第二章核酸的化学教材.ppt

第二章 核酸的化学 杨如意 yangruyi@mail.ahnu.edu.cn 一、核酸的概念和重要性 In 1869, Friedrich Miescher分离出核素； In 1889，Altman命名了核酸； In 1944, Avery, MacLeod和 McCarty发现 DNA是重要的遗传物质； In 1953, Watson and Crick提出DNA双螺旋结构。 遗传物质包括脱氧核糖核酸（ Deoxyribonucleic Acids，DNA）和核糖核酸（ Ribonucleic Acids，RNA ），以DNA为主。 DNA主要存在于细胞核中，细胞器如线粒体、叶绿体中也存在少量DNA；RNA主要存在于细胞质中，核内较少，主要作用是“转录”遗传信息。 （一）核糖和脱氧核糖 DNA和RNA只是所含的戊糖不同。RNA含β-D-核糖，DNA含β-D-脱氧核糖，某些RNA中含有少量的D-2-O甲基核糖。 （二）嘌呤碱和嘧啶碱 DNA和RNA都含有腺嘌呤（adenine, A）和鸟嘌呤（guanine, G）； 两者所含的嘧啶有所差异，RNA含胞嘧啶（cytosine, C）和尿嘧啶（uracil, U）；DNA含胞嘧啶和胸腺嘧啶（thymine, T）。 修饰碱基（modified base） 也称为稀有碱基（minor base ），是4种主要碱基的衍生物。 tRNA中修饰碱基较多，有些甚至可达总量的10％。 含氧碱基的异构体 含氧碱基有酮式和烯醇式两种类型的异构体，在生理pH和体内碱基主要同酮式异构体的形式存在。 （三）核苷（nucleotide） 由核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶碱生成的糖苷。 糖的第1位C原子（C1’）与嘌呤的第9位N原子和嘧啶的第1位N原子相连。 修饰核苷 修饰核苷包括三种情况: （1）由修饰碱基和糖组成的核苷； （2）由非修饰碱基和2-O-甲基核糖组成的核苷； （3）由碱基与糖连接方式特殊的核苷。 （四）核苷酸 核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷的2’，3’ ， 5’都有-OH可以和磷酸形成核苷酸；而脱氧核苷只有3’ 和 5’-OH可以形成核苷酸。 体内游离的核苷酸多为５’-核苷酸。 腺苷（一磷）酸AMP、鸟苷酸GMP； 脱氧胞苷酸dCMP、脱氧胸腺苷酸dTMP。 DNA或RNA被酶水解后，除5’-核苷酸外还有3’-核苷酸。 5’-腺苷酸写作：pA； 3’-鸟苷酸写作Gp；2’-磷酸酯写作Cp2’ 。 核苷二磷酸：ADP、GDP、CDP、UDP 核苷三磷酸：ATP、GTP、CTP、UTP 核苷酸的作用 ATP：化学能的贮藏和利用（高能磷酸键） UTP：糖的互相转化与合成 CTP：磷脂的合成 GTP：蛋白质和嘌呤的合成 辅酶Ⅰ－NAD＋、辅酶Ⅱ－NADP＋、黄素腺嘌呤二核苷酸－FAD 第二信使（second messenger） 是一些激素发挥生理作用的媒介物，如Ca2+、cAMP（环化腺苷酸）。 cGMP是cAMP的拮抗物。 寡核苷酸多磷酸对代谢的调节作用。 （五）核苷酸的连接方式 DNA和RNA都是没有分支的多核苷酸长链。 核苷酸的连接方式为3’,5’-磷酸二酯键。 磷酸和戊糖交替出现在主链上。 DNA和RNA都由于具有磷酸基团而带负电性，在电泳时向正极移动。 DNA和RNA都有方向性。 核酸的一级结构 各核苷酸残基沿多核苷酸链排列的顺序（序列）称为核酸的一级结构。 核酸的多样性：核苷酸的数目、比例和序列的不同构成不同的核酸。 一级结构可以用碱基序列来表示。 DNA分子中核苷酸的序列测定 英国Sanger，1975年加减法，1977年末端终止法 美国Maxam和Gilbert，1977年化学断裂法 核苷酸的写法 pA：磷酸位于5’位；Ap：磷酸位于3’位。 表示核酸酶的水解位置和产物时用简写如pApCpGpU、pApCp、GpU。 三、DNA的结构 （一）DNA的一级结构 DNA是由4种dNTP通过3’,5’-磷酸二酯键连接而成，DNA的一级结构就是指这些脱氧核苷酸在分子中的排列顺序（序列）。 （二）DNA的双螺旋二级结构 DNA双螺旋结构是由Watson和Crick于1953年提出的。 1.双螺旋结构模型的主要依据 （1）X射线衍射数据 Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA纤维具有相同的X射线衍射图谱，说明DNA可能有共同的分子模型。 模型说明DNA具有两条螺旋结构，并且沿长轴有0.34nm和3.4nm两个重要周期性变化。 （2）关于碱基成对的证据 Chargaff等应用层析法发现DNA中的A与T的数目相等，G与C的数目相等；后人又发现A与T之间有两个氢键，而G与C之间有三个氢键。 Chargaff 发现 a. 不同生物中的DNA中四种脱氧核苷酸的数量不同，这一发现推