生物化學(xué)課件：第一章 第1,2節(jié)

第一章核酸的化學(xué)

（Chemistryofnucleicacid）早先，人們認(rèn)為遺傳物質(zhì)是蛋白質(zhì)。1868年，瑞士科學(xué)家F.miescher從外科繃帶上膿細(xì)胞的核中分離出了一種富含磷的有機(jī)物質(zhì)，稱為“核素”。1872年，他從萊茵河鮭魚中得到類似物。引言1889年，Altman等人又從酵母和動(dòng)物的細(xì)胞核中得到了不含蛋白質(zhì)的核酸，并首次使用“核酸”（NucleicAcid）命名。1944年，Avery等人通過細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明核酸是遺傳物質(zhì)。引言1952年，HersheyandChase用同位素32P，35S標(biāo)記噬菌體T2的核酸和蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)進(jìn)行復(fù)制的是核酸而非蛋白質(zhì)。1953年，WatsonandCrick雙螺旋結(jié)構(gòu)。引言一.核酸的定義、種類、分布與功能引言核酸定義以核苷酸為基本結(jié)構(gòu)單位，按照一定的順序排列，以3',5'-磷酸二酯鍵相連，折疊、彎曲形成的具有一定生物學(xué)功能的長(zhǎng)鏈，具有貯存、傳遞遺傳信息作用的遺傳大分子。種類分布功能DNA原核生物：核質(zhì)區(qū)真核生物：95%在細(xì)胞核、

5%在線粒體和葉綠體遺傳信息的載體RNAtRNA原核生物：細(xì)胞質(zhì)真核生物：75%在細(xì)胞質(zhì)

15%在線粒體和葉綠體

10%在細(xì)胞核攜帶、轉(zhuǎn)移aamRNA肽鏈合成的模板rRNA核糖體主要成分一.核酸的定義、種類、分布與功能引言1.元素組成C、H、O、N、P其中P的含量在核酸中相對(duì)恒定。在DNA中為9.9%，在RNA中為9.4%

。這可用于測(cè)定核酸的含量——定磷法。二.核酸的化學(xué)組成引言2.核酸的基本結(jié)構(gòu)單元核苷酸核酸是由許多核苷酸組成的長(zhǎng)鏈Nucleotide引言二.核酸的化學(xué)組成第一節(jié)核苷酸的結(jié)構(gòu)

核苷酸磷酸核苷戊糖堿基核糖脫氧核糖嘌呤嘧啶一、核苷酸的結(jié)構(gòu)1、

戊糖它們均以呋喃糖態(tài)存在

RNA中D-核糖1'2'3'4'5'

DNA中

D-2'-脫氧核糖1'2'3'4'5'一、核苷酸的結(jié)構(gòu)2、堿基一、核苷酸的結(jié)構(gòu)腺嘌呤鳥嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶腺嘌呤鳥嘌呤胞嘧啶尿嘧啶DNA中的4種堿基：RNA中的4種堿基：堿基5-甲基-2,4-二氧嘧啶Thy(T)胸腺嘧啶2,4-二氧嘧啶Ura(U)尿嘧啶2-氨基-6-氧嘌呤

Gue(G)鳥嘌呤2-氧-4-氨基嘧啶Cyt(C)胞嘧啶嘧啶6-氨基嘌呤Ade(A)腺嘌呤嘌呤124NN3561357NNNNCH24689HNNNNCHNH2HNNNNCHOHH2NNNNH2OHNNOONNOOCH33、磷酸HOPOHOHO一、核苷酸的結(jié)構(gòu)核苷

戊糖第1位碳原子上的羥基與嘌呤的第9位氮原子或與嘧啶的第1位氮原子形成的N-C糖苷鍵。一、核苷酸的結(jié)構(gòu)

核苷

RNA中的核苷腺苷A鳥苷G胞苷C尿苷UDNA中的核苷脫氧腺苷dA脫氧鳥苷dG脫氧胞苷dC脫氧胸苷dT一、核苷酸的結(jié)構(gòu)

核苷酸磷酸核苷戊糖堿基核糖脫氧核糖嘌呤嘧啶

RNA中D-核糖1'2'3'4'5'

DNA中

D-2'-脫氧核糖1'2'3'4'5'一、核苷酸的結(jié)構(gòu)

核苷酸

RNA中的核苷酸腺苷酸AMP鳥苷酸GMP胞苷酸CMP尿苷酸UMPDNA中的核苷酸脫氧腺苷酸dAMP脫氧鳥苷酸dGMP脫氧胞苷酸dCMP脫氧胸苷酸dTMP生物體內(nèi)存在的核苷酸，都是5核苷酸。'一、核苷酸的結(jié)構(gòu)稀有核苷酸指DNA和RNA中少量存在的核苷酸。又稱修飾核苷酸。1、稀有堿基一、核苷酸的結(jié)構(gòu)7-甲基鳥嘌呤次黃嘌呤5-甲基胞嘧啶如二氫尿嘧啶H2H2稀有核苷形成的原因舉例名稱代號(hào)稀有堿基7-甲基鳥苷m7G5-甲基脫氧胞苷m5dC次黃嘌呤核苷（肌苷）I二氫尿苷D修飾的戊糖2'-O-甲基胞苷Cm堿基和戊糖不正常連結(jié)假尿苷j2、稀有核苷稀有核苷酸一、核苷酸的結(jié)構(gòu)3.稀有核苷酸由稀有核苷與磷酸形成的核苷酸，如IMP(次黃嘌呤核苷酸)二、稀有核苷酸一、核苷酸的結(jié)構(gòu)核苷酸除了作為核酸的基本結(jié)構(gòu)單元外，它們?cè)跈C(jī)體中還行使著許多重要的生理功能。三、核苷酸及其衍生物的功能一、核苷酸的結(jié)構(gòu)1、多磷酸化核苷酸NMPNDPNTP磷酸化磷酸化如腺苷酸的三種磷酸化形式NTP（尤其是ATP）是生物體內(nèi)各種生化反應(yīng)的能量供體。一、核苷酸的結(jié)構(gòu)三、核苷酸及其衍生物的功能2、環(huán)化核苷酸

核苷酸的磷酸基團(tuán)既與3'-OH又與5'-OH相連，從而形成環(huán)化的核苷酸，叫做3',5'-環(huán)核苷酸。如3',5'-環(huán)腺苷酸（cAMP）細(xì)胞內(nèi)常見的環(huán)化核苷酸有cAMP和cGMP，它們?cè)诖x調(diào)節(jié)中起重要作用。一、核苷酸的結(jié)構(gòu)三、核苷酸及其衍生物的功能3、輔酶類核苷酸

核苷酸是多種輔酶的組成成分，有些輔酶本身就是特殊的核苷酸類似的輔酶有NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoA等一、核苷酸的結(jié)構(gòu)三、核苷酸及其衍生物的功能維生素與輔因子維生素與輔因子HH第二節(jié)DNA的分子結(jié)構(gòu)二、DNA的分子結(jié)構(gòu)

DNA分子中四種脫氧核苷酸之間通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接起來的多核苷酸鏈的排列順序一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)定義二、DNA的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

核苷酸之間的連結(jié)方式一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、DNA的分子結(jié)構(gòu)二、DNA的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)1,DNA分子中，脫氧核苷酸之間只能以3’,5’-磷酸二酯鍵相連2,DNA分子沒有側(cè)鏈，只能線狀或環(huán)狀4,生物遺傳信息貯存在DNA的核苷酸序列中真正代表DNA生物學(xué)意義的是作為可變成分的堿基排列順序DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：3,具有方向性。兩個(gè)末端分別為5'端和3'端。DNA單鏈的延伸5’3’端一級(jí)結(jié)構(gòu)序列——遺傳信息堿基序列——核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、DNA的分子結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示方法1）線條法一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、DNA的分子結(jié)構(gòu)垂直線：戊糖的碳鏈A、T、G、C：不同的堿基P:磷酸基斜線：3',5'-磷酸二酯鍵一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、DNA的分子結(jié)構(gòu)2）文字式pp

DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)分析（DNAsequencing）

二、DNA的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定原理：1,化學(xué)裂解法2,Sanger的雙脫氧末端終止法

ddNTP(酶)法

一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

雙脫氧法

HH

N

4ddNTP系統(tǒng)中DNA鏈均終止在ddXTP(二脫氧核苷酸)

ddATP

ddCTP

ddTTP

ddGTPACTGCTGACTTCGACAA一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA的雙螺旋模型由Watson和Crick兩位科學(xué)家于1953年提出的。

雙螺旋結(jié)構(gòu)是指DNA的兩條鏈圍著同一中心軸旋繞而成的一種空間結(jié)構(gòu)。

（一）二級(jí)結(jié)構(gòu)的概念二、DNA的分子結(jié)構(gòu)1953年Watsosn&Crick

RighthandedB-formDNADoublehelixModel

二、DNA的分子結(jié)構(gòu)二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提出的依據(jù)1、DNA的X-射線衍射圖：(1)不同來源的DNA纖維有類似的X-光衍射圖譜，DNA可能有共同的分子模型(2)衍射數(shù)據(jù)說明DNA含有兩條或兩條以上具有螺旋結(jié)構(gòu)的多核苷酸鏈，沿DNA長(zhǎng)軸有0.34nm和3.4nm的周期性變化二、DNA的分子結(jié)構(gòu)富蘭克林拍攝的DNA晶體的X射線衍射照片，這張照片正是發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵M.H.F.Wilkins&RosalindFrankin

X~rayphotographofDNAwithhighquality

1952年二、DNA的分子結(jié)構(gòu)2、Chargaff定則：(DNA的堿基組成分析即堿基成對(duì))(1)所有DNA分子中A=T，G=C(2)同一物種的所有體細(xì)胞DNA的堿基組成相同，此堿基組成可作為該物種的特征(3)親緣越近的生物，其DNA的堿基組成越近，即不對(duì)稱比率(A+T/G+C)越相近。二、DNA的分子結(jié)構(gòu)DNA

雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

(DNADoubleHelixModel)

1950年Chargaff

A+G/T+C=1A+T=G+C二、DNA的分子結(jié)構(gòu)3、DNA的堿基物化數(shù)據(jù)如堿基的幾何大小、鍵長(zhǎng)鍵角數(shù)據(jù)、酸堿滴定等。二、DNA的分子結(jié)構(gòu)在生命的旋梯上沃森和克里克(三)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的基本特征

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)(三)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的基本特征

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)1.反向平行互補(bǔ)配對(duì)的兩條鏈沿中心軸盤繞成右手螺旋DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)圖的上半部分是以超高分辨率掃描式電子顯微鏡拍到的照片。圖的下半部分是DNA的人工模型。從圖上可辨認(rèn)出DNA是由兩條鏈交纏在一起的螺旋結(jié)構(gòu)

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的結(jié)構(gòu)模式圖放大DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)AAATTTGGGGCCCATC磷酸脫氧核糖含氮堿基

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)2.

磷酸與脫氧核糖相互間隔連接構(gòu)成的主鏈處于螺旋外側(cè)，糖環(huán)平面與縱軸平行；堿基則伸向螺旋內(nèi)部，堿基配對(duì)形成堿基平面，堿基平面與縱軸垂直。RighthandedB-formDNADoublehelixModel

堿基對(duì)另一堿基對(duì)嘌呤和嘧啶之間通過氫鍵配對(duì)，形成堿基對(duì)，且A只和T配對(duì)、C只和G配對(duì)，這種堿基之間的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系就叫做堿基互補(bǔ)配對(duì)原則。ATGC氫鍵

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)3.

雙螺旋內(nèi)部的堿基按規(guī)則配對(duì)：A與T配對(duì)，形成2個(gè)氫鍵；G與C配對(duì)，形成3個(gè)氫鍵，稱為堿基互補(bǔ)配對(duì)，雙螺旋的兩條鏈也呈互補(bǔ)關(guān)系。

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)4.雙螺旋表面形成兩種凹槽：較淺的叫小溝，另一條叫大溝。l

蛋白質(zhì)因子與DNA的特異結(jié)合依賴于

氨基酸與DNA間的氫鍵的形成l

蛋白質(zhì)因子沿大溝與DNA形成專一性

結(jié)合的機(jī)率與多樣性高于沿小溝的結(jié)合l

大溝的空間更有利于與蛋白質(zhì)的結(jié)合

5.

雙螺旋直徑為2nm，每對(duì)脫氧核苷酸殘基沿縱軸旋轉(zhuǎn)36°，上升0.34nm。所以每10個(gè)堿基對(duì)形成一個(gè)螺旋，螺距3.4nm。

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)AAATTTGGGGCCCATC

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋模型的意義:

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

奠定了生物化學(xué)、分子生物學(xué)迅速發(fā)展的基石揭示了DNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性，是DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄等的分子基礎(chǔ)。AAATTTGGGGCCCATC你注意到了嗎？?jī)蓷l長(zhǎng)鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序是穩(wěn)定不變的。長(zhǎng)鏈中的堿基對(duì)的排列順序是千變?nèi)f化的。

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)你注意到了嗎？?jī)蓷l長(zhǎng)鏈上的脫氧核糖與磷酸交替排列的順序是穩(wěn)定不變的。長(zhǎng)鏈中的堿基對(duì)的排列順序是千變?nèi)f化的。

DNA分子的特異性就體現(xiàn)在特定的堿基（對(duì)）排列順序中。

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)沃森、克里克和威爾金斯因發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋而榮獲1962年諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)左一：威爾金斯左三：克里克左五：沃森

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)（四）影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)1,堿基堆積力是維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要因素2,氫鍵G+C含量越高，DNA越穩(wěn)定3,離子鍵組蛋白和正離子與磷酸負(fù)電荷形成離子鍵，有助于DNA分子穩(wěn)定（四）影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

堿基堆集力(Basestackingforces)：堿基堆集成非極性的區(qū)域，相互間產(chǎn)生疏水作用和范德華力

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)☆疏水作用力(Hydrophobicinteraction)

☆范德華力

(Vandewaalsforce)

(1.7A°/嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)作用半徑)DNA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的最主要因素（四）影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

互補(bǔ)堿基之間的氫鍵(Hydrogenbond)

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)弱鍵,可加熱解鏈并且輕鍵的斷裂往往是協(xié)同的（四）影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

離子鍵

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)與DNA結(jié)合的陽(yáng)離子原核細(xì)胞中，DNA常與多胺結(jié)合

Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是DNA分子在生理狀態(tài)及在溶液中的主要存在形式，即B-DNA(含水量90％以上，NaCl濃度為2.5M）當(dāng)水合的DNA脫水時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)锳型(含水量75％)還有Z型的DNA(左手螺旋，0.7MMgCl2)類型旋轉(zhuǎn)方向螺旋直徑螺距每轉(zhuǎn)堿基對(duì)數(shù)堿基對(duì)間距堿基傾角

A-DNA右2.32.8110.25520

B-DNA右2.03.4100.340

Z-DNA左1.84.5120.377（五）DNA雙螺旋構(gòu)象的多態(tài)性

二、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)DNA的分子構(gòu)型(B,Z,A)比較

Z-DNAZ-DNAA-DNAB-DNAPolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAAPolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAA●