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1、第四章 核酸化学什么是核酸？n n1868186818681868年，核酸最早分离自外科绷带年，核酸最早分离自外科绷带年，核酸最早分离自外科绷带年，核酸最早分离自外科绷带脓细胞脓细胞脓细胞脓细胞，并发，并发，并发，并发现其含磷量超过当时发现的任何一种有机物，且现其含磷量超过当时发现的任何一种有机物，且现其含磷量超过当时发现的任何一种有机物，且现其含磷量超过当时发现的任何一种有机物，且含有较强的酸性含有较强的酸性含有较强的酸性含有较强的酸性 得名核酸。得名核酸。得名核酸。得名核酸。n n其后核酸的其后核酸的其后核酸的其后核酸的组成和结构组成和结构组成和结构组成和结构被研究清楚被研究清楚被研究清楚
2、被研究清楚n n生物功能生物功能生物功能生物功能也初步澄清。也初步澄清。也初步澄清。也初步澄清。核酸的主要功能是什么呢？核酸的主要功能是什么呢？核酸的主要功能是什么呢？核酸的主要功能是什么呢？作为遗传物质作为遗传物质作为遗传物质作为遗传物质n n1928年年 Grifths（英国）的肺炎双球菌（英国）的肺炎双球菌转化实验转化实验 证实核酸作为遗传物质证实核酸作为遗传物质核酸被证明是遗传物质的经典实验核酸特别是核酸特别是DNADNA的主要作用的主要作用染色体是DNA的载体DNA可通过复制遗传给下一代可通过复制遗传给下一代n n(1)DNA是主要的生物遗传物质人体23对染色体,分别来自于父母，DN
3、A的组成差异决定了细胞中所有蛋白质、RNA的结构特征n n子代利用遗传下来的子代利用遗传下来的DNADNA可以制造与父代相同的可以制造与父代相同的RNARNA、蛋蛋白质，故种瓜得瓜、种豆得豆。白质，故种瓜得瓜、种豆得豆。n n多细胞的多细胞的DNA控制了控制了细胞分化细胞分化、个体形个体形成成乃至乃至个体的生老病死个体的生老病死。n n任何一个多细胞生物的体细胞都含有完全相同的任何一个多细胞生物的体细胞都含有完全相同的DNADNA。n n提问：为什么人体各组织器官的细胞形状各异、提问：为什么人体各组织器官的细胞形状各异、提问：为什么人体各组织器官的细胞形状各异、提问：为什么人体各组织器官的细胞
4、形状各异、功能不同？功能不同？功能不同？功能不同？n n答案：不同细胞不同部分答案：不同细胞不同部分答案：不同细胞不同部分答案：不同细胞不同部分DNADNA发挥了作用（即发挥了作用（即发挥了作用（即发挥了作用（即表表表表达达达达）, ,其余其余其余其余DNADNA休眠。休眠。休眠。休眠。Clone克隆，人工操作下的细胞无性繁殖过程。当给予合适的条件时当给予合适的条件时，体细胞有可能变化，体细胞有可能变化为一个完整的个体为一个完整的个体体细胞克隆技术；白白 绵羊的体细胞核体细胞核黑黑 绵羊的去核卵卵细胞细胞细胞细胞质质植入植入山羊子宫山羊子宫？多莉（1997.7.23）克隆人n n提问：为什么要
5、克隆人？提问：为什么要克隆人？提问：为什么要克隆人？提问：为什么要克隆人？n n答案：主要是采集器官，进行器官移植；答案：主要是采集器官，进行器官移植；答案：主要是采集器官，进行器官移植；答案：主要是采集器官，进行器官移植；n n由于不同个体器官移植时存在免疫排斥现象；由于不同个体器官移植时存在免疫排斥现象；由于不同个体器官移植时存在免疫排斥现象；由于不同个体器官移植时存在免疫排斥现象；n n还可以复制死去的亲人。还可以复制死去的亲人。还可以复制死去的亲人。还可以复制死去的亲人。动物克隆的目的动物克隆的目的保持优良种性的牲畜性能不发生退化；拯救濒危生物；克隆人的方法1. 1.提供卵细胞、体细胞
6、提供卵细胞、体细胞提供卵细胞、体细胞提供卵细胞、体细胞2. 2. 卵细胞去核并与体细胞融合卵细胞去核并与体细胞融合3 3. . 代理母亲受孕代理母亲受孕代理母亲受孕代理母亲受孕4. 4.克隆婴儿的诞生克隆婴儿的诞生n n9595个畸形、流产儿个畸形、流产儿个畸形、流产儿个畸形、流产儿n n + +n n5 5个早衰的克隆人个早衰的克隆人个早衰的克隆人个早衰的克隆人为什么各国政府均反对克隆人呢？n n 1.可预见的大量的畸形儿、流产儿可预见的大量的畸形儿、流产儿可预见的大量的畸形儿、流产儿可预见的大量的畸形儿、流产儿n n 2. 2.从未有过的从未有过的从未有过的从未有过的伦理危机伦理危机伦理危
7、机伦理危机，动摇社会的，动摇社会的，动摇社会的，动摇社会的根基根基根基根基家庭观家庭观家庭观家庭观、权利义务观权利义务观权利义务观权利义务观n n一旦流行开来，一旦流行开来，“父将不父，母将不母，父将不父，母将不母，子将不子子将不子”n n但大势所趋，第一个克隆人将很快诞生但大势所趋，第一个克隆人将很快诞生这就是科学的这就是科学的两面性。两面性。核酸分为两大类：核酸分为两大类：n n脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（DNA） Deoxyribonucleic Acidn n核糖核酸核糖核酸（RNA） Ribonucleic Acid核酸的种类与分布核酸的种类与分布第一节 核酸的组成成分核酸的化学组成n
8、 n核酸（核酸（DNA和和RNA）是是线性多聚核苷酸，线性多聚核苷酸， 基本结构单元是基本结构单元是核苷酸核苷酸n nDNA与与RNA结构相似，组成成份上略有不同结构相似，组成成份上略有不同n n核苷酸本身由核苷和磷酸组成核苷酸本身由核苷和磷酸组成n n核苷则由戊糖和碱基形成核苷则由戊糖和碱基形成核酸的化学组成核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基水水解解磷酸戊糖碱基一、核糖与脱氧核糖一、核糖与脱氧核糖lDNA含含-D-2-脱氧核糖脱氧核糖lRNA含含-D-核糖核糖二、碱基二、碱基嘌呤碱：腺嘌呤、鸟嘌呤嘌呤碱：腺嘌呤、鸟嘌呤嘧啶碱：胸腺嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶嘧啶碱：胸腺嘧啶、胞嘧啶
9、、尿嘧啶稀有碱基稀有碱基 嘌呤环嘌呤环 嘧啶环嘧啶环嘌呤碱嘌呤碱NNH（2）嘧啶碱）嘧啶碱(uracil)(cytosine)(thymine)l碱基具有芳香环的结构特征。碱基具有芳香环的结构特征。l嘌呤环和嘧啶环呈平面或接近于平面结构嘌呤环和嘧啶环呈平面或接近于平面结构RNARNADNADNA尿嘧啶尿嘧啶 U胸腺嘧啶胸腺嘧啶 T胞嘧啶胞嘧啶 C鸟嘌呤鸟嘌呤 G腺嘌呤腺嘌呤 A 三、核苷三、核苷C1 N9 ( (嘌呤碱嘌呤碱) )C1 N1 ( (嘧啶碱嘧啶碱) )NNNN核苷核苷 nucleosiden n糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-N键：键：C-N糖苷键糖苷键。磷酸碱基戊糖四、 核苷酸
10、HH2 2OOHH2 2OO碱基碱基碱基碱基磷酸磷酸磷酸磷酸戊糖戊糖戊糖戊糖核苷键核苷键核苷键核苷键酯键酯键酯键酯键HO核苷酸碱基连接（核苷键）碱基连接（核苷键）酯酯 键键（对（对DNA为为H）1122334455n n核糖可形成核糖可形成 2、3、5 - 核苷酸核苷酸n n脱氧核糖可形成脱氧核糖可形成3、5 - 核苷酸核苷酸n n一般来说核苷酸就是指一般来说核苷酸就是指5-核苷酸核苷酸八种单核苷酸n nM/单，单，D/二，二，T/三；三；P-磷酸磷酸n nDNA在单在单/二二/三前加脱氧两字三前加脱氧两字 如如AMP称腺苷一磷酸称腺苷一磷酸(或腺苷酸）或腺苷酸） dAMP称为脱氧腺苷一磷酸（
11、脱氧腺苷酸）称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）嘌呤嘌呤次黄嘌呤、次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、甲基次黄嘌呤、 N2、N2-二甲基鸟嘌呤。二甲基鸟嘌呤。嘧啶嘧啶5-甲基胞嘧啶、甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、羟甲基胞嘧啶、 二氢尿嘧啶、二氢尿嘧啶、4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶 基本碱基的基本碱基的化学修饰型化学修饰型五、修饰成分五、修饰成分稀有碱基稀有碱基鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤1-甲基次黄嘌呤甲基次黄嘌呤六、游离核苷酸及其衍生物六、游离核苷酸及其衍生物1、多磷酸核苷酸、多磷酸核苷酸2、环化核苷酸、环化核苷酸3、辅酶类核苷酸、辅酶类核苷酸 生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。生物体内分布最广和最重
12、要的一种核苷酸衍生物。生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。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腺嘌呤核糖核苷三磷酸)ATP的性质n n是重要的能量转换中间体是重要的能量转换中间体n nATP含两个高能磷酸键：含两个高能磷酸键：水解时水解时 可释放大量自由能可释放大量自由能一、一、RNA的类别及分布的类别及分布n n主要存在于细胞质中（主要存在于细胞质中（90%）n n负责遗传信息的负责遗传信息的翻译和表达翻译和表达n n分子量比分子量比DNA小得多小得多RNA的类别的类别 rRNA tRNA mRNA 第二节 RNA的结构1、rRNA (核糖
13、体RNA)n n约占全部约占全部RNA的的80%n n是核糖核蛋白体的主要组成部分是核糖核蛋白体的主要组成部分n n功能与蛋白质生物合成相关功能与蛋白质生物合成相关ribosoal RNA（一）细胞质（一）细胞质RNArRNA结构特点rRNA的高级结构的高级结构 核糖体：核糖体：rRNA+蛋白质蛋白质 催化肽键合成的是催化肽键合成的是rRNA ， 蛋白质维持蛋白质维持rRNA构象，起辅助作用构象，起辅助作用2、tRNA (转移RNA)n n约占总约占总RNA的的10-15%n n携带活化的携带活化的AA，将其转运到核糖体，将其转运到核糖体n ntRNA分子大小相似，一般为分子大小相似，一般为7
14、3-78个核苷酸个核苷酸ltransfer RNA3、mRNA (信使RNA)n n蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板n n约占总约占总RNA的的5%n n不同细胞中不同细胞中mRNA链长和分子量差异很大链长和分子量差异很大n n其其功功能能是是将将DNA的的遗遗传传信信息息传传递递到到蛋蛋白白质质合成基地合成基地 核糖核蛋白体。核糖核蛋白体。messenger RNA（二）细胞核RNA真核细胞的细胞核中含有：真核细胞的细胞核中含有：n n前体前体RNA vs 成熟成熟RNAn n不均一核不均一核RNA（hn RNA）n n小分子小分子RNA（snRNA）（三）线粒体（三）线粒体RNA和叶绿体和
15、叶绿体RNA（四）病毒（四）病毒RNA病毒类病毒（viroids）n n侵染性致病因子侵染性致病因子n n不含蛋白质的游离不含蛋白质的游离RNA分子分子n nSmallest particle able to replicate n nMade of a short, single strand of RNA with no capsid n nCause disease in plants 二、RNA的一级结构n nRNA通常是单链线形分子通常是单链线形分子n n可自身回折形成局部双螺旋（二级结构）可自身回折形成局部双螺旋（二级结构）n n进而折叠（三级结构）进而折叠（三级结构）n n多数形
16、成核蛋白复合物（四级结构）多数形成核蛋白复合物（四级结构） 如核糖体、拼接体、编辑体等如核糖体、拼接体、编辑体等n n核糖核苷酸核糖核苷酸通过通过磷酸二酯键磷酸二酯键相相连形成的连形成的长链长链 RNA的一级结构的一级结构（1 1）核苷酸间以）核苷酸间以3-53-5磷酸二酯键相连磷酸二酯键相连（2 2）一端称为）一端称为5-5-磷酸端（磷酸端（5 5-P-P表示）表示） 一端称为一端称为3-3-羟基端（羟基端（3 3-OH-OH表示）表示）（3 3）多聚核苷酸链具有）多聚核苷酸链具有方向性方向性，表示时，表示时， 需注明方向：需注明方向：5353或是或是3535DNA/RNA一级结构的简写形式
17、一级结构的简写形式戊糖3-OH3-OH5-5-磷酸磷酸PA A核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸53首端首端末端末端PPPPPP A G C T G CA G C T G C OH OHpApCpTpG -pA-C-T-G核苷酸顺序又称核苷酸顺序又称碱基顺序碱基顺序五、RNA一级结构的特点1、 tRNA分子特点分子特点n n约由约由7090个核苷酸组成个核苷酸组成n n分子中含有较多的分子中含有较多的修饰成分修饰成分n n3-末端都具有末端都具有CpCpA-OH的结构的结构n n5-末端磷酸化，常为末端磷酸化，常为pG（pC） 2、 rRNA分子特点分子特点（在蛋白质合成中讲）（在蛋白质合成中讲）3、
18、mRNA分子特点分子特点真核细胞真核细胞mRNA3-末端有一段长达末端有一段长达200个核苷酸左右个核苷酸左右的的 聚腺苷酸聚腺苷酸(polyA)： “尾结构尾结构”n n是转录后经是转录后经polyA聚合酶作用而添加聚合酶作用而添加n n原核生物原核生物mRNA一般无一般无polyAn n某些病毒某些病毒mRNA有有3-polyApolyA可能有多方面功能：可能有多方面功能：l与与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关；从细胞核到细胞质的转移有关；l与与mRNA的半寿期有关，的半寿期有关， 新合成的新合成的mRNA, polyA链较长链较长 5 -末端有一个甲基化的鸟苷酸：末端有一个甲基化的鸟苷
19、酸： “帽结构帽结构 ”帽子结构与帽子结构与n nmRNA的稳定性的稳定性n n与蛋白合成的正确起始有关与蛋白合成的正确起始有关RNA中的碱基配对原则中的碱基配对原则 A-U G-CA-UA-U G-CG-C双螺旋区双螺旋区双螺旋区双螺旋区二级结构：二级结构：含短的不完全螺旋区含短的不完全螺旋区的多核苷酸链的多核苷酸链六、RNA的高级结构（一）（一）tRNA的二级结构的二级结构 氨基酸臂：氨基酸臂：由由7对对bp组成，富含组成，富含G， 末端为末端为CCA，接受活化接受活化AA二氢尿嘧啶环：二氢尿嘧啶环：由由812核苷酸组成核苷酸组成反密码环：反密码环：识别密码子识别密码子额外环：额外环：是是tRNA分类的重要指标分类的重要指标假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核糖核苷环胸腺嘧啶核糖核苷环 （T C环）环）tRNAtRNA的三叶草型二级结构的三叶草型二级结构tRNA的三级结构的三级结构（二）（二）tRNA的三级结构的三级结构
