医药中专第二章核酸的化学9.2.ppt

第二章核 酸 的 化 学 核酸核酸 核核酸酸是是存存在在于于细细胞胞中中含含有有磷磷酸酸基基团团的的生生物大分子物大分子 只要有生命的地方就有核酸一、核酸的分子组成一、核酸的分子组成（一）核酸的元素组成 核酸由C、H、O、N、P 五种元素组成 P元素在核酸分子中恒定可以通过测定生物样品中核酸的P量，推算出核酸的含量（二）核酸的基本组成成分 含氮含氮碱基：嘌呤碱，嘧啶碱碱基：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖：戊糖：D-2-核糖，核糖，D-2-脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸核苷酸核苷酸核苷核苷n戊糖戊糖（（存在于存在于RNA））1´2´3´4´5´D-核糖核糖（（存在于存在于DNA））D-2-脱氧核糖脱氧核糖嘌呤嘌呤 腺嘌呤腺嘌呤( A )鸟嘌呤鸟嘌呤( G )含氮碱基含氮碱基嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶( C )尿嘧啶尿嘧啶( U )胸腺嘧啶胸腺嘧啶( T ) 磷酸磷酸DNA和RNA水解后都可以得到无机磷酸分子（三）核酸的组成单位（三）核酸的组成单位—核苷酸核苷酸1、核苷、核苷•戊糖和碱基以糖苷键连接而成的化合物称戊糖和碱基以糖苷键连接而成的化合物称为核苷 嘌呤嘌呤N-9 -9或或嘧啶嘧啶N-1 -1与与核核糖糖C-1C-1 通过通过β β- -N- -糖糖苷键苷键相连形成相连形成核苷核苷。

n核苷核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷键糖苷键•核苷中所含戊糖为D-核糖的称为“核糖核苷” 腺苷（A） 鸟苷（G）胞苷（C）尿苷（U）•核苷中所含戊糖为D-2-核糖的称为“脱氧核糖核苷” 脱氧腺苷（dA） 脱氧鸟苷（dG） 脱氧胞苷（dC） 脱氧胸苷（dU）•稀有碱基构成的核苷称为稀有核苷，假尿嘧啶构成假鸟苷2、核苷酸•核苷分子中戊糖上的羟基与一分子磷酸以核苷分子中戊糖上的羟基与一分子磷酸以磷脂键相连接形成的化合物称为核苷酸磷脂键相连接形成的化合物称为核苷酸•戊糖有两种，所以核苷酸分为两大类：核糖核苷酸和脱氧核糖核甘酸核苷或脱氧核苷与磷酸通过核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键酯键结合构成结合构成核苷酸核苷酸或或脱氧核苷酸脱氧核苷酸n核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 '2'OPO- -HOO糖苷键糖苷键酯键酯键两种核酸的基本结构单位两种核酸的基本结构单位 RNA DNA一磷酸腺苷（一磷酸腺苷（AMP）） 一一磷酸脱氧腺苷（磷酸脱氧腺苷（dAMP））一一磷酸鸟苷（磷酸鸟苷（GMP）） 一一磷酸脱氧鸟苷（磷酸脱氧鸟苷（dGMP））一一磷酸胞苷（磷酸胞苷（CMP）） 一一磷酸脱氧胞苷（磷酸脱氧胞苷（dCMP））一一磷酸尿苷（磷酸尿苷（UMP）） 一一磷酸脱氧胸苷（磷酸脱氧胸苷（dTMP））l 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸： AMP，，ADP，，ATPl 环化核苷酸环化核苷酸: cAMP，，cGMP第二节第二节 核酸的一级结构核酸的一级结构（一）核苷酸的连接方式 单核苷酸单核苷酸通过3',5'-磷酸二酯键磷酸二酯键相互连接形成多核 苷酸，即，前一核苷酸第3'位碳原子（C-3'）上的羟基与后一核苷酸第5'位碳原子（C-5'）磷酸上的羟基脱水形成脂键相连。

•多核苷酸的两端：5'-羟基末端 3'-羟基末端5´-末端末端3´-末端末端CGA磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键（二）DNA与RNA的分子结构vDNA是脱氧核苷酸通过3 ',5 '-磷酸二酯键连接形成的大分子多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸，即DNA链交交替替的的磷磷酸酸基基团团和和戊戊糖构成了糖构成了DNA的骨架的骨架 DNA链的方向是链的方向是5 5  →→ 3 3 RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯键的线性大分子多个核苷酸分子通过酯化反应形成的线性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶DNA与RNA的一级结构n定义核酸中核苷酸的排列顺序，即碱基序列A A C C P P5 5  P P T T P PG G P PC C P PT T P P OH 3OH 3  n书写方法：书写方法：5 5  p pA Ap pC Cp pT Tp pG Gp pC Cp pT T- -OHOH 3 3  5 5  A C T G C TA C T G C T 3 3 nDNA和和RNA的区别的区别核糖 G、C、A、URNA脱氧核糖 G、C、A、TDNA碱基碱基核糖核糖核酸核酸第三节第三节 DNA的空间结构与功能的空间结构与功能 ——双螺旋结构双螺旋结构DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 1.两条链反向，平行，碱基互补两条链反向，平行，碱基互补[A] = [T] [G] [C] 。

2.围绕同一中心轴构成围绕同一中心轴构成右手双螺右手双螺旋旋 螺旋直径直径2nm，表面有，表面有大沟和小沟（蛋白质结合部大沟和小沟（蛋白质结合部位）位）3. 碱基在内侧相邻碱基之间堆碱基在内侧相邻碱基之间堆砌距离为砌距离为0.34nm，每圈螺旋，每圈螺旋含含10个碱基对个碱基对 ，每一螺距，每一螺距3.4nm，夹角，夹角36°4. 维持双螺旋稳定的因素：维持双螺旋稳定的因素：横向为氢横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力键，纵向为碱基间的堆积力碱基互补规律碱基互补规律：腺嘌呤与胸腺嘧啶配对，形成两个氢键（A=T）;鸟嘌呤与胞嘧啶配对，形成三个氢键(G C),这种配对规律成称为碱基互补规律TAGC二、原核生物二、原核生物DNA的环状超螺旋结构的环状超螺旋结构DNA的三级结构是双螺旋基础上进一步盘的三级结构是双螺旋基础上进一步盘曲所形成的空间想象曲所形成的空间想象nDNA超螺旋结构的电镜图象超螺旋结构的电镜图象对于线性双螺旋状的DNA分子来说，当两端因蛋白质的结合而固定时，也可形成超螺旋结构Ø真真核核生生物物DNA以以非非常常有有序序的的形形式式存存在在于于细细胞胞核核内Ø在在细细胞胞周周期期的的大大部部分分时时间间里里，，DNA以以松松散散的的染染色色质质形形式式存存在在，，在在细细胞胞分分裂裂期期，，则则形形成成高高度度致致密的染色体。

密的染色体 ØDNA染色质呈现出的串珠样结构染色质呈现出的串珠样结构Ø染色质的基本单位是染色质的基本单位是核小体核小体(nucleosome)nDNA染色质的电镜图像染色质的电镜图像l l核小体核小体的构成的构成核心颗粒核心颗粒核心颗粒核心颗粒 连接区连接区连接区连接区 核心组蛋白：核心组蛋白：核心组蛋白：核心组蛋白： 组蛋白八聚体组蛋白八聚体组蛋白八聚体组蛋白八聚体H H H H2 2 2 2A A A A、、、、H H H H2 2 2 2B B B B、、、、H H H H3 3 3 3 、、、、H H H H4 4 4 4各各各各2 2 2 2分子分子分子分子DNADNADNADNA双螺旋分子双螺旋分子双螺旋分子双螺旋分子(150bp)(150bp)(150bp)(150bp)在在在在核心组蛋白缠绕核心组蛋白缠绕核心组蛋白缠绕核心组蛋白缠绕 1.751.751.751.75圈圈圈圈DNADNADNADNA（（（（60bp60bp60bp60bp）））） 组蛋白组蛋白组蛋白组蛋白H H H H1 1 1 1 连接核心颗粒连接核心颗粒连接核心颗粒连接核心颗粒l核小体结构图核小体结构图ØDNA的的基基本本功功能能是是以以基基因因的的形形式式荷荷载载遗遗传传信信息息，，并并作作为为基基因因复复制制和和转转录录的的模模板板。

它它是是生生命命遗遗传传的的物物质质基基础础，，也也是是个个体体生生命命活活动动的的信信息基础Ø基基因因：：是是具具有有遗遗传传效效应应的的DNA片片段段，，是是遗遗传传信信息息的的结结构构和和功功能能单单位位其其中中的的核核苷苷酸酸排排列列顺顺序序决决定定了了基基因的功能因的功能 三、三、DNA的功能的功能Ø基因组：指一个细胞或生物体所含的全套基因基因组：指一个细胞或生物体所含的全套基因基因组学：是发展和应用基因组学：是发展和应用DNADNA制图，测序新技术以及计算机制图，测序新技术以及计算机程序，分析生命体全部基因结构和功能的一门学科程序，分析生命体全部基因结构和功能的一门学科•RNA的一级结构：多核糖核苷酸链中核苷酸的一级结构：多核糖核苷酸链中核苷酸的排列顺序的排列顺序•RNA为一条多核苷酸链，有的碱基配对，有为一条多核苷酸链，有的碱基配对，有的不配对，可以螺旋，也可以不螺旋的不配对，可以螺旋，也可以不螺旋•RNA通常以单链形式存在，局部可有二、三通常以单链形式存在，局部可有二、三级结构级结构第四节第四节 RNA的空间结构的空间结构动物细胞内主要动物细胞内主要RNA的种类及功能的种类及功能核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA功功能能核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA细胞核和胞液细胞核和胞液功功能能rRNAmRNA tRNA核蛋白体组分核蛋白体组分核蛋白体核蛋白体RNA单链结构，含量最少，种类最多。

单链结构，含量最少，种类最多Ø大部分真核细胞具有帽结构大部分真核细胞具有帽结构 Ø外外显显子子是是氨氨基基酸酸的的编编码码序序列列，，而而内内含含子子是是非非编编码序列Ø寿命最短的寿命最短的RNAØ蛋蛋白白质质生生物物合合成成的的直直接接模模板板，，决决定定蛋蛋白白质质的的氨氨基酸顺序基酸顺序一、一、mRNA的结构与功能的结构与功能1 1、、tRNAtRNA的一级结构特点的一级结构特点Ø 含 10~20% 稀有碱基，如 DHU（二氢尿嘧啶环） 3´末端为 — CCA-OH（胞嘧啶和腺嘧啶）分子量最小、含稀有碱基比例最高的一类分子量最小、含稀有碱基比例最高的一类RNA二、二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体是蛋白质合成中的氨基酸载体2 2、、tRNAtRNA的功能：的功能： 把把活化的氨基酸活化的氨基酸搬运到搬运到核糖体核糖体，，tRNA的的反密码子反密码子与与mRNA的的密码子密码子特异性结合，使特异性结合，使氨基酸对号入座氨基酸对号入座 * tRNA的二级结构的二级结构——三叶草形三叶草形氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环* tRNA的三级结构的三级结构—— 倒倒L形形2.rRNA的结构：的结构：参与组成核蛋白体参与组成核蛋白体，，为为蛋白质生物合成的场所蛋白质生物合成的场所。

3.rRNA的种类：的种类：4.rRNA的功能的功能：：多个茎环结构组成多个茎环结构组成三、以rRNA为组分的核蛋白体是蛋白 质合成的场所1.含量最多的含量最多的RNAtRNArRNAmRNACCA—OH 3'含稀有碱基多含稀有碱基多二级二级:三叶草形三叶草形三级三级:倒倒L形形呈花状呈花状5' -m7GpppNm、、3' -polyA结结构构蛋白质合成的蛋白质合成的模板模板搬运搬运活化的活化的aa到核糖体到核糖体组成核蛋白体组成核蛋白体种类最多种类最多寿命最短寿命最短分子量最小分子量最小稀有碱基比例最高稀有碱基比例最高含量最多含量最多三种三种RNA内容小结内容小结功功能能特特点点第五第五节节 核酸的核酸的主要理化主要理化性性质质一、一般的理化性质一、一般的理化性质l两性解离两性解离 / 一般呈酸性（在中性溶液中带负电一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微溶于水，不溶于有机溶剂荷），微溶于水，不溶于有机溶剂l线性大分子（粘度高抗剪切力差）线性大分子（粘度高抗剪切力差）l可用电泳或离子交换（色谱）进行分离可用电泳或离子交换（色谱）进行分离l室温条件下，室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，在碱中变性，但不水解，RNA水解水解1.二、紫外吸收二、紫外吸收•在在260nm波长有最大吸收峰，是由碱波长有最大吸收峰，是由碱基的共轭双键决定的。

这一特性常用基的共轭双键决定的这一特性常用作核酸的定性、定量分析作核酸的定性、定量分析1.一一、、DNA的的变性定义：定义：天然天然DNA在某些理化因素作用下，双链在某些理化因素作用下，双链的互补碱基之间的氢键断裂，双螺旋结构散的互补碱基之间的氢键断裂，双螺旋结构散成为单链的现象即为成为单链的现象即为DNA的变性Tm：通常将：通常将A260达到最大吸收值的达到最大吸收值的50%的温度的温度成为熔点或解链温度，又称变性温度（成为熔点或解链温度，又称变性温度（Tm）变性因素：变性因素：过量酸，碱，加热，乙醇，丙过量酸，碱，加热，乙醇，丙酮，尿素和酰胺等酮，尿素和酰胺等第六第六节 DNA变性理性理论与与应用用DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂二、二、DNA的的复性 DNA复性的定义复性的定义在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNA的两条互补链可的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为这一过程称为退火退火 三、分子杂交三、分子杂交 Ø只只要要两两种种单单链链分分子子之之间间存存在在着着一一定定程程度度的的碱碱基基配配对对关关系系，，在在适适宜宜的的条条件件可可以以在在不不同同的的分分子子间间形形成成杂化双链杂化双链。

Ø这这种种杂杂化化双双链链可可以以在在不不同同的的DNA与与DNA之之间间形形成成，，也也可可以以在在DNA和和RNA分分子子间间或或者者RNA与与RNA分分子间形成这种现象称为核酸分子杂交子间形成这种现象称为核酸分子杂交双链双链DNA1DNA1双链双链DNA2DNA2+加热变性加热变性DNADNA变性、复性及分子杂交变性、复性及分子杂交缓慢降温复性缓慢降温复性形成单链形成单链杂化双链杂化双链双链双链DNA1双链双链DNA2+注：也可发生在注：也可发生在DNA与与RNA或或RNA与与RNA之间之间两种最重要的生物大分子比较组成单位组成单位 氨基酸氨基酸 核苷酸核苷酸组成单位组成单位 2020种种AAAA A A、、C C 、、G G 、、T T (DNA) (DNA)的种类的种类 A A、、C C 、、G G 、、U U (RNA) (RNA)连接方式连接方式 肽键肽键 磷酸二酯键磷酸二酯键一级结构一级结构 AAAA排列顺序排列顺序 碱基序列碱基序列空间结构空间结构 二、三、四二、三、四 双螺旋、超螺旋、蛋白双螺旋、超螺旋、蛋白 级结构级结构 - -核酸非共价结合核酸非共价结合功能功能 生命活动生命活动 遗传信息贮存、传代、遗传信息贮存、传代、 直接执行者直接执行者 表达表达, ,决定蛋白质结构决定蛋白质结构蛋白质蛋白质 核酸核酸作作 业业1、、RNA有哪些主要类型？有哪些主要类型？2、解释下列名词：、解释下列名词： 核苷核苷 DNA的变性与复性的变性与复性 Tm 。