第五章 核酸化学 nucleic acid

导 学 掌握核酸的分子组成和一级结构概念；DNA 双螺旋碱基配对规则；维持双螺旋结构稳定 的主要因素。 熟悉核酸的理化性质和各类RNA的结构特点 了解DNA双螺旋模型要点和三级结构。 2006-9 第五章 核酸化学

教学内容 第一节 核苷酸的组成与结构 第二节 核酸的分子结构 第三节 核酸的理化性质 2006-9 第五章 核酸化学

DNA（脱氧核糖核酸） RNA（核糖核酸） 核酸 mRNA（信使RNA） tRNA（转运RNA） rRNA（核糖体RNA） 2006-9 第五章 核酸化学

第一节 核苷酸的组成与结构 核酸的基本组成单位：核苷酸 主要组成元素：C、H、O、N、P P平均含量：9%~10% 2006-9 第五章 核酸化学

一、核苷酸的组成 碱基 戊糖 核苷→→ 磷酸 核酸→→核苷酸→→ 2006-9 第五章 核酸化学

（一）戊糖 RNA DNA 2006-9 第五章 核酸化学

嘧啶(pyrimidine) 二、碱基 腺嘌呤 (adenine, A) 鸟嘌呤 (guanine, G) 胞嘧啶 (cytosine, C) 胸腺嘧啶(thymine,T) 尿嘧啶 (uracil,U) 嘌呤(purine) 嘧啶(pyrimidine) 2006-9 第五章 核酸化学

腺嘌呤（A） （6-氨基嘌呤） 鸟嘌呤（G） （2-氨基-6-氧嘌呤） 嘌呤 2006-9 第五章 核酸化学

胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U） 胸腺嘧啶（T） 嘧啶 （2-氧 ,4-氨基嘧啶） （2，4-二氧嘧啶） （5-甲基尿嘧啶） 2006-9 第五章 核酸化学

（三）磷 酸 2006-9 第五章 核酸化学

RNA和DNA组成 磷酸 主要碱基 戊糖 磷酸 部位 RNA DNA A G C U D-核糖 磷酸 胞质 A G C T D-2-脱氧核糖 胞核 2006-9 第五章 核酸化学

二、核苷酸的结构 （一）核苷与脱氧核苷（碱基+戊糖） 2006-9 第五章 核酸化学

碱基 | 磷酸 — 戊糖 （二）核苷酸和脱氧核苷酸（核苷 + 磷酸） 核苷 糖苷键 核苷酸 磷酸酯键 磷酸通常连在戊糖的第5位碳原子上 2006-9 第五章 核酸化学

核苷酸或脱氧核苷酸 2006-9 第五章 核酸化学

（三）二磷酸或三磷酸核苷 2006-9 第五章 核酸化学

cAMP cGMP 2006-9 第五章 核酸化学

第四节 核酸的结构 2006-9 第五章 核酸化学

一、3’，5’-磷酸二酯键和多聚核苷酸链 （一）核酸的连接方式 单核苷酸之间的连接键：3, 5 -磷酸二酯键 核酸链的二个游离末端: 5磷酸基末端 3羟基末端 书写方向： 5  3 2006-9 第五章 核酸化学

5磷酸基末端 核酸的连接方式 3, 5 -磷酸二酯键 3羟基末端 2006-9 第五章 核酸化学

（二）核酸的表示简式 5´ G C A T T 3 ´ G C A T T G C A T T 5 ´ 3´ OH P P P P P 5 ´ p G pC pA pT pT-OH 3´ 5´ G C A T T 3 ´ G C A T T 2006-9 第五章 核酸化学

二、 DNA的分子结构 （一）DNA的一级结构 由dAMP、dGMP、dCMP、dTMP四种脱氧核苷酸通过3’，5’-磷酸二酯键按一定顺序排列而成的高分子化合物。 即：DNA分子中脱氧核苷酸残基的排列顺序 2006-9 第五章 核酸化学

1、DNA的碱基组成规律——Chargaff 规则 组成相同 [A]=[T]，[G]=[C]，[A]+[G]=[T]+[C] 2006-9 第五章 核酸化学

DNA 的碱基配对 2006-9 第五章 核酸化学

2、DNA的二级结构——双螺旋结构 1953年，Watson和Crick提出双螺旋结构模型 2006-9 第五章 核酸化学

2006-9 第五章 核酸化学

DNA双螺旋结构特点 反向平行，右手螺旋 碱基在螺旋内侧，磷酸核糖的骨架在外侧 直径2nm，螺距3.4nm，10碱基对/圈 A=T，G≡C 稳定双螺旋：氢键（横向） 碱基堆砌力（纵向） 2006-9 第五章 核酸化学

（三）DNA的三级结构 DNA在二级结构基础上双螺旋进一步扭曲或盘绕形成更加复杂的超螺旋结构 2006-9 第五章 核酸化学

真核生物：DNA分子多层次压缩包装 2006-9 第五章 核酸化学

真核生物DNA中基因的排布特点 生物体的遗传特征主要由DNA决定，细胞内每一种蛋白质的氨基酸序列以及每一种RNA的核苷酸序列都是由DNA的核苷酸序列编码的 基因(gene)：是编码有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的全部核酸序列 基因组：一个细胞或病毒携带的全部遗传信息， 或整套基因 2006-9 第五章 核酸化学

三、RNA的种类和分子结构 四种核糖核苷酸通过3’，5’-磷酸二酯键连 接而成的多聚核糖核苷酸链——RNA一级结构 三类：mRNA、tRNA、rRNA 2006-9 第五章 核酸化学

（一）tRNA 功能：多肽链合成中选择性转运氨基酸 1、tRNA的一级结构 单链分子 含有稀有碱基，3/末端为CCA-OH结构（连接 氨基酸部位） 2006-9 第五章 核酸化学

三叶草型 2. tRNA 的 二 级 结 构 2006-9 第五章 核酸化学

tRNA二级结构特点： 4个局部螺旋区和4个环 氨基酸接受臂：3/末端为-CCA-OH，连接AA DHU环 反密码环（与mRNA的密码子互补配对） TφC环 可变环（tRNA分类的依据） 2006-9 第五章 核酸化学

3、tRNA的三级结构 连接氨基酸 与密码子配对 2006-9 第五章 核酸化学

（二）mRNA 1、结构： 5 ´帽子结构 密码子 3 ´多聚A尾 3´ 5´ m7Gppp AUG GUG ……………… UAA AAA ……An 2006-9 第五章 核酸化学

mRNA的5帽子结构—m7GpppN 2006-9 第五章 核酸化学

Poly A的作用：引导mRNA由胞核转移到胞质 “帽子结构”的作用： 防止mRNA被降解 蛋白质生物合成时被起始因子识别的标志 Poly A的作用：引导mRNA由胞核转移到胞质 2006-9 第五章 核酸化学

mRNA分子中每三个相邻的碱基代表1个氨基酸——密码子 2、功能：蛋白质生物合成的膜板 mRNA分子中每三个相邻的碱基代表1个氨基酸——密码子 2006-9 第五章 核酸化学

（三）rRNA 功能： 与蛋白质结合形成核蛋白体，是蛋白质生物合成场所 结构： 核蛋白体有大、小两个亚基组成 2006-9 第五章 核酸化学

原核 真核 50S 大亚基 70S 小亚基 30S 60S 大亚基 80S 小亚基 40S 31 proteins 23S RNA 2006-9 第五章 核酸化学

（四）其他小分子RNA 核内小RNA（snRNA） 胞质小RNA（scRNA） 小片段干扰RNA（siRNA） 催化性小RNA（small catalytic RNA） 核酶：具有催化活性的RNA 2006-9 第五章 核酸化学

第三节 核酸的理化性质 一、核酸的紫外吸收 最大吸收峰 ：260nm 2006-9 第五章 核酸化学

二、变性与复性 1.核酸的变性：在某些理化因素作用下（温度、酸碱、有机溶剂、尿素等），核酸分子互补双链之间氢键断裂，使双螺旋结构松散变成单链的过程。 2.核酸的复性：又称退火，变性核酸在一定条件下如温度逐步恢复到生理范围内，两条互补链重新恢复天然的双螺旋构象。 2006-9 第五章 核酸化学

核酸的变性 核酸的复性 2006-9 第五章 核酸化学

增色效应：核酸在变性过程中260nm波长吸收值（ A260 ）增加 2006-9 第五章 核酸化学

DNA加热 50%DNA发生变性 此时的温度——熔点 Tm 2006-9 第五章 核酸化学

三、 核酸分子杂交 不同来源的核酸经变性和复性的过程，其中一些局部碱基互补片段在复性时形成杂化双链，此过程称分子杂交。 加热 退火 三、 核酸分子杂交 不同来源的核酸经变性和复性的过程，其中一些局部碱基互补片段在复性时形成杂化双链，此过程称分子杂交。 加热 退火 2006-9 第五章 核酸化学

分子探针:带有某种标记物的分子，如核苷酸链片段 加热 退火             2006-9 第五章 核酸化学