第一章核酸的化學(xué)

（Chemistryofnucleicacid）種類分布功能DNA原核生物：核質(zhì)區(qū)真核生物：95%在細(xì)胞核、

5%在線粒體和葉綠體遺傳信息的載體RNAtRNA原核生物：細(xì)胞質(zhì)真核生物：75%在細(xì)胞質(zhì)

15%在線粒體和葉綠體

10%在細(xì)胞核攜帶、轉(zhuǎn)移aamRNA肽鏈合成的模板rRNA核糖體主要成分一.核酸的種類、分布與功能引言1.元素組成C、H、O、N、P其中P的含量在核酸中相對恒定。在DNA中為9.9%，在RNA中為9.4%

。這可用于測定核酸的含量——定磷法。二.核酸的化學(xué)組成引言2.核酸的基本結(jié)構(gòu)單元核苷酸核酸是由許多核苷酸組成的長鏈Nucleotide引言二.核酸的化學(xué)組成第一節(jié)核苷酸的結(jié)構(gòu)

核苷酸磷酸核苷戊糖堿基核糖脫氧核糖嘌呤嘧啶1、

戊糖它們均以呋喃糖態(tài)存在核苷酸的結(jié)構(gòu)

RNA中

DNA中

2、堿基DNA中的4種堿基：腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶RNA中的4種堿基：腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶3、磷酸核苷酸的結(jié)構(gòu)堿基5-甲基-2,4-二氧嘧啶Thy胸腺嘧啶2,4-二氧嘧啶Ura尿嘧啶2-氨基-6-氧嘌呤

Gue鳥嘌呤2-氧-4-氨基嘧啶Cyt胞嘧啶嘧啶6-氨基嘌呤Ade腺嘌呤嘌呤124NN3561357NNNNCH24689HNNNNCHNH2HNNNNCHOHH2NNNNH2OHNNOONNOOCH3核苷

戊糖第1位碳原子上的羥基與嘌呤的第9位氮原子或與嘧啶的第1位氮原子形成的N-C糖苷鍵。腺苷脫氧鳥苷核苷酸的結(jié)構(gòu)

核苷酸

RNA中的核苷酸腺苷酸AMP鳥苷酸GMP胞苷酸CMP尿苷酸UMPDNA中的核苷酸脫氧腺苷酸dAMP脫氧鳥苷酸dGMP脫氧胞苷酸dCMP脫氧胸苷酸dTMP生物體內(nèi)存在的核苷酸，多是5核苷酸。'核苷酸的結(jié)構(gòu)核苷酸除了作為核酸的基本結(jié)構(gòu)單元外，它們在機(jī)體中還行使著許多重要的生理功能。核苷酸及其衍生物的功能核苷酸的結(jié)構(gòu)1、多磷酸化核苷酸AMPAMPAMP磷酸化磷酸化如腺苷酸的三種磷酸化形式核苷酸及其衍生物的功能核苷酸的結(jié)構(gòu)2、環(huán)化核苷酸

核苷酸的磷酸基團(tuán)既與3'-OH又與5'-OH相連，從而形成環(huán)化的核苷酸，叫做3',5'-環(huán)核苷酸。如3',5'-環(huán)腺苷酸（cAMP）核苷酸及其衍生物的功能核苷酸的結(jié)構(gòu)3、輔酶核苷酸

核苷酸是多種輔酶的組成成分，有些輔酶本身就是特殊的核苷酸。類似的輔酶有NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoA等。核苷酸及其衍生物的功能核苷酸的結(jié)構(gòu)第二節(jié)DNA的分子結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)

DNA分子中各種脫氧核苷酸之間的連接方式和排列順序。四種脫氧核苷酸通過3’,5’-磷酸二酯鍵連接起來的多核苷酸鏈的排列順序。一、DNA的一級結(jié)構(gòu)1.定義一、DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA單鏈的延伸5’3’端

DNA的分子結(jié)構(gòu)

無分枝的長鏈2.多聚脫氧核苷酸鏈的結(jié)構(gòu)特點由糖-磷酸相互間隔連接，構(gòu)成主鏈；堿基連接在主鏈的核糖上，形成側(cè)鏈。具有方向性。兩個末端分別為5'端和3'端。

在天然DNA中，5'端常為磷酸，3'端為游離羥基。一、DNA的一級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)3、一級結(jié)構(gòu)的表示方法1）線條法一、DNA的一級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)5'pGpCpTpTpAOH3'5'pGCTTAOH3'pGCTTAOHGCTTA2）文字式一、DNA的一級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)

DNA一級結(jié)構(gòu)分析（DNAsequencing）

DNA的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)

a)1972年.HerbertBoyer

限制性核酸內(nèi)切酶II(RE-II)1975年.SangerC.

“＋,—”法

1977年.MaxamGilbert

化學(xué)定序法

1977年.SangerC.

ddNTP(酶)法

DNA的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)b)Chemicalsequencing

G系統(tǒng)；

pH8.0

硫酸二甲酯→G→m7G→C8~N9斷裂→脫G

A+G系統(tǒng)；pH2.0

哌啶甲酸（pidine）→嘌呤環(huán)N質(zhì)子化→脫嘌呤

C系統(tǒng)；1.5mol/LNaClC+肼（hydrazine）→脫C

T+C系統(tǒng)；肼(hydrazine)→打開嘧啶環(huán)→重新5C環(huán)化→脫嘧啶

DNA的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)Chemicalsequencing

G系統(tǒng)

脫G

A+G系統(tǒng)

脫嘌呤

C系統(tǒng)

脫C

T+C系統(tǒng)

脫嘧啶

AACAGCTTCA一、DNA的一級結(jié)構(gòu)c)雙脫氧法

HH

N

4ddNTP系統(tǒng)中DNA鏈均終止在ddXTP(二脫氧核苷酸)

ddATPddCTPddTTPddGTPACTGCTGACTTCGACAA一、DNA的一級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的二級結(jié)構(gòu)是指DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA的兩條鏈圍著同一中心軸旋繞而成的一種空間結(jié)構(gòu)。DNA的雙螺旋模型是由Watson和Crick兩位科學(xué)家于1953年提出的。1.二級結(jié)構(gòu)的概念

DNA的分子結(jié)構(gòu)1953年Watsosn&Crick

RighthandedB-formDNADoublehelixModel

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)2.雙螺旋結(jié)構(gòu)模型提出的依據(jù)A.DNA的X-射線衍射圖：(1)衍射斑點呈交叉狀分布(2)衍射點之間的距離與層次表明有0.34nm和3.4nm的周期性(3)圖的頂上和底部是最強(qiáng)的衍射斑點，呈帶狀二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)M.H.F.Wilkins&RosalindFrankin

X~rayphotographofDNAwithhighquality

1952年二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)B.DNA的堿基組成分析：（Chargaff定則）(1)所有DNA分子中A=T，G=C(2)同一種生物的所有體細(xì)胞DNA的堿基組成相同，與年齡、健康狀況、外界環(huán)境無關(guān)，可作為該物種的特征，用不對稱比率(A+T)/(G+C)

來衡量。(3)親緣越近的生物，其DNA的堿基組成越近，即不對稱比率越相近。二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)DNA

雙螺旋結(jié)構(gòu)模型

(DNADoubleHelixModel)

1950年Chargaff

A+G/T+C=1A+T=G+C二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)C、DNA的堿基物化數(shù)據(jù)如堿基的幾何大小、鍵長鍵角數(shù)據(jù)、酸堿滴定等。二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)3.雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的基本特征(1)反向平行的雙鏈沿中心軸盤繞成右手螺旋。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)(2)雙螺旋表面形成兩種凹槽：較淺的叫小溝，另一條叫大溝。l

堿基頂部基團(tuán)裸露在DNA

大溝內(nèi)

l

蛋白質(zhì)因子與DNA的特異結(jié)合依賴于

氨基酸與DNA間的氫鍵的形成l

蛋白質(zhì)因子沿大溝與DNA形成專一性結(jié)合的機(jī)率與多樣性高于沿小溝的結(jié)合l

大溝的空間更有利于與蛋白質(zhì)的結(jié)合

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)(3)由糖-磷酸相互間隔連接構(gòu)成的主鏈處于螺旋外側(cè)；堿基則伸向螺旋內(nèi)部，與中軸垂直。RighthandedB-formDNADoublehelixModel

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)(3)由糖-磷酸相互間隔連接構(gòu)成的主鏈處于螺旋外側(cè)；堿基則伸向螺旋內(nèi)部，與中軸垂直。RighthandedB-formDNADoublehelixModel

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)(4)雙螺旋內(nèi)部的堿基按規(guī)則配對：A與T配對，形成2個氫鍵；G與C配對，形成3個氫鍵，稱為堿基互補(bǔ)配對，雙螺旋的兩條鏈也呈互補(bǔ)關(guān)系。二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)A

=

TGC二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)(5)雙螺旋直徑為2nm，每對脫氧核苷酸殘基沿縱軸旋轉(zhuǎn)36°，上升0.34nm。所以每10個堿基對形成一個螺旋，螺距3.4nm。二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)4.影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

互補(bǔ)堿基之間的氫鍵(Hydrogenbond)

弱鍵,可加熱解鏈氫鍵堆積,有序排列(線性,方向)

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)堿基堆集力(Basestackingforces)：堿基堆集成非極性的區(qū)域，相互間產(chǎn)生疏水作用和范德華力

☆疏水作用力(Hydrophobicinteraction)

☆

Vandewaalsforce

(1.7A°/嘌呤環(huán)與嘧啶環(huán)作用半徑)3.4A°4.影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)離子鍵

磷酸酯鍵(phosphoesterbond)強(qiáng)鍵,需酶促解鏈消除DNA單鏈上磷酸基團(tuán)間的靜電斥力

l

0.2mol/LNa+

生理鹽條件

4.影響雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)

在生理狀態(tài)及在溶液中，DNA一般為B型(含水量90％以上，NaCl濃度為2.5M）。當(dāng)水合的DNA脫水時，轉(zhuǎn)變?yōu)锳型(含水量75％)。還有Z型的DNA(左手螺旋，0.7MMgCl2)。類型旋轉(zhuǎn)方向螺旋直徑螺距每轉(zhuǎn)堿基對數(shù)堿基對間距堿基傾角

A-DNA右2.32.8110.25520B-DNA右2.03.4100.340

Z-DNA左1.84.5120.3775.DNA雙螺旋構(gòu)象的多態(tài)性二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)DNA的分子構(gòu)型(B,Z,A)比較

Z-DNAZ-DNAA-DNAB-DNAPolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAAPolyT/ATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAATTTTTTTTTTTAAAAAAAAAA●D.S.DNA+D.S.DNAT.S.DNA+S.S.DNA6.三鏈DNA(T.S.DNA)

二、DNA的二級結(jié)構(gòu)

DNA的分子結(jié)構(gòu)

●

HomologouspalindromicsequenceinaD.S.DNA-------TTCCCTCTTTCCC------CCCTTTCTCCCTT-------------AAGGGAGAAAGGG---GGGAAAGAGGGAA----

Mirkin(1987)pGG332plasmidDNA

--------TTCCCTCTTTCCC--------

--------AAGGGAGAAAGGG--------

-------TTCCCTCTTTCCC---------

--------AAGGGAGAAAGGG-------

NoduleDNA

HingedDNA

freeDNA

l

S.S.DNA+D.S.DNAT.S.DNA☆

PU+PU/PY(偏堿性介質(zhì)中穩(wěn)定)☆

PY

+PU/PY(偏酸性介質(zhì)中穩(wěn)定)常見類型

第三條鏈位于B-DNA的

Majorgroove中與D.S.DNA一起旋轉(zhuǎn)超螺旋:雙螺旋進(jìn)