王瑋生物化學(xué)第2章

第二章核酸的化學(xué)本章內(nèi)容核苷酸DNARNA核酸的性質(zhì)概念核酸(nucleicacid)是由堿基（嘌呤和嘧啶）、戊糖和磷酸組成的高分子物質(zhì)，是生物體的基本組成。種類：

DNA（脫氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）分布：

DNA：主要在細(xì)胞核中，是染色體的主要成分。此外在線粒體、葉綠體、

質(zhì)粒及細(xì)胞膜上.RNA：細(xì)胞核——核仁；

細(xì)胞質(zhì)——核糖體及上清液中。一、核苷酸核酸是一種線形多聚核苷酸(polynucleotide),其基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸(nucleotide)。戊糖堿基磷酸核苷核苷酸核酸

核苷酸的基

本結(jié)構(gòu)（一）核酸中的戊糖D-核糖（D-ribose）D-脫氧核糖（D-deoxyribose）核酸據(jù)此分類：脫氧核糖——DNA；核糖——RNA；核酸中的戊糖均為β-D-型一、核苷酸（二）堿基尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶核酸中的堿基分兩類：1、嘧啶堿(pyrimidine)：是嘧啶的衍生物。一、核苷酸2、嘌呤堿(purine)：由嘌呤衍生而來。在生理pH下，在生物體內(nèi)，堿基多以亞氨基、酮式存在。3、稀有堿基：一些修飾堿基，因含量甚少而稱之。大多為甲基化堿基，多在tRNA中。一、核苷酸（三）核苷：

(nucleoside)

核苷：戊糖與堿基縮合而成，并以糖苷鍵相連接。糖苷鍵：

二者的連接是C-N鍵，稱N-糖苷鍵。一、核苷酸核苷的表示：核苷：A、G、C、U脫氧核苷：dA,dG,dC,dT修飾核苷：如5-甲基胞嘧啶：m5dC。（四）核苷酸(nucleotide，nt)1、種類：1）按酯化位點：可在核糖的2’-,3’-,5’-；2）按核糖類型：

核苷酸、脫氧核苷酸一、核苷酸核苷中戊糖的羥基被磷酸酯化，即為核苷酸。2、結(jié)構(gòu)：3、表示：與一個磷酸結(jié)合——MP：(d)AMP、(d)GMP、(d)CMP、(d)TMP、UMP與二個磷酸結(jié)合——DP：如：ADP與三個磷酸結(jié)合——TP：如：ATP

一、核苷酸4、特殊核苷酸：1）環(huán)核苷酸：

核糖3’-,5’-成環(huán)。

cAMP、cGMP功能：第二信使，激素、一些藥物、神經(jīng)遞質(zhì)通過其發(fā)揮生理作用。一、核苷酸2）核苷多磷酸和寡核苷多磷酸：如：pppAppp（枯草桿菌）A5’ppppA5’（哺乳動物）對代謝起調(diào)控作用。（五）核苷酸的連接方式1、3’-,5’磷酸二酯鍵將核苷酸連接成核酸大分子。一、核苷酸2、核酸的一級結(jié)構(gòu)：多核苷酸鏈中各核苷酸殘基的排列順序稱~。1）一級結(jié)構(gòu)表示方法如下：A、磷酸（P）的位置

在左：表示與5’-OH結(jié)合；在右：與3’-OH結(jié)合如：pApCpTpGB、箭頭表示核酸酶的水解部位：

pApCpTpG，即C的3’-OH游離。C、一般將堿基縮寫用連字符連起表示，如：A-C-G-U一、核苷酸2）讀向：

堿基序列從左到右表示5’——3’，由3’-,5’磷酸二酯鍵連接。若兩鏈反向平行，則需注明每條鏈的走向。如：

5’A-T-G-C-C-T-G-A3’

3’T-A-C-G-G-A-C-T5’一、核苷酸二、DNA（一）DNA的一級結(jié)構(gòu)：由數(shù)量龐大的4種脫氧核苷酸通過3’-,5’磷酸二酯鍵連接成的直線形或環(huán)形多聚體。（二）DNA的雙螺旋二級結(jié)構(gòu)1、雙螺旋結(jié)構(gòu)模型建立的依據(jù)：1）根據(jù)DNA堿基組成的定量分析提出chargaff堿基配對原則：A=T，G=C2）根據(jù)對DNA纖維和晶體的x-衍射分析。3）電位滴定證明。二、DNA雙螺旋中的堿基對（basepair,bp)2,雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點:(Watson-Crick模型）1）形成：兩條鏈反向平行；右手螺旋。二、DNA2）結(jié)構(gòu)：A、核糖-磷酸以3’-,5’磷酸二酯鍵連接成骨架；堿基在內(nèi)；B、大溝、小溝。二、DNA3）尺寸：二、DNAA、直徑：2nm；B、堿基距離：0.34nm；C、螺距：3.4nm；D、一周10個核苷酸。4）雙螺旋的穩(wěn)定性：A、依靠堿基堆積力B、氫鍵C、離子鍵D、范德華力3、二級結(jié)構(gòu)的構(gòu)象類型：二、DNAB-DNAA-DNAZ-DNAB-DNA與A-DNA幾種DNA鈉鹽的特點：B-DNA：生理狀態(tài)下多為此種；92%相對濕度A-DNA：右手螺旋；75%相對濕度；生理狀態(tài)下多見dsRNA、DNA-RNAZ-DNA：人工合成、左手螺旋；嘧啶、嘌呤交替；有m5dC；與基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)；此外，還發(fā)現(xiàn)有C、D、E等型。H-DNA:三條鏈局部螺旋(三）DNA的三級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲即成三級結(jié)構(gòu)。天然DNA有雙鏈DNA（dsDNA），有的病毒為單鏈DNA（ssDNA）在dsDNA中：

線形分子（大多數(shù)）

環(huán)狀分子（dcDNA）：質(zhì)粒、線粒體、葉綠體、病毒、細(xì)菌二、DNA1、超螺旋結(jié)構(gòu)特點：可將長鏈壓縮在一較小體內(nèi)；密度大；凝膠電泳中移動速度快。二、DNA2、核小體中的

扭曲方式在真核細(xì)胞染色質(zhì)中，DNA雙螺旋分子盤繞在組蛋白上形成核小體。許多核小體由DNA連成念珠狀結(jié)構(gòu)，再盤繞壓縮成高層次的結(jié)構(gòu)———染色體。二、DNA（四）DNA的功能1、DNA一級結(jié)構(gòu)的特點基因：是含特定遺傳信息的核苷酸序列

（DNA或RNA）是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。若干bp多個基因pr+DNA染色體二、DNA1）原核生物基因組：

基因在同一染色體上。

A、除調(diào)節(jié)序列和信號序列外，多為結(jié)構(gòu)基因；B、功能相關(guān)的基因常連在一起，并轉(zhuǎn)錄在同一mRNA中；二、DNAC、基因有重疊；

同一核苷酸順序中包含多種生物信息。2）真核生物基因組：

一般基因分布在若干染色體上。

A、有重復(fù)序列；B、有斷裂基因：即有內(nèi)含子。

內(nèi)含子（intron)：DNA分子中不編碼的序列。

外顯子(exons)：DNA分子中可表達(dá)的序列。二、DNA內(nèi)含子與外顯子2、DNA是遺傳信息的載體半保留復(fù)制保證了親代性狀傳到子代，保證了親代與子代的相似性。二、DNA3、DNA是變異的物質(zhì)基礎(chǔ)變異是生物進(jìn)化的基礎(chǔ)。變異的發(fā)生：1）DNA復(fù)制時出錯；2）理化因素等引起堿基變化或缺失，使DNA堿基序列改變，從而發(fā)生性狀變異。二、DNA三、RNA（一）RNA的結(jié)構(gòu)組成：4種核苷酸，有稀有堿基；連接：同DNA形成：一般以DNA為模板合成，有例外。結(jié)構(gòu)：單鏈線形分子，局部區(qū)域有雙螺旋。（二）RNA的類型三種：

信使RNA（messengerRNA,mRNA)

核糖體RNA(ribosomelRNA,rRNA)

轉(zhuǎn)運RNA(transferRNA,tRNA)三、RNA此外，在真核細(xì)胞中還有少量：核內(nèi)小RNA（snRNA）:參與核糖體的組成。不均一RNA（hnRNA）：mRNA的前體。反義RNA（asRNA）：可與mRNA部分或全部序列互補；抑制DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄；抑制mRNA翻譯。1、tRNA約占全部RNA的15%；由70-90個核苷酸組成許多種類；沉降系數(shù)4S。三、RNA1）tRNA結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu)多已清楚，含較多稀有堿基；二級結(jié)構(gòu)為三葉草有：aa臂、二氫嘧啶環(huán)、反密碼環(huán)、可變環(huán)、TΨ環(huán)三、RNAtRNA三級結(jié)構(gòu)為倒L型A、在pr合成中轉(zhuǎn)運aa；B、在pr合成的起始、DNA反轉(zhuǎn)錄合成及其它代謝調(diào)節(jié)中起作用。2）tRNA功能：2、mRNA和hnRNA1）合成：以DNA為模板(核內(nèi))合成hnRNA（含內(nèi)含子和外顯子）加工成熟的mRNA入細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)合成三、RNA合成mRNA切除內(nèi)含子2)mRNA結(jié)構(gòu)特點：3‘末端有polyA結(jié)構(gòu)：與mRNA從核入質(zhì)有關(guān)，與mRNA半壽期有關(guān)。5‘末端有帽子結(jié)構(gòu)：G被甲基化，此可能與pro合成的起始有關(guān)。3)功能：是蛋白質(zhì)合成的模板3、rRNA1)占RNA總量的80%，是構(gòu)成核糖體的骨架。2)核糖體功能：

pr合成的部位.3）結(jié)構(gòu)：分大、小亞基一、二級結(jié)構(gòu)多已確定，但功能不清。三、RNA原核細(xì)胞：70S核糖體；真核細(xì)胞：80S核糖體；核糖體RNA自我剪切1983年在四膜蟲中發(fā)現(xiàn)L19RNA有催化功能4、RNA的功能1）在DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯中起重要調(diào)控作用；2）有催化作用；3）可作為遺傳物質(zhì)（如逆轉(zhuǎn)錄病毒）。三、RNA四、核酸的性質(zhì)（一）一般理化性質(zhì)1、兩性電解質(zhì)：2、溶解性：微溶于水，不溶于一般有機試劑（乙醇沉淀核酸），鈉鹽易溶于水。3、粘度高：一般DNA比RNA粘度高。4、水解性：可被酸、堿或酶水解，DNA比RNA對稀堿穩(wěn)定。5、顏色反應(yīng)：1）核糖與濃鹽酸和苔酚藍(lán)共熱呈綠色，在670nm處可測RNA；2）2-脫氧核糖與酸和二苯胺共熱呈藍(lán)紫色，在595nm處可測DNA。二種反應(yīng)可作定性試驗，定量試驗靈敏度低、準(zhǔn)確性差，但快、簡便。四、核酸的性質(zhì)（二）紫外吸收性質(zhì)堿基具共軛雙鍵強烈吸收260-290nm波段紫外光，最大吸收峰在260nm附近。應(yīng)用：1、不同核苷酸有不同吸收特性，可用紫外分光光度計進(jìn)行定性、定量測定。

1OD相當(dāng)于：50μg/mlDNA40μg/mlRNA20μg/mlNt(核苷酸）四、核酸的性質(zhì)2、確定所提取的核酸是否純品。

1）DNA：≈1.8純品OD260/OD290＞1.8RNA污染＜1.8pro污染

2）RNA：OD260/OD290≈2.0純品四、核酸的性質(zhì)3、紫外可使相鄰TT間形成共價結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體，引起基因突變。A=TC=GT=AT=A紫外A=TC=GTATA（三）核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性1、堿基堆積力：雙螺旋內(nèi)部堿基形成的疏水區(qū)；2、堿基間的氫鍵：3、磷酸基與介質(zhì)中陽離子形成的離子鍵4、范德華力。四、核酸的性質(zhì)（四）核酸的變性1、變性的概念1）現(xiàn)象：雙螺旋DNA和具雙螺旋區(qū)的RNA氫鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)被破壞，形成單鏈無規(guī)則線團(tuán)狀的過程。四、核酸的性質(zhì)2）結(jié)果：A、增色效應(yīng)：260nm紫外吸收增加；B、粘度下降、浮力密度上升；C、生物學(xué)性能部分或全部喪失。3）引起變性的因素：溫度、pH、尿素、甲醛等。2、熱變性與TmTm：在熱變性中，紫外吸收增加的中點值所對應(yīng)的溫度，稱該DNA的熔解溫度（meltingtemperature,Tm);又稱熱解鏈溫度。四、核酸的性質(zhì)3、影響Tm的因素：1）DNA的均一性；2）G-C含量：Tm與G-C含量成正比。3）介質(zhì)中的離子強度：離子強度低，Tm低，熔解溫度范圍窄。（五）核酸的復(fù)性概念：變性DNA在適當(dāng)條件下（緩慢降溫），可使兩條彼此分開的鏈重新締合成雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程。復(fù)性后，許多物化性質(zhì)可得到恢復(fù)，生物學(xué)活性部分恢復(fù)。影響因素：溫度、DNA片段大小、DNA濃度、堿基重復(fù)序列多少、離子濃度。四、核酸的性質(zhì)DNA變性與復(fù)性五、分子生物學(xué)技術(shù)（一）分子雜交與探針技術(shù)1、概念：1）分子雜交（hybrization):

利用核酸變性、復(fù)性性質(zhì)，根據(jù)堿基配對原則，將二條不同來源的nt鏈形成雜合雙鏈的過程。DNA-DNA：