核酸化學(xué)課件

核酸化學(xué)

BiochemistryofNucleicAcids核酸是重要的生物大分子-遺傳物質(zhì)核酸研究是現(xiàn)代生命科學(xué)、生物化學(xué)及分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等的重要領(lǐng)域一百多年的研究歷史（1869,F.Miescher）核酸的生物學(xué)作用在其被發(fā)現(xiàn)后的70多年才被證明-所有生物的遺傳物質(zhì)（1944）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（1953）重組DNA技術(shù)（1972）人類基因組計(jì)劃（1990-2003）RNA干擾（RNAi）（1996）(2006諾獎(jiǎng)）GregorMendel(1822-1884)TheFatherofGenetics孟德?tīng)柕倪z傳學(xué)規(guī)律最先使人們對(duì)性狀遺傳產(chǎn)生了理性認(rèn)識(shí)。1861，豌豆雜交試驗(yàn)。1865，獨(dú)立分配定律（lawofindependence）。顯性法（原）則（分離定律，第一定律）自由組合定律（第二定律）提出“factor”（遺傳因子學(xué)說(shuō)）摩爾根通過(guò)實(shí)驗(yàn)(1909)將一個(gè)特定的基因（控制白眼的基因w）和一條特定的染色體（X）聯(lián)系起來(lái)，從而證明了基因在染色體上。1926年發(fā)表《基因論》創(chuàng)立了現(xiàn)代遺傳學(xué)的基因?qū)W說(shuō)。（1933年諾獎(jiǎng)）XX：雌性果蠅；XY：雄性果蠅實(shí)驗(yàn)I的F1紅眼雌蠅IIIIII實(shí)驗(yàn)II的F1白眼雌蠅WilhelmLudvigJohannsen(1857-1927，Danishbotanist,plantphysiologist,andgeneticist）第一次（1909）用“基因”（gene）這個(gè)詞代表遺傳學(xué)的最基本單位（遺傳因子）ThomasHuntMorgan(1866–1945）第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)證明基因在染色體上-基因?qū)W說(shuō)（果蠅連鎖定律-性狀與基因相偶聯(lián)）的科學(xué)家。創(chuàng)建了名詞phenotypeandgenotypeGriffith（1928）及Avery（1944）等人關(guān)于致病力強(qiáng)的光滑型（S型）肺炎鏈球菌DNA導(dǎo)致致病力弱的粗糙型（R型）細(xì)菌發(fā)生遺傳轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)—肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。FrederickGriffith(1879–1941)OswaldTheodoreAvery

(1877-1955)S型肺炎球菌:有莢膜,菌落表面光滑,有毒。R型肺炎球菌:沒(méi)有莢膜,菌落表面粗糙，無(wú)毒。DNA是遺傳物質(zhì)的直接證據(jù)（實(shí)驗(yàn)證據(jù)）經(jīng)典實(shí)驗(yàn)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn):噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn):RNA是遺傳物質(zhì)的證明的實(shí)驗(yàn):1928年Griffith體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1944年Avery體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1952年Hershey和Chase煙草花葉病毒感染實(shí)驗(yàn)1952AlfredHershey&MarthaChase

T4噬菌體（雙鏈DNA病毒）感染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)標(biāo)記侵染攪拌檢測(cè)進(jìn)一步證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)1956年,美國(guó)學(xué)者弗倫克爾一庫(kù)蘭特(Fraenkel-Courat)和Singer用煙草花葉病毒(TMV，RNA病毒)的重建實(shí)驗(yàn)證明了RNA也是遺傳的物質(zhì)

核酸的生物學(xué)功能主要是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著對(duì)核酸研究的深入，發(fā)現(xiàn)它的功能是多方面的。生物體的生長(zhǎng)發(fā)育、遺傳變異等都與核酸密切相關(guān)。因此核酸結(jié)構(gòu)和功能的研究對(duì)深入探索生命奧秘起著至關(guān)重要的作用。研究?jī)?nèi)容及歷史核酸化學(xué)研究史（1）1869年Miescher博士論文工作中測(cè)定膿細(xì)胞蛋白質(zhì)組成時(shí),發(fā)現(xiàn)了不溶于稀酸和鹽溶液的沉淀物,并在所有的細(xì)胞核里都找到了此物質(zhì),故命名“核質(zhì)(Nuclein)

”。20年后命名為核酸。1879年Kossel經(jīng)過(guò)10年的努力,搞清楚了核質(zhì)中有四種不同的組成部分:A、T、C和G(還發(fā)現(xiàn)His，1910生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）。核酸化學(xué)研究史（2）1889年Altman建議將”核質(zhì)”改名為“核酸”,認(rèn)識(shí)到“核質(zhì)”乃“核酸”與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。1909年Levene發(fā)現(xiàn)酵母的核酸含有核糖。1930年Levene發(fā)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞的核酸含有脫氧核糖,

得出結(jié)論：植物核酸含核糖、動(dòng)物核酸含脫氧核糖。這個(gè)錯(cuò)誤概念延續(xù)到1938年，這時(shí)方清楚RNA和DNA的區(qū)別。Levene還提出了核酸的“磷酸－核糖(堿基)－磷酸”的骨架結(jié)構(gòu),解決了DNA分子的線性問(wèn)題,并在1935年提出“四核苷酸”說(shuō),認(rèn)為四種堿基的含量是一樣的。核酸化學(xué)研究史（3）1950年Chargaff,E和Hotchkiss,R.D采用紙層析法仔細(xì)分析了DNA的組成成分,得知[A]=[T],[G]=[C],[A+G]=[C+T]Chargaff’srule1953年Watson,Crick根據(jù)DNA的X射線圖譜的研究結(jié)果,提出了DNA的雙螺旋(Doublehelix)模型。幾星期后提出了半保留式復(fù)制模型。1957年Meselsnhe&Stahl用密度梯度超離心法和同位素標(biāo)記-半保留復(fù)制假說(shuō)。核酸化學(xué)研究史（4）1958年A.

Kornberg得到高純度的DNApolymerase,這種酶需要模板DNA。1960年Cairns拍下了復(fù)制中的細(xì)菌DNA的電鏡照片。

1970年Arber發(fā)現(xiàn)第一個(gè)DNA限制性內(nèi)切酶。1972年BergDNA重組技術(shù)的建立。1978年Sanger雙脫氧DNA測(cè)序法的建立。1990年人類基因組計(jì)劃(HGP)實(shí)施。父親：ArthurKornberg（1918－2007）1959年NobelPrizeinPhysiologyorMedicine.證明DNA的復(fù)制并分離高純DNA聚合酶兒子：RogerD.Kornberg

（1947－？）2006年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)。轉(zhuǎn)錄機(jī)制研究，

II型RNA聚合酶全部12個(gè)亞基之間的相互關(guān)系及轉(zhuǎn)錄起始FrancoisJacob(Left),JacquesMonod(middle)&AndreLwoff(Right),1965分享了諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1961年，法國(guó)科學(xué)家Jacob和Monod提出并證實(shí)了操縱子（operon）作為調(diào)節(jié)細(xì)菌細(xì)胞代謝的分子機(jī)制。他們還推測(cè)存在一種與DNA序列相互補(bǔ)、能將它所編碼的遺傳信息帶到蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所并翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)的mRNA（信使核糖核酸）-對(duì)分子生物學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了極其重要的指導(dǎo)作用。核酸化學(xué)研究史-rRNA（5）

早在上世紀(jì)30年代后期就發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中都有核酸存在，但用1924年福爾根（Feulgen）發(fā)明的染色法去染色，只能使細(xì)胞核中的核酸染色。而兩種核酸在260nm的吸收非常相似。

1941年，細(xì)胞學(xué)家J.Brachet和T.Caspersor注意到細(xì)胞質(zhì)中的核酸與蛋白質(zhì)的合成有密切的關(guān)系。

50年代，通過(guò)電子顯微鏡和物理化學(xué)手段發(fā)現(xiàn)大腸桿菌細(xì)胞質(zhì)的RNA常常存在于蛋白質(zhì)合成相關(guān)的顆粒中（Ф20nm,用35S進(jìn)行脈沖式標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)證明該顆粒是蛋白質(zhì)合成的所在地），簡(jiǎn)稱核糖體(ribosome)。

核糖體得到分離后，發(fā)現(xiàn)里面含RNA-rRNA(ribosomalRNA)。Watson等發(fā)現(xiàn)，rRNA的G≠C，A≠U，推斷是單鏈分子。核酸化學(xué)研究史-mRNA

（6）1948年，有人報(bào)道當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌后會(huì)產(chǎn)生一種很不穩(wěn)定的RNA，而大多數(shù)也是與核糖體結(jié)合在一起。

Brenner,Jacob等人用13C，15N標(biāo)記蛋白質(zhì)，用32P標(biāo)記核酸的方法證實(shí)了這是一種新的RNA分子，命名為信使RNA,即mRNA(messengerRNA)。1961年，Spielman創(chuàng)立了分子雜交法，通過(guò)32P

-mRNA-DNA雜交分子證明了mRNA的存在。核酸化學(xué)研究史-tRNA（7）1957年Hoagland,M.B.發(fā)現(xiàn)一類穩(wěn)定的小分子RNA，不與核糖體結(jié)合，因而不同于mRNA和rRNA。Crick,F.比較了核酸和氨基酸的大小和形狀后，認(rèn)為兩者不可能在空間上互補(bǔ)，因此他對(duì)核酸→蛋白質(zhì)的信息傳遞作了以下預(yù)測(cè)：a).有一種分子轉(zhuǎn)換器，使信息從核酸序列轉(zhuǎn)換成氨基酸序列；b).這種分子很可能是核酸；c).它不論以何種方式進(jìn)入蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)的模板，都必須與模板形成氫鍵（即配對(duì)）；d).有20種分子轉(zhuǎn)換器，每種氨基酸一個(gè)；e).每種氨基酸必定還有一個(gè)對(duì)應(yīng)的酶，催化與特定的分子轉(zhuǎn)換器結(jié)合。

1963年，

Ehrenstein等用實(shí)驗(yàn)證明了Hoagland發(fā)現(xiàn)的分子就是Crick預(yù)言的分子轉(zhuǎn)換器，即tRNA。

1965年Holley經(jīng)過(guò)7年努力測(cè)出酵母Ala-tRNA序列。核酸化學(xué)研究史-遺傳密碼的破譯（8）1953年Dounce假設(shè)DNA通過(guò)RNA將信息傳給蛋白質(zhì)，RNA上每三個(gè)核苷酸形成一個(gè)“空洞”，正好將一個(gè)個(gè)氨基酸裝進(jìn)去。假說(shuō)允許三聯(lián)體的重疊。命中率80％1954年物理學(xué)家Gamow與Teller等人聯(lián)手，也提出三聯(lián)體學(xué)說(shuō)，并指出不可重復(fù)的特點(diǎn)。

命中率20％1957年

Crick也提出了三聯(lián)體的假說(shuō)。他意識(shí)到要解決“天書(shū)”的“詞法”和“句法”，必須要有一本標(biāo)準(zhǔn)詞典，以便決定64種組合中的44種是無(wú)用的。

即“簡(jiǎn)并密碼”和“閱讀框”1961年

Crick在Bencer,S的突變實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用重組法得到了+++和---型，發(fā)現(xiàn)讀框和野生型一致，從而證明了三聯(lián)體的假說(shuō)。1961年Nirenberg,Matthaei&Ochoa用生物化學(xué)手段開(kāi)始了密碼測(cè)試，得到20種氨基酸的密碼子的核酸成份。1964年

Khorana合成了U和G交替的多聚核苷酸，所對(duì)應(yīng)的合成肽為VCVCVC，對(duì)照密碼子的核酸成份可以最終決定。后來(lái)合成了UUGUUUGUUG…產(chǎn)生了poly(L),poly(C)和poly(V)。1964年Nirenberg找到了更妙的突破口，合成三聯(lián)體，它能與tNRA進(jìn)行密碼子－反密碼子的堿基配對(duì)，從而影響肽鏈的合成。1966年遺傳密碼的破譯工作基本結(jié)束，Crick繪制了密碼表，提出了擺動(dòng)學(xué)說(shuō)（wobbleconcept)，及時(shí)收回了“同義詞”不存在的假設(shè)。

JamesWatson(left)andFrancisCrickFrancisHarryComptonCrickJamesDeweyWatsonMauriceHughFrederickWilkins

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)

X射線衍射證實(shí)了該模型

GreatBritainUSAGreatBritainInstituteofMolecularBiology

Cambridge,GreatBritainHarvardUniversity

Cambridge,MA,USAUniversityofLondon

London,GreatBritain1916-20041928-1916-2004"fortheirdiscoveriesconcerningthemolecularstructureofnucleicacidsanditssignificanceforinformationtransferinlivingmaterial"TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1962RobertW.HolleyHar

GobindKhoranaMarshallW.Nirenberg酵母tRNA序列

及tRNA結(jié)構(gòu)的相似性

第一個(gè)合成核酸分子，人工復(fù)制酵母基因

破譯DNA遺傳密碼

USAUSAUSACornellUniversity

Ithaca,NY,USAUniversityofWisconsin

Madison,WI,USANationalInstitutesofHealthBethesda,MD,USA1922-19931922-20111927-2010TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1968"fortheir

interpretationofthegeneticcode

andits

functioninproteinsynthesis"

1972年，PaulBerg（美）第一次進(jìn)行了DNA重組。1977年，Sanger和Gilbert（英）第一次進(jìn)行了DNA序列分析。1980年，獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)PaulBerg1926-2011WalterGilbert1932-FrederickSanger1918-2011GenomeandGenomics1986年，Mckusick(JohnsHopkins)創(chuàng)造了Genomics這個(gè)名詞，即指從基因組水平研究基因生物學(xué)?；蚪M泛指一個(gè)生命體、病毒或細(xì)胞器所含有的全部遺傳物質(zhì)。真核生物質(zhì)中指一套染色體（單倍體）DNA，即物種全部遺傳信息的總和?；蚪M學(xué)（Genomics），發(fā)展和應(yīng)用DNA制圖、測(cè)序新技術(shù)以及計(jì)算機(jī)程序，分析生命體（包括人類）全部基因組的結(jié)構(gòu)及功能。以整個(gè)基因組為研究對(duì)象，而不是以單個(gè)基因?yàn)檠芯繉?duì)象?；蚪M學(xué)以分子生物學(xué)技術(shù)(大規(guī)模測(cè)序、基因表達(dá)分析及功能研究等)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為研究手段，以生物體全部基因?yàn)檠芯繉?duì)象，在全基因背景下和整體水平上探索生命活動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律及其內(nèi)外環(huán)境影響機(jī)制的科學(xué)。研究方法包括對(duì)所有基因進(jìn)行基因組作圖（包括遺傳圖譜、物理圖譜、轉(zhuǎn)錄圖譜）。核苷酸序列分析、基因定位和基因功能分析。TranscriptomeandTranscriptomics轉(zhuǎn)錄組，即一個(gè)活細(xì)胞所能轉(zhuǎn)錄出來(lái)的全部RNA的總和，是研究細(xì)胞表型和功能的一個(gè)重要手段。轉(zhuǎn)錄組學(xué)，是一門在整體水平上研究細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄的情況及轉(zhuǎn)錄調(diào)控規(guī)律的學(xué)科。與基因組不同的是，轉(zhuǎn)錄組的定義中包含了時(shí)間和空間的限定。同一細(xì)胞在不同的生長(zhǎng)時(shí)期及生長(zhǎng)環(huán)境下，其基因表達(dá)情況是不完全相同的。通過(guò)測(cè)序技術(shù)揭示造成差異的情況，已是目前最常用的手段。人類基因組包含有30億個(gè)堿基對(duì)，其中大約只有5萬(wàn)個(gè)基因轉(zhuǎn)錄成mRNA分子，轉(zhuǎn)錄后的mRNA能被翻譯生成蛋白質(zhì)的也只占整個(gè)轉(zhuǎn)錄組的40%左右。通常，同一種組織表達(dá)幾乎相同的一套基因以區(qū)別于其他組織，如：腦組織或心肌組織等分別只表達(dá)全部基因中不同的30%而顯示出組織的特異性。青山襯托之下，是一片金燦燦的中國(guó)水稻梯田。2002年4月5日以中國(guó)梯田為封面的?Science?雜志以14頁(yè)篇幅率先發(fā)表了一個(gè)重大成果—中國(guó)人獨(dú)立完成的論文《水稻（秈稻）基因組的工作框架序列》，顯示對(duì)中國(guó)科學(xué)家成就充分肯定。COVERPhotographoftheHongheHaniriceterracesinYunnanProvince,China.Inthisissue,twoseparateresearchgroupsreportdraftsequencesoftwostrainsofrice--japonicaandindica.Inaddition,theEditorial,NewsFocus,Letters,andPerspectiveshighlightthesignificanceofthericegenometotheworld'spopulation.[Image:LiwenMaandBaoxingQiu,BeijingGenomicsInstitute]核酸骨架結(jié)構(gòu)

Thebackbonestructureofnucleicacids核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)：一分子核苷酸的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，將兩分子核苷酸連接起來(lái)。核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)是指組成核酸的核苷酸的組成、連接方式和順序。?Poly(NMP)核酸就是由多個(gè)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。核酸是有方向性的長(zhǎng)鏈狀化合物，多核苷酸鏈的兩端，一端稱為5’-端(核酸末端的核糖基帶有5’-磷酸)，另一端稱為3’-端(核酸末端的核糖基的3’為羥基)。5’3’核酸

核酸是生物體內(nèi)的高分子化合物，包括脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）兩大類。一、元素組成 組成核酸的元素有C、H、O、N、P等，與蛋白質(zhì)比較，其組成上有兩個(gè)特點(diǎn)：一是核酸一般不含元素S，二是核酸中P元素的含量較多并且恒定，約占9-10%(通常取9.5%)，核酸定量測(cè)定有定磷法(10.5)。二、化學(xué)組成與基本單位 核酸經(jīng)水解可得到很多核苷酸，因此核苷酸是核酸的基本單位。核酸就是由多個(gè)單核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。核苷酸可被水解產(chǎn)生核苷和磷酸，核苷還可再進(jìn)一步水解，產(chǎn)生戊糖和含氮堿基。核糖核酸（RNA）：細(xì)胞質(zhì)，參與蛋白質(zhì)的生物合成

mRNA（信使RNA），5%，Pr合成的直接模板

tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA），15%，活化與轉(zhuǎn)運(yùn)AArRNA（核糖體RNA），80%，充當(dāng)裝配機(jī)，提供蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。脫氧核糖核酸（DNA）：核內(nèi)染色質(zhì)，遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)

基因

—DNA分子中的

功能片段（決定遺傳特性）（特定的堿基序列）

核酸的分類、分布與功能核酸脫氧核糖核酸（DNA）核糖核酸（RNA）tRNAmRNArRNA蛋白質(zhì)合成核酸的分類兩類核酸的分子組成RNADNA組分磷酸磷酸戊糖核糖脫氧核糖堿基嘌呤嘧啶AGUCTDNA的水解產(chǎn)物中有堿基、磷酸、脫氧核糖、核苷、核苷酸等，因而推測(cè)DNA的骨架結(jié)構(gòu)為DNA的骨架結(jié)構(gòu)RNA分子與DNA分子的區(qū)別只在一個(gè)核糖羥基，TvsU，但就這點(diǎn)區(qū)別，RNA分子的化學(xué)性質(zhì)比DNA活潑得多。RNA的骨架結(jié)構(gòu)堿基結(jié)構(gòu)及解離

StructureandDissociationofBases嘌呤

腺嘌呤（A）（6-氨基嘌呤）

鳥(niǎo)嘌呤（G）（2-氨基-6-氧嘌呤）Purines嘧啶環(huán)+咪唑環(huán)次黃嘌呤（Ｈ）自然界許多生物堿是嘌呤的衍生物：

尿酸(uricacid)：2,6,8-三羥嘌呤，嘌呤代謝產(chǎn)物黃嘌呤(xanthine)：2,6-二羥嘌呤，嘌呤代謝產(chǎn)物次黃嘌呤(hypoxanthine)：6-羥基嘌呤，嘌呤代謝產(chǎn)物茶葉堿(theophylline)：1,3-二甲基黃嘌呤可可堿(theobromine)：3,7-二甲基黃嘌吟咖啡堿（咖啡因）(caffeine)：1,3,7-三甲基黃嘌呤玉米素(zeatin)：N6-異戊烯腺嘌呤激動(dòng)素(kinetin)：N6-呋喃甲基腺嘌呤Pyrimidines嘧啶

胞嘧啶（C）（2-氧4-氨基嘧啶）

尿嘧啶（U）（2,4-二氧嘧啶）

胸腺嘧啶（T）（5-甲基尿嘧啶）能發(fā)生酮式/烯醇式、氨式/亞氨式互變異構(gòu)嘌呤和嘧啶堿基都具有弱堿性-主要是環(huán)內(nèi)氨基的貢獻(xiàn)uracil酮式uracil烯醇式互變異構(gòu)現(xiàn)象tautomerism

烯胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶（3，2）（3）（3）腺嘌呤鳥(niǎo)嘌呤（7，1，9）（1，9）核苷、核苷酸及其解離Nucleosides，NucleotidesandTheirDissociation核苷（nucleoside,Ns)=堿基+戊糖(C1’-)糖苷鍵，嘌呤環(huán)上的N-9或嘧啶環(huán)上的N-1與糖的C1’以N-C糖苷鍵相連。腺嘌呤核苷（腺苷）胞嘧啶脫氧核苷（脫氧胞苷）or？Anti-orsyn-?①①C1’C1’JoinbasetopentoseGlycosidicbond

-anomerWatersoluble腺苷(AR)脫氧胞苷(dCR)

βC1’,N9-糖苷鍵

βC1’,N1-糖苷鍵RibonucleosidesDeoxyribonucleosidesCH3NucleosideConformationsAnti-orsyn-conformationsBaseandpentoseringsroughlyperpendicularC-C糖苷鍵連接假尿苷（ψ）β1’,C5-糖苷鍵1核苷酸

(nucleotide,Nt)=核苷+磷酸連接方式：磷酸酯鍵，糖環(huán)上所有游離羥基（核糖的C-2、C-3、C-5及脫氧核糖的C-3、C-5

）均能與磷酸發(fā)生酯化結(jié)合。生物體內(nèi)多數(shù)核苷酸是5-核苷酸，即糖環(huán)上的C-5

與磷酸酯化。腺嘌呤核苷酸（腺苷酸，5’-磷酸腺苷）脫氧胞嘧啶核苷酸（脫氧胞苷酸，5’-磷酸胞苷）名稱與縮寫(xiě)(1)RNA：ribonucleic

acid

核糖核酸DNA：deoxyribonucleic

acid

脫氧核糖核酸pyrimidine：cytosine(Cyt)胞嘧啶

嘧啶

thymine(Thy)胸腺嘧啶

uracil(Ura)尿嘧啶purine：

adenine(Ade)腺嘌呤

嘌呤

guanine(Gua)鳥(niǎo)嘌呤

名稱與縮寫(xiě)(2)Ribonucleoside(Ns)核糖核苷（不帶磷酸）

adenosine(Ado)腺(嘌呤核)苷

guanosine(Guo)鳥(niǎo)(嘌呤核)苷

cytidine(Cyd)胞(嘧啶核)苷

thymidine(Thd)胸(腺嘧啶脫氧核)苷

uridine(Urd)尿(嘧啶核)苷Ribonucleotide(Nt)核糖核苷酸（帶磷酸）

adenosine5’-mono(di,tri)phosphaste；

AMP,ADP,ATPdeoxyribonucleoside

脫氧核糖核苷（不帶磷酸）

deoxyadenosine(dAdo)……deoxyribonucleotide

脫氧核糖核苷酸（帶磷酸）

dAMP,dADP,dATP……dNTPDNA中的四種堿基及它們間的氫鍵胞嘧啶胸腺嘧啶鳥(niǎo)嘌呤腺嘌呤TCAG－CH3Ura與DNA分子中的Thy的區(qū)別RNA分子中的四個(gè)堿基核苷酸的解離磷酸基使核苷酸具有很強(qiáng)的酸性胞嘧啶核苷酸的解離

=(0.8+4.5)/2=2.65四種核苷酸的解離曲線可在pH2.0-5.0之間分離各種核苷酸核苷酸磷酸基電荷堿基的電荷凈電荷AMP-1+0.54-0.46GMP-1+0.05-0.95CMP-1+0.84-0.16UMP-1+0-1pH3.5時(shí)各核苷酸所帶電荷DNA等電點(diǎn)為4-4.5RNA等電點(diǎn)為2-2.5堿基、核苷、核苷酸的pK值堿基

adenine4.15,9.8cytosine4.5,12.2guanine3.2,9.6thymine9.9,>13核苷

adenosine3.5,12.5deoxyadenosine3.8cytidine4.15,12.5deoxycytidine4.3,>13guanosine1.6,9.2deoxyguanosine2.5uridine9.2,12.5deoxythymidine9.8,>13核苷酸

AMP3.7,6.1:dAMP4.4ADP3.9,6.3:---------CMP4.5,6.3:dCMP4.6GMP2.4,6.1,9.4:dGMP2.9,9.7UMP6.4,9.5:dTMP10.0核苷酸酸的紫外吸收

堿基中含有共軛雙鍵最大吸收峰260nm左右核酸溶液紫外吸收以摩爾磷的吸光度表示，摩爾磷即相當(dāng)于摩爾核苷酸。ε：摩爾吸光系數(shù)A：吸收值W：每升溶液磷重量L：比色杯內(nèi)徑

由于共振作用，所有核苷酸的堿基都吸收紫外光，核酸在260nm附近有強(qiáng)大光吸收。OD260的應(yīng)用：1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當(dāng)于50μg/ml雙鏈DNA40μg/ml單鏈DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品:OD260/OD280=1.8RNA純品:OD260/OD280=2.0含雜蛋白及苯酚，降低DNA與RNA互混？？？3.判斷DNA是否變性修飾堿基（核苷）Modifiedbases(nucleosides)DNA中的稀有堿基:5-甲基胞嘧啶存在與動(dòng)物和高等植物DNA中，N6-甲基腺嘌呤存在于細(xì)菌DNA中，5-羥甲基胞嘧啶存在于噬菌體感染的細(xì)菌DNA中。tRNA中的稀有堿基。C-CN-CAllofthefourbasesintRNAcanbemodifiedX與氨基酸一樣，堿基在細(xì)胞中也受到各種各樣的修飾，其產(chǎn)物常常扮演信號(hào)傳導(dǎo)信使分子、營(yíng)養(yǎng)因子、輔酶等角色，并對(duì)核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著重要作用。胸腺嘧啶核糖核苷二氫尿苷假尿苷4-硫尿苷3-甲基胞苷次黃苷，肌苷喹啉（Q (核)苷,辮苷）細(xì)菌和真核生物tRNA中7-甲基鳥(niǎo)苷W(Y）核苷，丫苷，tRNA體內(nèi)一些重要核苷酸能量物質(zhì)：ATP、GTP、UTP、CTP等；酶輔助因子：NAD+、NADP+

和FAD等；信號(hào)傳導(dǎo)：環(huán)腺苷酸（cAMP），環(huán)鳥(niǎo)苷酸（cGMP）;重要代謝中間物：PAPS（3’-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸）、SAM（S-腺苷甲硫氨酸）、UDPG（鳥(niǎo)苷二磷酸葡萄糖）、UDPGA（鳥(niǎo)苷二磷酸葡萄糖醛酸）、CDP-膽堿（乙醇胺）等AMPADPATP3,5-cAMPcAMP(3’,5’-環(huán)腺嘌呤核苷一磷酸)和cGMP(3’,5’-環(huán)鳥(niǎo)嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作為細(xì)胞之間傳遞信息的信使。cAMP和cGMP的環(huán)狀磷酯鍵是一個(gè)高能鍵。在pH7.4條件下,cAMP和cGMP的水解能約為43.9kj/mol，比ATP水解能高得多。核苷5’多磷酸3’多磷酸化合物ppGpppppGppppApp對(duì)代謝起調(diào)節(jié)作用In1969,CashelandGallantdiscoveredtwospotsonautoradiogramsfromchromatogramsof'PO4-labeledEscherichiacoliextracts,whichtheycalledmagicspotsIandII.Thesesubstancesweresynthesizedbystringent(rel+)strainsofE.coliinresponsetoaminoacidstarvation.UDPG煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（輔酶I）黃素腺嘌呤二核苷酸核酸的物理性質(zhì)I1、性狀：RNA及其組分核苷酸、核苷、嘌呤堿、嘧啶堿的純品都呈白色的粉末或結(jié)晶；DNA則為疏松的石棉一樣的纖維狀固體。2、粘性：核酸的水溶液粘度很大，DNA溶液的粘度大于RNA。核酸變性后，粘度下降。核酸的物理性質(zhì)II3、溶解性：RNA和DNA都是極性化合物，一般都微溶于水，不溶于乙醇、乙醚、氯仿等有機(jī)溶劑。它們的鈉鹽易溶于水。細(xì)胞內(nèi)DNA和RNA都與蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白。DNA核蛋白與RNA核蛋白的溶解度受溶液的鹽濃度的影響而不同。DNP的溶解度在低濃度的鹽溶液中隨鹽濃度的增加而增加，在1mol/LNaCl溶液中的溶解度比純水的高2倍，在0.14mol/L的NaCl溶液中溶解度最低，僅為水的1%，幾乎不溶解；而RNP在鹽溶液中其溶解度受鹽濃度的影響較小，在0.14mol/L的NaCl中溶解度較大。因此，在核酸的提取中，常依此將兩種核蛋白分開(kāi)，然后用蛋白質(zhì)變性劑去除蛋白質(zhì)。核酸的水解酸或堿水解Feulgen染色的機(jī)制？堿性條件下RNA的水解RNase酶水解核酸水解酶兩種酶水解方式及產(chǎn)物a形式及b形式的兩種磷酸二酯酶外切核酸酶-逐個(gè)水解胰核糖核酸酶（RNase）：內(nèi)切酶，以b方式水解，產(chǎn)物為以3’-嘧啶核苷酸結(jié)尾的寡核苷酸(Palindrome)回文對(duì)聯(lián)心清可品茶，茶品可清心人過(guò)大佛寺，寺佛大過(guò)人reeb-beerRacecarnoon粘性末端末端為含未配對(duì)堿基，能與具有互補(bǔ)堿基的目的基因片段的DNA連結(jié)，故稱為粘性末端。這種酶在基因工程中應(yīng)用最多。平頭末端在兩條鏈的特定序列的相同部位切割，形成一個(gè)無(wú)粘性末端的平口.核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸中的核苷酸依此以磷酸二酯鍵連接。核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指核酸的核苷酸組成、排列順序及連接方式。DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四種dNMP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NMP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。核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示方法

5’-AGTCCATG-3’AGTCCATGGTACCTGA5’-AGUCCAUG-3’AGUCCAUGGUACCUGApA-C-G-T-AOHpApCpGpTpApACGTADNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

-雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景 1950-1953，ErwinChargaff研究小組對(duì)DNA的化學(xué)組成進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)：①DNA的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法則。Chargaff’srulesG=CA=T雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)（1）Wilkins和Franklin發(fā)現(xiàn)不同來(lái)源的DNA纖維具有相似的X射線衍射圖譜。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。（2）Chargaff發(fā)現(xiàn)DNA中A與T、C與G的數(shù)目相等。后Pauling和Corey發(fā)現(xiàn)A與T生成2個(gè)氫鍵、C與G生成3個(gè)氫鍵。（3）電位滴定證明，嘌呤與嘧啶的可解離基團(tuán)由氫鍵連接。Watson,CrickandtheirdoublehelixmodelJamesDeweyWatson,1928-FrancisHarryComptonCrick,1916-2004

1953年2月28日，他們發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋DNA的Na鹽纖維和DNA晶體的X光衍射分析Rosalind

Elsie

FranklinRandall,Wilkins,Franklinand#51photoMauriceHughFrederickWilkins(1916-2004)1962生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)RosalindFranklin(1920-1958)2011新諾獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)第51號(hào)照片，攝于1952年底Watson和Crick定義的核酸中堿基對(duì)的氫鍵模式DNA分子中四種堿基的氫鍵胞嘧啶胸腺嘧啶鳥(niǎo)嘌呤腺嘌呤TCAG堿基間的氫鍵可以有不同形式Watson-CrickHoogsteen堿基配對(duì)時(shí)堿基一般以酮式存在，而不是醇烯式；堿基中的H原子一般不移動(dòng)，因此很少有亞氨基團(tuán)；在中性pH條件下，參與氫鍵的-NH2基均不帶電荷，這是雜環(huán)電子共軛以及氫鍵的共同作用的結(jié)果，否則雙螺旋結(jié)構(gòu)不會(huì)穩(wěn)定。（約1%）B型雙螺旋DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：(1)DNA由2條反向平行的多核苷酸鏈構(gòu)成的右手雙螺旋。有大溝、小溝。(2)主鏈位于螺旋外側(cè)，堿基位于內(nèi)側(cè)；(3)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之間兩個(gè)氫鍵，G與C之間三個(gè)氫鍵）；(4)螺旋的穩(wěn)定因素為氫鍵和堿基堆砌力（疏水作用）；(5)螺旋的螺距為3.4nm，直徑為2nm，相鄰堿基對(duì)平面距離0.34nm，相差36度，10個(gè)核苷酸/圈。(6)有共同的螺旋軸，堿基朝內(nèi)，氫鍵相連與軸垂直，戊糖平面與螺旋軸平行，與堿面垂直。兩條反平行的多核苷酸鏈繞同一中心軸相纏繞，形成右手雙股螺旋，一條5’→3’，另一條3’→5’。Watson-Crick的DNA雙螺旋2.0nm結(jié)構(gòu)特征磷酸與脫氧核糖彼此通過(guò)3’、5’-磷酸二酯鍵相連接，構(gòu)成DNA分子的骨架。磷酸與脫氧核糖在雙螺旋外側(cè)，嘌呤與嘧啶堿位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。1953JamesWatsonandFrancisCricksolvedthemolecularstructureofDNA由于連接互補(bǔ)堿基的兩個(gè)糖苷鍵并非彼此處于對(duì)角線的兩端，在DNA雙螺旋的表面形成較寬的大溝和較窄的小溝。雙螺旋分子中糖分子與縱軸平行，與堿基平面垂直穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的作用力為氫鍵和堿基堆積力（即疏水作用）穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的因素堿基堆積力形成疏水環(huán)境(主要因素)。堿基配對(duì)的氫鍵，GC含量越多越穩(wěn)定。磷酸基上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽(yáng)離子或組蛋白的正離子之間形成離子鍵，中和了磷酸基上的負(fù)電荷間的斥力，有助于DNA穩(wěn)定。堿基處于雙螺旋內(nèi)部的疏水環(huán)境中，可免受水溶性活性小分子的攻擊。大溝和小溝：大溝和小溝分別指雙螺旋表面凹下去的較大溝槽和較小溝槽。小溝位于雙螺旋的互補(bǔ)鏈之間,而大溝位于相毗鄰的雙股之間。這是由于連接于兩條主鏈糖基上的配對(duì)堿基并非直接相對(duì),從而使得在主鏈間沿螺旋形成空隙不等的大溝和小溝。在大溝和小溝內(nèi)的堿基對(duì)中的N和O原子朝向分子表面。堿基的配對(duì)使得雙螺旋DNA分子在復(fù)制時(shí)以半保留的形式進(jìn)行。Messelson和Stahl的實(shí)驗(yàn)大