1、核酸主题医学知识第一节第一节 核酸概论核酸概论2核酸主题医学知识第一节第一节 核酸概论核酸概论n Miescher从小牛胸腺里提取了核酸从小牛胸腺里提取了核酸动物核酸动物核酸DNAn Altmann从酵母中也提出一种核酸从酵母中也提出一种核酸植物核酸植物核酸RNAn 细胞核里的核酸与小牛胸腺的核酸相似细胞核里的核酸与小牛胸腺的核酸相似,而细胞质里的核而细胞质里的核酸与植物核酸相似酸与植物核酸相似.n 经过一系列的研究经过一系列的研究,到核酸的化学组成到核酸的化学组成,由四种核苷酸组由四种核苷酸组成。两者的差别主要是核糖的不同，成。两者的差别主要是核糖的不同，DNA是脱氧核糖，是脱氧核糖，RNA
2、是核糖是核糖(Hammars,1894)。n细胞核里的核酸称为脱氧核糖核酸（细胞核里的核酸称为脱氧核糖核酸（DNA）n细胞质里的核酸称为核糖核酸（细胞质里的核酸称为核糖核酸（RNA）3核酸主题医学知识四核苷酸假说四核苷酸假说 Phoebus Levene(Russian-American,（1869-1940)核酸概论核酸概论贡献：核酸的化学结构及核酸中糖的鉴定贡献：核酸的化学结构及核酸中糖的鉴定4核酸主题医学知识5核酸主题医学知识6核酸主题医学知识Erwin Chargaff showed(1950s):不同来源的不同来源的DNA的碱基组的碱基组成不同成不同 同一生物的不同组织里的同一生物的
3、不同组织里的DNA碱基是相同的。碱基是相同的。DNA中嘌呤碱基等于嘧啶中嘌呤碱基等于嘧啶碱基。碱基。%A=%T and%G=%CEdwin Chagraff(1905-2002)核酸概论核酸概论7核酸主题医学知识 James Watson(American,1928-)Francis Crick(British,1916-2004)核酸概论核酸概论Maurice Wilkins(1916-)and Rosalind Franklin(1920-1958)8核酸主题医学知识1960年年1973年年u发现了逆转录酶发现了逆转录酶.u发现了基因工程的工发现了基因工程的工具酶具酶.u1972年由年由C
4、ohen实现实现了了DNA的体外重组的体外重组.1973年以后年以后u明确了基因的概念明确了基因的概念.u基因工程的兴起基因工程的兴起.u一级结构的顺序测定一级结构的顺序测定的发展的发展.u高级结构的测定高级结构的测定.u核酸的人工合成核酸的人工合成.9核酸主题医学知识（一）脱氧核糖核酸（一）脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid ,DNA)原核：裸露的原核：裸露的DNA分子集中于核区分子集中于核区真核：细胞核真核：细胞核DNA：与组蛋白、非组蛋白形成染色体：与组蛋白、非组蛋白形成染色体 细胞器细胞器DNA：双链环形，一般裸露：双链环形，一般裸露二、核酸的种类和分布二、核酸的
5、种类和分布核酸概论核酸概论10核酸主题医学知识1、核糖体、核糖体RNA（ribosomal RNA ,rRNA)2、转移、转移RNA（transfer RNA ,tRNA):保守性最强保守性最强3、信使、信使RNA（messenger RNA ,mRNA)核酸概论核酸概论（二）核糖核酸（二）核糖核酸（ribonucleic acid,RNA)11核酸主题医学知识 DNA DNA含量恒定，含量恒定，RNARNA含量含量与与细胞生长状态细胞生长状态有关。有关。1 1、rRNA(ribosome RNA)rRNA(ribosome RNA)，核糖体，核糖体RNARNA，细胞中最主要的，细胞中最主要的
6、RNARNA，占细胞中总占细胞中总RNA80%RNA80%左右。大肠杆菌左右。大肠杆菌rRNArRNA中有三种，分别是：中有三种，分别是：16SrRNA16SrRNA、23SrRNA23SrRNA、5SrRNA5SrRNA；真核细胞；真核细胞rRNArRNA中有四种，分别中有四种，分别是：是：28SrRNA28SrRNA、18SrRNA18SrRNA、5.8SrRNA5.8SrRNA、5SrRNA5SrRNA。核糖体是蛋白。核糖体是蛋白质合成的场所。质合成的场所。核酸概论核酸概论12核酸主题医学知识2 2、tRNA(transfer RNA)tRNA(transfer RNA)，转移，转移RN
7、ARNA，是细胞中最小的一种，是细胞中最小的一种RNARNA分子，占细胞总分子，占细胞总RNARNA的的15%15%左右。是结构研究最清楚的一类左右。是结构研究最清楚的一类RNARNA。在蛋白质的生物合成中，。在蛋白质的生物合成中，tRNAtRNA起起携带氨基酸携带氨基酸的作用。的作用。3 3、mRNA(messenger RNA)mRNA(messenger RNA)，信使，信使RNARNA，占细胞总，占细胞总RNARNA的的5%5%左左右，含量最少，代谢活跃。右，含量最少，代谢活跃。mRNAmRNA在蛋白质的生物合成中起在蛋白质的生物合成中起模模板作用板作用。它将。它将DNADNA的遗传信
8、息传递给蛋白质。的遗传信息传递给蛋白质。另外，在细胞质里还存在另外，在细胞质里还存在胞质小胞质小RNA(sc RNA)RNA(sc RNA).上述上述RNARNA存在于存在于细胞质细胞质，另外在，另外在细胞核细胞核里面还存在一些里面还存在一些RNARNA，如核不均一如核不均一RNARNA（hnRNAhnRNA）、核内小）、核内小RNARNA（snRNAsnRNA）、核仁小）、核仁小RNARNA、反义反义RNARNA（asRNAasRNA）等。）等。核酸概论核酸概论13核酸主题医学知识 20世纪世纪40年代年代DNA和和RNA都是细胞的重要组成物都是细胞的重要组成物质，前者可引起遗传性状的转化，
9、后者可能参与蛋白质质，前者可引起遗传性状的转化，后者可能参与蛋白质的生物合成。的生物合成。（一）（一）DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质遗传物质遗传物质细胞细胞细胞核细胞核染色体染色体DNA（非蛋白质）（非蛋白质）DNA片段片段基因基因核酸概论核酸概论三、核酸的生物功能三、核酸的生物功能14核酸主题医学知识15核酸主题医学知识（二）（二）RNA参与蛋白质的生物合成参与蛋白质的生物合成 显微紫外分光光法，组织化学法，化学分析方法测生显微紫外分光光法，组织化学法，化学分析方法测生长和分泌旺盛进行蛋白生物合成的细胞中长和分泌旺盛进行蛋白生物合成的细胞中RNA含量含量特别丰富。特别丰富。（三）（三
10、）RNA功能的多样性功能的多样性1、参与蛋白质的合成、参与蛋白质的合成 2、RNA的转录后加工与修饰的转录后加工与修饰3、参与基因表达的调控、参与基因表达的调控4、生物催化作用、生物催化作用5、遗传信息的加工与进化、遗传信息的加工与进化核酸概论核酸概论三、核酸的生物功能三、核酸的生物功能16核酸主题医学知识Nature Biotechnology反义基因反义基因番茄导入反义基因番茄导入反义基因可防止软化可防止软化抑制果肉软化的酶：抑制果肉软化的酶：果胶酶果胶酶pectinase17核酸主题医学知识香蕉殖入香蕉殖入病原菌抗原病原菌抗原作成口服疫苗作成口服疫苗Nature Biotechnolog
11、yDavid Ow萤火虫发光基因导入烟草萤火虫发光基因导入烟草转基因植物转基因植物抗虫基因转移抗虫基因转移18核酸主题医学知识 “多莉多莉”羊羊的诞生，是的诞生，是动物能够人动物能够人工进行无性工进行无性繁殖的标志。繁殖的标志。核酸概论核酸概论19核酸主题医学知识开发制造奇特而又贵重的新型药品开发制造奇特而又贵重的新型药品A、利用转基因细菌大量生产贵重药物、利用转基因细菌大量生产贵重药物 1977年，美国首先采用大肠杆菌生产了人类第一个基因年，美国首先采用大肠杆菌生产了人类第一个基因工程药物工程药物-人生长激素释放抑制激素。人生长激素释放抑制激素。传统方法：传统方法：50万头羊下丘脑万头羊下丘
12、脑 5mg 现代方法：现代方法：9升细菌发酵液升细菌发酵液 5mgB、利用转基因动物大量生产贵重药物、利用转基因动物大量生产贵重药物 利用转基因牛、羊、猪等生产一些细菌无法生产有活性利用转基因牛、羊、猪等生产一些细菌无法生产有活性的药品，如人体球蛋白、人凝血因子等。的药品，如人体球蛋白、人凝血因子等。目前，全世界已有目前，全世界已有20多种基因工程药物面市。另外还有多种基因工程药物面市。另外还有约约400多种生物制剂正在进行临床试验，多种生物制剂正在进行临床试验，2000多种处于前多种处于前期的实验室研究阶段。期的实验室研究阶段。提高生命质量，延长人类寿命提高生命质量，延长人类寿命20核酸主题
13、医学知识第二节第二节 核酸的结构单元核酸的结构单元核苷酸核苷酸核核 酸（酸（nucleic acid)核苷酸核苷酸(nucleotide)磷酸磷酸(phosphoric acid)核苷核苷(nucleoside)戊糖戊糖(pentose)碱 基碱 基(base)一、核酸的化学组成一、核酸的化学组成21核酸主题医学知识两类核酸的基本化学组成两类核酸的基本化学组成P479 表13-1第二节第二节 核酸的结构单元核酸的结构单元核苷酸核苷酸22核酸主题医学知识BaseSugarAcid核核苷苷酸酸的基本构造的基本构造MonophosphateDiphosphateTriphosphateAdenine
14、GuanineThymineCytosineUracilNucleoside (Adenosine)Nucleotide (Adenosine monophosphate,AMP)PurinePyrimidine核苷核苷酸磷 酸五碳糖 Ribose,Deoxyribose碱 基12345Juang RH(2004)BCbasics23核酸主题医学知识 核苷酸中的碱基均为核苷酸中的碱基均为含氮杂环含氮杂环化合物化合物，它们分别属于嘌呤衍生，它们分别属于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。核苷酸中的嘌物和嘧啶衍生物。核苷酸中的嘌呤碱呤碱(purine)主要是主要是鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)和和腺嘌呤腺
15、嘌呤(adenine,A)，嘧啶碱，嘧啶碱(pyrimidine)主要是主要是胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)和和胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)。核核 苷苷 酸酸P479 结构式NNNNH嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶NN（一）碱基（一）碱基二、核酸组成部分的化学结构二、核酸组成部分的化学结构24核酸主题医学知识核核 苷苷 酸酸（一）碱基（一）碱基 嘌呤和嘧啶环中含有嘌呤和嘧啶环中含有共轭双键共轭双键，对，对260nm左右波长的左右波长的紫外光有较强的吸收。碱基的这一特性常被用来对碱紫外光有较强的吸收。碱基的这一特性常被用来对碱基、核苷、核苷酸和核酸进行定性和定
16、量分析基、核苷、核苷酸和核酸进行定性和定量分析.嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶25核酸主题医学知识嘧啶嘧啶NN核核 苷苷 酸酸1、嘧啶、嘧啶NHNONH2胞嘧啶胞嘧啶CNHNHOO尿嘧啶尿嘧啶UNHNHOOCH3胸腺嘧啶胸腺嘧啶TNHNONH2CH35-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶NHNONH2CH2OH5-羟甲基胞嘧啶羟甲基胞嘧啶26核酸主题医学知识NNNNHNH2NHNNNHOH2NNNNNH核核 苷苷 酸酸2、嘌呤、嘌呤 嘌呤嘌呤腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤六元环是实际上是嘧呤环，五元环部分是咪唑环。六元环是实际上是嘧呤环，五元环部分是咪唑环。嘌呤的定位与嘧啶不同，嘧啶从底边开始定，而嘌嘌呤的定位与嘧啶不同，嘧啶
17、从底边开始定，而嘌呤从侧面开始定位。呤从侧面开始定位。27核酸主题医学知识核核 苷苷 酸酸3、稀有碱基（修饰碱基）、稀有碱基（修饰碱基）修饰主要是甲基化，修饰主要是甲基化，RNA中以中以tRNA含修饰碱基最多。含修饰碱基最多。NHNHOOHH二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶NNNNHNHCH36-甲甲-氨基腺嘌呤氨基腺嘌呤28核酸主题医学知识核核 苷苷 酸酸4、碱基互变异构、碱基互变异构 核酸中五种碱基中的核酸中五种碱基中的酮基酮基和和氨基氨基，均位于碱基环，均位于碱基环中氮原子的邻位，可以发生中氮原子的邻位，可以发生酮式酮式-烯醇式烯醇式或或氨基氨基-亚氨亚氨基基之间的结构互变。这种之间的结构互变。这种
18、互变异构互变异构在基因的突变和生在基因的突变和生物的进化中具有重要作用。物的进化中具有重要作用。29核酸主题医学知识核核 苷苷 酸酸（二）戊糖（二）戊糖核酸中的戊糖是核酸中的戊糖是D型的，有型的，有核糖核糖(ribose)和和脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)两种，分别存在于核糖核苷酸和脱氧核糖两种，分别存在于核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸中。为了与碱基标号相区别，通常将戊糖的核苷酸中。为了与碱基标号相区别，通常将戊糖的C原原子编号都加上撇子编号都加上撇“”，而碱基中原子的标号不加撇，而碱基中原子的标号不加撇，以示区别。以示区别。OHOHHHHCH2OHHOHOOHOHHHHCH2OHHO
19、H无氧无氧1核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖30核酸主题医学知识三、核苷三、核苷(nucleoside)戊糖与嘧啶或嘌呤碱以戊糖与嘧啶或嘌呤碱以C-N糖苷键糖苷键连接就称为连接就称为核苷核苷，通，通常是戊糖的常是戊糖的C1与嘌呤碱的与嘌呤碱的N9或嘧啶碱的或嘧啶碱的N1相连接。相连接。OHOHHHHCH2OHHOHOOHOHHHHCH2OHHOHNNNNHNH2OOHOHHHHCH2OHHNNNNNH291NHNONH2OHOHHHHCH2OHHNNONH211腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷胞嘧啶脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷b b型糖型糖苷键苷键,碱碱基与糖基与糖环平面环平面互相垂互相垂直，反直，反式存在。式存在。核
20、核 苷苷 酸酸31核酸主题医学知识1、常见核苷、常见核苷各种常见核苷各种常见核苷碱基碱基 核糖核苷核糖核苷 脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷嘌呤嘌呤腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷鸟嘌呤核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤脱氧核苷腺嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷-胞嘧啶脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷-胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷核核 苷苷 酸酸32核酸主题医学知识2、稀有核苷、稀有核苷次黄次黄(嘌呤核嘌呤核)苷苷假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷7-甲基鸟苷甲基鸟苷4-硫代尿苷硫代尿苷 u 稀有碱基稀有碱基+正正常的糖常的糖u 正
21、常碱基正常碱基+修修饰糖或其它糖饰糖或其它糖u 正常碱基正常碱基+正正常糖，但是非常糖，但是非正常的糖苷糖正常的糖苷糖u 假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷（）P481核核 苷苷 酸酸33核酸主题医学知识核苷中戊糖核苷中戊糖C2、C3、C5羟基被磷酸酯化羟基被磷酸酯化,就形成核苷酸。就形成核苷酸。核苷酸分成核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸核苷酸分成核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸P481结构式：结构式：5-AMP (5腺嘌呤核苷酸）腺嘌呤核苷酸）3-dCMP（3胞嘧啶脱氧核苷酸）胞嘧啶脱氧核苷酸）四、核苷酸四、核苷酸 p4815-AMP2-AMP3-AMP腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷-n-磷酸酯磷酸酯核核 苷苷 酸酸35核
22、酸主题医学知识碱 基五碳糖磷 酸核 苷 酸全称：腺嘌呤核苷（一磷）酸简称：碱基的简称+苷+酸 如：腺 苷 酸核核 苷苷 酸酸36核酸主题医学知识核核 苷苷 酸酸37核酸主题医学知识u 由于自然界中的核苷酸主要是由于自然界中的核苷酸主要是5-核苷酸，所以如果不核苷酸，所以如果不是特指，以上的表示都是是特指，以上的表示都是5位核苷酸，都是指一磷酸。位核苷酸，都是指一磷酸。u 如果是一个脱氧核糖的核苷酸，则它的名称（无论是全如果是一个脱氧核糖的核苷酸，则它的名称（无论是全称还是简称）都是在核糖核苷酸的前面加上脱氧二字。称还是简称）都是在核糖核苷酸的前面加上脱氧二字。u 如脱氧腺嘌呤核苷酸，脱氧腺苷酸
23、。如脱氧腺嘌呤核苷酸，脱氧腺苷酸。符号简称：符号简称：腺嘌呤核苷一磷酸腺嘌呤核苷一磷酸 AMP pA A脱氧腺嘌呤核苷一磷酸脱氧腺嘌呤核苷一磷酸 dAMPdpA dA核苷酸通式：核苷酸通式：5-NMP 5-dNMP如不特指如不特指5-可以省略。可以省略。核核 苷苷 酸酸38核酸主题医学知识RNA：AMP、GMP、UMP、CMP1、构成构成DNA、RNA的核苷酸的核苷酸 P481表表13-4DNA：dAMP、dGMP、dTMP、dCMP核核 苷苷 酸酸39核酸主题医学知识2、细胞内的游离核苷酸及其衍生物细胞内的游离核苷酸及其衍生物NMPNDPNTPdNTPddNTP核核 苷苷 酸酸核苷核苷5-多
24、多磷酸化合物。磷酸化合物。(脱氧脱氧)核苷二磷核苷二磷酸、酸、(脱氧脱氧)核苷核苷三磷酸三磷酸,在能量代在能量代谢和物质代谢及谢和物质代谢及调控中起重要作调控中起重要作用。用。双脱氧核苷双脱氧核苷酸的结构酸的结构 在在DNA的序列测定中使的序列测定中使用用.40核酸主题医学知识环化核苷酸环化核苷酸 3,5-cAMP，3,5-cGMP 信号分子，信号分子，cAMP调节细胞的糖代谢、脂代谢。调节细胞的糖代谢、脂代谢。2、细胞内的游离核苷酸及其衍生物细胞内的游离核苷酸及其衍生物3,5-cAMP3,5-cGMP核核 苷苷 酸酸41核酸主题医学知识其它多磷酸核苷酸其它多磷酸核苷酸核苷核苷5多磷酸多磷酸3
25、多磷酸化合物多磷酸化合物uppGpp pppGpp ppAppu多磷酸化合物中多磷酸化合物中5，3通常通常省略。省略。ppNpp,在碱基在碱基N的左侧的左侧为为5，在，在N右侧的为右侧的为3.2、细胞内的游离核苷酸及其衍生物细胞内的游离核苷酸及其衍生物核核 苷苷 酸酸42核酸主题医学知识辅酶核苷酸辅酶核苷酸核苷酸衍生物核苷酸衍生物 CoA、NAD+、NADP+、FAD等辅助因子。等辅助因子。GDP-半乳糖、半乳糖、GDP-葡萄糖等是糖蛋白生物合成的活葡萄糖等是糖蛋白生物合成的活性糖基供体。性糖基供体。2、细胞内的游离核苷酸及其衍生物细胞内的游离核苷酸及其衍生物核核 苷苷 酸酸43核酸主题医学知
26、识核核 苷苷 酸酸44核酸主题医学知识3、核苷酸的性质、核苷酸的性质一般的性状一般的性状 核苷酸为无色粉末或结晶状核苷酸为无色粉末或结晶状,易溶于水易溶于水,不溶于有机溶不溶于有机溶剂剂,有较高的熔点有较高的熔点,酸性较强酸性较强.由于其分子的不对称性和由于其分子的不对称性和带有带有C*的糖环故有旋光性的糖环故有旋光性.核苷酸的紫外吸收核苷酸的紫外吸收由于核苷酸中的由于核苷酸中的碱基碱基具有与具有与苯环类似的共轭双键苯环类似的共轭双键,所以所以它有强烈的它有强烈的吸收紫外光吸收紫外光的能力，碱基、核苷和核苷酸的能力，碱基、核苷和核苷酸的紫外吸收峰的吸收区间在的紫外吸收峰的吸收区间在240290
27、nm，各种核苷，各种核苷酸的最大吸收峰不同酸的最大吸收峰不同,但一般在但一般在260nm左右左右有较大的紫有较大的紫外吸收外吸收,故常用故常用260nm作为核酸特征吸收峰值作为核酸特征吸收峰值,利用这利用这一点可作一点可作核酸的定量测定核酸的定量测定.核核 苷苷 酸酸45核酸主题医学知识3、核苷酸的性质、核苷酸的性质核苷酸的定量测定核苷酸的定量测定核核 苷苷 酸酸46核酸主题医学知识3、核苷酸的性质、核苷酸的性质 利用紫外吸收对核苷酸的定量测定利用紫外吸收对核苷酸的定量测定 核苷酸的紫外吸收在核苷酸的紫外吸收在260nm时符合时符合Lembert-Beer定律即定律即:A260=.c.l A:
28、光密度光密度;:摩尔消光系数摩尔消光系数;c:吸光物质的摩尔浓度吸光物质的摩尔浓度;l:光程光程.例题：称取例题：称取AMP样品样品534毫克定容至毫克定容至100毫升，毫升，PH=2.0.测定测定 A260=1.9810-4 已知：已知：MWAMP=347.2 260=1.510-2 求：样品中求：样品中AMP的百分含量。的百分含量。核核 苷苷 酸酸47核酸主题医学知识3、核苷酸的性质、核苷酸的性质核苷酸的解离核苷酸的解离 p505-506 某些碱基，核苷及核苷酸的某些碱基，核苷及核苷酸的PK值值 碱基名称碱基名称碱基的碱基的pK值值核苷的核苷的pK值值5核苷酸的核苷酸的pK值值 腺嘌呤腺嘌呤 4.15,9.83.5,12.5*3.8,0.9,6.2 鸟嘌呤鸟嘌呤3.2,9.6,12.41.6,9.2,12.4*2.4,9.4,0.70,6.1 胞嘧啶胞嘧啶 4.6,12.24.15,12.5,12.3*4.5,0.80,6.3 尿嘧啶尿嘧啶9.59.2,12.5*9.5,1.0,6.4 胸腺嘧啶胸腺嘧啶9.99.8,13*10.0,1.6,6.5*：戊糖羟基的：戊糖羟基的PK值。值。核核 苷苷 酸酸48核酸主题医学知识
