1、第五章第五章 核酸核酸(Nucleic Acid)核酸分子组成核酸分子组成 核核 酸酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基AGTCU核糖核糖脱氧脱氧核糖核糖OHOH2CHOHHHOHHHOHOH2CHOHHOHOHHH嘌呤嘧啶 5-磷酸核糖核苷DNA和RNA的基本化学组成化学组成化学组成DNARNA碱基碱基嘌呤碱嘌呤碱腺嘌呤腺嘌呤(A)腺嘌呤腺嘌呤(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)嘧啶碱嘧啶碱胞嘧啶胞嘧啶(C)胞嘧啶胞嘧啶(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)尿嘧啶尿嘧啶(U)戊糖戊糖D-2-脱氧核糖脱氧核糖 D-核酸核酸酸酸磷酸磷酸磷酸磷酸嘌呤嘌呤腺嘌呤A鸟嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T尿嘧
2、啶U核酸脱氧核糖核酸DNA核糖核酸RNA脱氧核糖核苷酸磷酸二酯键核糖核苷酸磷酸二酯键脱氧核糖碱基+磷酸+脱氧核糖核苷磷酸+核糖核苷核糖碱基+A腺嘌呤G鸟嘌呤C胞嘧啶T胸腺嘧啶A腺嘌呤G鸟嘌呤C胞嘧啶U脲嘧啶腺嘌呤脱氧核糖核苷酸dAMP鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸dGMP胞嘧啶脱氧核糖核苷酸dCMP胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸dTMP腺嘌呤核糖核苷酸AMP鸟嘌呤核糖核苷酸GMP胞嘧啶核糖核苷酸CMP脲嘧啶糖核苷酸UMP核苷酸的重要衍生物核苷酸的重要衍生物lATP和和GTPlcAMP和和cGMP腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸ATPlATP水解时水解时,释放出释放出大量自由能大量自由能lATP水解释放出
3、来的水解释放出来的能量能量,作为推动生物作为推动生物体内各种需能反应的体内各种需能反应的能量来源能量来源ATP是生物体内最重要的能量转换中间体是生物体内最重要的能量转换中间体光合磷酸化和氧化磷酸化是生物体将光能和化学能转变为光合磷酸化和氧化磷酸化是生物体将光能和化学能转变为生物能（生物能（ATP）最基本的反应形式）最基本的反应形式一种高能化合物一种高能化合物主要作为蛋白质合成中磷酰基供体主要作为蛋白质合成中磷酰基供体在细胞内，在细胞内，ATP和和GTP可以相互转换可以相互转换在生物体内，在生物体内，GTP可以通过可以通过GMP和和ATP作用来合成作用来合成2.cAMP和和cGMP环状核苷酸环状
4、核苷酸3,5-环鸟嘌呤核苷一磷酸环鸟嘌呤核苷一磷酸3,5-环腺嘌呤核苷一磷酸环腺嘌呤核苷一磷酸主要功能主要功能:作为细胞之间传递信息的信使作为细胞之间传递信息的信使CH2CH2RNA5-ATGCA-33,5-磷酸二酯键5-磷酸端(5-P)3-羟基端(3-OH)通过核苷酸的5-磷酸基与另一分子核苷酸的C3-OH形成磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。DNARNA多聚核苷酸的方向性多聚核苷酸的方向性53或或35l5.3.1 核酸的一级结构核酸的一级结构-碱基顺序碱基顺序l5.3.2 DNA的双螺旋结构及其生物学意义的双螺旋结构及其生物学意义l5.3.3 DNA的三螺旋结构的三螺旋结构l5.3.4 RN
5、A 的结构特点的结构特点5.3.1 5.3.1 核酸的一级结构核酸的一级结构-碱基顺序碱基顺序l碱基顺序：碱基顺序：多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按照特定的顺序组合而成的线形结构聚元按照特定的顺序组合而成的线形结构聚合物，因此，具有一定的核苷酸顺序，即合物，因此，具有一定的核苷酸顺序，即碱基顺序。碱基顺序。5-ATGCA-3DNA的碱基顺序是遗传信息存储的分子形式的碱基顺序是遗传信息存储的分子形式mRNA的碱基顺序，直接为蛋白质的氨基酸的碱基顺序，直接为蛋白质的氨基酸编码，决定蛋白质的氨基酸顺序。编码，决定蛋白质的氨基酸顺序。核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。
6、核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。1953年，年，Watson J和和Crick F根据根据DNA结晶的结晶的X衍射图谱和衍射图谱和分子模型，提出了分子模型，提出了DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型DNA分子由两条分子由两条DNA单链组成单链组成双螺旋结构是双螺旋结构是DNA二级结构的最二级结构的最基本形式基本形式1.DNA分子由两条分子由两条DNA单链组单链组成成,两条链沿同一根轴平行两条链沿同一根轴平行盘绕盘绕,形成形成右手双螺旋结构右手双螺旋结构.螺旋中的螺旋中的两条链方向相反两条链方向相反,其中一条链的方向为其中一条链的方向为53,另一条链的方向为另一条链的方向为35.2.嘌呤碱基和嘧啶
7、碱基嘌呤碱基和嘧啶碱基位于螺位于螺旋的旋的内测内测,磷酸和脱氧核糖磷酸和脱氧核糖基位于螺旋基位于螺旋外测外测.碱基环平碱基环平面与螺旋轴面与螺旋轴垂直垂直,糖基环平糖基环平面与碱基环平面成面与碱基环平面成90 角角.3.螺旋横截面的直径约螺旋横截面的直径约为为2nm,每条链相邻两每条链相邻两个碱基平面之间的距个碱基平面之间的距离为离为0.34nm,每每10个核个核苷酸形成苷酸形成1个螺旋个螺旋,螺螺距高度为距高度为3.4nm4.两条两条DNA链相互结合及形成双螺旋的力是链间链相互结合及形成双螺旋的力是链间碱基对形成的碱基对形成的氢键氢键.严格的配对规律严格的配对规律:A与与T结合结合,G与与C
8、结合结合 这种配对关系，叫做碱基互补这种配对关系，叫做碱基互补A与与T、G与与C之间有严格的配对关系，所以之间有严格的配对关系，所以DNA分子分子中嘌呤碱基与嘧啶碱基总数相等中嘌呤碱基与嘧啶碱基总数相等1.两条两条DNA链之间的氢键链之间的氢键2.由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响介质中水分子对碱基之间氢键的影响3.介质中阳离子（介质中阳离子（Na+、K+、Mg2+）中和了磷）中和了磷酸基团的负电荷酸基团的负电荷,降低了降低了DNA链之间的排斥力链之间的排斥力4.范德华力范德华力改变介质条件和温度，将影响双螺旋的稳定性改
9、变介质条件和温度，将影响双螺旋的稳定性维持维持DNADNA双螺旋的稳定性的因素：双螺旋的稳定性的因素：5.3.3 DNA 5.3.3 DNA的三螺旋结构的三螺旋结构1957年，年，Rich等用等用两条两条多聚尿嘧啶核苷酸链多聚尿嘧啶核苷酸链和和一条一条多聚腺嘌呤核苷酸链合成出一种三链结多聚腺嘌呤核苷酸链合成出一种三链结构的物质，并提出构的物质，并提出DNA三螺旋结构的概念。三螺旋结构的概念。DNA三螺旋结构的特点：三螺旋结构的特点：1.组成三螺旋的组成三螺旋的DNA单链，一般都是由单一的单链，一般都是由单一的嘌呤碱基或单一的嘧啶碱基所组成。嘌呤碱基或单一的嘧啶碱基所组成。2.DNA三螺旋的基本
10、结构有两种：三螺旋的基本结构有两种：（1）由两条多聚嘧啶碱基核苷酸链和一条多聚）由两条多聚嘧啶碱基核苷酸链和一条多聚嘌呤碱基核苷酸链组成，即嘌呤碱基核苷酸链组成，即嘧啶嘧啶-嘌呤嘌呤-嘧啶嘧啶三条链中碱基形成氢键的情况是：三条链中碱基形成氢键的情况是：T-A-T,C-G-C（2）由两条多聚嘌呤碱基核苷酸链和一条多聚）由两条多聚嘌呤碱基核苷酸链和一条多聚嘧啶碱基核苷酸链组成，嘌呤嘧啶碱基核苷酸链组成，嘌呤-嘧啶嘧啶-嘌呤嘌呤三条链中碱基形成氢键的情况是：三条链中碱基形成氢键的情况是：A-A-T,G-G-C中间的碱基必须是嘌呤碱基中间的碱基必须是嘌呤碱基3.每一条单链至少由每一条单链至少由8个核苷
11、酸组成。个核苷酸组成。5.3.4 RNA5.3.4 RNA的结构特点的结构特点1.RNA是单链分子，分子中嘌呤碱基总是单链分子，分子中嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基总数；数不一定等于嘧啶碱基总数；2.RNA分子中，部分区域也能形成双螺分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成双螺旋的部分，则旋结构，不能形成双螺旋的部分，则形成突环。形成突环。-发夹型结构发夹型结构3.RNA双螺旋结构中，碱基配对不象双螺旋结构中，碱基配对不象DNA那样严格。那样严格。G可以与可以与C或或U配对。配对。4.不同类型的不同类型的RNA二级结构有明显差异。二级结构有明显差异。RNA与与DNA结构上的差异结构上的差异
12、除了核苷酸的组成，更重要的是除了核苷酸的组成，更重要的是表现在二级结构上。表现在二级结构上。思考题思考题一、填空题一、填空题1无论是无论是DNA 还是还是RNA 都是由许许多多。都是由许许多多。组成，通过连接而成的组成，通过连接而成的2.是是RNA 中才有的含氮碱基中才有的含氮碱基3.是是DNA 中才有的含氮碱基中才有的含氮碱基4.核酸的结构单位是核酸的结构单位是5.DNA 中与胞嘧啶以中与胞嘧啶以1:1 的比例存在。的比例存在。6.DNA 能形成双螺旋的主要作用力是和能形成双螺旋的主要作用力是和7.双螺旋的每一转有对核苷酸，每转高度为双螺旋的每一转有对核苷酸，每转高度为二、选择题二、选择题1
13、.核酸的基本组成成份是：（核酸的基本组成成份是：（）A组蛋白、磷酸组蛋白、磷酸 B核糖、磷酸核糖、磷酸 C碱基、戊糖、磷碱基、戊糖、磷酸酸 D磷酸、核仁磷酸、核仁2.遗传信息的载体是；（遗传信息的载体是；（）AmRNA BtRNA CDNA DSnRNA3.关于单核苷酸，正确的叙述是：（关于单核苷酸，正确的叙述是：（）A单核苷酸是由核苷和磷酸组成单核苷酸是由核苷和磷酸组成 B单核苷酸是由碱单核苷酸是由碱基和戊糖组成基和戊糖组成C单核苷酸是组成核酸的基本单位单核苷酸是组成核酸的基本单位 D糖苷键连接核糖苷键连接核苷和磷酸苷和磷酸4.符合碱基配对规律的是：（符合碱基配对规律的是：（）A AT B
14、GC C AU D AG5.在在DNA 中，中，A 与与T 间存在有：（间存在有：（）A一个氢键一个氢键 C一个酯键一个酯键 C二个氢键二个氢键 D二个肽键二个肽键6.DNA 的空间结构有：（的空间结构有：（）A一条多核苷酸链一条多核苷酸链 B二条多核苷酸链二条多核苷酸链C多条多核苷酸链多条多核苷酸链 DA、B、C 中无正确答中无正确答7.核酸的一级结构主要连接键是：（核酸的一级结构主要连接键是：（）A肽键肽键 B氢键氢键 C二硫键二硫键 D磷酸二酯键磷酸二酯键8.DNA 双螺旋结构具有的特点是。（）双螺旋结构具有的特点是。（）A糖和磷酸骨架位于双螺旋内部糖和磷酸骨架位于双螺旋内部 B有两条反
15、向乎行的有两条反向乎行的多核苷酸链多核苷酸链C每三个核苷酸上升一周每三个核苷酸上升一周 D碱基间以共价键结合碱基间以共价键结合9.下列叙述错误的是：（下列叙述错误的是：（）ADNA 二级结构为双螺旋结构二级结构为双螺旋结构 BDNA 中有两条互补链中有两条互补链CRNA 中无碱基配对关系中无碱基配对关系 DRNA 中存有稀有碱基中存有稀有碱基10.DNA 与与RNA 的差别是：（的差别是：（）A核糖存在于核糖存在于RNA 中中 B脱氧核糖存在于脱氧核糖存在于DNA 中中CDNA 一般为双链，一般为双链，RNA 为单链为单链 DDNA 含尿嘧啶，含尿嘧啶，而而RNA 含胸腺嘧啶含胸腺嘧啶11.3
16、,5环化腺苷酸的缩写符号是：（环化腺苷酸的缩写符号是：（）A dADP BcGMP CcAMP DdGMP作业：作业：P197.1,3l含氮碱基的性质（碱性、亲电取代、亲核含氮碱基的性质（碱性、亲电取代、亲核加成、烷基化等）加成、烷基化等）l核酸的两性性质及等电点核酸的两性性质及等电点l核酸的水解核酸的水解l核酸的变性、复性、杂交核酸的变性、复性、杂交1.分子大小：分子大小：DNA Mr 1061010或更大或更大2.性状：性状：DNA为白色纤维状固体，而为白色纤维状固体，而RNA为白色粉末。为白色粉末。3.溶解度：溶解度：DNA和和RNA均不溶于一般的有机溶剂，均不溶于一般的有机溶剂，微溶于
17、水，但它们的钠盐在水中溶解度较大。微溶于水，但它们的钠盐在水中溶解度较大。RNA Mr 104106或更大或更大 4.紫外吸收：由于核酸中碱基的共轭双键，所以对紫紫外吸收：由于核酸中碱基的共轭双键，所以对紫外有强烈吸收，最大吸收峰在外有强烈吸收，最大吸收峰在260nm附近，利用这一附近，利用这一特性可进行核酸的定量测定。特性可进行核酸的定量测定。l含氮碱基具有芳香环的结构特点。含氮碱基具有芳香环的结构特点。l由于环上极性基团（如羰基、氨基等）的由于环上极性基团（如羰基、氨基等）的存在，碱基能发生酮式存在，碱基能发生酮式-烯醇式或氨基烯醇式或氨基-亚亚氨基式的互变异构。氨基式的互变异构。l碱基既
18、有芳香环的特性，也有氨、酮、烯碱基既有芳香环的特性，也有氨、酮、烯醇等的相应的化学性质。醇等的相应的化学性质。尿嘧啶尿嘧啶U腺嘌呤腺嘌呤A嘌呤碱基和嘧啶碱基都具有弱碱性。嘌呤碱基和嘧啶碱基都具有弱碱性。其碱性主要是环内氨基的贡献。其碱性主要是环内氨基的贡献。环外氨基的碱性很弱，在生理环外氨基的碱性很弱，在生理pH条件下不能被质子化。条件下不能被质子化。（1）腺）腺嘌呤嘌呤核苷的溴代核苷的溴代 (嘌呤环中的嘌呤环中的C8)含氮碱基中嘌呤环和嘧啶环具有芳香环的含氮碱基中嘌呤环和嘧啶环具有芳香环的结构特点，可以发生环上的亲电取代反应。结构特点，可以发生环上的亲电取代反应。（2 2）尿）尿嘧啶嘧啶核苷
19、的氯代核苷的氯代 (嘧啶环中的嘧啶环中的C5)C5)（1）水解反应）水解反应:含有羰基的含有羰基的GCTU(只有只有A无羰基无羰基),具有酰氨键的结构特点具有酰氨键的结构特点,在碱性条件下水解开环在碱性条件下水解开环.（2）与阱的反应）与阱的反应(只发生在嘧啶碱基只发生在嘧啶碱基,嘌呤碱基不发嘌呤碱基不发生此反应生此反应)该反应在核酸分析中有重要应用价值该反应在核酸分析中有重要应用价值 在一定条件下，碱基环上的氮原子可以发生烷基化反应。表5.25.5.环外氨基的反应环外氨基的反应l胞嘧啶核苷在亚硝酸作用下胞嘧啶核苷在亚硝酸作用下,形成重氮盐形成重氮盐,转变成转变成尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷腺嘌呤核苷
20、和鸟嘌呤核苷也发生类似反应腺嘌呤核苷和鸟嘌呤核苷也发生类似反应.这种变化将影这种变化将影响或改变碱基形成氢键的能力和方向响或改变碱基形成氢键的能力和方向,导致导致DNA复制错复制错误误,是引起基因突变的重要原因之一是引起基因突变的重要原因之一.6.6.光聚合反应光聚合反应l胸腺嘧啶碱基在紫外光照射下胸腺嘧啶碱基在紫外光照射下,可以发生二聚加成可以发生二聚加成反应反应,结果是破坏了正常复制和转录结果是破坏了正常复制和转录.l由于含氧碱基存在酮式和烯醇式互变异构由于含氧碱基存在酮式和烯醇式互变异构,烯醇烯醇式中的羟基可以被烷基化转变为稳定的烯醇醚式中的羟基可以被烷基化转变为稳定的烯醇醚.鸟嘌呤核苷烷基化形成鸟嘌呤核苷烷基化形成6-甲氧基鸟嘌呤核苷后甲氧基鸟嘌呤核苷后,不再与不再与C配对配对,而与而与T配对配对,这种情况引起这种情况引起DNA的的复制、转录及信息表达出现错误。复制、转录及信息表达出现错误。
