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生物化学二核酸化学

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1、核酸是存在于细胞中的一类大分子酸性物质，包括核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）和脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）两大类。,第二章核酸的结构与功能,RNA和DNA都是以单核苷酸(nucleotide)为基本单位所组成的多核苷酸长链。 RNA主要参与遗传信息的表达，而DNA则是遗传信息的载体。,第一节核酸的化学组成及一级结构,组成元素核酸的基本单位：核苷酸,C H O N P（9%-10%）,核酸的水解产物：,1. 嘧啶碱(pyrimidine)：,一、核苷酸中的碱基组成,2. 嘌呤碱(purine)：,二、戊糖与核苷,1戊糖(pentose)：,H,2核苷(nucleoside)：,核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核糖的C1-羟基与嘧啶碱N1或嘌呤碱N9进行缩合，故生成的化学键称为，N糖苷键。如图,“稀有核苷”是由“稀有碱基”所生成的核苷。,三、核苷酸的结构与命名,核苷酸(nucleotide)是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两

2、大类。由于与磷酸基缩合的位置不同而分别生成2-核苷酸、3-核苷酸和5-核苷酸。最常见者为5-核苷酸（5常被省略）。,核苷酸的分子结构,核苷酸的命名及缩写符号,两类核酸的基本成分,四、核酸的一级结构,一分子核苷酸的3-位羟基与另一分子核苷酸的5-位磷酸基通过脱水可形成3,5-磷酸二酯键，从而将两分子核苷酸连接起来。,3,5-磷酸二酯键的形成,多核苷酸链：,核酸就是由许多核苷酸单位通过3,5-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的长链状化合物。核酸是具有方向性的长链状化合物，多核苷酸链的两端，一端称为5-端，另一端称为3-端。,DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四种脱氧核糖核苷酸所组成。 DNA的一级结构就是指DNA分子中脱氧核糖核苷酸（碱基）的排列顺序及连接方式(3,5-磷酸二酯键)。 RNA分子主要由AMP，GMP，CMP，UMP四种核糖核苷酸组成。 RNA的一级结构就是指RNA分子中核糖核苷酸碱基）的排列顺序及连接方式。,DNA的一级结构： 5-AGTCCATG-3 AGTCCATG 3-TCAGGTAC-5 RNA的一级结构： 5-AGUCCAUG-3 AGUC

3、CAUG,核酸一级结构的表示方法,第二节 DNA的空间结构与功能一、DNA的二级结构双螺旋结构模型,DNA双螺旋结构(double helix structure)是DNA二级结构的一种重要形式，它是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来的一种结构模型。,James Watson (L) and Francis Crick (R), and the model they built of the structure of DNA,Chargaff 研究小组的贡献,19501953，Chargaff研究小组对DNA的化学组成进行了分析研究，发现： DNA碱基组成有物种差异，且物种亲缘关系越远，差异越大；相同物种，不同组织器官中DNA碱基组成相同，而且不因年龄、环境及营养而改变； DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定的规律性，即A=T、G=C、A+G=T+C。这一规律被称为Chargaff规则。,1953年由Franklin和Wilkins等人完成的研究工作，发现了DNA晶体的X线衍射图谱中存在两种周期性反射，并证明DNA是一种螺旋构象。,Fig. 51,DNA双螺旋

4、结构模型的要点：,1、右手螺旋，大沟、小沟 2、螺旋由两条反向的互补双链组成A T， G C ，戊糖和磷酸构成骨架居外，互补碱基处于碱基平面居内 3、双螺旋直径2nm，螺旋一圈含10bp，螺距3.4nm 4、维系力：横向氢键纵向碱基堆积力,二、DNA的超螺旋结构（三级结构）及其在染色质中的组装,超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。,绝大多数原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋。如果再进一步盘绕则形成麻花状的超螺旋结构。,（一）原核生物DNA的高级结构：,（二）DNA在真核生物细胞核内的组装：,在真核生物中，双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构，称为核小体(nucleosome)。核小体结构属于DNA的高级结构。,核小体的结构,核小体、染色质与染色体,三、DNA的功能,DNA的基本功能是作为遗传信息的载体，为生物遗传信息复制以及基因信息的转录提供模板。 DNA分子中具有特定生物学功能的片段称为基因(gene)。一个生物体的全部DNA序列称为基因组(genome)。基因组的大小与生物的复杂性有关，如病毒SV40的基因组大小为5.1103bp，大肠杆菌为5.7106bp，人为3.2109bp。,

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