第二章3 核酸化学 ppt课件

第四节 核酸化学
一、核酸的概念
▪ 是由许多个核苷酸连接而成的酸性的 大分子物质，与碱性蛋白（组蛋白、 鱼精蛋白）结合存在于细胞核中。
▪ 是生物遗传的物质基础
第一节: 核酸概述
▪DNA
Watson and Crick
▪RNA
F Crick
DNA
▪ 核酸是一类重要的生物大分子，担 负着生命信息的储存与传递。
核酸的组成成分
核酸完全水解产生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。核酸部分水解则产生核苷和核苷酸。 每个核苷分子含一分子碱基和一分子戊糖， 一分子核苷酸部分水解后除产生核苷外， 还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物可 用层析或电泳等方法分离鉴定。
核酸的分子组成
核酸
2.环化核苷酸
cAMP
cGMP
3.辅酶类氨基酸
NAD（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸） NADP（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸） FMN （黄素单核苷酸）
核酸的性质
一、一般的理化性质
两性解离 / 一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微 溶于水，不溶于有机溶剂
线性大分子（粘度高。抗剪切力差）
可用电泳或离子交换（色谱）进行分离
核苷酸
磷酸 核苷
碱基 戊糖
一、戊糖
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 β-D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为β-D核糖。
HOCH2 O OH HH
H
H
OH OH
D-核 糖
Ribose
HOCH2 O OH HH
H
H
OH H
D-2-脱 氧 核 糖
Deoxyribose
二、碱基
1. 嘌呤
腺嘌呤Adenine
一、m R N A 的结构与功能
➢ mRNA可形成局部双螺旋结构的二级结构。
➢mRNA分子中带有遗传密码，其功能是 为蛋白质的合成提供模板。
➢mRNA分子中每三个相邻的核苷酸组成 一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特 定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗 传密码（coden）。
二、tRNA
➢ tRNA是分子最小，但 含有稀有碱基最多的 RNA，其稀有碱基的 含量可多达20%。
HH
▪ 组成RNA的核苷酸有AMP、GMP、CMP 和UMP
▪ 组成DNA的核苷酸主要有dAMP、dGMP、 dCMP和dTMP
核酸的结构
▪ 一、核酸的一级结构
▪ 核酸的排列顺序 ➢ 可以用碱基排列顺序表示
▪ 连接键：3’，5’-磷酸二酯键 ➢ 磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架 ➢ 碱基形成侧链
▪ 戊糖在外，双螺旋每转一周 为
10碱基对（bp）
小 沟
▪ A型结构
▪ 碱基平面倾斜20º，螺旋变粗变 短，螺距2～3nm。
2.0 nm
大 沟
DNA的三级结构
➢DNA的三级结构：指双螺旋进一步扭曲 形成的超螺旋。 ➢包括：线状DNA形成的纽结、超螺旋和 多重螺旋、环状DNA形成的结、超螺旋 和连环等
➢DNA分子中具有特定生物学功能的片 段称为基因（gene）。
➢一个生物体的全部DNA序列称为基因 组（genome）。
RNA的结构与功能
▪ 一、结构特点
1. 碱基组成 A、G、C、U （A＝U/G=C） 稀有碱基较多，稳定性较差，易水解
2. 多为单链结构，少数局部形成螺旋 3. 分子较小 4. 分类 ➢ mRNA ➢ tRNA ➢ rRNA
NH 2
N N
N H
N
A
7 561
8 9
432
鸟嘌呤guanine
O
N NH
N H
N
NH 2
G
2. 嘧啶
4
（Pyrimidine） 5
3
6
2
1
尿嘧啶 uracil
O
NH
N
O
H
U
胸腺嘧啶
thymine
O
NH
N
O
H
T
胞嘧啶 cytosine
NH 2
N
N
O
H
C
▪ RNA中主要含有A、G、C、U四种碱基 ▪ DNA中主要含有A、G、C、T四种碱基
➢核合 而生成的化合物。
•在大多数情况下，核苷是由核糖或脱 氧核糖的C-1’ β-羟基与嘧啶碱N-1或嘌 呤碱N-9氢进行缩合，故生成的化学键 称为β ，N糖苷键。
5’
4’
1’
3’
2’
(OH)
5’
4’
1’
3’ 2’
(OH)
四、核苷酸（nucleotide）
核苷酸 核苷+磷酸 戊糖+碱基+磷酸
➢ tRNA是保守性最强的 RNA。
➢ tRNA是单链核酸，但 其分子中的某些局部 也可形成双螺旋结构。
三、rRNA的结构与功能
➢rRNA与蛋白质一起构成核蛋白体， 作为蛋白质生物合成的场所。
➢rRNA是细胞中含量最多的RNA， 占总量的80%。
tRNA的三级结构
1.多磷酸核苷酸
▪ 5’-核苷酸（一磷酸腺苷，如AMP）的磷酸 基可进一步磷酸化，生成ADP，而后生成 ATP等高能磷酸化合物，其水解高能键‘P’能释放大量的能量，是人体利用能量的 直接方式
DNA双螺旋结构模型
▪ 在DNA分子中，嘌呤碱基的总 数与嘧啶碱基的总数相等。
2.0 nm
小 沟
大 沟
DNA double helix
双螺旋稳定的力 氢键
碱基堆积力（疏水相互作用及 范德华力） 离子键等
DNA
DNA双螺旋模型要点
▪ B型结构
▪ 两条链反向平行，右手螺旋
▪ 碱基在内（A＝T，G≡C）碱基 平面垂直于螺旋轴
室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，RNA水解
加热条件下，D－核糖＋浓盐酸＋苔黑酚
呈绿色
D－2－脱氧核糖＋酸＋二苯胺 呈蓝紫色
二、核酸的紫外吸收特性 ▪ 在核酸分子中，由于嘌呤
碱和嘧啶碱具有共轭双键 体系，因而具有独特的紫 外线吸收光谱，一般在260 nm左右有最大吸收峰，可 以作为核酸及其组份定性和 定量测定的依据。
▪ 多核苷酸链均有5’-末端和3’-末端 ▪ 核酸的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形
式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种 核苷酸千变万化的不同排列组合之中。
二、DNA的二级结构
DNA的双螺旋模型
▪ 1953 年 ， J. Watson 和 F. Crick 在前人研究工作的基础 上，根据DNA结晶的X-衍射图 谱和分子模型，提出了著名的
线状DNA形成的超螺旋
环状DNA形成的超螺旋
➢真核生物中的核小体结构：
在真核生物中， 双 螺 旋 的 DNA 分 子围绕一组蛋白 八聚体进行盘绕， 从而形成特殊的 串珠状结构，称 为核小体。核小 体 结 构 属 于 DNA 的三级结构。
四、DNA的功能
➢DNA的基本功能是作为遗传信息的载 体，为生物遗传信息复制以及基因信息 的转录提供模板。