生物化学第二章核酸化学

生物化学第二章核酸化学第1页，课件共101页，创作于2023年2月本章内容概述DNARNA核酸的性质第2页，课件共101页，创作于2023年2月第一节核酸的发展历史及研究现状

第3页，课件共101页，创作于2023年2月核酸化学研究史（1）1869年Miescher,博士论文工作中测定淋巴细胞蛋白质组成时,发现了不溶于稀酸和盐溶液的沉淀物,并在所有细胞的核里都找到了此物质,故命名"核质(Nuclein)"1879年Kossel经过10年的努力,搞清楚核质中有四种不同的组成部分:A,T,C和G；核酸研究史1第4页，课件共101页，创作于2023年2月核酸化学研究史（2）1889年Altman建议将“核质”改名为“核酸”,因为已经认识到“核质”乃“核酸”与蛋白质的复合体。1909年Levene发现酵母的核酸含有核糖1930年Levene发现动物细胞的核酸含有一种特殊的核糖－－脱氧核糖,得出了一个错误概念:植物核酸含核糖,动物核酸含脱氧核糖。这个错误概念一直延续到1938年，这时方清楚RNA和DNA的区别。Levene还提出了核酸的“磷酸－核糖(碱基)－磷酸"的骨架结构,解决了DNA分子的线性问题,还在1935年提出"四核苷酸",认为这四种碱基的含量是一样的。核酸研究史2第5页，课件共101页，创作于2023年2月核酸化学研究史（3）1950年Chargaff,E和Hotchkiss,R.D.采用纸层析法仔细分析了DNA的组成成分,得知[A]=[T],[G]=[C],[A+G]=[C+T]1953年Watson,Crick根据DNA的X射线图谱的研究结果,提出了DNA的双螺旋模型(Doublehelix)。几星期后提出了半保留式复制模型。1957年Meselsnhe&Stahl用密度梯度超离心法,证实半保留复制假说。核酸研究史3第6页，课件共101页，创作于2023年2月核酸化学研究史（4）1958年Kornberg得到高纯度的DNApolymerase,这种酶需要一个模板DNA。1960年Cairns索性将复制中的细菌DNA的电镜照片拍了下来。1970年发现第一个DNA限制性内切酶。1972年DNA重组技术的建立。1978年双脱氧DNA测序法的建立。1990年人类基因组计划实施。核酸研究史4第7页，课件共101页，创作于2023年2月第二节概述核酸(nucleicacid)是由碱基（嘌呤和嘧啶）、戊糖和磷酸组成的高分子物质，是生物体的基本组成成分。二、种类及分布

DNA（脱氧核糖核酸）

RNA（核糖核酸）一、概念第8页，课件共101页，创作于2023年2月分布：

DNA：主要在细胞核中，是染色体的主要成分。此外在线粒体、叶绿体、

质粒及细胞膜上.RNA：细胞核——核仁；

细胞质——核糖体及上清液中。第9页，课件共101页，创作于2023年2月三、核酸的组成

核酸是一种线形多聚核苷酸(polynucleotide),其基本结构单位是核苷酸(nucleotide)。戊糖碱基磷酸核苷核苷酸核酸

第10页，课件共101页，创作于2023年2月核苷酸的基

本结构第11页，课件共101页，创作于2023年2月腺苷酸第12页，课件共101页，创作于2023年2月（一）核酸中的戊糖D-核糖（D-ribose）D-脱氧核糖（D-deoxyribose）核酸据此分类：脱氧核糖——DNA；核糖——RNA；核酸中的戊糖均为

β-D-型一、核苷酸第13页，课件共101页，创作于2023年2月（二）碱基尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶核酸中的碱基分两类：1、嘧啶碱(pyrimidine)：是嘧啶的衍生物。第14页，课件共101页，创作于2023年2月一、核苷酸2、嘌呤碱(purine)：由嘌呤衍生而来。第15页，课件共101页，创作于2023年2月腺嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶第16页，课件共101页，创作于2023年2月在生理pH下，在生物体内，碱基多以亚氨基、酮式存在。第17页，课件共101页，创作于2023年2月3、稀有碱基：

一些修饰碱基，因含量甚少而称之。大多为甲基化碱基，多在tRNA中。一、核苷酸第18页，课件共101页，创作于2023年2月（三）核苷：

(nucleoside)

核苷：戊糖与碱基缩合而成，并以糖苷键相连接。糖苷键：

二者的连接是C-N键，称N-糖苷键。一、核苷酸第19页，课件共101页，创作于2023年2月核苷的表示：核苷：A、G、C、U脱氧核苷：dA,dG,dC,dT修饰核苷：如5-甲基胞嘧啶：m5dC。第20页，课件共101页，创作于2023年2月（四）核苷酸(nucleotide，nt)1、种类：1）按酯化位点：可在核糖的2’-,3’-,5’-；2）按核糖类型：

核苷酸、脱氧核苷酸一、核苷酸核苷中戊糖的羟基被磷酸酯化，即为核苷酸。第21页，课件共101页，创作于2023年2月2、结构：第22页，课件共101页，创作于2023年2月3、表示：与一个磷酸结合——MP：(d)AMP、(d)GMP、(d)CMP、(d)TMP、UMP与二个磷酸结合——DP：如：ADP与三个磷酸结合——TP：如：ATP

一、核苷酸第23页，课件共101页，创作于2023年2月4、特殊核苷酸：1）环核苷酸：

核糖3’-,5’-成环。

cAMP、cGMP

功能：第二信使，激素、一些药物、神经递质通过其发挥生理作用。一、核苷酸第24页，课件共101页，创作于2023年2月2）核苷多磷酸和寡核苷多磷酸：

如：pppAppp（枯草杆菌）

A5’ppppA5’（哺乳动物）对代谢起调控作用。第25页，课件共101页，创作于2023年2月一、核苷酸的连接方式1、3’-,5’磷酸二酯键将核苷酸连接成核酸大分子。一、核苷酸第三节核酸的结构第26页，课件共101页，创作于2023年2月3’-,5’磷酸二酯键第27页，课件共101页，创作于2023年2月二、核酸的一级结构：

多核苷酸链中各核苷酸残基的排列顺序称~。第28页，课件共101页，创作于2023年2月1）一级结构表示方法如下：A、磷酸（P）的位置

在左：表示与5’-OH结合；在右：与3’-OH结合如：pApCpTpGB、箭头表示核酸酶的水解部位：

pApCpTpG，即C的3’-OH游离。C、一般将碱基缩写用连字符连起表示，如：A-C-G-U一、核苷酸第29页，课件共101页，创作于2023年2月2）读向：

碱基序列从左到右表示5’——3’，由3’-,5’磷酸二酯键连接。若两链反向平行，则需注明每条链的走向。如：

5’A-T-G-C-C-T-G-A3’

3’T-A-C-G-G-A-C-T5’一、核苷酸第30页，课件共101页，创作于2023年2月

由数量庞大的4种脱氧核苷酸通过3’-,5’磷酸二酯键连接成的直线形或环形多聚体。第31页，课件共101页，创作于2023年2月三、DNA的双螺旋二级结构1、双螺旋结构模型建立的依据：1）根据DNA碱基组成的定量分析提出chargaff碱基配对原则：A=T，G=C2）根据对DNA纤维和晶体的x-衍射分析。3）电位滴定证明。二、DNA第32页，课件共101页，创作于2023年2月Watson-Crick的DNA双螺旋2.0nm结构特征第33页，课件共101页，创作于2023年2月第34页，课件共101页，创作于2023年2月DNA中的四种碱基及它们间的氢键胞嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌啉腺嘌啉TCAG第35页，课件共101页，创作于2023年2月双螺旋中的碱基对（basepair,bp)第36页，课件共101页，创作于2023年2月2,双螺旋结构的特点:(Watson-Crick模型）1）形成：两条链反向平行；右手螺旋。二、DNA第37页，课件共101页，创作于2023年2月2）结构：A、核糖-磷酸以3’-,5’磷酸二酯键连接成骨架；碱基在内；B、大沟、小沟。二、DNA第38页，课件共101页，创作于2023年2月3）尺寸：二、DNAA、直径：2nm；B、碱基距离：0.34nm；C、螺距：3.4nm；D、一周10个核苷酸。第39页，课件共101页，创作于2023年2月4）双螺旋的稳定性：A、依靠碱基堆积力B、氢键C、离子键D、范德华力第40页，课件共101页，创作于2023年2月3、二级结构的构象类型：二、DNAB-DNAA-DNAZ-DNA第41页，课件共101页，创作于2023年2月DNA二级结构多态性A-DNAB-DNAZ-DNA类型螺旋方向螺旋直径螺距(nm)每转碱基碱基对间碱基对与

(nm)对数目直距离(nｍ）水平面倾角Ａ右２．３２．８１１０．２５５２０°Ｂ右２．０３．４１００．３４０°Ｚ左１．８４．５１２０．３７７°第42页，课件共101页，创作于2023年2月B-DNA与A-DNA第43页，课件共101页，创作于2023年2月几种DNA钠盐的特点：B-DNA：生理状态下多为此种；92%相对湿度A-DNA：右手螺旋；75%相对湿度；生理状态下多见dsRNA、DNA-RNAZ-DNA：人工合成、左手螺旋；嘧啶、嘌呤交替；有m5dC

；与基因表达调控有关；此外，还发现有C、D、E等型。第44页，课件共101页，创作于2023年2月H-DNA:三条链局部螺旋第45页，课件共101页，创作于2023年2月四、DNA的三级结构DNA双螺旋进一步扭曲即成三级结构。天然DNA有双链DNA（dsDNA），有的病毒为单链DNA（ssDNA）在dsDNA中：

线形分子（大多数）

环状分子（dcDNA）：质粒、线粒体、叶绿体、病毒、细菌二、DNA第46页，课件共101页，创作于2023年2月1、超螺旋结构特点：可将长链压缩在一较小体内；密度大；凝胶电泳中移动速度快。二、DNA第47页，课件共101页，创作于2023年2月第48页，课件共101页，创作于2023年2月正螺旋和负螺旋DNA双螺旋为右旋螺旋。细胞中的环状DNA一般呈负超螺旋，即右旋螺旋不足导致部分碱基不形成配对，分子通过整体拓扑学上的右旋来补足右旋螺旋的不足，在数学上呈1：1，即分子整体右旋一圈来补双螺旋上的一圈不足。正超螺旋为双螺旋旋转过度，通过分子整体的左旋来解去过度的螺旋。正超螺旋

左旋负超螺旋

右旋第49页，课件共101页，创作于2023年2月2、核小体中的

扭曲方式在真核细胞染色质中，DNA双螺旋分子盘绕在组蛋白上形成核小体。许多核小体由DNA连成念珠状结构，再盘绕压缩成高层次的结构———染色体。二、DNA第50页，课件共101页，创作于2023年2月五、DNA的功能1、DNA一级结构的特点基因：是含特定遗传信息的核苷酸序列

（DNA或RNA）是遗传物质的最小功能单位。若干bp多个基因pr+DNA染色体二、DNA第51页，课件共101页，创作于2023年2月1）原核生物基因组：

基因在同一染色体上。

A、除调节序列和信号序列外，多为结构基因；B、功能相关的基因常连在一起，并转录在同一mRNA中。二、DNA第52页，课件共101页，创作于2023年2月C、基因有重叠；

同一核苷酸顺序中包含多种生物信息。第53页，课件共101页，创作于2023年2月2）真核生物基因组：

一般基因分布在若干染色体上。

A、有重复序列；B、有断裂基因：即有内含子。

内含子（intron)：DNA分子中不编码的序列。

外显子(exons)：DNA分子中可表达的序列。二、DNA第54页，课件共101页，创作于2023年2月启动子外显子内含子转录终止子真核生物的基因结构第55页，课件共101页，创作于2023年2月内含子与外显子第56页，课件共101页，创作于2023年2月2、DNA是遗传信息的载体

半保留复制保证了亲代性状传到子代，保证了亲代与子代的相似性。二、DNA第57页，课件共101页，创作于2023年2月3、DNA是变异的物质基础变异是生物进化的基础。变异的发生：1）DNA复制时出错；2）理化因素等引起碱基变化或缺失，使DNA碱基序列改变，从而发生性状变异。二、DNA第58页，课件共101页，创作于2023年2月六、RNA（一）RNA的结构组成：4种核苷酸，有稀有碱基；连接：同DNA形成：一般以DNA为模板合成，有例外。结构：单链线形分子，局部区域有双螺旋。第59页，课件共101页，创作于2023年2月（二）RNA的类型三种：

信使RNA（messengerRNA,mRNA)

核糖体RNA(ribosomelRNA,rRNA)

转运RNA(transferRNA,tRNA)三、RNA第60页，课件共101页，创作于2023年2月此外，在真核细胞中还有少量：核内小RNA（snRNA）:

参与核糖体的组成。不均一RNA（hnRNA）：

mRNA的前体。反义RNA（asRNA）：可与mRNA部分或全部序列互补；抑制DNA复制、转录；抑制mRNA翻译。第61页，课件共101页，创作于2023年2月1、tRNA

约占全部RNA的15%；由70-90个核苷酸组成许多种类；沉降系数4S。三、RNA第62页，课件共101页，创作于2023年2月1）tRNA结构：一级结构多已清楚，含较多稀有碱基；二级结构为三叶草有：aa臂、二氢嘧啶环、反密码环、可变环、

TΨC

环三、RNA第63页，课件共101页，创作于2023年2月tRNA三级结构为倒L型第64页，课件共101页，创作于2023年2月A、在pr合成中转运aa；B、在pr合成的起始、DNA反转录合成及其它代谢调节中起作用。2）tRNA功能：第65页，课件共101页，创作于2023年2月2、mRNA和hnRNA1）合成：以DNA为模板(核内)

合成

hnRNA（含内含子和外显子）加工成熟的mRNA

入细胞质蛋白质合成三、RNA第66页，课件共101页，创作于2023年2月RNA转录自DNA第67页，课件共101页，创作于2023年2月合成mRNA第68页，课件共101页，创作于2023年2月切除内含子第69页，课件共101页，创作于2023年2月2)mRNA结构特点：3‘末端有polyA结构：与mRNA从核入质有关，与mRNA半寿期有关。5‘末端有帽子结构：G被甲基化，此可能与pro合成的起始有关。第70页，课件共101页，创作于2023年2月3)功能：是蛋白质合成的模板mRNAtRNA核糖体第71页，课件共101页，创作于2023年2月3、rRNA1)占RNA总量的80%，是构成核糖体的骨架。2)核糖体功能：

pr合成的部位.3）结构：分大、小亚基一、二级结构多已确定，但功能不清。三、RNA第72页，课件共101页，创作于2023年2月原核细胞：70S核糖体；真核细胞：80S核糖体；第73页，课件共101页，创作于2023年2月4、RNA的功能1）在DNA复制、转录、翻译中起重要调控作用；

a.遗传密码的中间担体(mRNA)b.mRNA剪接等加工的活性成份(snRNA)c.核糖体的骨架结构及与mRNA的识别(rRNA)d.活化氨基酸的担体(tRNA)2）有催化作用；3）可作为遗传物质（如逆转录病毒）。三、RNA第74页，课件共101页，创作于2023年2月第75页，课件共101页，创作于2023年2月第四节、核酸的性质一、一般理化性质1、两性电解质：2、溶解性：微溶于水，不溶于一般有机试剂（乙醇沉淀核酸），钠盐易溶于水。3、粘度高：一般DNA比RNA粘度高。4、水解性：可被酸、碱或酶水解，DNA比

RNA对稀碱稳定。第76页，课件共101页，创作于2023年2月5、颜色反应：1）核糖与浓盐酸和苔酚蓝共热呈绿色，在

670nm处可测RNA；2）2-脱氧核糖与酸和二苯胺共热呈蓝紫色，在595nm处可测DNA。二种反应可作定性试验，定量试验灵敏度低、准确性差，但快、简便。四、核酸的性质第77页，课件共101页，创作于2023年2月二、紫外吸收性质

碱基具共轭双键强烈吸收260-290nm波段紫外光，最大吸收峰在260nm附近。应用：1、不同核苷酸有不同吸收特性，可用紫外分光光度计进行定性、定量测定。

1OD相当于：50μg/mlDNA40μg/mlRNA20μg/mlNt(核苷酸）四、核酸的性质第78页，课件共101页，创作于2023年2月2、确定所提取的核酸是否纯品。

1）DNA：≈1.8纯品

OD260/OD290

＞1.8RNA污染＜1.8pro污染

2）RNA：

OD260/OD290≈2.0纯品四、核酸的性质第79页，课件共101页，创作于2023年2月3、紫外可使相邻TT间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体，引起基因突变。A=TC=GT=AT=A紫外A=TC=GTATA第80页，课件共101页，创作于2023年2月三、核酸结构的稳定性1、碱基堆积力：双螺旋内部碱基形成的疏水区；2、碱基间的氢键：3、磷酸基与介质中阳离子形成的离子键4、范德华力。四、核酸的性质第81页，课件共101页，创作于2023年2月四、核酸的变性1、变性的概念1）现象：双螺旋DNA和具双螺旋区的RNA氢键断裂，空间结构被破坏，形成单链无规则线团状的过程。四、核酸的性质第82页，课件共101页，创作于2023年2月2）结果：A、增色效应：

260nm紫外吸收增加；

B、粘度下降、浮力密度上升；

C、生物学性能部分或全部丧失。3）引起变性的因素：温度、pH、尿素、甲醛等。第83页，课件共101页，创作于2023年2月2、热变性与TmTm：在热变性中，紫外吸收增加的中点值所对应的温度，称该DNA的熔解温度（meltingtemperature,Tm);又称热解链温度。四、核酸的性质第84页，课件共101页，创作于2023年2月3、影响Tm的因素：1）DNA的均一性；2）G-C含量：Tm与G-C含量成正比。3）介质中的离子强度：离子强度低，Tm低，熔解温度范围窄。第85页，课件共101页，创作于2023年2月DNA分子的Tm与GC含量的关系第86页，课件共101页，创作于2023年2月盐浓度对DNA变性的影响第87页，课件共101页，创作于2023年2月五、核酸的复性概念：变性DNA在适当条件下（缓慢降温），可使两条彼此分开的链重新缔合成双螺旋结构的过程。