生物化学简明教程第四版04核酸.ppt

1、13 3 核酸核酸主要内容：主要内容：主要介绍碱基、主要介绍碱基、核苷、核苷酸和核核苷、核苷酸和核酸的结构、性质和酸的结构、性质和功能，核酸的分离、功能，核酸的分离、提纯、鉴定等。提纯、鉴定等。2核酸的概述核酸的概述 核酸英文名核酸英文名nucleic acid（NA）1868年瑞士年瑞士F.Miescher（米歇尔）发现了核酸。（米歇尔）发现了核酸。3作业456789类别类别 nucleic acid ribonucleic acid,RNA deoxyribonucleic acid,DNA 10 DNA（deoxyribonucleic acid）：）：大部分在大部分在核核中中 RNA（

2、ribonucleic acid）：）：核核,质质均有分布均有分布 三种三种 RNA：tRNA,mRNA,rRNA （15%（5%）（）（80%）分布分布11 98 98 核中（染色体中）核中（染色体中）真核真核 线粒体（线粒体（mDNA mDNA）核外核外 叶绿体（叶绿体（ctDNA ctDNA）DNA DNA 拟核拟核 原核原核 核外：质粒（质体）核外：质粒（质体）病毒：病毒：DNA DNA 病毒病毒 12核蛋白核蛋白 磷酸磷酸 核苷核苷 碱基碱基 戊糖戊糖 蛋白质蛋白质 核酸是由几十个甚至几千万个核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸核苷酸聚合聚合而成的而成的具有一定空间结构具有一定空间结构的

3、大分子化合物。的大分子化合物。核酸核酸核苷酸核苷酸 3.1 3.1 核酸的组成成分核酸的组成成分 133.1.1 碱基（碱基（base）：又称含氮碱）：又称含氮碱（1）嘧啶碱（）嘧啶碱（pyrimidine,Py）1415（2）嘌呤碱（）嘌呤碱（purine,Pu）其它嘌呤（核酸的代谢产物）：其它嘌呤（核酸的代谢产物）：黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等 163.1.2 3.1.2 戊糖（戊糖（pentosepentose）（1 1）结构）结构 -D-核糖核糖-D-2-脱氧核糖脱氧核糖-D-2-O-甲基核糖甲基核糖173.1.3 3.1.3 核苷核苷 核苷：含核苷：含N N苷，苷

4、，-苷苷 18核苷中戊糖与碱基的连接方式：核苷中戊糖与碱基的连接方式：腺嘌呤核苷（adenosine）胞嘧啶脱氧核苷（deoxycytidne）2022/11/719核苷核苷 核糖核苷（核苷）：核糖核苷（核苷）：A A、G G、C C、U U 脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dAdA、dGdG、dCdC、dT dT 2022/11/720修饰核苷或稀有核苷修饰核苷或稀有核苷2022/11/721修饰核苷包括三种情况修饰核苷包括三种情况:（1）由）由修饰碱基修饰碱基和糖组成的核苷和糖组成的核苷（2）由非修饰碱基和）由非修饰碱基和2-O-甲基核糖甲基核糖组成的核苷组成的核苷（3

5、）由碱基与糖）由碱基与糖连接方式特殊连接方式特殊的核苷的核苷 2022/11/722（1）（2）2022/11/723()2022/11/724修饰核苷的简写符号修饰核苷的简写符号 少数修饰核苷用单字符号如少数修饰核苷用单字符号如D、I；但大多数；但大多数修饰核苷是将碱基取代基、取代位置和取代数目写在修饰核苷是将碱基取代基、取代位置和取代数目写在核苷单字符号的左边，用小写英文字母代表取代基。核苷单字符号的左边，用小写英文字母代表取代基。2022/11/725取代基用下列小写英文字母表示取代基用下列小写英文字母表示:甲基甲基m 乙酰基乙酰基ac 氨基氨基n 甲硫基甲硫基ms 羟基羟基o或或h 硫

6、基硫基s 异戊烯基异戊烯基i 羧基羧基c 2022/11/726例：例：2022/11/727注意：注意：例例:2-O-甲基腺苷甲基腺苷 Am 含修饰核糖的核苷即含修饰核糖的核苷即2-O-甲基核苷的表示方法，甲基核苷的表示方法，在核苷符号的右下方注上一个小写在核苷符号的右下方注上一个小写m。2022/11/7282，3，5一核糖核苷酸一核糖核苷酸(2-AMP)(3-AMP)(5-AMP)3.1.4 核苷酸核苷酸（1）核苷酸的结构和功能）核苷酸的结构和功能2022/11/7292022/11/7302022/11/7313，5一脱氧核糖核苷酸一脱氧核糖核苷酸Deoxyadenosine 3-mo

7、nphosphate (3-dAMP)Deoxyadenosine 5-monphosphate (5-dAMP)2022/11/7322022/11/7332022/11/734核苷酸的重要衍生物核苷酸的重要衍生物 ATP类的高能磷酸化合物类的高能磷酸化合物 AMPADPATP2022/11/7352022/11/736核苷酸是许多酶的辅因子的结构成分核苷酸是许多酶的辅因子的结构成分 NADNAD、NADPNADP、CoACoA、FADFAD2022/11/737环状核苷酸环状核苷酸 2022/11/738细胞内细胞内:ATP cAMP+PPi 磷酸二酯酶磷酸二酯酶 5-AMP 腺苷酸环化酶

8、腺苷酸环化酶 （AC）2022/11/739核苷多磷酸类核苷多磷酸类 2022/11/740(2)核苷酸性质核苷酸性质 核苷酸紫外吸收性质核苷酸紫外吸收性质 41核苷酸两性解离性质核苷酸两性解离性质 4243OC H2HHO HHO HHONNON H2POOH OC M PpKa2=4.5-OC H2HHO HHO HHONNON H2POOOC M PpKa3=6.4-pI =C MPpKa1+pKa22=0.8+4.52=2.65pI =C MPpKa1+pKa22=0.8+4.52=2.65pI =C MPpKa1+pKa22=0.8+4.52=2.65OC H2HHO HHO HHO

9、NNON H2POOH OC M PpKa1=0.80H+-OC H2HHO HHO HHONNON H2POOH OC M PpKa1=0.80H+-OC H2HHO HHO HHONNON H2POO HH OC M P+H+（4核苷酸的两性解离和等电点核苷酸的两性解离和等电点2022/11/7442022/11/745463.2 核酸的一级结构核酸的一级结构 1核酸分子中核苷酸的连接方式核酸分子中核苷酸的连接方式 3,5 磷酸二酯键磷酸二酯键47RNA5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5 5-P-P表示）；表示）；3-3-羟基端（常用羟基端（常用3 3-OH-OH表示）表示）方向性方向性:

10、注明它的方向是注明它的方向是5353或是或是3535。多聚核苷酸的表示方式多聚核苷酸的表示方式DNA RNA 5pdApdCpdGpdTOH 3 5pApCpGpUOH 5pACGTGCGT 3 5pACGUAUGU 3 d（pACGTGCGT）pACGUAUGUT553U553 OH OH OH OH 493.3 DNA的二级结构的二级结构 3.3.1 提出提出DNA双螺旋结构模型的根据双螺旋结构模型的根据（1）x-光衍射分析光衍射分析 50（2）DNA碱基组成的定量分析碱基组成的定量分析 DNA碱基组成有种的特异性，但没有组织、器官特异性。碱基组成有种的特异性，但没有组织、器官特异性。A=

11、T；G=C；A+G=T+C 20世纪世纪40年代年代chargaff规则规则 51（3）DNA的滴定曲线的滴定曲线523.3.2 DNA双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点1953年年Watson和和Crick提出了提出了DNA双螺旋结构。双螺旋结构。DNA DNA 双螺旋结构的形成双螺旋结构的形成53535353磷酸磷酸核糖核糖碱基碱基2022/11/75455DNA 双螺旋模型主要特征双螺旋模型主要特征1.1.两两条条反反向向平平行行的的多多聚聚核核苷苷酸酸链链沿沿同同一一中中心心轴轴右右旋旋相互盘绕而形成相互盘绕而形成。2.2.磷磷酸酸和和脱脱氧氧核核糖糖单单位位作作为为不不变变的的

12、骨骨架架组组成成位位于于外外侧侧，糖糖环环平平面面与与中中轴轴平平行行，作作为为可可变变成成分分的的碱碱基基位位于于内内侧侧，碱碱基基平平面面与与中中轴轴垂垂直直链链间间碱碱基基按按A AT T，G GC C配配对对（碱碱基基配配对对原原则则，ChargaffChargaff定定律律），形成碱基堆积力。形成碱基堆积力。3.3.螺螺旋旋直直径径2nm2nm，相相邻邻碱碱基基平平面面垂垂直直距距离离0.34nm,0.34nm,两两核核苷苷酸酸夹夹角角为为3636，每每一一圈圈1010个个核核苷苷酸酸，螺螺距距为为3.4nm3.4nm。56DNA 双螺旋模型主要特征双螺旋模型主要特征4.DNA4.D

13、NA分子表面形成大沟和小沟。分子表面形成大沟和小沟。5.5.大大多多数数天天然然DNADNA属属双双链链DNADNA（dsDNAdsDNA），某某些些病病毒毒为为单链单链DNA(ssDNA)DNA(ssDNA)。6.6.双双链链DNADNA分分子子主主链链上上的的化化学学键键受受碱碱基基配配对对等等因因素素影影响响旋旋转转受受到到限限制制，使使DNADNA分分子子比比较较刚刚硬硬，呈呈比比较较伸展的结构。伸展的结构。1.1.氢键氢键 DNA的双螺旋结构稳定因素的双螺旋结构稳定因素2.2.碱基堆集力碱基堆集力（base-stacking forces）3.3.磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子磷

14、酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和中和4.4.碱基处于疏水环境中碱基处于疏水环境中58DNA DNA 双螺旋结构的意义双螺旋结构的意义 该该模模型型揭揭示示了了脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸作作为为遗遗传传物物质质的的稳稳定定性性特特征征，最最有有价价值值的的是是确确认认了了碱碱基基配配对对原原则则，这这是是脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸复复制制、转转录录和和反反转转录录的的分分子子基基础础，亦亦是是遗遗传传信信息息传传递递和和表表达达的的分分子子基基础础。该该模模型型的的提提出出是是2020世世纪纪生生命命科科学学的的重重大大突突破破之之一一，它它奠奠定定了了生生物物化化学学和和分分子子生生物物学学乃

15、乃至至整整个个生生命命科科学学飞飞速速发发展展的的基石。基石。593.3.3 DNA二级结构的其他类型二级结构的其他类型 Watson Crick DNA双螺旋结构（双螺旋结构（B-DNA）当当DNA钠盐纤维钠盐纤维相对湿度相对湿度和和盐的种类盐的种类改变时，改变时，DNA的构象发生改变。的构象发生改变。不同不同DNA纤维的空间结构纤维的空间结构 类型类型结晶状态结晶状态ANa盐，相对湿度盐，相对湿度75%时结晶时结晶BNa盐，相对湿度盐，相对湿度92%时结晶时结晶C锂盐，相对湿度锂盐，相对湿度66%时结晶时结晶60Z-DNA 1979年美国年美国ARich等人发现了左旋等人发现了左旋DNA（

16、左手（左手DNA双螺旋结构）双螺旋结构）晶体晶体X-光衍射分析光衍射分析 d(CpGpCpGpCpGp)61三种三种 DNA 双螺旋构象比较双螺旋构象比较A B Z外型外型 粗短粗短 适中适中 细长细长螺旋方向螺旋方向 右手右手 右手右手 左手左手螺旋直径螺旋直径 2.3nm 2.0nm 1.8nm 2.3nm 2.0nm 1.8nm碱基直升碱基直升 0.26nm 0.34nm 0.38nm 0.26nm 0.34nm 0.38nm每圈碱基数每圈碱基数 11 10 12 11 10 12螺距螺距 2.8nm 3.4nm 4.5nm碱基倾角碱基倾角 20 20 1 1 7 7大沟大沟 很窄很深很窄很深 很宽较深很宽较深 平坦平坦小沟小沟 很宽、浅很宽、浅 窄、深窄、深 较窄很深较窄很深63Z-DNA的生物功能：的生物功能：与基因表达、基因调控有关。与基因表达、基因调控有关。2022/11/764二重对称结构（回文结构也称反向重复）二重对称结构（回文结构也称反向重复）2022/11/7652022/11/766镜像重复与三螺旋镜像重复与三螺旋DNA 2022/11/767683.4 DNA