第二章 核酸化學生物化學

第二章核酸化學19世紀60年代…弗雷德里希.米歇爾

(瑞士)格雷格爾.孟德爾（奧地利）孟德爾（1822-1884）

“現(xiàn)代遺傳之父”1866年…豌豆雜交實驗分離定律、自由組合定律米歇爾

(瑞士)1869年…分離核素細胞核—含磷、酸性—核素19世紀60年代…弗雷德里希.米歇爾

(瑞士)格雷格爾.孟德爾（奧地利）物質(zhì)基礎(chǔ)？功能？1944年…肺炎雙球菌遺傳轉(zhuǎn)化實驗奧斯瓦爾德.埃弗里（美國）S型菌的DNA S型菌的蛋白質(zhì)或莢膜多糖

S型菌的DNA 光滑型（S）有毒粗糙型（R）無毒核酸是遺傳物質(zhì)+DNA酶*核酸（nucleicacid）：以核苷酸為基本結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成的巨大分子，包括脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），具有儲存和傳遞遺傳信息的功能。什么是核苷酸？DNA和RNA有何不同？第一節(jié)核苷酸一、核苷酸的化學組成與命名堿基核苷酸=磷酸+戊糖+堿基磷酸戊糖核苷=戊糖+堿基1.堿基：嘌呤或嘧啶的衍生物嘌呤嘧啶腺嘌呤（adenine，A）鳥嘌呤（guanine，G）胞嘧啶（cytosine，C）尿嘧啶（uracil，U）胸腺嘧啶（thymine，T）一、核苷酸的化學組成與命名請問以下結(jié)構(gòu)是堿基中哪種類型？嘌呤堿基嘧啶堿基AB提交單選題1分請問C是指堿基中的哪一個？鳥嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶腺嘌呤ABCD提交單選題1分2.戊糖D-核糖（D-ribose）D-2-脫氧核糖（D-2-deoxyribose）D-甘油醛L-甘油醛D-核糖一、核苷酸的化學組成與命名2.戊糖D-甘油醛L-甘油醛D-核糖一、核苷酸的化學組成與命名D-2-脫氧核糖2.戊糖（Fisher式→Haworth式）一、核苷酸的化學組成與命名1’2’3’4’5’1’2’3’4’5’1’3’2’5’4’2’3’4’5’1’2’3’4’5’1’Fisher式Haworth式D-核糖β-D-核糖βα右倒排列3’-4’逆時針旋轉(zhuǎn)進攻請畫出以下結(jié)構(gòu)從費謝爾式到哈沃斯式的轉(zhuǎn)變作答正常使用主觀題需2.0以上版本雨課堂D-2-脫氧核糖β-D-2-脫氧核糖主觀題10分3.核苷=戊糖+堿基腺苷鳥苷尿苷胞苷脫氧腺苷脫氧鳥苷脫氧胸苷脫氧胞苷N-糖苷鍵：堿基與戊糖之間的N-C鍵911’1’一、核苷酸的化學組成與命名腺苷酸（AMP）鳥苷酸（GMP）尿苷酸（UMP）胞苷酸（CMP）脫氧腺苷酸（dAMP）脫氧鳥苷酸（dGMP）脫氧胸腺苷酸（dTMP）脫氧胞苷酸（dCMP）核糖核苷酸與脫氧核苷酸4.核苷酸=磷酸+戊糖+堿基一、核苷酸的化學組成與命名RNADNA核苷酸的組成部分為磷酸戊糖葡萄糖堿基ABCD提交多選題1分作業(yè)1.什么是生物化學與分子生物學？2.畫出四種核苷酸及四種脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)，名稱及英文縮寫。3.寫出下列分子從Fisher式→Haworth式的過程D-2-脫氧核糖D-核糖β-D-2-脫氧核糖β-D-核糖二、游離核苷酸及其衍生物1.ATP類的高能磷酸化合物腺苷酸（AMP）腺苷三磷酸（ATP）高能磷酸鍵（>25KJ/mol）二、游離核苷酸及其衍生物1.ATP類的高能磷酸化合物ATPADP物質(zhì)分解能量輸出能量貨幣腺苷三磷酸腺苷二磷酸二、游離核苷酸及其衍生物2.環(huán)式核苷酸3’,5’-環(huán)腺苷酸

(cAMP)第二信使二、游離核苷酸及其衍生物3.脫氫酶的輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+，氧化型）煙酰胺基電子傳遞體25

核苷酸作為核酸的基本結(jié)構(gòu)單元，他們之間是怎么樣連接而形成核酸這樣的大分子？思考How？作業(yè)1.什么是生物化學？2.畫出四種核苷酸及四種脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)，名稱及英文縮寫。3.寫出下列分子從Fisher式→Haworth式的過程D-2-脫氧核糖D-核糖β-D-2-脫氧核糖β-D-核糖第二節(jié)DNA的分子結(jié)構(gòu)復習：核苷酸的化學組成與命名堿基核苷酸=磷酸+戊糖+堿基核苷=戊糖+堿基磷酸戊糖腺苷酸（AMP）鳥苷酸（GMP）尿苷酸（UMP）胞苷酸（CMP）脫氧腺苷酸（dAMP）脫氧鳥苷酸（dGMP）脫氧胸腺苷酸（dTMP）脫氧胞苷酸（dCMP）核糖核苷酸與脫氧核苷酸復習：核苷酸的化學組成與命名RNA原料DNA原料30

核苷酸作為核酸的基本結(jié)構(gòu)單元，他們之間是怎么樣連接而形成核酸這樣的大分子？思考How？DNA（脫氧核糖核酸）的分子結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)：連接方式+排列順序二級結(jié)構(gòu)：雙螺旋結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)：超螺旋DNA的一級結(jié)構(gòu)（一）脫氧核苷酸之間的連接方式脫氧腺苷酸（dAMP）脫氧胞苷酸（dCMP）1’2’3’4’5’1’2’3’4’5’脫水3’,5’-磷酸二酯鍵DNA的一級結(jié)構(gòu)5’3’3’,5’-磷酸二酯鍵堿基1’2’3’4’5’脫氧胸腺苷酸脫氧鳥苷酸3’5’5’3’-H2O-H2ODNA的一級結(jié)構(gòu)（一）脫氧核苷酸之間的連接方式5’3’5’3’線條式——pApCpTpG————pA——C——T——G——5’3’文字式…ACTG…5’3’堿基符號表示法脫氧核苷酸之間的連接方式：3’,5’-磷酸二酯鍵1’2’3’4’5’DNA的一級結(jié)構(gòu)（二）脫氧核苷酸之間的排列順序DNA堿基序列生物遺傳信息儲存于如何測定DNA一級結(jié)構(gòu)？DNA的一級結(jié)構(gòu)（三）DNA一級結(jié)構(gòu)測定原理簡介Maxam-Gilbert化學測序法加入化學試劑（六氫吡啶與肼、硫酸二甲酯、NaCl和水），對四種核苷酸殘基進行特異性部位裂解，生成長度相差一個核苷酸殘基的片斷群。沃特.吉爾伯特1980年諾貝爾化學獎DNA的一級結(jié)構(gòu)（三）DNA一級結(jié)構(gòu)測定原理簡介Maxam-Gilbert化學測序法5’-32P…GCTACG…3’5’-32P…GCTAC5’-32P…GCT5’-32P…G5’-32P…GCA:G:C:T:電泳分離AGCT電泳方向讀向5’-32P…GCTACG…3’5’-32P…GCTADNA的一級結(jié)構(gòu)（三）DNA一級結(jié)構(gòu)測定原理簡介------------------------------------------鳥嘌呤G---------------------------腺嘌呤A胸腺嘧啶T胞嘧啶CSanger雙脫氧法弗雷德.桑格爾1980年諾貝爾化學獎DNA的一級結(jié)構(gòu)（三）DNA一級結(jié)構(gòu)測定原理簡介Sanger雙脫氧法堿基PPP3.雙脫氧核苷酸三磷酸（ddNTP）2.DNA聚合酶1.脫氧核苷酸三磷酸（dNTP）dATPdGTPdCTPdTTPPPP堿基ddATPddGTPddCTPddTTP錯誤原料正確原料3’3’DNA的一級結(jié)構(gòu)（三）DNA一級結(jié)構(gòu)測定原理簡介5’…GCTAC…3’(待測鏈)5’…GT5’…GTA5’…G5’…GTAGCddATP:電泳分離AGCT電泳方向讀向3’…CGATG…5’5’…GTAGSanger雙脫氧法3’…CGATG…5’合成長度不一的片段ddTTP:ddGTP:ddCTP:人類基因組計劃（HumanGenomeProject,HGP）

——生命科學的“登月計劃”2.5萬個基因，30億堿基對的排列順序1990年—2000年美、英、法、德、日、中1%：人類3號染色體短臂上約3000萬個堿基對Maxam-Gilbert化學裂解法Sanger雙脫氧法測定長度<250bp可達1000bp以上所需DNA樣品濃度較高濃度影響不大所需試劑簡單化學試劑dNTP，ddNTP，DNA聚合酶運用范圍合成寡聚核苷酸測序更廣本質(zhì)直接作用于樣品DNA擴增兩種方法對比復習DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA的一級結(jié)構(gòu)：脫氧核苷酸之間的連接方式和排列順序復習DNA的一級結(jié)構(gòu)（一）脫氧核苷酸之間的連接方式脫氧腺苷酸（dAMP）脫氧胞苷酸（dCMP）1’2’3’4’5’1’2’3’4’5’脫水3’,5’-磷酸二酯鍵復習DNA的一級結(jié)構(gòu)5’3’5’3’線條式——pApCpTpG————pA——C——T——G——5’3’文字式…ACTG…5’3’堿基符號表示法脫氧核苷酸之間的連接方式：3’,5’-磷酸二酯鍵1’2’3’4’5’46思考DNA分子在空間如何排布？20世紀40年代DNA的結(jié)構(gòu)？羅莎琳德.富蘭克林莫里斯.威爾金森萊納斯.鮑林加州理工學院倫敦國王學院劍橋大學詹姆斯.沃森弗朗西斯.克里克1.幾乎所有生物DNA的腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T），鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）的物質(zhì)的量相等，因此嘌呤堿基的總物質(zhì)的量等于嘧啶堿基的總物質(zhì)的量。1950年Chargaff定律…埃爾文.查加夫A=T,C=GA+G=C+T2.不同生物之間的DNA組合不同，特別是A/G,C/T之間的比值差別較大。

比值因物種而異1952年DNA的X射線衍射圖…羅莎琳德.富蘭克林莫里斯.威爾金森倫敦大學國王學院劍橋大學詹姆斯.沃森弗朗西斯.克里克DNA的X射線衍射圖1953年DNA雙螺旋模型…詹姆斯.沃森和弗朗西斯.克里克DNA雙螺旋模型二、DNA的二級結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)

1.天然DNA分子有兩條反向平行的多聚脫氧核苷酸鏈組成，一條鏈的走向為5’→3’，另一條鏈的走向為3’→5’。兩條鏈沿一個假想的中心軸右旋相互盤繞，形成大溝和小溝。2.磷酸和脫氧核糖作為不變的骨架成分位于外側(cè)，作為可變成分的堿基位于內(nèi)側(cè)，鏈間的堿基按A=T(兩個氫鍵)和（三個氫鍵）配對形成堿基平面，堿基平面與螺旋縱軸近于垂直。-----------------------------------------鳥嘌呤G胞嘧啶C------------------------腺嘌呤A胸腺嘧啶T二、DNA的二級結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)

3.螺旋的直徑為2nm，相鄰堿基平面的垂直距離為0.34nm，因此螺旋結(jié)構(gòu)每隔10bp重復一次，間距為3.4nm。二、DNA的二級結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)

4.穩(wěn)定雙螺旋的作用力有兩個：一個是堿基堆積力，是維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要作用力；另一個是堿基配對間的氫鍵。相連堿基平面間隔0.34nm，處于范德華力范圍內(nèi)，通過這樣垂直方向的相互作用而堆積起來，又稱堿基堆積力二、DNA的二級結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)

1.兩條反向平行鏈，走向，沿中心軸右旋，大溝，小溝2.核糖磷酸外側(cè)，堿基內(nèi)側(cè)及配對3.形態(tài)：直徑，相鄰堿基平面垂直距離，螺旋間距4.穩(wěn)定雙螺旋的作用力總結(jié)。。。二、DNA的二級結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu)

練習參照模型，描述DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)要點三、DNA的三級結(jié)構(gòu)在細胞內(nèi)，由于DNA分子與其他分子（特別是蛋白質(zhì)）的相互作用，使DNA雙螺旋進一步扭曲成三級結(jié)構(gòu)，其中超螺旋是DNA三級結(jié)構(gòu)中最常見的形式。DNA的分子結(jié)構(gòu)*一級結(jié)構(gòu)：脫氧核苷酸之間的連接方式和排列順序*二級結(jié)構(gòu)：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)：超螺旋作業(yè)1.說明堿基、核苷、核苷酸和核酸之間在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。2.

Chargaff定律的內(nèi)容是什么？3.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點有哪些？第三節(jié)RNA的分子結(jié)構(gòu)DNA與RNA結(jié)構(gòu)對比

1.與DNA相比，RNA相對分子質(zhì)量較小，大多數(shù)RNA是一條單鏈，堿基能配對的區(qū)域形成雙螺旋，不能配對