第二章核酸化學2013年5月23日1本章主要內(nèi)容

核酸的種類核酸的分子組成（核苷酸、磷酸、戊糖、堿基）

DNA和RNA分子組成的異同

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)三類RNA的結(jié)構(gòu)特點及功能核酸的理化性質(zhì)2

核酸的發(fā)現(xiàn)：

1868，瑞士外科醫(yī)生FridrichMiescher從膿細胞的核中分離，稱核酸；

1939~1952，研究核酸的功能

OswaldAvery研究小組發(fā)現(xiàn)：

第一節(jié)核酸的一般概述+非致病性肺炎球菌致病性肺炎球菌的DNA非致病性肺炎球菌均有致病性3證實DNA為遺傳信息攜帶者的相關實驗45核酸的種類：

DNA（脫氧核糖核酸）

RNA（核糖核酸）

核酸的分布：

DNA：細胞核，線粒體

RNA：細胞核，細胞質(zhì)

核酸的功能：

DNA：遺傳信息的貯存

RNA：遺傳信息的表達6第二節(jié)核酸的分子組成一、元素組成

C

HONP(9-10%)二、核酸的基本結(jié)構(gòu)單位---核苷酸（一）核酸的水解產(chǎn)物核酸核苷酸磷酸核苷DNARNA戊糖（核糖、脫氧核糖）堿基（嘌呤、嘧啶）78（二）核苷酸中的堿基成分嘌呤(purine)：腺嘌呤（adenine,A）鳥嘌呤（guanine,G）嘧啶(pyrimidine)：胞嘧啶（cytosine,C）胸腺嘧啶（thymine,T）(DNA)

尿嘧啶（uracil,U）(RNA)嘌呤和嘧啶環(huán)中含共軛雙鍵，A260定量稀有堿基：黃嘌呤（X）次黃嘌呤（I）

5-甲基胞嘧啶（m5C）雙氫尿嘧啶（DHU）9嘌呤嘧啶10（三）戊糖與核苷OOHHHOHHOHHOCH2H1’2’3’4’5’核糖OOHHHHHOHHOCH2H1’2’3’4’5’脫氧核糖OHHOHHOHHOCH2H堿基OHHHHOHHOCH2H堿基核苷脫氧核苷糖苷鍵糖苷鍵11（四）核苷酸OHHOHHOHOCH2H堿基POHHHHOHOCH2H堿基P5’-核苷酸5’-脫氧核苷酸核苷一磷酸NMP核苷二磷酸NDP核苷三磷酸NTP脫氧核苷一磷酸dNMP脫氧核苷二磷酸dNDP脫氧核苷三磷酸dNTP酯鍵酯鍵12堿基核苷5’核苷酸AGCU腺苷鳥苷胞苷尿苷腺苷酸（AMP）鳥苷酸（GMP）胞苷酸（CMP）尿苷酸（UMP）RNA堿基核苷5’脫氧核苷酸AGCT脫氧腺苷脫氧鳥苷脫氧胞苷胸苷脫氧腺苷酸（dAMP）脫氧鳥苷酸（dGMP）脫氧胞苷酸（dCMP）胸苷酸（dTMP）DNA核苷酸的命名13核苷酸名稱中的縮寫符號脫氧堿基磷酸基數(shù)目磷酸dAMPGDTTCUN14三、體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物（一）多磷酸核苷酸

NDPNTP(A，G,C,U)dNDPdNTP(A，G,C,T)功能能量物質(zhì)ATPGTPCTPUTP

合成核酸的原料NTPdNTPHCH2NH2OHHHOHXHO-P-O-P-O-P-O-OHOHOHOOO15（二）環(huán)化核苷酸3’，5’-環(huán)化腺苷酸cAMP3’，5’-環(huán)化鳥苷酸cGMP第二信使3’5’-環(huán)化腺苷酸3’5’-環(huán)化鳥苷酸16第三節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)一、核酸的一級結(jié)構(gòu)：

DNA或RNA中核苷酸的排列順序核苷酸的連接方式

3’，5’磷酸二酯鍵書寫方式

OHHHHOCH2H堿基1POOHHHHOCH2H堿基2POOHHHHOHCH2H堿基3PO5’3’PAPGPCPTPAPT5’OH3’5’pApG

pC

pTpApT3’5’AGCTAT3’(1)(3)(2)(4)AGCTAT17二、DNA的分子結(jié)構(gòu)（一）DNA的堿基組成AGCT特點（Chargaff法則）

1、所有DNA分子中，[A]=[T]，[G]=[C][A]/[T]=[G]/[C][A]+[G]=[T]+[C]2、DNA的堿基組成具有種屬特異性

不同種屬生物的DNA其堿基組成不同3、DNA的堿基組成無組織或器官特異性同一生物體的各種不同器官或組織DNA的堿基組成基本相同4、生物體內(nèi)的堿基組成一般不受年齡、生長狀況、營養(yǎng)狀況和環(huán)境等條件的影響18（二）DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA中脫氧核糖核苷酸的排列順序

DNA分子的一級結(jié)構(gòu)儲存了大量的遺傳信息人類基因組計劃：測定人的所有DNA分子的一級結(jié)構(gòu)

1991年啟動

1994年我國加入（3號染色體，1%）

2000年6月草圖

2003年精細圖

191953年，JamesWatson&FrancisCrick特點：

1、互補雙鏈，反向平行；

2、磷酸、戊糖為骨架，堿基向內(nèi)；

3、AT,GC；

4、每個堿基對處于同一平面，堿基平面垂直于中心軸；

5、右手螺旋，10bp/螺旋，直徑2nm，螺距3.4nm；

6、大溝、小溝三、DNA的空間結(jié)構(gòu)1、DNA的二級結(jié)構(gòu)—雙螺旋結(jié)構(gòu)B20JamesWatsonFrancisCrick21DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)22堿基配對及氫鍵形成23

2、DNA的三級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋進一步盤曲所形成的更加復雜的結(jié)構(gòu)

線粒體DNA

細菌質(zhì)粒DNA

病毒DNA超螺旋環(huán)形雙螺旋超螺旋24

核心顆粒：2(H2A·H2B

·

H3

·

H4

)；DNA(146bp)

真核生物核小體結(jié)構(gòu)H1核心顆粒H1核心顆粒H1核心顆粒25染色質(zhì)纖維26三、RNA的分子結(jié)構(gòu)（一）RNA的種類核蛋白體RNAribosomalRNA(rRNA)>80%信使RNAmessengerRNA(mRNA)1%~5%轉(zhuǎn)運RNAtransferRNA(tRNA)~15%（二）RNA的一級結(jié)構(gòu)RNA分子中核糖核苷酸的排列順序

核糖核苷酸的種類：AMP、GMP、CMP、UMP

連接方式：3’，5’磷酸二酯鍵27

RNA的結(jié)構(gòu)特點：基本組成單位：AMP、

GMP、CMP、UMP（NMP）

核糖核苷酸按一定順序相連（3’，5’-磷酸二酯鍵）主要為單鏈，但局部區(qū)域可因堿基互補而形成雙鏈結(jié)構(gòu)（三）三種RNA的分子結(jié)構(gòu)與功能281、mRNA的結(jié)構(gòu)與功能：前體：不均一核RNA

（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)5’帽：m7Gppp（7-甲基鳥嘌呤核苷三磷酸）3’尾：polyA編碼區(qū)、非編碼區(qū)m7Gppp-AAAA…..A5’3’5’非編碼區(qū)3’非編碼區(qū)編碼區(qū)

功能：合成蛋白質(zhì)的模板（密碼子）

結(jié)構(gòu)特點：292、tRNA的結(jié)構(gòu)與功能：

結(jié)構(gòu)特點：

1、含10~20%的稀有堿基（DHU，假尿苷，mG、mA）；

2、二級結(jié)構(gòu)為三葉草形；

3、三級結(jié)構(gòu)為倒“L”形；

4、3’端為CCA-OH結(jié)構(gòu)，與氨基酸相連

功能：轉(zhuǎn)運氨基酸至蛋白質(zhì)合成場所CCADHU環(huán)TC環(huán)反密碼環(huán)5’額外環(huán)30三葉草型結(jié)構(gòu)特點（1）氨基酸臂：由7個堿基對組成，含G較多，3’-CCA-OH

連接氨基酸；（2）雙氫尿嘧啶環(huán)（DHU環(huán)）：由8~11個核苷酸組成；含

DHU；（3）反密碼環(huán)：由7個核苷酸組成，中間3個相鄰的核苷酸組成反密碼子，與mRNA上密碼子配對；（4）額外環(huán)（可變環(huán)）：由3~18個核苷酸組成，不同的

tRNA此環(huán)大小不等，是tRNA的分類標志；（5）TC環(huán)：由7個核苷酸組成，含胸苷、假尿苷、胞苷31氨基酸臂TC環(huán)反密碼環(huán)額外環(huán)DHU環(huán)323、rRNA的結(jié)構(gòu)與功能：21種原核真核小亞基rRNA蛋白質(zhì)rRNA蛋白質(zhì)大亞基16S18S33種5S，23S5S，5.8S，28S49種34種大小30S40S大小50S60S核蛋白體大小70S80SrRNA+蛋白質(zhì)核蛋白體（核糖體）核蛋白體的組成

核蛋白體的功能：蛋白質(zhì)合成的場所33（四）其它小分子RNA小核RNA(snRNA)

小核仁RNA(snoRNA)

小胞質(zhì)RNA(scRNA)功能：參與hnRNA和rRNA的轉(zhuǎn)運和加工（五）核酶(ribozyme)某些RNA分子具有自我催化能力，可以完成

rRNA的剪接，稱核酶1982，T.R.Cech，四膜蟲rRNA加工34第四節(jié)核酸的理化性質(zhì)和應用一、核酸的酸堿性質(zhì)核酸通常顯酸性，在中性或偏堿性條件下帶負電荷電泳：由負極向正極泳動沉淀：鹽溶液中金屬離子中和負電荷二、核酸的高分子性質(zhì)粘度大核酸發(fā)生變性或水解時，粘度變小不同種類的核酸分子其分子量不同，形狀不同

分離：電泳、凝膠過濾、超速離心35三、核酸的紫外吸收

核酸分子中的堿基都有共軛雙鍵，具有紫外吸收性質(zhì)吸收峰在260nm,可用于核酸的定量四、DNA的變性在某些理化因素作用下，DNA分子互補堿基對之間氫鍵斷裂，DNA雙螺旋打開，變?yōu)閱捂?。概念因素加熱、酸、堿、有機溶劑理化性質(zhì)改變

高色效應（A260增加