生物化学核酸化学.pptx

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1、会计学1生物化学生物化学(shn w hu xu)核酸化学核酸化学第一页，共195页。第一节第一节 概概 述述核酸核酸核酸核酸(nucleic acid)(nucleic acid)(nucleic acid)(nucleic acid)以核苷酸为基本以核苷酸为基本以核苷酸为基本以核苷酸为基本(jbn)(jbn)(jbn)(jbn)组成单位的组成单位的组成单位的组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。生物大分子，携带和传递遗传信息。生物大分子，携带和传递遗传信息。生物大分子，携带和传递遗传信息。DNA DNA DNA DNA（Deoxyribonucleic acid)Deoxyribonu

2、cleic acid)Deoxyribonucleic acid)Deoxyribonucleic acid)脱氧脱氧脱氧脱氧核糖核酸核糖核酸核糖核酸核糖核酸 RNA RNA RNA RNA（Ribonucleic acid)Ribonucleic acid)Ribonucleic acid)Ribonucleic acid)核糖核核糖核核糖核核糖核酸酸酸酸第1页/共195页第二页，共195页。1868年年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取从脓细胞中提取“核素核素”1944年年 Avery等人证实等人证实DNA是遗传物质是遗传物质1953年年 Watson和和Crick发现发现

3、DNA的双螺旋结构的双螺旋结构1968年年 Nirenberg发现遗传密码发现遗传密码1975年年 Temin和和Baltimore发现逆转录酶发现逆转录酶1981年年 Gilbert和和Sanger建立建立(jinl)DNA 测序方法测序方法1985年年 Mullis发明发明PCR 技术技术1990年年 美国启动人类基因组计划美国启动人类基因组计划(HGP)1994年年 中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动2001年年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架美、英等国完成人类基因组计划基本框架一、核酸一、核酸(h sun)(h sun)的发现和研究工的发现和研究工作进展作进展 第2页/

4、共195页第三页，共195页。18681868年的某天瑞士的生物化学家米歇尔年的某天瑞士的生物化学家米歇尔(Miescher)(Miescher)研究一个病人研究一个病人的绷带，小心地将绷带上粘着的病人伤口处的物质洗下来。洗脱的绷带，小心地将绷带上粘着的病人伤口处的物质洗下来。洗脱物中含有许多脓细胞物中含有许多脓细胞(xbo)(xbo)。他向其中加入酒精，将细胞。他向其中加入酒精，将细胞(xbo)(xbo)中的脂肪类物质除去，之后又加入含有胃蛋白酶的提取液中的脂肪类物质除去，之后又加入含有胃蛋白酶的提取液清除各种杂蛋白，这样，他就可以拿到纯的浓细胞清除各种杂蛋白，这样，他就可以拿到纯的浓细胞(

5、xbo)(xbo)的细胞的细胞(xbo)(xbo)核了。于是米歇尔开始研究这些核。结果他意外地发现核核了。于是米歇尔开始研究这些核。结果他意外地发现核中有一种从未认识到的新物质，并起名为中有一种从未认识到的新物质，并起名为“核素核素”。这就是现在。这就是现在我们知道的我们知道的DNADNA。经过后人的研究，核素为酸性物质，含有三种成分：糖、磷酸、经过后人的研究，核素为酸性物质，含有三种成分：糖、磷酸、有机碱。又发现糖少了一个氧。称之为脱氧核糖。有机碱。又发现糖少了一个氧。称之为脱氧核糖。米歇尔的发现米歇尔的发现(fxin)第3页/共195页第四页，共195页。哪些人用什么方法哪些人用什么方法(

6、fngf)最终证明了最终证明了遗传的物质基础是遗传的物质基础是DNA呢？呢？1.1.格里菲斯经典转化实验（格里菲斯经典转化实验（19281928）及埃弗）及埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂等人的转化补充实里、麦克劳德、麦卡蒂等人的转化补充实验（验（19411941）。）。2.2.赫西和蔡斯大肠杆菌赫西和蔡斯大肠杆菌(d chn n(d chn n jn)T2jn)T2噬菌体感染大肠杆菌噬菌体感染大肠杆菌(d chn n(d chn n jn)jn)实验。实验。第4页/共195页第五页，共195页。R型菌型菌（粗糙、（粗糙、无毒性）无毒性）S型菌型菌（光滑、（光滑、有毒性）有毒性）多多糖糖类类荚荚膜膜格

7、里菲斯格里菲斯肺炎双球菌转化肺炎双球菌转化(zhunhu)实验实验第5页/共195页第六页，共195页。将将R型活菌注入型活菌注入(zh r)小鼠体内小鼠体内一段时间后一段时间后第6页/共195页第七页，共195页。将将S型活菌注入型活菌注入(zh r)小鼠体内小鼠体内一段时间后一段时间后第7页/共195页第八页，共195页。将杀死的将杀死的S型菌注入型菌注入(zh r)小鼠体小鼠体内内一段时间后一段时间后第8页/共195页第九页，共195页。将将R型活菌与杀死的型活菌与杀死的S型菌注入型菌注入(zh r)小鼠体内小鼠体内一段时间后一段时间后细菌细菌(xjn)发生转化，性状的转化可发生转化，性

8、状的转化可以遗传。以遗传。第9页/共195页第十页，共195页。埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂转化补充埃弗里、麦克劳德、麦卡蒂转化补充(bchng)实验实验从从S型肺炎球菌活体上取得蛋白质、荚膜、型肺炎球菌活体上取得蛋白质、荚膜、DNA、RNA，分别与，分别与R型肺炎球菌混合后注入型肺炎球菌混合后注入到小白鼠体内到小白鼠体内(t ni)，结果被注入，结果被注入DNA的小的小白鼠死亡，其它小白鼠存活。白鼠死亡，其它小白鼠存活。第10页/共195页第十一页，共195页。DNA蛋白质蛋白质多糖多糖RNADNA是是遗遗传传物物质质只只有有DNA引引起起R型型肺肺炎炎球球菌菌转转化化第11页/共195页第十二

9、页，共195页。赫西和蔡斯实验赫西和蔡斯实验噬菌体侵染噬菌体侵染(qn rn)细菌的实验细菌的实验（含（含S）（含（含P）第12页/共195页第十三页，共195页。用放射性同位素用放射性同位素35S标记标记(bioj)外壳外壳蛋白质蛋白质细菌细菌(xjn)内无内无放射性放射性第13页/共195页第十四页，共195页。用放射性同位素用放射性同位素32P标记标记(bioj)内内部部DNA细菌细菌(xjn)内有内有放射性放射性DNA是是真真正正(zhnzhng)的的遗遗传传物物质质第14页/共195页第十五页，共195页。DNA主要主要(zhyo)的遗的遗传物质传物质注：注：DNA不是唯一的遗传物质

10、，不是唯一的遗传物质，较少的微生物也靠较少的微生物也靠RNA进行进行(jnxng)遗传。遗传。第15页/共195页第十六页，共195页。二、核酸二、核酸(h sun)的分类及分的分类及分布、功能布、功能(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸(h tn h sun)90%90%以以上上分分布布(fnb)(fnb)于于细细胞胞核核，其其余余分分布布(fnb)(fnb)于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。主要存在于细胞质中主要存在于细胞质中携带遗传信息，决定细胞和个携带遗

11、传信息，决定细胞和个体的基因型体的基因型(genotype)。从从DNA转录遗传信息，并指导蛋白转录遗传信息，并指导蛋白质的合成。质的合成。某些病毒某些病毒RNA也可作也可作为遗传信息的载体。为遗传信息的载体。第16页/共195页第十七页，共195页。第二节第二节 核酸核酸(h sun)的组的组成成第17页/共195页第十八页，共195页。元素元素元素元素(yun s)(yun s)组成组成组成组成主要元素主要元素(yun s)组成：组成：C、H、O、N、P(911%)与蛋白质比较，核酸与蛋白质比较，核酸(h sun)一般不含一般不含S，而，而P的含量较为稳定，占的含量较为稳定，占9-11%。

12、基本构成单位：核苷酸基本构成单位：核苷酸(nucleotide)核苷酸由核苷酸由戊糖、磷酸和含氮碱基戊糖、磷酸和含氮碱基三部分构成三部分构成第18页/共195页第十九页，共195页。5-磷酸磷酸(ln sun)核苷酸的核苷酸的基本结构基本结构OO（N=A、G、C、U、T）HH(O)H12NOHCH2HH543PO-OOO-核糖核糖磷酸磷酸(ln sun)碱基碱基第19页/共195页第二十页，共195页。组成组成(z chn)核酸的戊糖有两种。核酸的戊糖有两种。DNA所含所含的糖为的糖为 -D-2-脱氧核糖；脱氧核糖；RNA所含的糖则为所含的糖则为-D-核核糖。糖。(一一一一)、戊糖、戊糖、戊糖

13、、戊糖RiboseRiboseDeoxyriboseDeoxyribose第20页/共195页第二十一页，共195页。第21页/共195页第二十二页，共195页。(二二)组成组成(z chn)(z chn)核酸的碱基核酸的碱基n n腺嘌呤腺嘌呤Adenine第22页/共195页第二十三页，共195页。组成组成(z chn)(z chn)核酸的碱基核酸的碱基n n鸟嘌呤鸟嘌呤guanine第23页/共195页第二十四页，共195页。组成组成(z chn)(z chn)核酸的碱基核酸的碱基n n尿嘧啶尿嘧啶uracil第24页/共195页第二十五页，共195页。组成组成(z chn)(z chn)

14、核酸的碱基核酸的碱基n n胞嘧啶胞嘧啶cytosine第25页/共195页第二十六页，共195页。组成组成(z chn)(z chn)核酸的碱基核酸的碱基n n胸腺嘧啶胸腺嘧啶(m dn)thymine第26页/共195页第二十七页，共195页。碱碱 基基第27页/共195页第二十八页，共195页。第28页/共195页第二十九页，共195页。碱基的结构特征碱基的结构特征碱基的结构特征碱基的结构特征n n碱碱基基都都具具有有芳芳香香环环的的结结构构特特征征。嘌嘌呤呤环环和和嘧嘧啶啶环环均均呈呈平平面面或或接接近于平面的结构。近于平面的结构。n n碱碱基基的的芳芳香香环环与与环环外外基基团团(j(

15、j tun)tun)可可以以发发生生酮酮式式烯烯醇醇式式或胺式或胺式亚胺式互变异构。亚胺式互变异构。第29页/共195页第三十页，共195页。酮酮式式烯烯醇醇式式互互变变异异构构第30页/共195页第三十一页，共195页。胺胺式式亚亚胺胺式式互互变变异异构构第31页/共195页第三十二页，共195页。第32页/共195页第三十三页，共195页。(三三三三)、核苷（、核苷（、核苷（、核苷（nucleoside）核苷核苷 戊糖戊糖+碱基碱基 糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-NC-N键，称为键，称为(chn(chn wi)C-Nwi)C-N糖苷键糖苷键1122334455(OH)1122334455

16、(OH)第33页/共195页第三十四页，共195页。OHOH2COHOHOH12345核 糖NNNNHHHH9腺嘌呤腺 苷第34页/共195页第三十五页，共195页。OHOH2COHOHOH12345核 糖OHOH2COHOH12345核 糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷NCOONHHH51OH假尿苷（）第35页/共195页第三十六页，共195页。假尿苷（假尿苷（假尿苷（假尿苷（）次黄苷（肌苷）次黄苷（肌苷）次黄苷（肌苷）次黄苷（肌苷）I I黄嘌呤核苷黄嘌呤核苷黄嘌呤核苷黄嘌呤核苷 X X二氢尿嘧啶核苷二氢尿嘧啶核苷二氢尿嘧啶核苷二氢尿嘧啶核苷 D D取代取代取代取代(qdi)(qdi)核苷的表

17、示方式核苷的表示方式核苷的表示方式核苷的表示方式7-7-甲基鸟苷甲基鸟苷甲基鸟苷甲基鸟苷 m7G m7G5 5OHAdenosine Guanosine Cytidine Uridine第36页/共195页第三十七页，共195页。2、稀有、稀有(xyu)核苷酸：稀有核苷酸：稀有(xyu)碱基碱基/核苷核苷/核苷酸核苷酸 3、核苷酸的其他、核苷酸的其他(qt)形式形式n多磷酸多磷酸(ln sun)核苷（核苷（NDP、NTP)n环化核苷酸（环化核苷酸（cAMP、cGMP等）等）n辅酶或辅基（辅酶或辅基（NAD、NADP、FAD、CoA等，等，均含有均含有AMP），），n活性代谢物（活性代谢物（UD

18、PG、CDP-胆碱，等）胆碱，等）1、核苷酸的组成：含氮碱基、戊糖和磷酸。、核苷酸的组成：含氮碱基、戊糖和磷酸。（四）核苷酸（四）核苷酸（四）核苷酸（四）核苷酸nucleotidenucleotidenucleotidenucleotide第37页/共195页第三十八页，共195页。n n核苷酸是核苷的磷酸酯。作为核苷酸是核苷的磷酸酯。作为核苷酸是核苷的磷酸酯。作为核苷酸是核苷的磷酸酯。作为(zuwi)DNA(zuwi)DNA(zuwi)DNA(zuwi)DNA或或或或RNARNARNARNA结构结构结构结构单元的核苷酸分别是单元的核苷酸分别是单元的核苷酸分别是单元的核苷酸分别是5-5-5-5

19、-磷酸磷酸磷酸磷酸-脱氧核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸和5-5-5-5-磷酸磷酸磷酸磷酸-核糖核苷酸。核苷酸核糖核苷酸。核苷酸核糖核苷酸。核苷酸核糖核苷酸。核苷酸 核苷核苷核苷核苷+磷酸磷酸磷酸磷酸 戊糖戊糖戊糖戊糖+碱基碱基碱基碱基+磷酸磷酸磷酸磷酸1 1 1 1 核苷酸的组成核苷酸的组成核苷酸的组成核苷酸的组成(z chn)(z chn)(z chn)(z chn)第38页/共195页第三十九页，共195页。PPPPPPPP常见（脱氧）核苷酸的结构常见（脱氧）核苷酸的结构常见（脱氧）核苷酸的结构常见（脱氧）核苷酸的结构(jigu)(jigu)和命名和命名和命名和

20、命名鸟嘌呤核苷酸（鸟嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（AMP）脱氧脱氧(tu yng)腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（dAMP）脱氧脱氧(tu yng)鸟嘌呤核苷酸（鸟嘌呤核苷酸（dGMP）脱氧胞嘧啶核苷酸（脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脱氧胸腺嘧啶核苷酸（脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）第39页/共195页第四十页，共195页。2.2.稀有稀有(xyu)(xyu)核苷酸核苷酸修饰修饰修饰修饰(xish)(xish)(xish)(xish)成分成分成分成分l核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。核酸中也存在一些不常见的稀

21、有碱基。稀有碱基的种类很多，大部分是上述稀有碱基的种类很多，大部分是上述(shngsh)碱基的甲基化产物。碱基的甲基化产物。第40页/共195页第四十一页，共195页。3 3 核苷酸的其他核苷酸的其他(qt)(qt)形式形式n nATPATP是生物体内分布最广和最重要是生物体内分布最广和最重要是生物体内分布最广和最重要是生物体内分布最广和最重要(zhngyo)(zhngyo)的一种核苷酸的一种核苷酸的一种核苷酸的一种核苷酸衍生物。它的结构如下：衍生物。它的结构如下：衍生物。它的结构如下：衍生物。它的结构如下：（1 1）ATP(ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸

22、腺嘌呤核糖核苷三磷酸(ln(ln sun)sun)第41页/共195页第四十二页，共195页。OHOH2COHOHOH12345核 糖NNNNHHHH9腺嘌呤腺 苷PO-OO腺苷-5-磷酸(ln sun)AMPOP O-OOADPATPP O-OO第42页/共195页第四十三页，共195页。ATPATP的的性质性质(xngz(xngzh)h)n nATP ATP ATP ATP 分子的最显著特点是含有分子的最显著特点是含有分子的最显著特点是含有分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。两个高能磷酸键。两个高能磷酸键。两个高能磷酸键。ATPATPATPATP水解时水解时水解时水解时,可以释放出大量自

23、由能。可以释放出大量自由能。可以释放出大量自由能。可以释放出大量自由能。n nATP ATP ATP ATP 是生物体内最重要的能量是生物体内最重要的能量是生物体内最重要的能量是生物体内最重要的能量转换中间体。转换中间体。转换中间体。转换中间体。ATP ATP ATP ATP 水解释放出水解释放出水解释放出水解释放出来的能量用于推动生物体内各来的能量用于推动生物体内各来的能量用于推动生物体内各来的能量用于推动生物体内各种需能的生化反应。种需能的生化反应。种需能的生化反应。种需能的生化反应。n nATP ATP ATP ATP 也是一种很好的磷酰化剂。也是一种很好的磷酰化剂。也是一种很好的磷酰化

24、剂。也是一种很好的磷酰化剂。磷酰化反应的底物可以是普通磷酰化反应的底物可以是普通磷酰化反应的底物可以是普通磷酰化反应的底物可以是普通的有机的有机的有机的有机(yuj)(yuj)(yuj)(yuj)分子，也可以是分子，也可以是分子，也可以是分子，也可以是酶。磷酰化的底物分子具有较酶。磷酰化的底物分子具有较酶。磷酰化的底物分子具有较酶。磷酰化的底物分子具有较高的能量（活化分子），是许高的能量（活化分子），是许高的能量（活化分子），是许高的能量（活化分子），是许多生物化学反应的激活步骤。多生物化学反应的激活步骤。多生物化学反应的激活步骤。多生物化学反应的激活步骤。第43页/共195页第四十四页，共1

25、95页。GTP(鸟嘌呤核糖核苷鸟嘌呤核糖核苷三磷酸三磷酸(ln sun)n nGTPGTPGTPGTP是是是是生生生生物物物物体体体体内内内内游游游游离离离离存存存存在在在在的的的的另另另另一一一一种种种种重重重重要要要要的的的的核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸衍衍衍衍生生生生物物物物。它它它它具具具具有有有有ATP ATP ATP ATP 类类类类似似似似的的的的结结结结构构构构,也也也也是是是是一一一一种种种种高高高高能能能能化化化化合合合合物。物。物。物。n nGTPGTPGTPGTP主主主主要要要要是是是是作作作作为为为为蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质合合合合成成成成中中中中磷磷磷磷酰酰酰酰基基基基

26、供供供供体体体体。在在在在许许许许多多多多情况情况情况情况(qngkung)(qngkung)(qngkung)(qngkung)下下下下,ATP,ATP,ATP,ATP 和和和和 GTP GTP GTP GTP 可以相互转换。可以相互转换。可以相互转换。可以相互转换。n n 第44页/共195页第四十五页，共195页。（2 2）cAMP cAMP 和和 cGMPcGMPn ncAMP(3,5-cAMP(3,5-cAMP(3,5-cAMP(3,5-环环环环腺腺腺腺嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤核核核核苷苷苷苷一一一一磷磷磷磷酸酸酸酸)和和和和 cGMPcGMPcGMPcGMP(3,5-3,5-3,5-3,5

27、-环环环环鸟鸟鸟鸟嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤核核核核苷苷苷苷一一一一磷磷磷磷酸酸酸酸)的的的的主主主主要要要要功功功功能能能能是作为细胞是作为细胞是作为细胞是作为细胞(xbo)(xbo)(xbo)(xbo)的第二信使。的第二信使。的第二信使。的第二信使。n ncAMP cAMP cAMP cAMP 和和和和 cGMP cGMP cGMP cGMP 的的的的环环环环状状状状磷磷磷磷酯酯酯酯键键键键是是是是一一一一个个个个高高高高能能能能键键键键。在在在在 pH pH pH pH 7.4 7.4 7.4 7.4 条条条条件件件件下下下下,cAMP cAMP cAMP cAMP 和和和和 cGMP cGMP

28、cGMP cGMP 的的的的水水水水解解解解能能能能约为约为约为约为43.9 kj/mol43.9 kj/mol43.9 kj/mol43.9 kj/mol，比，比，比，比 ATP ATP ATP ATP 水解能高得多。水解能高得多。水解能高得多。水解能高得多。第45页/共195页第四十六页，共195页。环化磷酸化环化磷酸化环化磷酸化环化磷酸化l cAMPl cGMP第46页/共195页第四十七页，共195页。（3 3）辅酶）辅酶(f mi)(f mi)或辅基或辅基第47页/共195页第四十八页，共195页。作为核酸的单体作为核酸的单体:各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内各种核苷三磷酸和脱氧

29、核苷三磷酸是体内(t ni)合成合成RNA和和DNA合成的直接原料。合成的直接原料。在体内在体内(t ni)能量代谢中的作用：能量代谢中的作用：ATP能量(nngling)“货币”UTP参加糖的互相转化与合成参加糖的互相转化与合成CTP参加磷脂的合成参加磷脂的合成GTP参加蛋白质和嘌呤的合成参加蛋白质和嘌呤的合成第二信使第二信使cAMP酶的辅助因子的结构成分（如酶的辅助因子的结构成分（如NAD）第48页/共195页第四十九页，共195页。(五五)核苷酸的连接核苷酸的连接(linji)(linji)方式方式n n多多聚聚核核苷苷酸酸是是通通过过一一个个核核苷苷酸酸的的C3-OH C3-OH 与与

30、另另一一分分子子核核苷苷酸酸的的5-5-磷磷酸酸基基形形成成3,5-3,5-磷酸二酯键相连而成的链状聚合磷酸二酯键相连而成的链状聚合(jh)(jh)物。物。n n由由脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸聚聚合合(jh)(jh)而而成成的的称称为为DNADNA链；链；n n由由核核糖糖核核苷苷酸酸聚聚合合(jh)(jh)而而成成的的则则称称为为RNARNA链。链。第49页/共195页第五十页，共195页。5 5 3 3 核酸核酸核酸核酸(h sun)(h sun)分子中核苷分子中核苷分子中核苷分子中核苷酸之间的共价键酸之间的共价键酸之间的共价键酸之间的共价键3 -5 磷酸二酯键磷酸二酯键第50页/共19

31、5页第五十一页，共195页。第51页/共195页第五十二页，共195页。l5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5-P5-P表示）；表示）；3-3-羟基端（常用羟基端（常用3-OH3-OH表示）表示）l多聚核苷酸链具有多聚核苷酸链具有(jyu)(jyu)方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是须注明它的方向是5353或是或是3535。多聚核苷酸的表示多聚核苷酸的表示(biosh)方式方式DNA RNAT53OH U53OH OH OH OH OH 第52页/共195页第五十三页，共195页。在多聚核苷酸（在多聚核苷酸（在多聚核苷酸（在多聚核苷酸（DNA

32、DNADNADNA或或或或RNARNARNARNA）链中，由于构成）链中，由于构成）链中，由于构成）链中，由于构成(guchng)(guchng)(guchng)(guchng)核苷酸单元核苷酸单元核苷酸单元核苷酸单元的戊糖和磷酸基是相同的，体现核苷酸差别的实际上只是它所带的的戊糖和磷酸基是相同的，体现核苷酸差别的实际上只是它所带的的戊糖和磷酸基是相同的，体现核苷酸差别的实际上只是它所带的的戊糖和磷酸基是相同的，体现核苷酸差别的实际上只是它所带的碱基，所以多聚核苷酸链结构也可表示为：碱基，所以多聚核苷酸链结构也可表示为：碱基，所以多聚核苷酸链结构也可表示为：碱基，所以多聚核苷酸链结构也可表示为

33、：n n在在在在讨讨讨讨论论论论有有有有关关关关核核核核酸酸酸酸问问问问题题题题时时时时，一一一一般般般般只只只只关关关关心心心心(gun(gunxn)xn)其其其其中中中中碱碱碱碱基基基基的的的的种类和顺序，所以上式可以进一步简化为：种类和顺序，所以上式可以进一步简化为：种类和顺序，所以上式可以进一步简化为：种类和顺序，所以上式可以进一步简化为：n n 5PAPCPGPCPTPGPTPA 3 5PAPCPGPCPTPGPTPA 3n n n n 或或或或 5 ACGCTGTA 3 5 ACGCTGTA 3第53页/共195页第五十四页，共195页。HO-O OCH2 TO=PO-35OHHO

34、-O OCH2 GO=PO-35OHO OCH2OHH AO=POO-35351PPPOHATGpGpTpAOHpG-T-ApGTA第54页/共195页第五十五页，共195页。概概 述述核酸核酸核酸核酸(nucleic acid)(nucleic acid)(nucleic acid)(nucleic acid)以核苷酸为基本组成单位的生物大以核苷酸为基本组成单位的生物大以核苷酸为基本组成单位的生物大以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带分子，携带分子，携带分子，携带(xidi)(xidi)(xidi)(xidi)和传递遗传信息。和传递遗传信息。和传递遗传信息。和传递遗传信息。DNA DNA

35、 DNA DNA（Deoxyribonucleic acid)Deoxyribonucleic acid)Deoxyribonucleic acid)Deoxyribonucleic acid)脱氧脱氧脱氧脱氧核糖核酸核糖核酸核糖核酸核糖核酸 RNA RNA RNA RNA（Ribonucleic acid)Ribonucleic acid)Ribonucleic acid)Ribonucleic acid)核糖核核糖核核糖核核糖核酸酸酸酸第55页/共195页第五十六页，共195页。元素元素元素元素(yun s)(yun s)组成组成组成组成主要元素主要元素(yun s)组成：组成：C、H、O

36、、N、P(911%)与蛋白质比较，核酸与蛋白质比较，核酸(h sun)一般不含一般不含S，而，而P的含量较为稳定，占的含量较为稳定，占9-11%。基本构成单位：核苷酸基本构成单位：核苷酸(nucleotide)核苷酸由核苷酸由戊糖、磷酸和含氮碱基戊糖、磷酸和含氮碱基三部分构成三部分构成第56页/共195页第五十七页，共195页。核苷（核苷（nucleoside）核苷核苷 戊糖戊糖+碱基碱基 糖与碱基之间的糖与碱基之间的C-NC-N键，称为键，称为(chn(chn wi)C-Nwi)C-N糖苷键糖苷键1122334455(OH)1122334455(OH)第57页/共195页第五十八页，共195

37、页。OHOH2COHOHOH12345核 糖OHOH2COHOH12345核 糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷NCOONHHH51OH假尿苷（）第58页/共195页第五十九页，共195页。n n核苷酸是核苷的磷酸酯。作为核苷酸是核苷的磷酸酯。作为核苷酸是核苷的磷酸酯。作为核苷酸是核苷的磷酸酯。作为(zuwi)DNA(zuwi)DNA(zuwi)DNA(zuwi)DNA或或或或RNARNARNARNA结构结构结构结构单元的核苷酸分别是单元的核苷酸分别是单元的核苷酸分别是单元的核苷酸分别是5-5-5-5-磷酸磷酸磷酸磷酸-脱氧核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸和5-5-5-5

38、-磷酸磷酸磷酸磷酸-核糖核苷酸。核苷酸核糖核苷酸。核苷酸核糖核苷酸。核苷酸核糖核苷酸。核苷酸 核苷核苷核苷核苷+磷酸磷酸磷酸磷酸 戊糖戊糖戊糖戊糖+碱基碱基碱基碱基+磷酸磷酸磷酸磷酸核苷酸的组成核苷酸的组成核苷酸的组成核苷酸的组成(z chn)(z chn)(z chn)(z chn)第59页/共195页第六十页，共195页。核苷酸的连接核苷酸的连接(linji)(linji)方式方式n n多多聚聚核核苷苷酸酸是是通通过过一一个个核核苷苷酸酸的的C3-OH C3-OH 与与另另一一分分子子核核苷苷酸酸的的5-5-磷磷酸酸基基形形成成3,5-3,5-磷磷酸酸二二酯酯键键相相连连(xin(xin

39、lin)lin)而而成成的的链链状状聚聚合物。合物。n n由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为DNADNA链；链；n n由核糖核苷酸聚合而成的则称为由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNARNA链。链。第60页/共195页第六十一页，共195页。l5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5-P5-P表示）；表示）；3-3-羟基端（常用羟基端（常用3-OH3-OH表示）表示）l多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个(y)(y)多聚核苷酸链时，多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是必须注明它的方向是5353或是或是3535。多聚核苷酸的表示多聚核苷酸的表示(bi

40、osh)方式方式DNA RNAT53OH U53OH OH OH OH OH 第61页/共195页第六十二页，共195页。第三节第三节 核酸核酸(h sun)的的分子结构分子结构第62页/共195页第六十三页，共195页。一、一级结构一、一级结构(jigu)（primary structure）一级结构一级结构(jigu)是指是指DNA分子中脱氧核苷酸的排分子中脱氧核苷酸的排列顺序。核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。列顺序。核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。1、核苷酸的连接、核苷酸的连接(linji)方式：方式：3,5磷酸磷酸二酯键二酯键2、核酸的基本结构形式：多核苷酸链、核酸的基本结构形式：多核

41、苷酸链n信息量：信息量：4nn末端：末端：5 端、端、3 端端n多核苷酸链的方向：多核苷酸链的方向：5端端3端端(由左至右由左至右)3、表示方法：结构式、线条式、文字缩写、表示方法：结构式、线条式、文字缩写DNA的的碱碱基基顺顺序序本本身身就就是是遗遗传传信信息息存存储储的的分分子子形形式式。生生物物界界物物种种的的多多样性即寓于样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。第63页/共195页第六十四页，共195页。字母字母(zm)式式线条线条(xintio)式式结构式结构式DNADNA一级结构一级结构(jigu)(jigu)的表的表

42、示法示法第64页/共195页第六十五页，共195页。二、二、DNA的二级结构的二级结构(jigu)双螺旋模型双螺旋模型(double helix model)19531953年年，J.J.WatsonWatson和和F.F.Crick Crick 在在前前人人研研究究工工作作的的基基础础上上，根根据据DNADNA结结 晶晶 的的 X-X-衍衍 射射(ynsh)(ynsh)图图谱谱和和分分子子模模型型，提提出出了了著著名名的的DNADNA双双螺螺旋旋结结构构模模型型，并并对对模模型型的的生生物物学学意意义义作作出出了科学的解释和预测。了科学的解释和预测。在在DNADNA分分子子中中，嘌嘌呤呤碱碱

43、基基的的总总数数与与嘧嘧啶啶碱碱基基的的总数相等。总数相等。第65页/共195页第六十六页，共195页。碱基组成分析碱基组成分析(fnx)Chargaff 规则：规则：A=T；G C电位电位(din wi)滴定证明，嘌呤与嘧啶的滴定证明，嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连接。可解离基团由氢键连接。DNA纤维纤维(xinwi)的的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析 1.DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景WilkinsWilkins和和FranklinFranklin发现不同来源的发现不同来源的DNADNA纤维具有相似纤维具有相似的的X X射线衍射图谱。射线衍射图谱。第66页/共195页第六

44、十七页，共195页。碱基组成规则碱基组成规则(guz)(Chargaff规则规则(guz)nA=T，G=C；n A+G=T+C(嘌呤与嘧啶的总数嘌呤与嘧啶的总数(zngsh)相等相等)n不受年龄不受年龄(ninlng)、营养、性别及其他、营养、性别及其他环境等影响环境等影响 ChargaffChargaff首先注意到首先注意到DNADNA碱基组成的某些规律性，在碱基组成的某些规律性，在年总结出年总结出DNADNA碱基组成的规律：碱基组成的规律：第67页/共195页第六十八页，共195页。沃森（左）和克里克与沃森（左）和克里克与DNA分子分子(fnz)双螺旋双螺旋结构模型结构模型(1953年年)

45、第68页/共195页第六十九页，共195页。2.DNA2.DNA2.DNA2.DNA双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构(jigu)(jigu)(jigu)(jigu)的要点的要点的要点的要点（1 1 1 1）DNADNADNADNA分分分分子子子子由由由由两两两两条条条条多多多多聚聚聚聚脱脱脱脱氧氧氧氧核核核核糖糖糖糖核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸链链链链(简简简简称称称称DNADNADNADNA单单单单链链链链)组组组组成成成成。两两两两条条条条链链链链沿沿沿沿着着着着同同同同一一一一根根根根轴轴轴轴平平平平行行行行盘盘盘盘绕绕绕绕，形形形形成成成成右右右右手手手手双双双双螺螺螺螺旋旋旋旋结

46、结结结构构构构。螺螺螺螺旋旋旋旋中中中中的的的的两两两两条条条条链链链链方方方方向向向向(fngxing)(fngxing)(fngxing)(fngxing)相相相相反反反反，即即即即其其其其中中中中一一一一条条条条链链链链的的的的方方方方向向向向(fngxing)(fngxing)(fngxing)(fngxing)为为为为5555端端端端3333端端端端，而而而而另另另另一一一一条条条条链链链链的的的的方向方向方向方向(fngxing)(fngxing)(fngxing)(fngxing)为为为为3333端端端端5555端。端。端。端。第69页/共195页第七十页，共195页。（2 2

47、2 2）嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤和和和和嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶 碱碱碱碱 基基基基 位位位位 于于于于螺螺螺螺旋旋旋旋的的的的内内内内侧侧侧侧，磷磷磷磷 酸酸酸酸 和和和和 脱脱脱脱 氧氧氧氧核核核核 糖糖糖糖 基基基基 位位位位 于于于于螺螺螺螺 旋旋旋旋 外外外外 侧侧侧侧。碱碱碱碱 基基基基 平平平平 面面面面(pngmin)(pngmin)(pngmin)(pngmin)与与与与 螺螺螺螺 旋旋旋旋 轴轴轴轴 垂垂垂垂直直直直，糖糖糖糖 环环环环 平平平平面面面面(pngmin)(pngmin)(pngmin)(pngmin)与与与与 螺螺螺螺 旋旋旋旋 轴轴轴轴 基基基基本平行。本平行。本平行。本

48、平行。第70页/共195页第七十一页，共195页。（3 3 3 3）螺螺螺螺旋旋旋旋(luxun)(luxun)(luxun)(luxun)直直直直径径径径约约约约为为为为2nm2nm2nm2nm，每每每每10101010个个个个核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸形形形形成成成成一一一一个个个个螺螺螺螺旋旋旋旋(luxun)(luxun)(luxun)(luxun)，其其其其螺螺螺螺矩矩矩矩（即即即即 螺螺螺螺 旋旋旋旋(luxun)(luxun)(luxun)(luxun)旋旋旋旋转转转转一一一一圈圈圈圈的的的的高高高高度度度度）为为为为3.4 3.4 3.4 3.4 nm nm nm nm，每每每每

49、条条条条链链链链相相相相邻邻邻邻两两两两个个个个碱碱碱碱基基基基平平平平面面面面之之之之间间间间的的的的距距距距离离离离为为为为0.34 0.34 0.34 0.34 nmnmnmnm。第71页/共195页第七十二页，共195页。（4 4）维持两条）维持两条DNADNA链相互结合的力链相互结合的力是链间碱基对形是链间碱基对形成的氢键。碱基成的氢键。碱基结合具有严格的结合具有严格的配对规律配对规律:A:A与与T T结合，结合，G G与与C C结合，结合，这种配对关系，这种配对关系，称为称为(chn(chn wi)wi)碱基互补。碱基互补。A A和和T T之间形成两之间形成两个氢键，个氢键，G G

50、与与C C之之间形成三个氢键。间形成三个氢键。在在DNADNA分子中，嘌分子中，嘌呤碱基的总数与呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数嘧啶碱基的总数相等。相等。第72页/共195页第七十三页，共195页。（5 5）螺旋表面形成大沟）螺旋表面形成大沟(major groove)(major groove)及小及小沟沟(minor groove)(minor groove)，彼此相间排列。小沟彼此相间排列。小沟较浅；大沟较深，是较浅；大沟较深，是蛋白质识别蛋白质识别DNADNA碱基序碱基序列列(xli)(xli)的基础。的基础。（6 6）氢键维持双链横向）氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力稳定性，碱基堆积力