普通生物化學(xué)章核酸

第五章核酸張厚鋒菏澤學(xué)院藥物科學(xué)與技術(shù)系第一節(jié)核酸的組成與結(jié)構(gòu)一、核酸的生物功能核酸是一類重要的生物大分子，擔(dān)負(fù)著生命信息的儲(chǔ)存與傳遞。DNA是主要的遺傳物質(zhì)，對(duì)生物遺傳信息的保持有重大作用RNA參與蛋白質(zhì)的生物合成，對(duì)生物遺傳信息的表達(dá)有重大作用1.DNA是主要的遺傳物質(zhì)肺炎雙球菌的兩種類型ⅢＳ型（有毒）外包有莢膜，菌落光滑。ⅡＲ型（無(wú)毒）外無(wú)莢膜，菌落粗糙細(xì)菌學(xué)家艾弗里（Avery，O.T.1877－1955），1944注射無(wú)毒性的R型注射毒性的S型注射已殺死的無(wú)毒性的S型+少量活R型菌株分離到有活的性的SIII結(jié)果：DNA能使一部分R型細(xì)胞獲得合成S型細(xì)胞特有的莢膜多糖的能力。證明：DNA是轉(zhuǎn)化物質(zhì)2.RNA參與蛋白質(zhì)的生物合成(核心功能)

tRNA:是轉(zhuǎn)換器攜帶氨基酸并起解譯作用。rRNA:是裝配者并起催化作用。核糖體的組分，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所；mRNA:是信使攜帶DNA的遺傳信息并起蛋白質(zhì)合成的模板作用。3.RNA的其他功能作用于RNA轉(zhuǎn)錄后加工與修飾具有調(diào)節(jié)基因表達(dá)與細(xì)胞功能的作用酶的催化功能－－－核酸酶（核酶）二、核酸的分子組成與基本結(jié)構(gòu)單位

元素組成C、H、O、N、P（9~10%）分子組成——

堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿——

戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖——

磷酸(phosphate)

核酸單核甘酸核苷磷酸戊糖堿基嘧啶堿基嘌呤堿基核酸酶水解RNA與DNA化學(xué)組成的差異DNARNA糖脫氧核糖核糖堿基AGCTAGCU不含稀有堿基含稀有堿基嘧啶堿基1.堿基堿基嘌呤堿基胸腺嘧啶胞嘧啶尿嘧啶鳥嘌呤腺嘌呤只存在RNA中只存在于DNA中(1)嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)(2)嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)（3）稀有堿基NNHONH2CH3NHNHOONNHONH2CH2OHNHNNNNH2CH3NHNNHNOCH35，6-二氫尿嘧啶(DHU)1-甲基腺嘌呤5-羥甲基胞嘧啶5-甲基胞嘧啶7-甲基鳥嘌呤CH3HH（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)H2.核糖和脫氧核糖

核苷是由戊糖與含氮堿基經(jīng)脫水縮合而生成的化合物。

化學(xué)鍵——糖苷鍵3.核苷

糖與堿基連接的方式：嘌呤核苷：C1'—N9

嘧啶核苷：C1′—N1

腺苷(AR)脫氧胞苷(dCR)β1’,N9-糖苷鍵

β1’,N1-糖苷鍵β1’β1’N9N1核糖核苷與脫氧核糖核苷

“稀有核苷”是由“稀有堿基”所生成的核苷。當(dāng)然也有例外，例如：假尿苷（ψ）β1’,C5-糖苷鍵④稀有核苷βC1'C512345假尿嘧啶環(huán)核苷是指（）A.堿基并非尿嘧啶B.作為DNA的稀有堿基存在C.核苷中糖被甲基化D.糖與堿基之間的連接與正常不同思考：4.核苷酸核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

(1)分類5′-腺嘌呤核苷酸（腺苷酸，AMP）5′-腺嘌呤脫氧核苷酸（脫氧腺苷酸，dAMP）DNA中RNA中脫氧腺苷酸（dAMP）腺苷酸（AMP）脫氧鳥苷酸（dGMP）鳥苷酸（GMP）脫氧胞苷酸（dCMP）胞苷酸（CMP）脫氧胸腺苷酸（dTMP）尿苷酸（UMP）（2）兩類核苷酸的基本化學(xué)組成比較5.環(huán)核苷酸環(huán)化核苷酸:cAMP，cGMPcAMP：3′，5′-環(huán)腺苷酸作為第二信使參與細(xì)胞信號(hào)傳遞。下列哪種是DNA的成分？F.脫氧胸苷選擇題：A.2’-鳥嘌呤脫氧核苷酸

B.5’-腺嘌呤核苷酸

C.3’-腺嘌呤脫氧核苷酸

D.5’-腺嘌呤脫氧核苷酸

E.胸苷G.5’-尿嘧啶核苷酸H.5’-尿嘧啶脫氧核苷酸J.脫氧核糖，磷酸和堿基I.核糖，磷酸和堿基下列哪種是RNA的成分？F.dTMP選擇題：A.7’-甲基鳥嘌呤核苷

B.5’-腺嘌呤核苷酸

C.假尿嘧啶核苷

D.雙氫尿嘧啶

E.胸苷G.5’-尿嘧啶核苷酸H.5’-次黃嘌呤核苷酸J.核糖，磷酸和堿基I.UMP三、核酸的分子結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的4種脫氧核糖核苷酸通過(guò)3′，5′－磷酸二酯鍵連接起來(lái)的直線形或環(huán)形多聚體。大小表示單位用bp：如108bp，蘊(yùn)含了強(qiáng)大的遺傳信息。5′端3′端CGA（一）DNA的分子結(jié)構(gòu)1.DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)AGP5

PTPGPCPTPOH3

書寫方法5

pApCpTpGpCpT-OH

3

ACTGCT

5

ACTGCT

3

美國(guó)Watson、英國(guó)Crick，總結(jié)了前人的工作，在1953年5月的《Nature》上合作了一篇文章，第一次科學(xué)的提出了DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)模型。被認(rèn)為是20世紀(jì)在自然科學(xué)中的重大突破之一。獲得了1962年的諾貝爾獎(jiǎng)。2、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)①DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡(jiǎn)稱DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向?yàn)?′→3′，而另一條鏈的方向?yàn)?′→5′。（1）DNA的雙螺旋模型特點(diǎn)②嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90°角。③螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個(gè)堿基平面平行，之間的距離為0.34nm，每10對(duì)核苷酸形成一個(gè)螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）高度為3.4nm。

④兩條DNA鏈相互結(jié)合以及形成雙螺旋的力是鏈間的堿基對(duì)所形成的氫鍵。堿基的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對(duì)規(guī)律，即腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）結(jié)合，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）結(jié)合，這種配對(duì)關(guān)系，稱為堿基互補(bǔ)。⑤沿螺旋的中心軸形成的大溝（majorgroove）和小溝（minorgroove）交替出現(xiàn)。

DNA雙螺旋之間形成的溝稱為大溝，而兩條DNA鏈之間形成的溝稱為小溝。要點(diǎn)：1.兩條鏈、右手螺旋。2.反向平行。3.堿基配對(duì)。4.核糖、磷酸外側(cè)，堿基內(nèi)側(cè)。5.旋轉(zhuǎn)一周10個(gè)堿基對(duì)，螺距3.4nm，直徑2nm。

氫鍵(AT之間兩個(gè)氫鍵，GC之間三個(gè)氫鍵)

堿基堆集力、堿基處于疏水環(huán)境中。

磷酸基的負(fù)電荷與組蛋白的正離子中和。（2）DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素（3）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)多樣性B-DNA：相對(duì)濕度92%形成，每周10.4個(gè)核苷酸對(duì)A-DNA：相對(duì)濕度75%形成，每周11個(gè)核苷酸對(duì)，粗短，大溝很深Z-DNA：左手螺旋每周12個(gè)核苷酸對(duì)，細(xì)長(zhǎng)

3、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)

在細(xì)胞內(nèi)，由于DNA分子與其它分子（主要是蛋白質(zhì)）的相互作用，使DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲形成的高級(jí)結(jié)構(gòu).實(shí)例：超螺旋、核蛋白體（染色體chromosome）DNA是以雙螺旋的形式圍繞一個(gè)假設(shè)的中心軸纏繞，當(dāng)雙螺旋的這個(gè)軸再?gòu)澢p繞時(shí)，DNA就處于超螺旋狀態(tài)。例如:大腸桿菌細(xì)胞的雙鏈環(huán)狀DNA長(zhǎng)度為1.7mm.是細(xì)菌長(zhǎng)度的850倍。(1)DNA超螺旋（原核生物）DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的形成負(fù)超螺旋：由螺旋不足誘導(dǎo)的DNA超螺旋稱負(fù)超螺旋。大部分細(xì)胞的DNA呈負(fù)超螺旋（右手螺旋）。正超螺旋：由DNA過(guò)分螺旋所導(dǎo)致的超螺旋稱正超螺旋。（左手螺旋）。在真核生物細(xì)胞核內(nèi)，雙鏈線形DNA與一組組蛋白共同組成核小體。在核小體的基礎(chǔ)上，DNA鏈經(jīng)反復(fù)折疊形成染色體.（2）

真核生物染色體核小體(nucleosome)的組成。DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體核心顆粒連接區(qū)DNA包括組蛋白H2A，H2B，H3和H4各兩分子構(gòu)成的致密八聚體(又稱核心組蛋白)，以及纏繞其上一右四分之三圈長(zhǎng)度為146bp的DNA鏈。包括兩相鄰核心顆粒間約60bp的連接DNA和位于連接區(qū)DNA上的組蛋白H1，連接區(qū)使染色質(zhì)纖維獲得彈性。相關(guān)話題：染色體的基本構(gòu)成單位為核小體。（蝌蚪，200bp的倍數(shù)。）真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)DNA

（2nm）核小體鏈（11nm，每個(gè)核小體200bp）纖絲（30nm，每圈6個(gè)核小體）突環(huán)（150nm，每個(gè)突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（300nm，6個(gè)突環(huán)）螺旋圈（700nm，每圈30個(gè)玫瑰花）染色體（1400nm，每個(gè)染色體含10個(gè)玫瑰花）（二）RNA的種類和分子結(jié)構(gòu)（1）堿基組成：A、G、C、U（2）一級(jí)結(jié)構(gòu)基本組成單位——核苷酸

（AMP、GMP、CMP、UMP）

(3)核苷酸間的連接鍵——3‘，5’-磷酸二酯鍵

(4)存在狀態(tài)——單鏈。1.RNA的組成特點(diǎn)2、RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

RNA分子中各核苷之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序叫做RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)。單鏈結(jié)構(gòu)，局部形成雙鏈。OHOHOH5′3′RNA結(jié)構(gòu)圖RNA的種類、分布、功能單鏈小分子，70-90個(gè)核苷酸,含10-20%稀有堿基，如DHU3′末端為—CCA-OH，為氨基酸的臂可與氨基酸共價(jià)鍵結(jié)合。

5′末端總是磷酸化，大多數(shù)為PG

分子中大約半數(shù)堿基相互配對(duì)，成雙螺旋構(gòu)成三葉草結(jié)構(gòu)。(1)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能3.參與蛋白質(zhì)生物合成的三類RNA的結(jié)構(gòu)

tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)氨基酸臂額外環(huán)雙氫尿嘧啶假尿嘧啶核苷（ψ）五部分：?氨基酸接受臂：接受活化氨基酸?二氫尿嘧啶環(huán)：與氨甲酰tRNA合成酶的結(jié)合有關(guān)?反密碼環(huán)：反密碼子可以識(shí)別信使RNA中的密碼子?額外環(huán)：是分類的指標(biāo)?TψC環(huán)：與核糖體的結(jié)合有關(guān)。

tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)共同特征：三葉草型結(jié)構(gòu)

tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)——倒L形反密碼環(huán)和氨基酸臂分別位于倒L的兩端(2)信使RNA(mRNA)遺傳信息從DNA分子抄錄到RNA分子中的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)錄。mRNA決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。mRNA的種類多，更新快，壽命短。分子大小不一,占3%~5%。DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細(xì)胞

原核生物mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一條mRNA鏈上有多個(gè)編碼區(qū)，為多順?lè)醋?/p>

真核生物mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一條mRNA鏈上有一個(gè)編碼區(qū)，為單順?lè)醋?’末端有帽子結(jié)構(gòu)3’末端有polyA尾巴結(jié)構(gòu)帽子結(jié)構(gòu)C5′C5′三個(gè)磷酸功能：抗5’-核酸外切酶的降解作用；有助于核糖體對(duì)mRNA的識(shí)別和結(jié)合(polyA)的結(jié)構(gòu)和功能1.穩(wěn)定mRNA。2.與尾結(jié)合蛋白結(jié)合，形成尾結(jié)合蛋白復(fù)合物，每10~20個(gè)腺甘酸可結(jié)合一個(gè)蛋白質(zhì)單體，防止水解。hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA

外顯子(exon)*真核生物mRNA成熟過(guò)程DNA基因RNA初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工修飾*rRNA的結(jié)構(gòu)（3）核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能*rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。*rRNA的種類（根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA核蛋白體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個(gè)核苷酸18S1874個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基40S60SrRNA23S5S2940個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸28S5.85S5S4718個(gè)核苷酸160個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%核酸的理化性質(zhì)第二節(jié)一、一般性質(zhì)：1.酸堿性和溶解性

核酸具有較強(qiáng)的酸性，微溶于水。2.核酸的粘度

DNA是線性高分子，粘度極大，RNA分子小于DNA。3.剛性

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)剛性，易斷裂。4.降解

溶液狀態(tài)的DNA分子易降解。二、核酸的紫外吸收

最大吸收峰在260nm附近。與核酸單鏈和雙鏈有關(guān)。核苷酸＞單鏈＞雙鏈1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當(dāng)于50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0OD260的應(yīng)用三、DNA的變性(denaturation)1.定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過(guò)程。DNA解鏈jielian.swf溫度（熱變性）酸堿度（酸堿變性）有機(jī)溶劑（甲醛、尿素）3.增色效應(yīng)與減色效應(yīng)增色效應(yīng)：雙鏈DNA變性過(guò)程中其光吸收升高。減色效應(yīng)：在DNA復(fù)性(恢復(fù)雙鏈)的過(guò)程中伴隨著光吸收的減少。2.引起核酸變性的因素4.DNA的熔點(diǎn)或熔解溫度(Tm)Tm：DNA的熱致變性過(guò)程中，紫外光吸收值達(dá)到最大值的50%時(shí)的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度。（引起DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)失去一半時(shí)的溫度值稱為該DNA)影響DNA的Tm大小的因素堿基的構(gòu)成與排列(C、G的含量）DNA片段長(zhǎng)度介質(zhì)中的離子強(qiáng)度（越高越大）四、DNA的復(fù)性與分子雜交1.DNA復(fù)性(renaturation)的定義在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性。DNA變性和復(fù)性bianxingfuxing.swf減色效應(yīng)DNA復(fù)性時(shí)，其溶液OD260降低。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過(guò)程稱為退火(annealing)。溫度和時(shí)間：緩慢冷卻，一定時(shí)間(退火)。DNA的濃度－正相關(guān)DNA分子的復(fù)雜度負(fù)相關(guān)DNA片斷的大?。?fù)相關(guān)溶液的離子濃度－正相關(guān)2.影響核酸復(fù)性的因素3.核酸分子雜交(hybridization)

在退火條件下，不同來(lái)源的DNA互補(bǔ)區(qū)形成雙鏈，或DNA單鏈與RNA鏈的互補(bǔ)區(qū)形成DNA-RNA雜合雙鏈的過(guò)程稱為核酸的雜交。

雜交程度與同源性成正比。

所依據(jù)的原理是：堿基互補(bǔ)思考：圖為雞蛋清蛋白基因與它的mRNA的雜交圖，表明兩者并不等長(zhǎng)。請(qǐng)你對(duì)此作出解釋？核酸分子雜交的應(yīng)用研究DNA分子中某一種基因的位置確定兩種核酸分子間的序列相似性檢測(cè)某些專一序列在待檢樣品中是否存在是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ)探針在核酸雜交的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種用于研究核酸和基因診斷的新技術(shù)稱為探針技術(shù)。探針：?jiǎn)捂湹暮塑账峋酆象w標(biāo)記后，就可以稱為探針。小結(jié)DNA的組成與結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

一級(jí)：堿基序列二級(jí)：雙螺旋結(jié)構(gòu)三級(jí)：核小體、超螺旋等RNA的組成與結(jié)構(gòu)mRNA：密碼子、5’帽子、3’poly尾tRNA：三葉草、倒L型結(jié)構(gòu)、反密碼子rRNA：大、小亞