生物化学课件：第一章 第1,2节

第一章核酸的化学

（Chemistryofnucleicacid）早先，人们认为遗传物质是蛋白质。1868年，瑞士科学家F.miescher从外科绷带上脓细胞的核中分离出了一种富含磷的有机物质，称为“核素”。1872年，他从莱茵河鲑鱼中得到类似物。引言1889年，Altman等人又从酵母和动物的细胞核中得到了不含蛋白质的核酸，并首次使用“核酸”（NucleicAcid）命名。1944年，Avery等人通过细菌转化实验证明核酸是遗传物质。引言1952年，HersheyandChase用同位素32P，35S标记噬菌体T2的核酸和蛋白质，发现进入细菌体内进行复制的是核酸而非蛋白质。1953年，WatsonandCrick双螺旋结构。引言一.核酸的定义、种类、分布与功能引言核酸定义以核苷酸为基本结构单位，按照一定的顺序排列，以3',5'-磷酸二酯键相连，折叠、弯曲形成的具有一定生物学功能的长链，具有贮存、传递遗传信息作用的遗传大分子。种类分布功能DNA原核生物：核质区真核生物：95%在细胞核、

5%在线粒体和叶绿体遗传信息的载体RNAtRNA原核生物：细胞质真核生物：75%在细胞质

15%在线粒体和叶绿体

10%在细胞核携带、转移aamRNA肽链合成的模板rRNA核糖体主要成分一.核酸的定义、种类、分布与功能引言1.元素组成C、H、O、N、P其中P的含量在核酸中相对恒定。在DNA中为9.9%，在RNA中为9.4%

。这可用于测定核酸的含量——定磷法。二.核酸的化学组成引言2.核酸的基本结构单元核苷酸核酸是由许多核苷酸组成的长链Nucleotide引言二.核酸的化学组成第一节核苷酸的结构

核苷酸磷酸核苷戊糖碱基核糖脱氧核糖嘌呤嘧啶一、核苷酸的结构1、

戊糖它们均以呋喃糖态存在

RNA中D-核糖1'2'3'4'5'

DNA中

D-2'-脱氧核糖1'2'3'4'5'一、核苷酸的结构2、碱基一、核苷酸的结构腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶尿嘧啶DNA中的4种碱基：RNA中的4种碱基：碱基5-甲基-2,4-二氧嘧啶Thy(T)胸腺嘧啶2,4-二氧嘧啶Ura(U)尿嘧啶2-氨基-6-氧嘌呤

Gue(G)鸟嘌呤2-氧-4-氨基嘧啶Cyt(C)胞嘧啶嘧啶6-氨基嘌呤Ade(A)腺嘌呤嘌呤124NN3561357NNNNCH24689HNNNNCHNH2HNNNNCHOHH2NNNNH2OHNNOONNOOCH33、磷酸HOPOHOHO一、核苷酸的结构核苷

戊糖第1位碳原子上的羟基与嘌呤的第9位氮原子或与嘧啶的第1位氮原子形成的N-C糖苷键。一、核苷酸的结构

核苷

RNA中的核苷腺苷A鸟苷G胞苷C尿苷UDNA中的核苷脱氧腺苷dA脱氧鸟苷dG脱氧胞苷dC脱氧胸苷dT一、核苷酸的结构

核苷酸磷酸核苷戊糖碱基核糖脱氧核糖嘌呤嘧啶

RNA中D-核糖1'2'3'4'5'

DNA中

D-2'-脱氧核糖1'2'3'4'5'一、核苷酸的结构

核苷酸

RNA中的核苷酸腺苷酸AMP鸟苷酸GMP胞苷酸CMP尿苷酸UMPDNA中的核苷酸脱氧腺苷酸dAMP脱氧鸟苷酸dGMP脱氧胞苷酸dCMP脱氧胸苷酸dTMP生物体内存在的核苷酸，都是5核苷酸。'一、核苷酸的结构稀有核苷酸指DNA和RNA中少量存在的核苷酸。又称修饰核苷酸。1、稀有碱基一、核苷酸的结构7-甲基鸟嘌呤次黄嘌呤5-甲基胞嘧啶如二氢尿嘧啶H2H2稀有核苷形成的原因举例名称代号稀有碱基7-甲基鸟苷m7G5-甲基脱氧胞苷m5dC次黄嘌呤核苷（肌苷）I二氢尿苷D修饰的戊糖2'-O-甲基胞苷Cm碱基和戊糖不正常连结假尿苷j2、稀有核苷稀有核苷酸一、核苷酸的结构3.稀有核苷酸由稀有核苷与磷酸形成的核苷酸，如IMP(次黄嘌呤核苷酸)二、稀有核苷酸一、核苷酸的结构核苷酸除了作为核酸的基本结构单元外，它们在机体中还行使着许多重要的生理功能。三、核苷酸及其衍生物的功能一、核苷酸的结构1、多磷酸化核苷酸NMPNDPNTP磷酸化磷酸化如腺苷酸的三种磷酸化形式NTP（尤其是ATP）是生物体内各种生化反应的能量供体。一、核苷酸的结构三、核苷酸及其衍生物的功能2、环化核苷酸

核苷酸的磷酸基团既与3'-OH又与5'-OH相连，从而形成环化的核苷酸，叫做3',5'-环核苷酸。如3',5'-环腺苷酸（cAMP）细胞内常见的环化核苷酸有cAMP和cGMP，它们在代谢调节中起重要作用。一、核苷酸的结构三、核苷酸及其衍生物的功能3、辅酶类核苷酸

核苷酸是多种辅酶的组成成分，有些辅酶本身就是特殊的核苷酸类似的辅酶有NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoA等一、核苷酸的结构三、核苷酸及其衍生物的功能维生素与辅因子维生素与辅因子HH第二节DNA的分子结构二、DNA的分子结构

DNA分子中四种脱氧核苷酸之间通过3’,5’-磷酸二酯键连接起来的多核苷酸链的排列顺序一、DNA的一级结构定义二、DNA的分子结构一、DNA的一级结构

核苷酸之间的连结方式一、DNA的一级结构二、DNA的分子结构二、DNA的分子结构一、DNA的一级结构1,DNA分子中，脱氧核苷酸之间只能以3’,5’-磷酸二酯键相连2,DNA分子没有侧链，只能线状或环状4,生物遗传信息贮存在DNA的核苷酸序列中真正代表DNA生物学意义的是作为可变成分的碱基排列顺序DNA一级结构特点：3,具有方向性。两个末端分别为5'端和3'端。DNA单链的延伸5’3’端一级结构序列——遗传信息碱基序列——核酸的一级结构一、DNA的一级结构二、DNA的分子结构一级结构的表示方法1）线条法一、DNA的一级结构二、DNA的分子结构垂直线：戊糖的碳链A、T、G、C：不同的碱基P:磷酸基斜线：3',5'-磷酸二酯键一、DNA的一级结构二、DNA的分子结构2）文字式pp

DNA一级结构分析（DNAsequencing）

二、DNA的分子结构一、DNA的一级结构

DNA一级结构测定原理：1,化学裂解法2,Sanger的双脱氧末端终止法

ddNTP(酶)法

一、DNA的一级结构

双脱氧法

HH

N

4ddNTP系统中DNA链均终止在ddXTP(二脱氧核苷酸)

ddATP

ddCTP

ddTTP

ddGTPACTGCTGACTTCGACAA一、DNA的一级结构二、DNA的二级结构

DNA的二级结构是指DNA的双螺旋结构。DNA的双螺旋模型由Watson和Crick两位科学家于1953年提出的。

双螺旋结构是指DNA的两条链围着同一中心轴旋绕而成的一种空间结构。

（一）二级结构的概念二、DNA的分子结构1953年Watsosn&Crick

RighthandedB-formDNADoublehelixModel

二、DNA的分子结构二、DNA的二级结构(二)双螺旋结构模型提出的依据1、DNA的X-射线衍射图：(1)不同来源的DNA纤维有类似的X-光衍射图谱，DNA可能有共同的分子模型(2)衍射数据说明DNA含有两条或两条以上具有螺旋结构的多核苷酸链，沿DNA长轴有0.34nm和3.4nm的周期性变化二、DNA的分子结构富兰克林拍摄的DNA晶体的X射线衍射照片，这张照片正是发现DNA结构的关键M.H.F.Wilkins&RosalindFrankin

X~rayphotographofDNAwithhighquality

1952年二、DNA的分子结构2、Chargaff定则：(DNA的碱基组成分析即碱基成对)(1)所有DNA分子中A=T，G=C(2)同一物种的所有体细胞DNA的碱基组成相同，此碱基组成可作为该物种的特征(3)亲缘越近的生物，其DNA的碱基组成越近，即不对称比率(A+T/G+C)越相近。二、DNA的分子结构DNA

双螺旋结构模型

(DNADoubleHelixModel)

1950年Chargaff

A+G/T+C=1A+T=G+C二、DNA的分子结构3、DNA的碱基物化数据如碱基的几何大小、键长键角数据、酸碱滴定等。二、DNA的分子结构在生命的旋梯上沃森和克里克(三)双螺旋结构模型的基本特征

二、DNA的二级结构(三)双螺旋结构模型的基本特征

二、DNA的二级结构1.反向平行互补配对的两条链沿中心轴盘绕成右手螺旋DNA的双螺旋结构图的上半部分是以超高分辨率扫描式电子显微镜拍到的照片。图的下半部分是DNA的人工模型。从图上可辨认出DNA是由两条链交缠在一起的螺旋结构

二、DNA的二级结构DNA的结构模式图放大DNA的双螺旋结构

二、DNA的二级结构AAATTTGGGGCCCATC磷酸脱氧核糖含氮碱基

二、DNA的二级结构

二、DNA的二级结构2.

磷酸与脱氧核糖相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧，糖环平面与纵轴平行；碱基则伸向螺旋内部，碱基配对形成碱基平面，碱基平面与纵轴垂直。RighthandedB-formDNADoublehelixModel

碱基对另一碱基对嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且A只和T配对、C只和G配对，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则。ATGC氢键

二、DNA的二级结构

二、DNA的二级结构3.

双螺旋内部的碱基按规则配对：A与T配对，形成2个氢键；G与C配对，形成3个氢键，称为碱基互补配对，双螺旋的两条链也呈互补关系。

二、DNA的二级结构4.双螺旋表面形成两种凹槽：较浅的叫小沟，另一条叫大沟。l

蛋白质因子与DNA的特异结合依赖于

氨基酸与DNA间的氢键的形成l

蛋白质因子沿大沟与DNA形成专一性

结合的机率与多样性高于沿小沟的结合l

大沟的空间更有利于与蛋白质的结合

5.

双螺旋直径为2nm，每对脱氧核苷酸残基沿纵轴旋转36°，上升0.34nm。所以每10个碱基对形成一个螺旋，螺距3.4nm。

二、DNA的二级结构AAATTTGGGGCCCATC

二、DNA的二级结构DNA双螺旋模型的意义:

二、DNA的二级结构

奠定了生物化学、分子生物学迅速发展的基石揭示了DNA作为遗传物质的稳定性，是DNA复制、转录和反转录等的分子基础。AAATTTGGGGCCCATC你注意到了吗？两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。

二、DNA的二级结构你注意到了吗？两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。

DNA分子的特异性就体现在特定的碱基（对）排列顺序中。

二、DNA的二级结构沃森、克里克和威尔金斯因发现DNA的双螺旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖左一：威尔金斯左三：克里克左五：沃森

二、DNA的二级结构（四）影响双螺旋结构稳定性的因素

二、DNA的二级结构1,碱基堆积力是维持DNA双螺旋结构的主要因素2,氢键G+C含量越高，DNA越稳定3,离子键组蛋白和正离子与磷酸负电荷形成离子键，有助于DNA分子稳定（四）影响双螺旋结构稳定性的因素

碱基堆集力(Basestackingforces)：碱基堆集成非极性的区域，相互间产生疏水作用和范德华力

二、DNA的二级结构☆疏水作用力(Hydrophobicinteraction)

☆范德华力

(Vandewaalsforce)

(1.7A°/嘌呤环与嘧啶环作用半径)DNA结构稳定的最主要因素（四）影响双螺旋结构稳定性的因素

互补碱基之间的氢键(Hydrogenbond)

二、DNA的二级结构弱键,可加热解链并且轻键的断裂往往是协同的（四）影响双螺旋结构稳定性的因素

离子键

二、DNA的二级结构与DNA结合的阳离子原核细胞中，DNA常与多胺结合

Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型是DNA分子在生理状态及在溶液中的主要存在形式，即B-DNA(含水量90％以上，NaCl浓度为2.5M）当水合的DNA脱水时，转变为A型(含水量75％)还有Z型的DNA(左手螺旋，0.7MMgCl2)类型旋转方向螺旋直径螺距每转碱基对数碱基对间距碱基倾角

A-DNA右2.32.8110.25520

B-DNA右2.03.4100.340

Z-DNA左1.84.5120.377（五）DNA双螺旋构象的多态性

二、DNA的二级结构DNA的分子构型(B,Z,A)比较

Z-DNAZ-DNAA-DNAB-DNAPolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAAPolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAA●