食品生物化学第五版 课件 项目5 核酸与食品加工

教学目标（1）掌握核酸的分类、组成及存在。（2）了解DNA和RNA在组成、结构和功能上的差异。（3）掌握DNA双螺旋结构的要点。（4）了解核酸的一般性质；掌握核酸的紫外吸收性质；了解核酸的变性、复性及分子杂交。（5）了解核酸制品的生产及应用。基本知识重点与难点：核酸的化学组成、性质；DNA的模型要点。考核要求：核酸的化学组成、结构、性质；DNA的双螺旋结构要点。项目5核酸与食品加工核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续、生物物种遗传特性的保持、生长发育、细胞分化等起着重要作用，而且与生命的异常活动如遗传病、代谢病、病毒病、肿瘤等也密切相关。人们常说的“龙生龙，凤生凤，老鼠生儿会打洞”、“种瓜得瓜，种豆得豆”，讲的就是遗传；而人们常说的另一句话“一母生九子，子子各不同”讲的就是变异。5.1概述人们通过种种生命现象，已经感悟到了，在人类的代代相传中，不变中有变，变中有不变，这都是基因（DNA）决定的，它是生命的主宰者和调控者，即调节着人类的生长、发育、疾病、衰老。5.1概述5.1.1核酸的概念与分类核酸（NucleicAcid）是生物体内一类重要的生物大分子，是生命活动的重要物质基础。从高等动植物到简单的病毒都含有核酸。它在生物的个体生长、发育、繁殖、遗传和变异等生命过程中起着重要的作用。根据核酸的化学组成，把核酸分为两类：一类为脱氧核糖核酸（DNA），另一类为核糖核酸（RNA）。脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（DeoxyriboNucleicAcid，DNA）是遗传信息的贮存和携带者，是生物的主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内。原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为类核的结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。DNA是大分子化合物，其相对分子质量为106～109，它主要分布在细胞核内，在线粒体和叶绿体中也有少量分布。核糖核酸核糖核酸（RiboNucleicAcid，RNA）主要参与遗传信息的传递和表达过程。细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中。病毒中RNA本身就是遗传信息的贮存者。在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离的RNA分子。此外，有些RNA还具有生物催化作用（ribozyme）。RNARNA根据其生理功能和结构分为信使RNA（mRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。核糖体RNA是细胞中含量最多的一类RNA，占RNA总量的75%～80%，相对分子质量约为106，它以核蛋白形式存在于细胞质的核糖体中；转运RNA含量仅次于核糖体RNA，占RNA总量的10%～15%，相对分子质量为0.25×105～0.30×105，它以游离状态分布在细胞质中；信使RNA在细胞中含量较少，占RNA总量的5%，相对分子质量为0.2×106～2.0×106，它在细胞核中合成后转移到细胞质中。

5.1.2核酸的生物学意义孟德尔（G．Mendel）在1865年发现了豌豆杂交后性状分离和自由组合遗传规律，米歇尔（F．Ｍiescher）于1868年发现了核素（Nuclein），当时的一些细胞学家和遗传学家曾猜想核素可能与遗传有关。19世纪末发现有两类核酸，即胸腺型核酸和酵母型核酸，并一度认为前者代表动物核酸，后者代表植物核酸。直到20世纪40年代才了解DNA和RNA都是细胞的重要组成物质，DNA可引起遗传性状的转化，RNA可参与蛋白质的生物合成。5.1.2核酸的生物学意义半个多世纪以来，核酸研究已成为生物化学与分子生物学研究的核心和前沿，其研究成果改变了生命科学的面貌，也促进了生物技术的迅猛发展，充分表明这类物质具有重要的生物功能。5.2.1核酸的元素组成DNA和RNA分子中的主要元素有碳、氢、氧、氮、磷等，个别核酸分子中还含有微量的硫。磷在各种核酸中的含量比较接近和恒定，一般为9%～10%，其中DNA的平均含磷量为9.2%，RNA的平均含磷量为9.0%，核酸的平均含磷量为9.1%，即1g磷相当于11g核酸。因此，只要测出生物样品中核酸的含磷量，就可以计算出该样品的核酸含量，这是定磷法的理论基础。5.2核酸的化学组成5.2.2核酸水解产物的化学结构核酸是一种聚合物，它的结构单位是核苷酸。核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸。核酸部分水解则产生核苷和核苷酸。每个核苷分子含一分子碱基和一分子戊糖。一分子核苷酸部分水解后除产生核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物可用色谱或电泳等方法分离鉴定。核酸的逐步水解过程可总结如图5-1所示。核酸分子中的戊糖有两种：一种是RNA中的戊糖，为D-核糖；另一种是DNA中的戊糖，为D-2-脱氧核糖。它们都是β构象。在核苷酸分子中戊糖和碱基均含有碳原子，为了区别戊糖与含氮碱基分子中的碳原子，习惯上在戊糖碳原子编号上加标“撇”（“′”）表示。核酸中两种戊糖的结构式及数字编号如图5-2所示。图5-2核糖结构（1）戊糖（2）碱基核酸中的碱基主要有五种，分别属于嘌呤碱和嘧啶碱两类含氮杂环化合物。嘌呤碱包括腺嘌呤与鸟嘌呤两种，既存在于DNA分子中，也存在于RNA分子中。嘧啶碱有三种，包括胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。RNA分子中含有的嘧啶碱是胞嘧啶与尿嘧啶，而DNA分子中含有的是胞嘧啶与胸腺嘧啶。这些碱基的结构式如图5-3所示。嘌呤和嘧啶环中均含有共轭双键，因此对波长260nm左右的紫外光有较强吸收。测定260nm紫外吸收强度已广泛用于对核酸、核苷酸、核苷及碱基的定性和定量分析。核酸分子中还含有稀有碱基，稀有碱基的种类很多，都是DNA、RNA合成后碱基发出共价修饰的产物。（3）核苷核苷是核糖或脱氧核糖与嘌呤碱或嘧啶碱生成的糖苷。形成核苷时，由戊糖的1′-C和嘌呤的9-N或嘧啶的1-N形成糖苷键。核苷的名称都来自它们所含有的碱基名称，如含有腺嘌呤的核糖核苷就称为腺嘌呤核苷，如果是脱氧核糖就称为脱氧腺嘌呤核苷。腺嘌呤核苷、鸟嘌呤核苷、胞嘧啶核苷和尿嘧啶核苷分别简称为腺苷、鸟苷、胞苷和尿苷。脱氧腺嘌呤核苷、脱氧鸟嘌呤核苷、脱氧胞嘧啶核苷和脱氧胸腺嘌呤核苷分别简称为脱氧腺苷、脱氧鸟苷、脱氧胞苷和脱氧胸苷。一些重要的核苷结构式如图5-4所示。表示碱基的单字母也可以用来表示核苷，即用A、G、C、U分别表示腺苷、鸟苷、胞苷、尿苷。以d表示脱氧，用dA、dG、dC和dT表示脱氧腺苷、脱氧鸟苷、脱氧胞苷和脱氧胸苷。（4）核苷酸核苷与磷酸结合生成的化合物称为核苷酸。即核苷酸是由核苷分子中戊糖环上的羟基与一分子磷酸上的氢通过脱水生成磷酯键形成的化合物。磷酸是三元酸，它与核苷生成核苷酸之后，仍有两个活性的H+，两个核苷酸之间可通过其他游离的羟基（—OH）与磷酸中的H+反应生成二核苷酸，以磷酸二酯键连接。多个核苷酸通过磷酸二酯键相互连接生成的化合物称为多核苷酸。核酸实质上是一类多核苷酸高分子化合物，因此核酸的基本单位是核苷酸。根据多核苷酸分子中戊糖的不同，多核苷酸可分为核糖多核苷酸（RNA）和脱氧核糖多核苷酸（DNA）两类。核糖核苷的戊糖共有3个游离羟基（2′、3′、5′），理论上它可形成3种核苷酸：2′-核苷酸、3′-核苷酸和5′-核苷酸。脱氧核糖核苷的戊糖只有两个游离羟基（3′、5′），理论上只能形成两种脱氧核苷酸：3′-脱氧核苷酸和5′-脱氧核苷酸。在生物体内游离存在的核苷酸（RNA）大多数是5′-核苷酸，是由5′-羟基与一分子磷酸相连形成的化合物，通常用NMP来表示，其中N代表核苷，MP代表一分子磷酸。因为核苷酸分子中多为5′-NMP，所以表示其连接部位的代号5′可省去，如5′-腺嘌呤核苷酸简称为5′-腺苷酸（AMP）或一磷酸腺苷。核苷酸也可以含有两个或三个磷酸基团，分别称为核苷二磷酸（NDP）及核苷三磷酸（NTP）。在生物体内游离存在的脱氧核苷酸（DNA）大多数是5′-脱氧核苷酸。5′-胞嘧啶脱氧核苷酸简称为脱氧胞苷酸（dMP）或一磷酸脱氧胞苷。常见的几种核苷酸的结构式如图5-5所示。（5）DNA和RNA的组成差别DNA和RNA的组成差别主要是戊糖和碱基的不同，从而形成不同的核苷和核苷酸（表5-1）。5.2.3细胞内游离的核苷酸在生物体内，核苷酸除组成核酸外，还有一些以游离形式存在于细胞内。有一些单核苷酸的衍生物参与体内许多重要的代谢反应，具有重要的生理功能。（1）腺苷三磷酸（ATP）ATP是生物体中重要的化合物。其结构式如图5-6所示。在ATP分子的3个依次连续的磷酸基团中，末端两个磷酸基团称为高能磷酸基团，一般用“～”表示高能键。凡含有高能磷酸键的化合物称为高能磷酸化合物。

ATP分子中含两个高能磷酸键，而AMP分子中所含的磷酸键不是高能磷酸键，所以它是普通磷酸化合物。普通磷酸化合物其磷酸键能较低，水解时只能释放8.4kJ/mol能量，而高能磷酸键水解时可释放30.7kJ/mol能量。ATP依次水解可分别产生腺苷二磷酸（ADP）、腺苷一磷酸（AMP），即：ATP分解为ADP或AMP时释放出大量的能量，这是生物体主要的供能方式。ATP是机体生理活动、生化反应所需能量的重要来源。反之，AMP磷酸化生成ADP、ADP继续磷酸化生成ATP时则贮存能量，这是生物体暂时贮存能量的一种方式。ATP在生物体或细胞的能量代谢中起着极为重要的传递作用，被称为“能量货币”。此外体内存在的多种核苷多磷酸都能发生这种能量转化作用，如GTP、CTP和UTP。在核酸合成中，四种核苷三磷酸（ATP、GTP、CTP、UTP）是体内合成RNA的直接原料，四种脱氧核苷三磷酸（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）是合成DNA的直接原料。（2）腺苷衍生物——环化核苷酸核苷酸之间除了形成直链式的磷酸二酯键外，核苷酸内部也能形成磷酸酯键，生成环化核苷酸。5′-核苷酸的磷酸基可与戊糖环3′-羟基脱水缩合形成3′，5′-环核苷酸。重要的环核苷酸有3′，5′-环腺苷酸（cAMP）和3′，5′-环鸟苷酸（cGMP），其结构如图5-7所示。cAMP、cGMP不是核酸的组成成分，在体内含量很少，但具有重要的生理功能，在组织细胞中起着传递信息的作用，是某些激素发挥作用的媒介物，参与代谢调节过程，因此，通常把cAMP和cGMP称为激素作用的第二信使。此外，cAMP还参与大肠杆菌中DNA转录的调控，并且cAMP及其衍生物在治疗心绞痛及心肌梗死方面有一定疗效。（3）次黄嘌呤衍生物——次黄嘌呤核苷酸（IMP）在肌肉组织中，腺嘌呤核苷酸循环过程中由AMP脱氨形成次黄嘌呤核苷酸（图5-8）。（3）次黄嘌呤衍生物——次黄嘌呤核苷酸（IMP）次黄嘌呤核苷酸在生物体内是合成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸的关键物质，对生物的遗传有重要的功能。另外，它还是一种很好的助鲜剂，有肉鲜味，与氨基酸类鲜味物质在单独存在时就能充分地显现呈味能力不同，核苷酸类鲜味剂需与氨基酸类鲜味物质同时使用，才能充分发挥其呈鲜效果。所以当与味精以不同比例混合时能制成具有特殊风味的强力味精。（4）辅酶类核苷酸核苷酸还是多种辅酶的组成成分，如腺苷酸是NAD+、FAD、辅酶A等的重要组成成分。它们不参与核酸的构成，而在生物氧化过程中参与氢和某些化学基团的传递，在糖、脂肪和蛋白质代谢中起着重要的作用。核苷酸也是多种代谢中间物的载体，形成活性形式，如UDP-葡萄糖是合成糖原、糖蛋白的活性原料，CDP-二酰基甘油是合成磷脂的活性原料，S-腺苷甲硫氨基酸是活性甲基的载体等。新近发现的一些核苷酸衍生物还对蛋白质生物合成或对基因转录起调节作用。5.3核酸的结构核酸是生物高分子聚合物，它的基本单位是核苷酸。核苷酸经完全水解后，可释放出等量的碱基、戊糖和磷酸。DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸，RNA的基本组成单位是核糖核苷酸。DNA和RNA中常见的核苷酸的种类虽然只有4种，但DNA和RNA相对分子质量都很大，各种核酸中核苷酸少则70多个，多则几千万甚至上亿个，而且核苷酸以一定的数量和排列顺序相互连接，并形成一定的空间结构。5.3.1核酸的一级结构核酸的一级结构就是通过3′，5′-磷酸二酯键连接的核苷酸序列，也称为多核苷酸链。多核苷酸链由交替的戊糖和磷酸基团形成核苷酸链的共价骨架。连接在戊糖上的碱基贮存和传送遗传信息。(1)核苷酸的连接方式实验证明，DNA和RNA都是没有分支的多核苷酸长链，链中前一个核苷酸戊糖残基上的3′-羟基和后一个核苷酸戊糖上的5′-磷酸通过脱水缩合形成酯键，借助这种3′，5′-磷酸二酯键将核苷酸彼此相连，形成核酸链。每条线性核酸链都有一个5′端和一个3′端（图5-9），即如果多核苷酸片段最后一个核苷酸的戊糖的3′-羟基不再参与3′，5′-磷酸二酯键的构成，这一端就是3′端，反之，如果其5′-磷酸不再参与磷酸二酯键的构成，就是5′端。因此DNA和RNA链都有方向性。(2)核酸的一级结构的表示方法RNA和DNA的多核苷酸链也像多肽链一样具有方向性，它的一端为5′末端，而另一端为3′末端。无论是DNA还是RNA，在它们的生物合成的聚合反应中，都是按照5′→3′方向进行的，因此没有特别指定时，核苷酸序列都是按照5′→3′方向读写。核酸的一级结构的表示方法有两种。一种是线条式缩写法，用竖直线表示戊糖；斜线表示3′，5′-磷酸二酯键，一端与戊糖的3′相连，另一端与下一个戊糖的5′相连；P表示磷酸残基，A、U、G、C、T表示各碱基（图5-10）。另一种是文字缩写法，即磷酸用p表示，腺苷一磷酸表示为pA，而脱氧腺苷一磷酸表示为pdA，其他的类似。按此法图5-10的线条式可改写成pApCpGpUpA，也可进一步简写为ACGUA。(3)DNA的一级结构DNA是由脱氧核糖核苷酸构成的，也是以3′，5′-磷酸二酯键相连。DNA的一级结构就是指构成DNA的脱氧核糖核苷酸按照一定的排列顺序而形成的线性结构。DNA是遗传变异的物质基础，不同的生物性状就是由DNA分子上的脱氧核糖核苷酸的排列顺序来决定的。因此研究DNA的一级结构具有十分重要的意义。DNADNA分子决定生物性状，而生物性状是多种多样的，因此在DNA分子的一级结构上，一定是不同的片段有着不同的功能，不同的生物性状由DNA分子上相应片段来决定。换言之，若把DNA分子看作由许多相对独立的单位构成，那么每一个独立单位就称作基因，即基因就是DNA分子上的一个片段。在核酸分子中核糖或脱氧核糖与磷酸共同构成其骨架结构，但是不参与信息的存储和表达，DNA和RNA对遗传信息的携带和传递都是依靠核苷酸中的碱基排列顺序变化而实现的，由于碱基排列方式不同而提供的DNA编码能力几乎是无限的。DNA一个细胞的DNA含有许多基因，各具有不同的功能。在一个基因组中各个基因的排列顺序，称为DNA顺序组织。因此，DNA的一级结构从广义上来说，不仅包括脱氧核糖核苷酸的排列顺序，还包括基因的排列顺序。(4)RNA的一级结构RNA的一级结构为线性多核苷酸。它的基本单位主要是AMP、GMP、CMP和UMP四种核苷酸。与DNA相比，RNA分子小得多，一般由几十个至几千个核苷酸彼此连接起来，各个核苷酸之间的连接键和DNA一样，也是3′，5′-磷酸二酯键。RNA分子是单链结构，不存在互补链。无论何种来源的RNA，其分子中的四种碱基的物质的量都不相等，所以RNA的碱基组成不及DNA分子中碱基组成那样有规律。5.3.2核酸的空间结构核酸的高级结构也叫作空间结构，是指在一级结构的基础上进一步折叠或盘曲所形成的空间结构，包括二级结构和三级结构。下面主要介绍DNA的空间结构。DNA的空间结构是指多核苷酸链与多核苷酸链之间以及多核苷酸链内通过氢键及碱基堆积力，在空间形成的螺旋、卷曲和折叠的构象。DNA的空间结构包括DNA的二级结构和DNA的超螺旋结构。(1)DNA的二级结构20世纪40年代后期，查戈夫（E.Chargaff）等人通过对多种DNA样品水解物的分析，发现DNA样品中的碱基组成有一定的规律性和定量关系，称为查戈夫（Chargaff）法则，包括以下一些要点：①

在所有的DNA中，腺嘌呤残基摩尔数等于胸腺嘧啶残基摩尔数（A=T），而鸟嘌呤残基摩尔数等于胞嘧啶残基摩尔数（G=C）。嘌呤残基的总摩尔数等于嘧啶残基的总摩尔数（A+G=T+C）。②不同种属的DNA的四种碱基组成及排列序列有差异，但同一种属不同组织的DNA样品具有相同的碱基组成，即碱基组成没有组织和器官的特异性。例如：来自人、猪、羊、牛、细菌和酵母菌的DNA的碱基的数量和相对比例相差很大，即DNA的碱基组成具有种属的特异性。对于一个给定种属的DNA碱基组成不会随有机体的年龄、营养状态和环境变化而改变。(1)DNA的二级结构DNA双螺旋结构模型1953年，华生（J．D．Watson）和克里克（F．H．C．Crick）依据X射线衍射数据和查戈夫法则等DNA研究工作，建立了一个DNA分子的三维模型，称为DNA双螺旋结构模型(图5-11)。DNA双螺旋结构模型R要点如下：1)DNA分子由两条反向平行的多核苷酸链围绕一个假想的中心轴形成右手螺旋结构。一条链上的碱基通过氢键与另一条链上的碱基连接，形成碱基对。G与C配对，A与T配对（碱基互补），G和C之间可以形成三个氢键，A和T之间形成两个氢键。2)脱氧核糖和磷酸基团形成双螺旋结构的骨架位于螺旋的外侧，碱基堆积在双螺旋的内部，碱基平面与中心轴垂直，糖环平面几乎与碱基平面成直角。3)双螺旋的平均直径为2nm，相邻碱基对的距离为0.34nm，每隔10个碱基对，脱氧多核苷酸链就绕一圈，旋距为3.4nm，相邻核苷酸的夹角为36°。4)影响DNA双螺旋结构稳定的主要因素包括：①碱基堆积力，碱基之间的层层堆积形成疏水型核心，它是稳定DNA结构的主要力量；②氢键，链间互补碱基之间的氢键维持两条链的结合;③静电排斥力。华生和克里克的双螺旋结构模型是生物学发展史上的重要里程碑，由此揭开了分子生物学发展的序幕，因而具有划时代的意义。(2)DNA的超螺旋结构（三级结构）绝大部分原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋分子。环状双螺旋分子在细胞内进一步盘绕扭曲形成超螺旋。超螺旋是DNA三级结构的一种形式，是双螺旋的螺旋，是原核生物DNA的高级结构，如图5-12所示。真核生物的DNA分子十分巨大，进化程度越高的生物体其细胞核DNA的分子构成越大、越复杂。DNA分子长度常以碱基对数量表示。真核生物的DNA以非常致密的形式存在于细胞核内，在细胞周期的大部分时间以染色质形式出现，分裂期则形成染色体。染色质的基本组成单位是核小体，如图5-13所示。核小体由DNA和5种组蛋白组成，5种组蛋白分别为H1、H2A、H2B、H3和H4。各两分子的H2A、H2B、H3和H4组成了组蛋白八聚体，DNA双螺旋链缠绕在组蛋白八聚体上形成核小体的核心颗粒，核心颗粒之间由DNA和H1组成的连接区连接起来形成串珠样结构。在串珠样结构的基础上，再经过几个层次折叠，将DNA紧密压缩于染色体中。DNA在双螺旋二级结构基础上进一步盘曲成紧密的空间结构，其主要意义是有规律地压缩分子体积，减少所占空间。细胞内的DNA主要以超螺旋形式存在。比如，人的DNA在染色体中的超螺旋结构，使DNA分子反复折叠盘绕后共压缩8400倍左右。5.4核酸的性质核酸的性质是由其组成成分和结构决定的。核酸的主要组分是碱基、戊糖和磷酸。核酸的结构特点是相对分子质量大，分子中具有共轭双键、氢键、糖苷键和3′，5′-磷酸二酯键，还有许多活性基团，如羟基、磷酸基、氨基等。5.4.1核酸的一般物理性质RNA和核苷酸的纯品都是白色粉末或结晶，DNA是白色类似石棉样的纤维状物。除肌苷酸和鸟苷酸具有鲜味外，核酸和核苷酸大都具有酸味。肌苷酸又名次黄嘌呤核苷酸，英文简称IMP，是一种在核糖核酸（RNA）中发现的核苷酸，在酶的作用下，肌苷酸可以分解得到次黄嘌呤。DNA和RNA都是极性化合物，一般都溶于水，不溶于乙醇、氯仿、乙醚等有机溶剂。它们的钠盐比游离酸在水中的溶解度大，如RNA的钠盐在水中的溶解度可达4%。核酸是相对分子质量很大的高分子化合物，高分子溶液比普通溶液黏度要大得多，高分子形状的不对称性越大，其黏度也就越大，不规则线团分子比球状分子的黏度大，线形分子的黏度更大。由于DNA分子极为细长，因此即使是极稀的溶液也有极大的黏度，RNA的黏度要小得多。当核酸溶液因受热或在其他作用下发生变性或降解时，分子长短、直径比例减小，即分子不对称性降低，黏度下降。因此可用溶液黏度作为DNA变性的指标。5.4.1核酸的一般物理性质5.4.2核酸的紫外吸收性核酸中的嘌呤和嘧啶具有共轭双键，因而具有独特的紫外吸收光谱，对250～280nm波长的紫外光具有强烈的吸收能力。其最大吸收峰在260nm附近，吸光率以A260表示，而在230nm附近有一个低谷。DNA的紫外吸收光谱如图5-14所示。碱基、核苷、核苷酸、核酸都对250～280nm波长的紫外光具有特殊吸收性，由于各组分结构上的差异，其紫外吸收也有区别。例如，AMP、GMP、CMP和UMP的最大吸收峰分别是257nm、256nm、280nm和262nm。不过，通常在核酸测定时选用260nm波长。而蛋白质的最大吸收峰大约在280nm处，核酸在260nm处的紫外吸收比蛋白质在280nm处强30～60倍。利用这一特性，可鉴别核酸样品中是否混有蛋白质。鉴定核酸鉴定核酸样品的纯度时，可以先测定核酸样品溶液的A260值和A280值，然后计算A260/A280的比值，纯的DNA样品的比值为1.8，纯的RNA样品的比值为2.0。若核酸样品中含有蛋白质或苯酚等杂质时，则此比值显著降低。核酸定量测定利用核酸在260nm处的紫外吸收特性，可对核酸进行定量测定。对于纯的核酸溶液，首先测定其A260值，然后利用核酸的比吸光系数计算溶液中核酸的量。核酸的比吸光系数是指浓度为1μg/mL的核酸水溶液在260nm处的吸光率，天然状态的双链DNA的比吸光系数为0.020，变性DNA（单链DNA）和RNA的比吸光系数均为0.024。育种由于核酸对紫外光有强烈的吸收性质，所以紫外光是一种有效的诱变剂。选育高产优质菌株时常用紫外线照射法，使微生物细胞内的DNA吸收紫外线后，引起结构上的细微改变，但不致死亡，从而使微生物的某些性状发生改变，再从中选出对生产有用的菌株。5.4.3核酸的两性解离与等电点核酸中具有碱性的碱基和酸性的磷酸基，所以核酸呈两性性质。在核酸分子中，两个单核苷酸间的磷酸基很容易电离出氢离子，所以可以将核酸看成多元酸，具有较强酸性。核酸的等电点较低，如酵母RNA的等电点为2.0～2.8，DNA的等电点为4.0～4.5。所以在pH近中性的条件下，核酸以阴离子状态存在。在中性或偏碱性溶液中，带有负电荷的核酸，在外加电场力作用下，向阳极泳动。利用核酸这一性质，可将相对分子质量不同的核酸分离。在核酸中，碱基对间氢键的性质与其解离状态有关，而碱基的解离状态又与pH有关，所以核酸溶液的pH直接影响核酸双螺旋中碱基间氢键的稳定。对DNA来说，pH在4.0～11.0时，双螺旋结构最稳定。5.4.4核酸的变性与复性核酸同蛋白质一样有变性现象。在加热、酸、碱、乙醇、丙酮、尿素或是酰胺等理化因素的作用下，核酸分子中双螺旋区的氢键断裂，双螺旋结构被破坏，使双链解开形成单链线团结构，这种现象称为核酸的变性。核酸的变性仅是二级结构、三级结构的改变，而一级结构不变。热变性通常将加热引起的核酸变性称为热变性。如将DNA的稀盐溶液加热到80～100℃时，几分钟后两条链间氢键断裂，双螺旋解体，两条链彼此分开，形成两条无规则线团。此时变性后的核酸的理化性质发生一系列的变化，如在260nm处紫外吸收值急剧升高的增色效应（图5-15）、溶液的黏度下降和比旋光度显著降低等。DNA热变性的特点主要是加热引起双螺旋结构解体，所以又称为DNA的解链或融解作用。两种不同来源的DNA在260nm的吸收值与温度变化的关系DNA的解链过程发生于一个很窄的温度区内，因此DNA的变性过程是爆发式的，有一个相变过程。把A260达到最高值的一半时对应的温度称为该DNA的解链温度或融解温度，用Tm表示。Tm值大小与DNA碱基组成有关。由于G-C之间的氢键联系要比A-T之间的氢键联系强得多，故G＋C含量高的DNA其Tm值较高。通过测定Tm值可知其G＋C碱基的含量。解链温度（Tm）DNA的变性是可逆的。变性DNA在适当条件下，变性的两条互补链重新结合，恢复原来的双螺旋结构和性质，这个过程称为复性（renaturation）。热变性的DNA经缓慢冷却（称为退火处理）即可复性。最适宜的复性温度比Tm值约低25℃，这个温度又叫作退火温度。将热变性的DNA溶液骤然冷却至低温，两链间的碱基来不及形成适当配对，DNA单链自行按A=T、G≡C碱基配对，可能成为两个杂乱的线团，此时变性的DNA分子很难复性，如图5-16所示。复性DNA分子热变性后复性DNA双螺旋的两条链，经变性分离后，在一定条件下可以重新组合而复原，这是以互补的碱基排列顺序为基础的，因此可以进行分子杂交。即不同来源的多核苷酸链，变性分离经退火处理后，若有互补的碱基排列顺序，就能形成杂合的双螺旋体，甚至可以在DNA和RNA之间形成杂合双螺旋体。当两种不同来源的DNA分子杂交时，形成双螺旋的倾向越强，说明它们分子之间碱基顺序的互补性越强。所以分子杂交是一种监测不同来源的DNA多核苷酸链上碱基排列顺序相关性的重要技术。此外，分子杂交法还广泛应用于分离纯DNA基因、研究基因转录和调控等方面。图5-17DNA分子杂交5.5核酸与其营养植物性、动物性食品中都含有核酸，目前国内外一些婴儿配方奶粉中添加有不同剂量的核苷酸，保健品市场中也相继出现了核酸产品。膳食核酸经摄入消化，变成核苷酸和核苷或更小的碱基、戊糖等，被吸收进细胞内。膳食核酸膳食核酸经摄入消化，变成核苷酸和核苷或更小的碱基、戊糖等，被吸收进细胞内。膳食核酸对三大营养素的吸收和利用起着调节作用。例如，在低蛋白饮食的情况下，补充核酸能促进蛋白质的吸收和利用，消除低蛋白饮食造成的各种不良影响；在脂质代谢中，核酸可增加血中高密度脂蛋白和不饱和脂肪酸的含量，降低胆固醇的含量；次黄嘌呤还能促进肠道内铁的吸收和利用。总之，核酸营养最根本的作用在于促进机体中每一个细胞的新陈代谢，达到细胞水平的年轻化，因此具有较好的营养作用。天然含核酸较多的食物有鱼白（鱼精子）、花粉、海产品（沙丁鱼含量最高），其次是家禽家畜的肝脏等内脏，虾蟹类、其他鱼类，蘑菇、洋葱、豆类中含量也较高。摄入含核酸丰富的食品，经消化吸收后，核酸中的嘌呤化合物成分经分解代谢后可产生尿酸，使尿液和血液呈酸性。在一般情况下，尿酸可完全由尿排出，不在身体某些关节处积累，但对有嘌呤代谢障碍的人来说，尿酸积累多了，可能会导致痛风。因此，摄入核酸食品的同时，要多喝开水，使尿酸从尿液中排出。此外，还要多吃一些碱性食物，如牛奶、水果、蔬菜等，这些碱性食物，可以防止血液、尿液酸化，还可以获得多种维生素、无机盐、膳食纤维等，它们与核酸协同作用，可大大提高抗衰老保健效果。核酸类保健食品核酸类保健食品是指以核酸（DNA或RNA）为原料，辅以相应的协调物质生产的保健食品，可增强人体免疫力。但服用过多有导致痛风、结石的危险。痛风患者、血尿酸高者、肾功能异常者不宜食用核酸类保健食品。一、名词解释1.DNA双螺旋结构2.DNA的一级结构3.DNA变性4.Tm值5.DNA复性习题二、填空题1.核酸分子为DNA和RNA两类,构成两者的戊糖分别为()和（）两者特有的碱基分别为（

）和（），两者主要存在部位分别为（）和（）。2.单核苷酸由（

）和（

）组成。连接核酸一级结构的键是（

）。3.DNA双螺旋结构中碱基配对规律是A(腺嘌呤)与（

）配对，G(鸟嘌呤)与（

）配对。4.核酸完全水解的产物是（

）、（

）和（

）。其中（

）又可分为（

）碱和（

）碱。6.核酸的基本组成单位是（

），它们之间是通过（

）键相连接的。7.DNA的二级结构是（

）结构，维系其二级结构的键是（

）。每圈螺旋含（

）个碱基对，螺距为（

）nm。8.DNA变性时（

）键断裂，变性后对紫外线吸收改变，称为（

）效应。三、简答题1.简述DNA二级结构的基本特点。2.引起DNA变性的因素有哪些？变性后理化性质有何改变？3.什么是解链温度？影响某种核酸分子Tm值大小的因素是什么？为什么？拓展一核酸在食品生产中的应用众所周知，母乳中含有多种免疫活性物质，其中核酸和核苷酸起着十分重要的作用。分析表明：初乳中以核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）为主，一个月以后，乳汁中的核酸水平开始下降，而核苷酸的含量却逐渐增加，随着哺乳期的延续，母乳主要以核苷酸的形式向婴儿提供核酸营养。营养学家提出：婴儿每天需摄取160mg的核酸及其衍生物才能满足正常的生长发育。拓展一核酸在食品生产中的应用美国科学家、诺贝尔奖获得者弗兰克通过数千例临床研究确认，以适当补充核酸为主，配合相应的酶和辅酶，对于活化和强化人体细胞、促进新陈代谢、增强免疫力、防治多种功能性和退行性疾病具有良好的效果。如果在人的一生中都能提供充足的核酸，那么人体的各器官将保持旺盛的活力，人体的衰老将减慢。1977年，弗兰克博士建立了核酸疗法（基因疗法），通过补充核酸自主修复人体受损的基因，此观点很快得到了国际医学界和营养学界的肯定，并在临床上广泛使用。拓展一核酸在食品生产中的应用核酸类保健食品在我国的开发于20世纪90年代才起步，最初主要是从日本等国进口呈味性核苷酸用于改善调味食品的