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第4章 核 酸Nucleic Acids 核酸（nucleic acid）是一类重要的生物大分子，是生物遗传的物质基础。依据其化学组成, 核酸分为脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）. 4.1 概 述 核糖核酸（ribonucleic acid, RNA），主要分布在细胞质中，参与遗传信息的表达，包括mRNA、tRNA和rRNA。 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA），主要存在于细胞核内，是遗传信息的储存和携带者，是遗传的物质基础。 核酸的分布 1868年 Miescher从脓细胞中提取“核素” 1944年 Avery等人证实DNA是遗传物质 1953年 Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构 1958年Meselson和Stahl证明DNA以半保留方式复制 1968年 Nirenberg发现遗传密码 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法 1985年 Mullis发明PCR 技术 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架 核酸的发现和研究工作进展 4.2 核苷酸与核酸的共价结构 核酸的分子组成 核苷酸由戊糖、磷酸和碱基三部分构成。 嘌呤(purine) 1 碱 基 嘧啶(pyrimidine) 酮式（内酰胺） 烯醇式（内酰亚胺） 2 戊糖 DNA中戊糖的为β-D-2-脱氧核糖 (deoxyribose) RNA中的戊糖的为β-D-核糖 (ribose) 3.核苷（nucleoside） 核苷 戊糖+碱基 糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键 嘧啶核苷和嘌呤核苷的化学结构 核苷酸是由核苷和磷酸脱水缩合而成的，是核苷的磷酸酯。 核苷的5’-OH磷酸化，自然界的核苷酸多为核苷-5 核苷单磷酸（NMP）是指核苷的单磷酸酯。核苷单磷酸可以通过一次成酐反应形成核苷二磷酸（NDP）。核苷二磷酸再通过一次成酐反应生成核苷三磷酸（NTP）。 4. 核苷酸 nucleotide 常见的核糖核苷酸的化学结构 将直接与戊糖5′-羟基相连的磷酸定为α磷酸根，其余两个磷酸根从里到外依次被称为β磷酸根和γ磷酸根。 ATP 分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。ATP水解时, 可以释放出大量自由能。 ATP 是生物体内最重要的能量转换中间体。ATP 水解释放出来的能量用于推动生物体内各种需能的生化反应。 环腺苷酸和环鸟苷酸的化学结构 cAMP(3’,5’-环化腺苷酸)和cGMP(3’ cAMP和cGMP的环状磷酯键是一个高能键。在pH7.4, cAMP和cGMP的水解能约为43.9 KJ/mol，比ATP水解能高得多。 5. 磷酸二酯键和多聚核苷酸链 核苷酸通过3’,5 每条核苷酸链具有5’-磷酸末端和3 链的延伸方向5’→ 碱基紫外吸收特性 核苷酸的紫外吸收 4.3 DNA的结构 Primary Structure－Sequence Secondary Structure－Double Helix Tertiary Structure－Folding Conformation 4.3.1 一级结构 Primary Structure 书写方法：5’ → 5’-pApCpTpG-3’或5’…ACTG 一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序及连接方式。核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。 1、核苷酸的连接方式： 3?, 5?磷酸二酯键 2、核酸的基本结构形式：多核苷酸链 CAAGTGACGCGCCCACCGAGCAGAAAGAACACCCCCATGACAGCACCCTGGAACGACCCCCCGCCCGTCGCCGAACGCGTCGACGCCCTGTGCAGGAGCTGAGCCTCGAGGAGAAGGCCGGTAGCTGGCAGCTACTGGCTGCGCCCGACCCGGAGGAGGCCACGGGCGGCGCGGCCCCCATGGAGTCCGCCTTGCCGACGACCGCTCGACCTTCGAGGCCGCGATGCGCACGGTCTCGGCCACATCACCCGGGCCTTCGGCAGCGCCCGATCTCGGCCGCGACGGGGTGGAGCACCTGCGCACCCTGCAGCGCCAGGTCGTGGAGACCTCCCGGCTCGGGATCCCGGCC Chargaff 规律（ 1950年） a. DNA中，嘌呤碱基（A和G）等于嘧啶碱基（C和T），即A+G= C+T b. A=T，G=C 。 DNA分子碱基组成规律 只要知道任何一种碱基的含量，可以推算出该DNA分子碱基之间的比例关系。通常