核酸化学制药

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核酸：当时是指从细胞核中分离出来的酸性物质。二、核酸按其所含戊糖种类不同而分为两大类：

1.核糖核酸（RNA）

2.脱氧核糖核酸（DNA）第一节核酸的种类、分布与功能一、什么是核酸？核糖核酸（RNA）：按功能不同分为三大类tRNA

转运RNA（15%）rRNA

核糖体RNA（80%）mRNA信使RNA（5%）小分子细胞核RNA（snRNA）染色质RNA（chRNA）2三、核酸的分布原核细胞内DNA集中在核质区RNA分散在细胞质中真核细胞内DNA95%细胞核中5%线粒体及叶绿体中RNA75%细胞质中15%线粒体及叶绿体中10%细胞核中3（二）RNA的生物学功能tRNA

起携带和转移活化氨基酸的作用rRNA

与各种蛋白质结合构成核糖体，它是合成蛋白质的细胞器。mRNA是蛋白质合成的模板。1.指导蛋白质的生物合成DNA转录形成3类主要的RNA2.遗传物质(病毒)3.具有生物催化剂功能（核酶）四、核酸的功能（一）DNA是主要的遗传物质是遗传信息的载体4第二节核酸的化学组成一、核酸的元素组成

基本元素：CHONP核酸的元素组成有两个特点：

1.一般不含S2.P含量较多，并且恒定（9%-10%）。

因此，实验室中用定磷法进行核酸的定量分析。（DNA9.9%、RNA9.5%）5核酸核苷酸磷酸核苷戊糖碱基水解二核酸的分子组成6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7一、戊糖核糖(inRNA)2’－脱氧核糖(inDNA)8嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)二.碱基9嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)10RNADNA尿嘧啶U胸腺嘧啶T胞嘧啶C鸟嘌呤G腺嘌呤A11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-巯尿嘧啶都是基本碱基的化学修饰型。12鸟嘌呤次黄嘌呤1-甲基次黄嘌呤13

胞嘧啶（C）CH35-甲基胞嘧啶14三.磷酸

核酸是含磷的生物大分子。任何核酸中都含有磷酸，所以核酸呈酸性。核酸中的磷酸参与形成3’，5’-磷酸二酯键，使核苷酸连接成多核苷酸链。

15NONOU11’OHOCH2HHHHOHOH2’3’4’5’1’dA9NNNNNH2OHHOHOCH2HHHH2’3’4’5’四.核苷戊糖与嘧啶或嘌呤碱以C-N糖苷键连接而形成的糖苷就称为核苷，通常是戊糖的C1′与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接。16

在核酸内，碱基与戊糖形成核苷，核苷再与磷酸形成核苷酸，许多核苷酸通过3’，5’-磷酸二酯键连接成多核苷酸链核苷酸都是核酸的基本结构单位，它们都是5‘-核苷酸。（一）核酸内的核苷酸DNA主要由dAMP、dGMP、dCMP、dTMP四种脱氧核糖核苷酸组成RNA主要由AMP、GMP、CMP、UMP四种核糖核苷酸组成五.核苷酸17H2OH2O碱基磷酸戊糖糖苷键酯键181`2`3`4`5`酯键（对DNA为H）碱基连接（糖苷键）19八种核苷酸如下表所示

M-单(D-二、T－三）；P-磷酸RNA的名称为某（单、二、三）苷酸，DNA在某（单、二、三）前加脱氧两字。如AMP称腺苷一磷酸(或腺苷酸）

dAMP称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）。稀有核苷酸与上类似；20（二）（脱氧）核苷二磷酸、（脱氧）核苷三磷酸、双脱氧核苷酸的结构ADP、ATP是生物体中重要的能量转换体。ddNTP在DNA的序列测定中使用21～～ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸)αβγADPATPAMP22（三）环化核苷酸cAMP、cGMP：被称为第二信使，有放大激素的作用。23第三节核酸的分子结构一、DNA的分子结构（一）DNA的一级结构1.定义：

DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按一定顺序，通过3´,5´磷酸二酯键连成的直线形或环形分子。

2.DNA的书写顺序是5’——3’。

3.DNA中有4种类型的核苷酸，有n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为4n。243`，5`-磷酸二酯键254、DNA一级结构的表示方法—结构式/线条式/字母式（1）结构式（碱基用单字母表示）26戊糖3`-OH5`-磷酸PA核苷酸5`3`首端末端PPPPPP

AGCTGCOH（2）线条式（碱基用单字母表示磷酸基团用P表示）27（3）字母式（单字母ATGC在式中表示脱氧核苷，省略d）28二、DNA的二级结构（双螺旋）1.定义：DNA的二级结构指DNA的双螺旋结构。29302、DNA的碱基组成特点——Chargaff定律（1）所有DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔含量相等，（即A=T）;鸟嘌呤与胞嘌呤的摩尔含量相等，（即G=C）。碱基当量定律：嘌呤碱总量=嘧啶碱总量。（即A+G=T+C）（2）同一种生物所有体细胞DNA的碱基组成相同，可作为该物种的特征。（3）不同生物DNA的碱基组成有很大差异，可用不对称比率：A+T/G+C表示。亲缘相近的生物，其DNA的碱基组成相近，即不对称比率相近。31（1）DNA是一反向平行的互补双链结构。在双链结构中糖-磷酸骨架居外侧，而碱基位于内侧，两条链之间的碱基以氢键相结合。碱基互补配对，A=T,G≡C,一条链的走向为5’—3’，另一条为3’—5’。3、双螺旋结构模型要点32碱基互补配对TAGC33（2）DNA双螺旋为右手螺旋。螺旋直径为2nm，螺旋每旋转一周为10对碱基，螺距为3.4nm，每个碱基平面之间的距离为0.34nm,并形成大沟和小沟。2.0nm小沟大沟344.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。稳定DNA双螺旋结构的主要作用力1、碱基堆积力（主要因素）是双螺旋中垂直方向的作用力

2、氢键

为双螺旋中水平方向的作用力355、DNA双螺旋的类型(1)B-DNA螺旋：DNA在92%相对湿度的钠盐中的构型。标准的

右手双螺旋，细胞正常状态下DNA存在的构型。(2)A-DNA螺旋：DNA在75%相对湿度的钠盐中的构型,右手双螺旋。(3)Z-DNA螺旋：左手的DNA螺旋，这种螺旋可能在基因表达的调控中起作用。3637三、DNA的三级结构定义：是指双螺旋进一步扭曲形成的更高层次的空间结构，也就是比双螺旋更为复杂的构象。DNA的三级结构主要是指双螺旋进一步扭曲形成的超螺旋。超螺旋即DNA双螺旋的螺旋。381.真核细胞染色体的DNA念珠状（线形）三级结构392.原核生物以及真核生物细胞器环状DNA的

超螺旋三级结构

细菌等原核生物质粒染色体40松弛环形负超螺旋解链环形4142固定负超螺旋（右手拓扑结构）自然界通常为负超螺旋。DNA形成三级结构及染色体的意义是为了压缩分子空间环状DNA右旋43RNA的一级结构是由数量极其庞大的四种核糖核酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定顺序，通过3´，5´磷酸二酯键连成的线形分子，其表示方法与DNA相同。

RNA的二级结构是短的，不完全螺旋的多核苷酸链。（天然RNA并不像DNA一样都是双螺旋结构，而是单链线形分子。只有局部区域为双螺旋结构。双螺旋区约占RNA分子的50%）

RNA的三级结构是在茎环结构基础上进一步扭曲折叠而成的复杂结构。四、RNA的结构44（一）tRNA的结构tRNA的一级结构

由74~93个（多为76个）核苷酸组成单链；具有不变的（恒定的）核苷酸:U8、G18、G19

含较多的修饰核苷酸（稀有碱基）；

5ˊ端多为PG,3ˊ端多为CCAOH

（用来接受活化的氨基酸，又称为接受末端）2.tRNA的二级结构——三叶草结构

具有四臂四环

3ˊ端为CCAOH序列，5ˊ端为PG

3.

tRNA的三级结构——倒L形结构45tRNA的三叶草型二级结构124叶子反密码子环

反密码子载运氨基酸臂稀有碱基RNA中的碱基配对原则

A-U

G-C3额外环二氢尿嘧啶环次黄嘌呤不同的tRNA具有不同的额外环，所以额外环是tRNA分类的重要指标假尿嘧啶核苷—胸腺嘧啶核糖核苷环46tRNA的“倒L”型三级结构rRNA的三级结构尚不清楚反密码子环3`氨基酸臂474849tRNA的三级和二级结构50信使RNA（messengerRNA，mRNA）不均一核RNA（heterogeneounuclearRNA，hnRNA）：在细胞核内合成的mRNA的初级产物，经过剪接成为成熟的mRNA并移到细胞质。（二）mRNA的结构51mRNA一级结构的特点真核生物成熟mRNA的结构特点：1、5’端帽子结构（capsequence):

3’-mG-5’ppp5’-Nm-3’-P5’-末端的G的N7被甲基化。鸟嘌呤核苷酸焦磷酸与相邻的一个核苷酸相连，形成5’,5’-磷酸二酯键。

帽子结构能促进核蛋白体与mRNA的结合，加速翻译起始速度，同时可以增强mRNA的稳定性。522、3’末端多聚A的尾巴。

极大多数真核细胞mRNA在3’-末端有一段长约200个核苷酸的polyA。polyA是在转录后经polyA聚合酶的作用而添加上去的。mRNA的功能：是把核内DNA的碱基顺序按照碱基互补的原则，抄录并转送至胞质，指导蛋白质的合成。53（三）rRNA的结构

核糖体RNA（ribosomalRNA，rRNA），是细胞内含量最多的RNA，约占RNA总量的80%以上。rRNA与核蛋白体蛋白共同构成核糖体（ribosome）原核生物70S（5S、16S、23S）真核生物80S（5S、5.8S、18S、28S）

54rRNA的分子结构基本上都是由部分双螺旋与部分突环相间排列而成。16SrRNA二级结构55（一）一般理化性质1.为两性电解质，通常表现为酸性.2.DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，均微溶于水，不溶于有机溶剂。3.DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液要小得多。4.RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定。5.利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA。第四节核酸的理化性质56（二）核酸的紫外吸收性质

核酸的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸收性质，吸收峰在260nm（蛋白质的紫外吸收峰在280nm）。

核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少30~40%，当核酸变性或降解时光吸收值显著增加（增色效应），但核酸复性后，光吸收值又回复到原有水平（减色效应）。57核酸的紫外吸收峰天然DNA变性DNA核苷酸总吸收纯DNA为1.8纯RNA为2.0所以用这一方法可以检测样品是否是纯品OD260OD28058（三）核酸的变性、复性和分子杂交一、核酸的变性1、核酸（DNA）变性的概念：

高温、酸、碱以及某些变性剂（如尿素）能破坏核酸中的氢键，使之断裂，核酸中的双螺旋区变成单链，并不涉及共价键的断裂，这一过程称为核酸的变性。监测指标为A260的变化。常用的变性方法为加热。59602.变性温度

通常把DNA的双螺旋结构失去一半时的温度称为DNA的熔点或熔解温度(meltingtemperature,Tm)。用Tm表示。DNA的Tm值一般在70～85度之间。以加热为变性条件，使DNA分子双链解开50%所需温度

61DNA的Tm值大小与下列因素有关：（１）D