模块核酸在食品加工中应用

1、模块核酸在食品加工中应用5.1 概述 为什么他们这么相像呢为什么他们这么相像呢? ?核酸简介核酸简介 克里克克里克华特生 19531953年春华特年春华特生与克里克共同生与克里克共同发现了发现了DNADNA的的分子模型分子模型双螺旋结构双螺旋结构 华特生（左）和克里克（右）在讨论 DNA 双螺旋模型 1944年 Avery等人证实DNA是遗传物质1953年 Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构1868年 Fridrich Miescher提取“核素”1968年 Nirenberg发现遗传密码1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶1981年 Gilbert和Sanger

2、建立DNA测序方法1985年 Mullis发明PCR 技术1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) 1994年 中国人类基因组计划启动2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架核酸的发现与早期研究核酸的发现与早期研究 一、核酸的定义 核核 酸酸(nucleic acid)(nucleic acid)是体内是体内重要的生物重要的生物大分子大分子，由于最初从细胞核分离出，由于最初从细胞核分离出来，又具有酸性，故称为核酸。来，又具有酸性，故称为核酸。 脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNADNA）：遗传信息的载体）：遗传信息的载体 核糖体核糖体RNA RNA ：蛋白质合成场所：蛋白质合成场所

3、核糖核酸（核糖核酸（RNARNA） 转运转运RNARNA：转运氨基酸：转运氨基酸 信使信使RNARNA：转录遗传信息，：转录遗传信息， 指导蛋白质合成指导蛋白质合成二、核酸的分类二、核酸的分类 1、核酸分类核糖体RNA（rRNA）:约占细胞中RNA总量的80%，是细胞质中核糖体的组成成分。 转运RNA（t RNA ）:约占全部RNA的15%，转运RNA是细胞中相对分子量最小的一种RNA分子，以游离态存在于细胞质中。信使RNA（mRNA） : 占细胞中RNA总量的5%左右。它是以DNA为模板，经转录合成。核糖核酸的分类2、核酸化学组成 碱基碱基戊糖戊糖磷酸磷酸核苷酸核苷酸核苷核苷核酸核酸核酸的基

4、本组成单位是核苷酸核酸的基本组成单位是核苷酸 。DNADNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸 。RNARNA的基本组成单位是核糖核苷酸的基本组成单位是核糖核苷酸 。嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 碱基碱基腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（尿嘧啶（U）DNA、RNA均有均有DNA有有RNA有有 嘌呤嘌呤(purine)(purine)1 1 碱碱 基基嘧啶嘧啶(pyrimidine)(pyrimidine)2 2 戊戊 糖糖构成构成RNARNA构成构成DNADNA3 3 核核 苷苷核苷核苷 = = 碱基碱基 + + 戊糖戊

5、糖连接方式：糖苷键嘌呤环上的连接方式：糖苷键嘌呤环上的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以糖苷键相连。以糖苷键相连。4 4 核苷酸核苷酸腺苷酸NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO- -HOO5酯键糖苷键糖苷键核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMPAMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMPdAMP, dGMP, dTMP, dCMP RNARNA和和DNADNA中常见的核苷酸中常见的核苷酸碱 基RNADNA腺嘌呤腺嘌呤核苷酸（腺苷酸，AMP）腺嘌呤脱氧核苷酸（脱氧腺苷酸

6、，dAMP）鸟嘌呤鸟嘌呤核苷酸（鸟苷酸，GMP）鸟嘌呤脱氧核苷酸（脱氧鸟苷酸，dGMP）胞嘧啶胞嘧啶核苷酸（胞苷酸，CMP）胞嘧啶脱氧核苷酸（脱氧胞苷酸，dCMP）尿嘧啶尿嘧啶核苷酸（尿苷酸，UMP）5 5 游离核苷酸及其衍生物游离核苷酸及其衍生物多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸环化核苷酸环化核苷酸: cAMP: cAMP，cGMPcGMP三、核酸的分子结构 1、核酸的一级结构 什么叫核酸一级结构什么叫核酸一级结构?核酸中核苷酸的排列顺序。核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。也称为碱基序列。 核苷酸之间以核苷酸之间以3 3

7、 , 5 , 5 - -磷酸二酯键连接形成磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。多核苷酸链，即核酸。书写方法书写方法2 2、核酸的空间结构、核酸的空间结构 1）DNADNA的双螺旋二级结构的双螺旋二级结构DNADNA双螺旋结构双螺旋结构DNADNA双螺旋模型的基本要点双螺旋模型的基本要点两条链反向平行两条链反向平行，围绕同一中心轴，围绕同一中心轴构成右手双螺旋构成右手双螺旋 。螺旋直径螺旋直径2nm2nm，表，表面有大沟和小沟。面有大沟和小沟。磷酸磷酸- -脱氧核糖骨脱氧核糖骨架位于螺旋外侧，架位于螺旋外侧，碱基垂直于螺旋轴碱基垂直于螺旋轴而伸入内侧。每圈而伸入内侧。每圈螺旋含螺旋含1010个

8、碱基对个碱基对，螺距为，螺距为3.4nm3.4nm。碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行两条链通过碱基间的氢两条链通过碱基间的氢键相连，键相连，A A对对T T有两个氢键有两个氢键，C C对对G G有三个氢键，严格有三个氢键，严格按照碱基配对原则。按照碱基配对原则。维持双螺旋稳定的因素：维持双螺旋稳定的因素：横向为氢键，纵向为碱基间横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力。的堆积力。2）DNADNA的三级结构的三级结构 DNA的三级结构指在二级结构的基础上，DNA双螺旋进一步卷曲所形成的闭合环状、线状等超螺旋结构。 单链RNA自行盘绕形成局部双螺旋区，在螺旋区，

9、A与U配对，G与C配对。在3种RNA中，目前，研究最清楚的是tRNA的空间结构，它的二级结构均为三叶草形，三级结构呈倒L形。 3 3）RNARNA的空间结构的空间结构5.2 核酸的性质核酸的性质一、一般性质一、一般性质核酸为多元酸，具有较强的酸性DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末 DNA是线性高分子，粘度极大核酸可被酸、碱或酶水解二、紫外吸收性质 在260nm波长有最大吸收峰，是由碱基的共轭双键决定。这一特性常用作核酸的定性、定量分析。紫外光紫外光吸收吸收光吸收基团光吸收基团: :碱基碱基原因原因: :碱基有共轭大碱基有共轭大 键键用途：用途：定性检测核酸定性检测核酸核酸的变性：在某些理

10、化因素作用下（温度、酸碱核酸的变性：在某些理化因素作用下（温度、酸碱、有机溶剂、尿素等），核酸分子互补双链之间氢、有机溶剂、尿素等），核酸分子互补双链之间氢键断裂，使双螺旋结构松散变成单链的过程。变性键断裂，使双螺旋结构松散变成单链的过程。变性产生增色效应。产生增色效应。变性表征：变性表征： 生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增色效应）吸收增加（增色效应）变性因素：变性因素： pHpH（11.311.3或或5.05.0）变性剂（脲、甲酰胺、甲醛）变性剂（脲、甲酰胺、甲醛） 低离子强度、加热低离子强度、加热三、三、核酸的变性核酸

11、的变性变性过程变性过程 变性不会破坏DNA的共价键结构。只是破坏DNA的氢键和碱基堆积力核酸的复性：又称退火，变性核酸在一定条件核酸的复性：又称退火，变性核酸在一定条件下如温度逐步恢复到生理范围内，两条互补链下如温度逐步恢复到生理范围内，两条互补链重新恢复天然的双螺旋构象。重新恢复天然的双螺旋构象。将热变性的DNA骤然冷却至低温时，DNA不可能复性。变性的DNA缓慢冷却时可复性即 “退火”。退火温度Tm25复性影响因素: 片段浓度/片段大小/片段复杂性（重复序列数目）/溶液离子强度四、核酸的复性四、核酸的复性特点：紫外吸收减少特点：紫外吸收减少减色效应：减色效应：DNADNA复性过程中，紫外吸

12、收减少的现复性过程中，紫外吸收减少的现象象常用的复性方法：退火常用的复性方法：退火复性过程复性过程杂交：不同来源的核酸经变性和复性的过程，杂交：不同来源的核酸经变性和复性的过程，其中一些不同的核苷酸单链由于存在局部碱基其中一些不同的核苷酸单链由于存在局部碱基互补片段，而在复性时形成杂化双链，此过程互补片段，而在复性时形成杂化双链，此过程称分子杂交。称分子杂交。包括包括 DNADNADNA DNA 杂交杂交 DNADNARNA RNA 杂交杂交 RNARNARNA RNA 杂交杂交原因：不同核酸的碱基之间可以形成碱基配原因：不同核酸的碱基之间可以形成碱基配对对用途：是分子生物学研究与基因工程操作

13、的常用途：是分子生物学研究与基因工程操作的常用技术用技术五、核酸分子杂交五、核酸分子杂交DNA-DNADNA-DNA杂交双链分子杂交双链分子变性变性 复性复性 不同来源的不同来源的DNADNA分子分子变性、复性和杂交之间的关系5.3 核酸的代谢一、核酸代谢一、核酸代谢1 1、核酸的酶促降解、核酸的酶促降解2 2、核苷酸的分解代谢、核苷酸的分解代谢 3 3、核苷酸的生物合成、核苷酸的生物合成 1 1、核酸的酶促降解、核酸的酶促降解DNA 稳定，耐酸碱RNA 易水解，碱中水解RNA：Rnase（酶稳定、耐高温）DNA：Dnase（种类多、工具酶）2）酶促水解：1）核酸水解：核酸内切酶 磷酸二酯酶核

14、酸外切酶 磷酸单酯酶3）限制性核酸内切酶 具有识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并由此切割DNA双链的核酸内切酶统称为限制性核酸内切酶。作用类别：非特异性特异性2、核苷酸的分解代谢1 ） 嘌呤碱的分解次黄嘌呤尿素NH3 + CO2GRNH2（微生物） 黄嘌呤 尿酸（醇式）2 2）嘧啶碱的分解）嘧啶碱的分解NH2二氢尿嘧啶还原H2O（开环）脲基丙酸H2O丙AA3、核苷酸的生物合成 从头合成 基本途径基本途径 半合成（补救合成）（CO2/NH3/AA/戊糖） 核苷酸 dNDP分解的现成嘌呤、嘧啶ATP核苷酸合成的两条途径核糖、氨基酸、CO2、NH3核糖核苷酸脱氧核苷酸辅酶RNA核苷碱基脱氧核苷D

15、NA1）嘌呤核苷酸的合成一碳单位一碳单位NNC123547689CO2AspGln甘氨酸甘氨酸一碳单位一碳单位N5,N10-次甲基四氢叶酸次甲基四氢叶酸2) 嘧啶核苷酸的合成CO2GlnAsp二、各种代谢产物之间的二、各种代谢产物之间的相互关系及调控相互关系及调控 1 1、糖类代谢与脂类代谢的相互联系糖类代谢与脂类代谢的相互联系 2 2、糖类代谢与蛋白质代谢的相互联系糖类代谢与蛋白质代谢的相互联系3 3、脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系 4 4、核酸代谢与糖类、脂类、蛋白质代核酸代谢与糖类、脂类、蛋白质代 谢的相谢的相互联系互联系 氨基酸碳骨架进入三羧酸循环的途径草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯磷酸烯醇式酸醇式酸 -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰氨天冬酰氨丙酮酸丙酮酸延胡索酸延胡索酸琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰C