动物生物化学 课件 03(核酸化学)

第4章核酸化学一、概述

二、核酸的一级结构三、DNA的结构与功能

四、RNA的结构与功能五、核酸的理化性质六、DNA的一级结构测定七、基因和基因组

（一）核酸的概念和重要性负责遗传信息的储存和传递，生物体内的各种蛋白质都是核酸编码的产物。分类：脱氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid，DNA）核糖核酸（ribonucleicacid，RNA）一、概述重要性

（1）DNA是主要遗传物质

（2）RNA的功能多样性（二）核酸的化学组成核酸的水解

核酸低聚核苷酸核苷酸磷酸戊糖核苷

碱基HCCNHCNCNNHCH嘌呤123456789

1.碱基

（1）嘌呤碱

CCNHCNCNNHCH腺嘌呤NH2

CCNCHNCNNHCHO鸟嘌呤H2N626嘧啶CHNNCHCH123456HC（2）嘧啶碱

24

CCNNCHCHOH胞嘧啶NH2CHNCNCHCHOHO尿嘧啶

CHNCNCHCOHO胸腺嘧啶CH32452424（3）稀有碱基

CCNNCHCHOH胞嘧啶NH251CCNNCHCOH5-甲基胞嘧啶NH251-CH3OHOCHCOHHCOHHCH1'2'3'4'5'CH2OH核糖D-（直链式）

OCCCCOHHHOHOHHH1'2'3'4'5'HOH2C核糖D-β-（呋喃式）2.戊糖（1）核糖

OCCCCOHHHOHHH1'2'3'4'5'HHOH2C脱氧核糖2D--β-（呋喃式）（2）脱氧核糖

OCHCHOHHCOHHCH1'2'3'4'5'CH2OH脱氧核糖2D--（直链式）3.磷酸在核苷酸分子中与戊糖中的羟基缩合成酯。因为是一个三元酸，还可以与另一分子核苷酸的戊糖的未被结合羟基缩合形成磷酸二酯键，将两分子核苷酸连接起来。

HHOHOHOHHCHNNCNHCNCC腺嘌呤核苷AHOH2CNH2

HHOHOHOHHHOH2COCHCHNNCCNH2胞嘧啶核苷C3.核苷91

RNA：中的核苷称核糖核苷（或称核苷）：腺苷（A）、鸟苷（G）、胞苷（C）、尿苷（U）。DNA

：中的核苷称脱氧核糖核苷（或称脱氧核苷）：脱氧腺苷（dA）、脱氧鸟苷（dG）、脱氧胞苷（dC）和脱氧胸苷（dT），“d”表示脱氧。4.核苷酸

CCNCHNCNNCHOHHOHHOHHPOHOOH1'2'3'4'5'OH2CH2NdGMP脱氧鸟苷酸

CCNHCNCNNCHHOHOHHOHHPOHOOH2'3'4'5'1'NH2OH2C腺苷酸AMPAGCUAGCT

天然核酸中

RNA：主要由腺苷酸、鸟苷酸、尿苷酸、胞苷酸4种核糖核苷酸组成。

DNA：主要是由脱氧腺苷酸、脱氧鸟苷酸、脱氧胞苷酸、脱氧胸苷酸4种脱氧核苷酸组成。

核苷酸的磷酸化核苷一磷酸（NMP）核苷二磷酸（NDP）核苷三磷酸（NTP）

ADPAMPATPγβαNNNCHCCHNCOPOOPPOOOHHHOHOHHCCHO~HOOHOHOH~~OCH2NH21''2'35''4环状腺苷酸

（cAMP）二、核酸的一级结构

是指在多核苷酸链中各个核苷酸之间的连接方式、核苷酸的种类、数量以及核苷酸的排列顺序。生物的遗传信息就储存于DNA的核苷酸序列中。DNA的遗传信息是由碱基的精确排列顺序决定的。

（一）核酸中核苷酸的连接方式（二）DNA和RNA的一级结构（一）核酸中核苷酸的连接方式连接方式3′,5′–磷酸二酯键

CCNHCNCNNCHHHOHHOHHPOHOOH2'3'4'5'1'NH2O—CH2

5'3'OHOPHHOHHHOOOHOPOOHHOHHHOHOPOOHHOHHHOHOPOOHHOHHHO鸟嘌呤胞嘧啶腺嘌呤胸腺嘧啶腺嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌呤PPPP5'3'PAPCPTPGA.B.C.DNA多核苷酸链的结构及其缩写式表示法PA

CTG---H2CH2CH2CH2C5’3’（二）DNA和RNA的一级结构

DNA：4种脱氧核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMP按照一定的排列顺序通过磷酸二酯键连接而成的没有分支的多核苷酸链。

RNA：主要为4种核苷酸AMP、GMP、CMP、UMP通过磷酸二酯键连接而成的没有分支的多核苷酸链，RNA分子中还有某些稀有碱基。三、DNA的结构与功能

DNA的碱基组成的特点（1）具有种的特异性；（2）没有器官和组织的特异性；（3）年龄、营养状况、环境的改变不影响DNA的碱基组成；（4）DNA的碱基组成符合碱基摩尔比例规律。DNA碱基摩尔比例规律在各种DNA中，腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，即A＝T，鸟嘌呤与胞嘧啶(包括5-甲基胞嘧啶)的摩尔数相等，即G＝C+m5C；即嘌呤碱基的总摩尔数等于嘧啶碱基的总数：A+G＝T+C+m5C。这个碱基摩尔比例规律又称为DNA的碱基当量定律。（一）DNA的双螺旋结构（二）DNA三级结构Watson和Crick于1953年提出了DNA的右手双螺旋结构模型，阐明了DNA的二级结构。它是上世纪最重大的自然科学成就之一，1962年荣获诺贝尔化学奖。（一）DNA的双螺旋结构

5'3'OHOPHHOHHHOOOHOPOOHHOHHHOHOPOOHHOHHHOHOPOOHHOHHHO鸟嘌呤胞嘧啶腺嘌呤胸腺嘧啶A.H2CH2CH2CH2C

PPPATGCATCG1'2'3'4'1'2'3'4'5'PPOHPPPOH3’3’5’5’

2nmDNA分子特征（1）两条平行的多核苷酸链，以相反的方向，（即一条由3΄向5΄，另一条由5΄向3΄），围绕着同一个（想象的）中心轴，以右手旋转方式构成一个双螺旋形状。（2）疏水碱基于螺旋的内侧，亲水的磷酸基和脱氧核糖以磷酸二酯键相连成的骨架位于外侧。（3）碱基呈平面状，与中心轴相垂直；相邻碱基平面之间的距离为0.34nm，旋转夹角为36°；每10对核苷酸绕中心轴旋转一圈，故螺旋的螺距为3.4nm。（4）双螺旋的直径为2nm，沿螺旋的中心轴形成大沟和小沟交替出现。（5）两条链被碱基对之间形成的氢键而稳定的维系在一起，总是A-T配对，G-C配对。（二）DNA三级结构病毒超螺旋真核细胞的三级结构四、RNA的结构与功能（一）信使RNA（mRNA）的结构与功能（二）转移RNA（tRNA）的结构与功能（三）核糖体RNA（rRNA）的结构与功能

（一）mRNA的结构与功能概述

（1）占细胞中RNA总量的3％～5％；（2）细胞内mRNA的种类很多，分子质量极不均一；（3）mRNA是三类RNA中最不稳定的。功能作为模板，直接指导蛋白质的合成。

最简单是：转录后，调转方向的7-甲基鸟苷三磷酸，它与mRNA原来的5’端核苷酸借5’ppp5’连接形成m7GpppNm。

作用：（1）作为一种保护装置将mRNA5’端封闭起来，可使mRNA免受核酸外切酶的水解破坏；（2）作为蛋白质合成起始的辨认信号，启动和加速翻译过程。真核细胞的mRNA5’端的帽子结构大多数真核细胞mRNA在3’末端有一个长约200个核苷酸的polyA。PolyA是在转录后经polyA聚合酶的作用而添加上去的。原核生物的mRNA一般无3’PolyA。

功能：与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关；与mRNA的半衰期即稳定性有关（新合成的mRNA其PolyA链长，而衰老的mRNA其PolyA链较短）。真核细胞的mRNA3’末端的结构（二）tRNA的结构与功能概述（1）tRNA约占RNA总量的15％（2）通常以游离的状态存在于细胞质中；（3）细胞内tRNA的种类很多，每一种氨基酸都有其相应的一种或几种tRNA。功能主要是在蛋白质生物合成过程中，携带活化氨基酸，并将其转运到与核糖体结合的mRNA上用以合成蛋白质，即具有转运氨基酸和识别密码子的作