，將越來(lái)越廣泛地發(fā)揮作用。
目前，基因結構及基因表達和調節已成為現代生物化學(xué)和分子生物學(xué)研究中心。
1980年，生物學(xué)家、諾貝爾獎得主H.Dulbecco提出人類(lèi)基因組計劃，HGP，計劃弄清楚人的23對染色體，30億對堿基的排列順序。
1990年，美國決定用30億美元、15年時(shí)間完成HGP，中國于1999年加入并承擔1%測序任務(wù)（中科院遺傳研究中心北京中心楊煥明教授，3號染色體短臂，3000萬(wàn)bp，30Mb），現已基本完成。
后基因組時(shí)代：研究中心從揭示序列轉移到整體水平對基因組功能的研究。產(chǎn)生了：
功能基因組學(xué)：蛋白質(zhì)組學(xué)，細胞內基因表達的所有蛋白質(zhì)。
結構基因組學(xué)：RNA組學(xué)，研究細胞全部功能RNA的結構、作用。
遺傳圖：
以具有遺傳多態(tài)性的遺傳標記為路標,以遺傳學(xué)距離為圖距繪制的基因組圖。此處的遺傳多態(tài)性定義為在某個(gè)遺傳位點(diǎn)上具有一個(gè)以上的等位基因,且其在群體中出現的頻率均高于1%。而遺傳學(xué)距離則是指在減數分裂事件中,兩個(gè)位點(diǎn)之間進(jìn)行交換、重組的百分率,并規定1%的重組率為1ｃＭ。
物理圖：
以一段已知核苷酸序列的DNA片段為標記,以Mb或Kb作為圖距繪制的基因組圖。該DNA片段稱(chēng)序列標記位置(sequence tagged site，STS)。
物理圖的意義在于STS可把經(jīng)典遺傳學(xué)與細胞遺傳學(xué)的位點(diǎn)信息轉化為基因組位點(diǎn)的物理信息，基于STS位點(diǎn)信息的相連片段群又提供了研究區域的實(shí)驗材料，以這些片段的材料便可進(jìn)行該區域的基因組研究或在該區域尋找新基因。
轉錄圖：
把mRNA先分離、定位，再轉錄成cDNA，這就構成一張人類(lèi)基因的轉錄圖，cDNA片段又稱(chēng)表達序列標簽(exprossed sequence tag，EST)，因此轉錄圖也稱(chēng)為表達序列圖。
由于cDNA具有組織、生理與發(fā)育階段的特異性，因此EST除提供序列信息外，同時(shí)也提供了該基因表達的組織、生理狀況與發(fā)育階段的信息。
序列圖：
人類(lèi)基因組核苷酸序列圖即是分子水平的最高層次的、最詳盡的物理圖，由總長(cháng)度為1ｍ左右、約由31億核苷酸組成。當前人類(lèi)基因組全序列圖實(shí)際上是一個(gè)“代表性人類(lèi)個(gè)體”的序列圖，因為所有人類(lèi)基因個(gè)體的基因位點(diǎn)都是相同的,不同族種、不同個(gè)體的基因差異,以及“正常”與“致病”基因的差異,只是同一位點(diǎn)上的等位基因的差異。
二、核酸的種類(lèi)和分布
1、種類(lèi)
脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid,DNA）、核糖核酸（Ribonucleic Acid,RNA）｛信使RNAmRNA、轉移RNAtRNA、核糖體RNArRNA｝
2、分布
⑴DNA的分布
細胞生物：
原核細胞的DNA主要存在于擬核（類(lèi)核）、質(zhì)粒中。大腸桿菌中的環(huán)狀雙鏈DNA分子也叫染色體DNA。
真核細胞的DNA主要存在于細胞核的染色質(zhì)中，線(xiàn)粒體和葉綠體等少量細
胞器中亦有。
病毒生物：
部分病毒中分布有DNA。
⑵RNA的分布
90%的RNA存在于細胞質(zhì)中，少量分布于胞核中。
部分病毒中分布有RNA。
三、核酸的化學(xué)組成
DNA、RNA都是以核苷酸為基本單元的大分子。核苷酸單元又由五碳糖、磷酸、堿基三者結合而成。
磷酸
（一）五碳糖（戊糖，pentose）
DNA分子中的五碳糖為脫氧核糖，RNA分子中的五碳糖為核糖，這也正是把核酸分為RNA和DNA的根本依據。
結構有鏈式和環(huán)式兩種。
（二）堿基（base）
核酸中的堿基分為兩類(lèi)：嘌呤堿和嘧啶堿
DNA分子中的主要堿基有四種：腺嘌呤A、鳥(niǎo)嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧啶T
RNA分子中的主要堿基有四種：腺嘌呤A、鳥(niǎo)嘌呤G、胞嘧啶C、尿嘧啶U
嘌呤（Purine）
嘧啶（Pyrimidine）
稀有堿基：又叫微量堿基或修飾堿基，是主要堿基的衍生物。
如次黃嘌呤、1-甲基次黃嘌呤、二氫尿嘧啶、咖啡因（1，3，7—三甲基黃嘌呤）、茶堿（1，3—二甲基黃嘌呤）、N6—甲基腺嘌呤（m6A）、N6—異戊烯基腺嘌呤（i6A）、N7—甲基鳥(niǎo)嘌呤（m6A）。
（三）磷酸
O O O
‖ ‖ 解離 ‖
| | |
OH OH O－
磷 酸 磷 酰 基
（四）核苷（nucleoside）——戊糖與堿基結合物
1、核苷的形成
核苷由戊糖與堿基以“C—N”糖苷鍵結合而成。
核苷可以看成是嘌呤堿N9位或嘧啶堿N1位上的H原子被戊糖基C1位取代而成的化合物。
2、基本核苷的命名、符號
核苷名稱(chēng)由相應的堿基名和戊糖名加苷而產(chǎn)生，全名為“某堿基核苷”或“某堿基脫氧核苷”，并可簡(jiǎn)化為“某苷”或“脫氧某苷”。如腺苷、脫氧腺苷。
核苷符號依據相應堿基而來(lái)，對于脫氧核苷則在堿基代號前加“d”。
DNA、RNA分別有四種核苷
3、核酸中的稀有核苷（修飾核苷）
假尿苷ψ 胸苷T
縮寫(xiě)代號的表示方法:
（1）核苷的堿基上的H被其它基團取代的表示方法：
將堿基取代基、取代位置和取代基數目寫(xiě)在核苷單字代號（A、T、G、C、U）的左邊，用小寫(xiě)英文字母代表取代基（甲基m、甲硫基ms、異戊烯基I、乙?；?/span>ac、羥基o或h、羧基c、氨基n、硫基s）
如：m62A表示腺苷嘌呤環(huán)上的第6位有兩個(gè)甲基取代基，即N6，N6-二甲基腺苷，右上角的數字為取代基在核苷分子堿基環(huán)上的位置，由下角的數字為取代基的數目。
| 甲基m | 乙?；?/span>ac | 氨基n |
| 甲硫基ms | 羥基o或h | 硫基s |
| 異戊烯基i | 羧基c | |
（2）核苷的糖分子中—OH基的H被其它基團取代后的產(chǎn)物的表示方法
在其核苷單字代號的右邊加上代表取代基的小寫(xiě)字母代號，如：Am表示腺苷的第2位上OH基的H被甲基所取代。
（五）核苷酸（nucleotide）——核苷與磷酸結合物
核苷酸是形成核酸大分子的基本單元?？梢詫⒑塑账峥醋骱塑盏牧姿狨?。
核糖分子中除了C1位—OH成苷外，還有C2\C3和C5位三個(gè)自由羥基，可以分別生成相應位的核苷酸。
脫氧核糖分子中則還有C3和C5位兩個(gè)自由羥基，能分別生成相應位核苷酸。
1、核苷酸的名稱(chēng)
某苷—（酯化位）—磷酸 或 （酯化位）—某苷酸
如：腺苷-磷酸 或 5′—腺苷酸
2、核苷酸的代號
一般以核苷號加“MP”形成 ，如5′—AMP。常見(jiàn)核苷酸多為5′—核苷酸，通常不寫(xiě)出酯化位置（5′略去）。如5—AMP寫(xiě)成AMP。
DNA和RNA分別有四種基本核苷酸。
四、細胞內的其他核苷酸及核苷酸衍生物
1、多磷酸核苷酸
常見(jiàn)的核苷酸為一磷酸單核苷酸，如5′—AMP。一磷酸核苷酸可與一分子磷酸結合成二磷酸核苷酸，如ADP；二磷酸核苷酸再與一分子磷酸結合成三磷酸核苷酸，如ATP。ADP ATP即為多磷酸核苷酸。
重要生理功能：
①參與能量代謝。ATP是能量通貨；
②各種三磷酸核苷酸參與DNA、RAN的生物合成（作原料）；
③參與其它合成。如UTP參加糖轉化、合成，CTP參與嘌呤、蛋白質(zhì)的合成；
④作輔酶的結構成分。如NAD+、NADP+。
2、環(huán)化核苷酸
1950年Earl Sutherland（薩瑟蘭德）在激素研究中偶爾發(fā)現腺苷3′，5′—一磷酸，即cAMP充當了激素第二信使的作用，并放大了激素信號。
另外 cGMP，有人認為它與cAMP的作用相拮抗。
cAMP cGMP
3、其他核苷酸
主要起調節作用，如：
ppGpp：鳥(niǎo)苷—5′—二磷酸—3′—二磷酸
pppGpp：鳥(niǎo)苷—5′—三磷酸—3′—二磷酸
A5′pppp5″A（Ap
認為是體內的調節因子，因為蛋白質(zhì)合成的第一步即氨基酸活化時(shí)形成，能代替ATP使氨基酸活化，使氨基酸連接到tRNA上去。在哺乳動(dòng)物中與細胞生長(cháng)速度之間有明顯的聯(lián)系，很可能是一種起促進(jìn)作用的信號分子。
核酸在生命過(guò)程中起著(zhù)攜帶和傳遞遺傳信息的重要作用，但只有4種主要的核苷酸，如何完成這一任務(wù)呢？這與核酸的結構有關(guān)，即核苷酸的測序和空間結構。
第二節 DNA的分子結構
一、DNA的一級結構
（一）核苷酸之間的連接方式
一個(gè)核苷酸的3′—羥基和相鄰一個(gè)核苷酸的5′—磷酸基團以酯鍵相連。把該鍵稱(chēng)為3′，5′—磷酸二酯鍵。
明確以下幾點(diǎn)：
1、DNA、RNA各自的基本單元之間的連接都是如此，形成線(xiàn)形多核苷酸鏈；
2、無(wú)論核苷酸鏈有多長(cháng)，總有兩端：5′—端和3′—端；
5′—端：該末端的脫氧核苷酸5′位上的磷酸基團不再與另一個(gè)脫氧核苷酸相連。
3′—端：該末端的脫氧核苷酸3′位上是羥基，不再連接另一個(gè)脫氧核苷酸。
3、對DNA分子而言，其鏈上只有四種基本核苷酸。
（二）DNA的一級結構
1、DNA的一級結構及表示方法
DNA的一級結構是指DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序，也叫序列。
①各種DNA分子具有各不相同的核苷酸序列，即不同的一級結構。
②事實(shí)上，所有核酸鏈上的戊糖與磷酸是按一定規則交替重復的；無(wú)一定規則的是各種核酸鏈上的側面堿基順序。所以，分析核苷酸序列也即分析堿基序列，是分子生物學(xué)上的一個(gè)重要課題，并已取得了突破性進(jìn)展。關(guān)于測序方法、原理參考：Stryer，L.生物化學(xué)，唐有祺等譯，北京大學(xué)出版社，1990，459-461。
③關(guān)于核酸一級結構的表示
簡(jiǎn)化表示法：豎線(xiàn)表示戊糖碳鏈，原子編號自上而下，C1連著(zhù)堿基，A、T、G、C表示DNA中的四種堿基，P代表磷酸殘基，磷酸二酯鍵自豎線(xiàn)中部引出（C3）對角至相鄰豎線(xiàn)下段（C5），對角線(xiàn)中間為P，如：
DNA RNA
縮寫(xiě)式：根據簡(jiǎn)化式從左至右按序寫(xiě)出堿基符號（代表核苷），以P代表磷酸基，P寫(xiě)在堿基符號左邊時(shí)表示P結合在C5位上，堿基符號右邊的P表示與C3結合。如：
…PAPCPGPT
或 …PA—C—G—T
或 …PACGT
或 …PACGTOH
2、DNA的堿基組成規律-------Chargaff規則
1950年，Erwin Chargff（查爾加夫）用紙層析法分析多種生物DNA分子的組成成分，發(fā)現所有物種內的DNA的A與T，G與C之比值都接近1.0。他對DNA雙螺旋結構模型的提出提供了重要依據。要點(diǎn)如下：
⑴堿基當量定律 同一種生物的不同組織或器官的DNA的堿基組成相同，并且，A與T的mol數相等，即A=T；A與C的mol數相等，即G=C，從而，A＋G=C＋T。
⑵不對稱(chēng)比率 不同種生物的DNA堿基組成存在差異。
3、真核生物和原核生物DNA的區別
⑴真核生物：DNA和組蛋白結合；
原核生物：沒(méi)有組蛋白。
⑵真核生物：主要分布在細胞核中；
原核生物：分布在擬核。
二、DNA的二級結構
1953年，Jamse.Wstson和Francis.Crick在前人研究的基礎上，推導出DNA的雙螺旋結構模型及DNA復制機制。
1、雙螺旋模型要點(diǎn)
①兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸向右盤(pán)旋形成右手雙螺旋；
②雙螺旋的骨架是由磷酸和脫氧核糖組成，位于外側，堿基位于螺旋內側，配對平行，與軸垂直；
③雙螺旋平均直徑為20Å，螺距為34Å，螺旋一周包含10個(gè)堿基對，相鄰堿基距離為3.4Å，之間旋轉角度為36º；
④雙螺旋結構上有兩條螺形凹槽，大溝和小溝，對于DNA與PRO結合時(shí)的相互識別很重要，利于遺傳信息的傳遞與表達。
⑤堿基按互補配對原則進(jìn)行配對，A與T配對，之間形成兩個(gè)氫鍵，C與G配對，之間形成三個(gè)氫鍵。
互補配對原則的重要性：
A：當一條多核苷酸鏈的序列被確定以后，即可推知另一條互補鏈的序列；
B：是遺傳信息傳遞的分子基礎，DNA的復制、轉錄、逆轉錄和翻譯都以堿基互補原則為基礎進(jìn)行。
2、穩定DNA雙螺旋結構的力
有利的：
（1）堿基堆積力：主要作用力，包括堿基之間的范德華力和堿基疏水作用。堿基堆積后，在雙螺旋結構內部形成一個(gè)強大的疏水區，產(chǎn)生疏水作用。
（2）堿基對之間的氫鍵： 基本作用力
（3）離子鍵
不利的：
（1）靜電斥力：磷酸基團之間；
（2）堿基分子內能。
平衡的結果。
3、生物學(xué)意義
第一次描述了DNA分子的結構，提出了遺傳信息的儲存方式以及DNA的復制機理，對DNA復制、基因遺傳、RNA翻譯、基因表達、調控等方面的研究都奠定了基礎，揭開(kāi)了分子生物學(xué)研究的序幕，為分子遺傳學(xué)的研究奠定了基礎。
見(jiàn)圖
（二）DNA二級結構的多態(tài)性
指在不同提取條件下得到的同種DNA分子的二級結構亦不一定相同。
1、B-DNA：即DNA雙螺旋結構模型，在92%相對濕度下對生理鹽液抽出的DAN纖維的X-射線(xiàn)衍射圖為依據。
2、A-DNA：75%相對濕度，以Na＋、K＋、、Cs作反離子。
3、C-DNA：66%相對濕度，以Li＋作反離子。
A、B、C—DNA均為右手雙螺旋，只是大溝，小溝深淺，寬窄不一，堿基角度，螺距等不同。
4、Z-DNA
1979年底，A.Rich等對人工合成的DNA片段制成晶體，經(jīng)X射線(xiàn)衍射得到一種左手雙螺旋，磷酸根和核糖的骨架呈現連寫(xiě)的Z字形，呈鋸齒狀，如“之”字而得名。它只有一個(gè)小溝。
在某些天然DNA中已發(fā)現了Z—DNA片段，并執行某種細胞功能，但不十分清楚，可能與基因調控有關(guān)。
B—DNA和Z—DNA之間可以相互轉化。
并非所有DNA都呈雙螺旋結構，如噬菌體DNA，單鏈。
DNA三股螺旋簡(jiǎn)介
⑴在DNA雙螺旋基礎上形成。通常僅是一段三鏈區，而不是整個(gè)分子成三鏈。
⑵按來(lái)源分為：分子間三股螺旋（插入），分子內三股螺旋（雙鏈之一回折）
⑶三鏈區的堿基配對：C≡G=C、C≡G=G、T=A=T、T=A=A。見(jiàn)圖
應用意義及前景：利用插入第三鏈片段達到攜帶切割劑，從而定點(diǎn)剪切的目的；插入“第三股”達到破壞病毒等目的，都是阻止遺傳信息的表達。
6、四鏈DNA
基本結構單元是鳥(niǎo)嘌呤四聯(lián)體在不同鹽濃度和濕度下形成不同的構象。
可能在穩定染色體結構以及復制中保持DNA的完整性等方面起作用。
三、DNA的三級結構-----------超螺旋結構
1、雙鏈DNA在二級結構基礎上進(jìn)一步扭曲折疊形成三級結構。
2、環(huán)形雙鏈DNA分子可以進(jìn)一步扭曲成超螺旋結構，首尾可共價(jià)連接成環(huán)狀，分為負超螺旋（“－”自下而上向左旋 ） 正超螺旋（“＋”自下而上向右旋），大多數天然存在的DNA分子都是負超螺旋。
3、超螺旋的作用：
（１）可以影響DNA雙鏈的解螺旋。
當DNA雙鏈螺旋與超螺旋方向相反時(shí)，促使雙鏈解螺旋。如在DNA復制和RNA轉錄中。
（２）結構上使DNA有更緊密的形狀，在組裝中具重要作用。
比伸展的DNA分子更緊密，體積小。如：DNA長(cháng)度為0.1----3100mm，而細胞大小只有1---10μm（原核）10---100μm（真核）。
見(jiàn)圖
第三節 RNA的分子結構
一、RNA的一級結構
RNA的一級結構是指各核糖核苷酸在多核苷酸鏈上的連接順序。
區別于DNA的是單核苷酸的種類(lèi)不同。
二、RNA的空間結構
一般RNA的二級結構
RNA單鏈在空間結構上，沒(méi)有DNA雙鏈分子的規則的螺旋結構。但是，分析發(fā)現，許多RNA單鏈可以在許多區域發(fā)生單鏈自身的回折，同一鏈上的堿基配對，從而產(chǎn)生部分雙螺旋結構和各種有一定代表性的空間構象。
在RNA雙螺旋區域，堿基配對原則是：A-Ｕ，G-C之間形成氫鍵，不能配對的堿基所在區域則呈環(huán)狀突起。
見(jiàn)圖，tRNA的二級結構及三級結構
1、RNA分子具有統一的二級結構設計
1965年Holley（霍利）測出第一個(gè)tRNA分子的堿基順序------酵母丙氨酸tRNA的順序。 三葉草形，約50%的堿基能配對。
共同特征如下：
⑴單鏈，含有74—93個(gè)核苷酸；
⑵含有較多稀有堿基（7—15）。它們是A、U、G、C的甲基、二甲基衍生物。如次黃嘌呤、一甲基次黃嘌呤、二氫尿嘧啶；
⑶5′端有磷酸殘基，多為PG；
⑷3′端順序為CCA—OH。在蛋白質(zhì)合成中，tRNA轉運氨基酸時(shí)就將活化氨基酸接在3′—OH上；
⑸一條多核苷酸鏈自身回折遇到能配對的堿基形成螺旋區（臂或莖）；不能配對的地方形成突環(huán)區（環(huán)），形成四環(huán)四臂結構
呈三葉草形：
①氨基酸臂（接受莖）：七對堿基，末端為—CCA，能接受活化的氨基酸；
②二氫尿嘧啶環(huán)（DHU環(huán)或D環(huán)）：8—12個(gè)核苷酸，因具兩個(gè)二氫尿嘧啶而得名。與分類(lèi)有關(guān)，通過(guò)二氫尿嘧啶臂（D莖）與其它相連；
③反密碼環(huán)：7個(gè)核苷酸，中部為反密碼子，與mRNA密碼子配對。通過(guò)反密碼莖與其它相連；
④額外環(huán)：3—18個(gè)核苷酸，是tRNA分類(lèi)的依據。
⑤TψC環(huán) ：7個(gè)核苷酸，可能與在核糖體處落下有關(guān)。通過(guò)TψC臂與其它相連。
2、tRNA的三級結構
在20世紀70年代中期，以Rich等率先對tRNA晶體結構進(jìn)行X-光衍射研究。
呈倒“L”形，3—CCA—ＯＨ末端位于L的短線(xiàn)一端，反密碼環(huán)位于L的長(cháng)線(xiàn)一端，DHU和TψC環(huán)形成L的轉角。
作用力：
（１）氫鍵和堿基的上下堆積，以及疏水性等使得倒“L”結構穩定存在。
（２）除了堿基對的氫鍵外，還有非尋常的氫鍵：不互補的堿基間G—G、A—A、A—C等的氫鍵；核糖磷酸骨架與堿基骨架之間的氫鍵。
見(jiàn)圖
（三）mRNA的結構特征
mRNA一般呈單鏈，分子大小不一?？梢宰陨砘卣鄢梢话?/span>RNA的二級結構，如發(fā)夾式。
據研究，真核mRNA是在細胞核及線(xiàn)粒體中產(chǎn)生，然后進(jìn)入細胞質(zhì)和核糖體的。
由于mRNA在代謝上較不穩定，故分離和測定方法上存在一些問(wèn)題，用不同方法測得的大小各異。
真核生物細胞中mRNA的特征結構：
1、3′—PolyA尾：在3′端有一段約20—200個(gè)腺苷酸組成的多聚腺苷酸。它能提高mRNA的穩定性。使之順利進(jìn)入細胞質(zhì)，并轉移到核糖體。
2、5′—帽子結構：7—甲基鳥(niǎo)苷（m
3、原核細胞和真核細胞mRNA在結構上的不同：
原核細胞 真核細胞
順?lè )醋佣嗌?/span> 多，可編碼多條肽鏈 單順?lè )醋?/span>
帽子結構 沒(méi)有 有
3′—PolyA 沒(méi)有 有
（四）rRNA的結構
存在于核糖體中，占其重量的2/3，與蛋白質(zhì)結合。
單鏈，有螺旋區，發(fā)夾形結構，構象不穩定。
核糖體由大小兩個(gè)亞基組成，均含有rRNA。原核生物：30S（16srRNA）、50S（５s、23srRNA）；真核生物:40S（18srRNA）、60S（5s、5.8s、28srRNA）、。
主要功能：是形成核糖體，作為蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。
現已發(fā)現：某些rRNA具有酶的功能，叫做核酶。
(五)核內小分子RNA（snRNA）
只存在于真核生物細胞中，只有100—200個(gè)核苷酸。
能與一些特殊的蛋白質(zhì)形成穩定的復合物（核內小分子核糖蛋白體snRNP），在真核生物基因轉錄產(chǎn)物（核內不均一RNA、hnRNA）加工為成熟mRNA中起重要作用。
第四節 核酸的理化性質(zhì)與分離提純和應用
一、一般性質(zhì)
（一） 一般物理性質(zhì)
| 核酸 性質(zhì) | DNA | RNA | |
| 純品物理狀 | 白色粉末 | 白色纖維狀 | |
| 溶液粘度 | 小 | 大 | |
| 分子大小 | 大 1.6×106D—— 2.2×107D | 小 tRNA 25000—30000D mRNA 0.5×106D rRNA 0.6—1.8×106D | |
| 溶 解 性 | 水溶性 | 微溶 | 微溶 |
| 鹽溶性 | 易溶 | 易溶 | |
| 有機溶劑 | 不溶（75%C2H5OH↓） | 不溶（50%C2H5OH↓） | |
（二）兩性性質(zhì)
由于核酸，核苷酸中含有堿基和磷酸基，而呈兩性電離，是兩性電解質(zhì)。磷酸基比堿基更易解離，故核酸表現為酸性。
（三）核酸的水解
在一定條件下，磷酸二酯鍵、糖苷鍵被破壞，核酸可水解成核苷酸，核苷，堿基，戊糖，磷酸等各種成分。
1、堿水解：室溫，稀堿下，RNA可水解為核苷酸；DNA不能水解。
2、酸水解：稀酸長(cháng)時(shí)間或高溫或強酸處理核酸，可促使核酸發(fā)生糖苷鍵、二酯鍵水解。
3、酶水解：核酸酶、核苷酸酶等，詳細見(jiàn)“核酸代謝”。
（四）沉降特性
由于溶液中的核酸在離心場(chǎng)中可下沉，因而可用超離心法純化核酸，沉降速度有差異：RNA>環(huán)形DNA>線(xiàn)形DAN>PRO或將不同構象的核酸分離，也可測沉降系數和分子量。
RNA：蔗糖梯度超離心
DNA：氯化銫梯度超離心
（五）粘度
DNA粘度比RNA大。當受熱或其他因素，由螺旋變?yōu)闊o(wú)規則時(shí)，粘度下降，可作變性指標。
二、核酸的紫外吸收性質(zhì)
由于核酸分子中具有的共軛雙鍵體系（單雙鍵交替的鍵），而導致核酸具紫外吸收特性，對240nm—290nm的紫外線(xiàn)有強烈吸收峰，最大吸收峰在260nm。
DNA的減色效應：在核酸的紫外吸收特征上，對于DNA而言，DNA分子的紫外吸光率小于形成該DNA分子的各單核苷酸的吸光率之和。這種現象叫減色效應。
DNA的增色效應：如DNA雙螺旋結構發(fā)生解螺旋（如高溫），使分子中堿基堆積程度下降，從而發(fā)生紫外吸光率增加。這種現象叫增色效應。
利用紫外吸收特性可以分析核酸的變性和復性等。用紫外分光光度計測定含量，鑒定純度，在分光光度計上讀出A260、A280（光密度值D）
A260/A280可判斷樣品的純度，純DNA>1.8、純RNA>2.0。
三、核酸的變性與復性 分子雜交
（一）核酸的變性
1、核酸的變性的概念
指核酸的雙螺旋區的氫鍵斷裂，變成單鏈，并不涉及共價(jià)鍵的斷裂，分子量不變，一級結構不發(fā)生變化。
2、變性因素：加熱、酸堿度改變、有機溶劑、酰胺、尿素等。
3、變性表現：增色效應；雙螺旋解體，形成無(wú)規則線(xiàn)團，粘度下降，浮力密度升高；部分或全部失去生物活性。
見(jiàn)圖
4、解鏈溫度Tm
通常把DNA的變性達到50%，即增色效應達到一半時(shí)的溫度稱(chēng)為該DNA的解鏈溫度。
DNA的熱變性一般在較窄的溫度范圍內發(fā)生，就像固體結晶物質(zhì)在熔點(diǎn)突然熔化的情形一樣，所以常將熱變性稱(chēng)為“溶解”；而將熱變性溫度稱(chēng)為“熔點(diǎn)”或“解鏈溫度”，以Tm表示，或以T1/2表示，意為DNA失去一半雙螺旋時(shí)的溫度。DNA的Tm值在82—
核酸分子中一般以GC堿基對較AT堿基對穩定，故富含GC堿基對的DNA的Tm值相對高，因此測定Tm值可以粗略推算堿基對的含量。
見(jiàn)圖
（二）DNA的復性
變性DNA在適當條件下，又可使兩條彼此分開(kāi)的鏈重新締合成為雙螺旋，這個(gè)過(guò)程叫DNA的復性。
復性表現：許多理化性質(zhì)可恢復，生物活性得以部分恢復。但是條件較復雜：
1、熱變性的DNA驟然冷卻不可能復性，緩慢冷卻時(shí)可復性。（退火：通常將因溫度升高引起DNA變性，而后變性DNA隨降溫而復性的過(guò)程）
2、DNA大小。DNA片段越大，復性越慢。 因為太大片段在介質(zhì)中由于擴散的問(wèn)題， 尋找互補鏈機會(huì )大大減少，往往不能準確和快速的重新結合。
3、DNA濃度。DNA濃度越大，復性越快。因為兩條互補鏈彼此相遇的可能性越大， 復性速度會(huì )越快。
4、離子強度。增加鹽濃度，兩條互補鏈重新結合的速度加快，因為鹽能中和兩條單鏈中的磷酸基團的負電荷，減少負電荷的互補單鏈的相互排斥。
見(jiàn)圖
（三）分子雜交(hybridization)
兩條來(lái)源不同但有核苷酸互補關(guān)系的DNA單鏈分子，或DNA單鏈分子與RNA分子，在去掉變性條件后互補的區段能夠退火復性形成雙鏈DNA分子和DNA/RNA異質(zhì)分子。
基本原理就是應用核酸分子的變性和復性的性質(zhì),使來(lái)源不同的DNA(或RNA)片段,按堿基互補關(guān)系形成雜交雙鏈分子(heteroduplex)。雜交雙鏈可以在DNA與DNA鏈之間,也可在RNA與DNA鏈之間形成。
雜交的本質(zhì)就是在一定條件下使互補核酸鏈實(shí)現復性(加熱或堿處理)使雙螺旋解開(kāi)成為單鏈,因此,變性技術(shù)也是核酸雜交的一個(gè)環(huán)節。
應用：鑒定核酸分子之間的同源性，在分子生物學(xué)，分子遺傳學(xué)中應用廣泛。
若雜交的目的是識別靶DNA中的特異核苷酸序列,這需要牽涉到另一項核酸操作的基本技術(shù)─探針(probe)的制備。
“探針”（Probe）新技術(shù)：探針是指帶有某些標記物(如放射性同位素32P,熒光物質(zhì)異硫氰酸熒光素等)的特異性核酸序列片段。
若我們設法使一個(gè)核酸序列帶上32P,那么它與靶序列互補形成的雜交雙鏈,就會(huì )帶有放射性。以適當方法接受來(lái)自雜交鏈的放射信號,即可對靶序列DNA的存在及其分子大小加以鑒別。在現代分子生物學(xué)實(shí)驗中,探針的制備和使用是與分子雜交相輔相成的技術(shù)手段。核酸分子雜交作為一項基本技術(shù),已應用于核酸結構與功能研究的各個(gè)方面。在醫學(xué)上,目前已用于多種遺傳性疾病的基因診斷(gene diagnosis),惡性腫瘤的基因分析,傳染病病原體的檢測等領(lǐng)域中,其成果大大促進(jìn)了現代醫學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展。
將另需待測DNA經(jīng)變性后，與探針一起保溫，發(fā)生雜交，如能雜和成雙鏈，則二者有同源性，堿基互補。應用遺傳病診斷。
四、核酸的分離提純
自學(xué)，關(guān)于核酸分離，純化的方法不只一種，而且專(zhuān)業(yè)性較強，
并因提取材料各異，詳細請參考實(shí)驗指導書(shū)。
第五節 核蛋白
核酸與蛋白質(zhì)結合成為核酸-----蛋白質(zhì)復合物，稱(chēng)為核蛋白。
一、核糖體
又叫核糖核蛋白體，核蛋白體，由蛋白質(zhì)和rRNA組成。
二、病毒
是細胞內寄生物，雖有蛋白質(zhì)和核酸，但是不具備生活細胞所必需的能量生成代謝和蛋白質(zhì)合成功能，本身不能繁殖，能引起多種疾病。只含有一種核酸（DNA或RNA）。
三、核小體
由真核細胞的DNA與組蛋白結合成的核蛋白。
組蛋白是堿性蛋白，富含Arg 和Lys，約1/4。分為五類(lèi)：H1、H2a、H2b、H3、H4
一系列的核小體重復單位組成染色質(zhì)絲，染色質(zhì)折疊成染色體。
核小體由H2a、H2b、H3、H4各兩分子組成的八聚體和DNA的160—240個(gè)堿基對構成。140個(gè)DNA堿基對繞組蛋白八聚體外圍盤(pán)繞1.75圈，剩余DNA連接在相鄰核小體核心之間，組蛋白H1結合其上，看起來(lái)似一串珠子。
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