第六讲 核酸化学

女汉纸“森蝶”继承了爸爸的优秀运动基因？α-辅肌动蛋白分布在骨骼肌Z线,是肌动蛋白的结合蛋白,它通过与细肌丝相结合维持着肌纤维的有序排列和正常收缩。α-辅肌动蛋白家族在人体中以α-辅肌动蛋白-2和α-辅肌动蛋白-3两种方式存在。其中,α-辅肌动蛋白-2存在于所有肌纤维类型中,而α-辅肌动蛋白-3则仅存在于骨骼肌的快肌纤维中。α-辅肌动蛋白-3基因ACTN3上的R577X(C1747T)位点存在单核苷酸多态,该位点的C-T突变会造成577位的氨基酸由精氨酸(577R)变为终止蛋白(577X),由此造成α-辅肌动蛋白-3的缺失。但是,该蛋白的缺失并没有造成任何表型上的疾病。在接受调查的737名运动员中，参加奥运会并取得顶级运动成绩的爆发力项目，如短跑、举重项目的运动员ACTN3基因RR基因型携带者比例高达95%，特别是爆发力项目的女运动员中，这个比例高达100%。基因（gene开始、发育的意思）（古代）种质（猜想)（十九世纪）孟德尔—遗传颗粒（推断）（二十世纪初）摩尔根—染色体是基因的载体（蛋白质？核酸？）（1944年）—DNA是基因的化学载体基因(Gene)即DNA上能够编译一个蛋白质或RNA的最小单位，一个细胞内所有基因组合在一起统称为“基因组”

。DNA的所有功能本质上反映的是基因的功能。基因3％假基因基因间隔区DNA双螺旋生老病死存在基因（—内因）心理因素、环境因素（—外因）基因诊断、基因治疗已成为目前医学发展的最前沿的方向。同时也成为新的财富源泉！共同决定生老病死基因必须通过RNA起作用！（二）RNA在蛋白质合成中起着重要的辅助作用1.mRNA信使RNA2.rRNA

核糖体RNA3.tRNA

转运RNA

4.RNA病毒以RNA为遗传物质；第六讲核酸的化学第一节

核酸的分子组成第二节

核酸的分子结构第三节

核酸的理化性质什么是核酸？1869年核酸最早分离自外科绷带脓细胞的细胞核，当时发现这种物质含磷量之高超过当时发现的任何一种有机物，并且含有很强的酸性，故得名核酸。1909年其组成被研究清楚，1944年生物功能初步澄清，在X射线衍射技术支持下1953年结构澄清。核酸是脱氧核糖核酸（DNA）与核糖核酸（RNA）的通称。染色体是DNA的载体①DNA可通过复制遗传给下一代功能(1)DNA是主要的生物遗传物质②DNA的组成差异决定了细胞中所有蛋白质、RNA的结构特征子代利用遗传下来的DNA可以制造与父代相同的RNA、蛋白质，故种瓜得瓜、种豆得豆。③多细胞的DNA控制了细胞分化、个体形成乃至个体的生老病死。任何一个多细胞生物的体细胞都含有完全相同的DNA。提问：为什么人体各组织器官的细胞形状各异、功能不同？答案：不同细胞不同部分DNA发挥了作用（即表达）,其余DNA休眠。(2)RNA参与蛋白质的生物合成rRNA:占细胞总RNA的80%，核糖体的组分，核糖体是蛋白质合成的场所，23SRNA具有核酶活性，能催化肽键形成。tRNA:占细胞总RNA的15%，是转换器，携带氨基酸并起解译作用。mRNA:占细胞总RNA的3~5%，是信使，携带DNA的遗传信息并起蛋白质合成的模板作用。(3)RNA功能具有多样性其核心作用是：基因表达的信息加工和调节。第一节核酸的分子组成一、核苷酸的组成二、核苷酸的结构三、核苷酸的生物学作用一、核苷酸的组成核酸核苷酸磷酸核苷戊糖碱基水解核酸代表戊糖，对DNA而言为脱氧核糖，对RNA而言为核糖；

代表碱基

代表磷酸基核苷酸碱基RNADNA

嘧啶环

嘌呤环尿嘧啶U胸腺嘧啶T胞嘧啶C鸟嘌呤G腺嘌呤A稀有碱基嘌呤——次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、N2、N2-二甲基鸟嘌呤。嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶、4-硫尿嘧啶都是基本碱基的化学修饰型。DNA的起调节和保护遗传信息的作用戊糖核糖(inRNA)2｀－脱氧核糖(inDNA)核苷二、核苷酸的结构磷酸碱基戊糖H2OH2O碱基磷酸戊糖糖苷键酯键核苷酸碱基连接（糖苷键）酯键（对DNA为H）1`2`3`4`5`核苷酸的衍生物ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物腺嘌呤核糖核苷三磷酸(三磷酸腺苷)（ATP）(鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)环化核苷酸核苷三磷酸在环化酶催化下可以形成环化核苷酸最重要的环化核苷酸是cAMP和cGMPcAMP(3’,5’-环腺嘌呤核苷一磷酸)和cGMP(3’,5’-环鸟嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作为细胞之间传递信息的信使cAMP和cGMPcAMP与cGMP对细胞的影响腺苷酸环化酶与鸟苷酸环化酶是一种蛋白质的2种不同构象当β受体被肾上腺素激活时，腺苷酸环化酶使腺苷酸环化，cAMP含量上升，cGMP下降，细胞内特异性蛋白合成，导致细胞分化当M受体被乙酰胆碱激活时，鸟苷酸环化酶使鸟苷酸环化，cGMP含量上升，cAMP下降，此时细胞内DNA合成加速，细胞分裂例如牛皮癣病人的上皮细胞中cGMP含量高于正常人，引起上皮细胞的异常增生三、核苷酸的生物学作用（1）参与DNA、RNA的合成、蛋白质的合成、糖与磷脂的合成（2）在能量转化中起重要作用，ATP是生物体内能量的通用货币（3）是构成多种辅酶的成分：NAD、NADP、FAD和CoA（4）参与细胞中的代谢与调节（例cAMP、cGMP）第二节核酸的分子结构一、核酸的一级结构二、DNA的结构1、DNA的一级结构2、DNA的二级结构2、DNA的三级结构三、RNA的种类和分子结构一、核酸的一级结构1、核酸连接方式多个核苷酸相连形成多聚核苷酸多聚核苷酸是一个核苷酸的5’-磷酸基与其相邻的核苷酸的3’-OH形成磷酸二酯键相连而成的链状聚合物由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为DNA链由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNA链NNNNNH2OHOCH2HHHHO—P—O—OOHNNNNNH2OHHOCH2HHHH

-O—P=OO5´3´OHOHOH5´3´RNADNA2、多聚核苷酸的书写方法

一般情况下，简写式的从左→右表示从5’→3’，特殊情况下（如两链相反）要注明链的方向方法1－－结构式：同前方法2－－线条式戊糖3`-OH5`-磷酸PA核苷酸5`3`首端末端PPPPPP

AGCTGCOH方法3－－字母式P表示一个磷酸基团，它写在符号的左侧表示磷酸与糖环的C5相连，右侧表示与C3相连中间的P可以省略用连字符代替连字符有时也可以省略但两端的P不能省略P二、DNA的结构定义：指DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序。即四种碱基的排列顺序DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式DNA的碱基组成（Chargaff定则）：在所有的DNA中，A=T，G=C即A+G=T+CDNA的碱基组成具有种的特异性，不具组织器官特异性DNA一级结构的表示方法：略同前“多核苷酸的连接方式”1、DNA一级结构双螺旋结构即DNA分子的空间结构1）Chargaff碱基组成规律2）ＤＮＡ分子双螺旋结构模型要点DNA分子模型建立

(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1）Chargaff碱基组成规律2）ＤＮＡ分子双螺旋结构模型要点A、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。B、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.5’C3’5’C3’5’C彼此间以磷酸二酯键相连，构成ＤＮＡ的骨架。B、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

糖环平面与中心轴平行。C、碱基平面与中心轴垂直，各相邻平面部分重叠。3.4nmD、双螺旋的直径为2nm沿轴向，每隔0.34nm就有一个核苷酸每圈螺旋含有10个核苷酸，其轴向距为3.4nm,E.双螺旋结构的稳定因素DNA双螺旋在生理状态下十分稳定，结构不发生变化。起稳定作用的有哪些力？

疏水作用力（主要）

（又称碱基堆积力：使碱基平面堆积的平面间范德华力，又称碱基堆积力）

氢键

范德华力

在真核及原核细胞皆有证据显示短的Z型DNA存在。其他类型的DNA双螺旋Z型DNA左旋、细长

3、

DNA的三级结构A.真核细胞染色体的DNA念珠状三级结构4、DNA的功能1.基因的贮存：DNA是遗传信息的主要载体，遗传信息是分段分布的。基因是DNA大分子的功能片段。2.基因的延续：通过复制，把遗传信息准确地传递至子代，以保持遗传信息的稳定性。3.基因的表达：通过转录，把遗传信息转抄到mRNA分子上，从而指导合成具有特定氨基酸排列顺序的蛋白质。DNA是遗传信息复制和转录的模板，是生命遗传繁殖和个体生命活动的物质基础。4.基因组：一个生物体的全部基因序列。人类基因组大约由3.0×109bp的DNA组成，约含3.5～4万个基因三、RNA分类和功能RNA的种类、分布、功能把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核细胞1.信使RNA（mRNA）mRNA的结构与功能一mRNA的结构特点1.在细胞内含量最少(2%-5%),更新最快,

成熟的mRNA主要储存于细胞质中.

2.真核细胞mRNA的特点(1)3’末端有多聚腺嘌呤的结构(polyA)(2)5’末端具有帽子结构(m7GpppN)(3)一种mRNA只含有一条多肽链的信息二mRNA的功能蛋白质合成的直接模板mRNA的结构2.转运RNA（tRNA）

在所有RNA中，对tRNA的研究最多。tRNA约占细胞总