生物化学 杭州职业技术学院

第三章 核酸化学 核酸的概念 核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合而成的具有一定空间结构的大分子化合物。    1.元素组成  C H O N P（恒定，9-10%）。 2. 种类     DNA  RNA rRNA tRNA mRNA  

3. 含量   DNA恒定，RNA与细胞生长状态有关。 4.核酸的分布  DNA           RNA 核（%） 98            <10 浆（%） 2             >90  5、核酸的功能   DNA-遗传、RNA-参与蛋白质合成。

第一节 核酸分子组成 一、组成核酸的基本成分

1.磷酸（phosphoric acid）

2．戊糖（pentose） (补充戊糖) β-D-核糖 β-D-2-脱氧核糖 β-D-2-O-甲基核糖

3.含氮碱－碱基（base） 嘌呤碱（purine, Pu） 嘧啶碱（pyrimidine, Py）

当环上有取代基时，取代基的位次从杂原子算起依次用1,2,3,… (或α,β,γ…)编号。 如杂环上不止一个杂原子时，则从O、S、N顺序依次编号。编号时杂原子的位次数字之和应最小。

二、组成核酸的基本单位—核苷酸 1.核苷（nucleoside） 核苷：戊糖与碱基通过糖苷键连接而成的化合物称核苷（nucleoside）

核苷中戊糖与碱基的连接方式： 腺嘌呤核苷 （adenosine） 胞嘧啶脱氧核苷 （deoxycytidne）

命名，简写符号 核糖核苷（核苷）：A、G、C、U 核苷 脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dA、dG、dC、dT

（二）核苷酸（nucleotide, Nt） 1．核苷酸的结构 （1）（核糖）核苷酸（ribonucleotide）： 2’，3’，5’一核糖核苷酸 (2´-AMP) (3´-AMP) (5´-AMP)

（2）脱氧（核糖）核苷酸（deoxyribonucleotide）： 3’，5’一脱氧核糖核苷酸 Deoxyadenosine 3’- monphosphate (3’- dAMP) Deoxyadenosine 5’- monphosphate (5’- dAMP)

（三）核苷酸的重要衍生物 1．ATP类的高能磷酸化合物 AMP ADP ATP

2．环状核苷酸 3．核苷多磷酸类

第二节 核酸的分子结构 一 DNA的分子结构 (一)DNA的一级结构

DNA双螺旋结构

RNA DNA

（二）DNA的二级结构 1．提出DNA双螺旋结构模型的根据 （1）x-光衍射分析 20世纪40年代Astbury 1952年M.Wilkins

DNA的碱基组成（CHARGAFF法则）--     有种属特异性     无组织、器官特异性     不受年龄、营养和环境的影响     不论种属、组织来源，所有DNA分子          [A] = [T]、[G] = [C]          [A]/[T] =[G]/[C] =1          [A] + [G] =[T] + [C]

DNA双螺旋结构要点： （1）两条反向平行的多核苷 酸链，右手双螺旋。 （2）大沟（深沟） 小沟（浅沟） （3）碱基(内) 糖、磷酸(外)的位置。 （4）双螺旋的直径(2nm) 螺距(3.4nm) 每一螺旋含10个碱基对。

（5）碱基配对 （6）碱基的序列

DNA二级结构

2 发夹形和十字形

稳定DNA双螺旋结构的化学键 （1）互补碱基对之间的氢键 （2）碱基堆积力(疏水核心) （3）磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的离子键

二、RNA的结构 （一）RNA的类别 1．核糖体RNA（ribosomal RNA, rRNA） 2．转移RNA（transfer RNA, tRNA） 3．信使RNA（messenger RNA, mRNA）

4．其它类别的RNA （1）病毒RNA（Viral RNA, rRNA） （2）核内RNA（nuclear RNA, nRNA） ① 不均一核RNA（heterogeneous nuclear RNA,HnRNA） ② 小分子核RNA（small nuclear RNA, sn RNA） ③ 小分子核仁RNA（small nucleolar RNA, sno RNA） ④ 染色体RNA（chromosomal RNA, ch RNA） （3）线粒体RNA（mitochondrial RNA, mit RNA） （4）叶绿体RNA（chloroplast RNA, chlRNA或ctRNA）

（二）RNA的一级结构 1．RNA分子中核苷酸之间的连接方式 3´,5´-磷酸二酯键

2．几类RNA的一级结构 （1） tRNA的一级结构 tRNA一级结构的共同点: ① Mr较小（Mr25000），沉降常数4S。 ④ 各种tRNA的3′一端为CCA；5′一端大多数为pG，少数为pC。 ⑤ tRNA分子中含有较多的修饰成分。

（2）rRNA的一级结构 原核生物核糖体 5S rRNA， 23S rRNA 50S 34种蛋白质 70S 16S rRNA 30S 21种蛋白质

真核生物核糖体 5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA 60S 49种蛋白质 80S 18SrRNA 40S 33种蛋白质

（3）mRNA的一级结构 真核生物mRNA的一级结构可用下式表示 : 5´-cap：m7G(5´)pppNmp 5´-帽子 5´-非密码区 密码区 3´-非密码区 polyA 5´-cap：m7G(5´)pppNmp cap0: m7G(5´)pppNp 5´-cap cap1: m7G(5´)pppNmpNp cap2: m7G(5´)pppNmpNmpNp

5´-cap的功能 (1) 防止mRNA被核酸酶降解。 (2) 为mRNA翻译活性所必需。 (3) 与蛋白质合成的正确起始有关。

3´-polyA : polyA的残基数20~200个，或更多。 (1) 保护mRNA，免受核酸外切酶的作用。 (2) 与翻译有关，没有polyA翻译活性降低。 (3) 与mRNA从细胞核转移到细胞质有关。 断裂、修剪、修饰 RNA前体 成熟RNA（有功能的RNA）

（三）RNA的二级结构 大多数天然RNA是一条单链，通过自身回折形成部分螺旋区，部分非螺旋区。 少数病毒RNA如水稻矮缩病毒、呼肠孤病毒、伤瘤病毒等RNA是双链螺旋，类似于DNA的双螺旋结构。

1．tRNA的二级结构 （1）aa接受臂（amino acid arm） （2）二氢尿嘧啶环 （dihydrouridine loop, DHU loop） （3）反密码环（anticodon loop） （4）额外环（extra loop） （5）TψC环（TψC loop）

2．rRNA的二级结构

第三节 核酸的理化性质 一、酸性化合物    两性\但酸性强。     电泳行为--泳向正极（pH7-8）。     沉淀行为--加盐（中和电荷） M+与磷酸“-”中和； 二、高分子性质    粘度 DNA>RNA     超离心沉降     凝胶过滤     三、UV吸收 最大吸收峰在260nm附近

四、变性、复性与杂交      核酸在理、化因素作用下，双螺旋结构破坏称核酸变性。根据变性因素区分为碱变性、热变性等。如DNA的碱变性、DNA的热变性，其中以DNA的热变性更具典型意义。      DNA变性后，粘度改变，钢性线性分子变得无序，粘度下降，UV吸收增强，其规律如下：高色效应--核酸变性后、氢键破坏，双螺旋结构破坏，碱基暴露，紫外吸收（260nm）增强，谓高色效应。     解链温度\融解温度（Tm）--UV吸收增值达到最大吸收增值50%时的温度，称Tm。      Tm值与 DNA G+C含量有关，G+C含量愈大，Tm愈高，反之则反；与核酸分子长度有关，分子愈长，Tm愈高。      变性温度范围与DNA样品均一性有关，分子种类愈纯（单一），长度愈一致，其变性范围愈窄，反之则变性温度范围愈宽。

  DNA变性的复性—DNA发生热变性后，经缓慢降温，如放置室温逐渐冷却，解开的互补链之间对应的碱基对再形成氢键，恢复完整的双螺旋结构，称DNA热变性的复性。     核酸复性时UV下降，此称低色效应。      DNA热变性后缓慢冷却处理过程称退火。      DNA加热变性后，若经骤然降温，互补链碱基之间来不及配对互补，形成氢键联系，两链维持分离状态。    核酸分子杂交—当不同来源的核酸变性后一起复性时，只要这些核酸分子中含有相同序列的片段，即可形成碱基配对，出现复性现象，形成杂种核酸分子，或称杂化双链，称核酸分子杂交。