核酸化学（生物化学课件）

第四章核酸化学p50为“基因工程技术”打下必要的基础。目的：可能源于寄生在真核细胞内的细菌等。第一节核酸概述1.核酸DNARNA2.线粒体、叶绿体中含有各自的DNA、RNA。编码少量的线粒体酶分子等第二节核酸的化学组成一.核酸的元素组成定磷法测核酸的含量：p63二.1核酸的基本组成单位是核苷酸。二.核酸的元素分子组成1.碱基腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）（1）嘌呤碱（A、G）1789234561789234562.嘧啶碱（T、C、U）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）123456123456123456基本碱基：DNA：A、G、C、TRNA:A、G、C、U3.稀有碱基举例5-甲基胞嘧啶次黄嘌呤（I）次黄嘌呤核苷苷酸（IMP）,又肌苷酸，是构成动物肉香味及鲜味的重要成分。ATP→ADP→AMP→IMP→I其钠盐的鲜味是味精的40倍鸡精中的鲜味核苷酸：IMP和GMP2.戊糖核糖1'2'3'4'5'3'-OH5'-OH2.戊糖RiboseDeoxyribose1'2'3'4'5'1'2'3'4'5'4.核苷5.核苷酸AMP1'

2'3'

4'

5'

1789234563'-OH5'-OH生物体内的核苷酸多是5'-核苷酸5‘-OH与磷酸结合，形成酯键5'–酯键体内的游离核苷酸：5’-核苷酸AMPADPATP6.几种重要的单核苷酸及其衍生物环核苷酸（cAMP，cGMP）cAMPcGMP3‘,5’–环腺苷酸3‘,5’–环鸟苷酸P167图12-5：cAMP作为第二信使，激活下游的酶的活性第三节核酸的分子结构一.DNA的分子结构1.核苷酸的连接方式：3',5'-磷酸二酯键3'

,5'

-磷酸二酯键5’5’3’3’5'–酯键3'-OH3'–酯键5'–酯键5'

-脱氧核苷酸5'

-脱氧核苷酸第2个脱氧核苷酸5'–酯键3'–酯键3‘,5’–磷酸二酯键第三节核酸的分子结构一.DNA的分子结构1.核苷酸的连接方式：3',5'-磷酸二酯键2.核酸的主链与侧链：侧链：碱基主链：磷酸、戊糖相间排列主链：磷酸、戊糖相间排列侧链：碱基侧链：碱基侧链：碱基侧链：碱基5‘端3‘端3.多聚核苷酸链有方向：（1）5'端：游离的H3PO4基团（2）书写：5'→3'

3'端：游离的-OH基团4.多聚核苷酸链的表示法：①结构长链②线条式③文字式5’pApCpGpTpA-OH

5’pACGTA-OHACGTA书写：5'→3'

碱基排列顺序核苷酸残基的排列顺序一.DNA的分子结构（一）DNA的一级结构1.定义：DNA的一级结构是指脱氧核苷酸在DNA分子中的排列顺序。碱基排列顺序（二）DNA的二级结构1.双螺旋结构模型的主要依据：（1）X射线衍射数据：不同来源的DNA具有相似的图谱（结构）（2）Chargaff规则：A=T，G=C（3）电位滴定行为：碱基不能滴定2.DNA的右手双螺旋结构模型（B-DNA）2条方向相反的多聚核苷酸链围绕同一中心轴旋转，形成右手双螺旋结构，表面有大沟、小沟骨架（主链）位于外侧，碱基位于内侧5’3’3’5’2.DNA的右手双螺旋结构模型（B-DNA）螺旋直径为2nm相邻2个碱基平面之间的距离为0.34nm，每10个核苷酸残基旋转一周，上升3.4nm。各碱基平面互相平行，并与中心轴垂直。2.DNA的右手双螺旋结构模型（B-DNA）2条多聚核苷酸链之间通过氢键相连接，A＝T，G≡C（碱基互补配对原则）DNA双螺旋结构的稳定因素：碱基对之间的氢键

碱基堆砌力2.DNA的右手双螺旋结构模型（B-DNA）2条多聚核苷酸链之间通过氢键相连接，A＝T，G≡C（碱基互补配对原则）DNA双螺旋结构的稳定因素：碱基对之间的氢键

碱基堆砌力2.DNA的右手双螺旋结构模型（B-DNA）2条多聚核苷酸链之间通过氢键相连接，A＝T，G≡C（碱基互补配对原则）DNA双螺旋结构的稳定因素：碱基对之间的氢键

碱基堆砌力3.DNA双螺旋的构象类型：湿度92％湿度75％某些人工合成的DNA（三）DNA的三级结构1.原核生物：超螺旋（1）负超螺旋：超螺旋的旋转方向与双螺旋的旋转方向相反。→使原螺旋变松。（2）正超螺旋：超螺旋的旋转方向与双螺旋的旋转方向相同。→使原螺旋更紧。一级螺旋：右手螺旋二级螺旋：左手螺旋负超螺旋：超螺旋的旋转方向与双螺旋的旋转方向相反。→使原螺旋变松。负超螺旋：超螺旋的旋转方向与双螺旋的旋转方向相反。→使原螺旋变松。一级螺旋：右手螺旋二级螺旋：左手螺旋负超螺旋：超螺旋的旋转方向与双螺旋的旋转方向相反。→使原螺旋变松。一级螺旋：右手螺旋二级螺旋：左手螺旋负超螺旋：原核生物的DNA三级结构：“负超螺旋”最常见四级结构三级结构2.真核生物（1）形成核小体→进一步盘曲组蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4核心颗粒结合在连接DNA链上图4-7图4-7（a）（b）图4-7（b）核心颗粒：146bp核小体：200bp连接DNA：20～80bp二.RNA的分子结构1.单链，局部双螺旋（图4-8，4-9）2.含稀有碱基3.种类繁多tRNA:≥60种mRNA:与多肽链种类基本相当rRNA：3或4种hnRNA等基本每个三联体密码均有相应的tRNA（一）tRNA（转移RNA）（1）作用：在多肽链合成过程中，转运氨基酸。（2）大小：70～90b，≈4SS：沉降（速率）系数S越大，沉降速度越快，粗略表明其分子质量越大。1.一级结构特点：（1）含10～20％的稀有碱基（2）3’-末端有-CCA-OH结构氨基酸臂2.二级结构：三叶草型IIIIIIIV四臂四环2.二级结构：三叶草型（1）3’-末端：CCA-OH结构：连接氨基酸（2）环I：DHU环（D环）（2）环II：反密码环（3）环III：可变环（4）环IV：TφC环

胸腺嘧啶、假尿嘧啶图4-102.二级结构：三叶草型IIIIIIIV四臂四环氨基酸臂反密码子3.三级结构：倒L型氨基酸臂反密码子氨基酸臂反密码子tRNA的作用：氨基酸臂反密码子氨基酸臂反密码子mRNA密码子在多肽链合成过程中：（1）转运氨基酸；（2）“接合器”。2.rRNA（核蛋白体RNA）（1）作用：与多种蛋白质构成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。（2）rRNA的二级结构：局部双螺旋（2）rRNA的二级结构：（3）rRNA与多种蛋白质组成核蛋白体23SrRNA大亚基5S原核生物50S蛋白质31种核蛋白体70S小亚基16SrRNA30S蛋白质21种酶：催化蛋白质合成酶：催化蛋白质合成合成蛋白质的场所结合mRNA结合mRNA（3）rRNA与多种蛋白质组成核蛋白体28S大亚基5.8SrRNA真核生物60S5S核蛋白体蛋白质49种80S小亚基18SrRNA40S蛋白质33种

合成蛋白质的场所（4）核蛋白体的结构：30S50S60S（三）mRNA（信使RNA）1.作用：作为蛋白质生物合成的模板。2.一级结构：①5’-末端：“帽子”+m7Gpp②3’-末端：“尾巴”+多聚A尾巴5’-末端：“帽子”

+m7Gpp7-甲基鸟苷二磷酸（m7Gpp

）mRNA②3’-末端：“尾巴”

+多聚A尾巴5’-m7GppAA……

AA-3’mRNA第四节核酸的性质一.核酸的一般性质2.核酸是两性电解质1.微溶于水，不溶于有机溶剂3.RNA易被碱水解，DNA则对碱稳定→乙醇沉淀核酸→碱裂解法提取DNA→电泳二.核酸的紫外吸收性质1.嘌呤、嘧啶碱基含共轭双键紫外分光光度法（260nm）测定核酸浓度→核酸在260nm有紫外吸收峰2.核酸的光吸收值：核苷酸的总吸收值>变性的DNA>双链DNA5’3’5’3’核苷酸＞＞的总吸收值3’5’3’5’碱基越暴露，其在260nm的光吸收就越强。三.核酸的变性、复性与杂交1.核酸结构的稳定性（1）碱基对间的氢键（2）碱基堆积力（3）环境中的带正电荷的离子：中和磷酸基团的负电荷，消除磷酸基团之间的静电斥力。p573.2.变性（1）DNA变性：（2）变性因素：加热、化学处理（…）在某些理化因素的作用下，DNA双链互补碱基对之间的氢键断裂，双螺旋被解开，从而形成2条单链的过程。（3）增色效应5’3’5’3’变性＜与DNA变性伴随的260nm光吸收增强的效应。（4）热变性和Tm①热变性：由温度升高引起的核酸变性。②Tm：使50％DNA发生变性的温度，称为变性温度或解链温度，用Tm表示。②

Tm：使50％DNA发生变性

的温度DNA双链温度A260nmDNA单链（5）影响Tm的因素①G-C含量：G-C含量越高，Tm越高②溶液的离子强度溶液的离子强度越高，Tm越高③溶液的pH强碱→DNA变性→Tm下降④变性剂→DNA变性→Tm下降3.复性（1）定义：DNA热变性后，若温度再缓慢下降，解开的2条链可以重新结合，形成原来的双螺旋结构，并恢复其原有的理化性质和生物学活性。这个过程称为DNA复性或退火。（2）适宜的复性温度：（Tm－25ºC）（3）影响复性的因素：①浓度↑速度↑

②片断越长速度↓

③重复序列越多速度↑

④高离子强度速度↑

4.核酸的分子杂交5’3’5’3’

3’5’变性3’