1、 生生 物物 化化 学学 Biochemistry福建农林大学生命科学学院 牟 少 亮v 使用教材：使用教材：v基础生物化学基础生物化学郭蔼光郭蔼光 高等教育出版社高等教育出版社 v 参考书目：参考书目：v 生物化学生物化学沈同沈同，王镜岩主编王镜岩主编 ，高教出版，高教出版 社社v 生物化学生物化学 张曼夫主编，中国农业大学出张曼夫主编，中国农业大学出 版社版社理解理解记忆记忆融会贯通；融会贯通；预习，记好笔记，复习，总结归纳；预习，记好笔记，复习，总结归纳；重视实验技术；重视实验技术；师生配合（课堂提问）师生配合（课堂提问）我的电子邮件地址：我的电子邮件地址： 联系地点：生科楼联系地点：生
2、科楼411室室 电话：电话：13225997025 生命的基本特征生命的基本特征:1.具有复杂有序的结构；具有复杂有序的结构；2.对环境反应的能力；对环境反应的能力；3.不断进行新陈代谢；不断进行新陈代谢；4.能自我复制，繁殖后代能自我复制，繁殖后代 是关于生命的化学；或者说是关于生命的是关于生命的化学；或者说是关于生命的化学本质的科学；它是利用化学的理论和方化学本质的科学；它是利用化学的理论和方法研究生物的一门学科。法研究生物的一门学科。物质在生物体内发生的化学变化，以及这物质在生物体内发生的化学变化，以及这些物质的结构和变化与生物的生理机能之间些物质的结构和变化与生物的生理机能之间的关系的
3、科学。的关系的科学。一、生物化学的内容一、生物化学的内容爱情药水爱情药水苯乙胺、多巴胺、苯乙胺、多巴胺、催产素、慈母素催产素、慈母素化学化学生理学生理学生物化学分子生物学分子生物学（以蛋白质、核酸等（以蛋白质、核酸等生物大分子为主要研生物大分子为主要研究对象的生物化学）究对象的生物化学）蛋白质工程酶工程基因工程生物化学物质组成生物化学物质组成1.1.蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸2.2.核酸核酸嘌呤、嘧啶、核糖嘌呤、嘧啶、核糖3.3.糖糖单糖单糖4.4.脂类脂类脂肪酸、甘油、胆碱脂肪酸、甘油、胆碱5.5.酶酶6.6.维生素维生素7.7.激素激素细胞内的化学变化规律细胞内的化学变化规律（新陈代谢新陈代
4、谢）糖代谢糖代谢 能量代谢能量代谢 脂类代谢脂类代谢 蛋白质代谢蛋白质代谢 核酸的代谢核酸的代谢 核酸的合成核酸的合成 蛋白质的合成蛋白质的合成 物质代谢总论物质代谢总论生存过程生存过程遗传过程遗传过程揭示生理、病理、药理、生物产品调控机理等等揭示生命繁衍的分子本质二二、生物化学的形成及其发展生物化学的形成及其发展 1、生物化学形成、生物化学形成有机化学有机化学（对自然界存在的有机成分进行研究）对自然界存在的有机成分进行研究）生理学生理学（主要是对生理过程的物质变化进行研究）主要是对生理过程的物质变化进行研究）医学医学（主要是对血液、尿和组织的化学成分进行分主要是对血液、尿和组织的化学成分进行
5、分 析，以便诊断疾病）析，以便诊断疾病）等学科的基础上形成的一门边缘学科。等学科的基础上形成的一门边缘学科。公元前公元前22世纪开始谷物酿酒世纪开始谷物酿酒 ；公元前公元前12世纪掌握制酱、制饴世纪掌握制酱、制饴 ；豆腐的制作豆腐的制作齐民要术齐民要术；公元公元7世纪，世纪，孙思邈就用车前子、杏仁等中草孙思邈就用车前子、杏仁等中草药治疗脚气病，用猪肝治疗夜盲症等药治疗脚气病，用猪肝治疗夜盲症等 ；本草纲目本草纲目（李时珍）（李时珍）1877年，德国医生霍佩年，德国医生霍佩赛勒将生理化学赛勒将生理化学（生物化学）建成一门独立的科学。（生物化学）建成一门独立的科学。1877年，他首次提出年，他首次
6、提出“Biochemie”这这个名词，译为英语名词为个名词，译为英语名词为“Biochemistry”或或“Biological Chemistry”。2 2、生物化学的发展：、生物化学的发展：（1 1）静态生物化学：）静态生物化学：1919世纪末世纪末2020世纪世纪3030年年代，用有机化学的方法研究生物体的化学组成，代，用有机化学的方法研究生物体的化学组成，阐明这些成分的理化性质；阐明这些成分的理化性质；a)E.Fischera)E.Fischer测定很多糖和氨基酸的结构，测定很多糖和氨基酸的结构，提出蛋白质由肽键连接；提出蛋白质由肽键连接；b)b)食物分析和营养研究发现维生素和激素食物
7、分析和营养研究发现维生素和激素J.B SummerJ.B Summer于于19261926年首次从刀豆中分离并年首次从刀豆中分离并制成脲酶结晶，证明它是蛋白质；制成脲酶结晶，证明它是蛋白质；19461946年年获得诺贝尔化学奖获得诺贝尔化学奖（2 2）动态生物化学：）动态生物化学：1930-19501930-1950年主要特点是研究生年主要特点是研究生物体内物质的变化，即代谢途径，物体内物质的变化，即代谢途径，EMPEMP途径、途径、TCATCA循环等。循环等。G.Embden&Meyerhof：德国生物化学家，在糖代谢、：德国生物化学家，在糖代谢、脂代谢及肝脏合成氨基酸方面做出了巨大贡献，与
8、他人脂代谢及肝脏合成氨基酸方面做出了巨大贡献，与他人一起证明了糖酵解途径。一起证明了糖酵解途径。Krebs：英国人，发现了尿素循环和三羧酸循环。：英国人，发现了尿素循环和三羧酸循环。并并解释了机体内所需能量的产生过程和糖、脂肪、蛋白解释了机体内所需能量的产生过程和糖、脂肪、蛋白质的相互联系及相互转变机理。于质的相互联系及相互转变机理。于19531953年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。李普曼李普曼(18991986)德裔美国物生化学家。德裔美国物生化学家。1945年发现并分离出辅酶年发现并分离出辅酶A，证明其对生理代，证明其对生理代谢的重要性，首开重要领域，于谢的重要性，首开重要领域，于1953年获
9、诺年获诺贝尔奖。辅酶贝尔奖。辅酶A可用于治疗某些创了代谢反应可用于治疗某些创了代谢反应研究的一个由于代谢失调引起的疾病。研究的一个由于代谢失调引起的疾病。（3 3）机能生物化学：）机能生物化学：2020世纪世纪5050年代初至年代初至8080年代，生物化年代，生物化学研究结合了生理机能，研究生物大分子的结构和功能学研究结合了生理机能，研究生物大分子的结构和功能Watson,Crick首次描绘了首次描绘了DNADNA双螺旋三维结构模型。双螺旋三维结构模型。19621962年年,获诺贝尔化学奖获诺贝尔化学奖.这一模型的建立，揭开了生物遗传信息这一模型的建立，揭开了生物遗传信息传递的秘密，从遗传物质
10、结构变化的角度解释了遗传性传递的秘密，从遗传物质结构变化的角度解释了遗传性 状突变的原因，并标志着遗传学完成了由状突变的原因，并标志着遗传学完成了由“经典经典”向向“分分子子”时代的过渡时代的过渡l英国物理学家英国物理学家Perutz用用X-射线衍射技术，解射线衍射技术，解析了血红蛋白的三维空间结构；析了血红蛋白的三维空间结构；lKendrew测定了肌红蛋白的结构。测定了肌红蛋白的结构。l英国化学家英国化学家Sanger利用利用10年时间完成牛胰岛年时间完成牛胰岛素的结构测定。素的结构测定。19581958年，获年，获NobelNobel化学奖化学奖；美国化学家美国化学家Pauling确认氢键
11、在蛋白质结构中和确认氢键在蛋白质结构中和大分子相互作用中的重要性；还研究了镰刀型红大分子相互作用中的重要性；还研究了镰刀型红细胞贫血病，提出分子病的名称。细胞贫血病，提出分子病的名称。1954年获得诺年获得诺贝尔化学奖贝尔化学奖 19611961年年19651965年美国国立卫生研究所的年美国国立卫生研究所的 Marshall Marshall W NirenberyW Nirenbery破译全部遗传密码；破译全部遗传密码；19681968年获得诺贝年获得诺贝尔生理及医学奖尔生理及医学奖1965年年9月月17日，人工合成胰岛素在中国首次日，人工合成胰岛素在中国首次发现。这也是世界上第一个蛋白质
12、的全合成。发现。这也是世界上第一个蛋白质的全合成。这是我国科技人员在奋力攀登世界科学高峰，这是我国科技人员在奋力攀登世界科学高峰，为祖国在基础研究方面争得的一项世界冠军。为祖国在基础研究方面争得的一项世界冠军。这一成果促进了生命科学的发展，开辟了人这一成果促进了生命科学的发展，开辟了人工合成蛋白质的时代。工合成蛋白质的时代。1978年年F.Sanger提出了末端终止法测定核苷酸顺序提出了末端终止法测定核苷酸顺序,1980年再次获得诺贝尔化学奖年再次获得诺贝尔化学奖 1982年年T.R.Cech等在四膜虫中发现了具有催化活性的等在四膜虫中发现了具有催化活性的RNARibozyem,1989年获得
13、诺贝尔化学奖年获得诺贝尔化学奖（4 4）分子生物学时代：分子生物学时代：1997年英国年英国I.Wilmut等运用羊的体细胞等运用羊的体细胞（乳腺细胞）克隆出了羊（乳腺细胞）克隆出了羊克隆羊多莉。克隆羊多莉。人类基因组计划的实施。人类基因组计划的实施。由美、英、日、德、法、中六国参与的国际人类基因由美、英、日、德、法、中六国参与的国际人类基因组计划是人类文明史上最伟大的科学创举之一。其核组计划是人类文明史上最伟大的科学创举之一。其核心内容是测定人基因组的全部心内容是测定人基因组的全部DNA序列，从而获得人序列，从而获得人类全面认识自我最重要的生物学信息。于类全面认识自我最重要的生物学信息。于1
14、999年年9月月1日中国正式加入该计划，承担了日中国正式加入该计划，承担了1%人类基因组人类基因组(约三约三千万个碱基千万个碱基)的测序任务。的测序任务。2003年年4月月14日，中、美、日，中、美、日、德、法、英等日、德、法、英等6国科学家宣布人类基因组序列图国科学家宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现。已绘制成功，人类基因组计划的所有目标全部实现。已完成的序列图覆盖人类基因组所含基因区域的完成的序列图覆盖人类基因组所含基因区域的99，精确率达到精确率达到99.99，这一进度比原计划提前两年多。，这一进度比原计划提前两年多。3、近代生物化学的发展趋势、近代生物化学的
15、发展趋势 蛋白质领域：蛋白质领域：1 1）确定蛋白质的三维结构与功能）确定蛋白质的三维结构与功能 2 2）肽链的折叠）肽链的折叠 3 3）生物活性肽的研究）生物活性肽的研究 4 4）蛋白质与核酸的相互作用）蛋白质与核酸的相互作用 5 5）肽工程与蛋白质工程）肽工程与蛋白质工程 6 6）蛋白质组学研究）蛋白质组学研究酶学领域酶学领域 1）酶的结构和功能研究依旧受）酶的结构和功能研究依旧受到关注到关注2 2）固相化酶和生物传感器）固相化酶和生物传感器核酸领域核酸领域 1 1）RNARNA的研究又趋活跃，新的发现层出不的研究又趋活跃，新的发现层出不穷穷2 2）研究的主要材料已从）研究的主要材料已从8
16、080年代前的原核生年代前的原核生物转向真核生物。物转向真核生物。3 3）核酸与核酸、核酸与其他生物大分子的）核酸与核酸、核酸与其他生物大分子的相互作用越来越引起人们的重视。相互作用越来越引起人们的重视。4 4）核酸测序的突破使得越来越多物种的基）核酸测序的突破使得越来越多物种的基因组得以测序因组得以测序 糖复合物与生物膜糖复合物与生物膜激素、生长因子及癌基因的研究也激素、生长因子及癌基因的研究也得到发展。得到发展。生物化学的最终目的是控制生命过程为人类的生物化学的最终目的是控制生命过程为人类的健康与工农业生产服务。健康与工农业生产服务。A.战胜生理疾病战胜生理疾病 疾病的诊断与病理分析、新药
17、物的开发设计、疾病的诊断与病理分析、新药物的开发设计、各类保健品开发、基因疗法、器官克隆等各类保健品开发、基因疗法、器官克隆等B.农业丰产农业丰产 转基因技术进行育种、生物病虫害防治、利用转基因技术进行育种、生物病虫害防治、利用代谢调控技术保证产品储存等、高级动植物品代谢调控技术保证产品储存等、高级动植物品种的克隆技术种的克隆技术四、生物化学应四、生物化学应用用C.生物工程技术与产品生物工程技术与产品 生物化学中酶、代谢调控等手段被广泛用于食品加工、生物化学中酶、代谢调控等手段被广泛用于食品加工、酿造、新材料、新能源的开发与研制等工业领域，同酿造、新材料、新能源的开发与研制等工业领域，同时应用
18、生化技术进行工业污染的治理也以其成本低、时应用生化技术进行工业污染的治理也以其成本低、效率高、无毒害等优势越来越得到大家的重视。效率高、无毒害等优势越来越得到大家的重视。D.其他其他如如DNA指纹技术指纹技术控制生命过程为人类的健康与工农业生产服务。控制生命过程为人类的健康与工农业生产服务。(用之不用之不慎后患无穷慎后患无穷)第一章第一章 核核 酸酸(Nucleic Acid)Nucleic Acid)早在早在18691869年，瑞士化学年，瑞士化学家米歇尔家米歇尔(F.Miescher,F.Miescher,1844-1895)1844-1895)从外科绷带从外科绷带上脓细胞的细胞核中分上脓
19、细胞的细胞核中分离出一种有机物，称为离出一种有机物，称为核素核素(nuclein)nuclein),由于具由于具有很强的酸性有很强的酸性，后来改，后来改称为核酸。称为核酸。一、研究历史一、研究历史肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验19281928年英国生理学家格里菲斯年英国生理学家格里菲斯(F.Griffith)F.Griffith)，发现肺炎双球菌有两种类型：一种是发现肺炎双球菌有两种类型：一种是S S型双型双球菌，外包有荚膜，球菌，外包有荚膜，菌落表面光滑菌落表面光滑,具有强具有强烈毒性；另一种是烈毒性；另一种是R R型双球菌型双球菌,外无荚膜外无荚膜,菌菌落表面粗糙落表面粗糙,没有毒性
20、。没有毒性。19501950年奥地利生化学家年奥地利生化学家查伽夫（查伽夫（E.ChargaffE.Chargaff，19051905）应用纸层析及应用纸层析及分光光度计大量测定各分光光度计大量测定各种生物的种生物的DNADNA碱基组成碱基组成后发现后发现:不同生物的不同生物的DNADNA碱基组成不同，但总有碱基组成不同，但总有A=TA=T，G=CG=C，即即ChargaffChargaff规则规则。1930DNADNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型19531953年，詹姆斯年，詹姆斯沃森沃森(James WatsonJames Watson，1928-)1928-)和弗朗西斯和弗朗西斯克里克克
21、里克(Francis Crick,1916-)Francis Crick,1916-)提提出了著名的出了著名的DNADNA双螺旋结构模型，这是双螺旋结构模型，这是2020世纪世纪自然科学中的重大突破之一。自然科学中的重大突破之一。Watson Crick Wilkins Franklin DNADNA重组技术重组技术 2020世纪世纪7070年代初年代初出现的出现的DNADNA重组重组技术技术又称为基因又称为基因或分子克隆技术，或分子克隆技术，是生命科学发展是生命科学发展中的又一重大突中的又一重大突破破,重组重组DNADNA技术技术是基因工程的核是基因工程的核心技术。心技术。二、核酸的类别与分
22、布核酸的类别与分布核酸分为两大类：脱氧核糖核酸核酸分为两大类：脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic AcidDeoxyribonucleic Acid，DNADNA)和核和核糖核酸糖核酸(Ribonucleic Acid,Ribonucleic Acid,RNARNA)。RNARNA根据它的功能根据它的功能,可以分为可以分为信使信使RNA(messenger RNARNA(messenger RNA，mRNA)mRNA)、转运转运RNA(transfer RNA,tRNA)RNA(transfer RNA,tRNA)和和核糖体核糖体RNA(ribosome RNARNA(riboso
23、me RNA，rRNA)rRNA)三种。三种。真核生物的真核生物的DNADNA与组蛋白构成与组蛋白构成染色体，主要存在于染色体，主要存在于细胞核细胞核中，中，是遗传信息的载体。另外，线是遗传信息的载体。另外，线粒体、叶绿体中也有。粒体、叶绿体中也有。原核生物的原核生物的DNADNA不与蛋白质形不与蛋白质形成染色体，存在于成染色体，存在于“类核类核”的的结构区。结构区。RNARNA主要存在于主要存在于细胞质细胞质中。中。对于病毒来说，要么只含对于病毒来说，要么只含DNADNA，要么只含要么只含RNARNA。RNARNA在蛋白质合成中的作用在蛋白质合成中的作用mRNAmRNA是蛋白质合成的模板，携
24、带、传递是蛋白质合成的模板，携带、传递遗传信息，指导蛋白质的生物合成；遗传信息，指导蛋白质的生物合成；mRNAmRNA种种类很多，而且大小不一；约占类很多，而且大小不一；约占RNARNA总量的总量的5%5%。tRNAtRNA特异专一地识别并携带活化的氨基特异专一地识别并携带活化的氨基酸；种类很多酸；种类很多,携带丙氨酸的携带丙氨酸的tRNAtRNA叫做丙氨叫做丙氨酸酸tRNAtRNA（或或tRNAtRNAAlaAla）；）；约占约占RNARNA总量的总量的15%15%。rRNArRNA与蛋白质结合形成核糖体，核糖体与蛋白质结合形成核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所或车间；约占是蛋白质合成的场所或
25、车间；约占RNARNA总量总量的的80%80%。由由C C、H H、O O、N N、P P等元素组成等元素组成;核酸（核酸（DNADNA和和RNARNA）是一种线性多聚核苷酸是一种线性多聚核苷酸链，它的基本结构单元是链，它的基本结构单元是核苷酸核苷酸；DNADNA与与RNARNA结构相似，但组成成份略有不同。结构相似，但组成成份略有不同。一、核酸的化学组成一、核酸的化学组成核酸核酸 在核酸酶作用下水解为核苷酸，核苷在核酸酶作用下水解为核苷酸，核苷酸由碱基、戊糖和磷酸组成。酸由碱基、戊糖和磷酸组成。核苷酸磷酸核苷碱基戊糖核酸核糖脱氧核糖嘌呤嘧啶 D D2 2脱氧核糖脱氧核糖 (in DNA)in
26、 DNA)D D核糖核糖(in RNA)in RNA)尿嘧啶尿嘧啶嘌呤环嘌呤环嘧啶环嘧啶环 在在DNADNA和和RNARNA中都有胞嘧啶（中都有胞嘧啶（C C），胸腺嘧啶），胸腺嘧啶(T)(T)只出现在只出现在DNADNA分子中，尿嘧啶分子中，尿嘧啶(U)(U)则只出现于则只出现于RNARNA分子中。分子中。嘌呤嘧啶戊糖磷酸DNAA，GC，T脱氧核糖磷酸RNAA，GC，U核糖磷酸 嘌呤、嘧啶环上由于有共轭双键，在嘌呤、嘧啶环上由于有共轭双键，在260nm260nm波长附近对紫外光有较强的吸收。波长附近对紫外光有较强的吸收。稀有碱基稀有碱基嘌呤嘌呤次黄嘌呤、次黄嘌呤、1-1-甲基次黄嘌呤、甲基次
27、黄嘌呤、N N2 2、N N2 2-二甲基鸟嘌呤；二甲基鸟嘌呤；嘧啶嘧啶5-5-甲基胞嘧啶、甲基胞嘧啶、5-5-羟甲基胞嘧羟甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶、啶、二氢尿嘧啶、4-4-硫尿嘧啶；硫尿嘧啶；它们都是由基本碱基修饰而来。它们都是由基本碱基修饰而来。tRNAtRNA中含有较多的稀有碱基。中含有较多的稀有碱基。核苷=戊糖+碱基19875432NNN6NH2/54321HOCH2HHOHOHHONH碱基和碱基和戊糖戊糖通过糖苷键通过糖苷键连成核苷。连接方式是连成核苷。连接方式是嘌呤环上的嘌呤环上的N-9N-9或嘧啶环或嘧啶环上的上的N-1N-1与糖的与糖的C-1C-1以以糖苷键相连。糖苷键相连。腺嘌
28、呤核苷（腺苷）腺嘌呤核苷（腺苷）核苷核苷核苷酸核苷酸(NMP)NC糖苷键酯键核苷酸核苷酸=核苷核苷+磷酸磷酸OOOPOOPOO-ATPADPAMPOOPNNNNNH2OOHOHCH2O腺苷酸及磷酸化合物 AMP（腺苷酸）ADP（腺苷二磷酸）ATP（腺苷三磷酸）脱氧核苷酸脱氧核苷酸(dNMP)(dADP)(dADP)dATP（脱氧腺苷三磷酸）二、核酸的化学结构二、核酸的化学结构DNADNA的碱基组成的碱基组成A A、G G、C C、T T ChargaffChargaff定则：定则：A=TA=T,G=C,A+G=C+TG=C,A+G=C+T；1.1.DNADNA的分子结构的分子结构DNADNA的
29、一级结构的一级结构定义：组成定义：组成DNADNA的的dNMPdNMP彼此连接的方式和排列彼此连接的方式和排列顺序顺序,是是4 4种种dNMPdNMP通过通过33，5-5-磷酸二酯键磷酸二酯键连连接起来的线形或环形多核苷酸链。接起来的线形或环形多核苷酸链。多聚核苷酸链一端的多聚核苷酸链一端的C C5 5带有一个自由磷酸基，带有一个自由磷酸基，称为称为5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5-5-P P表示）；另一端表示）；另一端C C3 3带有自由的羟基，称为带有自由的羟基，称为3-3-羟基端（常用羟基端（常用3-3-OHOH表示）。表示）。多聚核苷酸链方向：多聚核苷酸链方向：5353或或3535。
30、phosphodiester bond一级结构的简写形式一级结构的简写形式线条式缩写线条式缩写PP5335PP53P53ACGT 字母式缩写字母式缩写5PAPCPGPCPTPGPTPA 3或5ACGCTGTA 3 或 ACGCTGTADNADNA的二级结构的二级结构WatsonWatson和和CrickCrick的双螺旋结构模型的双螺旋结构模型(1953)(1953)实验依据：实验依据：X X射线衍射数据射线衍射数据 碱基组成规律碱基组成规律 碱基的物化数据碱基的物化数据双螺旋结构模型特征双螺旋结构模型特征a.a.反向、平行、右手螺旋反向、平行、右手螺旋b.b.糖糖磷酸主链位于螺旋外侧，磷酸主
31、链位于螺旋外侧，碱基位于内侧碱基位于内侧，链间靠氢键相，链间靠氢键相连连(A=T,GC)A=T,GC);螺旋表面有大沟、螺旋表面有大沟、小沟。小沟。c.c.每每1010个碱基对个碱基对(base pairbase pair，bp)bp)螺旋上升一周螺旋上升一周,其螺距为其螺距为3.4nm3.4nm；碱基对平面与螺旋轴垂直碱基对平面与螺旋轴垂直,相相邻碱基对平面距离邻碱基对平面距离0.30.34nm;4nm;螺螺旋直径为旋直径为2 2nmnm。d.d.大多数大多数DNADNA所具有的结构。所具有的结构。双螺旋结构稳定的因素双螺旋结构稳定的因素氢键氢键离子键离子键其他类型的双螺旋其他类型的双螺旋D
32、NADNA（DNADNA的多态性）的多态性）v19791979年年RichRich等发现了左旋等发现了左旋DNADNA，命名为命名为Z ZDNADNADNADNA的三级结构的三级结构DNADNA进一步扭曲即构成进一步扭曲即构成三级结构；三级结构；原核生物以及真核生物原核生物以及真核生物细胞器双链环状细胞器双链环状DNADNA的的超螺旋超螺旋三级结构三级结构细菌等原核生物细菌等原核生物叶绿体中含有环状DNA线粒体中含有环状DNA真核细胞染色真核细胞染色体的体的DNADNA念珠念珠状状三级结构三级结构 人体每个体细胞人体每个体细胞 DNA DNA长长2 2m,m,细胞直细胞直 径径0.10.1mm
33、,mm,细胞核细胞核 0.05 0.05mmmm3.3.RNARNA的分子结构的分子结构类型：类型：mRNAmRNA、rRNArRNA、tRNAtRNA、hnRNAhnRNA、snRNAsnRNA、asRNAasRNA大多数大多数RNARNA分子是单链的，局部区域的碱基互补配对分子是单链的，局部区域的碱基互补配对(A A与与U U、C C与与G G)构成双螺旋构成双螺旋,形成突环或发夹结构。形成突环或发夹结构。含有很多稀有碱基，没有严格的配对原则。含有很多稀有碱基，没有严格的配对原则。RNARNA的类型和碱基组成的类型和碱基组成tRNAtRNA的结构的结构一般由一般由74749393个核苷酸组
34、成；个核苷酸组成；分子中含有较多的稀有碱基；分子中含有较多的稀有碱基；3-3-末端都具有末端都具有-CCA-OHCCA-OH的结的结构，构，5-5-末端常为末端常为p pG G或或pCpC。a.a.一级结构一级结构四环四环 ：二氢尿嘧啶环（二氢尿嘧啶环（D D环）、反密码环环）、反密码环 、CC环、环、可变环可变环 四臂四臂 ：二氢尿嘧啶臂（二氢尿嘧啶臂（D D臂）、反密码臂、臂）、反密码臂、CC臂、臂、氨基酸臂氨基酸臂 tRNAtRNA的二级结构的二级结构三叶草型（四臂四环）三叶草型（四臂四环）c.c.三级结构三级结构在三叶草型二级结构的基础上，突环上未在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配
35、对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的目前已知的tRNAtRNA的三级结构均为的三级结构均为倒倒L L型型rRNArRNA的结构的结构呈多环多臂结构，与蛋白质构成核糖体呈多环多臂结构，与蛋白质构成核糖体核糖体包括大、小亚基核糖体包括大、小亚基,是蛋白质合成的场所是蛋白质合成的场所原核生物核糖体为原核生物核糖体为7070S S，真核生物为真核生物为8080S SBan et al.,Science 289(905-920),2000 mRNAmRNA的结构的结构真核细胞真核细胞mRNAmRNA是一个是一个单顺反子单顺反子(cistron)cistro
36、n)，只只能为一条肽链编码；能为一条肽链编码；5 5端有端有帽子帽子结构结构;3;3端是端是polyApolyA(多聚腺苷酸多聚腺苷酸)尾巴。尾巴。原核细胞原核细胞mRNAmRNA是一个是一个多顺反子多顺反子(polycistron)polycistron)，可以同时为多条肽链编码；可以同时为多条肽链编码；5 5端端无无帽子结构；帽子结构；3 3端端不含不含polyA(polyA(多聚腺苷酸多聚腺苷酸)尾巴。尾巴。a.a.一级结构一级结构原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNAmRNA结构的比较结构的比较5 5帽子（帽子（7-7-甲基鸟嘌呤核苷）和甲基鸟嘌呤核苷）和3 3polyApoly
37、A都都是在转录后添加上去的。是在转录后添加上去的。帽子结构的作用帽子结构的作用：防止：防止mRNAmRNA被核酸水解酶水解；被核酸水解酶水解；可能与蛋白质合成的起始有关。可能与蛋白质合成的起始有关。polyApolyA的作用的作用：对翻译没有影响；与：对翻译没有影响；与mRNAmRNA从细胞从细胞核到细胞质的转移有关；与核到细胞质的转移有关；与mRNAmRNA的半衰期有关。的半衰期有关。真核生物结构基因转录产生的真核生物结构基因转录产生的mRNAmRNA是个是个前体分子，大小不均一，故叫核不均一前体分子，大小不均一，故叫核不均一RNARNA(hnRNA)(hnRNA)。核内小核内小RNARNA
38、(snRNA)(snRNA)和反义和反义RNARNA(asRNA)(asRNA)三、核酸的性质三、核酸的性质核酸是两性电解质，常表现为酸性；核酸是两性电解质，常表现为酸性；溶于水，不溶于有机溶剂；在溶于水，不溶于有机溶剂；在7070乙乙醇中形成沉淀。醇中形成沉淀。DNADNA溶液粘度极高，溶液粘度极高，RNARNA溶液则小得多；溶液则小得多；可被酸、碱或酶水解。可被酸、碱或酶水解。RNARNA浓盐酸苔黑酚浓盐酸苔黑酚 DNADNA酸二苯胺酸二苯胺 1.1.一般理化性质一般理化性质绿色绿色蓝紫色蓝紫色核酸分子由于在一定酸度的缓冲溶核酸分子由于在一定酸度的缓冲溶液中带有电荷，因此可以利用电泳液中带
39、有电荷，因此可以利用电泳进行分离和研究其特点。凝胶电泳进行分离和研究其特点。凝胶电泳是当前核酸研究中最常用的方法。是当前核酸研究中最常用的方法。常用的凝胶电泳有常用的凝胶电泳有琼脂糖电泳琼脂糖电泳和和聚聚丙烯酰胺凝胶电泳丙烯酰胺凝胶电泳。2.2.紫外吸收紫外吸收在核酸分子中，由在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱于嘌呤碱和嘧啶碱具有具有共轭双键体系共轭双键体系，因而在因而在260nm260nm附近附近有最大的紫外线吸有最大的紫外线吸收值。核酸的光吸收值。核酸的光吸收值比其各核苷酸收值比其各核苷酸成分的吸收值之和成分的吸收值之和少少30-40%30-40%。这是有。这是有规律的双螺旋结构规律的双螺旋
40、结构中碱基紧密堆积在中碱基紧密堆积在一起造成的。一起造成的。不同的核酸在不同的核酸在260nm260nm附近有不同的吸收特性，附近有不同的吸收特性，因此可以利用紫外吸收定性和定量地检测核因此可以利用紫外吸收定性和定量地检测核酸和核苷酸。酸和核苷酸。蛋白质在蛋白质在280nm280nm有一吸收峰，因此利用有一吸收峰，因此利用ODOD260260/OD/OD280280比值可以判断样品的纯度。纯比值可以判断样品的纯度。纯DNA DNA ODOD260260/OD/OD280280为为1.81.8，纯，纯RNA ODRNA OD260260/OD/OD280280为为2.02.0，样品中如果有蛋白质
41、比值会有明显降低。样品中如果有蛋白质比值会有明显降低。3.3.核酸的变性和复性核酸的变性和复性核酸的变性核酸的变性指核酸双螺旋区的指核酸双螺旋区的氢键氢键断裂，断裂，变成单链，并不涉及共价键的断裂。变成单链，并不涉及共价键的断裂。多核苷酸骨架上共价键多核苷酸骨架上共价键(3,5-(3,5-磷酸二磷酸二酯键酯键)的断裂称的断裂称核酸的降解核酸的降解。变性因素变性因素：温度升高、酸碱度改变、甲醛：温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在。和尿素等的存在。核酸变性后，核酸变性后，双螺旋解体，碱基暴露，双螺旋解体，碱基暴露，260nm紫外吸收值升高，这叫紫外吸收值升高，这叫增色效应增色效应；同；同时粘
42、度下降，时粘度下降，浮力密度升高，活性丧失或浮力密度升高，活性丧失或消失。消失。核酸的变性核酸的变性热变性和热变性和T Tm m由温度升高而引起的变性称由温度升高而引起的变性称热变性热变性，它在很窄它在很窄的温度区间内完成，是爆发式的。的温度区间内完成，是爆发式的。DNADNA热变性时，其紫外吸收值增加量到达总增加热变性时，其紫外吸收值增加量到达总增加值一半时的温度，称为值一半时的温度，称为DNADNA的的变性温度变性温度，也称为，也称为熔解温度熔解温度(melting temperature)melting temperature)，用用T Tm m表示。表示。（双螺旋结构失去一半时）。（双
43、螺旋结构失去一半时）。T Tm m值是值是DNADNA的一个的一个特征常数特征常数 影响影响T Tm m的因素的因素：GC GC含量含量 GC%=(GC%=(T Tm m 69.3)69.3)2.442.44、DNADNA的均一的均一性、溶液的离子强度和性、溶液的离子强度和pHpH值、尿素等变性剂。值、尿素等变性剂。Tm Tm Tm Tm4 4 核酸的复性核酸的复性变性核酸在适当条件下，两条彼此分开的链重变性核酸在适当条件下，两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构的过程称为新缔合成为双螺旋结构的过程称为复性复性。热变。热变性性DNADNA在在缓慢冷却缓慢冷却时，可以复性，这种复性称时，可以复性
44、，这种复性称为为退火退火(annealing)annealing)；DNADNA复性后，复性后，碱基又藏于双螺旋内部，紫外吸碱基又藏于双螺旋内部，紫外吸收减弱，这叫收减弱，这叫减色效应减色效应；同时许多；同时许多物化性质又物化性质又得到恢复，生物活性也得到部分恢复。得到恢复，生物活性也得到部分恢复。将热变性的将热变性的DNADNA骤然冷却骤然冷却时，时，DNADNA不可能复性。不可能复性。变性变性DNADNA浓度高，复性快浓度高，复性快影响复性因素影响复性因素 DNADNA片断大则复性就慢片断大则复性就慢 具有很多重复序列的具有很多重复序列的DNADNA复性也快复性也快 维持溶液一定的离子强度
45、维持溶液一定的离子强度 5.5.分子杂交分子杂交(molecular hybridization)molecular hybridization)根据变性和复性的原理，将不同来源的根据变性和复性的原理，将不同来源的DNADNA变性，若这些异源变性，若这些异源DNADNA之间在某些区域有相之间在某些区域有相同的序列，则同的序列，则退火条件下能形成退火条件下能形成DNA-DNADNA-DNA异异源双链，或将变性的单链源双链，或将变性的单链DNADNA与与RNARNA经复性处经复性处理形成理形成DNA-RNADNA-RNA杂合双链，这种过程称为分杂合双链，这种过程称为分子杂交子杂交。原位杂交 斑点印
46、迹印迹分子杂交检测法 SouthernSouthern杂交杂交 （DNADNA与与DNADNA之间的杂交）之间的杂交）Northern Northern杂交。杂交。（DNADNA与与RNARNA之间的杂交）之间的杂交）核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。中具有重要意义。习 题有关DNA变性的描述哪些不对？A、DNA变性时糖苷键断裂B、磷酸二酯键断裂 C、变性温度的最高点称为TmD、A260nm增加E、双链间氢键被破坏习 题有关DNA复性的不正确说法是：A、又叫退火B、37 为最适温度C、热变性后迅速冷却可以加速复性习 题DNA的多态性指：A、DNA都是右手螺旋B、DNA都是左手螺旋C、温度变化时DNA从右手螺旋变成左手螺旋D、改变离子强度与温度对DNA构型有影响E、不同构象的DNA在功能上有差异习 题名词解释增色效应 DNA的一级结构 Tm 退火 分子杂交问答题用32P标记的病毒感染细胞后产生有标记的后代，而用35S标记的病毒感染细胞则不能产生有标记 的后代，为什么？
