1、第第三三章章 核核酸酸 核酸的组成成分核酸的组成成分 DNA的结构的结构 RNA的结构的结构 核酸的理化性质核酸的理化性质主要内容主要内容生命体中两种关键大分子生命体中两种关键大分子 1869年年 Fridrich Miescher从脓细胞的细胞核中分离从脓细胞的细胞核中分离得到一种酸性物质，即现在被称为核酸的物质。得到一种酸性物质，即现在被称为核酸的物质。 1944年年 Avery等人等人通过细菌的转化实验通过细菌的转化实验证实证实DNA是是遗传物质。遗传物质。l1953年年 Watson和和Crick发现发现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构。l现已证明，除少数病毒外（现已证明，除少数病毒外（
2、RNA为遗传物质），多为遗传物质），多数生物体遗传物质都是数生物体遗传物质都是DNA。核酸的发现及研究简史核酸的发现及研究简史第一节第一节 核酸的组成成分核酸的组成成分一、核酸的分类与组成一、核酸的分类与组成 ( (一一) ) 分类：分类：核酸分为两大类核酸分为两大类 1、脱氧核糖核酸、脱氧核糖核酸：Deoxyribonucleic acid, DNA2、核糖核酸：、核糖核酸：Ribonucleic acid, RNARNA主要在主要在细胞质内细胞质内，核内很少（，核内很少（10%）DNA主要存在于主要存在于细胞核内细胞核内，约占，约占98%RNA主要分为以下几种类型：主要分为以下几种类型：1
3、、rRNA (ribosome RNA )，核糖体，核糖体RNA，细胞中最，细胞中最主要的主要的RNA，占细胞中总，占细胞中总RNA的的80%左右。左右。2、tRNA (transfer RNA)，转移，转移RNA，是细胞中最小，是细胞中最小的一种的一种RNA分子，占细胞总分子，占细胞总RNA的的15%左右。是结左右。是结构研究最清楚的一类构研究最清楚的一类RNA。在蛋白质的生物合成中，。在蛋白质的生物合成中，tRNA起起携带氨基酸携带氨基酸的作用。的作用。 另外，在细胞质里还存在另外，在细胞质里还存在胞质胞质RNA (scRNA). 上述上述RNA存在于存在于细胞质细胞质，另外在，另外在细胞
4、核细胞核里面还存里面还存在一些在一些RNA，如核，如核不均一不均一RNA（hnRNA）、核内小）、核内小RNA（snRNA）、核仁小）、核仁小RNA、反义、反义RNA（asRNA）等。等。 3、mRNA (messenger RNA)，信使，信使RNA，占细胞总，占细胞总RNA的的5%左右，含量最少，代谢活跃。左右，含量最少，代谢活跃。mRNA在蛋在蛋白质的生物合成中起白质的生物合成中起模板作用模板作用。它将。它将DNA的遗传信息的遗传信息传递给蛋白质。传递给蛋白质。 核酸核酸 ( (DNA和和RNA) )核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖（二
5、）核酸的组成（二）核酸的组成 C、H、O、N、P核酸的基本组成单位核酸的基本组成单位核苷酸核苷酸核酸的元素组成核酸的元素组成核核苷苷酸酸 戊糖戊糖(ribose) 碱基碱基(base) 磷酸磷酸(phosphate)核酸的化学组成和一级结构核酸的化学组成和一级结构1、戊糖、戊糖OHOH2COHOHOH12OHOH2COHHOH12-D-核糖核糖-D-2-脱氧核糖脱氧核糖O构成构成RNA构成构成DNA?这种差别影响到二级结构和稳定性这种差别影响到二级结构和稳定性2、碱、碱 基（基（base)腺嘌呤腺嘌呤 ( (adenine, A) ) 鸟嘌呤鸟嘌呤 (guanine, G) 胞嘧啶胞嘧啶 (c
6、ytosine, C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T) 尿嘧啶尿嘧啶 (uracil,U) 嘌呤嘌呤(purine) 嘧啶嘧啶(pyrimidine)碱基碱基(base)是含氮的杂环化合物。是含氮的杂环化合物。存在于存在于DNA和和RNA中中仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中嘌呤嘌呤(purine，Pu) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A) （6-氨基嘌呤）氨基嘌呤）NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G) （2-氨基氨基- 6-氧嘌呤）氧嘌呤）NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶胞
7、嘧啶(cytosine, C) （2-氧氧- 4-氨基嘧啶）氨基嘧啶） NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)（2,4-二氧嘧啶）二氧嘧啶）NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)（5-甲基尿嘧啶）甲基尿嘧啶）NHNHOOCH3碱基的性质碱基的性质?碱基几乎不溶于水，这与其芳香族碱基几乎不溶于水，这与其芳香族的杂环结构有关。的杂环结构有关。?互变异构互变异构?酸碱解离酸碱解离?强烈的紫外吸收，其最大吸收值在强烈的紫外吸收，其最大吸收值在260nm。氨基式氨基式- -亚氨基式互变异构亚氨基式互变异构酮式酮式- -烯醇式互变异构烯醇式互变异构碱基的性质互变异构互变异构 嘧啶碱
8、基和嘌呤碱基最重要的功能基团是环嘧啶碱基和嘌呤碱基最重要的功能基团是环上的上的氮和羰基，氮和羰基，以及环外的氨基。以及环外的氨基。 氨基和羰基之间的氢键是核酸分子中碱基之氨基和羰基之间的氢键是核酸分子中碱基之间相互作用的一种重要方式。间相互作用的一种重要方式。稀有碱基稀有碱基 大多出现在大多出现在tRNA中中 次黄嘌呤次黄嘌呤 ( I ) 二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 ( D ) 假尿嘧啶假尿嘧啶 ( ) 5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶( m5C ) 1-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤( m1A ) N6- N6甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤 ( m6A )2 核苷：是一种糖苷。核苷：是一种糖苷。由戊糖与碱基缩合而由戊糖与碱基
9、缩合而成，并以成，并以糖苷键糖苷键相连接。相连接。 糖苷键：糖苷键：糖与碱基之间糖与碱基之间的连接是的连接是C-N键，键，称称C-N糖苷键。糖苷键。3、核苷、核苷核糖、脱氧核糖中的碳原子标号加核糖、脱氧核糖中的碳原子标号加 “ ”。C-N糖苷键：糖苷键：嘌呤嘌呤N-9或或嘧啶嘧啶N-1与戊糖的与戊糖的C-1 通过通过-N-糖苷键共价糖苷键共价相连形成相连形成核苷核苷(ribonucleoside)。核核 苷苷 由于核糖存在由于核糖存在2-OH，导致，导致RNA的磷酸二的磷酸二酯键对碱异常敏感。酯键对碱异常敏感。 核苷用单字符号核苷用单字符号(A G C U)表示表示 脱氧核苷用脱氧核苷用(dA
10、 dG dC dT)表示表示 书写的原则为：书写的原则为：取代基团用英文小写字母表示取代基团用英文小写字母表示，其符号写在核苷单字符号的其符号写在核苷单字符号的左下角左下角，取代基团的，取代基团的位置写在该符号的位置写在该符号的右上角，右上角，数字写在右下角。数字写在右下角。 例：例：N2-二甲基鸟苷二甲基鸟苷 5-甲基脱氧胞苷甲基脱氧胞苷 dCm5Gm22核苷的表示法核苷的表示法次黄嘌呤核苷（肌苷）（次黄嘌呤核苷（肌苷）（I）黄嘌呤核苷黄嘌呤核苷 （X）二氢尿嘧啶核苷二氢尿嘧啶核苷 （D）稀有核苷（修饰核苷）稀有核苷（修饰核苷） OCH2HHOHHOHHHO (p s e u d o u r
11、id in e )HNNHOO51 假 尿 嘧 啶 核 苷()稀有核苷（修饰核苷）稀有核苷（修饰核苷） 7-甲基鸟苷（甲基鸟苷（假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷：核糖与尿嘧啶的第核糖与尿嘧啶的第五位碳（五位碳（C5）结）结合，在合，在tRNA和和rRNA中存在。中存在。 假尿苷假尿苷 5、核苷酸、核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO- -HOO糖苷键糖苷键酯键酯键 核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷中戊糖的自核苷中戊糖的自由羟基与磷酸通过由羟基与磷酸通过酯键酯键结合构成结合构成核苷酸核苷酸1）按酯化位点：）按酯化位点： 可在核糖的
12、可在核糖的2- , 3-, 5-自由羟基进行酯化，自由羟基进行酯化，而脱氧核糖没有而脱氧核糖没有2- 羟基，只有羟基，只有3-, 5-两两个自由羟基，只能形成个自由羟基，只能形成3-, 5-两种类型磷两种类型磷酸酯酸酯2）按核糖类型：）按核糖类型： 核糖：核苷酸核糖：核苷酸 脱氧核糖：脱氧核苷酸脱氧核糖：脱氧核苷酸1、种类：、种类：(5 -AMP)2、结构：、结构：(2 -AMP)(3 -AMP)(5 -AMP) (3- dAMP) (5- dAMP)3、核苷酸的英文表示法、核苷酸的英文表示法 英文缩写英文缩写AMP, GMP, dAMP , dGMP 表示核苷酸的方法为：表示核苷酸的方法为：
13、在核苷左侧加在核苷左侧加p表示表示5 -磷磷酸酯；右侧加酸酯；右侧加p表示表示3 -磷酸酯，如磷酸酯，如pA：5 -腺苷酸，腺苷酸，Cp：3 -胞苷酸；胞苷酸；若为若为2 -磷酸酯则应注明，磷酸酯则应注明，如如2 -鸟苷酸表示为鸟苷酸表示为Gp2 。 核苷多磷酸：核苷酸进一步磷酸化可得核苷多磷酸：核苷酸进一步磷酸化可得核苷二磷核苷二磷酸、三磷酸酸、三磷酸。如。如ADP、ATP等。等。 环化核苷酸：环化核苷酸：cNMP，3 , 5 -环化核苷酸环化核苷酸 2pGATP (腺苷三磷酸）腺苷三磷酸） ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。它的结构如下：
14、苷酸衍生物。它的结构如下：O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP)环化核苷酸：核糖环化核苷酸：核糖3-, 5- 成环，如成环，如cAMP、cGMP，是细胞信号转导中的第二信使。，是细胞信号转导中的第二信使。NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMP核苷酸衍生物核苷酸衍生物核苷酸及其衍生物的生理功能核苷酸及其衍生物的生理功能 核苷酸是构成核苷酸是构成核酸的组成成分核酸的组成成分。 其衍生物是某些辅酶其衍生物是某些辅酶NAD+ 、NADP、 FAD CoASH的组成成分，参加细白胞内的的组成成分，参加细白胞内的氧化还原反氧化还原反应和酰
15、基转移反应应和酰基转移反应。 ATP、ADP是是转运能量和暂时贮存能量转运能量和暂时贮存能量的载体。的载体。 ATP、ADP、AMP在细胞中的能何水平对生物的在细胞中的能何水平对生物的代谢起着极重要的代谢起着极重要的调节作用调节作用。核苷酸及其衍生物的生理功能核苷酸及其衍生物的生理功能 核苷酸及衍生物参与细胞内一些重要的生物合成核苷酸及衍生物参与细胞内一些重要的生物合成反应，反应，CTP参与磷脂合成，参与磷脂合成，UTP参与糖的相互转参与糖的相互转化，化，GTP参与蛋白质和嘌呤合成。参与蛋白质和嘌呤合成。 ATP是高能分子，为主动运输提供能量。是高能分子，为主动运输提供能量。 cAMP和和cGMP 与与激素调节、基因表达、细胞生激素调节、基因表达、细胞生殖与分化殖与分化等方面有密切关系。等方面有密切关系。 多磷酸核苷酸对代谢也有重要的调节作用。多磷酸核苷酸对代谢也有重要的调节作用。 某些核苷酸在医疗中也有重要作用，某些核苷酸在医疗中也有重要作用， ATP用于心用于心力衰竭急救，力衰竭急救， cATP用于心肌死。用于心肌死。
