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第二章 核酸化学 概 述 1. 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid , DNA） 原核: 裸露的DNA分子集中于核区 真核: 细胞核DNA：与组蛋白、非组蛋白形成染色体 细胞器DNA：双链环形，一般裸露 核酸的功能 第一节 核苷酸 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。 ? 主要包括嘌呤碱和嘧啶碱。 ? 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。 ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。它的结构如下： 腺苷酸及其多磷酸化合物 ? 环核苷酸普遍存在于动植物及微生物中。 NAD：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 NADP：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸 第二节 DNA的分子结构 在讨论有关核酸问题时，一般只关心其中碱基的种类和顺序，所以上式可以进一步简化为： － PAPCPTPG － 或－ PA－C－T－G－ ----ACTG---- 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。 DNA双螺旋结构的要点: 1. DNA分子由两条反向平行的多聚脱氧核苷酸链组成。一条链的走向为5’→3’，而另一条链的走向向为3’→5’。两条链沿一个假想的中心轴右旋平行盘绕，形成大沟与小沟。 2. 磷酸和脱氧核糖作为不变的链骨架位于外侧，作为可变成分的碱基位于螺旋的内侧。链间的碱基按A＝T和G C配对形成碱基平面，平面与纵轴近于垂直。 3.螺旋横截面的直径约为2nm，相邻碱基平面的垂直距离为0.34nm，螺旋结构每隔10个碱基重复一次，间距为3.4nm。 4. DNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的，稳定力量主要有两个： 碱基堆积力（base stacking force） 氢键（hydrogen bond） DNA双螺旋结构的多态性 RNA是DNA的局部转录产物，分子量要比DNA小得多。 RNA为单链分子，以3’，5’-磷酸二酯键相连。 配对原则是A＝U，G C，但不遵守碱基当量定律。 根据RNA的功能，可以分为mRNA（message RNA）、tRNA（transfer RNA）和rRNA（ribosomal RNA）三种。 一、tRNA的分子结构 一级结构 单链核酸，通常由73－88个核苷酸组成。 含较多稀有核苷酸，如：DHU、ψ等。 3-末端都具有CCA的结构。 氨基酸臂 D臂（二氢尿嘧啶臂） D环 T?C臂 T?C环 额外环 AC臂（反密码臂） AC环 顺反子（cistron）：一个基因就是一个顺反子。 原核生物的mRNA一般是多顺反子。 真核生物的mRNA一般是单顺反子。 5’-末端有一个甲基化的鸟苷酸，称为“帽子结构” 3’-末端有一段长达200个核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA)，称为 “尾结构” 。 核酸分子中既含有酸性基团（磷酸基），也含有碱性基团（氨基），因而核酸具有两性性质。 核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而氨基是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。如DNA的等电点为4～4.5，RNA的等电点为2～2.5。 在生理pH或中性缓冲液中，核酸带负电，可在电场中向阳极移动。 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260nm左右有最大吸收峰，可以作为核酸定性和定量测定的依据。 核酸的变性（denaturation） 是指核酸分子中氢键断裂，双螺旋解开，变成无规则卷曲的过程。 核酸的复性（renaturation） 是指变性DNA的两条单链的碱基可以重新配对，恢复双螺旋结构。 DNA变性 DNA复性 能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。 把不同的DNA链放在同一溶液中做变性处理，或把单链DNA和RNA放在一起，只要有些区域有碱基配对的可能，它们之间就可能形成局部的双链。 核酸的杂交 变性DNA缓慢冷却，恢复双螺旋结构，称退火(annealing) 变性DNA迅速冷却，双链继续保持分开，称淬火(quenching) Tm值（melting temperature）：熔解温度，指消光值A260达到最大值一半时的温度。 左 12 4.5 Z-DNA 右 9.3 3.1 C-DNA（DNA-Li盐，75％相对湿度） 右 11 2.8