(药学专升本成教)第五章核酸的化学1

1、目录目录第五章第五章核酸的化学Structure and Function of Nucleic Acid第一节第一节核酸的化学组成及其一级结构核酸的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid目录目录n核酸组成核酸组成 NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO- -HOO核酸核酸 ( (DNA和和RNA) )核苷酸核苷酸核苷和脱氧核苷核苷和脱氧核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖目录目录碱基碱基(base)是含氮的杂环化合物。是含氮的杂环化合物。碱基

2、碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤A鸟嘌呤鸟嘌呤G尿嘧啶尿嘧啶U胸腺嘧啶胸腺嘧啶T胞嘧啶胞嘧啶C存在于存在于DNA和和RNA中中仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中n碱基碱基一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位目录目录核苷或脱氧核苷与磷酸通过核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键酯键结合构成结合构成核苷酸核苷酸(ribonucleotide)或或脱氧核苷酸脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。n核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO- -HOO糖苷键糖苷键酯键酯键目录目录n多磷酸核

3、苷酸多磷酸核苷酸目录目录5-末端末端3-末端末端CGA磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键二、二、DNA是脱氧核苷酸通过是脱氧核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接形成的磷酸二酯键连接形成的RNA也是具有也是具有3,5-磷酸二酯键的线性大分子磷酸二酯键的线性大分子n定义定义核酸中核苷酸的排核酸中核苷酸的排列顺序。列顺序。由于核苷酸间的差由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所异主要是碱基不同，所以也称为以也称为碱基序列碱基序列。55端端3端端CGA四、核酸的一级结构是四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序核苷酸的排列顺序nDNA和和RNA的区别的区别核糖核糖 G、C、A、URNA脱氧核糖脱氧核糖 G、

4、C、A、TDNA碱基碱基核糖核糖核酸核酸第二节第二节DNA的空间结构与功能的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA一、一、DNA的二级结构是双螺旋结构的二级结构是双螺旋结构两条多聚核苷酸链在空间的走向呈两条多聚核苷酸链在空间的走向呈反向平行反向平行。两条链围绕着同一个螺两条链围绕着同一个螺旋轴形成旋轴形成右手螺旋右手螺旋的结构。双螺旋的结构。双螺旋结构的直径为结构的直径为2.37nm，螺距为，螺距为3.54nm。脱氧核糖和磷酸基团组成的亲水性脱氧核糖和磷酸基团组成的亲水性骨架位于双螺旋结构的骨架位于双螺旋结构的外侧外侧，疏水，疏水的碱基

5、位于的碱基位于内侧内侧。双螺旋结构的表面形成了一个双螺旋结构的表面形成了一个大沟大沟和一个和一个小沟小沟。 （一）（一） DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点1.1.DNA是反向平行、右手螺旋的双链结构是反向平行、右手螺旋的双链结构2.DNA双链之间形成了互补碱基对双链之间形成了互补碱基对 碱基配对关系称为互补碱基对。碱基配对关系称为互补碱基对。 DNA的两条链则互为互补链。的两条链则互为互补链。 碱基对平面与螺旋轴垂直。碱基对平面与螺旋轴垂直。n胞嘧啶胞嘧啶/ /鸟嘌呤鸟嘌呤n胸腺嘧啶胸腺嘧啶/ /腺嘌呤腺嘌呤 相邻相邻两个两个碱基对碱基对会有会有重叠重叠，产生了疏水性的，产生了疏水性

6、的碱基堆积力碱基堆积力。 碱基堆积力和互补碱基对的氢键共同维系着碱基堆积力和互补碱基对的氢键共同维系着DNA结构的稳定。结构的稳定。3.疏水作用力和氢键共同维系着疏水作用力和氢键共同维系着DNA双螺旋双螺旋结构的稳定。结构的稳定。 DNA的基本功能是的基本功能是以以基因的形式基因的形式荷载荷载遗传遗传信息信息，并作为基因，并作为基因复制和转录复制和转录的的模板模板。它。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。动的信息基础。三、三、DNA是遗传信息的物质基础是遗传信息的物质基础第三节第三节 RNA的结构与功能的结构与功能Structure and

7、Function of RNA目录目录 从从AUG 开始，每三个核苷酸为一组编码了一个氨开始，每三个核苷酸为一组编码了一个氨基酸，称为三联体密码基酸，称为三联体密码(codon)。 成熟的成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。由氨基酸编码区和非编码区构成。 5 -末端的帽子末端的帽子(cap)结构和结构和3 -末端的多聚末端的多聚A尾尾(poly-A tail)结构。结构。 53m7GpppAAAAn3非翻译区5非翻译区编码区AUGUAAn成熟的真核生物成熟的真核生物mRNAmRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系的稳定性维系翻译起始的调控翻译起始的调控 n帽子结构和

8、多聚帽子结构和多聚A尾的功能尾的功能目录目录（三）（三）mRNA依照自身的碱基顺序指导蛋白依照自身的碱基顺序指导蛋白质氨基酸顺序的合成质氨基酸顺序的合成 从从mRNA分子分子5 5末端起的第一个末端起的第一个AUGAUG开始，每开始，每3 3个个核苷酸为一组称为核苷酸为一组称为密码子密码子或或三联体密码三联体密码。 AUG被称为起始密码子；决定肽链终止的密码子被称为起始密码子；决定肽链终止的密码子则称为终止密码子。则称为终止密码子。 位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列称为称为开放阅读框开放阅读框，决定了多肽链的氨基酸序列，决定了多肽链的氨基酸序

9、列 。53m7GpppAAAAn3非翻译区5非翻译区编码区AUGUAA目录目录 转运转运RNA(tRNA)在蛋白质合成过程中作为各种在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体氨基酸的载体, 将氨基酸转呈给将氨基酸转呈给mRNA。二、二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体是蛋白质合成中的氨基酸载体目录目录tRNA具有局部的茎具有局部的茎环环(stem-loop)结构或结构或发卡发卡(hairpin)结构。结构。（二）（二）tRNA具有茎环结构具有茎环结构tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形氨基酸臂氨基酸臂DHU环环反密码环反密码环TC环环附加叉附加叉目录目录rRNA与核蛋白体蛋白结合组成与核

10、蛋白体蛋白结合组成核蛋白体核蛋白体，为，为蛋白质的合成提供场所。蛋白质的合成提供场所。三、以三、以rRNA为组分的核蛋白体是为组分的核蛋白体是蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所核酸的理化性质核酸的理化性质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第四节第四节核酸在波长核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，是处有强烈的吸收，是由由碱基的共轭双键碱基的共轭双键所决定的。这一特性常用作所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。核酸的定性和定量分析。一、核酸分子具有强烈的紫外吸收一、核酸分子具有强烈的紫外吸收二、二、DNADNA变性是双

11、链解离为单链的过程变性是双链解离为单链的过程在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解双链解开成两条单链开成两条单链的过程。的过程。n定义定义DNA变性的本质是双链间氢键的断裂。变性的本质是双链间氢键的断裂。增色效应增色效应(hyperchromic effect)：DNA变性变性时其溶液时其溶液OD260增高增高的现象。的现象。nDNA解链时的紫外吸收变化解链时的紫外吸收变化nDNA的解链曲线的解链曲线连续加热连续加热DNA的的过程中以温度相对于过程中以温度相对于A260值作图，所得的值作图，所得的曲线称为曲线称为解链曲线解链曲线。 解链过程中，紫外解链过程中，紫外吸光度的变化

12、达到最大吸光度的变化达到最大变化值的一半时所对应变化值的一半时所对应的温度。的温度。解链温度解链温度(Tm) G+C 含量越高，解链温度就越高。含量越高，解链温度就越高。n解链曲线的变化解链曲线的变化三、变性的核酸可以复性或形成三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链杂交双链当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为象称为DNA复性复性(renaturation) 。减色效应：减色效应：DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为过程称为退火退火(annealing) 。 不同种类的不同种类的DNA单链分子或单链分子或RNA分子放在同一溶液中，分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配