南开生物化学新课件04章核苷酸和核酸

1、第 四 章 核苷酸和核酸Nucleotide and Nucleic Acid核 酸（nucleic acid，NA） 是以核苷酸（nucleotid）为基本组成单位的生物大分子，是各种有机体遗传信息的载体。生物体中的各种蛋白质，乃至细胞的每种组分都是核酸顺序编码的信息产物。 90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体分布于胞核、胞液(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNAmRNA，rRNA，tRNA)脱氧核糖核酸 核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型。参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。

2、核酸的分类及分布 第一节碱基、核苷和核苷酸一、碱基、核苷和核苷酸的结构与种类 核苷酸的元素组成C、H、O、N、P（910%）核苷酸的分子组成 含氮碱（碱基）：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖：核糖，脱氧核糖 磷酸基团1. 碱基（base）的结构和种类嘧啶碱（pyrimidine, Py） 胞嘧啶(Cytosine)、尿嘧啶(Uracil)、胸腺嘧啶(Thymine)嘌呤碱（purine, Pu） 腺嘌呤（Adenine）、 鸟嘌呤 (Guanine)稀有碱基2. 核糖的结构和种类核 糖ribose脱氧核糖deoxyribose3.核苷的结构及主要核苷 核苷(ribonucleoside)： 碱基 和核糖（

3、脱氧糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。15432 核苷中戊糖与碱基的连接方式胞嘧啶核苷（cytidne）腺嘌呤核苷（adenosine）4.核苷酸（nucleotide）的结构 核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。腺嘌呤核苷酸(AMP)2-AMP 3-AMP 5-AMP脱氧腺嘌呤核苷酸(dAMP)3-dAMP 5-dAMP 15432核苷酸的分类 核糖核苷酸（AMP，GMP，CMP，UMP）脱氧核糖核苷酸（ dAMP, dGMP, dTMP, dCMP）MP：monophosphated：deoxy核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：dAM

4、P, dGMP, dTMP, dCMPDeoxyadenosine 5- monophosphate （5- dAMP）二、核苷酸的生物学功能 1. 细胞中的携能核苷酸：ATP和ADP ATP30kJ/molNMP：nucleoside monophosphate NDP： nucleoside diphosphateNTP： nucleoside triphosphate2一些核苷酸是细胞通讯的媒介(第二信使分子)：cAMP , cGMPATP cAMP + PPi 腺苷酸环化酶 3. 核苷酸是许多酶辅助因子的结构成分 第二节磷酸二酯键与多核苷酸5端3端CGA1. 核苷酸的连接 核苷酸之间以

5、磷酸二酯键（phosphodiester linkage）连接形成多核苷酸链（polynucleotide chain）。寡核苷酸：50核苷酸多核苷酸特点方向性：游离磷酸5末端 游离羟基3末端多样性: 决定蛋白质多样性骨架: 磷酸戊糖交替排列5 pTpGpCpApT-OH 3 5 T G C A T 3 2.多核苷酸链的表示第三节碱基的性质和核酸的结构1. 核苷酸的紫外光吸收性质2. 碱基之间形成氢键Watson & Crick 1953年确定 ： AT(U) , CG间形成氢键 第四节DNA的结构 Structure of DNA一、DNA储存遗传信息的证实1928年Frederick Gr

6、iffith和1944年O. Avery 1.细菌转化实验Avery细菌转化实验（1944）噬菌体2. 噬菌体侵染细菌的实验二、各物种DNA有着独特的碱基组成DNA结构有关重要线索来自Chargaff等(1950)的研究结果：Chargaff规则不同物种DNA碱基组成一般不同同一物种不同组织DNA碱基组成相同DNA碱基组成不因个体年龄、营养、环境而改变任何DNA的嘌呤残基总数等于嘧啶残基的总数A+ G =T +C A=T G=C三、Watson-Crick DNA双螺旋结构(1953) Waston（美） & Crick（英）James Dewey Watson，1928 Francis Ha

7、rry Compton Crick，19162004 Happy Birthday,Double Helix 英国生物物理学家William Thomas Astbury 1938年曾通过X射线结晶衍射图发现DNA分子是多聚核苷酸分子的长链排列。然而阿斯特伯里所发现的DNA图片极其不清楚，无法真实反映DNA清晰的图像。 爱尔兰科学家Maurice Wilkins 为DNA结构确立作出贡献的其他几位科学家英国女科学家Rosalind Franklin 美国化学家Linus Pauling DNA纤维X-衍射图谱WilkinsFranklin相互间吸引力最大的碱基对1952年哥伦比亚大学教授查伽夫

8、访问康桥，来到卡文迪什实验室。克里克多年后记述了这次会见：“起初，我们谈了许多有关蛋白质的问题，后来我问及核酸研究现状，顿了一下说：一句话说完，就是1:1。我又问1:1是什么意思，他说：文章已经发表了。毫无疑问，我漏读了查伽夫的重要文章，感到茫然若失。他又补充了一句：这是电效应的缘故。我突然闪现了一个念头，天哪！1:1不就是互补配对吗？他还讲了些什么，我一点也没有听见。告别了查伽夫，我立刻去找格里菲斯，请他再告诉我，理论计算表明哪两种碱基间吸引力最大。我转而去查阅查伽夫的文章，顿时惊呆了：格里菲斯算出来的碱基对A配T、G配C，正是查伽夫实验中克分子量呈现1:1比例的碱基对。”这就是著名的查伽夫

9、当量定律，即分子数AT、GC。Chargaff定律及DNA纤维X射线衍射分析Waston-Crick模型Waston & Crick 发表在nature 上的文章见人人之所见，思人人所未思 DNA双螺旋结构要点两条DNA链绕同一中心轴成右手双螺旋，直径2nm两条DNA链反向互补平行，亲水性主链（磷酸-戊糖骨架）位于螺旋的外侧。疏水性碱基（近乎平面），相互贴近，堆积在双螺旋的内部并垂直于螺旋轴。维持DNA双螺旋结构的力：氢键 ( A=T CG )；碱基堆积力（base-stacking forces：疏水作用和范德华力）一个螺旋(360)含10个碱基对（10.5），螺距3.4 nm由于两条链间的

10、空间关系，DNA产生一条大沟和一条小沟两条DNA链的互补性可以进行互补的子代链的合成碱基互补配对DNA半晶体X射线衍射更精确的结构信息Waston-Crick模型：一周螺旋10bp，核苷酸间夹角36度DNA结构的平均特征Dickerson：脱氧核糖核苷酸十二聚体X射线衍射一周螺旋平均10.4bp，核苷酸间夹角28-42度；碱基对非共平面碱基对的螺旋桨扭曲Dickerson：螺旋桨扭曲 提高碱基堆积力大沟和小沟DNA复制四、DNA的结构1. DNA的一级结构 核苷酸的排列顺序(碱基序列)。 类型结晶状态ANa盐，相对湿度75%时结晶BNa盐，相对湿度92%时结晶C锂盐，相对湿度66%时结晶2.

11、DNA的二级结构（1）A型、 B型、 Z型DNAWatson-Crick结构：生理条件下具随机顺序 DNA的最稳定结构B型DNADNA的结构可受环境条件的影响而改变 DNA能以多种不同的构象存在 Z-DNA1979年美国Alexander Rich等人（at MIT）发现了左手DNA双螺旋结 构Z型DNA易形成Z型结构的碱基序列： d(Cp Gp Cp Gp Cp Gp)（2）特殊的二级结构回文结构（palindromic structure）也称反向重复（inverted repeats）： （ 落鹤岛上岛落鹤，垂柳岸边岸柳垂）链内互补发夹形和十字形结构 镜象重复（mirror repeat） H-DN