生物化學(xué)（第4版）

1第二章核酸化學(xué)核酸是生物信息大分子具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和重要的功能

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1.掌握：DNA和RNA的分子組成、組成單位及在核酸分子中連接鍵，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特征。

2.熟悉：核酸一級結(jié)構(gòu)的簡寫方式，tRNA三葉草型的特征，DNA和三種RNA的功能，核酸的變性和復(fù)性。

3.了解：ATP的結(jié)構(gòu)，ATP、cAMP的主要功能。4什么是核酸(nucleicacid)

核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。天然存在的核酸可分為核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)兩大類。核酸的分類及分布

90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸

核糖核酸

攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個體的基因型(genotype)。

參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。5第一節(jié)核酸的化學(xué)組成

元素組成

主要元素：C、H、O、N、P（9%～10%）一、核酸的基本組成單位——核苷酸1.堿基(base)

嘌呤堿，嘧啶堿2.戊糖(ribose)

核糖，脫氧核糖3.磷酸(phosphate)基本組成成分6（一）戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)OHOCH2OHOHOHOHOCH2OHOH7H1.嘌呤(purine)

腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)（二）堿基NNNHN123456789NNNHNNH2NNHNHNNH2O82.嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)胸腺嘧啶(thymine,T)NHN132456尿嘧啶(uracil,U)NHNHOONNHNH2ONHNHOOCH39兩類核酸的組成成分戊糖堿基磷酸脫氧核糖A、G、C、T磷酸核糖A、G、C、U磷酸核酸成分DNARNA10(三）核苷

（四）核苷酸堿基和核糖(脫氧核糖)通過糖苷鍵連成核苷(脫氧核苷)。核苷種類

:

核苷：AR,GR,UR,CR脫氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR1.核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。

核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP2.核苷酸種類

11Pi糖苷鍵OOHOCH2HOHNNNH2O磷酸酯鍵OPOOOHOHOCH2HOHNNNH2O12兩類核酸的成分和基本單位脫氧核糖A、G、C、T磷酸核糖A、G、C、U磷酸核酸成分DNARNA基本單位dAMPdGMPdCMPdTMPAMPGMPCMPUMP13體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物1.多磷酸核苷酸

NMP，NDP，NTP2.環(huán)化核苷酸

cAMP，cGMPATPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOH145′端3′端二、核酸中核苷酸的連接鍵核苷酸之間以磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CANH2NNOPOHHOOOH3COOHPHOOOH3COOHNH2NNNN磷酸二酯鍵15第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能

一、DNA的結(jié)構(gòu)與功能

DNA是由四種脫氧核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按照一定的順序借磷酸二酯鍵相連形成的多聚脫氧核糖核苷酸鏈。

（一）DNA的基本結(jié)構(gòu)DNA的一級結(jié)構(gòu)是指其多核苷酸鏈中脫氧核苷酸的排列順序?？捎脡A基的排列順序表示一級結(jié)構(gòu)。DNA是遺傳信息載體，完全依靠其堿基順序變化攜帶信息。四種脫氧核苷酸在多核苷酸鏈中排列的可能方式幾乎是無限的

A

G

P5

PT

PG

PC

PTPOH3

書寫方法：5

pApGpTpGpCpT-OH

3

5

A

G

T

G

C

T

3

18（二）DNA空間結(jié)構(gòu)與功能

1953年，Watson和Crick兩位科學(xué)家綜合了當(dāng)時人們對DNA分子特性的各種認(rèn)識和獲得的各種實驗數(shù)據(jù)，提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1.DNA的二級結(jié)構(gòu)―雙螺旋結(jié)構(gòu)

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)

：

(1)由兩條相互平行但走向相反的脫氧多核苷酸鏈組成，以右手螺旋方式盤繞中心軸。螺旋表面有大溝和小溝，與蛋白質(zhì)、DNA之間的相互識別有關(guān)。5/3/5/3/2.373.54ATCGHNNNNNHOHNNCH3ONNNNOHHNHNNNOHH

(2)戊糖與磷酸形成的親水性骨架居雙螺旋外側(cè)，疏水的堿基在內(nèi)并相互(A=T;G

C)形成氫鍵配對（堿基互補(bǔ)）。2.373.54堿基互補(bǔ)規(guī)律：A–T、G–C互相配對，因此：在DNA分子中，A與T的摩爾數(shù)相等，G與C的摩爾數(shù)相等。(4)氫鍵維持橫向穩(wěn)定性，堿基堆積力維持縱向穩(wěn)定性。(3)螺旋直徑為2.37nm，堿基間距0.34nm，螺旋一圈10.5對堿基，螺距3.54nm。2.373.542.DNA的超級結(jié)構(gòu)（1）原核生物DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)

原核生物、線粒體、葉綠體中的DNA是共價封閉的雙螺旋環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這種環(huán)狀結(jié)構(gòu)再螺旋化形成環(huán)狀或麻花狀的超螺旋結(jié)構(gòu)。環(huán)狀麻花狀

（2）真核生物DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)①真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是核小體。DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝

②核小體的組成DNA：約200bp

H1

H2A，H2BH3H4組蛋白263.DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個體生命活動的信息基礎(chǔ)。二、RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能RNA是由AMP、GMP、CMP和UMP四種核糖核苷酸通過磷酸二酯鍵連接而成的多聚核糖核苷酸鏈。RNA通常以單鏈形式存在根據(jù)RNA的功能可分為mRNA、tRNA、rRNA等

1.tRNA的特點(diǎn)(1)含稀有堿基，如DHU、T

C。(2)3′末端為—CCA-OH；

（一）轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）N,N二甲基鳥嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶稀有堿基

ONNHNHNNCH3CH3NHNHSONHNHOOHHHHNNNHNNHCH2CHCCH3CH3

2.tRNA的結(jié)構(gòu)氨基酸臂額外環(huán)OHACCAGAGGGCCCCCCGCAAGCCGCUCUCGUAUCTΨCCGGGGGGGCAAGmDDGGDDDAACAGUUAAAAψGUUCCDmAACATΨ環(huán)DUH環(huán)反密碼環(huán)反密碼子（1）tRNA的二級結(jié)構(gòu)

三葉草構(gòu)型

反密碼環(huán)（識別遺傳密碼）

氨基酸臂（結(jié)合氨基酸）（2）tRNA的三級結(jié)構(gòu)——倒L形

3.tRNA的功能

識別遺傳密碼；活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的合成。1.mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）5′末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppN。（2）3′末端有一個多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾。（二）信使RNA（mRNA）（真核生物）AUGGUG······GCGAGGTGTATTGA······UAAAAAA······Anm7Gpppp5/帽子結(jié)構(gòu)5/非編碼區(qū)編碼區(qū)3/非編碼區(qū)3/多聚A尾2.mRNA的功能DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細(xì)胞

蛋白質(zhì)生物合成的直接模板（三）核糖體RNA(rRNA)2.rRNA參與組成核糖體的大、小亞基，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。1.rRNA占總RNA的80％以上。第三節(jié)DNA的變性與復(fù)性一、DNA的變性1.定義在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂。2.因素強(qiáng)酸，強(qiáng)堿，高溫，高壓，變性試劑如尿素以及某些有機(jī)溶劑如乙醇等。

3.增色效應(yīng)

DNA變性時其溶液OD260增高的現(xiàn)象。DNA的紫外吸收光譜200

2502603001.51.00.5波長(nm)吸光度值變性狀態(tài)天然狀態(tài)

Tm：紫外光吸收值達(dá)到最大值的50%時的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(meltingtemperature,Tm)。其大小與G+C含量成正比。

解鏈曲線：在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度為橫坐標(biāo)，以吸光度A260為縱坐標(biāo)作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。768084889296100℃OD2600.700.650.600.550.50Tm二、DNA的復(fù)性與分子雜交

3.減色效應(yīng)：DNA復(fù)性時，其溶液OD260降低。

1.當(dāng)變性因素去除后，變性DNA的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性。

2.熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過程稱為退火(annealing)。（1）在DNA