第6章核酸的化学学习教案

1、会计学1第第6章核酸章核酸(h sun)的化学的化学第一页，共81页。Biochemistry 变异等机能都与核酸有着密切的变异等机能都与核酸有着密切的关系。关系。n重要性：核酸是现代生物化学、重要性：核酸是现代生物化学、分子生物学和医学的重要研究领分子生物学和医学的重要研究领域，是基因工程操作的核心分子。域，是基因工程操作的核心分子。第1页/共80页第二页，共81页。Biochemistry n2.1889年，人们才分离得到了不年，人们才分离得到了不含蛋白质的核酸，之后对其结构、含蛋白质的核酸，之后对其结构、性质和功能进行了全面研究。性质和功能进行了全面研究。n3.1910年德国的科学家年德

2、国的科学家A.Kossel和和他的学生发现了构成核酸的他的学生发现了构成核酸的4种碱种碱基，并获得诺贝尔化学奖；基，并获得诺贝尔化学奖；n4.1928年英国的细菌学家年英国的细菌学家Fred Griffith发现无致病能力的肺炎球发现无致病能力的肺炎球菌菌R型可转化为有致病能力的型可转化为有致病能力的S型型第2页/共80页第三页，共81页。Biochemistry Markham应用纸层析及分光光度应用纸层析及分光光度计大量测定了各种计大量测定了各种( zhn)生物生物的的DNA的碱基组成，发现不同生物的碱基组成，发现不同生物的的DNA碱基组成不同，有严格的种碱基组成不同，有严格的种的特异性，

3、同时也发现生物的碱基的特异性，同时也发现生物的碱基组成不同，但总是组成不同，但总是A=T,G=C,并提并提示示A-T,G-C之间互补的概念。之间互补的概念。n8.1950年后即年后即1952年，赫尔希用同年，赫尔希用同位素标记法证明了艾弗里位素标记法证明了艾弗里Avery等等的发现是正确的。的发现是正确的。第3页/共80页第四页，共81页。Biochemistry 氨酰转运核糖核酸（氨酰转运核糖核酸（Ala-tRNA），），处于世界领先地位。从此，有关核处于世界领先地位。从此，有关核酸的研究是生命科学最活跃的领域酸的研究是生命科学最活跃的领域之一。之一。n12.现在已经证明现在已经证明DNA是

4、贮存遗传信是贮存遗传信息的物质，基因是息的物质，基因是DNA分子中的一分子中的一段特定的碱基序列。而且完成了生段特定的碱基序列。而且完成了生物体内很多物体内很多DNA碱基序列的测定。碱基序列的测定。这为这为DNA重组技术和基因工程的诞重组技术和基因工程的诞生奠定了基础生奠定了基础(jch)，是生命科学，是生命科学的发展的一大突破。的发展的一大突破。第4页/共80页第五页，共81页。Biochemistry 的混合物。的混合物。核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸碱基碱基戊糖戊糖第5页/共80页第六页，共81页。Biochemistry n计算公式：核酸含量含磷量计算公式：核酸含量含磷量10.5

5、 第6页/共80页第七页，共81页。Biochemistry 戊糖分类戊糖分类(fn li)：DNA所含的糖为所含的糖为-D-2-脱氧核糖；脱氧核糖； RNA所含的糖则为所含的糖则为-D-核糖。核糖。 另外，有的另外，有的RNA中含有中含有D-2-O-甲基核糖。甲基核糖。OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脱氧核糖RiboseDeoxyribose第7页/共80页第八页，共81页。Biochemistry 碱基分类：嘌呤碱基分类：嘌呤(piolng)碱和嘧啶碱。它们均含有杂原子氮，被称为含氮的杂环化合物，呈弱碱性，故将其命名为碱基。碱和嘧啶碱。它们均含

6、有杂原子氮，被称为含氮的杂环化合物，呈弱碱性，故将其命名为碱基。碱基特征：碱基特征：A.都具有芳香环的结构特征。嘌呤都具有芳香环的结构特征。嘌呤(piolng)环和嘧啶环均呈平面或接近于平面的结构。环和嘧啶环均呈平面或接近于平面的结构。B.碱基的芳香环与环外基团可以发生酮式碱基的芳香环与环外基团可以发生酮式烯醇式或胺式烯醇式或胺式亚胺式互变异构。亚胺式互变异构。C.嘌呤嘌呤(piolng)碱和嘧啶碱分子中都含有共轭双键体系，在紫外区有吸收（碱和嘧啶碱分子中都含有共轭双键体系，在紫外区有吸收（260 nm左右）。左右）。D.核酸中存在的稀有碱基种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。核酸中存在的

7、稀有碱基种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。二、碱基第8页/共80页第九页，共81页。Biochemistry 1.嘌呤碱（嘌呤碱（purine ）：是嘌呤的衍生物，在）：是嘌呤的衍生物，在RNA和和DNA中主要有两种相同的嘌呤碱，它们是腺嘌呤（中主要有两种相同的嘌呤碱，它们是腺嘌呤（ adenine Ade or A ）和鸟嘌呤（）和鸟嘌呤（ guanine Gua or G ）。此外，还含有）。此外，还含有(hn yu)修饰嘌呤碱。修饰嘌呤碱。注意：注意：RNA和和DNA中的嘌呤碱为腺嘌呤和鸟嘌呤。中的嘌呤碱为腺嘌呤和鸟嘌呤。二、碱基第9页/共80页第十页，共81页。Biochemis

8、try 第10页/共80页第十一页，共81页。Biochemistry 2.嘧啶碱（嘧啶碱（pyrimidine ）：是嘧啶的衍生物，在）：是嘧啶的衍生物，在RNA和和DNA中主要含有两种嘧啶，其中都含有胞嘧啶（中主要含有两种嘧啶，其中都含有胞嘧啶（cytosine Cyt or C），另外），另外(ln wi)分别有尿嘧啶（分别有尿嘧啶（uracil Ura or U）和胸腺嘧啶（）和胸腺嘧啶（thymine Thy or T）。此外，还含有修饰嘧啶碱。）。此外，还含有修饰嘧啶碱。注意：注意：RNA中的嘧啶碱为胞嘧啶和尿嘧啶；中的嘧啶碱为胞嘧啶和尿嘧啶； DNA中的嘧啶碱为胞嘧啶和胸腺嘧啶。

9、中的嘧啶碱为胞嘧啶和胸腺嘧啶。二、碱基第11页/共80页第十二页，共81页。Biochemistry 二、碱基第12页/共80页第十三页，共81页。Biochemistry 二、碱基结构特征第13页/共80页第十四页，共81页。Biochemistry 二、碱基结构特征第14页/共80页第十五页，共81页。Biochemistry 第15页/共80页第十六页，共81页。Biochemistry 第16页/共80页第十七页，共81页。Biochemistry 第17页/共80页第十八页，共81页。Biochemistry 碱基碱基核糖核苷核糖核苷(在在RNA中中)脱氧核糖核苷（在脱氧核糖核苷（在

10、DNA中）中）全称全称简称简称代号代号全称全称简称简称代号代号腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷鸟嘌呤核苷鸟嘌呤核苷胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷腺苷腺苷鸟苷鸟苷胞苷胞苷尿苷尿苷AGCU 腺嘌呤脱氧核苷腺嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷胸腺嘧啶脱氧核苷胸腺嘧啶脱氧核苷脱氧腺苷脱氧腺苷脱氧鸟苷脱氧鸟苷脱氧胞苷脱氧胞苷脱氧胸苷脱氧胸苷dAdGdCdT第18页/共80页第十九页，共81页。Biochemistry 成成2-、3-和和5-核苷酸。核苷酸。在脱氧核苷酸核糖上，有在脱氧核苷酸核糖上，有2个游离的

11、羟基，它们磷酸化可形个游离的羟基，它们磷酸化可形成成3-和和5-脱氧核苷酸。脱氧核苷酸。n 2-、3-和和5-核苷酸在异核苷酸在异构酶的催化下，其结构构酶的催化下，其结构(jigu)可可以发生互变。以发生互变。第19页/共80页第二十页，共81页。Biochemistry 第20页/共80页第二十一页，共81页。Biochemistry 核糖核酸核糖核酸( (在在RNARNA中中) )脱氧核糖核酸（在脱氧核糖核酸（在DNADNA中）中）全称全称简称简称代号代号全称全称简称简称代号代号腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸腺苷酸腺苷酸鸟苷

12、酸鸟苷酸胞苷酸胞苷酸尿苷酸尿苷酸AMPAMPGMPGMPCMPCMPUMPUMP腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸dAMPdAMPdGMPdGMPdCMPdCMPdTMPdTMP第21页/共80页第二十二页，共81页。Biochemistry 第22页/共80页第二十三页，共81页。Biochemistry O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP)AMPADPA

13、TP 5 -NMP 5 -NDP 5 -NTPN=A、G、C、U 5 -dNMP 5 -dNDP 5 -dNTP N=A、G、C、T腺苷酸及其多磷酸腺苷酸及其多磷酸(ln sun)化合物化合物第23页/共80页第二十四页，共81页。Biochemistry nD.参与辅酶的形成。如尼克酰参与辅酶的形成。如尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸胺腺嘌呤二核苷酸(辅酶辅酶，NAD)，尼克酰胺腺嘌呤二核苷，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酸磷酸(辅酶辅酶，NADP)，黄素，黄素单核苷酸单核苷酸(FMN)，黄素腺嘌呤，黄素腺嘌呤二核苷酸二核苷酸(FAD)等与生物氧化作等与生物氧化作用的关系很密切，是重要的辅用的关系很密切，

14、是重要的辅酶。酶。第24页/共80页第二十五页，共81页。Biochemistry 而发挥作用的。它能传递多种而发挥作用的。它能传递多种细胞外的不同信息细胞外的不同信息(xnx)，调节，调节大量不同的生理生化过程，这大量不同的生理生化过程，这说明细胞内的信号通路具有明说明细胞内的信号通路具有明显的通用性。激素等为第一信显的通用性。激素等为第一信使。使。n第二信使：将作用于细胞膜的第二信使：将作用于细胞膜的信息信息(xnx)传递到细胞内，使之传递到细胞内，使之产生生理效应的细胞内信使，产生生理效应的细胞内信使，称为第二信使。称为第二信使。第25页/共80页第二十六页，共81页。Biochemis

15、try 第26页/共80页第二十七页，共81页。Biochemistry n二、核酸二、核酸(h sun)的的空间结构空间结构n（一）（一）DNA的空间结的空间结构构n（二）（二）RNA的空间结的空间结构构第27页/共80页第二十八页，共81页。Biochemistry 第28页/共80页第二十九页，共81页。Biochemistry OHOHOH5 3 RNA一级结构一级结构5 3 DNA一级结构一级结构(jigu)第29页/共80页第三十页，共81页。Biochemistry 顺序。如顺序。如AGCTAGC。第30页/共80页第三十一页，共81页。Biochemistry 5 3 结构式结

16、构式5 3 p p p pOH3 ACTG1 线条式线条式5 ACTGCATAGCTCGA 3 字母式字母式第31页/共80页第三十二页，共81页。Biochemistry nB.构成构成DNA的的4种碱基互补。即种碱基互补。即AT，GC，所以，所以AGTC，嘌呤碱和嘧啶碱的，嘌呤碱和嘧啶碱的总量相等。总量相等。第32页/共80页第三十三页，共81页。Biochemistry n核糖体核糖体RNA（rRNA）：与蛋白）：与蛋白质结合构成核糖体，核糖体是质结合构成核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所；蛋白质合成的场所；n转运转运RNA（tRNA）：在蛋白质）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的合成时

17、起着携带活化氨基酸的作用。作用。第33页/共80页第三十四页，共81页。Biochemistry 种类种类分子量分子量含量含量功能功能mRNA分子大小不一，由几分子大小不一，由几百至几千个核苷酸组百至几千个核苷酸组成差异很大成差异很大2在蛋白质合成中起模板作用，在蛋白质合成中起模板作用，传递传递DNA的遗传信息，指导的遗传信息，指导蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成rRNA分子量较大，由分子量较大，由120-5000个核苷酸组成个核苷酸组成82% 与蛋白质结合构成核糖体，与蛋白质结合构成核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所核糖体是蛋白质合成的场所tRNA分子量较小，由分子量较小，由73-93个核苷酸

18、组成个核苷酸组成16 在蛋白质合成时起着携带活在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用，化氨基酸的作用，参与蛋白参与蛋白质的生物合成质的生物合成第34页/共80页第三十五页，共81页。Biochemistry 了纪念超离心法创始人了纪念超离心法创始人Svedberg，用，用S作为沉降系数的作为沉降系数的单位，单位，1S =110-13s，S常用来常用来描述核酸分子、蛋白质分子和描述核酸分子、蛋白质分子和核糖体等的大小，核糖体等的大小，第35页/共80页第三十六页，共81页。Biochemistry 相反，一条链为53走向，另一条链为35走向。n侧链碱基互补配对：A与T配对，其间形成两个氢键；G与

19、C配对，其间形成三个氢键。每一碱基对的两个碱基称为互补碱基，同一DNA分子的两条脱氧多核苷酸链称为互补链。第36页/共80页第三十七页，共81页。Biochemistry 轴向距离为轴向距离为0.34nm，故每一螺，故每一螺旋的螺距为旋的螺距为3.4nm，每个碱基的，每个碱基的旋转旋转(xunzhun)角度为角度为36。n4.有大沟、小沟：绕有大沟、小沟：绕B-DNA双双螺旋表面上出现的螺旋槽螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称为大沟，窄（沟），宽的沟称为大沟，窄沟称为小沟。大沟，小沟都、沟称为小沟。大沟，小沟都、是由于碱基对堆积和糖是由于碱基对堆积和糖-磷酸骨磷酸骨架扭转造成的。架扭转造成

20、的。第37页/共80页第三十八页，共81页。Biochemistry 第38页/共80页第三十九页，共81页。Biochemistry 第39页/共80页第四十页，共81页。Biochemistry 镁离子等形成离子键，从而减镁离子等形成离子键，从而减少了脱氧核苷酸链间的静电斥少了脱氧核苷酸链间的静电斥力，有助于力，有助于DNA双螺旋结构的双螺旋结构的稳定稳定(wndng)。第40页/共80页第四十一页，共81页。Biochemistry n旋方向相反，使螺旋变松者，旋方向相反，使螺旋变松者，叫做叫做(jiozu)负超螺旋。负超螺旋。n正超螺旋：超螺旋方向与双螺正超螺旋：超螺旋方向与双螺旋方向

21、相同，使螺旋变紧者，旋方向相同，使螺旋变紧者，叫做叫做(jiozu)正超螺旋。正超螺旋。第41页/共80页第四十二页，共81页。Biochemistry 第42页/共80页第四十三页，共81页。Biochemistry 第43页/共80页第四十四页，共81页。Biochemistry nC.反密码臂及反密码环：前者由反密码臂及反密码环：前者由5对碱基组成，后者由对碱基组成，后者由7个核苷酸个核苷酸组成环状，环中部的组成环状，环中部的3个碱基称个碱基称为反密码子。为反密码子。nD.TC臂及臂及TC环：前者由环：前者由4对对碱基组成，后者由碱基组成，后者由7个核苷酸组个核苷酸组成环状，环中含成环状

22、，环中含TC碱基序列。碱基序列。nE.额外环：又称为可变环。额外环：又称为可变环。第44页/共80页第四十五页，共81页。Biochemistry v反密码子：识别反密码子：识别mRNA的密码子。的密码子。v密码子：密码子：mRNA分子分子(fnz)中决定蛋白质中氨基酸排列顺序的核苷酸组。中决定蛋白质中氨基酸排列顺序的核苷酸组。v遗传信息：遗传信息：DNA分子分子(fnz)中的核苷酸排列顺序。中的核苷酸排列顺序。第45页/共80页第四十六页，共81页。Biochemistry 第46页/共80页第四十七页，共81页。Biochemistry n真核生物的真核生物的rRNA分四类：分四类：5Sr

23、RNA、5.8SrRNA、18SrRNA和和28SrRNA。S为大为大分子物质在超速离心沉降分子物质在超速离心沉降(chnjing)中的一个物理学单中的一个物理学单位，可间接反应分子量的大小。位，可间接反应分子量的大小。第47页/共80页第四十八页，共81页。Biochemistry 5srRNA的二级结构的二级结构第48页/共80页第四十九页，共81页。Biochemistry n（三）核酸的颜色反应（三）核酸的颜色反应第49页/共80页第五十页，共81页。Biochemistry 核酸核酸共性共性0.14mol/LNacl2mol/LNaclDNA均溶于水；不溶于均溶于水；不溶于一般有机溶

24、剂，在一般有机溶剂，在70%乙醇中乙醇中形成沉淀形成沉淀溶解度低溶解度低溶解度高溶解度高RNA溶解度高溶解度高溶解度低溶解度低第50页/共80页第五十一页，共81页。Biochemistry 核酸核酸密度密度黏度黏度分子量分子量共扼吸收共扼吸收DNARNA双链双链DNA；环状；环状DNA 开环、开环、线状线状DNA大大大大260nm处处均较强，均较强，RNA小小小小v注意：变性注意：变性(binxng)的核酸黏度降低；而变性的核酸黏度降低；而变性(binxng)的蛋白质黏度增大。的蛋白质黏度增大。第51页/共80页第五十二页，共81页。Biochemistry (jin xn)较弱。较弱。nC

25、.核酸的等电点：很小。核酸的等电点：很小。nD.中性条件下：发生的是酸式中性条件下：发生的是酸式电离，使溶液带负电。电离，使溶液带负电。第52页/共80页第五十三页，共81页。Biochemistry 等。等。n热变性：由加热而引起的变性。热变性：由加热而引起的变性。n酸碱变性：由酸碱度变化而引起酸碱变性：由酸碱度变化而引起的变性。的变性。nDNA的熔点或熔解温度：即热的熔点或熔解温度：即热变性使变性使DNA的双螺旋结构破坏的双螺旋结构破坏一半时的温度。一半时的温度。第53页/共80页第五十四页，共81页。Biochemistry 性。性。n注意：由加热引起的核酸变性不注意：由加热引起的核酸变

26、性不是随温度升高逐渐进行的，而是是随温度升高逐渐进行的，而是“突变突变”式的，即通常在很窄的式的，即通常在很窄的温度范围内完成变性。温度范围内完成变性。第54页/共80页第五十五页，共81页。Biochemistry 加热加热(ji r)部分部分(b fen)双螺旋解开双螺旋解开 无规则线团无规则线团 链内碱基配对链内碱基配对第55页/共80页第五十六页，共81页。Biochemistry 这时对波长这时对波长260nm的紫外光吸收的紫外光吸收自然明显增强。自然明显增强。第56页/共80页第五十七页，共81页。Biochemistry 时，可以复性，这种复性称为退时，可以复性，这种复性称为退火

27、。火。n淬火：热变性淬火：热变性DNA在骤然冷却在骤然冷却时，不可复性，这种现象称为淬时，不可复性，这种现象称为淬火。火。第57页/共80页第五十八页，共81页。Biochemistry 对紫外光的吸收能力自然对紫外光的吸收能力自然(zrn)减弱。减弱。第58页/共80页第五十九页，共81页。Biochemistry 第59页/共80页第六十页，共81页。Biochemistry 第60页/共80页第六十一页，共81页。Biochemistry n4.碱基碱基A、G、C、U、T的结构的结构(jigu)分别是（分别是（ ）、）、 （ ）、）、（ ）、（）、（ ）和（）和（ ）。）。n5.GTP、

28、UDP、CMP的结构的结构(jigu)分别是（分别是（ ）、（）、（ ）和）和（ ）。）。第61页/共80页第六十二页，共81页。Biochemistry n4.在在DNA中使双螺旋结构稳定的因素有（中使双螺旋结构稳定的因素有（ ）nA. 碱基堆积力和氢键碱基堆积力和氢键 B. 离子键离子键nC. 3，5-磷酸二酯键磷酸二酯键 D.氢键和疏水作用氢键和疏水作用第62页/共80页第六十三页，共81页。Biochemistry nA. DNA中碱基排列中碱基排列(pili)顺序顺序 B. 双螺旋双螺旋nC.超螺旋结构超螺旋结构 D.三叶草形结构三叶草形结构第63页/共80页第六十四页，共81页。B

29、iochemistry n11.DNA变性后（变性后（ ）nA. 破坏一级结构破坏一级结构 B. 结构不变结构不变nC. 破坏空间结构破坏空间结构 D. 断裂共价键断裂共价键第64页/共80页第六十五页，共81页。Biochemistry 第65页/共80页第六十六页，共81页。Biochemistry 第66页/共80页第六十七页，共81页。Biochemistry 第67页/共80页第六十八页，共81页。Biochemistry 用比色法测定。用比色法测定。n核酸的含量磷含量核酸的含量磷含量10.5第68页/共80页第六十九页，共81页。Biochemistry n10维生素维生素C溶液：

30、称取溶液：称取10g维生素维生素C定容定容至至100mL；第69页/共80页第七十页，共81页。Biochemistry 准确称取准确称取0.1755克，加入克，加入1mL5mol/L硫酸溶液及硫酸溶液及3滴氯仿，滴氯仿，在在100mL容量瓶中定容。溶液容量瓶中定容。溶液含磷含磷400g/mL。使用时稀释到。使用时稀释到20g/mL。n定磷试剂：定磷试剂：10维生素：维生素：25钼酸铵溶液：钼酸铵溶液：17硫酸：水硫酸：水1：1：1：2的体积比混合。的体积比混合。第70页/共80页第七十一页，共81页。Biochemistry 定容时加氨水调节定容时加氨水调节pH为为7，促进，促进(cjn)溶解，此溶液中样品含量溶解，此溶液中样品含量2mgmL。n3.无机磷的测定：吸取样品溶液无机磷的测定：吸取样品溶液1.0mL在在100mL容量瓶中定容。容量瓶中定容。取此溶液取此溶液3.0mL于比色管中，加于比色管中，加定磷试剂定