核酸与辅酶医学知识讲座专家讲座

第十八章核酸与辅酶1.核酸分类2.核苷和核苷酸3.核酸结构4.核酸性质10/29/20261核酸与辅酶医学知识讲座第1页

核酸（nucleicacid)由瑞士生物学家Miescher1869年首先从脓细胞核中分离得到，当初被称为核质(nuclein)，20年后，更名为核酸（nucleicacid)。1944年OswaldAvery证实脱氧核糖核酸（DNA)是遗传物质基础,1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构，揭开了遗传奥秘。

核酸是控制生物遗传和支配蛋白质合成模型。没有核酸，就没有蛋白质。所以，核酸是生命最根本物质基础。对核酸研究是当代科学研究领域最吸引人课题。10/29/20262核酸与辅酶医学知识讲座第2页第一节核酸分类1.核酸分类2.RNA分类

10/29/20263核酸与辅酶医学知识讲座第3页一、核酸分类

（一)依据分子中所含戊糖种类分类1.RNA：核糖核酸(ribonucleicacid，RNA)，约90%RNA在细胞质中，10%RNA在细胞核中；2.DNA：脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid，DNA)。DNA主要存在于细胞核和线粒体中，是生物遗传主要物质基础，负担体内遗传信息贮存和公布。

10/29/20264核酸与辅酶医学知识讲座第4页

（二)依据RNA在蛋白质合成过程中所起作用分类1.核蛋白体RNA(dbosomalRNA，rRNA)，又称核糖体RNA，它是蛋白质合成时多肽链“装配机”。参加蛋白质合成各种成份最终必须在核蛋白体上将氨基酸按特定次序合成多肽链。2.信使RNA(messengerRNA，mRNA)，它是合成蛋白质模板，在蛋白质合成时，控制氨基酸排列次序。

10/29/20265核酸与辅酶医学知识讲座第5页3.转运RNA(transferRNA，tRNA)。在蛋白质合成过程中，tRNA是搬运氨基酸工具。氨基酸由各自特异tRNA"搬运”到核蛋白体，才能"组装”成多肽链。10/29/20266核酸与辅酶医学知识讲座第6页第二节核苷和核苷酸1.核酸化学组成2.核苷3.核苷酸10/29/20267核酸与辅酶医学知识讲座第7页一、核酸化学组成

核酸分子中所含主要元素有C.H、O、N、P等。其中含磷量为9％—10％，因为各种核酸分子中含磷量比较靠近恒定，故惯用含磷量来测定组织中核酸含量。

核酸也称多核苷酸(polynucleotide)，是由数10个以至千万计单核苷酸(mucleotide)组成。核酸完全水解能够得到磷酸、嘌呤碱和嘧啶碱（简称碱基）、核糖和脱氧核糖。10/29/20268核酸与辅酶医学知识讲座第8页

磷酸

核酸——核苷酸戊糖（核糖或脱氧核糖)

核苷

有机碱（嘌呤碱和嘧啶碱)10/29/20269核酸与辅酶医学知识讲座第9页DNA和RNA中所含嘌呤碱相同,都含有腺嘌呤和鸟嘌呤。而所含嘧啶碱不一样,二者都含有胞嘧啶。核酸水解后主要最终产物水解产物类别RNADNA酸磷酸磷酸戊糖D-核糖D-2-脱氧核糖嘌呤碱腺嘌呤鸟嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤嘧啶碱胞嘧啶尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶10/29/202610核酸与辅酶医学知识讲座第10页RNA中含有尿嘧啶而无胸腺嘧啶。DNA中含有胸腺嘧啶而无尿嘧啶。10/29/202611核酸与辅酶医学知识讲座第11页

两类碱基结构及缩写符号以下:

10/29/202612核酸与辅酶医学知识讲座第12页10/29/202613核酸与辅酶医学知识讲座第13页

两类碱基可发生酮式-烯醇式互变，如:10/29/202614核酸与辅酶医学知识讲座第14页

在生理条件下或者酸性和中性介质中,它们以酮式为主。

【问题18-1】试写出尿嘧啶酮式-烯醇式互变异构体。10/29/202615核酸与辅酶医学知识讲座第15页

核酸中戊糖有两类，即β-D-核糖和β-D-2-脱氧核糖，D-核糖存在于RNA中，而2-D-脱氧核糖存在于DNA中。它们结构及编号以下:10/29/202616核酸与辅酶医学知识讲座第16页二、核苷

核苷（nucleoside)是由核糖C1上β-半缩醛羟基与嘌呤碱9位或嘧啶碱1位氮原子上氢脱水缩合而成氮苷。10/29/202617核酸与辅酶医学知识讲座第17页

在DNA中常见4种脱氧核糖核苷结构式及名称以下:10/29/202618核酸与辅酶医学知识讲座第18页10/29/202619核酸与辅酶医学知识讲座第19页RNA中常见4种核苷结构式及名称以下:10/29/202620核酸与辅酶医学知识讲座第20页10/29/202621核酸与辅酶医学知识讲座第21页

在核苷结构式中，戊糖上C原子编号总是以带撇数字表示，以区分于碱基上原子编号。

核苷命名时，假如是核糖，词尾用"苷”字，前面加上碱基名称即可。如胞嘧啶脱氧核苷，简称为脱氧胞苷。

氮苷与氧苷一样对碱稳定，但氮苷只有在强酸性溶液中才能发生水解，生成对应碱基和戊糖。10/29/202622核酸与辅酶医学知识讲座第22页三、核苷酸

核苷酸(nucleotide)是核苷分子中核糖或脱氧核糖3’或5’位羟基与磷酸所生成酯。生物体内大多数为5’核苷酸。组成RNA核苷酸有腺苷酸、鸟苷酸、胞苷酸和尿苷酸,组成DNA核苷酸有脱氧腺苷酸、脱氧鸟苷酸、脱氧胞苷酸和脱氧胸苷酸。

10/29/202623核酸与辅酶医学知识讲座第23页

腺苷酸和脱氧胞苷酸结构以下:10/29/202624核酸与辅酶医学知识讲座第24页

核苷酸命名包含糖基和碱基名称酮式要标出磷酸连在戊糖上位置。比如：腺苷酸又叫腺苷-5’-磷酸或腺苷一磷酸（AMP)。假如糖基为脱氧核糖，则要在核苷酸前加“脱氧”二字。比如：脱氧胞苷酸又叫脱氧胞苷-5’-磷酸或脱氧胞苷一磷酸（dCMP)。

【问题18-2】试写出胞苷酸和脱氧鸟苷酸结构式。10/29/202625核酸与辅酶医学知识讲座第25页第三节

核酸结构和理化性质1.核酸一级结构2.DNA双螺旋结构3.核酸理化性质10/29/202626核酸与辅酶医学知识讲座第26页一、核酸一级结构

核酸分子中各种核苷酸排列次序即为核酸一级结构，又称为核苷酸序列。因为核苷酸间差异主要是碱基不一样，又称为碱基序列。在核酸分子中，各核苷酸间是经过3’、5’-磷酸二酯键来连接。即一个核苷酸3’-羟基与另一个核苷酸5’-磷酸基形成磷脂键，这么一直延续下去，形成没有支链核酸大分子。DNA和RNA部分多核苷酸链结构可用简式表示以下:10/29/202627核酸与辅酶医学知识讲座第27页

10/29/202628核酸与辅酶医学知识讲座第28页

为了简化繁琐结构式，惯用P表示磷酸，用竖线表示戊糖基，表示碱基对应英文字母置于竖线之上;用斜线表示磷酸和糖基形成酯键。以上RNA.DNA部分部分结构可表示以下：10/29/202629核酸与辅酶医学知识讲座第29页

还能够用更简单字符表示，如上面RNA和DNA片段可表示为:RNA:5’pApCpGpU-OH3’或5’ACGU3’DNA:5’pApCpGpT-OH3’或5’ACGT3’

依据核酸书写规则，DNA和RNA书写应从5’端到3’端。10/29/202630核酸与辅酶医学知识讲座第30页二、DNA双螺旋(doublehelix)结构DNA分子由两条核苷酸链组成。它们沿着一个共同轴心以反平行走向盘旋成右手双螺旋结构。亲水脱氧戊糖基(S)和磷酸基(P)位于双螺旋外侧,而碱基朝向内侧。一条链碱基与另一条链碱基经过氢键结合成对。碱基正确平面与螺旋结构中心轴垂直。

双螺旋外部形成一个大沟(majorgroove)和一个小沟(minorgroove),这些沟对DNA和蛋白质相互识别非常主要。大沟小沟10/29/202631核酸与辅酶医学知识讲座第31页

DoxorubicinbindingtoDNA10/29/202632核酸与辅酶医学知识讲座第32页10/29/202633核酸与辅酶医学知识讲座第33页

（一)物理性质DNA为白色纤维状固体,RNA为白色粉末。均微溶于水,易溶于稀碱溶液,其钠盐在水中溶解度较大。均不溶于乙醇、乙醚、氯仿等普通有机溶剂,而易溶于2-甲氧基乙醇中。核酸在~260nm有较强吸收（嘌呤、嘧啶K带),惯用于核酸、核苷酸、核苷及碱基定量分析。

核酸溶液粘度比较大，DNA粘度比RNA更大，这是DNA分子不对称性引发。三、核酸理化性质10/29/202634核酸与辅酶医学知识讲座第34页

（二)酸碱性

核酸分子中既含有磷酸基,又含嘌呤和嘧啶碱,故是两性化合物，但酸性大于碱性。能与金属离子成盐,又能与一些碱性化合物生成复合物。如与染料结合从溶液中析出沉淀。

核酸在不一样pH值溶液中带有不一样电荷,故可象蛋白质一样,在电场中发生电泳。迁移方向和速率与分子电荷量、分子大小和分子形状相关。10/29/202635核酸与辅酶医学知识讲座第35页

（三)变性和复性

核酸在加热、酸、碱或乙醇、丙酮、尿素、酰胺等理化原因作用下，分子由稳定双螺旋结构松解为无规则线团结构现象，称为核酸变性。变性不破坏核酸一级结构，只是破坏碱基间氢键和堆积力。DNA变性是可逆。在适当条件下，变性DNA两条互补链全部或部分恢复到双螺旋结构现象，称为复性(renaturation)。10/29/202636核酸与辅酶医学知识讲座第36页作业P262~263：18-4.18-7、18-910/29/202637核酸与辅酶医学知识讲座第37页第一节核酸分类和化学组成一、核酸分类10/29/202638核酸与辅酶医学知识讲座第38页二、核酸化学组成核酸分子中所含主要元素:C.H、O、N、P等其中含磷量为9％－10％。惯用含磷量测定组织中核酸含量核酸基本组成单位是核苷酸

10/29/202639核酸与辅酶医学知识讲座第39页核酸水解后主要最终产物上页下页首页10/29/202640核酸与辅酶医学知识讲座第40页

两类戊糖结构及编号RNA中D-核糖和DNA中D-2-脱氧核糖:上页下页首页10/29/202641核酸与辅酶医学知识讲座第41页

两类碱基结构及缩写符号:腺嘌呤(Adenine)

鸟嘌呤(Guanine)胞嘧啶(Cytosine)尿嘧啶(Uracil,inRNA)胸腺嘧啶(Thymine,inDNA)上页下页首页Purine10/29/202642核酸与辅酶医学知识讲座第42页两类碱基均可发生酮式-烯醇式互变:生理条件下或酸性、中性介质中均以酮式为主。10/29/202643核酸与辅酶医学知识讲座第43页课堂练习:

写出尿嘧啶和胸腺嘧啶酮式-烯醇式互变异构体.10/29/202644核酸与辅酶医学知识讲座第44页第二节核苷和核苷酸核苷是由D-呋喃核糖C1上β-苷羟基与嘌呤碱9位或嘧啶碱1位

N

上氢缩水而成氮苷。一、核苷(nucleoside)在核苷结构式中,戊糖上C原子编号总是以带撇数字表示,以区分于碱基上原子编号。10/29/202645核酸与辅酶医学知识讲座第45页脱氧核苷是由D-2-脱氧核糖C1上β-苷羟基与嘌呤碱9位或嘧啶碱1位

N

上氢脱水缩合而成氮苷。10/29/202646核酸与辅酶医学知识讲座第46页DNA中常见四种脱氧核苷:胸腺嘧啶脱氧核苷(脱氧胸苷)Thymidine腺嘌呤脱氧核苷(脱氧腺苷)Deoxyadenosine鸟嘌呤脱氧核苷(脱氧鸟苷)Deoxyguanosine胞嘧啶脱氧核苷(脱氧胞苷)Deoxycytidine上页下页首页10/29/202647核酸与辅酶医学知识讲座第47页RNA中常见四种核苷:Adenosine腺嘌呤核苷(腺苷)鸟嘌呤核苷(鸟苷)Guanosine胞嘧啶核苷(胞苷)Cytidine尿嘧啶核苷(尿苷)Uridine10/29/202648核酸与辅酶医学知识讲座第48页核苷命名

若为核糖:"碱基名”＋"核苷”

如腺嘌呤核苷，简称腺苷。若为脱氧核糖:"碱基名”＋”脱氧核苷”如胞嘧啶脱氧核苷,简称脱氧胞苷。腺嘌呤核苷(腺苷)胞嘧啶脱氧核苷(脱氧胞苷)10/29/202649核酸与辅酶医学知识讲座第49页

氮苷与氧苷一样对碱稳定,但在强酸性溶液中可水解,生成对应杂环碱和戊糖。问题:写出脱氧胸苷水解反应式.10/29/202650核酸与辅酶医学知识讲座第50页二、

核苷酸（nucleotide)核苷分子中核糖或脱氧核糖3’或5’位羟基与磷酸形成酯。生物体内大多数为5’-核苷酸。10/29/202651核酸与辅酶医学知识讲座第51页腺苷-5’-磷酸(腺苷酸)(adenosine-5’-phosphate,Adenylicacid)

核苷酸命名:要包含糖基和碱基名称,同时要标出磷酸连在戊糖上位置。或：腺苷一磷酸(adenosinemonophosphateAMP)10/29/202652核酸与辅酶医学知识讲座第52页脱氧腺苷-3’-磷酸(deoxyadenosine-3’-phosphate)若糖基为脱氧核糖,则要在核苷酸前加"脱氧”二字。10/29/202653核酸与辅酶医学知识讲座第53页10/29/202654核酸与辅酶医学知识讲座第54页10/29/202655核酸与辅酶医学知识讲座第55页10/29/202656核酸与辅酶医学知识讲座第56页10/29/202657核酸与辅酶医学知识讲座第57页课堂练习:命名以下化合物.脱氧胞苷-5’-磷酸(deoxycytidine-5’-phosphate)(脱氧胞苷酸deoxycytidylicacid)上页下页首页10/29/202658核酸与辅酶医学知识讲座第58页第三节核酸结构一、核酸一级结构

核酸分子中各种核苷酸排列次序即为核酸一级结构,又称为核苷酸序列。因为核苷酸间差异主要是碱基不一样,又称为碱基序列。上页下页首页10/29/202659核酸与辅酶医学知识讲座第59页

在核酸分子中,各核苷酸间经过3’、5’-磷酸二酯键连接。即一个核苷酸3’-羟基与另一个核苷酸5’-磷酸基形成磷酯键,这么一直延续下去,形成没有支链核酸大分子。CAGDNA部分多核苷酸链结构上页下页首页10/29/202660核酸与辅酶医学知识讲座第60页

简化式:P表示磷酸、竖线表示戊糖基,碱基(英文首字母)置于竖线之上,斜线表示磷酯键。或:5’pApCpGpT-OH3’或:5’ACGT3’CAGTDNA和RNA书写规则:

从5’端到3’端上页下页首页10/29/202661核酸与辅酶医学知识讲座第61页课堂练习:命名以下RNA片段.上页下页首页10/29/202662核酸与辅酶医学知识讲座第62页二、DNA双螺旋(doublehelix)结构DNA分子由两条核苷酸链组成。它们沿着一个共同轴心以反平行走向盘旋成右手双螺旋结构。

亲水脱氧戊糖基(S)和磷酸基(P)位于双螺旋外侧,而碱基朝向内侧。一条链碱基与另一条链碱基经过氢键结合成对。碱基正确平面与螺旋结构中心轴垂直。双螺旋外部形成一个大沟(majorgroove)和一个小沟(minorgroove),这些沟对DNA和蛋白质相互识别非常主要。大沟小沟上页下页首页10/29/202663核酸与辅酶医学知识讲座第63页ATGC上页下页首页10/29/202664核酸与辅酶医学知识讲座第64页模型:DNA中碱基配对上页下页首页10/29/202665核酸与辅酶医学知识讲座第65页

在双螺旋结构中,双螺旋直径为pm(2nm),相邻两个碱基对平面间距离为340pm(0.34nm),每10对碱基组成一个螺旋周期,所以双螺旋螺距为3400pm(3.4nm)。碱基间疏水作用可造成碱基堆积,这种堆积力维系着双螺旋纵向稳定,而维系双螺旋横向稳定原因是碱基对间氢键。上页下页首页10/29/202666核酸与辅酶医学知识讲座第66页

由碱基互补规律可知,当DNA分子中一条多核苷酸链碱基序列确定后,即可推知另一条互补多核苷酸链碱基序列。这就决定了DNA在控制遗传信息从母代传到子代高度保真性。在生物领域内,形形色色遗传信息都由DNA中A.T、G、C四个碱基次序决定。能合成有功效蛋白质多肽链或RNA所必需DNA中核苷酸序列称为基因(gene)。DNA右手双螺旋结构模型是DNA分子在水溶液和生理条件下最稳定结构,称为

B-DNA。另外人们还发觉了Z-DNA和A-DNA。可见自然界DNA存在形式不是单一。上页下页首页10/29/202667核酸与辅酶医学知识讲座第67页*三、RNA二级结构介绍

天然RNA多以单链形式存在,但在单链许多区域可发生本身回折,在回折区内碱基相互配对(A-U、G-C),配正确多核苷酸链(约占40％－70％)形成双螺旋结构,不能配正确碱基则形成突环(loop)。上页下页首页10/29/202668核酸与辅酶医学知识讲座第68页第四节核酸理化性质一、物理性质DNA为白色纤维状固体,RNA为白色粉末。均微溶于