核酸的結(jié)構(gòu)與功能藥學(xué)

核酸的結(jié)構(gòu)與功能藥學(xué)第一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)核酸的一般概述第二節(jié)核酸的化學(xué)組成第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)與功能第四節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能第五節(jié)核酸的理化性質(zhì)及應(yīng)用第二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日核酸(nucleicacid)

是以核苷酸作為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。核酸分為2種：脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid,DNA）核糖核酸（ribonucleicacid,RNA）P24第三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日1868年瑞士的Miescher醫(yī)生從膿細(xì)胞中提取核素（核酸的發(fā)現(xiàn)）1944年Avery用肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗等證實DNA是遺傳物質(zhì)（核酸功能的認(rèn)識）1953年Watson和Crick提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（現(xiàn)代分子生物學(xué)的基礎(chǔ)）一、核酸的發(fā)現(xiàn)與研究簡史P24第一節(jié)核酸的一般概述第四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼

1973年美國斯坦福大學(xué)首次進(jìn)行了體外基因重組

1975年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶

1981年Gilbert和Sanger建立DNA測序方法

1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)

1990年啟動人類基因組計劃(HGP)2003年完成人類基因組計劃20世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)許多具有特殊功能的RNAP24第五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日二、核酸有固定的分布區(qū)域,并具有重要的生物學(xué)功能核酸的分布區(qū)域特點：

核酸位于細(xì)胞內(nèi)，大部分都與蛋白質(zhì)結(jié)合存在，細(xì)胞外無核酸DNA存在于細(xì)胞核與線粒體

RNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)，10%存在于細(xì)胞核分3類：信使RNA(messengerRNA,mRNA)轉(zhuǎn)運RNA(transferRNA,tRNA)核蛋白體RNA(ribosomalRNA,rRNA)P25第六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日DNA儲存遺傳信息并通過復(fù)制傳遞給下一代RNA是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，與蛋白質(zhì)一起參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)核酸的生物學(xué)功能：核酸對生長、發(fā)育、遺傳和變異具有重要意義P25第七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)核酸的一般概述第二節(jié)核酸的化學(xué)組成第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)與功能第四節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能第五節(jié)核酸的理化性質(zhì)及應(yīng)用第八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)核酸的化學(xué)組成核酸的元素組成

C、H、O、N、PRNA含磷8.5%~9%DNA含磷9%~10%P25用于定量測定第九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日核酸的基本組成單位是核苷酸(nucleotide)核酸(DNA和RNA)核苷酸（脫氧核糖核苷酸和核苷核糖酸）脫氧核苷和核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶脫氧核糖核糖P25第十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日一、戊糖是核苷酸組分之一（構(gòu)成RNA）12345-D-核糖（構(gòu)成DNA）-D-2-脫氧核糖P25OHOCH2OHOHOH第十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日

嘌呤堿：A(adenine)、G(guanine)

嘧啶堿：C(cytosine)、T(thymine)、U(uracil)稀有堿基：甲基化衍生物

二、嘌呤和嘧啶是核苷酸的堿基組分P26第十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日堿基中含共軛雙鍵，對260nm左右的紫外光有較強的吸收，可用于定性定量分析。P26第十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日堿基的互變異構(gòu)體P26第十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日三、堿基與戊糖相連形成核苷，核苷與磷酸連接形成核苷酸戊糖的C1與嘌呤的N9或嘧啶的N1以糖苷鍵相連形成核苷(nucleoside)。戊糖的碳原子編號加“’”NNNN9NH2O(O)HOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵P27第十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日游離存在的多為5’-核苷酸核苷的戊糖羥基與磷酸結(jié)合形成的磷酸酯即核苷酸常見的核苷酸/脫氧核苷酸（NMP/dNMP）

AMP、GMP、CMP、UMP

dAMP、dGMP、dCMP、dTMPP272’-、3’-、5’-三種核苷酸3’-、5’-兩種脫氧核苷酸第十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日P28第十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日P28第十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日P28第十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日四、ATP等是體內(nèi)重要的游離核苷酸*NMP的磷酸基可以再和磷酸相連形成NDP/dNDP、NTP/dNTP（RNA/DNA的原料）*ATP是能量的直接供體，GTP、CTP和UTP也可提供能量P29第二十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日P29第二十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日核苷酸的其它功能*生成活性物質(zhì)，如UDPG、CDP-二脂酰甘油、SAM、PAPS*構(gòu)成輔酶，如NAD+、FAD、CoA*

環(huán)核苷酸cAMP和cGMP作為激素的第二信使在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用P29第二十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日P30第二十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)核酸的一般概述第二節(jié)核酸的化學(xué)組成第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)與功能第四節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能第五節(jié)核酸的理化性質(zhì)及應(yīng)用第二十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日一、核苷酸序列是核酸分子的一級結(jié)構(gòu)核酸由核苷酸以3??,5??-磷酸二酯鍵相連聚合而成*一個核苷酸的C-3-羥基和下一位核苷酸C-5-磷酸之間脫水縮合形成的酯鍵，即磷酸二酯鍵。*方向性：5’-磷酸“頭”,3’-OH“尾”書寫：按

5’

→3’方向P30第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)與功能第二十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日P31第二十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日*基本單位：脫氧核糖核苷酸

（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）*基本結(jié)構(gòu)鍵：3’,5’-磷酸二酯鍵

*DNA的一級結(jié)構(gòu)指DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序（也就是堿基排列順序）。DNA的一級結(jié)構(gòu)P30第二十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日核酸分子大小常用堿基(base或kilobase,kb)或堿基對(basepair,bp或kilobasepair,kbp)數(shù)目來表示。小的核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的長度可以高達(dá)幾十萬個堿基。P31第二十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日二、DNA的二級結(jié)構(gòu)是右手雙螺旋20世紀(jì)50年代，Chargaff等，薄層層析和紫外吸收等技術(shù)研究了DNA的堿基成分，得出Chargaff規(guī)則：

不同種屬的DNA堿基組成不同，而同一個體不同器官、組織的DNA堿基組成相同某一特定生物DNA堿基組成不隨年齡等因素改變

Pu=Py，A+G=T+C，且A=T，G=C（一）DNA堿基組成具有重要特征（2個證據(jù)）P31第二十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日1952年，F(xiàn)ranklin，DNA的X-ray衍射圖譜----DNA是雙鏈螺旋形分子P31第三十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)為現(xiàn)代分子生物學(xué)奠定了基礎(chǔ)1953年，Watson和Crick，雙螺旋(doublehelix)結(jié)構(gòu)模型要點如下（四點）：P32第三十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日1、DNA分子是由兩條長度相同、方向相反的平行多核苷酸鏈圍繞同一中心軸構(gòu)成的雙螺旋結(jié)構(gòu)；兩條螺旋都是右手螺旋，雙螺旋表面有深溝、淺溝。5’3’5’3’P32第三十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日第三十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日3.4nm0.34nm1nm第三十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日第三十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日2、雙螺旋直徑為2nm。磷酸和脫氧核糖相連而成的糖-磷酸骨架位于螺旋外側(cè)，

堿基位于內(nèi)側(cè)。脫氧核糖平面垂直于堿基平面，堿基平面垂直于螺旋的縱軸。相鄰堿基間堆砌距離0.34nm，旋轉(zhuǎn)夾角36o,每旋轉(zhuǎn)一周包括10個脫氧核苷酸殘基，螺距為3.4nm。P32第三十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日TCAG第三十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日ACGT3、兩條多核苷酸鏈通過堿基間的氫鍵連接，遵從堿基互補配對原則，即：A-T配對，形成兩個氫鍵G-C配對，形成三個氫鍵

P32第三十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日堿基的配對使得雙螺旋DNA分子在復(fù)制時以半保留的形式進(jìn)行。第三十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日4、維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素：

堿基堆砌力（疏水力）和氫鍵P32第四十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日Watson-Crick的DNA雙螺旋2.0nm第四十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日第四十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)存在多樣性：B-DNA：右手螺旋，條件：相對濕度92%，生理鹽水中提取的DNA纖維的構(gòu)象A-DNA：右手螺旋，條件：相對濕度72%Z-DNA：1979，Rich，左手螺旋，條件：CG重復(fù)序列，天然也有P33第四十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日ABZP34第四十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)

是指DNA在雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)折疊，在蛋白質(zhì)的參與下組裝成的空間構(gòu)象。正超螺旋：與雙螺旋同向，使之變緊

負(fù)超螺旋：與雙螺旋反向，使之變松三、荷載遺傳信息的DNA大分子具有超螺旋結(jié)構(gòu)P35第四十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日1、原核生物DNA形成超螺旋原核生物DNA、線粒體、葉綠體、質(zhì)粒、噬菌體及某些病毒的DNA是共價封閉的環(huán)，主要形成負(fù)超螺旋，P35第四十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日平均每200堿基就有一個超螺旋形成P35第四十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日11nm×5.5nm，盤狀小顆粒核心顆粒：組蛋白H2A、H2B、H3、H4各兩分子組成八聚體，表面繞有146bp，3以1-圈負(fù)超螺旋組成4連接區(qū)：組蛋白H1和60bpDNA鏈連結(jié)接核小體2、真核生物染色體DNA與組蛋白形成核小體P35第四十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日核小體彼此相連成串珠狀染色質(zhì)細(xì)絲P36第四十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日染色質(zhì)細(xì)絲進(jìn)一步螺旋化形成中空的線圈狀螺線管，每圈螺旋由6個核小體組成，即染色質(zhì)纖維空管。再進(jìn)一步盤曲、折疊形成染色單體。P36第五十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日壓縮6倍壓縮40倍第五十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日DNA經(jīng)過多次折疊，被壓縮了8000～10000倍壓縮1000倍壓縮10000倍第五十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日真核生物的染色體DNA第五十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日四、DNA是物種進(jìn)化和世代繁衍的物質(zhì)基礎(chǔ)基因(gene)：從結(jié)構(gòu)上定義是指DNA分子中的功能性片段，即經(jīng)過復(fù)制可以遺傳給子代，能編碼有功能的蛋白質(zhì)或合成RNA所必需的完整序列，是核酸的功能單位。DNA的基本功能：基因遺傳基因表達(dá)P35第五十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日生物體的全部基因序列稱為基因組(genome)，包含了所有編碼RNA和蛋白質(zhì)的編碼序列及所有的非編碼序列，也就是DNA分子的全序列?；蚪MSV40病毒的基因組：5100bp大腸桿菌的基因組：577kb人的基因組3.0×109bpP35第五十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)核酸的一般概述第二節(jié)核酸的化學(xué)組成第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)與功能第四節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能第五節(jié)核酸的理化性質(zhì)及應(yīng)用第五十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日第四節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能AMP、GMP、CMP、UMPRNA的基本組成單位是4種核苷酸RNA的基本結(jié)構(gòu)鍵是3’，5’–

磷酸二酯鍵P36RNA的一級結(jié)構(gòu)即核苷酸的排列順序RNA的分子小，種類多，稀有堿基多第五十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日發(fā)夾結(jié)構(gòu)(hairpin)是RNA中最普遍的二級結(jié)構(gòu)多數(shù)RNA為線形單鏈RNA分子內(nèi)相鄰區(qū)段可形成局部雙螺旋，區(qū)段間非配對堿基膨脹成凸出或突環(huán)RNA進(jìn)一步折疊成三級結(jié)構(gòu)成為活性分子P36第五十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日RNA的分類和功能信使RNA是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板轉(zhuǎn)運RNA是蛋白質(zhì)合成時轉(zhuǎn)運氨基酸的工具核蛋白體RNA是蛋白質(zhì)合成的場所細(xì)胞內(nèi)存在多種功能各異的小分子RNAP36第五十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日一、信使RNA是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板信使RNA（messengerRNA,mRNA）含量最少（2-3%）；種類最多；半壽期短；一級結(jié)構(gòu)差異大（500-6000個NA）。mRNA轉(zhuǎn)錄DNA的基因序列信息，并攜帶至細(xì)胞質(zhì)，作為蛋白質(zhì)合成的模板，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。P36第六十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日不均一核RNA（heterogeneousnuclearRNA,hnRNA)真核細(xì)胞成熟的mRNA來自不均一核RNA含有內(nèi)含子的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，經(jīng)加工成熟為mRNA。hnRNA加工修飾包括：剪接5’端加帽子結(jié)構(gòu)3’端加尾P36第六十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日真核細(xì)胞mRNA5’端有m7-GpppN的帽子結(jié)構(gòu)5’端帽子結(jié)構(gòu)的作用：--增強mRNA穩(wěn)定性，免受核酸酶降解--促進(jìn)核糖體與mRNA的結(jié)合P36第六十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日真核細(xì)胞mRNA的3’端有m7-GpppNAAA……AAA30到200個多聚腺苷酸尾（polyA）的作用：多聚腺苷酸的尾參與mRNA從胞核到胞漿的轉(zhuǎn)位維持mRNA的穩(wěn)定性參與調(diào)控蛋白質(zhì)的合成速度P37第六十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日*成熟mRNA包括編碼區(qū)和非編碼區(qū)mRNA的功能是指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成*成熟mRNA分子編碼序列上每3個相鄰的核苷酸為一組，決定相應(yīng)多肽鏈中某一個氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼(tripletcode)或密碼子(codon)。P37第六十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日原核生物mRNA與真核生物不同無5’帽子結(jié)構(gòu)和3’多聚腺苷尾轉(zhuǎn)錄后很少加工，直接作為蛋白質(zhì)合成的模板P37第六十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日二、轉(zhuǎn)運RNA是蛋白質(zhì)合成時轉(zhuǎn)運氨基酸的工具占RNA總量15%左右（一）tRNA一級結(jié)構(gòu)的特點

70-90核苷酸，分子量最小的RNA

富含稀有堿基（7-15個/分子）

5’末端多為pG，3’-末端都是-CCA

A的羥基是氨基酸結(jié)合部位P37第六十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日P37第六十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日（二）

tRNA的二級結(jié)構(gòu)呈三葉草形四個螺旋區(qū)三個環(huán)一個可變環(huán)（附加叉）P37第六十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日（三）tRNA三級結(jié)構(gòu)呈倒“L”字母形P37第六十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日

含量最多，約占RNA總量80%；與多種蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體/核蛋白體(ribosome)，是蛋白質(zhì)的“裝配機”三、核蛋白體RNA是蛋白質(zhì)合成的場所P38第七十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日

rRNA蛋白質(zhì)

大亞基50S5S、23S34種

小亞基

30S16S21種原核細(xì)胞核糖體P38第七十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日

rRNA蛋白質(zhì)

大亞基60S5S、5.8S、28S36-50種

小亞基40S18S30-32種真核細(xì)胞核糖體P38第七十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日rRNA有特定的二級結(jié)構(gòu)，也可形成三級結(jié)構(gòu)。P38第七十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日四、細(xì)胞內(nèi)存在多種功能各異的小分子RNA非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNA,snmRNAs)，參與RNA的加工、轉(zhuǎn)運及基因表達(dá)調(diào)控核內(nèi)小RNA（snRNA）核仁小RNA（snoRNA）胞質(zhì)小RNA（scRNA）

催化性小RNA（ribozyme，核酶）小片段干擾RNA（siRNA）P38第七十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)核酸的一般概述第二節(jié)核酸的化學(xué)組成第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)與功能第四節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能第五節(jié)核酸的理化性質(zhì)及應(yīng)用第七十五頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日一、核酸分子具有多種重要的理化性質(zhì)第五節(jié)核酸的理化性質(zhì)及應(yīng)用1、核酸是生物大分子RNA比DNA短，在溶液中的粘度小于DNA。P39第七十六頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日2、核酸是兩性電解質(zhì)，酸性較強

*酸性的磷酸基團

*堿基上的堿性基團依核酸分子大小及所帶電荷不同，可用電泳和離子交換法來分離不同的核酸P39第七十七頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日堿基共軛雙鍵的最大吸收峰在260nm3、核酸的紫外線吸收性質(zhì)P39應(yīng)用：*定性、定量分析*變性、復(fù)性的指標(biāo)第七十八頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日（一）變性

DNA變性是指在某些理化因素的作用下，雙螺旋DNA分子中互補堿基對之間的氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單鏈的過程。不伴有共價鍵的斷裂。

三、DNA具有變性和復(fù)性的特性P39第七十九頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日DNA分子的變性第八十頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日部分變性DNA第八十一頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日現(xiàn)象：粘度下降紫外吸收值增加，稱增色效應(yīng)監(jiān)測指標(biāo)：260nm處吸光度的變化變性因素：加熱、堿、酸、有機溶劑、尿素及酰胺等。第八十二頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日增色效應(yīng)(hyperchromiceffect)第八十三頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日

DNA的熱變性是爆發(fā)式的，在很狹窄的溫度范圍內(nèi)發(fā)生。（S形）DNA熱變性的解鏈曲線解鏈溫度(meltingtemperature，Tm)通常將DNA分子達(dá)到50%解鏈時的溫度稱為熔點或解鏈溫度第八十四頁，共九十三頁，編輯于2023年，星期日G-C含量高,Tm高；A-T含量高,