第6章核酸的化学.pptx

Biochemistry 核酸概念：概念：核酸是由核苷和磷酸通过核酸是由核苷和磷酸通过3，5-磷酸二酯键连接起来的，最早发现于细胞核中，磷酸二酯键连接起来的，最早发现于细胞核中，而且具有酸性，所以定名为核酸。而且具有酸性，所以定名为核酸。功能：功能：核酸也是一类重要的生物大分子，核酸也是一类重要的生物大分子，是一切生物机体不可缺少的组成部分。是一切生物机体不可缺少的组成部分。担担负着生命信息的储存与传递。生物体所有的生长、繁殖、遗传、变异等机能都与核负着生命信息的储存与传递。生物体所有的生长、繁殖、遗传、变异等机能都与核酸有着密切的关系。酸有着密切的关系。重要性：重要性：核酸是现代生物化学、分子生物学和医学的重要研究领域，是基因工程操核酸是现代生物化学、分子生物学和医学的重要研究领域，是基因工程操作的核心分子。作的核心分子。第1页/共80页Biochemistry 核酸的发展史1.1868年瑞士年轻的外科医生年瑞士年轻的外科医生Friedrich Miescher从外科诊所遗弃的绷带上的脓细胞从外科诊所遗弃的绷带上的脓细胞的细胞核中分离出一种含磷丰富的有机物质，它的含磷量之高超过当时已发现的任何的细胞核中分离出一种含磷丰富的有机物质，它的含磷量之高超过当时已发现的任何一种有机化合物，并且有很强的酸性，由于是从细胞核中分离出来的，当时称之为一种有机化合物，并且有很强的酸性，由于是从细胞核中分离出来的，当时称之为核核素素；后来被证明是它是一种蛋白质，被命名为；后来被证明是它是一种蛋白质，被命名为核蛋白核蛋白。2.1889年，人们才分离得到了年，人们才分离得到了不含蛋白质的核酸不含蛋白质的核酸，之后对其结构、性质和功能进行了，之后对其结构、性质和功能进行了全面研究。全面研究。3.1910年德国的科学家年德国的科学家A.Kossel和他的学生发现了构成核酸的和他的学生发现了构成核酸的4种碱基种碱基，并获得诺贝，并获得诺贝尔化学奖；尔化学奖；4.1928年英国的细菌学家年英国的细菌学家Fred Griffith发现无致病能力的发现无致病能力的肺炎球菌肺炎球菌R型可转化为有致型可转化为有致病能力的病能力的S型型第2页/共80页Biochemistry 5.1944年美国洛克菲勒基金会医学研究所的艾弗里年美国洛克菲勒基金会医学研究所的艾弗里Oswald Avery 等进一步发现这种使肺等进一步发现这种使肺炎球菌的遗传性发生改变的转化因子是炎球菌的遗传性发生改变的转化因子是DNA，而不是蛋白质。，而不是蛋白质。6.1950年以前流行年以前流行四核苷酸结构四核苷酸结构学说：核酸由等摩尔的四种核苷酸组成，而且认为蛋白学说：核酸由等摩尔的四种核苷酸组成，而且认为蛋白质才是转化因子。质才是转化因子。7.1950年以后，年以后，Chargaff，Markham应用纸层析及分光光度计大量测定了各种生物的应用纸层析及分光光度计大量测定了各种生物的DNA的碱基组成的碱基组成，发现不同生物的，发现不同生物的DNA碱基组成不同，有严格的种的特异性，同时也发碱基组成不同，有严格的种的特异性，同时也发现生物的碱基组成不同，但总是现生物的碱基组成不同，但总是A=T,G=C,并提示并提示A-T,G-C之间互补的概念。之间互补的概念。8.1950年后即年后即1952年，赫尔希用年，赫尔希用同位素标记法同位素标记法证明了艾弗里证明了艾弗里Avery等的发现是正确的。等的发现是正确的。核酸的发展史第3页/共80页Biochemistry 9.1953年年Watson，Crick提出了提出了DNA双螺旋结构双螺旋结构模型，被认为是模型，被认为是20世纪自然科学中的重世纪自然科学中的重大突破之一，它揭开了分子生物学研究的序幕，为分子遗传学的研究奠定了基础。大突破之一，它揭开了分子生物学研究的序幕，为分子遗传学的研究奠定了基础。10.不久，提出了不久，提出了中心法则中心法则。11.1981年，我国科学工作者首先人工合成了具有生物活性的年，我国科学工作者首先人工合成了具有生物活性的酵母丙氨酰转运核糖核酸酵母丙氨酰转运核糖核酸（Ala-tRNA），处于世界领先地位。从此，有关核酸的研究是生命科学最活跃的领域之），处于世界领先地位。从此，有关核酸的研究是生命科学最活跃的领域之一。一。12.现在已经证明现在已经证明DNA是贮存遗传信息的物质，基因是是贮存遗传信息的物质，基因是DNA分子中的一段特定的碱基序列分子中的一段特定的碱基序列。而且完成了生物体内很多而且完成了生物体内很多DNA碱基序列的测定。这为碱基序列的测定。这为DNA重组技术和基因工程的诞生重组技术和基因工程的诞生奠奠定了基础，是生命科学的发展的一大突破。定了基础，是生命科学的发展的一大突破。核酸的发展史第4页/共80页Biochemistry 第一节 核酸的组成核酸的概念：核酸的概念：核酸是一种重要的生物高分子化合物，是由其结构单体核苷酸通过核酸是一种重要的生物高分子化合物，是由其结构单体核苷酸通过3,5-磷酸二酯键聚合而成的长链，继而形成具有复杂三维结构的大分子化合物。磷酸二酯键聚合而成的长链，继而形成具有复杂三维结构的大分子化合物。核酸完全水解的产物（分子组成）：核酸完全水解的产物（分子组成）：嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖（核糖或脱氧核嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸的混合物。糖）和磷酸的混合物。核酸核苷酸核苷磷酸碱基戊糖第5页/共80页Biochemistry 核酸的元素组成：核酸的元素组成：由碳、氢、氧、氮、磷由碳、氢、氧、氮、磷5种元素组成种元素组成特征元素：特征元素：其中其中磷的含量在磷的含量在各种核酸中变化范围不大，大约占整个核酸重量的各种核酸中变化范围不大，大约占整个核酸重量的9.5左右，即左右，即1g磷相当于磷相当于10.5g核酸。因此在核酸的定量分析中可通过含磷量的核酸。因此在核酸的定量分析中可通过含磷量的测定来估算核酸的含量。测定来估算核酸的含量。计算公式：计算公式：核酸含量含磷量核酸含量含磷量10.5 第一节 核酸的组成第6页/共80页Biochemistry 戊糖分类：DNA所含的糖为-D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为-D-核糖。另外，有的RNA中含有D-2-O-甲基核糖。一、戊糖RiboseDeoxyribose第7页/共80页Biochemistry 碱基分类：嘌呤碱和嘧啶碱。它们均含有杂原子氮，被称为含氮的杂环化合物，呈弱碱性，故将其命名为碱基。碱基特征：A.都具有芳香环的结构特征。嘌呤环和嘧啶环均呈平面或接近于平面的结构。B.碱基的芳香环与环外基团可以发生酮式烯醇式或胺式亚胺式互变异构。C.嘌呤碱和嘧啶碱分子中都含有共轭双键体系，在紫外区有吸收（260 nm左右）。D.核酸中存在的稀有碱基种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。二、碱基第8页/共80页Biochemistry 1.嘌呤碱（purine）：是嘌呤的衍生物，在RNA和DNA中主要有两种相同的嘌呤碱，它们是腺嘌呤（adenine Ade or A）和鸟嘌呤（guanine Gua or G）。此外，还含有修饰嘌呤碱。注意：RNA和DNA中的嘌呤碱为腺嘌呤和鸟嘌呤。二、碱基第9页/共80页Biochemistry 二、碱基第10页/共80页Biochemistry 2.嘧啶碱（pyrimidine）：是嘧啶的衍生物，在RNA和DNA中主要含有两种嘧啶，其中都含有胞嘧啶（cytosine Cyt or C），另外分别有尿嘧啶（uracil Ura or U）和胸腺嘧啶（thymine Thy or T）。此外，还含有修饰嘧啶碱。注意：RNA中的嘧啶碱为胞嘧啶和尿嘧啶；DNA中的嘧啶碱为胞嘧啶和胸腺嘧啶。二、碱基第11页/共80页Biochemistry 二、碱基第12页/共80页Biochemistry 二、碱基结构特征第13页/共80页Biochemistry 二、碱基结构特征第14页/共80页Biochemistry 稀有碱基第15页/共80页Biochemistry 1.核苷核苷：核苷：由戊糖和碱基通过糖苷键形成的糖苷。由戊糖和碱基通过糖苷键形成的糖苷。糖苷键：糖苷键：由戊糖（核糖或脱氧核糖）的第由戊糖（核糖或脱氧核糖）的第1位位C碳原子与嘌呤碱的第碳原子与嘌呤碱的第9位位N原子或嘧原子或嘧啶碱的第啶碱的第1位位N原子通过原子通过N-糖苷键相连，糖苷键相连，这种糖与碱基之间的连键是这种糖与碱基之间的连键是C-N糖苷键。糖苷键。第16页/共80页Biochemistry 1.核苷第17页/共80页Biochemistry 常见的核苷碱基碱基核糖核苷核糖核苷(在在RNA中中)脱氧核糖核苷（在脱氧核糖核苷（在DNA中）中）全称全称简称简称代号代号全称全称简称简称代号代号腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷鸟嘌呤核苷鸟嘌呤核苷胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷腺苷腺苷鸟苷鸟苷胞苷胞苷尿苷尿苷AGCU 腺嘌呤脱氧核苷腺嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷胸腺嘧啶脱氧核苷胸腺嘧啶脱氧核苷脱氧腺苷脱氧腺苷脱氧鸟苷脱氧鸟苷脱氧胞苷脱氧胞苷脱氧胸苷脱氧胸苷dAdGdCdT第18页/共80页Biochemistry 2.核苷酸（nucleotide）核苷酸：核苷酸：是核苷中戊糖环上的羟基与磷酸脱水生成的核苷是核苷中戊糖环上的羟基与磷酸脱水生成的核苷磷酸酯。磷酸酯。类型：类型：核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸，它们是核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸，它们是RNA和和DNA的基本组成单位。的基本组成单位。核苷酸：核苷酸：核苷核苷+磷酸，戊糖磷酸，戊糖+碱基碱基+磷酸磷酸注意：注意：在核苷酸的核糖上，有在核苷酸的核糖上，有3个游离的羟基，它们磷酸化可形成个游离的羟基，它们磷酸化可形成2-、3-和和5-核核苷酸。苷酸。在脱氧核苷酸核糖上，有在脱氧核苷酸核糖上，有2个游离的羟基，它们磷酸化可形成个游离的羟基，它们磷酸化可形成3-和和5-脱氧脱氧核苷酸。核苷酸。2-、3-和和5-核苷酸在异构酶的催化下，其结构可以发生互变。核苷酸在异构酶的催化下，其结构可以发生互变。第19页/共80页Biochemistry 不同点：不同点：在核苷酸分子中，通常在核苷酸分子中，通常2位和位和3位只能结合一个磷酸，而在位只能结合一个磷酸，而在5位结合磷酸可位结合磷酸可多至三个。多至三个。主要核苷酸：主要核苷酸：生物体中游离的核苷酸多为生物体中游离的核苷酸多为5-核苷酸。核苷酸。2.核苷酸（nucleotide）第20页/共80页Biochemistry 常见的核苷酸核糖核酸核糖核酸(在在RNARNA中中)脱氧核糖核酸（在脱氧核糖核酸（在DNADNA中）中）全称全称简称简称代号代号全称全称简称简称代号代号腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸腺苷酸腺苷酸鸟苷酸鸟苷酸胞苷酸胞苷酸尿苷酸尿苷酸AMPAMPGMPGMPCMPCMPUMPUMP腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸鸟嘌呤脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸胸腺嘧啶脱氧核苷酸脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸dAMPdAMPdGMPdGMPdCMPdCMPdTMPdTMP第21页/共80页Biochemistry 知识点1.核苷、核苷酸及核酸的概念。核苷、核苷酸及核酸的概念。2.核酸的组成及分类。核酸的组成及分类。3.碱基的结构特征。碱基的结构特征。4.RNA和和DNA中碱基的组成。中碱基的组成。第22页/共80页Biochemistry 四、细胞内的其他核苷酸1.1.核苷多磷酸核苷多磷酸AMPADPATP 5-NMP 5-NDP 5-NTPN=A、G、C、U 5-dNMP 5-dNDP 5-dNTP N=A、G、C、T腺苷酸及其多磷酸化合物第23页/共80页Biochemistry 四、细胞内的其他核苷酸核苷多磷酸的功能：核苷多磷酸的功能：A.为生命体的合成代谢提供能量；为生命体的合成代谢提供能量；B.为某些代谢反应提供磷酸基团；为某些代谢反应提供磷酸基团；C.ATP、GTP、CTP、UTP为合成为合成RNA提供原料，而提供原料，而 dATP、dGTP、dCTP、dTTP为合成为合成DNA提供原料；提供原料；D.参与辅酶的形成。参与辅酶的形成。如尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸如尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(辅酶辅酶，NAD)，尼克酰胺腺嘌，尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸呤二核苷酸磷酸(辅酶辅酶，NADP)，黄素单核苷酸，黄素单核苷酸(FMN)，黄素腺嘌呤二核苷酸，黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)等与生物氧化作用的关系很密切，是重要的辅酶。等与生物氧化作用的关系很密切，是重要的辅酶。第24页/共80页Biochemistry 四、细胞内的其他核苷酸2.环化核苷酸：环化核苷酸：概念：概念：它是核苷酸分子中的磷酸基团与核糖通过两个酯键环化形成的。它是核苷酸分子中的磷酸基团与核糖通过两个酯键环化形成的。环化核苷酸的生物功能：环化核苷酸的生物功能：常作为信号传导的第二信使。常作为信号传导的第二信使。因为因为人体内各种含氮激素（蛋白质、多肽和氨基酸人体内各种含氮激素（蛋白质、多肽和氨基酸衍生物）都是通过细胞内的环磷酸腺苷而发挥作用的。它衍生物）都是通过细胞内的环磷酸腺苷而发挥作用的。它能传递多种细胞外的不能传递多种细胞外的不同信息，调节大量不同的生理生化过程，这说明细胞内的信号通路具有明显的通同信息，调节大量不同的生理生化过程，这说明细胞内的信号通路具有明显的通用性。用性。激素等为第一信使。激素等为第一信使。第二信使：第二信使：将作用于细胞膜的信息传递到细胞内，使之产生生理效应的细胞内信将作用于细胞膜的信息传递到细胞内，使之产生生理效应的细胞内信使，称为第二信使。使，称为第二信使。第25页/共80页Biochemistry 四、细胞内的其他核苷酸重要的环化核苷酸：重要的环化核苷酸：3，5-环化腺苷酸（环化腺苷酸（cAMP）和）和3，5-环化鸟苷酸环化鸟苷酸（cGMP）。）。第26页/共80页Biochemistry 第二节 核酸的结构一、核酸的一级结构一、核酸的一级结构（一）核苷酸的连接方式（一）核苷酸的连接方式（二）（二）DNA的一级结构的一级结构（三）（三）RNA的一级结构的一级结构二、核酸的空间结构二、核酸的空间结构（一）（一）DNA的空间结构的空间结构（二）（二）RNA的空间结构的空间结构第27页/共80页Biochemistry 一、核酸的一级结构（一）核苷酸的连接方式（一）核苷酸的连接方式核酸：核酸：是由许多核苷酸和脱氧核苷酸按一定顺序用是由许多核苷酸和脱氧核苷酸按一定顺序用3，5-磷酸二酯键连接而成的多核苷酸链。磷酸二酯键连接而成的多核苷酸链。3，5-磷酸二酯键：磷酸二酯键：即一个核苷酸的即一个核苷酸的3羟基与另一个核苷酸的羟基与另一个核苷酸的5-磷酸基以酯键相连的键。磷酸基以酯键相连的键。第28页/共80页Biochemistry 一、核酸的一级结构OHOHOH53RNA一级结构53DNA一级结构第29页/共80页Biochemistry 一、核酸的一级结构多核苷酸链的简写方式：多核苷酸链的简写方式：A.用竖线代表戊糖；用竖线代表戊糖；B.P代表磷酸；代表磷酸；C.碱基用相应的符号表示，由碱基用相应的符号表示，由5端到端到3端端。注意：注意：由于多核苷酸链中的差异在于碱基的不同，所以多核苷酸链可以只写出碱由于多核苷酸链中的差异在于碱基的不同，所以多核苷酸链可以只写出碱基的顺序。如基的顺序。如AGCTAGC。第30页/共80页Biochemistry 一、核酸的一级结构53结构式53 p p p pOH3ACTG1 线条式5 ACTGCATAGCTCGA 3字母式第31页/共80页Biochemistry（二）DNA的一级结构概念：概念：是指是指DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序。由于不同的脱氧核苷酸只是碱基的不同，所以分子中脱氧核苷酸的排列顺序。由于不同的脱氧核苷酸只是碱基的不同，所以DNA的一级的一级结构也是指脱氧核苷酸中碱基的排列顺序。结构也是指脱氧核苷酸中碱基的排列顺序。DNA碱基组成所遵循的规律：（查加夫规律）碱基组成所遵循的规律：（查加夫规律）A.具有生物物种的特异性。具有生物物种的特异性。即不同物种的即不同物种的DNA有其特有的碱基组成。对于同一物种来说，即使是不同的器有其特有的碱基组成。对于同一物种来说，即使是不同的器官其官其DNA的碱基组成也是相同的，不会受生长发育、营养状况及环境条件的影响而变化。的碱基组成也是相同的，不会受生长发育、营养状况及环境条件的影响而变化。B.构成构成DNA的的4种碱基互补。种碱基互补。即即AT，GC，所以，所以AGTC，嘌呤碱和嘧啶碱的总量相等。，嘌呤碱和嘧啶碱的总量相等。第32页/共80页Biochemistry（三）RNA的一级结构概念：概念：是指是指RNA分子中核糖核苷酸的排列顺序。由于不同的核糖核苷酸只是碱基分子中核糖核苷酸的排列顺序。由于不同的核糖核苷酸只是碱基的不同，所以的不同，所以RNA的一级结构也是指核糖核苷酸中碱基的排列顺序。的一级结构也是指核糖核苷酸中碱基的排列顺序。根据功能不同根据功能不同RNA有以下分类：有以下分类：信使信使RNA（mRNA）：）：在蛋白质合成中起模板作用；在蛋白质合成中起模板作用；核糖体核糖体RNA（rRNA）：）：与蛋白质结合构成核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所；与蛋白质结合构成核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所；转运转运RNA（tRNA）：）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。第33页/共80页Biochemistry 三种RNA比较种类种类分子量分子量含量含量功能功能mRNA分子大小不一，由几分子大小不一，由几百至几千个核苷酸组百至几千个核苷酸组成差异很大成差异很大2在蛋白质合成中起模板作用，在蛋白质合成中起模板作用，传递传递DNA的遗传信息，指导的遗传信息，指导蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成rRNA分子量较大，由分子量较大，由120-5000个核苷酸组成个核苷酸组成82%与蛋白质结合构成核糖体，与蛋白质结合构成核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所核糖体是蛋白质合成的场所tRNA分子量较小，由分子量较小，由73-93个核苷酸组成个核苷酸组成16 在蛋白质合成时起着携带活在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用，化氨基酸的作用，参与蛋白参与蛋白质的生物合成质的生物合成第34页/共80页Biochemistry（三）RNA的一级结构保守序列：保守序列：在在tRNA中，有许多位置的核苷酸是固定不变的，称之为保守序列。中，有许多位置的核苷酸是固定不变的，称之为保守序列。接收末端：接收末端：在在tRNA中，其中，其3端核苷酸皆为端核苷酸皆为-CCAOH，用于与活化的氨基酸相结，用于与活化的氨基酸相结合，称之为接受末端。合，称之为接受末端。沉降系数（沉降系数（S）：）：指单位离心力场中沉降分子下沉的速度，为了纪念超离心法创指单位离心力场中沉降分子下沉的速度，为了纪念超离心法创始人始人Svedberg，用，用S作为沉降系数的单位，作为沉降系数的单位，1S=110-13s，S常用来描述核酸分子、常用来描述核酸分子、蛋白质分子和核糖体等的大小，蛋白质分子和核糖体等的大小，第35页/共80页Biochemistry 二、核酸的空间结构（一）DNA的空间结构的空间结构1.DNA的二级结构：的二级结构：指由两条脱氧核苷酸链形成的双螺旋结构。指由两条脱氧核苷酸链形成的双螺旋结构。DNA双螺旋结构的特点：双螺旋结构的特点：A.主干链反向平行：主干链反向平行：DNA分子是一个由两条平行的脱氧多核苷酸链围绕同一个中分子是一个由两条平行的脱氧多核苷酸链围绕同一个中心轴盘曲形成的右手螺旋结构，两条链行走方向相反，一条链为心轴盘曲形成的右手螺旋结构，两条链行走方向相反，一条链为53走向，另走向，另一条链为一条链为35走向。走向。侧链碱基互补配对：侧链碱基互补配对：A与与T配对，其间形成两个氢键；配对，其间形成两个氢键；G与与C配对，其间形成三配对，其间形成三个氢键。每一碱基对的两个碱基称为互补碱基，同一个氢键。每一碱基对的两个碱基称为互补碱基，同一DNA分子的两条脱氧多核苷分子的两条脱氧多核苷酸链称为互补链。酸链称为互补链。第36页/共80页Biochemistry 二、DNA的空间结构2.各小分子在双螺旋中的位置不同：各小分子在双螺旋中的位置不同：磷酸基和脱氧核糖基位于双螺旋的外侧；碱磷酸基和脱氧核糖基位于双螺旋的外侧；碱基位于双螺旋的内侧。碱基平面与中轴垂直。基位于双螺旋的内侧。碱基平面与中轴垂直。3.双螺旋立体结构：双螺旋立体结构：DNA双螺旋的直径为双螺旋的直径为2nm，一圈螺旋含，一圈螺旋含10个碱基对，每一碱个碱基对，每一碱基平面间的轴向距离为基平面间的轴向距离为0.34nm，故每一螺旋的螺距为，故每一螺旋的螺距为3.4nm，每个碱基的旋转角，每个碱基的旋转角度为度为36。4.有大沟、小沟：有大沟、小沟：绕绕B-DNA双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称为大沟，双螺旋表面上出现的螺旋槽（沟），宽的沟称为大沟，窄沟称为小沟。大沟，小沟都、是由于碱基对堆积和糖窄沟称为小沟。大沟，小沟都、是由于碱基对堆积和糖-磷酸骨架扭转造成的。磷酸骨架扭转造成的。第37页/共80页Biochemistry 二、DNA的空间结构第38页/共80页Biochemistry 二、DNA的空间结构第39页/共80页Biochemistry 二、DNA的空间结构维持维持DNA结构稳定的因素结构稳定的因素A.碱基对之间的氢键：碱基对之间的氢键：A与与T配对，其间形成两个氢键；配对，其间形成两个氢键；G与与C配对，其间形成三配对，其间形成三个氢键。个氢键。B.碱基对之间的堆积力：碱基对之间的堆积力：C.磷酸基和阳离子之间的离子键：磷酸基和阳离子之间的离子键：DNA中的磷酸基团带负电，它与阳离子如钠离中的磷酸基团带负电，它与阳离子如钠离子、钾离子、镁离子等形成离子键，从而减少了脱氧核苷酸链间的静电斥力，有子、钾离子、镁离子等形成离子键，从而减少了脱氧核苷酸链间的静电斥力，有助于助于DNA双螺旋结构的稳定。双螺旋结构的稳定。第40页/共80页Biochemistry 二、DNA的空间结构2.DNA的三级结构：的三级结构：DNA双螺旋进一步盘曲形成更加复杂的结构。双螺旋进一步盘曲形成更加复杂的结构。DNA的三级结构的主要形式：的三级结构的主要形式：超螺旋是超螺旋是DNA三级结构的最常见的形式。三级结构的最常见的形式。超螺旋分为正超螺旋和负超螺旋。超螺旋分为正超螺旋和负超螺旋。负超螺旋：负超螺旋：超螺旋方向与双螺旋方向相反，使螺旋变松者，叫做超螺旋方向与双螺旋方向相反，使螺旋变松者，叫做负超螺旋。负超螺旋。正超螺旋：正超螺旋：超螺旋方向与双螺旋方向相同，使螺旋变紧者，叫做超螺旋方向与双螺旋方向相同，使螺旋变紧者，叫做正超螺旋正超螺旋。第41页/共80页Biochemistry 二、DNA的空间结构第42页/共80页Biochemistry 知识点1.简述简述查加夫规律内容。已知查加夫规律内容。已知某某DNA样品含腺嘌呤样品含腺嘌呤15.1%，计算其余碱基的百分含量。，计算其余碱基的百分含量。2.什么是核酸的一级结构？什么是核酸的一级结构？3.简述核苷酸的生物功能。简述核苷酸的生物功能。4.DNA双螺旋结构是什么时候，由谁提出来的？试述其结构模型。双螺旋结构是什么时候，由谁提出来的？试述其结构模型。5.维持维持DNA结构稳定的因素有哪些？结构稳定的因素有哪些？6.3种种RNA的区别。的区别。第43页/共80页Biochemistry（二）RNA的空间结构1.tRNA的二级结构：的二级结构：均为三叶草形。均为三叶草形。三叶草形结构的特点三叶草形结构的特点 A.氨基酸臂：氨基酸臂：由由7对碱基组成，富含鸟嘌呤，对碱基组成，富含鸟嘌呤，3-末端都是末端都是C-C-A-OH序列。序列。B.二氢尿嘧啶臂及二氢尿嘧啶环：二氢尿嘧啶臂及二氢尿嘧啶环：前者由前者由3-4对碱基组成，后者由对碱基组成，后者由8-12个核苷酸组个核苷酸组成环状，环中含有成环状，环中含有2个个二氢尿嘧啶。二氢尿嘧啶。C.反密码臂及反密码环：反密码臂及反密码环：前者由前者由5对碱基组成，后者由对碱基组成，后者由7个核苷酸组成环状，环中个核苷酸组成环状，环中部的部的3个碱基称为反密码子。个碱基称为反密码子。D.TC臂及臂及TC环：环：前者由前者由4对碱基组成，后者由对碱基组成，后者由7个核苷酸组成环状，环中含个核苷酸组成环状，环中含TC碱基序列。碱基序列。E.额外环：额外环：又称为可变环。又称为可变环。第44页/共80页Biochemistry tRNA的二级结构v反密码子：识别mRNA的密码子。v密码子：mRNA分子中决定蛋白质中氨基酸排列顺序的核苷酸组。v遗传信息：DNA分子中的核苷酸排列顺序。第45页/共80页Biochemistry（二）RNA的空间结构1.tRNA的三级结构：的三级结构：在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒在二级结构基础上进一步折叠扭曲形成倒L型。型。第46页/共80页Biochemistry rRNA的空间结构1.rRNA的空间结构：的空间结构：rRNA的分子量较大，结构相当复杂，目前虽已测出不少的分子量较大，结构相当复杂，目前虽已测出不少rRNA分子的一级结构，分子的一级结构，但对其二级、三级结构及其功能的研究还需进一步的深入。但对其二级、三级结构及其功能的研究还需进一步的深入。原核生物的原核生物的rRNA分三类：分三类：5SrRNA、16SrRNA和和23SrRNA。真核生物的真核生物的rRNA分四类：分四类：5SrRNA、5.8SrRNA、18SrRNA和和28SrRNA。S为为大分子物质在超速离心沉降中的一个物理学单位，可间接反应分子量的大小。大分子物质在超速离心沉降中的一个物理学单位，可间接反应分子量的大小。第47页/共80页Biochemistry 5SrRNA的空间结构5srRNA的二级结构第48页/共80页Biochemistry 第三节 核酸的性质一、核酸的物理性质一、核酸的物理性质（一）性状（一）性状（二）溶解度（二）溶解度（三）紫外吸收（三）紫外吸收（四）分子量（四）分子量二、核酸的化学性质二、核酸的化学性质（一）核酸的两性性质（一）核酸的两性性质（二）核酸的变性与复性（二）核酸的变性与复性（三）核酸的颜色反应（三）核酸的颜色反应第49页/共80页Biochemistry 第三节 核酸的性质一、核酸的物理性质一、核酸的物理性质（一）性状（一）性状：DNA为白色纤维状固体；为白色纤维状固体；RNA为白色粉末状固体。为白色粉末状固体。（二）溶解度（二）溶解度：核酸核酸共性共性0.14mol/LNacl2mol/LNaclDNA均溶于水；不溶于均溶于水；不溶于一般有机溶剂，在一般有机溶剂，在70%乙醇中乙醇中形成沉淀形成沉淀溶解度低溶解度低溶解度高溶解度高RNA溶解度高溶解度高溶解度低溶解度低第50页/共80页Biochemistry 第三节 核酸的性质一、核酸的物理性质一、核酸的物理性质（三）（三）密度、黏度、密度、黏度、分子量、共扼吸收分子量、共扼吸收核酸核酸密度密度黏度黏度分子量分子量共扼吸收共扼吸收DNARNA双链双链DNA；环状；环状DNA 开环、开环、线状线状DNA大大大大260nm处处均较强，均较强，RNA小小小小v注意：变性的核酸黏度降低；而变性的蛋白质黏度增大。第51页/共80页Biochemistry 第三节 核酸的性质二、核酸的化学性质二、核酸的化学性质（一）核酸的两性性质（一）核酸的两性性质A.两性性质的原因：两性性质的原因：既有具碱性的碱基，又有具酸性的磷酸基，故可以发生两性既有具碱性的碱基，又有具酸性的磷酸基，故可以发生两性电离。电离。B.核酸呈酸性：核酸呈酸性：磷酸是多元酸，具有较强酸性，而碱基碱性较弱。磷酸是多元酸，具有较强酸性，而碱基碱性较弱。C.核酸的等电点：核酸的等电点：很小。很小。D.中性条件下：中性条件下：发生的是酸式电离，使溶液带负电。发生的是酸式电离，使溶液带负电。第52页/共80页Biochemistry 第三节 核酸的性质（二）核酸的变性与复性（二）核酸的变性与复性1.核酸的变性：核酸的变性：在某些理化因素的作用下，核酸分子中的碱基堆积力和氢键断裂，在某些理化因素的作用下，核酸分子中的碱基堆积力和氢键断裂，空间结构被破坏，从而引起理化性质和生物学功能的改变的现象。空间结构被破坏，从而引起理化性质和生物学功能的改变的现象。引起核酸变性的因素有：引起核酸变性的因素有：加热、有机溶剂、甲醛、溶液的加热、有机溶剂、甲醛、溶液的pH值等。值等。热变性：热变性：由加热而引起的变性。由加热而引起的变性。酸碱变性：酸碱变性：由酸碱度变化而引起的变性。由酸碱度变化而引起的变性。DNA的熔点或熔解温度：的熔点或熔解温度：即热变性使即热变性使DNA的双螺旋结构破坏一半时的温度。的双螺旋结构破坏一半时的温度。第53页/共80页Biochemistry 第三节 核酸的性质（二）核酸的变性与复性（二）核酸的变性与复性1.核酸变性的过程：核酸变性的过程：当将当将DNA的稀盐溶液加热到的稀盐溶液加热到80100时，双螺旋结构即发生时，双螺旋结构即发生解体，两条链分开，形成无规则线团。一系列理化性质也随之发生改变，粘度降解体，两条链分开，形成无规则线团。一系列理化性质也随之发生改变，粘度降低，同时改变二级结构，有时可以失去部分或全部生物活性。低，同时改变二级结构，有时可以失去部分或全部生物活性。注意：注意：由加热引起的核酸变性不是随温度升高逐渐进行的，而是由加热引起的核酸变性不是随温度升高逐渐进行的，而是“突变突变”式的，式的，即通常在很窄的温度范围内完成变性。即通常在很窄的温度范围内完成变性。第54页/共80页Biochemistry 核酸的变性过程加热部分双螺旋解开 无规则线团 链内碱基配对第55页/共80页Biochemistry 第三节 核酸的性质（二）核酸的变性与复性（二）核酸的变性与复性变性核酸的特点：变性核酸的特点：A.黏度降低。黏度降低。B.产生增色效应。产生增色效应。即即DNA发生变性后，稳定双螺旋的氢键断裂，双螺旋解体，从发生变性后，稳定双螺旋的氢键断裂，双螺旋解体，从而使位于螺旋内侧的更多碱基（共轭双键）暴露，这时对波长而使位于螺旋内侧的更多碱基（共轭双键）暴露，这时对波长260nm的紫外光吸的紫外光吸收自然明显增强。收自然明显增强。第56页/共80页Biochemistry 第三节 核酸的性质（二）核酸的变性与复性（二）核酸的变性与复性2.核酸的复性：核酸的复性：即即变性变性DNA在适当条件下，两条彼此分开的互补链重新缔合成为在适当条件下，两条彼此分开的互补链重新缔合成为双螺旋结构的过程。双螺旋结构的过程。DNA复性后，许多物化性质又得到恢复，生物活性也可以得复性后，许多物化性质又得到恢复，生物活性也可以得到部分恢复。到部分恢复。退火：退火：热变性热变性DNA在缓慢冷却时，可以复性，这种复性称为退火。在缓慢冷却时，可以复性，这种复性称为退火。淬火：淬火：热变性热变性DNA在骤然冷却时，不可复性，这种现象称为淬火。在骤然冷却时，不可复性，这种现象称为淬火。第57页/共80页Biochemistry 第三节 核酸的性质（二）核酸的变性与复性（二）核酸的变性与复性2.DNA复性的特点：复性的特点：A.DNA的片段越大，复性越慢。的片段越大，复性越慢。B.DNA的浓度越大，复性越快。的浓度越大，复性越快。C.减色效应：减色效应：DNA复性后其解离的双螺旋上友重新缔合，碱基又藏于双螺旋内部，复性后其解离的双螺旋上友重新缔合，碱基又藏于双螺旋内部，呈堆积状态，使碱基上的共扼双键隐藏，此时对紫外光的吸收能力自然减弱。呈堆积状态，使碱基上的共扼双键隐藏，此时对紫外光的吸收能力自然减弱。第58页/共80页Biochemistry 第三节 核酸的性质（三）核酸的颜色反应（三）核酸的颜色反应1.苔黑酚反应（苔黑酚反应（RNA中核糖的反应）中核糖的反应）RNA 浓浓Hcl 苔黑酚苔黑酚 蓝绿色蓝绿色2.二苯胺反应二苯胺反应 DNA 浓浓H2SO4 二苯胺二苯胺 蓝色物蓝色物第59页/共80页Biochemistry 第六章 课后题1.DNA的一级结构的一级结构2.核酸的两性性质核酸的两性性质3.DNA变性变性4.超螺旋结构超螺旋结构5.核苷核苷6.核苷酸核苷酸7.退火退火8.淬火淬火9.增色效应增色效应10.减色效应减色效应第60页/共80页Biochemistry 第六章 课后题1.RNA包括（包括（）、（）、（）、（）、（）三类。）三类。2.生物体中贮存遗传信息的核酸是（生物体中贮存遗传信息的核酸是（），传递遗传信息的核酸是（），传递遗传信息的核酸是（），转运氨），转运氨基酸的核酸是（基酸的核酸是（）。）。3.DNA中贮存的中贮存的4种核苷是（种核苷是（）、（）、（）、（）、（）和（）和（）。）。4.碱基碱基A、G、C、U、T的结构分别是（的结构分别是（）、）、（）、（）、（）、（）、（）和（）和（）。）。5.GTP、UDP、CMP的结构分别是（的结构分别是（）、（）、（）和（）和（）。）。第61页/共80页Biochemistry 第六章 课后题1.下列在下列在DNA中不存在的脱氧核苷酸是（中不存在的脱氧核苷酸是（）A.dUMP B.dTMP C.dAMP D.dGMP2.在在DNA和和RNA中不相同的碱基是中不相同的碱基是()A.A和和T B.U和和T C.A和和G D.C和和G3.下列物质在生物体中贮存遗传信息的是（下列物质在生物体中贮存遗传信息的是（）A.蛋白质蛋白质 B.DNA C.糖类糖类 D.脂类脂类 4.在在DNA中使双螺旋结构稳定的因素有（中使双螺旋结构稳定的因素有（）A.碱基堆积力和氢键碱基堆积力和氢键 B.离子键离子键 C.3，5-磷酸二酯键磷酸二酯键 D.氢键和疏水作用氢键和疏水作用第62页/共80页Biochemistry 第六章 课后题5.在在DNA中碱基间的数量关系正确的是（中碱基间的数量关系正确的是（）A.A+C=G+T B.A+T=G+C C.A=T；G=C D.无法确定无法确定6.将单核苷酸连接起来组成将单核苷酸连接起来组成DNA和和RNA 的化学键是（的化学键是（）A.3，5-磷酸二酯键磷酸二酯键 B.盐键和氢键盐键和氢键 C.肽键肽键 D.氢键氢键7.DNA的一级结构是指（的一级结构是指（）A.DNA中碱基排列顺序中碱基排列顺序 B.双螺旋双螺旋 C.超螺旋结构超螺旋结构 D.三叶草形结构三叶草形结构第63页/共80页Biochemistry 第六章 课后题8.具有三叶草型结构的是（具有三叶草型结构的是（）A.tRNA B.rRNA C.mRNA D.DNA9.tRNA3末端的氨基酸臂碱基为（末端的氨基酸臂碱基为（）A.CCA B.GAA C.TTA D.AAA10.在生物体中贮存和遗传能量的核苷酸是（在生物体中贮存和遗传能量的核苷酸是（）A.ATP B.AMP C.dATP D.GMP11.DNA变性后（变性后（）A.破坏一级结构破坏一级结构 B.结构不变结构不变 C.破坏空间结构破坏空间结构 D.断裂共价键断裂共价键第64页/共80页Biochemistry 第六章 课后题12.RNA在浓盐酸中与间苯二酚反应，溶液呈（在浓盐酸中与间苯二酚反应，溶液呈（）A.绿色绿色 B.红色红色 C.黄色黄色 D.无色无色第65页/共80页Biochemistry 第六章 课后题1.试从核酸的结构说明核酸呈酸性的原因。试从核酸的结构说明核酸呈酸性的原因。2.DNA双螺旋结构有何特点？双螺旋结构