第四章 核酸化学第一节 核酸概述一、 核酸的研究历史和重要性二、 核酸的种类和分布三、 核酸的生物学功能41869年 Miescher，博士论文工作中测定淋巴细胞蛋白质组成时，发现了不溶于稀酸和盐溶液的沉淀物，并在所有细胞的核里都找到了此物质， 故命名“核质(Nuclein)”41879年 Kossel经过10年的努力，阐明除蛋白质外核质中有四种不同的组成部分：A、T、 C 和 G41889年 Altman建议将“核质”改名为“核酸”，因为已经认识到“核质” 乃“核酸” 与蛋白质的复合体41929年 Levene 发现动物细胞的核酸含有一种特殊的核糖－－脱氧核糖，得出了一个错误概念：植物核酸含核糖，动物核酸含脱氧核糖这个错误概念一直延续到1938年，这时方清楚RNA和DNA的区别Levene还提出了核酸的“磷酸－核糖(碱基)－磷酸”的骨架结构，解决了DNA分子的线性问题，还在1935年提出“四核苷酸”，认为这四种碱基的含量是一样的41944年 Avery研究肺炎双球菌的转化因子，证明DNA是细菌遗传性状的转化因子41950年 Chargaff,E和Hotchkiss,R.D.采用纸层析 法仔细分析了DNA的组成成分，得知[A]=[T]， [G]=[C]， [A+G]=[C+T]。
41953年 Watson, Crick根据DNA的X射线图谱的 研究结果，提出了DNA的双螺旋模型几星期 后提出了半保留式复制模型41957年 Meselsnhe & Stahl用密度梯度超离心法 ， 证实半保留复制假说41958年 Kornberg得到高纯度的 DNA， 这种酶 需要一个模板DNA4419601960年 Cairns将复制中的细菌DNA拍电镜照片4419611961年年 Brenner, Jacob等人用1313C C，15N15N标记蛋白质，用 3232P P标记核酸的方法证实了一种新的RNA分子，命名为信 使( messenger)RNA, 即mRNA4419651965年 Holley经过7年的努力测出酵母Ala-tRNA序列4419701970年 发现第一个DNA限制性内切酶4419721972年 DNA重组技术的建立4419781978年 双脱氧DNA测序法的建立480年代 RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA 、“RNA世界”假说等等4419901990年 人类基因组计划实施开辟了 生命科学新纪元生命科学进入后基因 时代： 4 功能基因组学4 蛋白质组学4 结构基因组学4 RNA组学或核糖核酸组学核酸分为两大类：4脱氧核糖核酸（ DNA）Deoxyribonucleic Acid4核糖核酸（RNA）Ribonucleic Acid90%以上分布于细胞核，其余分布于 核外如线粒体，叶绿体，质粒等。
分布于胞核、胞液DNA)(RNA)脱氧核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个 体的基因型参与细胞内DNA遗传信息的表 达某些病毒RNA也可作为遗 传信息的载体4DNA大多为双链分子4大多数是线性链状结 构，少部分呈环状4分子量一般都很大脱氧核糖核酸（DNA）染色体是DNA的载体①DNA可通过复制遗传给下一代人体23对染 色体,分别 来自于父母复制后 的染色 体②DNA组成的差异决定：细胞中蛋白质、RNA的结构特征4子代遗传物质来自亲代：种瓜得瓜、种豆得豆③③DNADNA控制细胞分化、个体形成乃至个控制细胞分化、个体形成乃至个 体的生老病死体的生老病死任何一个多细胞生物的体细胞都含有完全相同的基因组DNAl l各组织器官的细胞形状各异、功能不同？各组织器官的细胞形状各异、功能不同？DNA表达差异核糖核酸（RNA）4RNA为单链分子4RNA主要负责DNA遗传信息的翻译和 表达4分子量比DNA小得多RNARNA的类别的类别mRNAtRNArRNAmRNAtRNArRNAmRNAtRNArRNARNARNA的类别的类别mRNAtRNArRNAmRNA (信使RNA)4约占总RNA的5%4不同细胞的mRNA链长和分子量差异很 大4其功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白 质合成基地 – 核糖核蛋白体。
Messenger RNAtRNA (转移RNA)4约占总RNA的10-15%4在蛋白质生物合成中翻译AA信息、将相应 AA转运到核糖核蛋白体4每一个AA至少有一个相应的tRNA4tRNA分子大小相似，一般为73-78个核苷酸lTransfer RNArRNA (核糖体RNA)4约占全部RNA的80%4是核糖核蛋白体的主要组成部分4功能与蛋白质生物合成相关Ribosome RNARNA的种类、分布、功能除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其 他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA(small non- messenger RNAs, snmRNAs) 核糖体RNA核内不均一RNA核内小RNA细胞核和胞液线粒体功能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL -RNA 核糖体组分蛋白质合成模板转运氨基酸成熟mRNA的前体参与 hnRNA 的剪接、转运rRNA的加工、修饰蛋白质内质网定位合成 的信号识别体的组分RNA信使RNA转运RNARNA核内小胞浆小RNA细胞核和胞液线粒体功能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL -RNA 蛋白质合成模板转运氨基酸的前体的加工、修饰蛋白质内质网定位合成 的信号识别体的组分核仁小RNA含量80％5％10-15％（一）DNA是主要的遗传物质1944 ， O. Avery肺炎双球菌转化实验1952 ， A.D Hershey 和M. Chase 噬菌体感染实 验O.T.Avery 的细菌转化实验III S型细胞 （有毒）II R型细胞 （无毒）破碎细胞DNAase降 解后的DNAII R型细胞接受 III S型DNA只有II R型大多数仍 为II R型少数II R型细胞被转化 产生III S型荚膜S（光滑）SRRR（粗糙）+DNA转化作用：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。
起转化作用的物质称转化因子噬菌体感染实验 1952年美国 Hershey-Chase 噬菌体感染实验 35S- shell32P-DNA（二）RNA功能的多样性1、参与蛋白质的合成 2、RNA的转录后加工与修饰3、参与基因表达的调控4、生物催化作用RNA在蛋白质合成中起着重要的辅助作用1.mRNA信使RNA2. rRNA核糖体RNA3. tRNA 转运RNA 第二节 核酸的化学组成4核酸（DNA和RNA）是线性多聚核苷酸，基本结构单元是核苷酸4DNA与RNA结构相似，组成成份上略有不同核酸的组成核酸核苷酸磷酸核苷戊糖碱基水解核 酸代表戊糖，对DNA而言为脱氧核糖 ，对RNA而言为核糖；代表碱基代表磷酸基核苷酸4一、核苷酸的组成4二、核苷酸的生物学功能一、核苷酸（一、核苷酸（nucleotide)nucleotide)（一） 碱基嘌呤碱：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）嘧啶碱：胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（ U）稀有碱基：嘌呤环 嘧啶环（1）嘌呤碱（2）嘧啶碱(uracil)(cytosine)(thymine)RNARNADNADNA尿嘧啶 U胸腺嘧啶 T胞嘧啶 C鸟嘌呤 G腺嘌呤 A胺 式 亚 胺 式 互 变 异 构酮 式 烯 醇 式 互 变 异 构（3）稀有碱基44嘌呤嘌呤————次黄嘌呤、次黄嘌呤、1-1-甲基次黄嘌呤、甲基次黄嘌呤、 N N2 2、、N N2 2- -二甲基鸟嘌呤。
二甲基鸟嘌呤44嘧啶嘧啶————5-5-甲基胞嘧啶、甲基胞嘧啶、5-5-羟甲基胞嘧啶、羟甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶、二氢尿嘧啶、4-4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶都是基本碱基的都是基本碱基的化学修饰型化学修饰型（二）核苷：核糖+碱基lDNA含β-D-2-脱氧核糖lRNA含β-D-核糖核苷核苷 nucleosidenucleoside4糖与碱基之间的C-N键：C-N糖苷键 ，且都是β糖苷键4C1——N1（嘧啶）4C1——N9（嘌呤）4碱基与糖环平面垂直稀有核苷：1、2’-0-甲基-核糖-核苷2、稀有碱基 DHU3、连接方式 ψ （假尿嘧啶核苷 ）假尿苷，pseudouridine， ψ（三） 核苷酸磷 酸碱 基戊糖HH2 2OOHH2 2OO碱基碱基磷酸磷酸戊糖戊糖核苷键核苷键酯键酯键核苷酸碱基连接（核苷键）酯 键（对DNA为H）1`1`2`2`3`3`4`4`5`5`八种核苷酸44M/M/单，单，D/D/二，二，T/T/三；三；P-P-磷酸磷酸 4RNA的名称为单/二/三苷酸，DNA在单/二/三前加脱氧两字如AMP称腺苷一磷酸(或腺苷酸）dAMP称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）4稀有核苷酸与上类似（四）核苷酸的衍生物•生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。
1）ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)ATP的性质 4是重要的能量转换中间体4ATP含两个高能磷酸键： 水解时可释放大量自由能 ，推动体内各种需能反应 4ATP也是磷酰化剂：磷酰 化的底物具较高能量（活 化分子），是许多生物化 学反应的激活步骤2）GTP (鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)4生物体内游离存在，也是一种高能化合物4具有类似ATP的结构4主要是作为蛋白质合成中磷酰基供体4在许多情况下, ATP 和 GTP 可以相互转换（3）cAMP 和 cGMPcAMP 3’,5’环腺嘌呤核苷一磷酸cGMP 3’,5’-环鸟嘌呤核苷一磷酸——细胞间信使cAMP 和 cGMP 的环状磷酯键 是一个高能键：pH 7.4时水解 能约为43.9 kJ /mol，比 ATP 水解能高得多二二、核苷酸的生物学功能、核苷酸的生物学功能作为核酸的单体细胞中的携能物质（如ATP、GTP、CTP、GTP）酶的辅助因子的结构成分（如NAD）细胞通讯的媒介（如cAMP、cGMP）。