第三章核酸的化學(xué)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握核酸的概念、分類、分子組成與分子結(jié)構(gòu)，理解核酸的理化性質(zhì)，了解核苷酸衍生物的組成及功能，了解核酸類物質(zhì)的制備及含量測(cè)定方法?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】核酸的分類、功能及分子組成；DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；tRNA的三葉草型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

1核酸分子的化學(xué)組成2核酸的結(jié)構(gòu)3核酸的理化性質(zhì)4核酸類藥物的工業(yè)生產(chǎn)

學(xué)習(xí)內(nèi)容1868年，F(xiàn).Miescher從膿細(xì)胞核中分離得到一種酸性物質(zhì)，即現(xiàn)在被稱為核酸的物質(zhì)。1953年，Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，隨后又提出遺傳信息傳遞中心法則。1944年，O.Avery等通過(guò)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證實(shí)核酸是遺傳物質(zhì)。重要事件1961年，Nirenberg等破譯了苯丙氨酸遺傳密碼。1965年，科學(xué)家們破譯了全部密碼。1973年，Cohen建立體外重組DNA方法，生物工程技術(shù)誕生。一、元素組成第1節(jié)核酸分子的化學(xué)組成基本元素：C、H、O、N、P等

元素組成特點(diǎn)：①一般不含S元素②P含量較多且比較恒定（9%～10%）常用定磷法進(jìn)行核酸的定量分析（DNA9.9%、RNA9.5%）二、核酸分子的基本結(jié)構(gòu)單位-核苷酸

（一）核酸的消化與吸收

（二）核酸的基本成分堿基嘌呤——次黃嘌呤、1-甲基次黃嘌呤、7-甲基鳥(niǎo)嘌呤、6-甲基腺嘌呤等嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羥甲基胞嘧啶、二氫尿嘧啶、4-巰尿嘧啶等均為基本堿基的化學(xué)修飾型。稀有堿基戊糖DNARNA磷酸

核酸是含磷的生物大分子。任何核酸中都含有磷酸，所以核酸呈酸性。

核酸中的磷酸參與形成3’，5’-磷酸二酯鍵，使核苷酸連接成多核苷酸鏈。（三）核苷酸的組成磷酸堿基戊糖核苷

戊糖與嘌呤或嘧啶堿以C-N糖苷鍵連接而形成的糖苷就稱為核苷（nucleoside）。通常是戊糖的C1’與嘌呤堿的N9或嘧啶堿的N1相連。核苷酸

核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)酯鍵相連接分別構(gòu)成核苷酸（NMP）或脫氧核苷酸（dNMP）。戊糖上的羥基都可以酯化，通常以戊糖C5′-OH與磷酸基團(tuán)酯化形成的5′－核苷酸為主?？筛鶕?jù)核苷名稱命名為“某某核苷幾磷酸”。三、核苷酸的衍生物ATP是生物體內(nèi)能量的通用貨幣多磷酸核苷酸OHOHOHONNH2NOOO-P-OCMPCDPOO-P-OCTPOO-P-O環(huán)化核苷酸第二信使在代謝調(diào)節(jié)中起重要作用。輔酶類核苷酸輔酶Ⅰ（NAD+）輔酶Ⅱ（NADP+）FMNFAD輔酶A(CoA-SH)腺嘌呤核苷酸＋尼克酰胺核苷酸黃素單核苷酸＋腺嘌呤核苷酸3’－腺苷酸＋5’－焦磷酸＋氨基乙硫醇＋泛酸參與糖、脂肪、蛋白質(zhì)代謝參與生物氧化過(guò)程主鍵為3ˊ,5ˊ-磷酸二酯鍵主鏈為重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元（磷酸—戊糖）側(cè)鏈為特征結(jié)構(gòu)—堿基具有嚴(yán)格的方向性：5ˊ→3ˊ

多核苷酸鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

多核苷酸鏈?zhǔn)俏迨畟€(gè)以上的核苷酸分子通過(guò)3′,5′-磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。戊糖C5′上有完整磷酸基的一端稱為5′-磷酸末端（5′-端）。戊糖C3′上連有羥基的一端，稱為3′-羥基末端（3′-端）多核苷酸鏈書(shū)寫(xiě)方式二、DNA分子的空間結(jié)構(gòu)

研究背景Chargaff規(guī)則：A＝TG＝C。Franklin和Wilkins用X-射線衍射技術(shù)分析DNA結(jié)晶，取得了DNA分子為螺旋結(jié)構(gòu)的直接證據(jù)。1953年，Watson和Crick在前人研究成果的基礎(chǔ)上，建立了DNA分子二級(jí)結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。DNA分子由兩條反向平行的多核苷酸鏈以右手螺旋方式圍繞一假想的中心軸形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。堿基位于螺旋內(nèi)部，堿基平面與中心軸垂直；脫氧核糖和磷酸基團(tuán)形成螺旋的骨架，位于螺旋的外側(cè)。兩條鏈上位于同一平面的堿基按照互補(bǔ)規(guī)律締合形成堿基對(duì)，G與C配對(duì)形成三個(gè)氫鍵，A與T配對(duì)形成兩個(gè)氫鍵。螺旋的每一周包含10個(gè)堿基對(duì)，相鄰堿基對(duì)的距離為0.34nm，螺距為3.4nm。螺旋直徑為2nm。雙螺旋結(jié)構(gòu)的維系力包括：①氫鍵：維系雙螺旋結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定；②堿基堆積力：堿基之間層層緊密堆積，形成疏水型核心，保持雙螺旋結(jié)構(gòu)縱向穩(wěn)定。③離子鍵：磷酸殘基陰離子與介質(zhì)中的陽(yáng)離子形成離子鍵，可降低雙鏈間的靜電排斥力。雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)5′3′5′3′5′3′5′3′磷酸核糖堿基T-A堿基對(duì)C-G堿基對(duì)（二）DNA分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)核小體、染色質(zhì)和染色體真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)

DNA（2nm）核小體鏈（11nm，每個(gè)核小體200bp）纖絲（30nm，每圈6個(gè)核小體）突環(huán)（150nm，每個(gè)突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（300nm，6個(gè)突環(huán)）螺旋圈（700nm，每圈30個(gè)玫瑰花）染色體（1400nm，每個(gè)染色體含10個(gè)玫瑰花200bp）三、RNA分子的結(jié)構(gòu)與功能①單鏈結(jié)構(gòu)，堿基組成為A、G、C、U等，稀有堿基或修飾堿基較多，穩(wěn)定性較差，易水解。②單鏈自身回折，堿基互補(bǔ)（A＝U，G≡C）形成局部雙螺旋，非互補(bǔ)區(qū)形成突環(huán)，稱“莖環(huán)”結(jié)構(gòu)或發(fā)夾結(jié)構(gòu)。③RNA同樣要形成高級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)才能發(fā)揮活性。參與蛋白質(zhì)合成的RNA核糖體RNArRNA（ribosomeRNA）信使RNAmRNA（messengerRNA）轉(zhuǎn)運(yùn)RNAtRNA（transferRNA）RNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（一）mRNA

mRNA的功能是將細(xì)胞核中基因信息轉(zhuǎn)錄后攜帶出來(lái)，作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成的直接模板。真核細(xì)胞生物的mRNA是由其前體核不均一RNA（hnRNA）剪接而成。真核細(xì)胞成熟mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）5ˊ端帽子結(jié)構(gòu)：5ˊ-末端在成熟過(guò)程中會(huì)加上7-甲基鳥(niǎo)嘌呤核苷三磷酸（m7Gppp），稱為“帽子”結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)與mRNA的穩(wěn)定性有關(guān)，并與其轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞核、與核糖體結(jié)合以及與蛋白質(zhì)生物合成的起始等過(guò)程都有一定的關(guān)系。（2）3ˊ端多聚腺苷酸尾部：3ˊ-末端有一段20～200個(gè)腺苷酸的多聚腺苷酸尾部（polyA），與mRNA的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞核的過(guò)程等有關(guān)。（二）tRNA

tRNA的主要功能是攜帶蛋白質(zhì)合成所需的氨基酸，并按mRNA上的密碼順序“對(duì)號(hào)入座”地將其定位于多肽鏈上?；窘Y(jié)構(gòu)具有下列共同特點(diǎn)：①是三種RNA分子中最小的一類，由70～90個(gè)核苷酸組成一條單鏈；②是含稀有堿基最多的核酸，一般每分子含有7～15個(gè)。如二氫尿嘧啶（DHU）、胸腺嘧啶（T）、假尿嘧啶（ψ）、次黃嘌呤（I）等；③其5ˊ端大多為pG，3ˊ端全都是CCA-OH；④堿基組成具有保守性，所有tRNA分子中約有30%的堿基固定不變。124“葉子”反密碼子運(yùn)載氨基酸氨基酸臂RNA中的堿基配對(duì)原則A-U

G-C3可變環(huán)(額外環(huán))D環(huán)(二氫尿嘧啶環(huán))

不同的tRNA具有不同的額外環(huán)，所以額外環(huán)是tRNA分類的重要指標(biāo)TψC環(huán)(胸苷假尿苷環(huán))反密碼子環(huán)tRNA三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)氨基酸臂與反密碼環(huán)分別位于“倒L”型分子的兩端，DHU環(huán)與TψC環(huán)位于拐角上。主要依靠堿基堆積力和氫鍵維系，緊湊而穩(wěn)定。tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)（三）rRNA

rRNA的功能：

與多種核糖體蛋白組成核糖（ribosome），提供蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。核糖體由大小不同的兩個(gè)亞基所組成。rRNA是構(gòu)成核糖體大、小亞基的骨架，決定著整個(gè)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)以及蛋白質(zhì)組分所附著的位置。核蛋白體的組成項(xiàng)目RNADNA特征堿基UT稀有堿基多見(jiàn)極少見(jiàn)堿基含量無(wú)一定規(guī)律A=T；G=C堿基配對(duì)A與U；G與C部分配對(duì)A與T；G與C全部配對(duì)分子大小大小不等，含數(shù)十至數(shù)千個(gè)核苷酸一般比RNA大得多結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單鏈互補(bǔ)雙鏈主要功能參與遺傳信息表達(dá)儲(chǔ)存遺傳信息RNA和DNA的比較一、核酸的分子大小、粘度、溶解性、酸堿性質(zhì)第3節(jié)核酸的理化性質(zhì)①DNA分子量約106～1011D，RNA分子量約102～106D。②線性大分子，粘度高但抗剪切力差。③DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末，均微溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。RNA易溶于低鹽（0.14mol/LNaCl）溶液。DNA易溶于高鹽（1mol/LNaCl）溶液。④核酸屬于兩性解離物質(zhì)，具有等電點(diǎn)（pI為2～3），一般呈酸性（在中性溶液中帶負(fù)電荷）。二、核酸的紫外吸收

嘌呤堿和嘧啶堿分子中具有共軛雙鍵，因此核酸具有紫外吸收的特征，最大吸收峰波長(zhǎng)為260nm。利用此特性，可采用紫外分光光度法進(jìn)行核酸的定性定量分析，也可借此鑒別核酸檢品中的蛋白質(zhì)雜質(zhì)。在一定理化因素作用下，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中堿基之間的氫鍵斷裂，變成單鏈的現(xiàn)象稱為DNA變性在適當(dāng)?shù)臈l件下，兩條互補(bǔ)單鏈重新結(jié)合并恢復(fù)天然的雙螺旋結(jié)構(gòu)，稱為復(fù)性（renaturation）熱變性的DNA緩慢冷卻后復(fù)性稱為退火。

增色效應(yīng)：當(dāng)核酸變性或降解時(shí)260nm處光吸收值顯著增加的現(xiàn)象。

減色效應(yīng)：核酸復(fù)性后，260nm處光吸收值又恢復(fù)到原有水平的現(xiàn)象。

加熱變性時(shí)DNA溶液A260升高達(dá)到最大值一半時(shí)即DNA解鏈50%時(shí)的溫度稱為該DNA的熔點(diǎn)或熔解溫度（meltingtemperature

Tm）。G＋C比例高，Tm值高。三、核酸的變性復(fù)性四、分子雜交與探針技術(shù)分子雜交（hybridization）指不同源的單鏈核酸分子結(jié)合形成雜化的雙鏈核酸的過(guò)程。雜交可發(fā)生在DNA-DNA、

RNA-RNA和DNA-RNA之間。探針（probe）：一段帶有放射標(biāo)記或其他化學(xué)標(biāo)記的寡核苷酸鏈

第4節(jié)核酸類藥物的工業(yè)生產(chǎn)制備核酸類藥物的途徑①?gòu)纳锊牧现刑崛。虎谖⑸锇l(fā)酵；③化學(xué)合成。一、核酸的提取①破碎細(xì)胞；②提取核蛋白；③用蛋白質(zhì)變性劑如苯酚或去垢劑十二烷基硫酸鈉（SDS）等，或用蛋白酶處理除去蛋白質(zhì)；④用乙醇等沉淀劑使核酸從溶液中析出。二、