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单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1第二章 核 酸 (Nucleic Acid) 主要介绍碱基、核苷、核苷酸和核酸的结构、性质和功能，核酸的分离、提纯、鉴定等一 核酸的概念 核酸英文名nucleic acid（NA） 1868年瑞士F. Miescher（米歇尔）发现了核酸第一节 核酸的概念和及生物学意义 核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合而成的具有一定空间结构的大分子化合物 核蛋白 磷酸 核苷 碱基 戊糖 蛋白质 核酸核苷酸 nDNA分子含有生物物种的所有遗传信息，分子量一般都很大nDNA为双链分子，其中大多数是链状结构大分子，也有少部分呈环状结构脱氧核糖核酸（DNA）DNA 双链线状 双链环状 单链线状：动物病毒MVM 单链环状：噬菌体X174 真核细胞染色体DNA 噬菌体T2，T5，T7，P22 E-Coli染色体DNA 线粒体DNA 叶绿体DNA 多瘤病毒DNA，病毒SV40DNA 噬菌体和X174的复制型 DNA的生物功能 DNA是主要的遗传物质基因：是指在染色体上占有一定位置的遗传单位基因有三个基本属性：1. 可通过复制，将遗传信息由亲代传递给子代；2. 经转录对表型有一定的效应；3. 可突变形成各种等位基因。

DNA具有基因的所有属性，基因也就是DNA的一个片段1944年Avery细菌转化实验 转化作用：转化作用的物质称转化因子 从一种细菌中得到DNA通过一定途径进入另一种细菌，从而引起后者遗传特性的改变 噬菌体感染实验 1952年美国Hershey 噬菌体感染实验 DNA与遗传性疾病、癌变的关系（1）镰刀状红细胞贫血病的DNA点突变（2）白化病的基因缺失（3）癌变核糖核酸（RNA）nRNA主要是负责DNA遗传信息的翻译和表达，分子量要比DNA小得多RNA为单链分子RNA的类别n根据RNA的功能，可以分为mRNA、tRNA和rRNA三种其它类别的RNA （1）病毒RNA（Viral RNA, rRNA） （2）核内RNA（nuclear RNA, nRNA） 不均一核RNA（heterogeneous nuclear RNA,HnRNA） 小分子核RNA（small nuclear RNA, sn RNA） 小分子核仁RNA（small nucleolar RNA, sno RNA） 染色体RNA（chromosomal RNA, ch RNA） （3）线粒体RNA（mitochondrial RNA, mit RNA） （4）叶绿体RNA（chloroplast RNA, chlRNA或ctRNA） mRNA (信使RNA)n约占总RNA的5%。

n不同细胞的mRNA的链长和分子量差异很大n它的功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地 核糖核蛋白体Messenger RNA5-帽子 5-非密码区 密码区3-非密码区 polyA tRNA (转移RNA)n约占总RNA的10-15%n它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信息，并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用n已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNAnRNA分子的大小很相似，链长一般在73-78个核苷酸之间lTransfer RNArRNA (核糖体RNA)n约占全部RNA的80%，n是核糖核蛋白体的主要组成部分nrRNA 的功能与蛋白质生物合成相关Ribosome RNA原核生物核糖体 70S50S30S5S rRNA， 23S rRNA34种蛋白质16S rRNA21种蛋白质真核生物核糖体 80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA49种蛋白质18SrRNA33种蛋白质RNA的生物功能 1RNA与蛋白质的生物合成 （1）mRNA与遗传密码 （2）tRNA的作用 接受氨基酸、携带氨基酸，把氨基酸转运到核糖体上，然后按照mRNA上的密码顺序装配成多肽或蛋白质。

（3）rRNA的作用 具有核酶活性，能够催化肽键形成，起装配和催化作用第二节 核酸的组成 一 碱基（base）：又称含氮碱 （1）嘧啶碱（pyrimidine, Py） （2）嘌呤碱（purine, Pu） 其它嘌呤（核酸的代谢产物）：黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等 （3）修饰碱基（modified base）： 也称稀有碱基（minor base） （一）核苷（nucleoside） 1核苷的结构 核苷：含N苷，-苷 二、核苷、核苷酸核苷中戊糖与碱基的连接方式： 腺嘌呤核苷 （adenosine）胞嘧啶脱氧核苷 （deoxycytidne）核苷 核糖核苷（核苷）：A、G、C、U 脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dA、dG、dC、dT 命名，简写符号 天然核苷：一般为反式构象 2修饰核苷（modified nucleoside）： 也称稀有核苷（minor nucleoside） 修饰核苷包括三种情况: （1）由修饰碱基和糖组成的核苷 （2）由非修饰碱基和2-O-甲基核糖组成的核苷 （3）由碱基与糖连接方式特殊的核苷 （1）（2）（3）()修饰核苷的简写符号 少数修饰核苷用单字符号如D、I；但大多数修饰核苷是将碱基取代基、取代位置和取代数目写在核苷单字符号的左边，用小写英文字母代表取代基。

取代基用下列小写英文字母表示 :甲基m 乙酰基ac 氨基n 甲硫基ms 羟基o或h 硫基s 异戊烯基i 羧基c 注意：例: 2-O-甲基腺苷 Am 含修饰核糖的核苷即2-O-甲基核苷的表示方法，在核苷符号的右下方注上一个小写m二）核苷酸（nucleotide, Nt） 1核苷酸的结构 （1）（核糖）核苷酸（ribonucleotide）： 2，3，5一核糖核苷酸(2-AMP)(3-AMP)(5-AMP)3，5一脱氧核糖核苷酸Deoxyadenosine 3- monphosphate (3- dAMP)Deoxyadenosine 5- monphosphate (5- dAMP)（2）脱氧（核糖）核苷酸（deoxyribonucleotide）：（三）核苷酸的衍生物 ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物它的结构如下：（1 1） ATP ( ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸) )ATP的性质nATP 分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键ATP水解时, 可以释放出大量自由能nATP 是生物体内最重要的能量转换中间体ATP 水解释放出来的能量用于推动生物体内各种需能的生化反应。

cAMP 和 cGMPncAMP(3,5- 环腺嘌呤核苷一磷酸)和 cGMP( 3,5-环鸟嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作为细胞之间传递信息的信使胞内 ATP cAMP + PPi 磷酸二酯酶 5-AMP 腺苷酸环化酶 （AC）（一）DNA的一级结构Primary structurePrimary structure即即DNADNA的共价结构的共价结构 1DNA分子中核苷酸的连接方式 第三节 核酸的分子结构包括DNA的结构、RNA的结构 RNA简写方法：线条式、文字式 n在讨论有关核酸问题时，一般只关心其中碱基的种类和顺序，所以上式可以进一步简化为：n 5PAPCPGPCPTPGPTPA 3n 或5 ACGCTGTA 3n在DNA一级结构中，有一种回文结构的特殊序列，所谓回文结构即DNA互补链上一段反向重复顺序，正读和反读意义相同，经反折可形成“十字形”结构，在转录成RNA后可形成“发夹”样结构，有调控意义n GCTA GTTCA CTC TGAAC AATT n CGAT CAAGT GAG ACTTG TTAA 1提出DNA双螺旋结构模型的根据 （2）x-光衍射分析 （二）DNA的二级结构 （1）已知核酸化学结构和核苷酸键长键角的数据（3）DNA碱基组成的定量分析 20世纪40年代chargaff规则 DNA碱基组成有种的特异性，但没有组织、器官特异性。

A=T；G=C；A+G=T+C ；A+C=T+G ； 2DNA双螺旋结构模型（double-helical structure） 1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构 DNA双螺旋结构要点： 1两条反向平行的多核苷酸链形成右手螺旋一条链为5 3，另一条为3 5某些病毒的DNA是单链分子ssDNA）2碱基在双螺旋内侧，A与T，G与C配对，A与T形成两个氢键，G与C形成三个氢键糖基-磷酸基骨架在外侧表面有一条大沟和一小沟3螺距为3.4 nm，含10个碱基对（bp），相邻碱基对平面间的距离为0.34 nm螺旋直径为2 nm氢键维持双螺旋的横向稳定碱基对平面几乎垂直螺旋轴，碱基对平面间的疏水堆积力维持螺旋的纵向稳定4碱基在一条链上的排列顺序不受限制遗传信息由碱基序所携带5DNA构象有多态性稳定DNA双螺旋结构的化学键 （1）互补碱基对之间的氢键 （2）碱基堆积力（base-stacking forces）：碱基有规律的堆积，使碱基之间发生缔合，形成了碱基堆积力，由碱基的电子之间的碱基相互作用而产生的3）磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的离子键生理pH条件下DNA带有大量的负电荷，吸引着各种阳离子，组蛋白、Na+、K+ 、Mg2+ 等，形成了离子键，消除了自身因带负电荷而产生的斥力，增加了DNA的稳定性。

3DNA双螺旋的种类 Watson Crick DNA双螺旋结构（B型DNA） 当DNA钠盐纤维相对湿度和盐的种类改变时， DNA的构象发生改变 不同DNA纤维的空间结构 类型结晶状态ANa盐，相对湿度75%时结 晶BNa盐，相对湿度92%时结 晶C锂盐 ，相对湿度66%时结 晶A-DNA： 与B-DNA相同处：与B-DNA不同点 :（1）螺体宽而短，直径2.55nm；11个核苷酸一圈，螺距2.46nm （2）碱基的倾角大一些：倾角19 A-DNA：RNA分子中的双螺旋区；DNA-RNA杂交分子 A-DNA和B-DNA之间可以相互转换，推测在转录时，DNA分子发生BA的转变 反向的两条多核苷酸链，右手螺旋4DNA双螺旋的研究进展 （1）Z-DNA 1979年美国ARich等人发现了左旋DNA（左手DNA双螺旋结构）Z-DNA特点：n两条多核苷酸绕成一个左手螺旋；n糖磷酸骨架链的走向呈“Z”字形，因此被称为Z-DNA；n分子外表只有一道沟槽（大沟消失,小沟加深）；n碱基对在分子轴外侧，并构成分子的凸面；nDNA双螺旋体比较细长概括：A型螺旋比较粗短，碱基倾角大一些，大沟深度明显超过小沟；B型比较适中；Z型细长，大沟平坦，核苷酸构象顺反相间，使磷酸和糖骨架呈Z字形。

nDNA二级结构还存在三股螺旋DNA，三股螺旋DNA中通常是一条同型寡核苷酸与寡嘧啶核苷酸-寡嘌呤核苷酸双螺旋的大沟结合，第三股的碱基可与Watson-Crick碱基对中的嘌呤碱形成Hoogsteen配对n三股螺旋中的第三股可以来自分子间，也可以来自分子内n三股螺旋DNA存在于基因调控区和其他重要区域，因此具有重要生理意义2）三螺旋DNA （2）三螺旋DNA nA（T）*A T;G（C）*G CnH-DNA（三）DNA的三级结构DNA三级结构是指DNA链进一步扭曲盘旋形成超螺旋结构生物体内有些DNA是以双链环状DNA形式存在，如有些病毒DNA，某些噬菌体DNA，细菌染色体与细菌中质粒DNA，真核细胞中的线粒体DNA、叶绿体DNA都是环状的环状DNA分子可以是共价闭合环，即环上没有缺口，也可以是缺口环，环上有一个或多个缺口在DNA双螺旋结构基础上，共价闭合环DNA（covalentlyclose circular DNA）可以进一步扭曲形成超螺旋形（super helical form）根据螺旋的方向可分为正超螺旋和负超螺旋正超螺旋使双螺旋结构更紧密，双螺旋圈数增加，而负超螺旋可以减少双螺旋的圈数。

几乎所有天然DNA中都存在负超螺旋结构n一段双螺旋圈数为10的B-DNA连接成环形时，不发生进一步扭曲，称松弛环形DNA（双螺旋。