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1、第第九九章章 核核酸酸化化学学与与核核苷苷酸酸代代谢谢 概述核酸与蛋白质一样，是一切生物机体不可缺少的组成部分。核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。核酸是由核苷酸组成的具有复杂三维结构的大分子化合物，是遗传的物质基础。第六节第六节 核酸酶核酸酶本章要讲述的主要内容本章要讲述的主要内容 第一节第一节 核酸的化学组成核酸的化学组成第二节第二节 核酸的一级结构核酸的一级结构第三节第三节 DNA DNA的空间结构
2、与功能的空间结构与功能第五节第五节 核酸的理化性质核酸的理化性质 及其应用及其应用第四节第四节 RNA RNA的空间结构与功能的空间结构与功能第一节第一节 核酸的化学组成核酸的化学组成脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(deoxyribonucliec acid DNA), 磷酸磷酸(phosphate)一一. 核酸的种类核酸的种类二二.核酸的化学组成核酸的化学组成碱基碱基(base)戊糖戊糖(pentose)核糖核酸（核糖核酸（ribonucliec acid, RNA)核酸核酸核苷酸核苷酸核酸酶核酸酶核核 酸酸 的的 种种 类类脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸（核糖核酸（RNA)两类核酸的
3、基本化学组成比较两类核酸的基本化学组成比较 DNA RNA 嘌呤碱嘌呤碱 腺嘌呤腺嘌呤 (A ) 腺嘌呤腺嘌呤 (A) （Purine bases ） 鸟嘌呤鸟嘌呤 (G) 鸟嘌呤鸟嘌呤 (G) 碱基碱基(Base) 嘧啶碱嘧啶碱 胞嘧啶胞嘧啶 (C) 胞嘧啶胞嘧啶(C) （Pyrimidine bases） 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶尿嘧啶 (U)戊糖戊糖 D-2-脱氧核糖脱氧核糖 D-核糖核糖(Pentose) 酸酸 磷酸磷酸 磷酸磷酸(Acid)CNCCCNNNCHHHNH2嘌呤碱嘌呤碱123456789CNCHCCCNNHCHNH2CNCCCCNNHCHOH2N腺嘌呤腺嘌呤(A)鸟
4、嘌呤鸟嘌呤(G)626HCHNHCCHCHNNH2OCCHNCHCHNHOONCHNCHCCHHOOCHNCCCHNHCH3胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）123456核糖核酸（核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA）核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基核核 酸酸 的的 组组 成成核酸酶水解核酸酶水解由戊糖和碱基以糖苷键连接而成由戊糖和碱基以糖苷键连接而成核核 苷苷脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖嘌呤碱基嘌呤碱基嘧啶碱基嘧啶碱基CNCHCCCNNHCHNH2+CNCHCCCNNHCHNH2腺苷腺苷9CNCHCCCNNHCHNH2+CNCHC
5、CCNNHCHNH2脱氧腺苷脱氧腺苷91由核苷的戊由核苷的戊糖羟基被磷糖羟基被磷酸酯化而成酸酯化而成5 核苷酸的命名核苷酸的命名含一个磷酸基团：核苷一磷酸（含一个磷酸基团：核苷一磷酸（NMPNMP）含两个磷酸基团：核苷二磷酸（含两个磷酸基团：核苷二磷酸（NDPNDP）含三个磷酸基团：核苷三磷酸（含三个磷酸基团：核苷三磷酸（NTPNTP）N 代表各种碱基的名称代表各种碱基的名称环化核苷酸：环化核苷酸：cNMPcNMPO第二节第二节 DNA的结构与功能的结构与功能一、一、DNA的结构的结构二、二、DNA的生物学功能的生物学功能1. DNA的一级结构的一级结构2. DNA的二级结构的二级结构3. D
6、NA的三级结构的三级结构携带并传递遗传信息携带并传递遗传信息四种脱氧核糖核苷酸四种脱氧核糖核苷酸通过通过3、5 -磷酸二酯磷酸二酯键彼此连接而形成的键彼此连接而形成的直线形或环线形分子直线形或环线形分子.DNA分子中核苷分子中核苷酸的排列顺序酸的排列顺序.核苷酸链的书写方法核苷酸链的书写方法双螺旋结构双螺旋结构即即DNA分子的空间结构分子的空间结构1.Chargaff 碱基组成规律碱基组成规律2.DNA晶体的晶体的X-射线图谱研究射线图谱研究 各原子之间的键长、键角各原子之间的键长、键角一、一、 DNA分子模型建立分子模型建立由由James Watson和和Francis Crick提出提出(
7、1) 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等. A=T 鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等. G=C嘌呤总数嘌呤总数=嘧啶总数嘧啶总数 A+G=C+T(2) DNA的组成具有种的特异性的组成具有种的特异性 (3) DNA的碱基组成没有组织的特异性的碱基组成没有组织的特异性, 且较为稳定且较为稳定,不随年龄、营养状态、不随年龄、营养状态、 环境改变的影响环境改变的影响Chargaff 碱基组成规律碱基组成规律分子双螺旋结构模型要点分子双螺旋结构模型要点1. 1. 由两条反向平由两条反向平行的脱氧多核苷酸（两行的脱氧多核苷酸（两条链的走向为条链的走向为5 533
8、和和3 355），围绕一），围绕一中心轴（假想轴）构成中心轴（假想轴）构成右手双螺旋结构。右手双螺旋结构。彼此间以磷酸二酯键相彼此间以磷酸二酯键相连，构成的骨架。连，构成的骨架。2. 2. 碱基在双螺旋内侧。碱基在双螺旋内侧。双链中相对的碱基按双链中相对的碱基按和和通过通过氢键配对连接，形成氢键配对连接，形成互补互补. .磷酸基与脱氧核糖在外侧，磷酸基与脱氧核糖在外侧，5C35C35C 糖环平面与中心糖环平面与中心轴平行。轴平行。3. 3. 碱基平面与中心碱基平面与中心 轴垂直，各相邻轴垂直，各相邻 平面部分重叠。平面部分重叠。3.4nm4.4.双螺旋的直径为双螺旋的直径为2nm2nm沿轴向，
9、每个碱基平面沿轴向，每个碱基平面的距离为的距离为0.34nm0.34nm每圈螺旋含有每圈螺旋含有1010对对核苷酸，其轴向距核苷酸，其轴向距为为3.4nm3.4nm, , (3) 离子键离子键5.5.维持维持DNADNA双螺旋稳定的作用力双螺旋稳定的作用力(1)(1) 互补碱基间的氢键互补碱基间的氢键(2) 使碱基平面堆积的平面间范德华力使碱基平面堆积的平面间范德华力, 又称碱基堆积力又称碱基堆积力二、二、DNADNA结构的多样性结构的多样性A-DNAA-DNA：右手螺旋：右手螺旋B-DNAB-DNA：Watson-CrickWatson-Crick模型，右手螺旋模型，右手螺旋生理条件下生理条
10、件下DNADNA最稳定最稳定的结构形式的结构形式Z-DNAZ-DNA：左手左手螺旋螺旋DNA 的的 三三 级级 结结 构构原核生物原核生物真核生物真核生物没有典型的细胞核结构，没有典型的细胞核结构，真核生物的三级结构是由分真核生物的三级结构是由分子与组蛋白子与组蛋白(histine)和非组蛋白和非组蛋白(nonhistineprotein,NHP)结合组成。结合组成。被认为是原核生物的三级结构被认为是原核生物的三级结构被认为是真核生物的三级结构被认为是真核生物的三级结构超螺旋结构超螺旋结构核小体结构核小体结构DNA 超超 螺螺 旋旋 结结 构构H2A、H2B、H3和和H4各两分子各两分子组成组
11、蛋白八聚体，构成组成组蛋白八聚体，构成核心组蛋白核心组蛋白双螺旋双螺旋DNA以左手超螺旋的方式绕核心颗粒以左手超螺旋的方式绕核心颗粒1.75圈，缠绕在圈，缠绕在核心组蛋白核心组蛋白表面，构成表面，构成核心颗粒核心颗粒核心颗粒核心颗粒和和 连接区连接区DNA及附着在连接区及附着在连接区DNA上的上的 组蛋白组蛋白H1构成构成核小体核小体一个个核小体连接成串珠状结构一个个核小体连接成串珠状结构染色单体染色单体折叠折叠折叠折叠第三节第三节 RNA的结构和功能的结构和功能一、一、 RNA的类型的类型1. 核蛋白体核蛋白体RNA(ribosomal RNA, rRNA)3. 转运转运RNA (trans
12、fer RNA, tRNA)2. 信使信使RNA (messenger RNA, mRNA)4. 不均一核不均一核RNA(HnRNA)二、二、 RNA的结构与功能的结构与功能5.5.小核小核RNA(SnRNA)RNA(SnRNA)mRNAmRNA的结构与功能的结构与功能一一 、 mRNA的结构特点的结构特点(1) 3末端有多聚腺嘌呤的结构末端有多聚腺嘌呤的结构(polyA)(2) 5末端具有帽子结构末端具有帽子结构(m7GpppNm) (3) 一种一种 mRNA只含有一条多肽链的信息只含有一条多肽链的信息由由HnRNAHnRNA经过剪接而成经过剪接而成半衰期最短，几分钟到数小时半衰期最短，几分
13、钟到数小时二二 、 mRNA的功能的功能蛋白质合成的直接模板蛋白质合成的直接模板 把核内把核内DNADNA的碱基顺序（遗传信息）的碱基顺序（遗传信息），按照碱基互补的原则，抄袭并转送，按照碱基互补的原则，抄袭并转送至胞质，在蛋白质合成中用以翻译成至胞质，在蛋白质合成中用以翻译成蛋白质中氨基酸的排列顺序蛋白质中氨基酸的排列顺序。tRNA 的结构与功能的结构与功能 1. 分子量最小一类分子量最小一类RNA,占占RNA总量总量10-25% 2. 分子中含有分子中含有10%-20%的稀有碱基的稀有碱基一、一、tRNA的结构特点的结构特点如假尿嘧啶（如假尿嘧啶（）, 二氢尿嘧啶（二氢尿嘧啶（DHU）,
14、甲基化碱基（甲基化碱基（mG,mA)等等 3. 3末端有末端有CCA-OH, 是携带氨基酸的部位是携带氨基酸的部位 4. 具有识别密码子功能的反密码子具有识别密码子功能的反密码子 5. 二级结构为三叶草形二级结构为三叶草形, 有三个环状结构有三个环状结构（DHU环、环、T 环、反密码环环、反密码环） 三级结构为三级结构为“倒倒L”形形二、二、tRNA的功能的功能在蛋白质的合成过程中作为各种氨在蛋白质的合成过程中作为各种氨基酸的载体并将其转呈给基酸的载体并将其转呈给mRNAtRNA的三级结构的三级结构rRNA的结构与功能的结构与功能一、一、 rRNA的结构特点的结构特点1. 含量最丰富含量最丰富
15、,约占总约占总RNA的的80%以上以上2. 与核蛋白体蛋白结合成核蛋白体与核蛋白体蛋白结合成核蛋白体, rRNA 与蛋白质既可分离与蛋白质既可分离,又可结合又可结合3. 核蛋白体由大小两个亚基构成核蛋白体由大小两个亚基构成,两亚基两亚基呈不呈不 规则形状规则形状,聚合时中间有裂缝聚合时中间有裂缝,可通过可通过mRNA 二、二、 rRNA的功能的功能是细胞内蛋白质合成的场所是细胞内蛋白质合成的场所其他小分子其他小分子RNA小核小核RNARNA（SnRNA)SnRNA)、小核仁小核仁RNA(SnoRNA)RNA(SnoRNA)、小胞质小胞质RNARNA（scRNA/7SL-RNA)scRNA/7S
16、L-RNA) 功能：参与功能：参与HnRNA和和rRNA的转运和加工的转运和加工原原核核生生物物核核糖糖体体的的亚亚基基组组成成原原核核生生物物核核蛋蛋白白体体真真核核生生物物核核蛋蛋白白体体核核 酶酶某些某些RNA分子本身具有自我催分子本身具有自我催化能力，可以完成化能力，可以完成rRNA的剪接。的剪接。这些这些RNA称为核酶（称为核酶（ribozyme)意义：扩充了酶的范围，使之意义：扩充了酶的范围，使之不再局限于蛋白质。不再局限于蛋白质。第四节第四节 核酸的理化性质核酸的理化性质一、一、 核酸的粘度核酸的粘度二、核酸的紫外吸收特性二、核酸的紫外吸收特性三、核酸的变性、复性及其分子杂交三、核酸的变性、复性及其分子杂交 一一 、 核核 酸酸 的的 粘粘 度度* * 分子量越大粘度也越大分子量越大粘度也越大分子比分子小，粘度也就小分子比分子小，粘度也就小* * 生物分子的空间结构也影响粘度生物分子的空间结构也影响粘度。线形分子线形分子 无规线团分子无规线团分子 球形分子球形分子二、核酸的紫外吸收特性二、核酸的紫外吸收特性嘌呤碱和嘧啶碱嘌呤碱和嘧啶碱有共轭双键，都有共轭双键，都能强烈吸收
