生物化学与原理核酸

1、1.1 1.1 核酸的种类、分布和化学组成核酸的种类、分布和化学组成 核核 酸酸(nucleic acid) 是多个核苷酸是多个核苷酸(nucleotide) 的线性多聚体，携带和传递遗的线性多聚体，携带和传递遗 传信息。传信息。 肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验 S型：平滑型、有毒性、有荚膜（多糖）型：平滑型、有毒性、有荚膜（多糖）保护自身，保护自身， 抵抗宿主的免疫系统，进而使宿主死亡抵抗宿主的免疫系统，进而使宿主死亡 R型：型： 粗糙型、无毒性、无荚膜粗糙型、无毒性、无荚膜 肺炎双球菌肺炎双球菌 Grifths experiment(1928) 有毒性的平滑（右）有毒性的平滑（右）

2、无毒性的粗糙型（左）无毒性的粗糙型（左） S型型 R型型 S型型 R型型 AveryAvery的离体实验的离体实验 注入宿主的细菌类型注入宿主的细菌类型细菌特征细菌特征 宿主感染后反宿主感染后反 应应 R R（粗糙型）（粗糙型） 无荚膜无荚膜存活存活 S S（平滑型）（平滑型） 有荚膜有荚膜死亡死亡 热致死热致死S S 存活存活 热致死热致死S + S + 活的活的R R死亡死亡 热致死热致死S S中的中的DNA + DNA + 活的活的R R死亡死亡 实验分五种不同的处理方式，如下表所示：实验分五种不同的处理方式，如下表所示： 实验表明：高温杀死的实验表明：高温杀死的S S型球菌中有一种物质

3、或称转型球菌中有一种物质或称转 化因子进入化因子进入R R球菌中，使其转变成球菌中，使其转变成S S型球菌。型球菌。 Oswald Theodore Avery ( 1877 - 1955 ) AveryAvery等人于等人于19441944 年在离体条件下完成年在离体条件下完成 了了GrifthsGrifths发现的转化发现的转化 过程，证明遗传的物过程，证明遗传的物 质基础是质基础是DNADNA而不是蛋而不是蛋 白质。白质。 一、核酸的种类和分布一、核酸的种类和分布 (deoxyribonucleic acid, DNA) (ribonucleic acid, RNA) 脱氧核糖核酸脱氧核

4、糖核酸 核糖核酸核糖核酸 携带遗传信息携带遗传信息 参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表达遗传信息的表达 （蛋白质的合成）。某些病毒（蛋白质的合成）。某些病毒RNA 也可作为遗传信息的载体。也可作为遗传信息的载体。 真核生物：细胞核、叶绿体、线粒体真核生物：细胞核、叶绿体、线粒体 原核生物：细胞质原核生物：细胞质 细菌：质粒细菌：质粒DNA 细胞质细胞质（主要）（主要）、细胞核（核仁）、细胞核（核仁） 信使信使RNARNA（messenger RNAmessenger RNA，mRNA)mRNA)：约占细胞总约占细胞总RNARNA的的5 5 在蛋白质合成中起着模板作用在蛋白质合成中起着模板作

5、用 核糖体核糖体RNARNA（ribosoal RNAribosoal RNA，rRNArRNA）：）：约占细胞总约占细胞总RNARNA的的8080 与蛋白质结合构成核糖体，是合成蛋白质的场所与蛋白质结合构成核糖体，是合成蛋白质的场所 转移转移RNARNA（transfer RNAtransfer RNA，tRNAtRNA）：）：约占细胞总约占细胞总RNARNA的的10101515 在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用 RNARNA 叶绿体、线粒体中也有各自与细胞质不同的叶绿体、线粒体中也有各自与细胞质不同的mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNA

6、.rRNA. 二、核酸的化学组成二、核酸的化学组成 核酸核酸 核苷酸核苷酸( (碱基戊糖磷酸碱基戊糖磷酸) ) 磷酸磷酸核苷核苷( (碱基戊糖碱基戊糖) ) 核糖或脱氧核糖核糖或脱氧核糖( (戊糖戊糖) )嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶( (碱基碱基) ) 糖苷键糖苷键 磷酸酯键磷酸酯键 1、戊糖、戊糖 为了与碱基分子中的原子编号相区别，戊糖的碳原子编号为了与碱基分子中的原子编号相区别，戊糖的碳原子编号 都要加上都要加上“ ”，如，如1 1 ，5 5 ，2 2 等均表示核糖上的某个原子。等均表示核糖上的某个原子。 核糖核糖 脱氧核糖脱氧核糖 D-2-D-2-脱氧核糖脱氧核糖D-D-核糖核糖-D-D-核糖

7、的呋喃糖形式核糖的呋喃糖形式-D-2-D-2-脱氧核糖脱氧核糖 的呋喃糖形式的呋喃糖形式 2、碱、碱 基基 p137 嘌呤嘌呤(purine)(purine) 嘧啶嘧啶(pyrimidine)(pyrimidine) 胞嘧啶胞嘧啶 尿嘧啶尿嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 稀有碱基稀有碱基( (修饰修饰 碱基碱基) ) 甲基化碱基甲基化碱基 嘧啶环嘧啶环嘌呤环嘌呤环 嘌呤嘌呤(purine) N N NH N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 N N NH N NH2 腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A) 6- 6-氨基嘌呤氨基嘌呤 N NH NH N NH2 O 鸟嘌呤鸟

8、嘌呤(guanine, G) 2- 2-氨基氨基-6-6-氧基嘌呤氧基嘌呤 N NH 1 3 2 4 5 6 嘧啶嘧啶(pyrimidine) 胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C) N NH NH2 O 尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U) 2,4- 2,4-二氧基嘧啶二氧基嘧啶 NH NH O O 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T) 2,4-二氧基二氧基-5-甲基嘧啶甲基嘧啶 NH NH O O CH3 核苷：核苷：A, G, U, CA, G, U, C 脱氧核苷：脱氧核苷：dA, dG, dT, dCdA, dG, dT, dC 3、 核苷核苷(ribonucleoside) 核糖

9、（脱氧核糖）的苷羟基与碱基的亚氨基脱水核糖（脱氧核糖）的苷羟基与碱基的亚氨基脱水 缩合形成缩合形成糖苷键糖苷键(C-N(C-N键键) ) 。 嘧啶核苷：嘧啶核苷： C1-N1C1-N1 嘌呤核苷：嘌呤核苷： C1-N9C1-N9 9 1 1 1 4、 核苷酸核苷酸(ribonucleotide)和稀有核苷酸和稀有核苷酸 核苷（脱氧核苷）和磷酸以核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核连接形成核 苷酸（脱氧核苷酸）。苷酸（脱氧核苷酸）。 核糖核苷核糖核苷的糖环上有的糖环上有3 3个自由羟基，可以酯化分别个自由羟基，可以酯化分别 生成生成2 2 - -，3 3 - -和和5 5 - -三

10、种核苷酸。三种核苷酸。 5-5-核苷酸核苷酸3-3-核苷酸核苷酸2-2-核苷酸核苷酸 3-3-脱氧核苷酸脱氧核苷酸 脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷的糖环上只有的糖环上只有2 2个自由羟基，只能生个自由羟基，只能生 成成3 3 - -和和5 5 - -脱氧核苷酸脱氧核苷酸。生物体内游离存在的是。生物体内游离存在的是5 5 - -核核 苷酸苷酸，构成核酸大分子的也是，构成核酸大分子的也是5 5 - -核苷酸。核苷酸。 5-5-脱氧核苷酸脱氧核苷酸 表：构成核酸的核苷酸表：构成核酸的核苷酸 DNARNA 腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸(dAMP）腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸

11、(AMP) 鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸(dGMP)鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸(GMP) 胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸(dCMP)胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸(CMP) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸(dTMP) 尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸(UMP) 说明：说明：mono-: 单一单一, deoxy-: 脱氧脱氧 腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 鸟嘌呤核苷鸟嘌呤核苷 胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 5 5 - -腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸 5 5 -

12、 -鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸 5 5 - -胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸 5 5 - -尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸 核苷和核苷酸核苷和核苷酸 核酸中的稀有核苷酸常以其核苷的形式表示，常见的甲核酸中的稀有核苷酸常以其核苷的形式表示，常见的甲 基化修饰基团基化修饰基团 以以“m m”（methymethy）表示；）表示； 修饰基团在碱基上的写在碱基符号左方，修饰基团在核修饰基团在碱基上的写在碱基符号左方，修饰基团在核 糖上的写在碱基符号右方；糖上的写在碱基符号右方； 修饰基团数写在其右下角，修饰位置写在右上角。修饰基团数写在其右下角，修饰位置写在右上角。 例如例如Am6 2 表示腺苷碱基表示腺苷碱基6

13、6位有两个甲基，即位有两个甲基，即N N6 6,N,N6 6- -二甲基腺苷二甲基腺苷 Gm 2,2,7 3 表示鸟苷的表示鸟苷的2 2位有位有2 2个甲基，第个甲基，第7 7位有一个甲基，位有一个甲基， 共三个甲基共三个甲基 表示假尿嘧啶核苷表示假尿嘧啶核苷(Pseudo-Uridin) DHU 表示二氢尿嘧啶核苷表示二氢尿嘧啶核苷 (Dihydro-Uridin ) 稀有核苷酸稀有核苷酸 5、细胞内的游离核苷酸及其衍生物、细胞内的游离核苷酸及其衍生物 p140 多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸 核苷酸在核苷酸在5-磷酸上进一步磷酸化形成的多磷酸化合物为磷酸上进一步磷酸化形成的多磷酸化合物为多磷酸多

14、磷酸 核苷酸核苷酸。 ADP、ATP：带有高能酸酐键，常参与细胞代谢能量转换带有高能酸酐键，常参与细胞代谢能量转换 GTP、CTP、UTP：在某些生化反应中也具有传递能量的作用在某些生化反应中也具有传递能量的作用 UDP、ADP、GDP：是多糖合成中葡萄糖基的载体是多糖合成中葡萄糖基的载体 CDP：参与甘油的生物磷脂合成参与甘油的生物磷脂合成 表：常见的多磷酸核苷酸表：常见的多磷酸核苷酸 核苷二磷酸核苷二磷酸(NMP)三磷酸核苷三磷酸核苷(NTP) 腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)腺苷二磷酸腺苷二磷酸(ADP)三磷酸腺苷三磷酸腺苷(ATP) 鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)鸟苷二磷酸鸟苷二

15、磷酸(GDP)三磷酸鸟苷三磷酸鸟苷(GTP) 胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)胞苷二磷酸胞苷二磷酸(CDP)三磷酸胞苷三磷酸胞苷(CTP) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T) 胸苷二磷酸胸苷二磷酸(TDP)三磷酸胸苷三磷酸胸苷(TTP) 尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)尿苷二磷酸尿苷二磷酸(UDP)三磷酸尿苷三磷酸尿苷(UTP) 说明：说明：di-: 二的二的, tri-: 三的三的 多 磷 酸 核 苷 酸 的 相 互 转 换多 磷 酸 核 苷 酸 的 相 互 转 换 多 磷 酸 核 苷 酸 的 相 互 转 换多 磷 酸 核 苷 酸 的 相 互 转 换 环化核苷酸环化核苷酸 cAMP、

16、cGMP：是细胞功能的调节分子和信号分子是细胞功能的调节分子和信号分子(称之称之“第二信第二信 使使”) 第一信使：第一信使：激素本身是激素本身是 第一信使。激素是多细胞第一信使。激素是多细胞 生物在细胞间传递信息的生物在细胞间传递信息的 一种化学信使。一种化学信使。 第二信使：第二信使：将细胞外信将细胞外信 息传递到细胞内的物质，息传递到细胞内的物质， 在生物体内具有广泛的调在生物体内具有广泛的调 节作用。节作用。 环化核苷酸环化核苷酸 cAMP、cGMP：是细胞功能的调节分子和信号分子是细胞功能的调节分子和信号分子(称之称之“第二信第二信 使使”) 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 辅酶类核苷酸辅

17、酶类核苷酸 一些核苷酸一些核苷酸 或其衍生物还是或其衍生物还是 重要的辅酶或者重要的辅酶或者 辅基的组成成分。辅基的组成成分。 如：如：NAD+、 NADP+、 CoASH、 FMN、 FAD等等 肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验 S型：平滑型、有毒性、有荚膜（多糖）型：平滑型、有毒性、有荚膜（多糖）保护自身，保护自身， 抵抗宿主的免疫系统，进而使宿主死亡抵抗宿主的免疫系统，进而使宿主死亡 R型：型： 粗糙型、无毒性、无荚膜粗糙型、无毒性、无荚膜 肺炎双球菌肺炎双球菌 Grifths experiment(1928) 有毒性的平滑（右）有毒性的平滑（右） 无毒性的粗糙型（左）无毒性的粗糙型

18、（左） R型型 二、核酸的化学组成二、核酸的化学组成 核酸核酸 核苷酸核苷酸( (碱基戊糖磷酸碱基戊糖磷酸) ) 磷酸磷酸核苷核苷( (碱基戊糖碱基戊糖) ) 核糖或脱氧核糖核糖或脱氧核糖( (戊糖戊糖) )嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶( (碱基碱基) ) 糖苷键糖苷键 磷酸酯键磷酸酯键 2、碱、碱 基基 p137 嘌呤嘌呤(purine)(purine) 嘧啶嘧啶(pyrimidine)(pyrimidine) 胞嘧啶胞嘧啶 尿嘧啶尿嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 稀有碱基稀有碱基( (修饰修饰 碱基碱基) ) 甲基化碱基甲基化碱基 嘧啶环嘧啶环嘌呤环嘌呤环 核糖核苷核糖核苷的糖环上