高級(jí)生化第8章核酸化學(xué)

第八章

核酸化學(xué)Chapter

8 Chemistry

ofNucleic

Acid我們與構(gòu)成我們的食物Chapter5-3食品科學(xué)為何研究核酸？What

do

the

dragons

look

like

and

why?/角—顯性Horns

are

dominant

to

no

horns.

HH

or

Hh

=

horns,

hh

=no

horns翅膀—隱性Wings

are

recessive

to

no

wings.

WW

or

Ww

=

no

wings,ww

=

wings龍息—隱性,并由X染色體決定Fire-breathing

is

recessive

to

non-fire-breathing

and

isan

X-linked

characteristic.雄性(Males):F—

=

non-fire-breathing

males, f—

=

fire-breathingmales雌性(Females):FF,

Ff

=

non-

fire-breathing

femalesff

=

fire-breathing

femalesThe

Search

of

genetic

material第一節(jié)

核酸的化學(xué)組成(p478)磷酸

核糖核酸→核苷酸→{

戊糖

→

{核苷

→{

脫氧核糖嘌呤堿含氮堿————————→{嘧啶堿核酸的水解產(chǎn)物：核酸的基本構(gòu)成堿基戊糖核苷核酸核苷酸磷酸Nucleic

acidNucleotideNucleoside脫氧核糖核糖BaseRiboseDeoxyribose胸腺嘧啶尿嘧啶腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤胞嘧啶P嘧啶堿urine

basesthyminecytosineuracilPyrim嘌呤堿idine

basesadenineguanineDNA中的堿基：腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶

RNA中的堿基：腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶1.嘧啶堿：尿嘧啶 胞嘧啶 胸腺嘧啶2.嘌呤堿：腺嘌呤

鳥(niǎo)嘌呤二、戊糖與核苷1．戊糖：β-D-核糖β-D-2-脫氧核糖2．核苷：核苷是由戊糖與含氮堿基經(jīng)脫水縮合而生成的化合物。在大多數(shù)情況下，核苷是由核糖或脫氧核糖的C1’β-羥基與嘧啶堿N1或嘌呤堿

N9進(jìn)行縮合，故生成的化學(xué)鍵稱為β，N糖苷鍵。腺苷(AR)β1,N9-糖苷鍵脫氧胞苷(dCR)β1’,N1-糖苷鍵β1’β1’N9N1“稀有核苷”是由“稀有堿基”所生成的核苷。假尿苷（ψ）β1’,C5-糖苷鍵β1’C5堿基核糖連接方式三、核苷酸的結(jié)構(gòu)與命名核苷酸是由核苷與磷酸經(jīng)脫水縮合后生成的磷酸酯類化合物，包括核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸兩大類。

由于與磷酸基縮合的位置不同而分別生成2’-核苷酸、3’-核苷酸和5’-核苷酸。最常見(jiàn)者為5’-核苷酸（5’ 常被省略）。核苷酸的分子結(jié)構(gòu)¤

5’-核苷酸又可按其在5’位縮合的磷酸基的多少，分為一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。環(huán)核苷酸的分子結(jié)構(gòu)環(huán)一磷酸腺苷環(huán)一磷酸鳥(niǎo)苷核苷酸的命名及縮寫(xiě)符號(hào)脫氧堿基磷酸基數(shù)目磷酸dAMPGDTTCU第二節(jié)核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)

一分子的核苷酸的3’-位羥基與另一分子核苷酸的5’-位磷酸基通過(guò)脫水可形成3’,5’-磷酸二酯鍵，從而將兩分子核苷酸連接起來(lái)。多核苷酸鏈：核酸就是由許多核苷酸單位通過(guò)3’,5’-磷酸二酯鍵連接起來(lái)形成的不含側(cè)鏈的長(zhǎng)鏈狀化合物。核酸具有方向性的長(zhǎng)鏈狀化合物，多核苷酸鏈的兩端，一端稱為5’-端

(通常含有磷酸基），另一端稱為3’-端（通常含有游離羥基）。DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和

dTMP四種脫氧核糖核苷酸所組成。DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)就是指DNA分子中脫氧核糖核苷酸的排列順序及連接方式。

RNA分子主要由AMP，GMP，CMP，UMP四種核糖核苷酸組成。RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)就是指RNA分子中核糖核苷酸的排列順序及連接方式。PP3’

3‘P5‘

5‘A

A3‘3‘P5‘

5‘A

A線條式縮寫(xiě)文字式縮寫(xiě)5’…pApCpGpT…3’5’…pA-C-G-T…3’5’…ACGT…3’5’端3’端習(xí)慣上以C3’fi

C5’為正向核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示方法5’-AGTCCATG-3’5’-AGUCCAUG-3’AGTCCATGGTACCTGAAGUCCAUGGUACCUGA核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示方法第三節(jié)RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能（略，p496）http://www.imb-jena.de/RNA.html

/RNA通常以單鏈形式存在，但也可形成局部的雙螺旋結(jié)構(gòu)。

RNA分子的種類較多，分子大小變化較大，功能多樣化。主要的RNA種類有rRNA、mRNA、tRNA、

HnRNA

（不均一核RNA

）、SnRNA

（小核

RNA）、SnoRNA（小核仁RNA)、ScRNA（小胞質(zhì)RNA）等。一、mRNA的結(jié)構(gòu)與功能mRNA可形成局部雙螺旋結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。mRNA在真核生物中的初級(jí)產(chǎn)物稱為

HnRNA(不均一核RNA）。大多數(shù)真核成熟的mRNA分子具有典型的

5’-端的7-甲基鳥(niǎo)苷三磷酸（m7GTP）帽子結(jié)構(gòu)和3’-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴結(jié)構(gòu)。真核生物mRNA

5’-端帽子結(jié)構(gòu)真核生物mRNA

3’-端的polyA結(jié)構(gòu)mRNA分子中帶有遺傳密碼，其功能是為蛋白質(zhì)的合成提供模板。mRNA分子中每三個(gè)相鄰的核苷酸組成一組，在蛋白質(zhì)翻譯合成時(shí)代表一個(gè)特定的氨基酸，這種核苷酸三聯(lián)體稱為遺傳密碼（coden）二、tRNA的結(jié)構(gòu)與功能tRNA是分子最小，但含稀有堿基最多的RNA，其稀有堿基的含量可多達(dá)20%。tRNA是保守性最強(qiáng)的RNA。

tRNA是單鏈核酸，但其分子中的某些局部也可形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。（一）tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)：tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)由于局部雙螺旋的形成而呈現(xiàn)“三葉草”形，故稱為“三葉草”結(jié)構(gòu)。

tRNA的“三葉草”形結(jié)構(gòu)包括：氨基酸臂、DHU臂、反密碼臂、可變臂和TψC臂五部分。以酵母丙氨酸t(yī)RNA為例氨基酸臂可變臂DHU臂反密碼臂TψC臂二氫尿嘧啶（二）tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)：三、rRNA的結(jié)構(gòu)與功能rRNA是細(xì)胞中含量最多的RNA，占總量的80%。rRNA與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。核糖體含有RNA（占60％）和蛋白質(zhì)（占40％），分為一大一小兩個(gè)亞基。大腸桿菌核糖體（70S）30S亞基（16S

RNA、21種蛋白質(zhì)）50S亞基（23SRNA、5SRNA、34種蛋白質(zhì)）高等動(dòng)物核糖體（80S）40S亞基（18S

RNA、33種蛋白質(zhì)）60S亞基（28S

RNA、5.8S

RNA、5S

RNA、49種蛋白質(zhì)）在原核生物中，rRNA有三種：5S，16S，23S。其中，16S的rRNA參與構(gòu)成核蛋白體的小亞基，而5S和23S的rRNA參與構(gòu)成核蛋白體大亞基。在真核生物中，rRNA有四種：5S，5.8S，18S，28S。其中，18S的rRNA參與構(gòu)成

核蛋白體小亞基，其余的rRNA參與構(gòu)成

核蛋白體大亞基。沉降系數(shù)S和s

p101rRNA構(gòu)成核糖體的骨架大腸桿菌核糖體中rRNA：5SrRNA、16SrRNA、23SRNA動(dòng)物細(xì)胞核糖體中rRNA：5SrRNA、5.8SrRNA、18SrRNA、28SRNA大腸桿菌16S

rRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)第四節(jié)

DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能(P485)一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的一種重要形式，它是Watson和Crick兩位科學(xué)家于1953年提出來(lái)的一種結(jié)構(gòu)模型。/EntrezDNA的序列測(cè)定補(bǔ)充：—中外食品2012第一期（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景：

1950～1953，Chargaff研究小組對(duì)DNA的化學(xué)組成進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)：①DNA堿基組成有物種差異，且物種親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，差異越大；②相同物種，不同組織器官中DNA堿基組成相同，而且不因年齡、環(huán)境及營(yíng)養(yǎng)而改變；③DNA分子中四種堿基的摩爾百分比具有一定的規(guī)律性，即A=T、G=C、A+G=T+C。這一規(guī)律被稱為Chargaff原則。1953年由Wilkins研究小組完成的研究工作，發(fā)現(xiàn)了DNA晶體的X線衍射圖譜中存在兩種周期性反射，并證明DNA是一種螺旋構(gòu)象。DNA雙螺旋的X射線衍射圖（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)：目前已知DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)可分為A、B、C、D及Z型等數(shù)種，除Z型為左手雙螺旋外，其余均為右手雙螺旋。B型雙螺旋DNA的結(jié)構(gòu)特征堿基配對(duì)及氫鍵形成B型雙螺旋DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：為右手反平行雙螺旋；主鏈位于螺旋外側(cè)，堿基位于內(nèi)側(cè)；兩條鏈間存在堿基互補(bǔ)：A與T或G與C配對(duì)形成氫鍵，稱為堿基互補(bǔ)原則（A與T為兩個(gè)氫鍵，G與C為三個(gè)氫鍵）；螺旋的穩(wěn)定因素為氫鍵和堿基堆砌力；螺旋的螺距為3.4nm，直徑為2nm。二、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)（略）（一）原核生物DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)：絕大多數(shù)原核生物的DNA都是共價(jià)封閉的環(huán)狀雙螺旋。如果再進(jìn)一步盤(pán)繞則形成麻花狀的超螺旋三級(jí)結(jié)構(gòu)。（二）真核生物中的核小體結(jié)構(gòu)：在真核生物中，雙螺旋的DNA分

子圍繞一蛋白質(zhì)八聚體進(jìn)行盤(pán)繞，從而形成特殊的串珠狀結(jié)構(gòu)，稱為核小體。核小體結(jié)構(gòu)屬于DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)。核小體Structure

of

DNA

&

RNAC

G

C

TS

S

S

SP

P

P

P

PSugar

Phosphate

BackboneBase

pairhydrogen

bondbasesugarphosphate5′3′3′5′[read

as

3

prime

and

5

prime]CA

A

TT

T

G

AC

CG

GT

GA

CA

GT

CT

AC

TTACGCGATGCGCTADNAThe

organization

of

DNA

in

chromosomes~6

billion

base

pairsin

every

cell

build

thehuman

genomegenes

form

only

1,5%

ofthe

human

genomea

gene

is

a

segment

ofthe

DNA,

that

encodesthe

construction

plan

fora

proteinin

humans

there

are

ca.30,000

genes

onlyThe

organization

of

DNA

in

chromosomes三、DNA的功能

DNA的基本功能是作為遺傳信息的載體，為生物遺傳信息復(fù)制以及基因信息的轉(zhuǎn)錄提供模板。

DNA分子中具有特定生物學(xué)功能的片段稱為基因（gene）。一個(gè)生物體的全部DNA序列稱為基因組（genome）。基因組的大小與生物的復(fù)雜性有關(guān)，如病毒SV40的基因組大小為5.1×103bp，大腸桿菌為

5.7×106bp，人為3×109bp。定磷法測(cè)定DNA，RNA的含量DNA含磷量平均為9.9%RNA含磷量為9.5%比色法注意核酸的純度（是否含蛋白質(zhì)）核