核酸的结构与功能-1上课用PPT幻灯片

内容核酸的化学组成及一级结构（1）DNA的空间结构与功能（1，2）RNA的结构与功能（2）核酸的理化性质（3）核酸酶（3）要求掌握：常见核苷酸的结构、符号和性质。DNA和RNA的分子组成。核酸分子中核苷酸的连接方式、键的方向性，核酸的一级结构及其表示法；DNA的二级结构的特点

什么是核酸?核酸是遗传信息物质核酸研究的历史和重要性1869年，瑞士科学家Miescher在外科绷带上脓细胞的细胞核中分离出了一种含磷酸很高的酸性化合物，因存在于核中，故命名为核素（nuclein）1889年，Altmann制备了不含蛋白质的核酸制品，首先使用了核酸(nucleicacid)这个名称。核酸的研究历史和重要性1944

Avery

等通过肺炎球菌转化试验证明DNA是遗传物质1953Watson和Crick提出DNA结构的双螺旋模型，这是核酸发展史上的重要里程碑1958Crick提出遗传信息传递的中心法则70年代建立DNA重组技术80年代以后分子生物学、分子遗传学等学科突飞猛进发展，实施人类基因组计划（HGP）肺炎球菌转化实验肺炎球菌有许多不同的菌株，但只有光滑型(S)菌株能引起人的肺炎和小鼠的败血症。这种菌株的细菌细胞外面有多糖类的胶状荚膜保护层，使它们不会被宿主的防御机制所破坏。当这种细菌生长在合成培养基上时，每个细菌长成一个明亮、光滑的菌落。其他一些菌株没有荚膜，不会引起疾病，长成粗糙型(R)菌落。英国卫生部病理学实验室的FredGriffith发现(1928)，将高温杀死的S型细菌和活的R型细菌一起注入小鼠体内，结果不仅有许多小鼠死于败血症，而且从死鼠血液中还发现了活的S型细菌。如果注入小鼠体内的只是活的R型细菌，或是死的S型细菌，都不会引起败血症。这说明，高温杀死的S型细菌使某些活的R型细菌转化成S型细菌。S型细菌有一种物质或转化因素进入了R型细菌，引起R型细菌发生了稳定的遗传变异。艾弗里(OswardAvery)等人(1944)从S型细菌中分别抽提出DNA、蛋白质和荚膜物质，并把每一种成分同活的R型细菌混合，悬浮在合成培养液中。结果发现只有DNA组分能够把R型细菌转变成S型细菌。而且DNA的纯度越高，这种转化的效率也越高。这说明，一种基因型细胞的DNA进入另一种基因型的细胞后，可引起稳定的遗传变异，DNA赋有特定的遗传特性。早期的研究仅将核酸看成是细胞中的一种成分，后逐步证明核酸中含有戊糖，磷酸和碱基，是一种线状聚合物。第一节

核酸的化学

组成及一级结构一、核酸的化学组成1.元素组成C、H、O、N、P（9~10%）2.分子组成核酸核苷酸核苷磷酸碱基戊糖AGCUT嘌呤嘧啶核糖脱氧核糖核苷酸是核酸的基本组成单位碱基、核苷、核苷酸的概念和关系

碱基戊糖HOCH2HOH脱氧核糖(inDNA)HOCH2HOOH核糖(inRNA)磷酸嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶CUT嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤AG（一）戊糖（构成RNA）1´2´3´4´5´核糖(ribose)（构成DNA）脱氧核糖(deoxyribose)嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)（二）碱基嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)胺式

亚胺式互变异构酮式烯醇式互变异构稀有碱基嘌呤——次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、

N2、N2-二甲基鸟嘌呤。嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶、4-巯尿嘧啶核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的种类很多，都是基本碱基的化学修饰型，大部分是上述碱基的甲基化产物。核苷：AR,GR,UR,CR脱氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR（三）核苷(ribonucleoside)的形成碱基＋戊糖＝核苷连接部位：戊糖---1，碱基---嘌呤9/嘧啶1

连接方式：C---N糖苷键1´1核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

（四）核苷酸(ribonucleotide)核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。

5´-NMP5´-NDP5´-NTPN=A、G、C、U

5´-dNMP5´-dNDP5´-dNTPN=A、G、C、T腺苷酸及其多磷酸化合物AMPAdenosine

monophosphateADPAdenosine

diphosphateATPAdenosine

triphosphate体内重要的游离核苷酸及其衍生物辅酶和辅基——含核苷酸的生物活性物质：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD

等都含有

AMP

ATP，GTP第二信使－环化核苷酸:cAMP，cGMPcAMP生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。（1）ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸)ATP的性质是重要的能量转换中间体ATP含两个高能磷酸键：水解时可释放大量自由能，推动体内各种需能反应。ATP也是磷酰化剂：磷酰化的底物具较高能量（活化分子），是许多生物化学反应的激活步骤。

(2)GTP(鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)生物体内游离存在，也是一种高能化合物具有类似ATP的结构主要是作为蛋白质合成中磷酰基供体在许多情况下,ATP和GTP可以相互转换（3）cAMP和cGMPcAMP3’,5’环腺嘌呤核苷一磷酸cGMP3’,5’-环鸟嘌呤核苷一磷酸——第二信使cAMP和cGMP的环状磷酯键是一个高能键：pH7.4时水解能约为43.9kJ/mol，比ATP水解能高得多。5´端3´端二、DNA是脱氧核苷酸通过３′,５′-磷酸二酯键连接形成的大分子

上一个核苷酸戊糖３，位的羟基与下一个核苷酸戊糖５‘位的磷酸以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即以３′,５′-磷酸二酯键连接。CGA脱H2O脂键相连3`，5`-磷酸二酯键3`5`三、RNA也是具有３′,５′-磷酸二酯键的线性大分子

OHOHOH5´3´5´端3´端四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序定义

核酸分子中核苷酸的连接方式以及核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。主链：戊糖－磷酸骨架位于外侧侧链：碱基对位于内侧方向：５’3’5′端3′端CGADNA一级结构的表示法5´3´结构式5´3´

p

p

p

pOH3´ACTG1´线条式5´ACTGCATAGCTCGA3´字母式核苷酸顺序又称碱基顺序DNA一级结构的意义DNA虽然只是由于四个碱基的变化形成的四种核苷酸按照一定的顺序排列起来，但值得注意的是，DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。例如，一个由N个脱氧核糖核苷酸组成的DNA会有4N个可能的组合，提供了巨大的遗传信息编码潜力。RNA的一级结构

RNA分子中各核苷酸之间的连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列顺序叫做RNA的一级结构OHOHOH5´3´

RNA与DNA一级结构的差异

DNA

RNA糖脱氧核糖核糖碱基

AGCTAGCU不含稀有碱基含稀有碱基

第二节

DNA的空间结构与功能DNA的二级结构-双螺旋结构DNA双螺旋结构的研究背景和历史意义DNA双螺旋结构模型要点DNA双螺旋结构的多样性DNA的多链螺旋结构一、核酸的二级结构是双螺旋结构（一）DNA的二级结构——双螺旋结构（一）DNA双螺旋结构的研究背景碱基组成分析Chargaff规则：[A]=

[T][G]

[C]碱基的理化数据分析A-T、G-C以氢键配对较合理

DNA纤维的X-线衍射图谱分析Chargaff规则腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等，即：A=T，G=C不同生物种属的DNA,其碱基组成不同同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。碱基组成不受生长发育、营养状况及环境条件的影响.提示：A与T，G与C之间可能以互补的方式存在。（二）DNA双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）两条DNA单链分子反向平行环绕，右手螺旋走向，表面大沟与小沟相间。螺旋直径为2nm，

主链：戊糖－磷酸骨架位于外侧侧链：碱基对位于内侧碱基平面垂直于螺旋轴碱基距：0.34nm；

螺距：3.54nm；周长：10.5对碱基。碱基形成氢键配对，配对形式为：A=T;GC）碱基互补配对TACG（二）DNA双螺旋结构模型要点

（Watson,Crick,1953）稳定因素：氢键维持横向稳定性碱基堆积力维持纵向稳定性其他作用因素①碱基堆积力形成疏水环境（主要因素）。②碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。③磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子之间形成离子键，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于DNA稳定。④碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击。2、稳定双螺旋结构的因素DNA的双螺旋模型特点两条反向平行；右手螺旋的双链结构大沟和小沟相间排列骨架：磷酸和脱氧核糖，位于外侧；碱基:位于内侧链间碱基按A=T，G=C配对螺距3.4nm,每圈包含10.5个碱基对

疏水作用和氢键共同维持DNA双螺旋结构的稳定性

该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，最重要的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。DNA的双螺旋结构模型的意义

（三）DNA双螺旋结构的多样性DNA的类型类型结晶状态螺距碱基距离每圈旋转

(nm)(nm)bp数方向A相对湿度75%2.80.25611右手

DNA钠盐B相对湿度92%3.40.3410右手

DNA钠盐C相对湿度66%