生物化學(xué)核酸化學(xué)核酸結(jié)構(gòu)和功能

1、核核 酸酸(nucleic acid) 是由核苷酸組成的生物大分子，是由核苷酸組成的生物大分子， 攜帶和傳遞遺傳信息。攜帶和傳遞遺傳信息。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 核酸的分類(lèi)及分布核酸的分類(lèi)及分布 主要在主要在細(xì)胞核細(xì)胞核 存在存在于胞核、胞液于胞核、胞液中中。 脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸核糖核酸(RNA) 生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ) 核酸的分類(lèi)及分布核酸的分類(lèi)及分布 存在存在于細(xì)胞核于細(xì)胞核和線粒體內(nèi)。和線粒體內(nèi)。 存在存在于胞核、胞液于胞核、胞液和線粒體和線粒體。 (deoxyribonucleic acid, DNA) (ribonucleic acid, R

2、NA) 脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸 攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè) 體的遺傳型體的遺傳型(genotype)。 參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)。 某些病毒某些病毒RNA也可作為遺傳信也可作為遺傳信 息的載體。息的載體。 信使信使RNARNA（mRNAmRNA） 攜帶攜帶DNADNA遺傳信息遺傳信息 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNARNA（tRNAtRNA） 通過(guò)反密碼子識(shí)別通過(guò)反密碼子識(shí)別mRNAmRNA的的 密碼子，使氨基酸對(duì)號(hào)入座密碼子，使氨基酸對(duì)號(hào)入座 核蛋白體核蛋白體 (rRNA) (rRNA) 與核糖體蛋白形成核與核糖體蛋白形成核 糖體，糖體，

3、 是蛋白質(zhì)合成的是蛋白質(zhì)合成的 場(chǎng)所場(chǎng)所 第二節(jié)第二節(jié) 核酸的化學(xué)組成核酸的化學(xué)組成 核酸的基本組成單位是核苷酸核酸的基本組成單位是核苷酸 堿基堿基 戊糖戊糖 磷酸磷酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 核酸核酸 DNA的基本組成單位是的基本組成單位是脫氧脫氧核糖核苷酸核糖核苷酸 。 RNA的基本組成單位是核糖核苷酸的基本組成單位是核糖核苷酸 。 嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 堿基堿基 腺嘌呤（腺嘌呤（A） 鳥(niǎo)嘌呤（鳥(niǎo)嘌呤（G） 胞嘧啶（胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（尿嘧啶（U） DNA、RNA均有均有 DNA有有 RNA有有 核苷酸的結(jié)構(gòu)核苷酸的結(jié)構(gòu) 每種核酸都含有四種堿基每種核酸都含有四種堿

4、基 。 戊戊 糖糖 （構(gòu)成（構(gòu)成RNA） 核糖核糖 （構(gòu)成（構(gòu)成DNA） 脫氧核糖脫氧核糖 1 2 4 5 3 O OHOH HH H CH2OH H OH O HOH HH H CH2OH H OH 1 2 3 4 5 嘌呤嘌呤 N N NH N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 N N NH N NH2 腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A) N NH NH N NH2 O 鳥(niǎo)嘌呤鳥(niǎo)嘌呤(guanine, G) 堿堿 基基 N NH 1 3 2 4 5 6 嘧啶嘧啶 胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C) N NH NH2 O 尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U) NH NH O O 胸腺嘧

5、啶胸腺嘧啶(thymine, T) NH NH O O CH3 核苷核苷（或脫氧核苷）：堿基和核糖（或脫（或脫氧核苷）：堿基和核糖（或脫 氧核糖）通過(guò)氧核糖）通過(guò)糖苷鍵糖苷鍵連接形成。連接形成。 OH H 糖苷鍵糖苷鍵 H H N 2 O 1 1 2 O HOH H CH2O N N H H H 脫氧胞嘧啶核苷脫氧胞嘧啶核苷 N N N N 9 NH 2 O OHOH HH H CH 2OH H 1 2 糖苷鍵糖苷鍵 腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 核苷酸：核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脫氧核苷酸：脫氧核苷酸： dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷酸核苷酸（脫氧核苷酸）：

6、核苷（脫氧核苷酸）：核苷（脫氧核苷）脫氧核苷） 和磷酸以和磷酸以酯鍵酯鍵連接形成。連接形成。 糖苷鍵 酯鍵 腺苷酸 N N N N 9 NH 2 O OH OH HH H CH 2 H 1 2 OP O - - HO O 5 l 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸： NMP，NDP，NTP N N N N 9 NH 2 O OH OH HH H CH 2 H 1 2 OP O - - O O PO O - - O P O - - - - O O 一 磷 酸 腺 苷 （ A M P ） 二 磷 酸 腺 苷 （ A D P ） 三 磷 酸 腺 苷 （ A T P ） l 環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸: cAMP，

7、cGMP N N N N NH 2 O OH O HH H CH 2 H O PHO OcAMP DNA的合成原料： dATP, dGTP, dCTP, dTTP. RNA的合成原料： ATP, GTP, CTP, TTP. 1. 1. 是核酸的基本組成單位是核酸的基本組成單位 2. ATP2. ATP是生物體能量的直接供應(yīng)體是生物體能量的直接供應(yīng)體： ATP ADP+Pi+ATP ADP+Pi+能量能量 3. 3. 物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)中的第二信使物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)中的第二信使 生長(zhǎng)激素生長(zhǎng)激素 第二信第二信 使（使（cAMPcAMP、胰島素胰島素（第一信使）（第一信使） cGMPcGMP） 一，一，DN

8、ADNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu) （一）（一）DNADNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)：的一級(jí)結(jié)構(gòu)： 定義定義 核酸中核苷酸的排列順序。核酸中核苷酸的排列順序。 由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所 以也稱(chēng)為以也稱(chēng)為堿基序列堿基序列。 5 端端 3 端端 核苷酸之核苷酸之 間以間以3 , 5 -磷磷 酸二酯鍵酸二酯鍵連接連接 形成多核苷酸形成多核苷酸 鏈，即核酸。鏈，即核酸。 C G A o 書(shū)寫(xiě)方法書(shū)寫(xiě)方法 P P A P C P C P T P G OH C P T P A P A 5 3 pApCpTpGpCpTpApApC-OH 3 5 ACTGCTAAC3 5 DNA

9、DNA 與與RNARNA的區(qū)別的區(qū)別 核酸核酸堿基堿基戊糖戊糖 DNAA、G、C、T脫氧脫氧核糖核糖 RNAA、G、C、U核糖核糖 （二）（二） DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu) DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) 1.兩條鏈反向，平行，堿基互補(bǔ)兩條鏈反向，平行，堿基互補(bǔ) A = T G C 。 2.圍繞同一中心軸構(gòu)成圍繞同一中心軸構(gòu)成右手雙螺右手雙螺 旋旋 。螺旋。螺旋直徑直徑2nm，表面有，表面有 大溝和小溝（蛋白質(zhì)結(jié)合部大溝和小溝（蛋白質(zhì)結(jié)合部 位）位）。 3. 堿基在堿基在內(nèi)側(cè)內(nèi)側(cè)。每圈螺旋含。每圈螺旋含10個(gè)個(gè) 堿基對(duì)堿基對(duì) (bp)，螺距為螺距為3.4nm。

10、 4. 維持雙螺旋穩(wěn)定的因素：維持雙螺旋穩(wěn)定的因素： 橫向?yàn)闅滏I，縱向?yàn)閴A橫向?yàn)闅滏I，縱向?yàn)閴A 基間的堆積力。基間的堆積力。 堿基互補(bǔ)配對(duì)堿基互補(bǔ)配對(duì) （一）原核生物（一）原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu) （三）（三）DNA的的三級(jí)三級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) （二）真核生物（二）真核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 真核生物染色體由真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，和蛋白質(zhì)構(gòu)成， 其基本單位是其基本單位是 核小體核小體。 核小體的組成核小體的組成 DNA：約約200bp 組蛋白：組蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4 八聚體八聚體 DNADNA的功能：基因是的功能：基因是DNADNA分子中的某一段核苷分

11、子中的某一段核苷 酸排列順序，編碼特定的蛋白質(zhì)。酸排列順序，編碼特定的蛋白質(zhì)。 RNARNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)：多核糖核苷酸鏈中核苷酸的的一級(jí)結(jié)構(gòu)：多核糖核苷酸鏈中核苷酸的 排列順序排列順序 RNARNA為一條多核苷酸鏈，有的堿基配對(duì)，有的為一條多核苷酸鏈，有的堿基配對(duì)，有的 不配對(duì)，可以螺旋，也可以不螺旋。不配對(duì)，可以螺旋，也可以不螺旋。 RNARNA通常以單鏈形式存在，局部可有二、三級(jí)通常以單鏈形式存在，局部可有二、三級(jí) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)主要?jiǎng)游锛?xì)胞內(nèi)主要RNA的種類(lèi)及功能的種類(lèi)及功能 核蛋白體核蛋白體RNA 信使信使RNA 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA 功功能能 核蛋白體組分核蛋白體組分 蛋白質(zhì)合成模板蛋

12、白質(zhì)合成模板 轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸 核蛋白體核蛋白體RNA 信使信使RNA 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA 細(xì)胞核和胞液細(xì)胞核和胞液 功功能能 rRNA mRNA tRNA 核蛋白體組分核蛋白體組分 二、二、RNA的種類(lèi)和分子結(jié)構(gòu)的種類(lèi)和分子結(jié)構(gòu) 核蛋白體核蛋白體RNA （一（一 ）信使）信使RNA hnRNA 內(nèi)含子內(nèi)含子 (intron) mRNA * mRNA成熟過(guò)程成熟過(guò)程 外顯外顯 子子 (exon) mRNA的功能：的功能：作為蛋白質(zhì)合成的模板。作為蛋白質(zhì)合成的模板。 * mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1. 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的5 末端形成帽子結(jié)末端形成帽子結(jié) 構(gòu)：構(gòu)：m7GpppNm-。

13、 2. 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的3 末端有多聚末端有多聚A尾。尾。 * * tRNAtRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 含稀有堿基較多含稀有堿基較多 3 3 末端為末端為 CCA-OH CCA-OH 5 5 末端大多數(shù)為末端大多數(shù)為G G 由由70907090個(gè)核苷酸組成個(gè)核苷酸組成 （二）轉(zhuǎn)運(yùn)（二）轉(zhuǎn)運(yùn)RNA * tRNA的功能的功能 選擇性搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋選擇性搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋 白質(zhì)的翻譯。白質(zhì)的翻譯。 * tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 三葉草形三葉草形 氨基酸氨基酸臂臂 額外環(huán)額外環(huán) * tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 倒倒L形形 * rRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) （

14、三）核蛋白體（三）核蛋白體RNA * rRNA的功能的功能 參與組成核蛋白參與組成核蛋白 體（體（ rRNA+pr） ，作，作 為蛋白質(zhì)生物合成的為蛋白質(zhì)生物合成的 場(chǎng)所。場(chǎng)所。 核蛋白體包括大核蛋白體包括大 亞基和小亞基亞基和小亞基 核酸的理化性質(zhì)核酸的理化性質(zhì) 第第 五五 節(jié)節(jié) 一、紫外吸收一、紫外吸收 在在260nm波長(zhǎng)有最大吸收峰，是由波長(zhǎng)有最大吸收峰，是由堿堿 基的共軛雙鍵基的共軛雙鍵決定的。這一特性常用決定的。這一特性常用 作核酸的定性、定量分析。作核酸的定性、定量分析。 二、二、DNA的變性的變性 定義定義：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開(kāi)雙鏈解開(kāi) 成兩

15、條單鏈的過(guò)程。成兩條單鏈的過(guò)程。 變性因素：變性因素：過(guò)量酸，堿，加熱等。過(guò)量酸，堿，加熱等。 DNADNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂 例：變性引起紫外吸收值的改變例：變性引起紫外吸收值的改變 DNA的紫外吸收光譜的紫外吸收光譜 增色效應(yīng)：增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)其溶液變性時(shí)其溶液OD260增高的現(xiàn)象。增高的現(xiàn)象。 目目 錄錄 Tm：DNA 解解 鏈鏈50%時(shí)的溫時(shí)的溫 度稱(chēng)為度稱(chēng)為DNA的的 解鏈溫度解鏈溫度，又，又 稱(chēng) 融 解 溫 度稱(chēng) 融 解 溫 度 (Tm)。其大小。其大小 與與G+C含量成含量成 正比。正比。 三、三、DNA的復(fù)性的復(fù)性 DNA復(fù)性的定義復(fù)

16、性的定義 在適當(dāng)條件下，變性在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條互補(bǔ)鏈可的兩條互補(bǔ)鏈可 恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱(chēng)為恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)性復(fù)性。 減色效應(yīng)減色效應(yīng) DNA復(fù)性時(shí)，其溶液復(fù)性時(shí)，其溶液OD260降低。降低。 熱變性的熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性， 這一過(guò)程稱(chēng)為這一過(guò)程稱(chēng)為退火退火。 信使信使RNARNA（mRNAmRNA） 攜帶攜帶DNADNA遺傳信息遺傳信息 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNARNA（tRNAtRNA） 通過(guò)反密碼子識(shí)別通過(guò)反密碼子識(shí)別mRNAmRNA的的 密碼子，使氨基酸對(duì)號(hào)入座密碼子，使氨基酸對(duì)號(hào)入座 核蛋白體核蛋白體 (rRNA)

17、(rRNA) 與核糖體蛋白形成核與核糖體蛋白形成核 糖體，糖體， 是蛋白質(zhì)合成的是蛋白質(zhì)合成的 場(chǎng)所場(chǎng)所 嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 堿基堿基 腺嘌呤（腺嘌呤（A） 鳥(niǎo)嘌呤（鳥(niǎo)嘌呤（G） 胞嘧啶（胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（尿嘧啶（U） DNA、RNA均有均有 DNA有有 RNA有有 核苷酸的結(jié)構(gòu)核苷酸的結(jié)構(gòu) 每種核酸都含有四種堿基每種核酸都含有四種堿基 。 l 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸： NMP，NDP，NTP N N N N 9 NH 2 O OH OH HH H CH 2 H 1 2 OP O - - O O PO O - - O P O - - - - O O 一 磷 酸 腺 苷 （ A M P ） 二 磷 酸 腺 苷 （ A D P ） 三 磷 酸 腺 苷 （ A T P ） l 環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸: cAMP，cGMP N N N N NH 2 O OH O HH H CH 2 H O PHO