第三章-核酸化学讲课.ppt

核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。 因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。 本章主要内容 核酸的分类和组成 核酸的结构 核酸的性质 化学物质与核酸的作用 1. 核酸的分类和组成 核酸分为两大类. 脱氧核糖核酸（DNA）Deoxyribonucleic Acid 核糖核酸（RNA） Ribonucleic Acid。 脱氧核糖核酸（DNA） DNA分子含有生物物种的所有遗传信息，分子量一般都很大。 DNA为双链分子，其中大多数是链状结构大分子，也有少部分呈环状结构。 核糖核酸（RNA） RNA主要是负责DNA遗传信息的翻译和表达，分子量要比DNA小得多。RNA为单链分子。 根据RNA的功能，可以分为mRNA、tRNA和rRNA三种。 1.2 核酸的组成 核酸（DNA和RNA）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是核苷酸。 核苷酸本身由核苷和磷酸组成, 而核苷则由戊糖和碱基形成 DNA与RNA结构相似，但在组成成份上略有不同。 DNA和RNA的基本化学组成 (1) 碱基 胺式亚胺式互变异构 酮式烯醇式互变异构 （2）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。 （3）核苷 nucleoside 糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键。 （4）核苷酸nucleotide 核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNA或RNA结构单元的核苷酸分别是5′-磷酸-脱氧核糖核苷和5′-磷酸-核糖核苷。 3．多聚核苷酸 多聚核苷酸是通过核苷酸的5’-磷酸基与另一分子核苷酸的C3’-OH形成磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。 由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为DNA链； 由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNA链。 多聚核苷酸的特点 在多聚核苷酸中，两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通常称为5′—3′磷酸二酯键。 多聚核苷酸链一端的C5′带有一个自由磷酸基，称为5′-磷酸端（常用5’-P表示）；另一端C3’带有自由的羟基，称为3′-羟基端（常用3’-OH表示）。 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。 2. 核酸的结构 多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定的顺序组合而成的线性结构聚合物，因此，它具有一定的核苷酸顺序，即碱基顺序。 核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。DNA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。而mRNA(信息RNA)的碱基顺序，则直接为蛋白质的氨基酸编码，并决定蛋白质的氨基酸顺序。 2.1 DNA的结构 多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定的顺序组合而成的线性结构聚合物，因此，它具有一定的核苷酸顺序，亦即碱基顺序（base sequence）。 核酸的碱基顺序是 核酸的一级结构。 DNA的碱基顺序： 遗传信息存储的分子形式。 2.2.2. DNA的二级结构 1953年，Watson和 Crick 在Wilkins, Franklin的X线衍射工作基础上提出著名的DNA双螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。 剑桥的卡文迪什（Cavendish）实验室，在这里，沃森和克里克发现了DNA结构。 DNA双螺旋结构的要点 （1）DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为5′→3′，而另一条链的方向为3′→5′。 DNA双螺旋结构要点 （2）嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成90o角。 DNA双螺旋结构要点 （3）螺旋横截面的直径约为20 ? ，每条链相邻两个碱基平面之间的距离为3.4 ?，每10个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为34 ? 。 （4）链间碱基间具有严格的配对规律，即A对T，G对C，这种配对关系，称为碱基互补。A和T之间形成两个氢键（A=T），G与C之间形成三个氢键（G≡C）。 (6) 根据碱基配对原则，构成DNA双螺旋的两条多核苷酸链具有互补关系。即，一条链的碱基顺序决定了另一条链的碱基顺序。DNA分子中，嘌呤碱总数等于嘧啶碱总数（A + G = C + T）。如： (7)Major Groove(大沟)and Minor Groove(小沟) Helical forms of DNA 2.2.3 DNA的其他二级结构 (1) 三螺