4b 生命的基本化学组成

4生命的基本化学组成,4.5核酸*,主要内容,核酸是重要的生物大分子之一；贮存遗传信息，控制蛋白质的合成，从而控制着细胞和生物体的生命过程；核酸是由许多顺序排列的核苷酸组成的大分子，包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)；贮存遗传信息的特殊DNA片段称为基因，它编码蛋白质的氨基酸序列。,4.5核酸,是由许多顺序排列的核苷酸单体组成的大分子，具有三级结构。,DNA的一级结构是指4种核苷酸的连接和排列顺序，代表了DNA分子的化学组成，也影响了DNA的高级结构；DNA的二级结构是指两条多核苷酸长链以反向平行盘绕而成的双螺旋状结构，它又包括三种构象，即B-DNA、A-DNA及Z-DNA；DNA三级结构是DNA的高级结构，是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构，又分为正超螺旋和负超螺旋，它们之间可以互换，但以负超螺旋为主。,DNA的空间结构,DNA一级结构核苷酸排列顺序,每一个核苷酸含有一个戊糖分子、一个磷酸分子和一个含氮的有机碱（碱基）。脱氧核糖上第一位碳原子与嘌呤或嘧啶结合，就成为脱氧核苷，第五位碳或第三位原子再与磷酸结合，就成为脱氧核糖核苷酸（脱氧核糖核酸，脱氧核苷酸）。,核苷酸,核苷酸的有机碱分为两类；一类是嘧啶，是单环分子；一类是嘌呤，是双环分子。嘧啶有胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)3种。嘌呤包括腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)2种。,DNA的碱基是A、T、G、C，RNA的碱基是A、U、G、C。,多个核糖核苷酸以磷酸二酯键相连成长链的多核苷酸分子，即成为核酸的基本结构。,脱氧核糖核酸或核糖核酸,DNA双螺旋结构,DNA二级结构及其三种构象,DNA分子为二条多核苷酸链以一共同轴为中心，盘绕成右手双螺旋结构。螺旋直径2nm。螺旋盘绕形成链间的两种沟，即宽的大沟与狭窄的小沟。二条多核苷酸链的走向相反，通常取左侧链从上到下为53端，右则链从下向上为53端，这样二条链构成反平行排列的双螺旋。二条多核苷酸链借氢键而连系在一起。其中的氢键是一条链上碱基的-NH2的氢与另一链上碱基的氧或氮形成。T与A之间有二个氢键，G与C之间有三个氢键。这种相配关系称为碱基互补或碱基配对。由于二条链中碱基互补，所以二链彼此又称为互补链。,DNA的二级结构特点可归纳为：,S15,DNA的三级结构,线粒体、叶绿体、细菌、质粒及一些病毒的DNA双螺旋分子尚可形成封闭环状，天然状态的环状DNA分子多扭曲成麻花状的超螺旋结构（superhelix），这些比螺旋更为复杂的结构即DNA分子的三级结构；真核生物细胞核中DNA的超螺旋结构，以DNA双螺旋盘绕在组蛋白上形成核小体（nucleosome）。核小体是染色质（chromatin）的核心小粒，由有140个碱基对的双螺旋DNA缠绕于由组蛋白（H2A、H2B、H3及H4各二分子）组成的八聚体外面。,DNA超螺旋结构,LinktoS19,Linkto19,DNA的在溶液中基本性质,DNA变性（naturation）是指双螺旋之间氢键断裂，双螺旋解开，形成单链无规则线团，因而发生性质改变（如粘度下降，沉降速度增加，浮力上升，紫外吸收增加等），称为DNA变性。加热、改变DNA溶液的pH（如NaOH溶液）、或受有机溶剂（如乙醇、尿素、甲酰胺及丙酰胺等）等理化因素的影响，均可使DNA变性。,DNA复性(renaturation/annealing)：变性DNA只要消除变性条件，二条互补链还可以重新结合，恢复原来的双螺旋结构，这一过程称为复性。通常DNA热变性后，将温度缓慢冷却，并维持在比Tm低2530左右时，变性后的单链DNA即可恢复双螺旋结构，因此，这一过程又叫做退火。复性后的DNA，理化性质都能得到恢复。倘若DNA热变后快速冷却，则不能复性；在240290nm之间有一强烈的吸收峰，最大在260nm处；DNA在不同氯化钠溶液中的溶解度是不同的，当氯化钠的浓度为0.14mol/L时，其溶解度最低。具有等电点，但在中性pH值的情况下带负电。,DNA及其双螺旋结构的发现,1951年Watson23岁丹麦的哥本哈根Wilkins教授英国剑桥大学Cavendish实验室Crick，31岁伦敦大学Kings实验室女科学家FranklinWilkins教授Randall教授DNA应该是双螺旋A与T、C与G巧妙连接符合X衍射数据DNA的复制1953年2月28日，Waterson和Crick用金属线又制出了新的DNA模型，他们为自然科学树立了一座闪闪发光的里程碑。,RNA大多是单链分子，是以DNA为模板合成的；含核糖而不是脱氧核糖；4种核苷酸中，不含胸腺嘧啶（T），而是由尿嘧啶（U）代替了胸腺嘧啶（T）。细胞中主要有3种RNA：,RNA结构特点,即信使RNA（messengerRNA,mRNA，在细胞中占35），核糖体RNA（ribosomeRNA,rRNA，占80以上）和转运RNA（transferRNA,tRNA，占15左右）。,mRNA是遗传信息的携带者。线形单链结构，在细胞核中转录DNA上的遗传信息，再进入细胞质，作为指导合成蛋白质的模板；5端有甲基化结构，抗水解，并作为蛋白质合成的起始因子识别；有前导序列，用于定位的功能；3含有polyA尾结构，有利于进入细胞质以及提高稳定性。,mRNA，即信使RNA,tRNA局部为双链，在3、5端相反一端的环上具有由3个核苷酸组成的反密码子（环），在蛋白质合成时与mRNA上互补的密码子相结合。tRNA起识别密码子和携带相应氨基酸的作用。,tRNA，即转移RNA,倒L形,三叶草形,每一种氨基酸都有其相应的一种或几种tRNA,rRNA和蛋白质共同组成核糖体，即蛋白质合成的场所。在原核生物和真核生物细胞中rRNA的种类以及核糖体的组成不同。,rRNA，核糖体RNA,生命元素中，碳元素具有特别重要的作用。生物大分子的基本性质取决于有机化合物的碳骨架和功能基团。蛋白质、核酸、脂类和多糖等，都是由含有功能基团的相同或相近的单体脱水缩合而成。糖类包括单糖、寡糖和多糖。糖是生物代谢反应的重要中间代谢物，是细胞重要的结构成分，可构成核酸和糖蛋白等重要生物大分子，糖类又是生命活动的主要能源。脂类主要是由碳原子和氢原子通过共价键结合形成的非极性化合物，具有疏水性。中性脂肪和油都是由甘油和脂肪酸结合成的脂类。卵磷脂是生物膜脂质双层的主要成分。蛋白质是细胞最重要的结构成分并参与所有的生命活动过程。蛋白质的特定构像对于蛋白质的功能起决定性的作用。核酸包括脱氧核糖核酸（DNA)和核糖