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1、1 第第4章章 核酸（核酸（Nucleic acid） 动物生物化学实验动物生物化学实验动物生物化学实验动物生物化学实验动物医学院生化组动物医学院生化组 本章主要内容本章主要内容 核酸的化学组成核酸的化学组成 核酸的结构核酸的结构 核酸的理化性质核酸的理化性质 邹思湘动物生物化学：邹思湘动物生物化学： 4 Lehninger Principles of Biochemistry:8 核酸（nucleic acid） 1868 Miescher 脓细胞核 一种含磷很高的酸性物质 “核素” 1889 Altmann 纯化 不含蛋白质的酸性物质 “核酸” 20世纪40年代，Avery确定核酸是遗传信
2、息的载体，普遍存 在于生命有机体中。 1956-1957 Severo和Arthur Kornberg师生人工合成DNA、 RNA，发现了核酸的生理作用，共获1959年诺贝尔生理奖。 以核苷酸为基本组成单位的生物大分子。携带和传递遗 传信息。 DNA （Deoxyribonucleic acid）脱氧核糖核酸 RNA （Ribonucleic acid）核糖核酸 脱氧核糖核酸（DNA） 分布 主要存在于细胞核的染色质内，原核、真核细胞的基 本组成成分 2%在线粒体（mtDNA） 作用 特点：一个生命有机体的每个体细胞（生殖细胞除外） 都含有相同质和量的DNA ，包含了它的全部遗传信息 遗传的物
3、质基础 含量十分稳定！含量十分稳定！ 核糖核酸（RNA） 分布 主要存在细胞质，真核细胞的核仁和线粒体也含有 少量RNA 作用 参与生物体内蛋白质的生物合成 并不是每个体细胞的RNA含量都是不变的 根据RNA的功能，可分为mRNA、tRNA、rRNA 三种 病毒或者是DNA病毒或者是RNA病毒 4.1 核酸的化学组成核酸的化学组成 核酸，核酸，DNA或或RNA，经核酸酶水解生成单核苷酸。，经核酸酶水解生成单核苷酸。 单核苷酸是组成核酸的基本单位。单核苷酸是组成核酸的基本单位。 核苷酸进一步分解生成核苷酸进一步分解生成碱基、核糖（或脱氧核糖）和磷酸碱基、核糖（或脱氧核糖）和磷酸。 核酸核酸 低聚
4、核苷酸低聚核苷酸 单核苷酸单核苷酸 磷酸磷酸 核苷核苷 碱基碱基 核糖核糖 图图4-1 核酸的水解核酸的水解 蛋白质分子的基本单位？蛋白质分子的基本单位？ 2 4.1.1含氮碱基（Nitrogenous Base） （1） 嘧啶碱基（ Pyrimidine base ） DNA 胞嘧啶（胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T） RNA 胞嘧啶（胞嘧啶（C） 尿嘧啶（尿嘧啶（U） 2,42,4- -二氧嘧啶二氧嘧啶 2,42,4- -二氧二氧- -5 5- -氨基嘧啶氨基嘧啶 2 2- -氧氧- -4 4- -氨基嘧啶氨基嘧啶 DNA DNA RNA RNA 核酸中的碱基包括核酸中的碱基包括嘧啶碱
5、基嘧啶碱基和和嘌呤嘌呤碱基碱基 DNA和和RNA中均有中均有 腺嘌呤（腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（鸟嘌呤（G） 6 6- -氨基嘌呤氨基嘌呤 2 2- -氨基氨基- -6 6- -氧嘌呤氧嘌呤 结构稍了解，缩写请牢记！结构稍了解，缩写请牢记！ （2）嘌呤碱基（）嘌呤碱基（Purine base） 嘧啶环嘧啶环 咪唑环咪唑环 （3） 稀有碱基稀有碱基（ Rare base ） 其他的稀有碱基，多见于其他的稀有碱基，多见于RNA中中 2 2 4 4 6 6 2 2 4 4 2 2 1 1 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 修饰碱基修饰碱基 4.1.2 核糖核糖(Ribose) 12
6、3O 4HOHHHHCH2OH5HOH123O 4OHOHHHHCH2OH5HOH核糖（D-ribose） 脱氧核糖（2-deoxy-D-ribose）DNA含脱氧核糖（含脱氧核糖（dR） 图图4-6 核糖和脱氧核糖核糖和脱氧核糖 五碳糖，参与了核酸的组成五碳糖，参与了核酸的组成 RNA含核糖（含核糖（R） DNA和RNA分子化学组成的差别总结 4.1.3 核苷核苷(nucleoside) NNN9NNH21OHOHHH HCH2HHOHNNNOH2NN91OHOHHH HCH2HHOOHOHHH HCH2HHO 1N1NNH2OOHOHHH HCH2HHO 1N1HNOO腺嘌呤脱氧核苷 鸟嘌
7、呤脱氧核苷 胞嘧啶脱氧核苷 胸腺嘧啶脱氧核苷NNN9NNH21OOHOHHH HCH2HHOHNNNOH2NN91OOHOHHH HCH2HHOOOHOHHH HCH2HHO 1N1NNH2OOOHOHHH HCH2HHO 1N1HNOO腺嘌呤核苷 鸟嘌呤核苷 胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷CH3图图4-7 核苷（上）与脱氧核苷（下）核苷（上）与脱氧核苷（下） RNA：cytidine, uridine, thymidine, adenosine, and guanosine DNA： (Deoxy) adenosine, (Deoxy) guanosine, (Deoxy) thymidine, (
8、Deoxy) cytidine 1 6 A G C U dA dG dC dT 3 4.1.4 核苷酸核苷酸(nucleotide) 图图4-8 核糖核苷酸（上）与脱氧核糖核苷酸（下）核糖核苷酸（上）与脱氧核糖核苷酸（下） NNN9NNH21OOHOHHH HCH2HOHNNNOH2NN91OOHOHHH HCH2HOOOHOHHH HCH2HO 1N1NNH2OOOHOHHH HCH2HO 1N1HNOO5腺嘌呤核苷酸 5鸟嘌呤核苷酸 5胞嘧啶核苷酸 5尿嘧啶核苷酸POOOPOOOPOOOPOOONNN9NNH21OHOHHH HCH2HOHNNNOH2NN91OHOHHH HCH2HOOH
9、OHHH HCH2HO 1N1NNH2OOHOHHH HCH2HO1N1HNOO5腺嘌呤脱氧核苷酸 5鸟嘌呤脱氧核苷酸 5胞嘧啶脱氧核苷酸 5胸腺嘧啶脱氧核苷酸POOOPOOOPOOOPOOOCH31 1 11 55 核糖核苷酸核糖核苷酸 脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸 AMP GMP CMP UMP dAMP dGMP dCMP dTMP N HCNNCHNNH2OOHOHHH HCH25HOPOO-OPOO-OP-OO-O 图图4-9 腺嘌呤核苷三磷酸（腺嘌呤核苷三磷酸（ATP） 其他核苷酸（其他核苷酸（other nucleotides） （1）多磷酸核苷酸（）多磷酸核苷酸（Poly ph
10、osphate nucleotides） 脱氧胞嘧啶核苷三磷酸（脱氧胞嘧啶核苷三磷酸（dCTP） (d)A (mono, di-, tri) phosphate=(d)AMP，ADP，ATP (d)G (mono, di-, tri) phosphate=(d)GMP，GDP, GTP (d)T (mono, di-, tri) phosphate= (d)TMP，TDP，TTP (d)C (mono, di-, tri) phosphate=(d)CMP，CDP，CTP (2) 环化核苷酸（Cyclic Nucleotides） 多作为第二信使，参多作为第二信使，参 与信号的转导与信号的转导
11、 4.2 DNA分子的结构分子的结构 核酸中核苷酸的连结方式核酸中核苷酸的连结方式 注意：注意： 核苷酸之间的连接方式是核苷酸之间的连接方式是 3，5-磷酸二酯键磷酸二酯键 （phosphodiester linkage） 图图4-11 DNA分子中核苷酸的连接方式分子中核苷酸的连接方式 线条式线条式 文字式文字式 化学式化学式 核酸的表示方式核酸的表示方式 读法：5腺苷酸胞苷酸胸腺苷酸鸟苷酸胞苷酸胸腺苷酸3 不要读成碱基 4.2 DNA分子的结构 4.2.1 DNA分子的大小 nm（长度），MW（分子量）,bp（碱基对），S（沉降系数） 天然存在的DNA分子最显著的特点是很长，分子质量很大，
12、一般在106-1010 。溶液中有粘性 4 4.2.2 DNA的碱基组成的碱基组成 Erwin Chargaff测定测定(1950) DNA的碱基组成有如下特点的碱基组成有如下特点 具有种的特异性。具有种的特异性。 没有器官和组织的特异性。没有器官和组织的特异性。 在同一种在同一种DNA中，中，A=T 、 G = C+m5C，即即A+G = T+C+mC。 碱基当量定律碱基当量定律 Chargaff原则原则 年龄、营养状况、环境的改变年龄、营养状况、环境的改变不影响不影响DNA的碱基组成。的碱基组成。 DNA 来源来源 A G C T mC (A+T)/(G+C+ mC) A/T G/(C+m
13、C ) A+G+C +T+mC 人胸腺人胸腺 30.9 19.9 19.8 29.4 - 60.3/39.7 1.05 1.01 1.03 人肝人肝 30.3 19.5 19.9 30.3 - 60.6/43.5 1.00 0.98 0.99 牛胸腺牛胸腺 28.2 21.5 21.2 29.4 1.3 55/44 1.01 0.96 0.99 牛精子牛精子 28.7 22.2 27.2 30.3 1.3 56.9/44.2 1.06 1.01 1.03 大鼠骨髓大鼠骨髓 28.6 21.4 20.4 28.4 1.1 57/42.9 1.01 1.00 1.00 鲱睾丸鲱睾丸 27.9 19
14、.5 21.5 28.2 2.8 56.1/43.8 0.99 0.80 0.90 海胆海胆 32.8 17.7 17.3 32.1 1.1 64.9/36.1 1.01 0.96 1.00 麦胚麦胚 27.3 22.7 16.8 27.1 6.0 54.4/45.5 1.01 1.00 1.00 酵母酵母 31.3 18.7 17.1 32.9 - 64.2/35.8 0.95 1.00 1.00 大肠杆菌大肠杆菌 26.0 24.9 25.2 23.9 - 49.9/49.2 1.09 0.99 1.04 结核杆菌结核杆菌 15.1 34.9 35.4 14.6 - 29.7/70.3 1
15、.03 0.99 1.00 X174X174 24.3 24.5 18.2 32.3 - 56.6/42.7 0.75 1.35 0.97 不同来源不同来源DNA的碱基含量（的碱基含量（%）与摩尔比）与摩尔比 Franklin & Wilkins X-ray实验 成功获得DNA 晶体得到 DNA 的X衍射图谱，分析 发现两股链像梯子肩并肩， 是螺旋式分子 揭示了DNA为双链分子 DNA纤维纤维X-衍射图谱衍射图谱 （Franklin） 4.2.3 DNA的一级结构 （Primary structure of DNA） 无分支，线状大分子 dCMP dGMP dAMP dTMP 磷酸二酯键相连 游离磷酸5末端 游离羟基3末端 一级结构：一级结构： 核苷酸的连接方式、种类、数目和排列顺序核苷酸的连接方式、种类、数目和排列顺序 盘绕，形成复杂的空间结构盘绕，形成复杂的空间结构高级结构高级结构 ：二级、三级结构：二级、三级结构 4.2.4 DNA 的二级结构（Secondary structure） 1953， Watson(29) and Crick 图图4-12 双螺旋右手螺旋结构模型双螺旋右手螺旋结构
