核酸化学与核苷酸代谢

核酸化学与核苷酸代谢第1页，课件共92页，创作于2023年2月

概述核酸与蛋白质一样，是一切生物机体不可缺少的组成部分。核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。核酸是由核苷酸组成的具有复杂三维结构的大分子化合物，是遗传的物质基础。第2页，课件共92页，创作于2023年2月第四节核苷酸代谢本章要讲述的主要内容第一节核酸的化学组成及分类第二节核酸的分子结构第三节核酸的理化性质

第3页，课件共92页，创作于2023年2月第一节核酸的化学组成及分类脱氧核糖核酸(deoxyribonucliecacidDNA),

磷酸(phosphate)一.核酸的种类二.核酸的化学组成碱基(base)戊糖(pentose)核糖核酸（ribonucliecacid,RNA)核酸核苷酸核酸酶第4页，课件共92页，创作于2023年2月核酸的种类脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸（RNA)第5页，课件共92页，创作于2023年2月两类核酸的基本化学组成比较

DNA

RNA

嘌呤碱

腺嘌呤(A)腺嘌呤(A)

（Purinebases

）鸟嘌呤(G)

鸟嘌呤(G)

碱基(Base)嘧啶碱

胞嘧啶(C)胞嘧啶(C)

（Pyrimidinebases）胸腺嘧啶(T)

尿嘧啶(U)戊糖

D-2-脱氧核糖

D-核糖(Pentose)

酸

磷酸

磷酸(Acid)第6页，课件共92页，创作于2023年2月CNCCCNNNCHHHNH2嘌呤碱123456789第7页，课件共92页，创作于2023年2月嘌呤CNCHCCCNNHCHNH2CNCCCCNNHCHOH2N腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)626第8页，课件共92页，创作于2023年2月第9页，课件共92页，创作于2023年2月HCHNHCCHCHNNH2OCCHNCHCHNHOONCHNCHCCHHOOCHNCCCHNHCH3嘧啶胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（T）123456第10页，课件共92页，创作于2023年2月第11页，课件共92页，创作于2023年2月第12页，课件共92页，创作于2023年2月核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸（DNA）核酸核苷酸核苷磷酸戊糖碱基核酸的组成核酸酶水解第13页，课件共92页，创作于2023年2月由戊糖和碱基以糖苷键连接而成核苷脱氧核糖核糖嘌呤碱基嘧啶碱基第14页，课件共92页，创作于2023年2月CNCHCCCNNHCHNH2+CNCHCCCNNHCHNH2腺苷9第15页，课件共92页，创作于2023年2月CNCHCCCNNHCHNH2+CNCHCCCNNHCHNH2脱氧腺苷91’第16页，课件共92页，创作于2023年2月由核苷的戊糖羟基被磷酸酯化而成5’第17页，课件共92页，创作于2023年2月第18页，课件共92页，创作于2023年2月※

核苷酸的命名含一个磷酸基团：核苷一磷酸（NMP）含两个磷酸基团：核苷二磷酸（NDP）含三个磷酸基团：核苷三磷酸（NTP）N

代表各种碱基的名称环化核苷酸：cNMP第19页，课件共92页，创作于2023年2月O第20页，课件共92页，创作于2023年2月第二节DNA的结构与功能一、DNA的结构二、DNA的生物学功能1.DNA的一级结构2.DNA的二级结构3.DNA的三级结构携带并传递遗传信息第21页，课件共92页，创作于2023年2月四种脱氧核糖核苷酸通过3’、5’-磷酸二酯键彼此连接而形成的直线形或环线形分子.DNA分子中核苷酸的排列顺序.DNA的一级结构第22页，课件共92页，创作于2023年2月核苷酸链的书写方法第23页，课件共92页，创作于2023年2月双螺旋结构即DNA分子的空间结构1.Chargaff碱基组成规律2.DNA晶体的X-射线图谱研究

各原子之间的键长、键角一、DNA分子模型建立DNA的二级结构由JamesWatson和FrancisCrick提出第24页，课件共92页，创作于2023年2月(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等.A=T

鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等.G=C嘌呤总数=嘧啶总数A+G=C+T(2)DNA的组成具有种的特异性(3)DNA的碱基组成没有组织的特异性,

且较为稳定,不随年龄、营养状态、环境改变的影响Chargaff碱基组成规律第25页，课件共92页，创作于2023年2月ＤＮＡ分子双螺旋结构模型要点1.ＤＮＡ由两条反向平行的脱氧多核苷酸（两条链的走向为5’→3’和3’→5’），围绕一中心轴（假想轴）构成右手双螺旋结构。第26页，课件共92页，创作于2023年2月彼此间以磷酸二酯键相连，构成ＤＮＡ的骨架。2.碱基在双螺旋内侧。双链中相对的碱基按Ａ＝Ｔ和Ｇ≡Ｃ通过氢键配对连接，形成互补.磷酸基与脱氧核糖在外侧，5’C3’5’C3’5’C第27页，课件共92页，创作于2023年2月第28页，课件共92页，创作于2023年2月

糖环平面与中心轴平行。3.碱基平面与中心轴垂直，各相邻平面部分重叠。第29页，课件共92页，创作于2023年2月3.4nm4.双螺旋的直径为2nm沿轴向，每个碱基平面的距离为0.34nm每圈螺旋含有10对核苷酸，其轴向距为3.4nm,第30页，课件共92页，创作于2023年2月(3)离子键5.维持DNA双螺旋稳定的作用力(1)

互补碱基间的氢键(2)使碱基平面堆积的平面间范德华力,

又称碱基堆积力第31页，课件共92页，创作于2023年2月二、DNA结构的多样性A-DNA：右手螺旋B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺旋生理条件下DNA最稳定的结构形式Z-DNA：左手螺旋第32页，课件共92页，创作于2023年2月DNA的三级结构原核生物真核生物没有典型的细胞核结构，真核生物ＤＮＡ的三级结构是由ＤＮＡ分子与组蛋白(histine)和非组蛋白(nonhistineprotein,NHP)结合组成。被认为是原核生物ＤＮＡ的三级结构被认为是真核生物ＤＮＡ的三级结构超螺旋结构核小体结构第33页，课件共92页，创作于2023年2月DNA超螺旋结构第34页，课件共92页，创作于2023年2月H2A、H2B、H3和H4各两分子组成组蛋白八聚体，构成核心组蛋白双螺旋DNA以左手超螺旋的方式绕核心颗粒1.75圈，缠绕在核心组蛋白表面，构成核心颗粒核心颗粒和连接区DNA及附着在连接区DNA上的组蛋白H1构成核小体第35页，课件共92页，创作于2023年2月一个个核小体连接成串珠状结构染色单体折叠折叠第36页，课件共92页，创作于2023年2月第三节RNA的结构和功能一、RNA的类型1.核蛋白体RNA(ribosomalRNA,rRNA)3.转运RNA(transferRNA,tRNA)2.信使RNA(messengerRNA,mRNA)4.不均一核RNA(HnRNA)二、RNA的结构与功能5.小核RNA(SnRNA)第37页，课件共92页，创作于2023年2月mRNA的结构与功能一、mRNA的结构特点(1)3’末端有多聚腺嘌呤的结构(polyA)(2)5’末端具有帽子结构(m7GpppNm)(3)一种mRNA只含有一条多肽链的信息※由HnRNA经过剪接而成※半衰期最短，几分钟到数小时第38页，课件共92页，创作于2023年2月二、mRNA的功能蛋白质合成的直接模板

把核内DNA的碱基顺序（遗传信息），按照碱基互补的原则，抄袭并转送至胞质，在蛋白质合成中用以翻译成蛋白质中氨基酸的排列顺序。第39页，课件共92页，创作于2023年2月tRNA的结构与功能

1.分子量最小一类RNA,占RNA总量10-25%

2.分子中含有10%-20%的稀有碱基一、tRNA的结构特点如假尿嘧啶（ψ）,二氢尿嘧啶（DHU）,甲基化碱基（mG,mA)等

3.3’末端有CCA-OH,是携带氨基酸的部位第40页，课件共92页，创作于2023年2月

4.具有识别密码子功能的反密码子

5.二级结构为三叶草形,有三个环状结构（DHU环、Tψ环、反密码环）三级结构为“倒L”形二、tRNA的功能在蛋白质的合成过程中作为各种氨基酸的载体并将其转呈给mRNA第41页，课件共92页，创作于2023年2月第42页，课件共92页，创作于2023年2月tRNA的三级结构第43页，课件共92页，创作于2023年2月rRNA的结构与功能一、rRNA的结构特点1.含量最丰富,约占总RNA的80%以上2.与核蛋白体蛋白结合成核蛋白体,rRNA

与蛋白质既可分离,又可结合3.核蛋白体由大小两个亚基构成,两亚基呈不规则形状,聚合时中间有裂缝,可通过mRNA第44页，课件共92页，创作于2023年2月二、rRNA的功能是细胞内蛋白质合成的场所其他小分子RNA小核RNA（SnRNA)、小核仁RNA(SnoRNA)、小胞质RNA（scRNA/7SL-RNA)

※功能：参与HnRNA和rRNA的转运和加工第45页，课件共92页，创作于2023年2月原核生物核糖体的亚基组成第46页，课件共92页，创作于2023年2月原核生物核蛋白体第47页，课件共92页，创作于2023年2月真核生物核蛋白体第48页，课件共92页，创作于2023年2月核酶某些RNA分子本身具有自我催化能力，可以完成rRNA的剪接。这些RNA称为核酶（ribozyme)※意义：扩充了酶的范围，使之不再局限于蛋白质。第49页，课件共92页，创作于2023年2月第四节核酸的理化性质一、核酸的粘度二、核酸的紫外吸收特性三、核酸的变性、复性及其分子杂交第50页，课件共92页，创作于2023年2月

一、核酸的粘度*分子量越大粘度也越大ＲＮＡ分子比ＤＮＡ分子小，粘度也就小*生物分子的空间结构也影响粘度。线形分子>无规线团分子>球形分子第51页，课件共92页，创作于2023年2月二、核酸的紫外吸收特性嘌呤碱和嘧啶碱有共轭双键，都能强烈吸收紫外光，最大吸收波长为260nm蛋白质对紫外光的最大吸收波长是280nm第52页，课件共92页，创作于2023年2月紫外分光光度法检测核酸的纯度通过测定波长在260nm和280nm处吸光度的比值(A260／A280)来估计核酸样品的纯度DNA溶液：A260／A280=1.8

RNA溶液：A260／A280=2.0方法：第53页，课件共92页，创作于2023年2月在波长260nm紫外线下，吸光度为1.00时，紫外分光光度法估计核酸的浓度取5μl双链DNA样品,加水稀释至1ml。以1ml纯水作为参照测定波长在260nm处的吸光度值(Ａ260),假如测得稀释样品的Ａ260值为0.500，相当于50μg/ml的双链DNA,40μg/ml的单链DNA或RNA,20μg/ml的单链寡核苷酸问题1那么原液中DNA的浓度是？μg/ml第54页，课件共92页，创作于2023年2月三、核酸的变性、复性及其分子杂交(一)变性(二)复性(三)分子杂交第55页，课件共92页，创作于2023年2月(一)核酸的变性1.概念

核酸分子的双螺旋结构解开，氢键断裂（不涉及共价键的断裂），使双链分离，这种现象称为核酸的变性2.引起核酸变性的因素如乙醇、丙酮、尿素、酰胺等加热、介质中的pH过酸或过碱、有机溶剂、第56页，课件共92页，创作于2023年2月3.核酸的变性与降解的区别

降解其过程是不可逆的。是指多核苷酸链中的磷酸二酯键断裂，使分子量降低，不发生分子量的变化。一般是可逆的，变性4.

蛋白质和核酸的变性两者均不涉及共价键的断裂一级结构不破坏粘度下降，生物活性丧失第57页，课件共92页，创作于2023年2月ＤＮＡ分子的热变性ＤＮＡ双螺旋结构即遭破坏，氢键断裂，双链分离。将ＤＮＡ的稀盐溶液加热至80～95℃(或以上)数分钟，第58页，课件共92页，创作于2023年2月d.丧失生物活性a.260nm处的紫外吸收值升高b.粘度下降c.浮力、密度升高（增色效应）变性DNA的特点第59页，课件共92页，创作于2023年2月DNA解链曲线拐点所对应的温度，代表ＤＮＡ变性50％时温度，称为解链温度，通常称为融解温度。用符号Tm

表示70℃～85℃之间“Ｓ”形曲线第60页，课件共92页，创作于2023年2月Tm值的大小主要与下列因素有关⑴ＤＮＡ中Ｇ≡Ｃ对的含量Ｇ≡Ｃ碱基对的比例越高，Tm值越高pH和离子强度不变,根据Ｇ≡Ｃ百分含量，则可计算ＤＮＡ样品的Tm值Tm＝69.3+0.41*(Ｇ≡Ｃ)％Tm＝4*(G+C)+2*(A+T),(小于20bp)第61页，课件共92页，创作于2023年2月⑵介质中的离子强度离子强度低Tm值低变性温度范围较宽离子强度大Tm值高变性温度范围较窄第62页，课件共92页，创作于2023年2月(二)核酸的复性DNA热变性后的复性,常常称为退火。变性的DNA或RNA在去除变性因素并处于适当的条件下，又可重新结合成为双螺旋结构这一过程称为复性。1.概念彼此分离的双链2.复性过程两种情况第63页，课件共92页，创作于2023年2月（1）两条完全分开的单链通过随机碰撞形成互补短片段的双螺旋。（2）尚未配对的碱基很快地“对齐”。迅速形成双链直至双螺旋结构。第64页，课件共92页，创作于2023年2月复性后ＤＮＡ分子性质一系列的理化性质随即恢复d.生物活性部分恢复a.260nm处的紫外吸收值下降b.粘度上升c.浮力、密度降低（减色效应）第65页，课件共92页，创作于2023年2月

(三)核酸分子杂交在一定条件下（适宜的温度、pH及离子强度），可按碱基互补原则复性形成双链，此过程称为核酸分子杂交。1.概念

具有一定同源性的两条核酸单链，变性复性第66页，课件共92页，创作于2023年2月不完全同源核酸单链分子杂交突环第67页，课件共92页，创作于2023年2月2.可发生杂交的核酸分子(1)两条同源的DNA链(2)两条同源的RNA链(3)一条DNA链一条RNA链3.核酸杂交的应用（1）测定核酸分子碱基组成（2）检测某些因基因突变引起的疾病第68页，课件共92页，创作于2023年2月核苷酸库核酸的降解核苷酸的合成核酸的合成核苷酸的降解核苷酸是核酸的基本结构单位，它不属于营养必需物质核苷酸代谢概述第69页，课件共92页，创作于2023年2月食物核蛋白蛋白质核酸(RNA与DNA)胰核酸酶RNA酶DNA酶(磷酸二酯酶)单核苷酸胰、肠核苷酸酶(磷酸单酯酶)核苷磷酸核苷酶(水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖碱基核酸的消化排出，很少利用第70页，课件共92页，创作于2023年2月第一节嘌呤核苷酸代谢一、嘌呤核苷酸的合成代谢(一)嘌呤核苷酸的从头合成(二)嘌呤核苷酸的补救合成(三)脱氧(核酸)核苷酸的生成二、嘌呤核苷酸的分解代谢第71页，课件共92页，创作于2023年2月一、嘌呤核苷酸的合成代谢(一)、从头合成途径1.概念：用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应合成嘌呤核苷酸的途径.

2.原料：5－磷酸核糖、谷氨酰胺、一碳单位、甘氨酸、CO2、天冬氨酸

第72页，课件共92页，创作于2023年2月N1C2N3C4C5C6N97NC8

甲酰基(一碳单位)甘氨酸CO2Asp甲酰基(一碳单位)Gln(酰胺基)甘氨当中站,谷氮坐两边,左上天冬氨,头顶CO2第73页，课件共92页，创作于2023年2月3.合成的场所:

肝脏的胞液4.合成的过程:

两个阶段。(1)次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成(2)腺苷酸(AMP)和鸟苷酸(GMP)的合成第74页，课件共92页，创作于2023年2月(1)IMP的合成(11步反应，过程只需了解)R-5'-PAMPPRPP合成酶PP-1'-R-5'-P(PRPP)ATP①5'-磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸反应过程：第75页，课件共92页，创作于2023年2月(2)腺苷酸和鸟苷酸的合成R-5'-PCNCNNCHCOHNHCIMPR-5'-PCNCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOH腺苷酸代琥珀酸合成酶AMPSAsp,Mg2+,GTP第76页，课件共92页，创作于2023年2月R-5'-PCNCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOHR-5'-PCNCNNCHCNHCNH2COOHCHHCHOOC腺苷酸代琥珀酸(AMPS)腺苷酸(AMP)延胡索酸腺苷酸代琥珀酸裂解酶第77页，课件共92页，创作于2023年2月R-5'-PCNCNNCHCOHNHCIMPR-5'-PCNCNNCHCOHNCONAD+H2ONADH+H+XMP黄嘌呤核苷酸IMP脱氢酶第78页，课件共92页，创作于2023年2月H2NR-5'-PCNCNNCHCOHNCR-5'-PCNCNNCHCOHNCOGlnGluGMP合成酶Mg2+,ATPXMPGMP第79页，课件共92页，创作于2023年2月AMP腺苷酸激酶ADPATPADPATPADP腺苷酸激酶ATPGMP鸟苷酸激酶GDPATPADPATPADP鸟苷酸激酶GTP第80页，课件共92页，创作于2023年2月一、嘌呤核苷酸的合成代谢(二)、补救合成途径有两条合成途径(1)嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸鸟嘌呤鸟嘌呤核苷酸次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)PRPPPPi腺嘌呤腺嘌呤核苷酸腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）HGPRT活性高APRT活性低90%嘌呤碱第81页，课件共92页，创作于2023年2月生理意义减少从头合成时能量和原料的消耗●节省:●作为某些器官(脑,骨髓和脾)合成核苷酸的途径遗传疾病Lesch-Nyhan莱-尼综合征,自毁容貌综合征HGPRT基因缺陷嘌呤合成过多，明显的高尿酸血症，痛风伴-----罕见的性染色体X连锁遗传病疾病生化本质:行为,称之为自毁容貌综合征.大脑瘫痪、智力减退、舞蹈手足综合征,身体和精神发育迟缓,有咬指咬唇的强迫性自残第82页，课件共92页，创作于2023年2月(三)脱氧(核糖)核苷酸的合成在核苷二磷酸水平被还原而成OHOPOOHH碱基HOHHHOOOHOPHOOHOPOHH碱基HOHHHOOOHOPHONADPH+H+NADP++H2O核糖核苷酸还原酶dNDPNDP第83页，课件共92页，创作于2023年2月核苷酸分解代谢大致过程核苷酸核苷PiPi1-磷酸核糖碱基补救途径分解代谢5-磷酸核糖PRPP终末产物经尿排出核苷酸酶磷酸化酶1-磷酸核糖变位酶第84页，课件共92页，创作于2023年2月嘌呤核苷酸的分解代谢AMPIGMPGX黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸第85页，课件共92页，创作于2023年2月

正常人血浆尿酸含量：0.12～0.36mmol/L

男: