普通生物化學章核酸

第五章核酸張厚鋒菏澤學院藥物科學與技術系第一節(jié)核酸的組成與結(jié)構一、核酸的生物功能核酸是一類重要的生物大分子，擔負著生命信息的儲存與傳遞。DNA是主要的遺傳物質(zhì)，對生物遺傳信息的保持有重大作用RNA參與蛋白質(zhì)的生物合成，對生物遺傳信息的表達有重大作用1.DNA是主要的遺傳物質(zhì)肺炎雙球菌的兩種類型ⅢＳ型（有毒）外包有莢膜，菌落光滑。ⅡＲ型（無毒）外無莢膜，菌落粗糙細菌學家艾弗里（Avery，O.T.1877－1955），1944注射無毒性的R型注射毒性的S型注射已殺死的無毒性的S型+少量活R型菌株分離到有活的性的SIII結(jié)果：DNA能使一部分R型細胞獲得合成S型細胞特有的莢膜多糖的能力。證明：DNA是轉(zhuǎn)化物質(zhì)2.RNA參與蛋白質(zhì)的生物合成(核心功能)

tRNA:是轉(zhuǎn)換器攜帶氨基酸并起解譯作用。rRNA:是裝配者并起催化作用。核糖體的組分，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所；mRNA:是信使攜帶DNA的遺傳信息并起蛋白質(zhì)合成的模板作用。3.RNA的其他功能作用于RNA轉(zhuǎn)錄后加工與修飾具有調(diào)節(jié)基因表達與細胞功能的作用酶的催化功能－－－核酸酶（核酶）二、核酸的分子組成與基本結(jié)構單位

元素組成C、H、O、N、P（9~10%）分子組成——

堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿——

戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖——

磷酸(phosphate)

核酸單核甘酸核苷磷酸戊糖堿基嘧啶堿基嘌呤堿基核酸酶水解RNA與DNA化學組成的差異DNARNA糖脫氧核糖核糖堿基AGCTAGCU不含稀有堿基含稀有堿基嘧啶堿基1.堿基堿基嘌呤堿基胸腺嘧啶胞嘧啶尿嘧啶鳥嘌呤腺嘌呤只存在RNA中只存在于DNA中(1)嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)(2)嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)（3）稀有堿基NNHONH2CH3NHNHOONNHONH2CH2OHNHNNNNH2CH3NHNNHNOCH35，6-二氫尿嘧啶(DHU)1-甲基腺嘌呤5-羥甲基胞嘧啶5-甲基胞嘧啶7-甲基鳥嘌呤CH3HH（構成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)H2.核糖和脫氧核糖

核苷是由戊糖與含氮堿基經(jīng)脫水縮合而生成的化合物。

化學鍵——糖苷鍵3.核苷

糖與堿基連接的方式：嘌呤核苷：C1'—N9

嘧啶核苷：C1′—N1

腺苷(AR)脫氧胞苷(dCR)β1’,N9-糖苷鍵

β1’,N1-糖苷鍵β1’β1’N9N1核糖核苷與脫氧核糖核苷

“稀有核苷”是由“稀有堿基”所生成的核苷。當然也有例外，例如：假尿苷（ψ）β1’,C5-糖苷鍵④稀有核苷βC1'C512345假尿嘧啶環(huán)核苷是指（）A.堿基并非尿嘧啶B.作為DNA的稀有堿基存在C.核苷中糖被甲基化D.糖與堿基之間的連接與正常不同思考：4.核苷酸核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

(1)分類5′-腺嘌呤核苷酸（腺苷酸，AMP）5′-腺嘌呤脫氧核苷酸（脫氧腺苷酸，dAMP）DNA中RNA中脫氧腺苷酸（dAMP）腺苷酸（AMP）脫氧鳥苷酸（dGMP）鳥苷酸（GMP）脫氧胞苷酸（dCMP）胞苷酸（CMP）脫氧胸腺苷酸（dTMP）尿苷酸（UMP）（2）兩類核苷酸的基本化學組成比較5.環(huán)核苷酸環(huán)化核苷酸:cAMP，cGMPcAMP：3′，5′-環(huán)腺苷酸作為第二信使參與細胞信號傳遞。下列哪種是DNA的成分？F.脫氧胸苷選擇題：A.2’-鳥嘌呤脫氧核苷酸

B.5’-腺嘌呤核苷酸

C.3’-腺嘌呤脫氧核苷酸

D.5’-腺嘌呤脫氧核苷酸

E.胸苷G.5’-尿嘧啶核苷酸H.5’-尿嘧啶脫氧核苷酸J.脫氧核糖，磷酸和堿基I.核糖，磷酸和堿基下列哪種是RNA的成分？F.dTMP選擇題：A.7’-甲基鳥嘌呤核苷

B.5’-腺嘌呤核苷酸

C.假尿嘧啶核苷

D.雙氫尿嘧啶

E.胸苷G.5’-尿嘧啶核苷酸H.5’-次黃嘌呤核苷酸J.核糖，磷酸和堿基I.UMP三、核酸的分子結(jié)構是由數(shù)量極其龐大的4種脫氧核糖核苷酸通過3′，5′－磷酸二酯鍵連接起來的直線形或環(huán)形多聚體。大小表示單位用bp：如108bp，蘊含了強大的遺傳信息。5′端3′端CGA（一）DNA的分子結(jié)構1.DNA的一級結(jié)構AGP5

PTPGPCPTPOH3

書寫方法5

pApCpTpGpCpT-OH

3

ACTGCT

5

ACTGCT

3

美國Watson、英國Crick，總結(jié)了前人的工作，在1953年5月的《Nature》上合作了一篇文章，第一次科學的提出了DNA二級結(jié)構模型。被認為是20世紀在自然科學中的重大突破之一。獲得了1962年的諾貝爾獎。2、DNA的二級結(jié)構①DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈(簡稱DNA單鏈)組成。兩條鏈沿著同一軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構。螺旋中的兩條鏈方向相反，即其中一條鏈的方向為5′→3′，而另一條鏈的方向為3′→5′。（1）DNA的雙螺旋模型特點②嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)。堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成90°角。③螺旋橫截面的直徑約為2nm，每條鏈相鄰兩個堿基平面平行，之間的距離為0.34nm，每10對核苷酸形成一個螺旋，其螺矩（即螺旋旋轉(zhuǎn)一圈）高度為3.4nm。

④兩條DNA鏈相互結(jié)合以及形成雙螺旋的力是鏈間的堿基對所形成的氫鍵。堿基的相互結(jié)合具有嚴格的配對規(guī)律，即腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）結(jié)合，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）結(jié)合，這種配對關系，稱為堿基互補。⑤沿螺旋的中心軸形成的大溝（majorgroove）和小溝（minorgroove）交替出現(xiàn)。

DNA雙螺旋之間形成的溝稱為大溝，而兩條DNA鏈之間形成的溝稱為小溝。要點：1.兩條鏈、右手螺旋。2.反向平行。3.堿基配對。4.核糖、磷酸外側(cè)，堿基內(nèi)側(cè)。5.旋轉(zhuǎn)一周10個堿基對，螺距3.4nm，直徑2nm。

氫鍵(AT之間兩個氫鍵，GC之間三個氫鍵)

堿基堆集力、堿基處于疏水環(huán)境中。

磷酸基的負電荷與組蛋白的正離子中和。（2）DNA的雙螺旋結(jié)構穩(wěn)定因素（3）DNA雙螺旋結(jié)構多樣性B-DNA：相對濕度92%形成，每周10.4個核苷酸對A-DNA：相對濕度75%形成，每周11個核苷酸對，粗短，大溝很深Z-DNA：左手螺旋每周12個核苷酸對，細長

3、DNA的三級結(jié)構

在細胞內(nèi)，由于DNA分子與其它分子（主要是蛋白質(zhì)）的相互作用，使DNA雙螺旋進一步扭曲形成的高級結(jié)構.實例：超螺旋、核蛋白體（染色體chromosome）DNA是以雙螺旋的形式圍繞一個假設的中心軸纏繞，當雙螺旋的這個軸再彎曲纏繞時，DNA就處于超螺旋狀態(tài)。例如:大腸桿菌細胞的雙鏈環(huán)狀DNA長度為1.7mm.是細菌長度的850倍。(1)DNA超螺旋（原核生物）DNA超螺旋結(jié)構的形成負超螺旋：由螺旋不足誘導的DNA超螺旋稱負超螺旋。大部分細胞的DNA呈負超螺旋（右手螺旋）。正超螺旋：由DNA過分螺旋所導致的超螺旋稱正超螺旋。（左手螺旋）。在真核生物細胞核內(nèi)，雙鏈線形DNA與一組組蛋白共同組成核小體。在核小體的基礎上，DNA鏈經(jīng)反復折疊形成染色體.（2）

真核生物染色體核小體(nucleosome)的組成。DNA：約200bp組蛋白：H1H2A，H2BH3H4核小體核心顆粒連接區(qū)DNA包括組蛋白H2A，H2B，H3和H4各兩分子構成的致密八聚體(又稱核心組蛋白)，以及纏繞其上一右四分之三圈長度為146bp的DNA鏈。包括兩相鄰核心顆粒間約60bp的連接DNA和位于連接區(qū)DNA上的組蛋白H1，連接區(qū)使染色質(zhì)纖維獲得彈性。相關話題：染色體的基本構成單位為核小體。（蝌蚪，200bp的倍數(shù)。）真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構DNA

（2nm）核小體鏈（11nm，每個核小體200bp）纖絲（30nm，每圈6個核小體）突環(huán)（150nm，每個突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（300nm，6個突環(huán)）螺旋圈（700nm，每圈30個玫瑰花）染色體（1400nm，每個染色體含10個玫瑰花）（二）RNA的種類和分子結(jié)構（1）堿基組成：A、G、C、U（2）一級結(jié)構基本組成單位——核苷酸

（AMP、GMP、CMP、UMP）

(3)核苷酸間的連接鍵——3‘，5’-磷酸二酯鍵

(4)存在狀態(tài)——單鏈。1.RNA的組成特點2、RNA的一級結(jié)構

RNA分子中各核苷之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序叫做RNA的一級結(jié)構。單鏈結(jié)構，局部形成雙鏈。OHOHOH5′3′RNA結(jié)構圖RNA的種類、分布、功能單鏈小分子，70-90個核苷酸,含10-20%稀有堿基，如DHU3′末端為—CCA-OH，為氨基酸的臂可與氨基酸共價鍵結(jié)合。

5′末端總是磷酸化，大多數(shù)為PG

分子中大約半數(shù)堿基相互配對，成雙螺旋構成三葉草結(jié)構。(1)轉(zhuǎn)運RNA的結(jié)構與功能3.參與蛋白質(zhì)生物合成的三類RNA的結(jié)構

tRNA的一級結(jié)構特點氨基酸臂額外環(huán)雙氫尿嘧啶假尿嘧啶核苷（ψ）五部分：?氨基酸接受臂：接受活化氨基酸?二氫尿嘧啶環(huán)：與氨甲酰tRNA合成酶的結(jié)合有關?反密碼環(huán)：反密碼子可以識別信使RNA中的密碼子?額外環(huán)：是分類的指標?TψC環(huán)：與核糖體的結(jié)合有關。

tRNA的二級結(jié)構特點共同特征：三葉草型結(jié)構

tRNA的三級結(jié)構——倒L形反密碼環(huán)和氨基酸臂分別位于倒L的兩端(2)信使RNA(mRNA)遺傳信息從DNA分子抄錄到RNA分子中的過程稱為轉(zhuǎn)錄。mRNA決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。mRNA的種類多，更新快，壽命短。分子大小不一,占3%~5%。DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細胞細胞質(zhì)細胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細胞

原核生物mRNA的結(jié)構特點一條mRNA鏈上有多個編碼區(qū)，為多順反子

真核生物mRNA的結(jié)構特點一條mRNA鏈上有一個編碼區(qū)，為單順反子5’末端有帽子結(jié)構3’末端有polyA尾巴結(jié)構帽子結(jié)構C5′C5′三個磷酸功能：抗5’-核酸外切酶的降解作用；有助于核糖體對mRNA的識別和結(jié)合(polyA)的結(jié)構和功能1.穩(wěn)定mRNA。2.與尾結(jié)合蛋白結(jié)合，形成尾結(jié)合蛋白復合物，每10~20個腺甘酸可結(jié)合一個蛋白質(zhì)單體，防止水解。hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA

外顯子(exon)*真核生物mRNA成熟過程DNA基因RNA初級轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工修飾*rRNA的結(jié)構（3）核蛋白體RNA的結(jié)構與功能*rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。*rRNA的種類（根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA核蛋白體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個核苷酸18S1874個核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基40S60SrRNA23S5S2940個核苷酸120個核苷酸28S5.85S5S4718個核苷酸160個核苷酸120個核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%核酸的理化性質(zhì)第二節(jié)一、一般性質(zhì)：1.酸堿性和溶解性

核酸具有較強的酸性，微溶于水。2.核酸的粘度

DNA是線性高分子，粘度極大，RNA分子小于DNA。3.剛性

DNA雙螺旋結(jié)構剛性，易斷裂。4.降解

溶液狀態(tài)的DNA分子易降解。二、核酸的紫外吸收

最大吸收峰在260nm附近。與核酸單鏈和雙鏈有關。核苷酸＞單鏈＞雙鏈1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相當于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=2.0OD260的應用三、DNA的變性(denaturation)1.定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。DNA解鏈jielian.swf溫度（熱變性）酸堿度（酸堿變性）有機溶劑（甲醛、尿素）3.增色效應與減色效應增色效應：雙鏈DNA變性過程中其光吸收升高。減色效應：在DNA復性(恢復雙鏈)的過程中伴隨著光吸收的減少。2.引起核酸變性的因素4.DNA的熔點或熔解溫度(Tm)Tm：DNA的熱致變性過程中，紫外光吸收值達到最大值的50%時的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度。（引起DNA雙螺旋結(jié)構失去一半時的溫度值稱為該DNA)影響DNA的Tm大小的因素堿基的構成與排列(C、G的含量）DNA片段長度介質(zhì)中的離子強度（越高越大）四、DNA的復性與分子雜交1.DNA復性(renaturation)的定義在適當條件下，變性DNA的兩條互補鏈可恢復天然的雙螺旋構象，這一現(xiàn)象稱為復性。DNA變性和復性bianxingfuxing.swf減色效應DNA復性時，其溶液OD260降低。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復性，這一過程稱為退火(annealing)。溫度和時間：緩慢冷卻，一定時間(退火)。DNA的濃度－正相關DNA分子的復雜度負相關DNA片斷的大?。撓嚓P溶液的離子濃度－正相關2.影響核酸復性的因素3.核酸分子雜交(hybridization)

在退火條件下，不同來源的DNA互補區(qū)形成雙鏈，或DNA單鏈與RNA鏈的互補區(qū)形成DNA-RNA雜合雙鏈的過程稱為核酸的雜交。

雜交程度與同源性成正比。

所依據(jù)的原理是：堿基互補思考：圖為雞蛋清蛋白基因與它的mRNA的雜交圖，表明兩者并不等長。請你對此作出解釋？核酸分子雜交的應用研究DNA分子中某一種基因的位置確定兩種核酸分子間的序列相似性檢測某些專一序列在待檢樣品中是否存在是基因芯片技術的基礎探針在核酸雜交的基礎上發(fā)展起來的一種用于研究核酸和基因診斷的新技術稱為探針技術。探針：單鏈的核苷酸聚合體標記后，就可以稱為探針。小結(jié)DNA的組成與結(jié)構及性質(zhì)

一級：堿基序列二級：雙螺旋結(jié)構三級：核小體、超螺旋等RNA的組成與結(jié)構mRNA：密碼子、5’帽子、3’poly尾tRNA：三葉草、倒L型結(jié)構、反密碼子rRNA：大、小亞