核酸与辅酶医学知识讲座培训课件

1、 核酸（nucleic acid）由瑞士生物学家 Miescher 1869 年首先从脓细胞核中分离得到，当时被称为核质 (nuclein)，20年后，更名为核酸（nucleic acid）。 1944年Oswald Avery 证实脱氧核糖核酸（DNA）是遗传的物质基础,1953年 Watson 和 Crick 提出DNA 的双螺旋结构，揭开了遗传的奥秘。 核酸是控制生物遗传和支配蛋白质合成的模型。没有核酸，就没有蛋白质。因此，核酸是生命最根本的物质基础。对核酸的研究是现代科学研究领域最吸引人的课题。 10/4/20221第十八章 核酸 核酸（nucleic acid）由瑞士生物学第一节 核

2、酸的分类 1. 核酸的分类 2. RNA的分类 10/4/20222第十八章 核酸第一节 核酸的分类 一、核酸分类 （一）根据分子中所含戊糖的种类分类 1. RNA：核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)，约90%的RNA在细胞质中，10%的RNA在细胞核中； 2. DNA：脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)。DNA主要存在于细胞核和线粒体中，是生物遗传的主要物质基础，承担体内遗传信息的贮存和发布。 10/4/20223第十八章 核酸 一、核酸分类 （一）根据分子 （二）根据RNA在蛋白质合成过程中所起的作用分类 1. 核蛋白体RNA(dbosom

3、al RNA，rRNA)，又称核糖体RNA，它是蛋白质合成时多肽链的“装配机”。参与蛋白质合成的各种成分最终必须在核蛋白体上将氨基酸按特定顺序合成多肽链。 2. 信使RNA(messengerRNA，mRNA)，它是合成蛋白质的模板，在蛋白质合成时，控制氨基酸排列顺序。 10/4/20224第十八章 核酸 （二）根据RNA在蛋白质合成过程中所起的作用 3. 转运RNA(transferRNA，tRNA)。在蛋白质的合成过程中，tRNA是搬运氨基酸的工具。氨基酸由各自特异的tRNA“搬运”到核蛋白体，才能“组装”成多肽链。10/4/20225第十八章 核酸 3. 转运RNA(transferRN

4、A，t第二节 核苷和核苷酸 1. 核酸的化学组成 2. 核苷 3. 核苷酸10/4/20226第十八章 核酸第二节 核苷和核苷酸 一、核酸的化学组成 核酸分子中所含主要元素有C、H、O、N、P等。其中含磷量为910，由于各种核酸分子中含磷量比较接近恒定，故常用含磷量来测定组织中核酸的含量。 核酸也称多核苷酸(polynucleotide)，是由数10个以至千万计的单核苷酸(mucleotide) 组成。核酸完全水解可以得到磷酸、嘌呤碱和嘧啶碱（简称碱基）、核糖和脱氧核糖。10/4/20227第十八章 核酸 一、核酸的化学组成 核酸分子中 磷酸 核酸核苷酸 戊糖（核糖或脱氧核糖） 核苷 有机碱（

5、嘌呤碱和嘧啶碱） 10/4/20228第十八章 核酸 DNA和RNA中所含的嘌呤碱相同，都含有腺嘌呤和鸟嘌呤。而所含的嘧啶碱不同，两者都含有胞嘧啶。核酸水解后的主要最终产物水解产物类别RNADNA酸磷酸磷酸戊糖D- 核糖D-2-脱氧核糖嘌呤碱腺嘌呤 鸟嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤嘧啶碱胞嘧啶 尿嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶10/4/20229第十八章 核酸核酸水解后的主要最终产物水解产物类别RNADNA酸磷酸磷酸戊 RNA中含有尿嘧啶而无胸腺嘧啶。 DNA中含有胸腺嘧啶而无尿嘧啶。10/4/202210第十八章 核酸 RNA中含有尿嘧啶而无胸腺嘧啶。10/2/2 两类碱基的结构及缩写符号如下 ： 10/4/20

6、2211第十八章 核酸 两类碱基的结构及缩写符号如下 ： 10/4/202212第十八章 核酸10/2/202212第十八章 核酸 两类碱基可发生酮式-烯醇式互变，如： 10/4/202213第十八章 核酸 两类碱基可发生酮式-烯醇式互变，如： 10/ 在生理条件下或者酸性和中性介质中，它们以酮式为主。 【问题18-1】试写出尿嘧啶的酮式-烯醇式互变异构体。10/4/202214第十八章 核酸 在生理条件下或者酸性和中性介质中，它们以酮式 核酸中的戊糖有两类，即-D-核糖和-D-2-脱氧核糖，D-核糖存在于RNA中，而2-D-脱氧核糖存在于DNA中。它们的结构及编号如下： 10/4/20221

7、5第十八章 核酸 核酸中的戊糖有两类，即-D-核糖和-D- 二、核苷 核苷（nucleoside）是由核糖C1上的-半缩醛羟基与嘌呤碱 9 位或嘧啶碱 1 位氮原子上的氢脱水缩合而成的氮苷。10/4/202216第十八章 核酸 二、核苷 核苷（nucleos 在DNA中常见的4种脱氧核糖核苷的结构式及名称如下： 10/4/202217第十八章 核酸 在DNA中常见的4种脱氧核糖核苷的结构式及名10/4/202218第十八章 核酸10/2/202218第十八章 核酸 RNA中常见的4种核苷的结构式及名称如下：10/4/202219第十八章 核酸 RNA中常见的4种核苷的结构式及名称如下：110/

8、4/202220第十八章 核酸10/2/202220第十八章 核酸 在核苷的结构式中，戊糖上的C原子编号总是以带撇数字表示，以区别于碱基上原子的编号。 核苷命名时，如果是核糖，词尾用“苷”字，前面加上碱基名称即可。如胞嘧啶脱氧核苷，简称为脱氧胞苷。 氮苷与氧苷一样对碱稳定，但氮苷只有在强酸性溶液中才能发生水解，生成相应的碱基和戊糖。10/4/202221第十八章 核酸 在核苷的结构式中，戊糖上的C原子编号总是以带 三、核苷酸 核苷酸(nucleotide)是核苷分子中的核糖或脱氧核糖的3或5位的羟基与磷酸所生成的酯。生物体内大多数为5核苷酸。组成RNA的核苷酸有腺苷酸、鸟苷酸、胞苷酸和尿苷酸，

9、组成DNA的核苷酸有脱氧腺苷酸、脱氧鸟苷酸、脱氧胞苷酸和脱氧胸苷酸。 10/4/202222第十八章 核酸 三、核苷酸 核苷酸(nucle 腺苷酸和脱氧胞苷酸结构如下：10/4/202223第十八章 核酸 腺苷酸和脱氧胞苷酸结构如下：10/2/202 核苷酸的命名包括糖基和碱基的名称酮式要标出磷酸连在戊糖上的位置。例如：腺苷酸又叫腺苷-5-磷酸或腺苷一磷酸（AMP）。如果糖基为脱氧核糖，则要在核苷酸前加“脱氧”二字。例如：脱氧胞苷酸又叫脱氧胞苷-5-磷酸或脱氧胞苷一磷酸（dCMP）。 【问题18-2】试写出胞苷酸和脱氧鸟苷酸的结构式。10/4/202224第十八章 核酸 核苷酸的命名包括糖基和

10、碱基的名称酮式要标出磷第三节核酸的结构和理化性质 1. 核酸的一级结构 2. DNA的双螺旋结构 3. 核酸的理化性质10/4/202225第十八章 核酸第三节核酸的结构和理化性质 一、核酸的一级结构 核酸分子中各种核苷酸排列的顺序即为核酸的一级结构，又称为核苷酸序列。由于核苷酸间的差别主要是碱基不同，又称为碱基序列。在核酸分子中，各核苷酸间是通过3、5-磷酸二酯键来连接的。即一个核苷酸的3-羟基与另一个核苷酸5-磷酸基形成磷脂键，这样一直延续下去，形成没有支链的核酸大分子。 DNA和RNA的部分多核苷酸链结构可用简式表示如下： 10/4/202226第十八章 核酸 一、核酸的一级结构 核酸分

11、子中 10/4/202227第十八章 核酸 10/2/202227第十八章 核酸 为了简化繁琐的结构式，常用P表示磷酸，用竖线表示戊糖基，表示碱基的相应英文字母置于竖线之上;用斜线表示磷酸和糖基形成的酯键。以上RNA、DNA的部分部分结构可表示如下：10/4/202228第十八章 核酸 为了简化繁琐的结构式，常用P表示磷酸，用竖线 还可以用更简单的字符表示，如上面的RNA和DNA的片段可表示为：RNA: 5pApCpGpU-OH 3或5ACGU 3DNA: 5pApCpGpT-OH 3或5ACGT 3 根据核酸的书写规则，DNA和RNA的书写应从5端到3端。10/4/202229第十八章 核酸

12、 还可以用更简单的字符表示，如上面的RNA和D 二、DNA双螺旋(double helix)结构 DNA分子由两条核苷酸链组成。它们沿着一个共同轴心以反平行走向盘旋成右手双螺旋结构。亲水的脱氧戊糖基(S)和磷酸基(P)位于双螺旋的外侧，而碱基朝向内侧。一条链的碱基与另一条链的碱基通过氢键结合成对。碱基对的平面与螺旋结构的中心轴垂直。 双螺旋的外部形成一个大沟(major groove) 和一个小沟(minor groove),这些沟对DNA和蛋白质的相互识别非常重要。大沟小沟10/4/202230第十八章 核酸 二、DNA双螺旋(double helix) Doxorubicin bindin

13、g to DNA10/4/202231第十八章 核酸 Doxorubicin binding to10/4/202232第十八章 核酸10/2/202232第十八章 核酸 （一）物理性质 DNA为白色纤维状固体, RNA为白色粉末。均微溶于水, 易溶于稀碱溶液, 其钠盐在水中的溶解度较大。均不溶于乙醇、乙醚、氯仿等一般有机溶剂, 而易溶于2-甲氧基乙醇中。核酸在 260nm 有较强吸收（嘌呤、嘧啶的K带）, 常用于核酸、核苷酸、核苷及碱基的定量分析。 核酸溶液的粘度比较大，DNA 的粘度比 RNA更大，这是DNA分子的不对称性引起的。 三、核酸的理化性质10/4/202233第十八章 核酸 （

14、一）物理性质 三、核酸的理化 （二）酸碱性 核酸分子中既含有磷酸基, 又含嘌呤和嘧啶碱, 故是两性化合物，但酸性大于碱性。能与金属离子成盐, 又能与一些碱性化合物生成复合物。如与染料结合从溶液中析出沉淀。 核酸在不同的pH值溶液中带有不同电荷, 故可象蛋白质一样, 在电场中发生电泳。迁移的方向和速率与分子的电荷量、分子的大小和分子的形状有关。10/4/202234第十八章 核酸 （二）酸碱性10/2/202234第十八章 （三）变性和复性 核酸在加热、酸、碱或乙醇、丙酮、尿素、酰胺等理化因素作用下，分子由稳定的双螺旋结构松解为无规则线团结构的现象，称为核酸的变性。变性不破坏核酸的一级结构，只是

15、破坏碱基间的氢键和堆积力。 DNA 的变性是可逆的。在适当条件下，变性 DNA 的两条互补链全部或部分恢复到双螺旋结构的现象，称为复性 (renaturation)。10/4/202235第十八章 核酸 （三）变性和复性10/2/202235第十八作 业P262263：18-4、18-7、18-910/4/202236第十八章 核酸作 业10/2/202236第十八章 核酸第一节 核酸的分类和化学组成一、核酸的分类 10/4/202237第一节 核酸的分类和化学组成一、核酸的分类 10/2/2二、核酸的化学组成 核酸分子中所含的主要元素：C、H、O、N、P 等 其中含磷量为910。常用含磷量测

16、定组织中核酸的含量 核酸的基本组成单位是核苷酸 10/4/202238二、核酸的化学组成 核酸分子中所含的主要元素：C、H、O、核酸水解后的主要最终产物上页下页首页10/4/202239核酸水解后的主要最终产物上页下页首页10/2/202239 两类戊糖的结构及编号RNA中的 D-核糖和DNA中的 D-2-脱氧核糖:上页下页首页10/4/202240 两类戊糖的结构及编号RNA中的 D-核糖和DNA中的 D- 两类碱基的结构及缩写符号:腺嘌呤(Adenine) 鸟嘌呤(Guanine) 胞嘧啶 (Cytosine)尿嘧啶 (Uracil,in RNA) 胸腺嘧啶 (Thymine, in DN

17、A) 上页下页首页Purine 10/4/202241 两类碱基的结构及缩写符号:腺嘌呤(Adenine) 鸟嘌呤两类碱基均可发生酮式-烯醇式互变: 生理条件下或酸性、中性介质中均以酮式为主。10/4/202242两类碱基均可发生酮式-烯醇式互变: 生理条件下或酸性、课堂练习： 写出尿嘧啶和胸腺嘧啶酮式-烯醇式互变异构体.10/4/202243课堂练习：10/2/202243第二节 核苷和核苷酸 核苷是由D-呋喃核糖C1上的-苷羟基与 嘌呤碱 9 位 或 嘧啶碱 1 位 N 上的氢缩水而成的氮苷。 一、核 苷 (nucleoside)在核苷的结构式中, 戊糖上C 原子的编号总是以带撇数字表示,

18、 以区别于碱基上原子的编号。10/4/202244第二节 核苷和核苷酸 核苷是由D-呋喃核糖C1上的- 脱氧核苷是由D-2-脱氧核糖C1上的-苷羟基与 嘌呤碱 9 位 或 嘧啶碱 1 位 N 上的氢脱水缩合而成的氮苷。 10/4/202245 脱氧核苷是由D-2-脱氧核糖C1上的-苷DNA中常见的四种脱氧核苷：胸腺嘧啶脱氧核苷(脱氧胸苷) Thymidine腺嘌呤脱氧核苷(脱氧腺苷)Deoxyadenosine鸟嘌呤脱氧核苷(脱氧鸟苷)Deoxyguanosine胞嘧啶脱氧核苷(脱氧胞苷)Deoxycytidine上页下页首页10/4/202246DNA中常见的四种脱氧核苷：胸腺嘧啶脱氧核苷(

19、脱氧胸苷)腺嘌RNA中常见的四种核苷：Adenosine腺嘌呤核苷(腺苷)鸟嘌呤核苷(鸟苷)Guanosine胞嘧啶核苷(胞苷)Cytidine 尿嘧啶核苷(尿苷)Uridine10/4/202247RNA中常见的四种核苷：Adenosine鸟嘌呤核苷(鸟苷)核苷的命名 若为核糖:“碱基名”“核苷” 如腺嘌呤核苷，简称腺苷。若为脱氧核糖: “碱基名”脱氧核苷” 如胞嘧啶脱氧核苷,简称脱氧胞苷。腺嘌呤核苷(腺苷) 胞嘧啶脱氧核苷(脱氧胞苷)10/4/202248核苷的命名 若为核糖:“碱基名”“核苷” 若为脱氧 氮苷与氧苷一样对碱稳定，但在强酸性溶液中可水解，生成相应的杂环碱和戊糖。问题： 写出

20、脱氧胸苷水解的反应式.10/4/202249 氮苷与氧苷一样对碱稳定，但在强酸性溶液中可水二、 核苷酸（nucleotide） 核苷分子中的核糖或脱氧核糖的3或5位的羟基与磷酸形成的酯。生物体内大多数为5-核苷酸。10/4/202250二、 核苷酸（nucleotide） 核苷分子中腺苷-5-磷酸 (腺苷酸)(adenosine-5-phosphate,Adenylic acid)核苷酸的命名：要包括糖基和碱基的名称, 同时要标出磷酸连在戊糖上的位置。或：腺苷一磷酸(adenosine monophosphate AMP）10/4/202251腺苷-5-磷酸 (腺苷酸)核苷酸的命名：要包括糖基

21、和碱基脱氧腺苷-3-磷酸(deoxyadenosine-3-phosphate)若糖基为脱氧核糖, 则要在核苷酸前加“脱氧”二字。10/4/202252脱氧腺苷-3-磷酸若糖基为脱氧核糖, 则要在核苷酸前加“脱10/4/202253第十八章 核酸10/2/202253第十八章 核酸10/4/202254第十八章 核酸10/2/202254第十八章 核酸10/4/202255第十八章 核酸10/2/202255第十八章 核酸10/4/202256第十八章 核酸10/2/202256第十八章 核酸课堂练习： 命名下列化合物.脱氧胞苷-5-磷酸 (deoxycytidine-5-phosphate)

22、(脱氧胞苷酸 deoxycytidylic acid)上页下页首页10/4/202257课堂练习： 命名下列化合物.脱氧胞苷-5-磷酸 (deox第三节 核酸的结构一、核酸的一级结构 核酸分子中各种核苷酸排列的顺序即为核酸一级结构，又称为核苷酸序列。由于核苷酸间的差别主要是碱基不同，又称为碱基序列。上页下页首页10/4/202258第三节 核酸的结构一、核酸的一级结构 核酸分 在核酸分子中，各核苷酸间通过3、5-磷酸二酯键连接。即一个核苷酸的3-羟基与另一个核苷酸5-磷酸基形成磷酯键，这样一直延续下去，形成没有支链的核酸大分子。CA G DNA部分多核苷酸链结构 上页下页首页10/4/2022

23、59 在核酸分子中，各核苷酸间通过3、5-磷酸 简化式：P 表示磷酸、竖线表示戊糖基, 碱基(英文首字母)置于竖线之上,斜线表示磷酯键。或：5pApCpGpT-OH 3 或：5ACGT 3CA G T DNA和RNA书写规则: 从 5 端到 3 端上页下页首页10/4/202260 简化式：P 表示磷酸、竖线表示戊糖基, 碱基(英课堂练习： 命名下列RNA片段.上页下页首页10/4/202261课堂练习： 命名下列RNA片段.上页下页首页10/2/202二、DNA双螺旋(double helix)结构 DNA分子由两条核苷酸链组成。它们沿着一个共同轴心以反平行走向盘旋成右手双螺旋结构。 亲水的

24、脱氧戊糖基(S)和磷酸基(P)位于双螺旋的外侧，而碱基朝向内侧。一条链的碱基与另一条链的碱基通过氢键结合成对。碱基对的平面与螺旋结构的中心轴垂直。 双螺旋的外部形成一个大沟(major groove) 和一个小沟(minor groove),这些沟对DNA和蛋白质的相互识别非常重要。大沟小沟上页下页首页10/4/202262二、DNA双螺旋(double helix)结构 DNA分A T G C 上页下页首页10/4/202263A T G C 上页下页首页10/2/202263模型: DNA中的碱基配对上页下页首页10/4/202264模型: DNA中的碱基配对上页下页首页10/2/2022

25、64 在双螺旋结构中，双螺旋直径为2000pm (2nm)，相邻两个碱基对平面间的距离为340pm (0.34nm)，每10对碱基组成一个螺旋周期，因此双螺旋的螺距为3400pm (3.4nm)。碱基间的疏水作用可导致碱基堆积，这种堆积力维系着双螺旋的纵向稳定,而维系双螺旋横向稳定的因素是碱基对间的氢键。上页下页首页10/4/202265 在双螺旋结构中，双螺旋直径为2000pm (2nm) 由碱基互补规律可知,当DNA分子中一条多核苷酸链的碱基序列确定后, 即可推知另一条互补的多核苷酸链的碱基序列。这就决定了DNA在控制遗传信息从母代传到子代的高度保真性。在生物领域内,形形色色的遗传信息都由

26、DNA中的A、T、G、C四个碱基的顺序决定。能合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的DNA中的核苷酸序列称为基因(gene)。 DNA 右手双螺旋结构模型是 DNA分子在水溶液和生理条件下最稳定的结构, 称为 B-DNA。此外人们还发现了Z-DNA 和 A-DNA。可见自然界DNA 的存在形式不是单一的。 上页下页首页10/4/202266 由碱基互补规律可知,当DNA分子中一条多核苷酸链的碱*三、RNA二级结构简介 天然RNA多以单链形式存在，但在单链的许多区域可发生自身回折，在回折区内碱基相互配对(A-U、G-C)，配对的多核苷酸链(约占4070)形成双螺旋结构，不能配对的碱基则形成突环(loop)。上页下页首页10/4/202267*三、RNA二级结构简介 天然RNA多以单链形式第四节 核酸的理化性质一、 物理性质 DNA为白色纤维状固体, RNA为白色粉末。均微溶于水, 易溶于稀碱溶液, 其钠盐在水中的溶解度较大。均不溶于乙醇、乙醚