第三章_核_酸(一)

1、6/26/20221第第三三章章 核核 酸（一）酸（一） 生物分子之三生物分子之三结构结构组成组成性能性能2Histone and nonhistoneNucleosomeChromatin3一、核酸概述1、核酸的发现和研究简史、核酸的发现和研究简史1) 1868年F.Miescher从脓细胞的细胞核中提取出一种高含磷的酸性物质，称为“核素”（nuclein）4 1944年由年由 Avery等完等完成的，它证明了生物遗成的，它证明了生物遗传特性发生改变的转化传特性发生改变的转化因子是因子是DNA，而不是蛋，而不是蛋白质。白质。2）装入胶囊中的活体致命细菌未装入胶囊的活体非致命细菌死亡致命细菌死

2、亡致命细菌+非致命活体细菌53）64）1972, Boyer, Berg and Cohen, recombinant DNA technology5）1982, Cech and Altman, ribozyme6）1990年美国30亿美元（19912005年）Human Genome Project（人类基因组计划），我国1999年加入承担1任务。7）1994，中国人类基因组计划启动8）2000. 6. 24, Working draft of human genome9）2003.3, 国际人类基因组单体型图计划(HapMap)7核酸的种类和分布核酸的种类和分布 核酸分为两大类：核酸分为

3、两大类： 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid Deoxyribonucleic Acid （DNADNA） 核糖核酸核糖核酸 Ribonucleic AcidRibonucleic Acid（RNARNA）1) DNA 含有生物物种的所有遗传信息，相对分子质量一般都很大。例如：人细胞核中DNA分子至少含有90，000，000个核苷酸；结构：大部分双链结构，少部分呈环状8DNA在细胞内的分布在细胞内的分布9RNARNA主要存在于细胞质中主要存在于细胞质中l mRNA （信使（信使RNA）5%ltRNA （转移（转移RNA）约占）约占10%-15%l rRNA （

4、核糖体（核糖体RNA）80%l其它其它l RNA病毒：病毒：SARS功能：负责DNA遗传信息的翻译和表达，相对分子量较DNA小的多，为单链分子。按照功能：按照功能：2）RNA10 组成核酸的基本元素：C、H、O、N、P； 其中P 的含量比较稳定，占9%-10%，通过测定P 的含量来推算核酸的含量（定磷法）。 DNA平均含磷量为9.9%，RNA为9.4%。 任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。二、核酸的组成二、核酸的组成1. 元素组成元素组成11 DNA和RNA是一种线形多聚核苷酸，它的基本结构单元是核苷酸。2、核酸的基本组成单位、核酸的基本组成单位-核苷酸核苷酸可变部分12RNA 含有含有D-核

5、糖；核糖；DNA含含D-2-脱氧核糖脱氧核糖OHOH2CHOHHOCH3OHHH-D-2-O-甲基核糖甲基化甲基化（1）核酸分子中的戊糖都是核酸分子中的戊糖都是-D型的，糖环上的碳原子往往以型的，糖环上的碳原子往往以1、2、3 等来表示，以区别于碱基杂环上的碳原子编号等来表示，以区别于碱基杂环上的碳原子编号13（2）1415修饰碱基（modified base） 也称为稀有碱基（minor base ），是4种主要碱基的衍生物。 tRNA中修饰碱基较多，有些甚至可达总量的10。16U：尿嘧啶； I：次黄嘌呤；：假尿嘧啶 ； D：二氢尿嘧啶17含氧碱基的异构体 含氧碱基有酮式和烯醇式两种类型的，

6、异构体，在生理pH和体内碱基主要以酮式异构体的形式存在。CNNOOHHCNNOHHOuracil 酮式 uracil 烯醇式18核苷核苷 戊糖戊糖+ +碱基碱基 糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-NC-N键，称为键，称为C-NC-N糖苷键糖苷键(OH)(OH) 糖的第1位C原子（C1）与嘌呤的第第9位位N原子和嘧啶的第第1位位N原子相连。19核核苷苷 核糖核苷（核苷）：核糖核苷（核苷）：A、G、C、U 脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dA、dG、dC、dT 20修饰核苷修饰核苷包括三种情况:（1）由修饰碱基和糖组成的核苷；（2）由非修饰碱基和2-O-甲基核糖组成的核苷；（3）

7、由碱基与糖连接方式特殊的核苷。21NNNNNHCH3dRN6-Methyl-dAHNNHO5,6-dihydrouridineORHHH(D or hU)OCH2HHOHHOCH3HHO2-O-甲基腺苷Ade(Am)NNCH3NH25-Methyl-dCOdR修饰碱基22修饰核苷的简写符号 少数修饰核苷用单字符号如D、I；但大多数修饰核苷是将碱基取代基、取代位置和取代数目写在核苷单字符号的左边，用小写英文字母代表取代基。 m N22取代位置核苷取代基的数目取代基23取代基用下列小写英文字母表示取代基用下列小写英文字母表示甲基甲基m 乙酰基乙酰基ac 氨基氨基n 甲硫基甲硫基ms 羟基羟基o或或

8、h 硫基硫基s 异戊烯基异戊烯基i 羧基羧基c 24（4）核苷酸）核苷酸 核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷的核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷的2，3 ， 5都有都有-OH可以可以和磷酸形成核苷酸；而脱氧核苷只有和磷酸形成核苷酸；而脱氧核苷只有3 和和 5-OH可以形成可以形成核苷酸。核苷酸。 体内游离的核苷酸多为体内游离的核苷酸多为-核苷酸。核苷酸。 腺苷（一磷）酸腺苷（一磷）酸AMP、鸟苷酸、鸟苷酸GMP； 脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸dCMP、脱氧胸腺苷酸、脱氧胸腺苷酸dTMP。核苷酸核苷酸 =核苷核苷+磷酸磷酸 =戊糖戊糖+碱基碱基+磷酸磷酸2526 DNA或RNA被酶水解后，除5-核苷酸外还有3-核苷酸。

9、 5-腺苷酸写作：pA； 3-鸟苷酸写作Gp；2-磷酸酯写作Cp2 。 核苷二磷酸：ADP、GDP、CDP、UDP 核苷三磷酸：ATP、GTP、CTP、UTP27核苷酸种类核苷酸种类 RNA 中含有 腺苷酸 AMP， 鸟苷酸 GMP，胞苷酸 CMP， 尿苷酸 UMP， DNA 中含有 脱氧腺苷酸 dAMP脱氧鸟苷酸 dGMP脱氧胞苷酸 dCMP脱氧胸苷酸 dTMP碱基A，G，C，U碱基A，G，C，T28核苷酸衍生物核苷酸衍生物 1. ATP1. ATP和和GTPGTPO-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP)AMPADPATP焦磷酸键 A

10、TP分子含有两个高能磷酸键，水解时可以释放大量的自由能。磷酸键高能原因：1）静电效应：静电排斥力使磷酸酯键处于高能状态。2）共振稳定因素：ADP和磷酸的共振稳定性高。1）ATP系列腺嘌呤核糖核苷三磷酸磷酸酯键29O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP)GMPGDPGTP焦磷酸键N2）GTP具有ATP类似的结构，也是一种高能化合物GTP+ADPGDP+ATP酶相互转化：（鸟嘌呤核糖核苷三磷酸）302、环化磷酸化( 存在于细胞中，环状核苷酸）cAMP（3，5-环腺嘌呤核苷一磷酸）cGMP（3，5-环鸟嘌呤核苷一磷酸）两者主要功能：作为细胞之

11、间传递信息的信使环状磷酯键也是高能键，水解能（43.9KJ/mol) 较ATP高的多。31三、核苷酸的性质三、核苷酸的性质1. 含氮碱基的性质含氮碱基的性质含氮碱基有共轭双键，在含氮碱基有共轭双键，在260nm附近具有强吸收峰附近具有强吸收峰在一定pH值下测定核酸的光吸收性质可鉴定核苷酸种类32胞嘧啶核苷酸的解离胞嘧啶核苷酸的解离 OCH2HHOHHOHHONNONH2POOHOCMPpKa2=4.5-OCH2HHOHHOHHONNONH2POOOCMPpKa3=6.4-pI =CMPpKa1+pKa22=0.8+4.52= 2.65OCH2HHOHHOHHONNONH2POOHOCMPpKa1=0.80H+-OCH2HHOHHOHHONNONH2POOHHOCMP+H+2、核苷酸的两性解离和等电点、核苷酸的两性解离和等电点 334种核苷酸的解离曲线种核苷酸的解离曲线 34可在可在pH2.05.0之间分离各种核苷酸之间分离各