核酸化學與核苷酸代謝課件

核酸化學與核苷酸代謝

核酸化學與核苷酸代謝

概述核酸與蛋白質一樣，是一切生物機體不可缺少的組成部分。核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳遞者，它不僅對于生命的延續(xù)，生物物種遺傳特性的保持，生長發(fā)育，細胞分化等起著重要的作用，而且與生物變異，如腫瘤、遺傳病、代謝病等也密切相關。因此，核酸是現代生物化學、分子生物學和醫(yī)學的重要基礎之一。核酸是由核苷酸組成的具有復雜三維結構的大分子化合物，是遺傳的物質基礎。

第四節(jié)核苷酸代謝本章要講述的主要內容第一節(jié)核酸的化學組成及分類第二節(jié)核酸的分子結構第三節(jié)核酸的理化性質

第四節(jié)核苷酸代謝本章要講述的主要內容第一節(jié)核酸的化第一節(jié)核酸的化學組成及分類脫氧核糖核酸(deoxyribonucliecacidDNA),

磷酸(phosphate)一.核酸的種類二.核酸的化學組成堿基(base)戊糖(pentose)核糖核酸（ribonucliecacid,RNA)核酸核苷酸核酸酶第一節(jié)核酸的化學組成及分類脫氧核糖核酸(deoxyribo核酸的種類脫氧核糖核酸(DNA)核糖核酸（RNA)核酸的種類脫氧核糖核酸(DNA)核糖核酸（R兩類核酸的基本化學組成比較

DNA

RNA

嘌呤堿

腺嘌呤(A)腺嘌呤(A)

（Purinebases

）鳥嘌呤(G)

鳥嘌呤(G)

堿基(Base)嘧啶堿

胞嘧啶(C)胞嘧啶(C)

（Pyrimidinebases）胸腺嘧啶(T)

尿嘧啶(U)戊糖

D-2-脫氧核糖

D-核糖(Pentose)

酸

磷酸

磷酸(Acid)兩類核酸的基本化學組成比較CNCCCNNNCHHHNH2嘌呤堿123456789CNCCCNNNCHHHNH2嘌呤堿123456789嘌呤CNCHCCCNNHCHNH2CNCCCCNNHCHOH2N腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)626嘌呤CNCHCCCNNCHNH2CNCCCCNNCHOH2核酸化學與核苷酸代謝課件HCHNHCCHCHNNH2OCCHNCHCHNHOONCHNCHCCHHOOCHNCCCHNHCH3嘧啶胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（T）123456HHNHCCHCHNNH2OCCHNCHCHNHOONCHN核酸化學與核苷酸代謝課件核酸化學與核苷酸代謝課件核糖核酸（RNA）脫氧核糖核酸（DNA）核酸核苷酸核苷磷酸戊糖堿基核酸的組成核酸酶水解核糖核酸（RNA）脫氧核糖核酸（DNA）核酸核苷酸核苷磷酸戊由戊糖和堿基以糖苷鍵連接而成核苷脫氧核糖核糖嘌呤堿基嘧啶堿基由戊糖和堿基以糖苷鍵連接而成核苷脫氧核糖核糖嘌呤堿基嘧啶CNCHCCCNNHCHNH2+CNCHCCCNNHCHNH2腺苷9CNCHCCCNNCHNH2+CNCHCCCNNCHNH2腺CNCHCCCNNHCHNH2+CNCHCCCNNHCHNH2脫氧腺苷91’CNCHCCCNNCHNH2+CNCHCCCNNCHNH2脫由核苷的戊糖羥基被磷酸酯化而成5’由核苷的戊糖羥基被磷酸酯化而成5’核酸化學與核苷酸代謝課件※

核苷酸的命名含一個磷酸基團：核苷一磷酸（NMP）含兩個磷酸基團：核苷二磷酸（NDP）含三個磷酸基團：核苷三磷酸（NTP）N

代表各種堿基的名稱環(huán)化核苷酸：cNMP※核苷酸的命名含一個磷酸基團：核苷一磷酸（NMP）含兩個磷OO第二節(jié)DNA的結構與功能一、DNA的結構二、DNA的生物學功能1.DNA的一級結構2.DNA的二級結構3.DNA的三級結構攜帶并傳遞遺傳信息第二節(jié)DNA的結構與功能一、DNA的結構二、DNA的生四種脫氧核糖核苷酸通過3’、5’-磷酸二酯鍵彼此連接而形成的直線形或環(huán)線形分子.DNA分子中核苷酸的排列順序.DNA的一級結構四種脫氧核糖核苷酸通過3’、5’-磷酸二酯鍵彼此連接而形成核苷酸鏈的書寫方法核苷酸鏈的書寫方法雙螺旋結構即DNA分子的空間結構1.Chargaff堿基組成規(guī)律2.DNA晶體的X-射線圖譜研究

各原子之間的鍵長、鍵角一、DNA分子模型建立DNA的二級結構由JamesWatson和FrancisCrick提出雙螺旋結構即DNA分子的空間結構1.Chargaff堿基組(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數相等.A=T

鳥嘌呤與胞嘧啶的摩爾數相等.G=C嘌呤總數=嘧啶總數A+G=C+T(2)DNA的組成具有種的特異性(3)DNA的堿基組成沒有組織的特異性,

且較為穩(wěn)定,不隨年齡、營養(yǎng)狀態(tài)、環(huán)境改變的影響Chargaff堿基組成規(guī)律(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數相等.A=T鳥嘌ＤＮＡ分子雙螺旋結構模型要點1.ＤＮＡ由兩條反向平行的脫氧多核苷酸（兩條鏈的走向為5’→3’和3’→5’），圍繞一中心軸（假想軸）構成右手雙螺旋結構。ＤＮＡ分子雙螺旋結構模型要點1.ＤＮＡ由兩條反向平行的脫氧彼此間以磷酸二酯鍵相連，構成ＤＮＡ的骨架。2.堿基在雙螺旋內側。雙鏈中相對的堿基按Ａ＝Ｔ和Ｇ≡Ｃ通過氫鍵配對連接，形成互補.磷酸基與脫氧核糖在外側，5’C3’5’C3’5’C彼此間以磷酸二酯鍵相連，構成ＤＮＡ的骨架。2.堿基在雙螺旋核酸化學與核苷酸代謝課件

糖環(huán)平面與中心軸平行。3.堿基平面與中心軸垂直，各相鄰平面部分重疊。糖環(huán)平面與中心3.堿基平面與中心3.4nm4.雙螺旋的直徑為2nm沿軸向，每個堿基平面的距離為0.34nm每圈螺旋含有10對核苷酸，其軸向距為3.4nm,3.4nm4.雙螺旋的直徑為2nm沿軸向，每個堿基平面每圈螺(3)離子鍵5.維持DNA雙螺旋穩(wěn)定的作用力(1)

互補堿基間的氫鍵(2)使堿基平面堆積的平面間范德華力,

又稱堿基堆積力(3)離子鍵5.維持DNA雙螺旋穩(wěn)定的作用力(1)互二、DNA結構的多樣性A-DNA：右手螺旋B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺旋生理條件下DNA最穩(wěn)定的結構形式Z-DNA：左手螺旋二、DNA結構的多樣性A-DNA：右手螺旋B-DNA：WatDNA的三級結構原核生物真核生物沒有典型的細胞核結構，真核生物ＤＮＡ的三級結構是由ＤＮＡ分子與組蛋白(histine)和非組蛋白(nonhistineprotein,NHP)結合組成。被認為是原核生物ＤＮＡ的三級結構被認為是真核生物ＤＮＡ的三級結構超螺旋結構核小體結構DNA的三級結構原核生物真核生物沒有典型的細胞核結DNA超螺旋結構DNAH2A、H2B、H3和H4各兩分子組成組蛋白八聚體，構成核心組蛋白雙螺旋DNA以左手超螺旋的方式繞核心顆粒1.75圈，纏繞在核心組蛋白表面，構成核心顆粒核心顆粒和連接區(qū)DNA及附著在連接區(qū)DNA上的組蛋白H1構成核小體H2A、H2B、H3和H4各兩分子組成組蛋白八聚體，構成核心一個個核小體連接成串珠狀結構染色單體折疊折疊一個個核小體連接成串珠狀結構染色單體折疊折疊第三節(jié)RNA的結構和功能一、RNA的類型1.核蛋白體RNA(ribosomalRNA,rRNA)3.轉運RNA(transferRNA,tRNA)2.信使RNA(messengerRNA,mRNA)4.不均一核RNA(HnRNA)二、RNA的結構與功能5.小核RNA(SnRNA)第三節(jié)RNA的結構和功能一、RNA的類型1.核蛋白體mRNA的結構與功能一、mRNA的結構特點(1)3’末端有多聚腺嘌呤的結構(polyA)(2)5’末端具有帽子結構(m7GpppNm)(3)一種mRNA只含有一條多肽鏈的信息※由HnRNA經過剪接而成※半衰期最短，幾分鐘到數小時mRNA的結構與功能一、mRNA的結構特點(1)3’二、mRNA的功能蛋白質合成的直接模板

把核內DNA的堿基順序（遺傳信息），按照堿基互補的原則，抄襲并轉送至胞質，在蛋白質合成中用以翻譯成蛋白質中氨基酸的排列順序。二、mRNA的功能蛋白質合成的直接模板把核內DNAtRNA的結構與功能

1.分子量最小一類RNA,占RNA總量10-25%

2.分子中含有10%-20%的稀有堿基一、tRNA的結構特點如假尿嘧啶（ψ）,二氫尿嘧啶（DHU）,甲基化堿基（mG,mA)等

3.3’末端有CCA-OH,是攜帶氨基酸的部位tRNA的結構與功能1.分子量最小一類RNA,占RNA

4.具有識別密碼子功能的反密碼子

5.二級結構為三葉草形,有三個環(huán)狀結構（DHU環(huán)、Tψ環(huán)、反密碼環(huán)）三級結構為“倒L”形二、tRNA的功能在蛋白質的合成過程中作為各種氨基酸的載體并將其轉呈給mRNA4.具有識別密碼子功能的反密碼子5.二級結構為三葉草核酸化學與核苷酸代謝課件tRNA的三級結構tRNA的三級結構rRNA的結構與功能一、rRNA的結構特點1.含量最豐富,約占總RNA的80%以上2.與核蛋白體蛋白結合成核蛋白體,rRNA

與蛋白質既可分離,又可結合3.核蛋白體由大小兩個亞基構成,兩亞基呈不規(guī)則形狀,聚合時中間有裂縫,可通過mRNArRNA的結構與功能一、rRNA的結構特點1.含量最豐富二、rRNA的功能是細胞內蛋白質合成的場所其他小分子RNA小核RNA（SnRNA)、小核仁RNA(SnoRNA)、小胞質RNA（scRNA/7SL-RNA)

※功能：參與HnRNA和rRNA的轉運和加工二、rRNA的功能是細胞內蛋白質合成的場所其他小分子RNA原核生物核糖體的亞基組成原核生物核糖體的亞基組成原核生物核蛋白體原核生物核蛋白體真核生物核蛋白體真核生物核蛋白體核酶某些RNA分子本身具有自我催化能力，可以完成rRNA的剪接。這些RNA稱為核酶（ribozyme)※意義：擴充了酶的范圍，使之不再局限于蛋白質。核酶某些RNA分子本身具有自我催化能力，可以完成r第四節(jié)核酸的理化性質一、核酸的粘度二、核酸的紫外吸收特性三、核酸的變性、復性及其分子雜交第四節(jié)核酸的理化性質一、核酸的粘度二、核酸的紫外吸收特

一、核酸的粘度*分子量越大粘度也越大ＲＮＡ分子比ＤＮＡ分子小，粘度也就小*生物分子的空間結構也影響粘度。線形分子>無規(guī)線團分子>球形分子一、核酸的粘度*分子量越大粘度二、核酸的紫外吸收特性嘌呤堿和嘧啶堿有共軛雙鍵，都能強烈吸收紫外光，最大吸收波長為260nm蛋白質對紫外光的最大吸收波長是280nm二、核酸的紫外吸收特性嘌呤堿和嘧啶堿有共軛雙鍵，都能強烈吸收紫外分光光度法檢測核酸的純度通過測定波長在260nm和280nm處吸光度的比值(A260／A280)來估計核酸樣品的純度DNA溶液：A260／A280=1.8

RNA溶液：A260／A280=2.0方法：紫外分光光度法檢測核酸的純度通過測定波長在260nm和280在波長260nm紫外線下，吸光度為1.00時，紫外分光光度法估計核酸的濃度取5μl雙鏈DNA樣品,加水稀釋至1ml。以1ml純水作為參照測定波長在260nm處的吸光度值(Ａ260),假如測得稀釋樣品的Ａ260值為0.500，相當于50μg/ml的雙鏈DNA,40μg/ml的單鏈DNA或RNA,20μg/ml的單鏈寡核苷酸問題1那么原液中DNA的濃度是？μg/ml在波長260nm紫外線下，吸光度為1.00時，紫外分光光度法三、核酸的變性、復性及其分子雜交(一)變性(二)復性(三)分子雜交三、核酸的變性、復性及其分子雜交(一)變性(二)復性((一)核酸的變性1.概念

核酸分子的雙螺旋結構解開，氫鍵斷裂（不涉及共價鍵的斷裂），使雙鏈分離，這種現象稱為核酸的變性2.引起核酸變性的因素如乙醇、丙酮、尿素、酰胺等加熱、介質中的pH過酸或過堿、有機溶劑、(一)核酸的變性1.概念核酸分子的雙螺旋結構解開3.核酸的變性與降解的區(qū)別

降解其過程是不可逆的。是指多核苷酸鏈中的磷酸二酯鍵斷裂，使分子量降低，不發(fā)生分子量的變化。一般是可逆的，變性4.

蛋白質和核酸的變性兩者均不涉及共價鍵的斷裂一級結構不破壞粘度下降，生物活性喪失3.核酸的變性與降解的區(qū)別降解其過程是不可逆的。是指多核ＤＮＡ分子的熱變性ＤＮＡ雙螺旋結構即遭破壞，氫鍵斷裂，雙鏈分離。將ＤＮＡ的稀鹽溶液加熱至80～95℃(或以上)數分鐘，ＤＮＡ分子的熱變性ＤＮＡ雙螺旋結構即遭破壞，氫鍵斷裂，雙鏈分d.喪失生物活性a.260nm處的紫外吸收值升高b.粘度下降c.浮力、密度升高（增色效應）變性DNA的特點d.喪失生物活性a.260nm處的紫外吸收值升高b.DNA解鏈曲線拐點所對應的溫度，代表ＤＮＡ變性50％時溫度，稱為解鏈溫度，通常稱為融解溫度。用符號Tm

表示70℃～85℃之間“Ｓ”形曲線DNA解鏈曲線拐點所對應的溫度，代表ＤＮＡ變性50％時溫度，Tm值的大小主要與下列因素有關⑴ＤＮＡ中Ｇ≡Ｃ對的含量Ｇ≡Ｃ堿基對的比例越高，Tm值越高pH和離子強度不變,根據Ｇ≡Ｃ百分含量，則可計算ＤＮＡ樣品的Tm值Tm＝69.3+0.41*(Ｇ≡Ｃ)％Tm＝4*(G+C)+2*(A+T),(小于20bp)Tm值的大小主要與下列因素有關⑴ＤＮＡ中Ｇ≡Ｃ對的含量Ｇ≡Ｃ⑵介質中的離子強度離子強度低Tm值低變性溫度范圍較寬離子強度大Tm值高變性溫度范圍較窄⑵介質中的離子強度離子強度低Tm值低變性溫度范圍較寬離子強度(二)核酸的復性DNA熱變性后的復性,常常稱為退火。變性的DNA或RNA在去除變性因素并處于適當的條件下，又可重新結合成為雙螺旋結構這一過程稱為復性。1.概念彼此分離的雙鏈2.復性過程兩種情況(二)核酸的復性DNA熱變性后的復性,常常稱為退火。變性的（1）兩條完全分開的單鏈通過隨機碰撞形成互補短片段的雙螺旋。（2）尚未配對的堿基很快地“對齊”。迅速形成雙鏈直至雙螺旋結構。（1）兩條完全分開的單鏈通過隨機碰撞形（2）尚未配對的堿基很復性后ＤＮＡ分子性質一系列的理化性質隨即恢復d.生物活性部分恢復a.260nm處的紫外吸收值下降b.粘度上升c.浮力、密度降低（減色效應）復性后ＤＮＡ分子性質一系列的理化性質隨即恢復d.生物活性部

(三)核酸分子雜交在一定條件下（適宜的溫度、pH及離子強度），可按堿基互補原則復性形成雙鏈，此過程稱為核酸分子雜交。1.概念

具有一定同源性的兩條核酸單鏈，變性復性(三)核酸分子雜交在一定條件下（適宜的溫度、pH及離子不完全同源核酸單鏈分子雜交突環(huán)不完全同源核酸單鏈分子雜交突環(huán)2.可發(fā)生雜交的核酸分子(1)兩條同源的DNA鏈(2)兩條同源的RNA鏈(3)一條DNA鏈一條RNA鏈3.核酸雜交的應用（1）測定核酸分子堿基組成（2）檢測某些因基因突變引起的疾病2.可發(fā)生雜交的核酸分子(1)兩條同源的DNA鏈(2)兩條同核苷酸庫核酸的降解核苷酸的合成核酸的合成核苷酸的降解核苷酸是核酸的基本結構單位，它不屬于營養(yǎng)必需物質核苷酸代謝概述核苷酸庫核酸的降解核苷酸的合成核酸的合成核苷酸的降解核苷酸是食物核蛋白蛋白質核酸(RNA與DNA)胰核酸酶RNA酶DNA酶(磷酸二酯酶)單核苷酸胰、腸核苷酸酶(磷酸單酯酶)核苷磷酸核苷酶(水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖堿基核酸的消化排出，很少利用食物核蛋白蛋白質核酸(RNA與DNA)胰核酸酶RNA酶DNA第一節(jié)嘌呤核苷酸代謝一、嘌呤核苷酸的合成代謝(一)嘌呤核苷酸的從頭合成(二)嘌呤核苷酸的補救合成(三)脫氧(核酸)核苷酸的生成二、嘌呤核苷酸的分解代謝第一節(jié)嘌呤核苷酸代謝一、嘌呤核苷酸的合成代謝(一)嘌一、嘌呤核苷酸的合成代謝(一)、從頭合成途徑1.概念：用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等簡單物質為原料，經過一系列酶促反應合成嘌呤核苷酸的途徑.

2.原料：5－磷酸核糖、谷氨酰胺、一碳單位、甘氨酸、CO2、天冬氨酸

一、嘌呤核苷酸的合成代謝(一)、從頭合成途徑1N1C2N3C4C5C6N97NC8

甲?；?一碳單位)甘氨酸CO2Asp甲酰基(一碳單位)Gln(酰胺基)甘氨當中站,谷氮坐兩邊,左上天冬氨,頭頂CO2N1C2N3C4C5C6N97NC8甲?；拾彼酑O2A3.合成的場所:

肝臟的胞液4.合成的過程:

兩個階段。(1)次黃嘌呤核苷酸(IMP)的合成(2)腺苷酸(AMP)和鳥苷酸(GMP)的合成3.合成的場所:肝臟的胞液4.合成的過程:(1)次黃嘌(1)IMP的合成(11步反應，過程只需了解)R-5'-PAMPPRPP合成酶PP-1'-R-5'-P(PRPP)ATP①5'-磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸反應過程：(1)IMP的合成(11步反應，過程只需了解)R-5'-(2)腺苷酸和鳥苷酸的合成R-5'-PCNCNNCHCOHNHCIMPR-5'-PCNCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOH腺苷酸代琥珀酸合成酶AMPSAsp,Mg2+,GTP(2)腺苷酸和鳥苷酸的合成R-5'-PCNCNNCHCR-5'-PCNCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOHR-5'-PCNCNNCHCNHCNH2COOHCHHCHOOC腺苷酸代琥珀酸(AMPS)腺苷酸(AMP)延胡索酸腺苷酸代琥珀酸裂解酶R-5'-PCNCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCR-5'-PCNCNNCHCOHNHCIMPR-5'-PCNCNNCHCOHNCONAD+H2ONADH+H+XMP黃嘌呤核苷酸IMP脫氫酶R-5'-PCNCNNCHCOHNHCIMPR-5'-PCH2NR-5'-PCNCNNCHCOHNCR-5'-PCNCNNCHCOHNCOGlnGluGMP合成酶Mg2+,ATPXMPGMPH2NR-5'-PCNCNNCHCOHNCR-5'-PCAMP腺苷酸激酶ADPATPADPATPADP腺苷酸激酶ATPGMP鳥苷酸激酶GDPATPADPATPADP鳥苷酸激酶GTPAMP腺苷酸激酶ADPATPADPATPADP腺苷酸激酶AT一、嘌呤核苷酸的合成代謝(二)、補救合成途徑有兩條合成途徑(1)嘌呤堿與PRPP直接合成嘌呤核苷酸次黃嘌呤次黃嘌呤核苷酸鳥嘌呤鳥嘌呤核苷酸次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶(HGPRT)PRPPPPi腺嘌呤腺嘌呤核苷酸腺嘌呤磷酸核糖轉移酶（APRT）HGPRT活性高APRT活性低90%嘌呤堿一、嘌呤核苷酸的合成代謝(二)、補救合成途徑有兩條合成途徑(生理意義減少從頭合成時能量和原料的消耗●節(jié)省:●作為某些器官(腦,骨髓和脾)合成核苷酸的途徑遺傳疾病Lesch-Nyhan萊-尼綜合征,自毀容貌綜合征HGPRT基因缺陷嘌呤合成過多，明顯的高尿酸血癥，痛風伴-----罕見的性染色體X連鎖遺傳病疾病生化本質:行為,稱之為自毀容貌綜合征.大腦癱瘓、智力減退、舞蹈手足綜合征,身體和精神發(fā)育遲緩,有咬指咬唇的強迫性自殘生理意義減少從頭合成時能量和原料的消耗●節(jié)省:●作為某些器(三)脫氧(核糖)核苷酸的合成在核苷二磷酸水平被還原而成OHOPOOHH堿基HOHHHOOOHOPHOOHOPOHH堿基HOHHHOOOHOPHONADPH+H+NADP++H2O核糖核苷酸還原酶dNDPNDP(三)脫氧(核糖)核苷酸的合成在核苷二磷酸水平被還原而成核苷酸分解代謝大致過程核苷酸核苷PiPi1-磷酸核糖堿基補救途徑分解代謝5-磷酸核糖PRPP終末產物經尿排出核苷酸酶磷酸化酶1-磷酸核糖變位酶核苷酸分解代謝核苷酸核苷PiPi1-磷酸核糖堿基補救途徑分解嘌呤核苷酸的分解代謝AMPIGMPGX黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶尿酸嘌呤核苷酸的分解代謝AMPIGMPGX黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化

正常人血漿尿酸含量：0.12～0.36mmol/L

男:0.27mmol/L,女:0.21mmol/L

以尿酸及其鈉鹽形式存在,均難溶于水＞0.48mmol/L(8mg%),析出結晶,沉積在關節(jié)和軟骨等處

痛風癥●進食高嘌呤膳食時●體內核酸大量分解(白血病,惡性腫瘤）●腎臟疾病尿酸排泄障礙血中尿酸↑臨床上用別嘌呤醇治療正常人血漿尿酸含量：0.12～0.36mmol/L第二節(jié)嘧啶核苷酸代謝一、嘧啶核苷酸的合成代謝(一)嘧啶核苷酸的從頭合成(二)嘧啶核苷酸的補救合成二、嘧啶核苷酸的分解代謝第二節(jié)嘧啶核苷酸代謝一、嘧啶核苷酸的合成代謝(一)嘧一、嘧啶核苷酸的合成代謝(一)從頭合成途徑

先合成嘧啶環(huán)，然后再與磷酸核糖連接生成嘧啶核苷酸.NCNCCCAspCO2GlnNH2HCH2CHOOCHOOC一、嘧啶核苷酸的合成代謝(一)從頭合成途徑先(二)嘧啶核苷酸的補救合成嘧啶+PRPP嘧啶核苷酸+PPi嘧啶磷酸核糖轉移酶尿嘧啶胸腺嘧啶乳清酸胞嘧啶嘧啶核苷+ATP嘧啶核苷酸+ADP核苷激酶胸苷激酶,TK與惡性腫瘤(二)嘧啶核苷酸的補救合成嘧啶+PRPP嘧啶核苷酸+PP二、嘧啶核苷酸的分解代謝嘧啶核苷酸磷酸酶嘧啶核苷核苷酶嘧啶CONCCHCHNNH2HCOHNCCHCHNOHNH3COHNCCH2CH2NOHNADPH+H+NADP+H2OCOH2NCCH2CH2NOHHOH2OCO2+NH3H2N-CH2-CH2-COOHβ-丙氨酸胞嘧啶尿嘧啶二、嘧啶核苷酸的分解代謝嘧啶核苷酸磷酸酶嘧啶核苷核苷酶嘧啶CCOHNCC-CH3CHNOHNADPH+H+NADP+COHNCCH-CH3CH2NOHCOH2NCCH-CH3CH2NOHHOH2OCO2+NH3β-氨基異丁酸H2N-CH2-CH-COOHCH3β-脲基異丁酸H2O胸腺嘧啶二氫胸腺嘧啶COHNCC-CH3CHNOHNADPH+H+NADP+CO作業(yè)1、試比較DNA和RNA的組成成分和基本單位的異同？2、細胞內有哪幾種主要的RNA，其主要功能是什么？3、試述DNA雙螺旋結構模型的要點？作業(yè)

核酸化學與核苷酸代謝

核酸化學與核苷酸代謝

概述核酸與蛋白質一樣，是一切生物機體不可缺少的組成部分。核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳遞者，它不僅對于生命的延續(xù)，生物物種遺傳特性的保持，生長發(fā)育，細胞分化等起著重要的作用，而且與生物變異，如腫瘤、遺傳病、代謝病等也密切相關。因此，核酸是現代生物化學、分子生物學和醫(yī)學的重要基礎之一。核酸是由核苷酸組成的具有復雜三維結構的大分子化合物，是遺傳的物質基礎。

第四節(jié)核苷酸代謝本章要講述的主要內容第一節(jié)核酸的化學組成及分類第二節(jié)核酸的分子結構第三節(jié)核酸的理化性質

第四節(jié)核苷酸代謝本章要講述的主要內容第一節(jié)核酸的化第一節(jié)核酸的化學組成及分類脫氧核糖核酸(deoxyribonucliecacidDNA),

磷酸(phosphate)一.核酸的種類二.核酸的化學組成堿基(base)戊糖(pentose)核糖核酸（ribonucliecacid,RNA)核酸核苷酸核酸酶第一節(jié)核酸的化學組成及分類脫氧核糖核酸(deoxyribo核酸的種類脫氧核糖核酸(DNA)核糖核酸（RNA)核酸的種類脫氧核糖核酸(DNA)核糖核酸（R兩類核酸的基本化學組成比較

DNA

RNA

嘌呤堿

腺嘌呤(A)腺嘌呤(A)

（Purinebases

）鳥嘌呤(G)

鳥嘌呤(G)

堿基(Base)嘧啶堿

胞嘧啶(C)胞嘧啶(C)

（Pyrimidinebases）胸腺嘧啶(T)

尿嘧啶(U)戊糖

D-2-脫氧核糖

D-核糖(Pentose)

酸

磷酸

磷酸(Acid)兩類核酸的基本化學組成比較CNCCCNNNCHHHNH2嘌呤堿123456789CNCCCNNNCHHHNH2嘌呤堿123456789嘌呤CNCHCCCNNHCHNH2CNCCCCNNHCHOH2N腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)626嘌呤CNCHCCCNNCHNH2CNCCCCNNCHOH2核酸化學與核苷酸代謝課件HCHNHCCHCHNNH2OCCHNCHCHNHOONCHNCHCCHHOOCHNCCCHNHCH3嘧啶胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（T）123456HHNHCCHCHNNH2OCCHNCHCHNHOONCHN核酸化學與核苷酸代謝課件核酸化學與核苷酸代謝課件核糖核酸（RNA）脫氧核糖核酸（DNA）核酸核苷酸核苷磷酸戊糖堿基核酸的組成核酸酶水解核糖核酸（RNA）脫氧核糖核酸（DNA）核酸核苷酸核苷磷酸戊由戊糖和堿基以糖苷鍵連接而成核苷脫氧核糖核糖嘌呤堿基嘧啶堿基由戊糖和堿基以糖苷鍵連接而成核苷脫氧核糖核糖嘌呤堿基嘧啶CNCHCCCNNHCHNH2+CNCHCCCNNHCHNH2腺苷9CNCHCCCNNCHNH2+CNCHCCCNNCHNH2腺CNCHCCCNNHCHNH2+CNCHCCCNNHCHNH2脫氧腺苷91’CNCHCCCNNCHNH2+CNCHCCCNNCHNH2脫由核苷的戊糖羥基被磷酸酯化而成5’由核苷的戊糖羥基被磷酸酯化而成5’核酸化學與核苷酸代謝課件※

核苷酸的命名含一個磷酸基團：核苷一磷酸（NMP）含兩個磷酸基團：核苷二磷酸（NDP）含三個磷酸基團：核苷三磷酸（NTP）N

代表各種堿基的名稱環(huán)化核苷酸：cNMP※核苷酸的命名含一個磷酸基團：核苷一磷酸（NMP）含兩個磷OO第二節(jié)DNA的結構與功能一、DNA的結構二、DNA的生物學功能1.DNA的一級結構2.DNA的二級結構3.DNA的三級結構攜帶并傳遞遺傳信息第二節(jié)DNA的結構與功能一、DNA的結構二、DNA的生四種脫氧核糖核苷酸通過3’、5’-磷酸二酯鍵彼此連接而形成的直線形或環(huán)線形分子.DNA分子中核苷酸的排列順序.DNA的一級結構四種脫氧核糖核苷酸通過3’、5’-磷酸二酯鍵彼此連接而形成核苷酸鏈的書寫方法核苷酸鏈的書寫方法雙螺旋結構即DNA分子的空間結構1.Chargaff堿基組成規(guī)律2.DNA晶體的X-射線圖譜研究

各原子之間的鍵長、鍵角一、DNA分子模型建立DNA的二級結構由JamesWatson和FrancisCrick提出雙螺旋結構即DNA分子的空間結構1.Chargaff堿基組(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數相等.A=T

鳥嘌呤與胞嘧啶的摩爾數相等.G=C嘌呤總數=嘧啶總數A+G=C+T(2)DNA的組成具有種的特異性(3)DNA的堿基組成沒有組織的特異性,

且較為穩(wěn)定,不隨年齡、營養(yǎng)狀態(tài)、環(huán)境改變的影響Chargaff堿基組成規(guī)律(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數相等.A=T鳥嘌ＤＮＡ分子雙螺旋結構模型要點1.ＤＮＡ由兩條反向平行的脫氧多核苷酸（兩條鏈的走向為5’→3’和3’→5’），圍繞一中心軸（假想軸）構成右手雙螺旋結構。ＤＮＡ分子雙螺旋結構模型要點1.ＤＮＡ由兩條反向平行的脫氧彼此間以磷酸二酯鍵相連，構成ＤＮＡ的骨架。2.堿基在雙螺旋內側。雙鏈中相對的堿基按Ａ＝Ｔ和Ｇ≡Ｃ通過氫鍵配對連接，形成互補.磷酸基與脫氧核糖在外側，5’C3’5’C3’5’C彼此間以磷酸二酯鍵相連，構成ＤＮＡ的骨架。2.堿基在雙螺旋核酸化學與核苷酸代謝課件

糖環(huán)平面與中心軸平行。3.堿基平面與中心軸垂直，各相鄰平面部分重疊。糖環(huán)平面與中心3.堿基平面與中心3.4nm4.雙螺旋的直徑為2nm沿軸向，每個堿基平面的距離為0.34nm每圈螺旋含有10對核苷酸，其軸向距為3.4nm,3.4nm4.雙螺旋的直徑為2nm沿軸向，每個堿基平面每圈螺(3)離子鍵5.維持DNA雙螺旋穩(wěn)定的作用力(1)

互補堿基間的氫鍵(2)使堿基平面堆積的平面間范德華力,

又稱堿基堆積力(3)離子鍵5.維持DNA雙螺旋穩(wěn)定的作用力(1)互二、DNA結構的多樣性A-DNA：右手螺旋B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺旋生理條件下DNA最穩(wěn)定的結構形式Z-DNA：左手螺旋二、DNA結構的多樣性A-DNA：右手螺旋B-DNA：WatDNA的三級結構原核生物真核生物沒有典型的細胞核結構，真核生物ＤＮＡ的三級結構是由ＤＮＡ分子與組蛋白(histine)和非組蛋白(nonhistineprotein,NHP)結合組成。被認為是原核生物ＤＮＡ的三級結構被認為是真核生物ＤＮＡ的三級結構超螺旋結構核小體結構DNA的三級結構原核生物真核生物沒有典型的細胞核結DNA超螺旋結構DNAH2A、H2B、H3和H4各兩分子組成組蛋白八聚體，構成核心組蛋白雙螺旋DNA以左手超螺旋的方式繞核心顆粒1.75圈，纏繞在核心組蛋白表面，構成核心顆粒核心顆粒和連接區(qū)DNA及附著在連接區(qū)DNA上的組蛋白H1構成核小體H2A、H2B、H3和H4各兩分子組成組蛋白八聚體，構成核心一個個核小體連接成串珠狀結構染色單體折疊折疊一個個核小體連接成串珠狀結構染色單體折疊折疊第三節(jié)RNA的結構和功能一、RNA的類型1.核蛋白體RNA(ribosomalRNA,rRNA)3.轉運RNA(transferRNA,tRNA)2.信使RNA(messengerRNA,mRNA)4.不均一核RNA(HnRNA)二、RNA的結構與功能5.小核RNA(SnRNA)第三節(jié)RNA的結構和功能一、RNA的類型1.核蛋白體mRNA的結構與功能一、mRNA的結構特點(1)3’末端有多聚腺嘌呤的結構(polyA)(2)5’末端具有帽子結構(m7GpppNm)(3)一種mRNA只含有一條多肽鏈的信息※由HnRNA經過剪接而成※半衰期最短，幾分鐘到數小時mRNA的結構與功能一、mRNA的結構特點(1)3’二、mRNA的功能蛋白質合成的直接模板

把核內DNA的堿基順序（遺傳信息），按照堿基互補的原則，抄襲并轉送至胞質，在蛋白質合成中用以翻譯成蛋白質中氨基酸的排列順序。二、mRNA的功能蛋白質合成的直接模板把核內DNAtRNA的結構與功能

1.分子量最小一類RNA,占RNA總量10-25%

2.分子中含有10%-20%的稀有堿基一、tRNA的結構特點如假尿嘧啶（ψ）,二氫尿嘧啶（DHU）,甲基化堿基（mG,mA)等

3.3’末端有CCA-OH,是攜帶氨基酸的部位tRNA的結構與功能1.分子量最小一類RNA,占RNA

4.具有識別密碼子功能的反密碼子

5.二級結構為三葉草形,有三個環(huán)狀結構（DHU環(huán)、Tψ環(huán)、反密碼環(huán)）三級結構為“倒L”形二、tRNA的功能在蛋白質的合成過程中作為各種氨基酸的載體并將其轉呈給mRNA4.具有識別密碼子功能的反密碼子5.二級結構為三葉草核酸化學與核苷酸代謝課件tRNA的三級結構tRNA的三級結構rRNA的結構與功能一、rRNA的結構特點1.含量最豐富,約占總RNA的80%以上2.與核蛋白體蛋白結合成核蛋白體,rRNA

與蛋白質既可分離,又可結合3.核蛋白體由大小兩個亞基構成,兩亞基呈不規(guī)則形狀,聚合時中間有裂縫,可通過mRNArRNA的結構與功能一、rRNA的結構特點1.含量最豐富二、rRNA的功能是細胞內蛋白質合成的場所其他小分子RNA小核RNA（SnRNA)、小核仁RNA(SnoRNA)、小胞質RNA（scRNA/7SL-RNA)

※功能：參與HnRNA和rRNA的轉運和加工二、rRNA的功能是細胞內蛋白質合成的場所其他小分子RNA原核生物核糖體的亞基組成原核生物核糖體的亞基組成原核生物核蛋白體原核生物核蛋白體真核生物核蛋白體真核生物核蛋白體核酶某些RNA分子本身具有自我催化能力，可以完成rRNA的剪接。這些RNA稱為核酶（ribozyme)※意義：擴充了酶的范圍，使之不再局限于蛋白質。核酶某些RNA分子本身具有自我催化能力，可以完成r第四節(jié)核酸的理化性質一、核酸的粘度二、核酸的紫外吸收特性三、核酸的變性、復性及其分子雜交第四節(jié)核酸的理化性質一、核酸的粘度二、核酸的紫外吸收特

一、核酸的粘度*分子量越大粘度也越大ＲＮＡ分子比ＤＮＡ分子小，粘度也就小*生物分子的空間結構也影響粘度。線形分子>無規(guī)線團分子>球形分子一、核酸的粘度*分子量越大粘度二、核酸的紫外吸收特性嘌呤堿和嘧啶堿有共軛雙鍵，都能強烈吸收紫外光，最大吸收波長為260nm蛋白質對紫外光的最大吸收波長是280nm二、核酸的紫外吸收特性嘌呤堿和嘧啶堿有共軛雙鍵，都能強烈吸收紫外分光光度法檢測核酸的純度通過測定波長在260nm和280nm處吸光度的比值(A260／A280)來估計核酸樣品的純度DNA溶液：A260／A280=1.8

RNA溶液：A260／A280=2.0方法：紫外分光光度法檢測核酸的純度通過測定波長在260nm和280在波長260nm紫外線下，吸光度為1.00時，紫外分光光度法估計核酸的濃度取5μl雙鏈DNA樣品,加水稀釋至1ml。以1ml純水作為參照測定波長在260nm處的吸光度值(Ａ260),假如測得稀釋樣品的Ａ260值為0.500，相當于50μg/ml的雙鏈DNA,40μg/ml的單鏈DNA或RNA,20μg/ml的單鏈寡核苷酸問題1那么原液中DNA的濃度是？μg/ml在波長260nm紫外線下，吸光度為1.00時，紫外分光光度法三、核酸的變性、復性及其分子雜交(一)變性(二)復性(三)分子雜交三、核酸的變性、復性及其分子雜交(一)變性(二)復性((一)核酸的變性1.概念

核酸分子的雙螺旋結構解開，氫鍵斷裂（不涉及共價鍵的斷裂），使雙鏈分離，這種現象稱為核酸的變性2.引起核酸變性的因素如乙醇、丙酮、尿素、酰胺等加熱、介質中的pH過酸或過堿、有機溶劑、(一)核酸的變性1.概念核酸分子的雙螺旋結構解開3.核酸的變性與降解的區(qū)別

降解其過程是不可逆的。是指多核苷酸鏈中的磷酸二酯鍵斷裂，使分子量降低，不發(fā)生分子量的變化。一般是可逆的，變性4.

蛋白質和核酸的變性兩者均不涉及共價鍵的斷裂一級結構不破壞粘度下降，生物活性喪失3.核酸的變性與降解的區(qū)別降解其過程是不可逆的。是指多核ＤＮＡ分子的熱變性ＤＮＡ雙螺旋結構即遭破壞，氫鍵斷裂，雙鏈分離。將ＤＮＡ的稀鹽溶液加熱至80～95℃(或以上)數分鐘，ＤＮＡ分子的熱變性ＤＮＡ雙螺旋結構即遭破壞，氫鍵斷裂，雙鏈分d.喪失生物活性a.260nm處的紫外吸收值升高b.粘度下降c.浮力、密度升高（增色效應）變性DNA的特點d.喪失生物活性a.260nm處的紫外吸收值升高b.DNA解鏈曲線拐點所對應的溫度，代表ＤＮＡ變性50％時溫度，稱為解鏈溫度，通常稱為融解溫度。用符號Tm

表示70℃～85℃之間“Ｓ”形曲線DNA解鏈曲線拐點所對應的溫度，代表ＤＮＡ變性50％時溫度，Tm值的大小主要與下列因素有關⑴ＤＮＡ中Ｇ≡Ｃ對的含量Ｇ≡Ｃ堿基對的比例越高，Tm值越高pH和離子強度不變,根據Ｇ≡Ｃ百分含量，則可計算ＤＮＡ樣品的Tm值Tm＝69.3+0.41*(Ｇ≡Ｃ)％Tm＝4*(G+C)+2*(A+T),(小于20bp)Tm值的大小主要與下列因素有關⑴ＤＮＡ中Ｇ≡Ｃ對的含量Ｇ≡Ｃ⑵介質中的離子強度離子強度低Tm值低變性溫度范圍較寬離子強度大Tm值高變性溫度范圍較窄⑵介質中的離子強度離子強度低Tm值低變性溫度范圍較寬離子強度(二)核酸的復性DNA熱變性后的復性,常常稱為退火。變性的DNA或RNA在去除變性因素并處于適當的條件下，又可重新結合成為雙螺旋結構這一過程稱為復性。1.概念彼此分離的雙鏈2.復性過程兩種情況(二)核酸的復性DNA熱變性后的復性,常常稱為退火。變性的（1）兩條完全分開的單鏈通過隨機碰撞形成互補短片段的雙螺旋。（2）尚未配對的堿基很快地“對齊”。迅速形成雙鏈直至雙螺旋結構。（1）兩條完全分開的單鏈通過隨機碰撞形（2）尚未配對的堿基很復性后ＤＮＡ分子性質一系列的理化性質隨即恢復d.生物活性部分恢復a.260nm處的紫外吸收值下降b.粘度上升c.浮力、密度降低（減色效應）復性后ＤＮＡ分子性質一系列的理化性質隨即恢復d.生物活性部

(三)核酸分子雜交在一定條件下（適宜的溫度、pH及離子強度），可按堿基互補原則復性形成雙鏈，此過程稱為核酸分子雜交。1.概念

具有一定同源性的兩條核酸單鏈，變性復性(三)核酸分子雜交在一定條件下（適宜的溫度、pH及離子不完全同源核酸單鏈分子雜交突環(huán)不完全同源核酸單鏈分子雜交突環(huán)2.可發(fā)生雜交的核酸分子(1)兩條同源的DNA鏈(2)兩條同源的RNA鏈(3)一條DNA鏈一條RNA鏈3.核酸雜交的應用（1）測定核酸分子堿基組成（2）檢測某些因基因突變引起的疾病2.可發(fā)生雜交的核酸分子(1)兩條同源的DNA鏈(2)兩條同核苷酸庫核酸的降解核苷酸的合成核酸的合成核苷酸的降解核苷酸是核酸的基本結構單位，它不屬于營養(yǎng)必需物質核苷酸代謝概述核苷酸庫核酸的降解核苷酸的合成核酸的合成核苷酸的降解核苷酸是食物核蛋白蛋白質核酸(RNA與DNA)胰核酸酶RNA酶DNA酶(磷酸二酯酶)單核苷酸胰、腸核苷酸酶(磷酸單酯酶)核苷磷酸核苷酶(水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖堿基核酸的消化排出，很少利用食物核蛋白蛋白質核酸(RNA與DNA)胰核酸酶RNA酶DNA第一節(jié)嘌呤核苷酸代謝一、嘌呤核苷酸的合成代謝(一)嘌呤核苷酸的從頭合成(二)嘌呤核苷酸的補救合成(三)脫氧(核酸)核苷酸的生成二、嘌呤核苷酸的分解代謝第一節(jié)嘌呤核苷酸代謝一、嘌呤核苷酸的合成代謝(一)嘌一、嘌呤核苷酸的合成代謝(一)、從頭合成途徑1.概念：用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等簡單物質為原料，經過一系列酶促反應合成嘌呤核苷酸的途徑.

2.原料：5－磷酸核糖、谷氨酰胺、一碳單位、甘氨酸、CO2、天冬氨酸

一、嘌呤核苷酸的合成代謝(一)、從頭合成途徑1N1C2N3C4C5C6N97NC8

甲酰基(一碳單位)甘氨酸CO2Asp甲?；?一碳單位)Gln(酰胺基)甘氨當中站,谷氮坐兩邊,左上天冬氨,頭頂CO2N1C2N3C4C5C6N97NC8甲?；拾彼酑O2A3.合成的場所:

肝臟的胞液4.合成的過程:

兩個階段。(1)次黃嘌呤核苷酸(IMP)的合成(2)腺苷酸(AMP)和鳥苷酸(GMP)的合成3.合成的場所:肝臟的胞液4.合成的過程:(1)次黃嘌(1)IMP的合成(11步反應，過程只需了解)R-5'-PAMPPRPP合成酶PP-1'-R-5'-P(PRPP)ATP①5'-磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸反應過程：(1)IMP的合成(11步反應，過程只需了解)R-5'-(2)腺苷酸和鳥苷酸的合成R-5'-PCNCNNCHCOHNHCIMPR-5'-PCNCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOH腺苷酸代琥珀酸合成酶AMPSAsp,Mg2+,GTP(2)腺苷酸和鳥苷酸的合成R-5'-PCNCNNCHCR-5'-PCNCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOHR-5'-PCNCNNCHCNHCNH2COOHCHHCHOOC腺苷酸代琥珀酸(AMPS)腺苷酸(AMP)延胡索酸腺苷酸代琥珀酸裂解酶R-5'-PCNCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCR-5'-PCNCNNCHCOHNHCIMPR-5'-PCNCNNCHCOHNCONAD+H2ONADH+H+XMP黃嘌呤核苷酸IMP脫氫酶R-5'