生命的物质基础

第一篇 从分子到细胞,2 生命的化学基础,2.1 构成生命的元素,在地球上含量最丰富的元素是O、Si、Al、Fe在生物体内最丰富的元素是C、H、O、N,在生物体中共发现25种元素根据各元素的重要性和存在情况分成4类：第一类元素:C,H,O,N 在生物体中占96%以上第二类元素:S,P,Cl,K,Na,Ca,Mg第三类元素:Fe,Cu,Co,Mn,Zn第四类元素:Cr,Ni,F,Sn,I,Mo,Se,Si,V,0.01%,常量元素(11种),C,H,O,N，含量最高96%P、S分别是核酸和蛋白质的重要组分Ca是牙齿和骨骼的重要组分，还具有生物信息传递功能Cl,K,Na,Ca,Mg对保持生物体内水盐平衡至关重要,微量元素（14种）0.01%,Fe血红蛋白的重要成分Mn,Zn一些酶的必要成分I甲状腺素的必要成分,Cr,葡萄糖耐量因子（GFT）的必要成分，是胰岛素的辅助因子，可增加胰岛素的效能 ，促进机体利用葡萄糖。相当一部分型糖尿病（非胰岛素依赖型糖尿病）患者，是因为铬摄入不足或利用不良，表现出糖尿病症,Se,有抗衰老、抗癌等功效对防止克山病（地方性心肌病）、大骨节病有效摄入过多会造成中毒甚至死亡,大骨节病,发生于儿童，以关节软骨、骺软骨和骺软骨板变性坏死为基本病变的地方性骨病。又称柳拐子病。在我国，主要分布在东北至西藏的一个狭长高寒地带（阿坝州）。病因至今不完全清楚。在本病流行区，土壤、粮食和人发中偏低的硒含量与病情有非常明显的负相关系。水中腐殖酸总量和腐殖酸（OH）与病情有非常明显的正相关系。本病发病年龄较小，一般为3-15岁儿童，手、足和踝部发病率高。,生物大分子的碳链骨架,细胞中几乎所有的分子都是碳的化合物碳原子的同位素有12C、13C、14C12C、13C为稳定同位素14C半衰期为5570年根据14C/12C比例可确定生物死亡年代14C测定适用于年龄在6万年前范围内的化石误差为40年,生命分子,生命过程的碳源和能源糖类生命体的重要构件和储能物质脂类遗传信息的存储和传递者核酸遗传信息的表达者蛋白质生命过程的催化剂酶维持生命的重要小分子物质维生素,2.2 糖类,糖：含多羟基的醛类或酮类化合物,醛,酮,主要由C、H、O组成，其分子式通常以Cn(H2O)n表示，旧称碳水化合物。,醛基,酮基,实际上符合这一通式的不一定都是糖如:乳酸CH3CHOHCOOH 可写成C3(H2O)3但不是糖鼠李糖(C6H12O5)、脱氧核糖(C5H10O4)等单糖又不符合这一通式有的糖还含有N、S1927年改称碳水化合物为糖族，现称为糖类,按结构特点可分为,单糖寡糖多糖复合糖,1、单糖,构成糖分子的基本单位，不能再水解为更简单的糖。,重要的单糖,丙糖：甘油醛、二羟丙酮戊糖：核糖、脱氧核糖己糖：葡萄糖、果糖、半乳糖,（1）甘油醛、二羟丙酮,甘油醛（二羟丙醛）,二羟丙酮,最简单的单糖,D-甘油醛,L-甘油醛,甘油醛（二羟丙醛）,分子中C为不对称C原子，4个取代基各不相同，可以形成互为镜像不能重叠的异构体，分为D型和L型。,其它单糖可以看作是由甘油醛的C链延伸衍生而成。,D-葡萄糖天然存在,L-葡萄糖,链状结构式,（2）葡萄糖 最重要的单糖 C6H12O6,半缩醛,有还原性,当链状式中单糖分子C-1醛基和C-5羟基形成半缩醛时，形成六元环结构（氧环式结构）,有还原性,葡萄糖,葡萄糖,根据C1上的羟基与C2上的羟基是否处于同一平面， 可分为型和型。,其它单糖,单糖性质：,所有单糖都是白色晶体，易溶于水，且多具有甜味。单糖上的醛基、酮基、半缩醛上的羟基具有还原性，为还原糖。,2、寡糖,由220个单糖组成的聚糖，以双糖最重要。单糖的半缩醛羟基与另一配体（可以是糖也可以是非糖）的羟基缩合而成的化合物称为糖苷，其间的连接键称为糖苷键。两个单糖通过糖苷键连接成双糖。常见的有麦芽糖、乳糖、蔗糖。,（1）麦芽糖2分子葡萄糖通过1,4糖苷键相连而成,-1,4-糖苷键,麦芽糖,有还原性,（2）乳糖,由 半乳糖和葡萄糖通过1,4糖苷键相连而成, -1,4-糖苷键,半乳糖,有还原性,（3）蔗糖,不存在半缩醛羟基，为非还原糖, 果糖,由葡萄糖C1和 果糖C2上的半缩醛羟基通过糖苷键连接而成。,非还原性末端,1,2糖苷键,（4）纤维二糖,两个-葡萄糖单元由-1，4 键连接,3、多糖,由多个单糖分子缩合而成的多聚糖,均质多糖（同型多糖）：如淀粉、糖原非均质多糖（异型多糖）,组成,来源,植物多糖：纤维素动物多糖：几丁质微生物多糖：葡聚糖, 淀粉,直链淀粉 -1,4-糖苷键支链淀粉 -1,4-糖苷键和-1,6-糖苷键,非还原性末端,非还原性末端,还原性末端,-1,4-糖苷键,-1,6-糖苷键, 糖原,俗称动物淀粉肝糖元、肌糖原具有类似支链淀粉的结构，但分子更大，支链更短每一个非还原性末端都是收储和支取葡萄糖的窗口。对调节葡萄糖的供求平衡，缓冲稳定血糖浓度有重要意义。, 纤维素,由葡萄糖以1,4糖苷键相连而成，没有分支，分子量大。由1000015000个葡萄糖残基构成。,植物界中的糖类物质有一半以上以纤维素的形式存在，是储藏量最大的植物多糖资源。,大多数生物体内所含有的淀粉酶不能水解1,4糖苷键,所以不能消化纤维素.只有某些细菌、真菌和原生动物可产纤维素酶比如：某些反刍动物肠道中共生着能产生纤维素酶的细菌，白蚁后肠寄生着能产生纤维素酶的鞭毛虫因此食草动物和白蚁能消化纤维素, 几丁质（chitin） 甲壳质,化学组成：C、H、O、N分布：真菌、绿藻、昆虫、甲壳类动物等的甲壳中产量：年产1百亿吨，位居第二，仅次于纤维素,组成单位：N-乙酰氨基葡萄糖结构单元：甲壳二糖,几丁质的衍生物：,壳聚糖：几丁质脱去55% 以上的N-乙酰基用途：环保中处理吸收污水中重金属离子制造人造皮肤治疗烧伤病人具有降血脂、刺激免疫等保健功能,4、复合糖,由糖和非糖物质结合成的复合物。 糖+蛋白质 糖蛋白 糖+脂类 糖脂,糖蛋白、糖脂是细胞膜的组成成分。糖蛋白具有特殊的生理功能，如激素、免疫球蛋白等等。,糖的生理功能,提供能量。是机体重要的碳源。组成人体组织结构的重要成分。如糖蛋白、糖脂是细胞膜的组成成分。特殊生理功能的糖蛋白，如激素、酶 、免疫球蛋白等等。,2.3 脂质,脂质是一大类物质的总称这些物质的结构差别很大，但性质上却有共同之处，即不溶于水，而溶于有机溶剂。,按化学组成将脂质分为：,1、脂肪（甘油三酯TG）,甘油三酯中含较多饱和脂肪酸，在室温下呈固态称为脂肪甘油三酯中含较多不饱和脂肪酸，在室温下呈液态称为油,甘油三酯中所含的某些脂肪酸,亚油酸、亚麻酸为人体必需脂肪酸,2、蜡,由饱和或不饱和高级脂肪酸和高级醇构成的酯比甘油三酯更为疏水成为水果和叶片有效的天然覆盖层，防止水分流失,3、磷脂,甘油三酯中-C上的脂肪酸，若被磷酸取代则变成磷脂酸,当磷酸基OH位置连上胆碱、胆胺后，就分别形成：,卵磷脂脑磷脂,4、甾醇类（固醇类）,其结构与中性脂肪或磷脂均不同，但由于它不溶于水而溶于非极性溶剂，故将其归于脂类。,甾醇分子的基本骨架是环戊烷多氢菲，不同的甾醇所带的侧链或基团不同,雌激素雄激素VitD3促进钙吸收,人体每天从膳食中摄入0.30.8g外源性胆固醇外,自身可合成约1g内源性胆固醇在人体分布不均匀,1/4存在于脑和神经组织,血脂,复合体中甘油三酯含量高，密度低其中：极低密度脂蛋白（VLDL）甘油三酯含量最多低密度脂蛋白（LDL）含胆固醇和胆固醇酯最多LDL和 VLDL高是引起动脉硬化的元凶如果人体内LDL受体缺乏或缺少，胆固醇代谢受阻，沉积在血管壁上，造成动脉硬化，该病称为高胆固醇血症,复合体中甘油三酯含量少，密度高，称为高密度脂蛋白（HDL）高密度脂蛋白可以将低密度脂蛋白或甘油三脂分子带到肝脏进行降解，人们形象地把它称为血液中的“清道夫”或“环卫工人”，它的数量决定着血液中的脂代谢是否平衡。,5、萜类,特点：由非极性、疏水的异戊二烯聚合而成，有的成链状、有的成环状结构,生理功能各异，其中某些成分在人体内具有很强的抗氧化性，具有抗衰老、抗辐射的功能如：-胡萝卜素、维生素E等,-胡萝卜素,番茄红素四萜化合物,在分子结构上有11个共轭双键和2个非共轭双键组成的直链型碳氢化合物,植物中，多数萜类具有特殊气味，而且是各类植物特有油类的主要成分。如柠檬苦素、薄荷醇、樟脑分别是柠檬油、薄荷油、樟脑油的主要成分。,脂类的生理功能,构成生物膜的骨架主要能源物质构成身体或器官保护层是某些重要生物分子组分,习题,1、地球上含量最丰富的元素是什么？生物体中含量最丰的元素是什么？2、为什么要将糖的称呼由碳水化合物改为糖类？3、写出葡萄糖D型、L型，、的构型4、胆固醇等在结构上与甘油三酯差别如此之大，为什么还要把它们划入脂类？5、为了防止动脉硬化应注意哪两类脂质成员摄入？,2.4 遗传信息的表达者蛋白质,氨基酸蛋白质的结构蛋白质的性质蛋白质的功能,2.4.1蛋白质的构件分子氨基酸,氨基酸的通式氨基酸的特点必需氨基酸,1、氨基酸的通式,R不同，组成的氨基酸就不同组成蛋白质的常见氨基酸有20种,通式,2、特点,L-型氨基酸 属-氨基酸（Pro为-亚氨基酸）具旋光性属两性电解质,两性电离及等电点,氨基酸在结晶形态或在水溶液中，并不以游离的羧基或氨基形式存在，而是解离成两性离子,3、必需氨基酸,20种氨基酸中有8种不能由人体合成，必须从外界摄取，称为必需氨基酸8种必需氨基酸为Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr “假 设 来 借 一 两 本 书”甲硫氨酸、色氨酸、赖氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸,2.4.2 蛋白质的结构,一级结构二级结构三级结构四级结构蛋白质的空间作用力,1、蛋白质一级结构,氨基酸排列顺序肽键：酰胺键肽链：N端、C端、主链、侧链多肽、氨基酸残基,1954年英国生化学家Sanger报道了胰岛素的一级结构，是世界上第一例确定一级结构的蛋白质。Sanger由此在1958年获Nobel化学奖。,1965年我国科学家完成了结晶牛胰岛素的合成，是世界上第一例人工合成蛋白质。蛋白质的一级结构由遗传信息决定一级结构决定高级结构。但一级结构并不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。,2、二级结构,肽链的主链在空间的走向,螺旋折叠转角,蛋白质螺旋结构(-helix),Pauling and Corey提出。右手螺旋螺旋通过氢键维持稳定。第一个肽键的NH和第四个肽键的CO形成氢键,第n个肽键的NH和第n+3个肽键的CO形成氢键。肽链的主链形成紧密的螺旋,侧链伸向外侧，每一圈包含3.6个氨基酸残基,每个残基跨距为0.15nm,螺旋上升一圈的距离(螺距)为3.60.15=0.54nm.,稳定结构,折叠（-pleated sheet）,平行式,N端,N端,平行式,反平行式,N端,C端,折叠靠肽链之间的肽键上CO与NH形成氢键而得以稳定。反平行式比平行式稳定。,转角（ -turn）： 折叠反平行式的转折处。无规卷曲（random coil ）：没有确定的规律性。,C,N,三级结构:整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,即整条肽链的三维构象。维持蛋白质三级结构的主要作用力为侧链间的相互作用,3、三级结构,氢键、离子键、疏水键及二硫键结构域:在蛋白质结构中形成一紧密的结构,具有特殊的功能,多为蛋白质的活性部位。,4、四级结构,四级结构：各亚基的空间排布。亚基（subunit）：有的蛋白质分子由两条以上的肽链通过非共价键相连聚合而成，每条多肽链称为一个亚基。维持四级结构稳定的因素为各亚基之间的作用力如氢键、离子键、疏水键。含有四级结构的蛋白质，单独的亚基一般没有生物学功能，只有完整的四级结构才有生物学功能。,四级结构,5、蛋白质的空间作用力,氢键盐键(离子键)二硫键疏水键范德华力,6、蛋白质结构与功能的关系,一级结构与功能的关系空间结构与功能的关系,A、一级结构与功能的关系,许多先天性疾病是由于某一重要的蛋白质的一级结构发生了差错引起的。如血红蛋白亚基6位Glu被Val代替（基因突变），即表现为镰刀状贫血，为世上最常见的血红蛋白病。若亚基6位Glu被Lys取代引起另一类贫血：血红蛋白C病。,正常红细胞 镰刀型红细胞,镰刀型红细胞,正常红细胞,血红蛋白C（HbC）,是一种常染色体遗传性疾病血红蛋白链中第6位谷氨酸被赖氨酸所替代此种异常血红蛋白主要发生在西非的加纳和布基纳法索，该地的发病数约为1428美国的黑人发病数为23我国未有发现,蛋白质一级结构测定的意义,比较不同生物细胞色素C的一级结构可以帮助了解物种间的进化关系，物种间越接近，则细胞色素C的一级结构越相似。,B、空间结构与功能的关系,DNA聚合酶活性位点,聚合酶,DNA,蛋白质在重金属、酸、碱、有机溶剂、尿素，以及加热、紫外辐射等因素作用下，空间结构破坏，导致蛋白质变性,2.4.3 蛋白质变性和复性,不可逆变性可逆变性(复性),蛋白质变性后，生物活性丧失，溶解度下降，粘度增加。大豆蛋白质的浓溶液加热，并加入少量盐卤制豆腐的方法就是利用蛋白质变性来沉淀蛋白的一个例子。,2.4.4 蛋白质的性质,两性解离性质胶体性质,蛋白质的胶体性质,蛋白质水溶液是一种比较稳定的亲水胶体,这是因为：蛋白质颗粒表面带有很多极性基团（亲水基团向外翻，疏水基团向内钻），在蛋白质颗粒外面形成一层水膜（水化层）另外蛋白质颗粒在非等电点状态时带的相同电荷，使蛋白质颗粒间相互排斥，不致相互凝聚沉淀,结构功能防御功能信号功能调节功能运输功能运动功能其他功能,2.4.5 蛋白质的功能,2.5 生命过程的催化剂酶,2.5.1 酶的概念,酶是一类由活细胞产生的，具有催化活性和高度专一性的特殊蛋白质。,2.5.2 酶的分子组成,单纯酶：仅由单纯蛋白质构成的酶 如脲酶，淀粉酶，脂酶结合酶：全酶=酶蛋白+辅助因子辅助因子：金属离子、小分子有机化合物酶蛋白和辅助因子单独存在时均无催化活性，只有全酶有催化作用。,辅酶（coenzyme）非共价键与酶蛋白疏松结合,可用透析、超滤分离辅基（prosthetic group）：共价键与酶蛋白牢固结合，不易分离。金属离子多为酶的辅基小分子有机化合物有的属辅酶，有的属辅基,辅助因子,2.5.3 酶的催化特点,1、高效性,酶促反应具有极高的催化效率酶促反应速度比非催化反应高1081020倍，比一般催化反应高1071013。,从初态转化为过渡态需要能量，即为活化能，活化能越大，中间产物越难形成，反应越难进行。,酶的催化作用有赖于降低反应的活化能。,2、专一性,反应专一性底物专一性,A、反应专一性,酶一般只能选择性的催化一种或一类相同类型的化学反应酶催化的反应几乎不产生副产物,B、底物专一性,结构专一性手性专一性几何专一性,结构专一性,有些酶对底物的要求非常严格，只作用于一个特定的底物，称为“绝对专一性”如脲酶只能催化尿素水解，对尿素的类似物没作用。有些酶的作用对象不是一种底物，而是一类化合物或一类化学键，称为“相对专一性”如：酯酶,手性专一性,胰蛋白酶只能水解L-氨基酸形成的肽键淀粉酶只能选择性的水解D-葡萄糖形成的1,4-糖苷键,D-葡萄糖天然存在,几何专一性,有些酶只能选择性催化某种几何异构体底物的反应,延胡索酸(反丁烯二酸),L(+)苹果酸,3、反应条件温和,易失活常温、常压中性,2.5.4 酶的活性调控,活性中心抑制剂和激活剂抑制作用类型酶共价调节,1、酶的活性中心,酶的活性部位酶分子中肽链折叠、螺旋或缠绕形成酶的活性空间-酶的活性部位按照酶活性中心的功能分为：结合部位催化部位调控部位,酶的活性中心,结合部位酶的专一性催化部位酶的高效性,酶的活性中心,酶,底物,酶-底物复合物,酶+产物,2、酶的作用机制,钥匙,3、激活剂的调节,1）酶的激活剂,使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂（activator）大多为金属离子，如Mg2+、Mn2+ 、 K+少数为阴离子如Cl-也有的为有机化合物，如胆汁酸盐,必需激活剂：对酶促反应不可少。与酶、底物结合参加反应。非必需激活剂： 有些激活剂不存在时，酶仍有一定的催化活性。,酶原的激活,酶原（Zymogen）：有些酶（绝大多数为蛋白酶）在细胞内合成及初分泌时，没有活性酶原的激活：在一定条件下，酶原可转化成有活性的酶。,酶原激活的机制分子内肽键一处或多处断裂，使分子构象发生一定程度改变，从而形成酶的活性中心，同时生成一些肽或碎片。,酶原激活还存在级联反应,胰蛋白酶原,胰蛋白酶 + 六肽,胰凝乳蛋白酶原,-胰凝乳蛋白酶 + 2个二肽,胰蛋白酶,肠激酶,意义,消化道内蛋白酶以酶原的形式分泌，避免细胞产生的蛋白酶对细胞进行自身消化，使酶在特定的部位和环境中发挥作用；凝血和纤维蛋白溶解酶类以酶原的形式在血液循环中运行，一旦需要便转化为有活性的酶酶原可视为酶的贮存形式,4、酶的抑制作用,酶的抑制剂（inhibitor）：凡能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白变性的物质,不可逆抑制可逆抑制,、不可逆性抑制：（irreversible inhibition）,抑制剂与酶的必需基团以牢固的共价键结合，从而使酶活丧失不能用透析、超滤等去除抑制剂,路易士气,巯基酶,失活的酶,低浓度的重金属离子Hg2+、Ag+、As3+ 可与酶分子SH结合，使酶活抑制。,重金属盐引起的巯基酶中毒可用二巯基丙醇（BAL）解毒。,BAL,农药敌百虫、敌敌畏等有机磷化合物能特异地与胆碱酯酶（Choline esterase）活性中心丝氨酸残基的羟基结合，使酶失活。,+,+,R,O,P,O,O,X,R,HO,E,R,O,P,O,O,O,R,X,HE,有机磷化合物,羟基酶,失活的酶,乙酰胆碱为生物体内传递神经冲动的重要物质。胆碱酯酶为羟基酶，有机磷杀虫剂中毒时，此酶活受抑制结果造成乙酰胆碱的堆积，造成神经过度兴奋直至抽搐而死,可用解磷定来治疗。,竞争性抑制非竞争性抑制,可逆性抑制,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,+,FAD,C,H,C,O,O,H,CH,C,O,O,H,+,F,A,D,H,2,琥珀酸脱氢酶,琥珀酸,延胡索酸,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,C,O,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,C,O,O,H,C,H,2,C,H,O,H,C,O,O,H,丙二酸,苹果酸,草酰乙酸,丙二酸、苹果酸、草酰 乙酸为琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。,A、竞争性抑制,Glu,PABA（对氨基苯甲酸）,喋呤,H,H,N,H,C,H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,N,N,N,N,C,H,2,N,H,C,O,O,H,H,2,N,S,O,2,N,H,R,H2N,磺胺药,二氢喋呤+ PABA+Glu,FH2合成酶,FH2,F,H,4,磺胺药与PABA结构相似，可与PABA竞争FH2合成酶的活性中心FH2合成受抑制，FH4随之减少，使核酸合成障碍，细菌生长繁殖受到抑制。而人体可直接吸收叶酸。,FH2还原酶,叶酸,四氢叶酸,N,N,N,N,C,H,2,N,C,O,H,2,N,H,2,N,C,H,3,N,H,C,H,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,H,H,喋呤,PABA（对氨基苯甲酸）,MTX,氨甲喋呤（MTX）是FH2还原酶的竞争性抑制剂，抑制人体内FH4的合成，阻碍核酸合成，以致抑制肿瘤的生长。,B、非竞争性抑制,别构抑制,5、酶共价调节,某些酶分子的基团可以在另一种酶催化下发生共价修饰作用，从而引起酶活性的激活或抑制，这种作用称共价修饰调节,2.5.5 酶定义的补充,1981年，托马斯切赫（美）在四膜虫rRNA前体中发现了与蛋白质无关的拼接过程即在鸟苷和Mg2+存在下，可发生自我催化作用，将rRNA前体中存在的链长414个核苷酸的内含子切下,切下的内含子(核酶),切割下来的L19RNA具有很强的酶的活性，即能使核苷酸聚合成多核苷酸，又能将多核苷酸切成不同长度的片段，被称为核酶。,Cech等人因此荣获1989年诺贝尔化学奖,核酶（ribozyme）是具有高效、特异催化作用的核酸，主要作用参与RNA的剪接,2.6 遗传信息的存储和传递者 核酸,1 、 核酸研究历史,1868年，瑞士外科医生Fridrich Miescher从脓细胞核中分离到核酸样物质。1944年，Oswald Avery通过肺炎双球菌转化实验证实了DNA是遗传的物质基础极少数的病毒以RNA为遗传物质 如天花病毒、流感病毒等。,核酸分为DNA和RNADNA存在于细胞核和线粒体内RNA存在于细胞质,2.核酸的分类,核酸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。,3、 核酸的组成,戊糖,核糖,脱氧核糖,嘧 啶(pyrimidine),胞嘧啶 （2-氧，4-氨基嘧啶 ）Cytosine(C),酮式,烯醇式,尿嘧啶（2，4-二氧嘧啶）Uracil(U),胸腺嘧啶（5-甲基尿嘧啶）Thymine(T),嘌 呤(purine),嘧啶环和咪唑环稠合而成,腺嘌呤（6-氨基嘌呤）Adenine(A),鸟嘌呤（2-氨基6-氧嘌呤）Guanine(G),两类核酸分子的组成比较,核苷=核糖+碱基,碱基和核糖通过糖苷键连成核苷。连接方式是嘌呤环上的N-9或嘧啶环上的N-1与糖的C-1以糖苷键相连。,腺嘌呤核苷（腺苷）,胞嘧啶脱氧核苷（脱氧胞苷）,核苷酸=核苷+磷酸,4、核酸的结构,一级结构DNA的双螺旋二级结构与功能DNA的超螺旋结构,A、 一级结构,一级结构指其核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，也称碱基序列。,5末端的磷酸基团,3，5-磷酸二酯键,3末端羟基,3，5-磷酸二酯键,线条式缩写,文字式缩写,3，5-磷酸二酯键,DNA的书写顺序是53,在一级结构基础上，进一步盘绕折叠，形成高级结构。DNA和RNA在高级结构方面差别很大。,B、DNA的双螺旋二级结构与功能,DNA的二级结构的研究史DNA双螺旋结构的要点DNA结构的多样性物种的多样性,DNA的二级结构的研究史二十世纪二十年代，Levene研究了核酸的化学结构并提出了四核苷酸假说。他认为DNA分子是由A、G、C、T4种核苷酸不断重复延伸而成。二十世纪五十年代初，Chargaff采用层析和紫外吸收分析等技术研究了DNA分子的碱基组成，发现不同物种的DNA碱基组成不一样，并总有A=T；C=G。当量定律 Chargaff用有说服力的数据彻底否定了四核苷酸假说。,1953年，Watson和Crick以Chargaff的当量定律，Wilkins和Franklin进行DNA晶体的X-射线衍射图谱为基础研究提出了DNA的双螺旋结构。1962年， Watson（美）和 Crick（英）与Wilkins共享Nobel生理医学奖.Watson（美）和 Crick（英）最幸运的科学家。,DNA双螺旋结构的要点, DNA是一反向平行的互补双链结构。两条链反向平行糖-磷酸骨架居外侧碱基位于内侧，两条链之间的碱基以氢键相结合。碱基互补配对，A=T,GC,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,A=T,GC,DNA结构的多样性,DNA的右手螺旋并不是自然界DNA唯一存在的方式。右手螺旋结构是在生理盐水溶液中提取的DNA的结构，目前将这种结构称为B-DNA。1979年，Alexander Rich发现了左手螺旋，称为Z-DNA另外也有A-DNA的存在。,B-DNA 92%相对湿度（活细胞）A-DNA 75%相对湿度，其碱基平面倾斜20度，每转一圈碱基数目发生变化。Z-DNA 左旋，没有大沟，只有小沟，骨架像Z形,DNA双螺旋的构像类型,A-DNA,Z-DNA,物种的多样性,核苷酸的数目碱基的排列顺序不同生物的DNA具有自己独特的碱基顺序同种生物不同的器官、组织具有相同的碱基序列DNA的碱基序列不受环境、营养和年龄的影响,DNA种类各不相同,C、DNA的超螺旋结构,原核生物：大部分原核生物的DNA是共价封闭的环状双螺旋，这种双螺旋还可以再次螺旋化形成超螺旋。,真核生物：DNA和蛋白质组装成染色体，染色体的基本单位是核小体。核小体由DNA和组蛋白构成。组蛋白有H1，H2A，H2B，H3和H4。H2A，H2B，H3和H4各两分子构成核小体的核心，称为组蛋白八聚体。DNA双螺旋分子缠绕在八聚体上构成核小体的核心颗粒。核小体的核心颗粒之间再由DNA和组蛋白H1构成的连接区连接起来形成串珠状结构。核小体进一步旋转折叠形成棒状染色体，将近1m长的DNA分子容纳于直径只有数微米的细胞核中。,染色质的基本结构单位,核小体,DNA 染色体,核小体进一步旋转折叠形成棒状染色体，将近1m长的DNA分子容纳于直径只有数微米的细胞核中。,D、 RNA的结构,单链,信使RNA(mRNA)核糖体RNA(rRNA)转运RNA(tRNA),mRNA结构特点,线状单链结构，携带DNA信息，作为指导合成蛋白质的模板,原核细胞和真核细胞mRNA比较,单顺反子：只编码一条肽链的mRNA，称单顺反子多顺反子：编码多条肽链的mRNA，称多顺反子,四环四臂倒三叶草形aa臂与反密码臂是识别aa与密码的重要结构,tRNA的结构,额外环,反密码环,AA接受臂,TC环,2HU环,局部碱基能配对形成双螺旋，不能配对的区域形成突起(环),rRNA的结构,原核生物的核糖体 16S、23S、5SrRNA真核生物的核糖体 5S、5.8S、18S、23S、28SrRNA,核糖体的组成,2.7 维 生 素,水