第3章 核酸化學

第三章核酸的化學本章內(nèi)容核苷酸DNARNA核酸的性質概念核酸(nucleicacid)是由堿基（嘌呤和嘧啶）、戊糖和磷酸組成的高分子物質，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：主要在細胞核中，是染色體的主要成分。此外在線粒體、葉綠體、

質粒及細胞膜上.RNA：細胞核——核仁；

細胞質——核糖體及上清液中。第一節(jié)核苷酸核酸是一種線形多聚核苷酸(polynucleotide),其基本結構單位是核苷酸(nucleotide)。戊糖堿基磷酸核苷核苷酸核酸

核苷酸的基

本結構一、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-型二、堿基尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)核酸中的堿基分兩類：1、嘧啶堿(pyrimidine)：是嘧啶的衍生物。2、嘌呤堿(purine)：由嘌呤衍生而來。3、稀有堿基：一些修飾堿基，因含量甚少而稱之為稀有堿基。大多為甲基化堿基，多在tRNA中。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。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、脫氧核苷酸核苷中戊糖的羥基被磷酸酯化，即為核苷酸。2、結構：3、表示：與一個磷酸結合——MP：(d)AMP、(d)GMP、(d)CMP、(d)TMP、UMP與二個磷酸結合——DP：如：ADP與三個磷酸結合——TP：如：ATP

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)遞質通過其發(fā)揮生理作用。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

3′-5′磷酸二酯鍵將核苷酸連接成核酸大分子。一、核苷酸1、核苷酸的連接方式3′

—5′磷酸二酯鍵2、核酸的一級結構多核苷酸鏈中各核苷酸殘基的排列順序稱~。1）一級結構表示方法如下：A：磷酸（P）的位置

在左：表示與5′-OH結合；在右：與3′-OH結合如：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-U2）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′第二節(jié)DNA天然存在的DNA分子最顯著的特點是很長，如黑腹果蠅最長的DNA分子長2.1cm，而最長的蛋白質分子長度只有3μm；分子質量很大，一般在106~1010,而蛋白質的分子量一般為104~106。指在DNA鏈中各個核苷酸之間的連接方式、核苷酸的種類數(shù)量以及核苷酸的排列順序。一、DNA的一級結構DNA的堿基組成1、A、T、G和C，還含有少量稀有堿基（m5C、hm5C）；2、堿基當量定律（Chargaff定律）——A/T≈1，G/C≈1；3、堿基組成的特點：有種的特異性；無組織器官特異性；A+T=G+C+m5C+hm5C;年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境的改變不影響DNA堿基組成。核苷酸排列順序重復序列…ATCC…ATCC…鏡像重復序列…ATCC…CCTA…回文結構…ATCC…GGAT……TAGG…CCTA…頸環(huán)結構…ATCC…GGAT…

或…ATCC…GGAT……TAGG…CCTA…（一）雙螺旋結構1、雙螺旋結構模型建立的依據(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的二級結構Watson-Crick的DNA雙螺旋2.0nm結構特征DNA中的四種堿基及它們間的氫鍵胞嘧啶胸腺嘧啶鳥嘌啉腺嘌啉TCAG雙螺旋中的堿基對（basepair,bp)2、雙螺旋結構的特點(Watson-Crick模型）1）形成：兩條鏈反向平行；右手螺旋。

2）結構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。3）尺寸A、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B-DNAA-DNAZ-DNA（二）DNA二級結構多態(tài)性A-DNAB-DNAZ-DNA類型螺旋方向螺旋直徑螺距(nm)每轉堿基堿基對間堿基對與(nm)對數(shù)目直距離(nｍ）水平面傾角Ａ右２．３２．８１１０．２５５２０°Ｂ右２．０３．４１００．３４０°Ｚ左１．８４．５１２０．３７７°B-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；與基因表達調(diào)控有關；此外，還發(fā)現(xiàn)有C、D、E等型。H-DNA:三條鏈局部螺旋天然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）：質粒、線粒體、葉綠體、病毒、細菌三、DNA的三級結構DNA雙螺旋進一步扭曲即成三級結構。1、超螺旋結構特點：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。正超螺旋和負超螺旋DNA雙螺旋為右旋螺旋。細胞中的環(huán)狀DNA一般呈負超螺旋，即右旋螺旋不足導致部分堿基不形成配對，分子通過整體拓撲學上的右旋來補足右旋螺旋的不足，在數(shù)學上呈1：1，即分子整體右旋一圈來補雙螺旋上的一圈不足。

正超螺旋為雙螺旋旋轉過度，通過分子整體的左旋來解去過度的螺旋。正超螺旋

左旋負超螺旋

右旋2、核小體中的

扭曲方式在真核細胞染色質中，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連成念珠狀結構，再盤繞壓縮成高層次的結構———染色體。四、DNA的功能1、DNA一級結構的特點基因：是含特定遺傳信息的核苷酸序列

（DNA或RNA）是遺傳物質的最小功能單位。若干bp多個基因pr+DNA染色體1）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，多為結構基因；B、功能相關的基因常連在一起，并轉錄在同一mRNA中；C、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分子中可表達的序列。啟動子內(nèi)含子外顯子轉錄終止子真核生物的基因結構內(nèi)含子與外顯子2、DNA是遺傳信息的載體半保留復制保證了親代性狀傳到子代，保證了親代與子代的相似性。3、DNA是變異的物質基礎變異是生物進化的基礎。變異的發(fā)生：1）DNA復制時出錯；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。第三節(jié)RNA一、RNA的結構組成：4種核苷酸（A、U、G和C），有稀有堿基。連接：3′-5′磷酸二酯鍵。形成：一般以DNA為模板合成，有例外。結構：單鏈線形分子，局部區(qū)域有雙螺旋。二、RNA的類型主要有三種：

信使RNA（messengerRNA,mRNA)

核糖體RNA(ribosomelRNA,rRNA)

轉運RNA(transferRNA,tRNA)此外，在真核細胞中還有少量其他種類的RNA：核內(nèi)小RNA（snRNA）:參與成熟mRNA的生成。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復制、轉錄；抑制mRNA翻譯。1、tRNA約占全部RNA的15%；由70-90個核苷酸組成；種類較多，200種左右；沉降系數(shù)4S。1）tRNA結構一級結構多已清楚，含較多稀有堿基。二級結構為三葉草結構（四環(huán)四臂結構）有：aa臂、TΨC

環(huán)、TΨC臂、可變環(huán)、反密碼子環(huán)、反密碼子臂、二氫嘧啶（D）環(huán)、二氫嘧啶（D）臂。tRNA三級結構為倒L型A：在pr.合成中轉運aa；B：在pr.合成的起始、DNA反轉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入細胞質蛋白質合成切除內(nèi)含子2)mRNA結構特點：3′末端有polyA結構：與mRNA從核入質有關，與mRNA半壽期有關。5′末端有帽子結構：G被甲基化，此可能與pro合成的起始有關。3)功能：是蛋白質合成的模板mRNAtRNA核糖體3、rRNA1)占RNA總量的80%，是構成核糖體的骨架。2)核糖體功能：

pr合成的部位.3）結構：分大、小亞基一、二級結構多已確定，但功能不清。原核細胞：70S核糖體；真核細胞：80S核糖體；4、RNA的功能1）在DNA復制、轉錄、翻譯中起重要調(diào)控作用；

a.遺傳密碼的中間擔體(mRNA)b.mRNA剪接等加工的活性成份(snRNA)c.核糖體的骨架結構及與mRNA的識別(rRNA))2）有催化作用；3）可作為遺傳物質（如逆d.活化氨基酸的擔體(tRNA轉錄病毒）。第四節(jié)核酸的性質一、一般理化性質1、外觀：DNA為白色纖維狀固體；RNA為白色粉末狀固體。2、兩性電解質：3、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。4、粘度高：一般DNA比RNA粘度高。5、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：1）核糖與濃鹽酸和苔酚藍共熱呈綠色，在670nm處可測RNA；2）2-脫氧核糖與酸和二苯胺共熱呈藍紫色，在595nm處可測DNA。二種反應可作定性試驗，定量試驗靈敏度低、準確性差，但快、簡便。二、紫外吸收性質

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。應用：1、不同核苷酸有不同吸收特性，可用紫外分光光度計進行定性、定量測定。1

OD相當于：50μg/mlDNA40μg/mlRNA20μg/mlNt(核苷酸）2、確定所提取的核酸是否純品。

1）DNA：≈1.8純品