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第五章 核酸 核酸的结构、性质 碱基顺序测定 核酸的生物功能 基因工程 核酸的生物意义 生命遗传信息的携带者和传递者，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作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等密切相关。 人类基因组计划-引自陈竺在清华的演讲 实际上绝大多数的人类疾病都是多基因控制的。人类基因组计划正式启动是1990年，就是要用15年的时间，到2005年完成人类基因组DNA全序列的测定。这个投资量是多少呢？30亿美元。当时计算的依据是测一个碱基对大概需要一美元。在人类基因组测序起步的时候，当时用的DNA序列的分析方法是凝胶电泳为主的方法，基本上还是手工运作的。但是在20世纪90年代以后，新的一个测序技术产生了就是毛细管电泳仪技术。使得测序的速度大大加快。一天就可以有100万个碱基对的的序列被测出。中国也加入这一个测序计划。 2003年4月14日，中、美、日、德、法、英6国科学家联合宣布，被誉为生命科学“登月计划”的人类基因组计划顺利完成。 全球首个完整中国人基因组图谱公布 2007-10-11，我国科学家已经成功绘制完成第一个完整中国人基因组图谱(又称“炎黄一号”)，这也是第一个亚洲人全基因序列图谱。该项目是我国科学家继承担国际人类基因组计划1%任务、国际人类单体型图谱10%任务后，用新一代测序技术独立完成的100%中国人基因组图谱。专家表示，这项在基因组科学领域里程碑式的科学成果，对于中国乃至亚洲人的DNA、隐形疾病基因、流行病预测等领域的研究具有重要作用。 历史背景 1868年,瑞士Miescher F从细胞核中分离得到一种酸性物质-核酸。 1939年，Knapp E第一次用实验方法证实核酸是生命遗传的基础物质。 核酸 核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合而成的具有一定空间结构的大分子化合物。 核酸的分类 RNA分类 DNA和RNA的基本化学组成 核苷酸-1.碱基 嘌呤 嘧啶 2. 核苷酸的重要衍生物 ATP ATP水解时,释放出大量自由能 ATP水解释放出来的能量,作为推动生物体内各种需能反应的能量来源 * * (Nucleic Acid) 单链分子 双链分子 相对分子量比DNA小得多 相对分子量大，如人细胞核中的DNA分子至少含有9千万个核苷酸 是将DNA的遗传信息翻译和表达成具有各种功能的蛋白质 是遗传信息的携带者，具有存储和传递遗传信息的功能 分布于细胞质中 存在于细胞核内 核糖核酸(RNA) 脱氧核糖核酸(DNA) 是核糖核蛋白体的主要组成部分. rRNA的功能与蛋白质生物合成相关 翻译氨基酸信息,并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体.一个氨基酸对应一个tRNA 将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地-核糖核蛋白体 tRNA分子大小相似,tRNA链长73-78个核苷酸 不同细胞的mRNA链长和相对分子量差异很大 占总RNA的80% 占总RNA的10%~15% 占总RNA的5% rRNA (核糖体RNA) tRNA (转移RNA) mRNA （信使RNA) 核酸分子组成 核 酸 核苷酸 磷酸 核苷 戊糖 碱基 A G T C U 核糖 脱氧 核糖 嘌呤 嘧啶 5’-磷酸核糖核苷 磷酸 磷酸 酸 D-核酸 D-2-脱氧核糖 戊糖 尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T) 胞嘧啶(C) 胞嘧啶(C) 嘧啶碱 鸟嘌呤(G) 鸟嘌呤(G) 腺嘌呤(A) 腺嘌呤(A) 嘌呤碱 碱基 RNA DNA 化学组成 嘧啶 嘌呤 腺嘌呤A 鸟嘌呤G 胞嘧啶C 胸腺嘧啶T 尿嘧啶U 互变异构现象 碱基存在的主要形式 不同的互变异构体形成氢键的能力和方向有明显差别。碱基的互变异构对核酸的结构和性质有直接的影响。 碱基的紫外吸收 紫外有吸收，最大吸收峰在260nm附近 嘌呤和嘧啶环中有共轭双键体系 2．戊糖（pentose） β-D-核糖 β-D-2-脱氧核糖 DNA所含的糖 RNA所含的糖 3. 核苷（nucleoside） 核糖核苷 核苷中戊糖与碱基的连接方式： 腺嘌呤核苷 （adenosine） 胞嘧啶脱氧核苷 （deoxycytidne） 4. 核苷酸（nucleotide, Nt） 5’-磷酸核糖核苷 5’-磷酸脱氧核糖核苷 碱基 碱基 核酸 脱氧核糖核酸DNA 核糖核酸RNA 脱氧核糖核苷酸 磷酸二酯键 核糖核苷酸 磷酸二酯键 脱氧核糖 碱基 + 磷酸 + 脱氧核糖核苷 磷酸 + 核糖核苷 核糖 碱基 + A腺嘌呤 G鸟嘌呤 C胞嘧啶 T胸腺嘧啶 A腺嘌呤 G鸟嘌呤 C胞嘧啶 U脲嘧啶 腺嘌呤脱氧核糖核苷酸dAMP 鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸dGMP 胞嘧啶脱氧核糖核苷酸dCMP 胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸dTMP 腺嘌呤核糖核苷酸AMP