第3章 核酸化学

第三章核酸的化学本章内容核苷酸DNARNA核酸的性质概念核酸(nucleicacid)是由碱基（嘌呤和嘧啶）、戊糖和磷酸组成的高分子物质，是生物体的基本组成。种类：

DNA（脱氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）分布：

DNA：主要在细胞核中，是染色体的主要成分。此外在线粒体、叶绿体、

质粒及细胞膜上.RNA：细胞核——核仁；

细胞质——核糖体及上清液中。第一节核苷酸核酸是一种线形多聚核苷酸(polynucleotide),其基本结构单位是核苷酸(nucleotide)。戊糖碱基磷酸核苷核苷酸核酸

核苷酸的基

本结构一、核酸中的戊糖D-核糖（D-ribose）D-脱氧核糖（D-deoxyribose）核酸据此分类：脱氧核糖——DNA；核糖——RNA；核酸中的戊糖均为β-D-型二、碱基尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)核酸中的碱基分两类：1、嘧啶碱(pyrimidine)：是嘧啶的衍生物。2、嘌呤碱(purine)：由嘌呤衍生而来。3、稀有碱基：一些修饰碱基，因含量甚少而称之为稀有碱基。大多为甲基化碱基，多在tRNA中。三、核苷(nucleoside)

核苷：戊糖与碱基缩合而成，并以糖苷键相连接。糖苷键：

二者的连接是C-N键，称N-糖苷键。核苷的表示：核苷：A、G、C、U脱氧核苷：dA,dG,dC,dT修饰核苷：如5-甲基胞嘧啶：m5dC。四、核苷酸(nucleotide，nt)1、种类：1）按酯化位点：可在核糖的2’-,3’-,5’-；2）按核糖类型：核苷酸、脱氧核苷酸核苷中戊糖的羟基被磷酸酯化，即为核苷酸。2、结构：3、表示：与一个磷酸结合——MP：(d)AMP、(d)GMP、(d)CMP、(d)TMP、UMP与二个磷酸结合——DP：如：ADP与三个磷酸结合——TP：如：ATP

4、特殊核苷酸：1）环核苷酸：

核糖3’-,5’-成环。

cAMP、cGMP

功能：第二信使，激素、一些药物、神经递质通过其发挥生理作用。2）核苷多磷酸和寡核苷多磷酸：

如：pppAppp（枯草杆菌）A5’ppppA5’（哺乳动物）对代谢起调控作用。五、核苷酸的连接方式

3′-5′磷酸二酯键将核苷酸连接成核酸大分子。一、核苷酸1、核苷酸的连接方式3′

—5′磷酸二酯键2、核酸的一级结构多核苷酸链中各核苷酸残基的排列顺序称~。1）一级结构表示方法如下：A：磷酸（P）的位置

在左：表示与5′-OH结合；在右：与3′-OH结合如：pApCpTpGB：箭头表示核酸酶的水解部位：

pApCpTpG，即C的3′-OH游离。C：一般将碱基缩写用连字符连起表示，如：A-C-G-U2）读向

碱基序列从左到右表示5′-3′

，由3′-5′磷酸二酯键连接。若两链反向平行，则需注明每条链的走向。如：

5′

A-T-G-C-C-T-G-A3′

3′T-A-C-G-G-A-C-T5′第二节DNA天然存在的DNA分子最显著的特点是很长，如黑腹果蝇最长的DNA分子长2.1cm，而最长的蛋白质分子长度只有3µm；分子质量很大，一般在106~1010,而蛋白质的分子量一般为104~106。指在DNA链中各个核苷酸之间的连接方式、核苷酸的种类数量以及核苷酸的排列顺序。一、DNA的一级结构DNA的碱基组成1、A、T、G和C，还含有少量稀有碱基（m5C、hm5C）；2、碱基当量定律（Chargaff定律）——A/T≈1，G/C≈1；3、碱基组成的特点：有种的特异性；无组织器官特异性；A+T=G+C+m5C+hm5C;年龄、营养状况、环境的改变不影响DNA碱基组成。核苷酸排列顺序重复序列…ATCC…ATCC…镜像重复序列…ATCC…CCTA…回文结构…ATCC…GGAT……TAGG…CCTA…颈环结构…ATCC…GGAT…

或…ATCC…GGAT……TAGG…CCTA…（一）双螺旋结构1、双螺旋结构模型建立的依据：1）根据DNA碱基组成的定量分析提出chargaff碱基配对原则：A=T，G=C2）根据对DNA纤维和晶体的x-衍射分析。3）电位滴定证明。二、DNA的二级结构Watson-Crick的DNA双螺旋2.0nm结构特征DNA中的四种碱基及它们间的氢键胞嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌啉腺嘌啉TCAG双螺旋中的碱基对（basepair,bp)2、双螺旋结构的特点(Watson-Crick模型）1）形成：两条链反向平行；右手螺旋。

2）结构A：核糖-磷酸以3′-5′磷酸二酯键连接成骨架；碱基在内；B：大沟、小沟。3）尺寸A、直径：2nm；B、碱基距离：0.34nm；C、螺距：3.4nm；D、一周10个核苷酸。4）双螺旋的稳定性A、依靠碱基堆积力B、氢键C、离子键D、范德华力B-DNAA-DNAZ-DNA（二）DNA二级结构多态性A-DNAB-DNAZ-DNA类型螺旋方向螺旋直径螺距(nm)每转碱基碱基对间碱基对与(nm)对数目直距离(nｍ）水平面倾角Ａ右２．３２．８１１０．２５５２０°Ｂ右２．０３．４１００．３４０°Ｚ左１．８４．５１２０．３７７°B-DNA与A-DNA几种DNA钠盐的特点：B-DNA：生理状态下多为此种；92%相对湿度A-DNA：右手螺旋；75%相对湿度；生理状态下多见dsRNA、DNA-RNAZ-DNA：人工合成、左手螺旋；嘧啶、嘌呤交替；有m5dC；与基因表达调控有关；此外，还发现有C、D、E等型。H-DNA:三条链局部螺旋天然DNA有双链DNA（dsDNA），有的病毒为单链DNA（ssDNA）在dsDNA中：线形分子（大多数）环状分子（dcDNA）：质粒、线粒体、叶绿体、病毒、细菌三、DNA的三级结构DNA双螺旋进一步扭曲即成三级结构。1、超螺旋结构特点：可将长链压缩在一较小体内；密度大；凝胶电泳中移动速度快。正超螺旋和负超螺旋DNA双螺旋为右旋螺旋。细胞中的环状DNA一般呈负超螺旋，即右旋螺旋不足导致部分碱基不形成配对，分子通过整体拓扑学上的右旋来补足右旋螺旋的不足，在数学上呈1：1，即分子整体右旋一圈来补双螺旋上的一圈不足。

正超螺旋为双螺旋旋转过度，通过分子整体的左旋来解去过度的螺旋。正超螺旋

左旋负超螺旋

右旋2、核小体中的

扭曲方式在真核细胞染色质中，DNA双螺旋分子盘绕在组蛋白上形成核小体。许多核小体由DNA连成念珠状结构，再盘绕压缩成高层次的结构———染色体。四、DNA的功能1、DNA一级结构的特点基因：是含特定遗传信息的核苷酸序列

（DNA或RNA）是遗传物质的最小功能单位。若干bp多个基因pr+DNA染色体1）原核生物基因组

基因在同一染色体上。

A、除调节序列和信号序列外，多为结构基因；B、功能相关的基因常连在一起，并转录在同一mRNA中；C、基因有重叠；

同一核苷酸顺序中包含多种生物信息。2）真核生物基因组

一般基因分布在若干染色体上。

A、有重复序列；B、有断裂基因，即有内含子。

内含子（intron)：DNA分子中不编码的序列。

外显子(exons)：DNA分子中可表达的序列。启动子内含子外显子转录终止子真核生物的基因结构内含子与外显子2、DNA是遗传信息的载体半保留复制保证了亲代性状传到子代，保证了亲代与子代的相似性。3、DNA是变异的物质基础变异是生物进化的基础。变异的发生：1）DNA复制时出错；2）理化因素等引起碱基变化或缺失，使DNA碱基序列改变，从而发生性状变异。第三节RNA一、RNA的结构组成：4种核苷酸（A、U、G和C），有稀有碱基。连接：3′-5′磷酸二酯键。形成：一般以DNA为模板合成，有例外。结构：单链线形分子，局部区域有双螺旋。二、RNA的类型主要有三种：

信使RNA（messengerRNA,mRNA)

核糖体RNA(ribosomelRNA,rRNA)

转运RNA(transferRNA,tRNA)此外，在真核细胞中还有少量其他种类的RNA：核内小RNA（snRNA）:参与成熟mRNA的生成。不均一RNA（hnRNA）：mRNA的前体。反义RNA（asRNA）：可与mRNA部分或全部序列互补；抑制DNA复制、转录；抑制mRNA翻译。1、tRNA约占全部RNA的15%；由70-90个核苷酸组成；种类较多，200种左右；沉降系数4S。1）tRNA结构一级结构多已清楚，含较多稀有碱基。二级结构为三叶草结构（四环四臂结构）有：aa臂、TΨC

环、TΨC臂、可变环、反密码子环、反密码子臂、二氢嘧啶（D）环、二氢嘧啶（D）臂。tRNA三级结构为倒L型A：在pr.合成中转运aa；B：在pr.合成的起始、DNA反转录合成及其它代谢调节中起作用。2）tRNA功能：2、mRNA和hnRNA1）合成：以DNA为模板(核内)合成hnRNA（含内含子和外显子）加工成熟的mRNA入细胞质蛋白质合成切除内含子2)mRNA结构特点：3′末端有polyA结构：与mRNA从核入质有关，与mRNA半寿期有关。5′末端有帽子结构：G被甲基化，此可能与pro合成的起始有关。3)功能：是蛋白质合成的模板mRNAtRNA核糖体3、rRNA1)占RNA总量的80%，是构成核糖体的骨架。2)核糖体功能：

pr合成的部位.3）结构：分大、小亚基一、二级结构多已确定，但功能不清。原核细胞：70S核糖体；真核细胞：80S核糖体；4、RNA的功能1）在DNA复制、转录、翻译中起重要调控作用；

a.遗传密码的中间担体(mRNA)b.mRNA剪接等加工的活性成份(snRNA)c.核糖体的骨架结构及与mRNA的识别(rRNA))2）有催化作用；3）可作为遗传物质（如逆d.活化氨基酸的担体(tRNA转录病毒）。第四节核酸的性质一、一般理化性质1、外观：DNA为白色纤维状固体；RNA为白色粉末状固体。2、两性电解质：3、溶解性：微溶于水，不溶于一般有机试剂（乙醇沉淀核酸），钠盐易溶于水。4、粘度高：一般DNA比RNA粘度高。5、水解性：可被酸、碱或酶水解，DNA比RNA对稀碱稳定。5、颜色反应：1）核糖与浓盐酸和苔酚蓝共热呈绿色，在670nm处可测RNA；2）2-脱氧核糖与酸和二苯胺共热呈蓝紫色，在595nm处可测DNA。二种反应可作定性试验，定量试验灵敏度低、准确性差，但快、简便。二、紫外吸收性质

碱基具共轭双键强烈吸收260-290nm波段紫外光，最大吸收峰在260nm附近。应用：1、不同核苷酸有不同吸收特性，可用紫外分光光度计进行定性、定量测定。1

OD相当于：50μg/mlDNA40μg/mlRNA20μg/mlNt(核苷酸）2、确定所提取的核酸是否纯品。

1）DNA：≈1.8纯品