生物化学课件：第一章 核酸的化学

第一章核酸的化学

（Chemistryofnucleicacid）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1、

戊糖它们均以呋喃糖态存在核苷酸的结构

RNA中

DNA中

2、碱基DNA中的4种碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶RNA中的4种碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶3、磷酸核苷酸的结构碱基5-甲基-2,4-二氧嘧啶Thy胸腺嘧啶2,4-二氧嘧啶Ura尿嘧啶2-氨基-6-氧嘌呤

Gue鸟嘌呤2-氧-4-氨基嘧啶Cyt胞嘧啶嘧啶6-氨基嘌呤Ade腺嘌呤嘌呤124NN3561357NNNNCH24689HNNNNCHNH2HNNNNCHOHH2NNNNH2OHNNOONNOOCH3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。腺苷脱氧鸟苷核苷酸的结构

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，多是5核苷酸。'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。核苷酸及其衍生物的功能核苷酸的结构1、多磷酸化核苷酸AMPAMPAMP磷酸化磷酸化如腺苷酸的三种磷酸化形式核苷酸及其衍生物的功能核苷酸的结构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）核苷酸及其衍生物的功能核苷酸的结构3、辅酶核苷酸

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。核苷酸及其衍生物的功能核苷酸的结构第二节DNA的分子结构

DNA的分子结构

DNA分子中各种脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序。四种脱氧核苷酸通过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1.定义一、DNA的一级结构DNA单链的延伸5’3’端

DNA的分子结构

无分枝的长链2.多聚脱氧核苷酸链的结构特点由糖-磷酸相互间隔连接，构成主链；碱基连接在主链的核糖上，形成侧链。具有方向性。两个末端分别为5'端和3'端。

在天然DNA中，5'端常为磷酸，3'端为游离羟基。一、DNA的一级结构

DNA的分子结构3、一级结构的表示方法1）线条法一、DNA的一级结构

DNA的分子结构5'pGpCpTpTpAOH3'5'pGCTTAOH3'pGCTTAOHGCTTA2）文字式一、DNA的一级结构

DNA的分子结构

DNA一级结构分析（DNAsequencing）

DNA的分子结构一、DNA的一级结构

a)1972年.HerbertBoyer

限制性核酸内切酶II(RE-II)1975年.SangerC.

“＋,—”法

1977年.MaxamGilbert

化学定序法

1977年.SangerC.

ddNTP(酶)法

DNA的分子结构一、DNA的一级结构b)Chemicalsequencing

G系统；

pH8.0

硫酸二甲酯→G→m7G→C8~N9断裂→脱G

A+G系统；pH2.0

哌啶甲酸（pidine）→嘌呤环N质子化→脱嘌呤

C系统；1.5mol/LNaClC+肼（hydrazine）→脱C

T+C系统；肼(hydrazine)→打开嘧啶环→重新5C环化→脱嘧啶

DNA的分子结构一、DNA的一级结构Chemicalsequencing

G系统

脱G

A+G系统

脱嘌呤

C系统

脱C

T+C系统

脱嘧啶

AACAGCTTCA一、DNA的一级结构c)双脱氧法

HH

N

4ddNTP系统中DNA链均终止在ddXTP(二脱氧核苷酸)

ddATPddCTPddTTPddGTPACTGCTGACTTCGACAA一、DNA的一级结构

DNA的分子结构一、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。双螺旋结构是DNA的两条链围着同一中心轴旋绕而成的一种空间结构。DNA的双螺旋模型是由Watson和Crick两位科学家于1953年提出的。1.二级结构的概念

DNA的分子结构1953年Watsosn&Crick

RighthandedB-formDNADoublehelixModel

二、DNA的二级结构

DNA的分子结构2.双螺旋结构模型提出的依据A.DNA的X-射线衍射图：(1)衍射斑点呈交叉状分布(2)衍射点之间的距离与层次表明有0.34nm和3.4nm的周期性(3)图的顶上和底部是最强的衍射斑点，呈带状二、DNA的二级结构

DNA的分子结构M.H.F.Wilkins&RosalindFrankin

X~rayphotographofDNAwithhighquality

1952年二、DNA的二级结构

DNA的分子结构B.DNA的碱基组成分析：（Chargaff定则）(1)所有DNA分子中A=T，G=C(2)同一种生物的所有体细胞DNA的碱基组成相同，与年龄、健康状况、外界环境无关，可作为该物种的特征，用不对称比率(A+T)/(G+C)

来衡量。(3)亲缘越近的生物，其DNA的碱基组成越近，即不对称比率越相近。二、DNA的二级结构

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的二级结构

DNA的分子结构C、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的二级结构

DNA的分子结构3.双螺旋结构模型的基本特征(1)反向平行的双链沿中心轴盘绕成右手螺旋。DNA的双螺旋结构二、DNA的二级结构

DNA的分子结构(2)双螺旋表面形成两种凹槽：较浅的叫小沟，另一条叫大沟。l

碱基顶部基团裸露在DNA

大沟内

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

二、DNA的二级结构

DNA的分子结构(3)由糖-磷酸相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧；碱基则伸向螺旋内部，与中轴垂直。RighthandedB-formDNADoublehelixModel

二、DNA的二级结构

DNA的分子结构(3)由糖-磷酸相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧；碱基则伸向螺旋内部，与中轴垂直。RighthandedB-formDNADoublehelixModel

二、DNA的二级结构

DNA的分子结构(4)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

DNA的分子结构A

=

TGC二、DNA的二级结构

DNA的分子结构(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

DNA的分子结构4.影响双螺旋结构稳定性的因素

互补碱基之间的氢键(Hydrogenbond)

弱键,可加热解链氢键堆积,有序排列(线性,方向)

二、DNA的二级结构

DNA的分子结构碱基堆集力(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

☆疏水作用力(Hydrophobicinteraction)

☆

Vandewaalsforce

(1.7A°/嘌呤环与嘧啶环作用半径)3.4A°4.影响双螺旋结构稳定性的因素

二、DNA的二级结构

DNA的分子结构离子键

磷酸酯键(phosphoesterbond)强键,需酶促解链消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力

l

0.2mol/LNa+

生理盐条件

4.影响双螺旋结构稳定性的因素

二、DNA的二级结构

DNA的分子结构

在生理状态及在溶液中，DNA一般为B型(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2.32.8110.25520B-DNA右2.03.4100.340

Z-DNA左1.84.5120.3775.DNA双螺旋构象的多态性二、DNA的二级结构

DNA的分子结构DNA的分子构型(B,Z,A)比较

Z-DNAZ-DNAA-DNAB-DNAPolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAAPolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAA●D.S.DNA+D.S.DNAT.S.DNA+S.S.DNA6.三链DNA(T.S.DNA)

二、DNA的二级结构

DNA的分子结构

●

HomologouspalindromicsequenceinaD.S.DNA-------TTCCCTCTTTCCC------CCCTTTCTCCCTT-------------AAGGGAGAAAGGG---GGGAAAGAGGGAA----

Mirkin(1987)pGG332plasmidDNA

--------TTCCCTCTTTCCC--------

--------AAGGGAGAAAGGG--------

-------TTCCCTCTTTCCC---------

--------AAGGGAGAAAGGG-------

NoduleDNA

HingedDNA

freeDNA

l

S.S.DNA+D.S.DNAT.S.DNA☆

PU+PU/PY(偏碱性介质中稳定)☆

PY

+PU/PY(偏酸性介质中稳定)常见类型

第三条链位于B-DNA的

Majorgroove中与D.S.DNA一起旋转超螺旋:双螺旋进