动物生物化学课件4 核酸的化学

第4章核酸的化学本章主要内容：核酸的化学组成核酸的结构核酸的理化性质著名的肺炎链球菌转化实验更有说服力的噬菌体实验脱氧核糖核酸，DNA（DeoxyribonucleicAcid），在原核细胞是核质的成分，在真核细胞DNA与蛋白质结合形成染色体，少量存在于线粒体。一个生命有机体的每个体细胞（除生殖细胞外）都含有相同质和量的DNA，包含了它的全部遗传信息。核糖核酸，RNA（RibonucleicAcid）主要存在于胞液内，真核细胞的核仁和线粒体也含有少量RNA。RNA的量是变动的。主要有mRNA，tRNA和rRNA。病毒或者是DNA病毒或者是RNA病毒。1.核酸的化学组成核酸，DNA或RNA，经核酸酶水解生成单核苷酸。单核苷酸是组成核酸的基本单位。核苷酸进一步分解生成碱基、核糖（或脱氧核糖）和磷酸。核酸的水解核酸→核苷酸nucleicacidnucleotide磷酸phosphate核苷nucleoside碱基戊糖basepentose234N191.核酸的化学组成1.1碱基胞嘧啶（Cytosine，C）C216CHNHCHN345CHOOHN3C216CHNHC45COOCH3N3C2CH16NHC45CHNH2OHCCC5C6NCHN789NH尿嘧啶（Uracil，U）NH2HN125463NCHN78NHOH2N鸟嘌呤（Guanine,G）胸腺嘧啶（Thymine，T）核酸中的嘧啶碱基腺嘌呤（Adenine,A）核酸中的嘌呤碱基1.核酸的化学组成1.2核糖42H3OHH5CH2OHOHHOHH142HOH5CH2OHOHH3OHOHH1核糖（D-ribose）脱氧核糖（2′-deoxy-D-ribose）DNA：脱氧核糖RNA：核糖1.核酸的化学组成1.3核苷A、概念：碱基和戊糖通过糖苷键连接而成的化合物B、分类：嘌呤核苷（腺苷、鸟苷）嘧啶核苷（胞苷、尿苷、胸苷）核糖核苷—构成RNA脱氧核糖核苷—构成DNANNN9NOHOHH1HHHOCH2HNHNH2NN9NOHOHH1HHHOCH2HOHOHHHHOCH2HH11NNOOHOHHHHOCH2HH11NHNO腺嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷胸腺嘧啶脱氧核苷NN9NNNH2OHH1HOHHHOCH2OHHNNNOH2N9NOOHH1HOHHHOCH2HOOHHOHHHOCH2HH11NNNH2OOHHOHHHOCH2OHH11NHNOO腺嘌呤核苷NH2鸟嘌呤核苷O胞嘧啶核苷NH2尿嘧啶核苷OCH3核苷（上）与脱氧核苷（下）1.核酸的化学组成1.4核苷酸核苷酸（nucleotide）的概念：核苷（脱氧核苷）与磷酸通过酯键结合而成的化合物。NNN9NNH21HHOHNOHNH2NN9NH1HOHH1HOH1NNNH2OH1HOH1NOHNOOOPOCH2OOHHOHOOPOCH2OOHHOHOOPOCH2OOHHOHOOPOCH2OOHHOHNNN9N5腺嘌呤核苷酸NH21HHHN5鸟嘌呤核苷酸OHNH2NN9NH1HHH1HH1NN5胞嘧啶核苷酸NH2OH1HHN15尿嘧啶核苷酸OHNO5腺嘌呤脱氧核苷酸5鸟嘌呤脱氧核苷酸5胞嘧啶脱氧核苷酸5胸腺嘧啶脱氧核苷酸OOPOCH2OOHHOHOOPOCH2OOHHOHOOPOCH2OOHHOHOOPOCH2OOHHOHCH3核糖核苷酸（上）与脱氧核糖核苷酸（下）1.核酸的化学组成1.5其他核苷酸A、参加能量代谢的核苷酸：ATP、ADPB、参加细胞信号传导的核苷酸：环腺苷酸（cyclicAMP，cAMP）环鸟苷酸（cyclicGMP，cGMP）OCHNNNH2HNHCN5OCH2OH-OOOP~OP~OPO-O-O-HHOHOH腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）NHCNCHNNNH2HOHHOHCH2OHOOPO-3′,5′-环状腺苷酸（cAMP）DNARNA嘌呤碱腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤嘧啶碱胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶戊糖D-2′-脱氧核糖D-核糖酸磷酸磷酸1.核酸的化学组成DNA分子和RNA分子核苷酸组成的差别5`H2C5`CH25`H2C3’，5’-磷酸二酯键NH2NNNNONNHNNNH2NNOHOPOOO3`OHOHHOPOOO3`OHOPOOO3`OGNH2CA3′end2.核酸的结构5′end2.1核酸中核苷酸的连结方式3’,5’phosphodiesterlinkage侧链核苷酸之间的连接方式是主链2.核酸的结构2.2DNA分子的结构DNA分子的大小天然存在的DNA分子最显著的特点是很长，分子质量很大，一般在106~1010。DNA的碱基组成有如下特点：具有种的特异性。没有器官和组织的特异性。在同一种DNA中，A=T、G=C+m5C，即A+G=T+C+mC。年龄、营养状况、环境的改变不影响DNA的碱基组成。2.核酸的结构2.3核酸的一级结构概念：核酸一级结构指DNA或RNA中核苷酸的排列顺序，亦可称之为碱基排列顺序。2.核酸的结构2.4DNA的二级结构DNA双螺旋结构的研究背景：A、Chargaff规则：20世纪40年代末至50年代初a、Pu=Py，且A=T、G=Cb、不同生物种属DNA碱基组成不同c、同一个体不同器官(组织)的DNA碱基组成B、RosalindFranklin获得高质量的DNAX衍射照片，显示DNA分子呈螺旋外形2.核酸的结构①DNA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。两条链方向相反。②碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基以磷酸二酯键相连形成的骨架位于螺旋外侧。③内侧碱基呈平面状，碱基平面与中心轴相垂直，脱氧核糖的平面与碱基平面几乎成直角。相邻碱基平面在螺旋轴之间的距离为0.34nm，旋转夹角为36°。因此，每10对核苷酸绕中心轴旋转一圈，螺距为3.4nm。DNA双螺旋结构要点：2.核酸的结构④螺旋的直径约为2nm。沿螺旋的中心轴形成的大沟和小沟交替出现。⑤两条链被碱基对之间形成的氢键稳定地维系在一起。碱基的相互结合具有严格的配对规律，A与T，G与C，A和T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。2.核酸的结构Watson和Crick所提出的模型称为B-DNA。不同构型的DNAB型是最稳定的构型2.核酸的结构2.5超螺旋DNAA、原核生物：超螺旋结构核小体的构成核小体由DNA和组蛋白共同构成。组蛋白H2A、H2B、H3和H4各2分子构成八聚体，DNA双螺旋缠绕在此八聚体上，形成核心颗粒（coreparticle），核心颗粒间通过连接区（组蛋白H1和60bpDNA）连接成串珠状结构。长约140bp的DNA分子绕核心部位1¾圈。核小体的串珠状结构2.核酸的结构2.6RNA分子的结构mRNA：占细胞中RNA总量的3%～5%，分子量大小不一，不稳定，代谢活跃，更新迅速，是合成蛋白质的模板。rRNA：细胞中含量最多的RNA，核糖体的组成成分，蛋白质合成的场所。tRNA：约占细胞中RNA总量的15%。约由75~90个核苷酸组成。蛋白质合成中携带活化的氨基酸。RNA的碱基组成：A、G、C、URNA分子的类型：mRNA、rRNA、tRNA2.6.1mRNA的结构和功能把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。2.6.2转运RNA的结构与功能tRNA一级结构特点：A、小分子单链RNA，70-90个核苷酸组成B、含10-20%的稀有碱基（rarebases）I、DHU、ψ、mA、mGC、5’端通常为pG；3’端通常为-CCA-OHtRNA空间结构特点：A、三叶草形二级结构：AA臂：特异结合AA反密码环(反密码子)：与密码子配对DHU环：与氨基酰-tRNA合成酶结合TψC环：与核蛋白体结合可变环B、倒L形三级结构*tRNA的二级结构——三叶草形氨基酸臂氨基酸臂DHU环反密码环额外环可变环TΨC环*tRNA的三级结构——倒L形*tRNA的功能活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。2.6.3核蛋白体RNA的结构与功能rRNA结构特点A、原核生物有：5S、16S、23S三种真核生物有：5S、5.8S、18S、28S四种B、核蛋白体RNA和数十种蛋白质构成核蛋白体(ribosome)，核蛋白体包括大、小两个亚基。C、多个茎-环（stem-loop）结构rRNA的功能参与构成核蛋白体，是合成蛋白质的场所。3.核酸的性质3.1紫外吸收的特性嘌呤和嘧啶在260nm有特异的吸收峰,这个性质用于核酸的分析3.核酸的性质3.2溶解性溶于偏碱的溶剂中，可以为乙醇沉淀，容易受机械作用力而断裂。3.3黏性DNA溶液有高度的黏性3.核酸的性质3.4DNA分子的变性DNA双螺旋的有序结构受各种理化因子，如热、酸碱、变性剂、有机溶剂以及稀释的作用，转变为无规则的线团结构。变性的特征：增色效应，黏度下降，沉降系数增加，生物学活性丧失3.核酸的性质增色效应：核酸分子加热变性时，其在260nm处的紫外吸收急剧增加的现象。Tm值：当紫外吸收变化达到最大变化的半数值时，此时所对应的温度称为熔解温度、变性温度或用Tm值表示。DNA解链曲线3.核酸的性质影响Tm值的因素:①溶液的性质大肠杆菌DNA在不同浓度KCl溶液下的熔融温度曲线②DNA的性质和组成3.核酸的性质3.4复性（renaturation）复性：变性DNA分开的两条链在适当条件下重新生成双链结构的过程。退火（annealing）:热变性的DNA经缓慢冷却后复性的过程。3.核酸的性质3.5分子杂交当两条不同来源的DNA（或RNA）链或DNA链与RNA链之间存在互补顺序时，在一定条件下可以发生互补配对形成双螺旋分子，这种分子称为杂交分子。形成杂交分子的过程称为分子杂交（moleculehybridization）。研究DNA之间的亲缘关系；发现基因的缺失或突变；测定某种遗传信息的量；鉴定某种基因等3.核酸的性质核酸探针（nucleicacidprobe）:能特异性的探测带某一特定序列的DNA或RNA分子的标记核酸分子。利用探针(probe),可以：用于鉴定DNA的Southern印迹技术用于鉴定RNA的Northern印迹技术原位杂交技术基因芯片技术等以分子杂交为基础建立起的分子生物学研究技术有：课堂提问在pH为7.0时，哪种氨基酸带正电荷？A丙氨酸B亮氨酸C赖氨酸D谷氨酸E苏氨酸侧链上含有巯基的氨基酸是？AArgBSerCThrDCysEMet请说出测定未知浓度蛋白质溶液浓度的方法及其原理。2.6.1信使RNA的结构与功能messengerRNA，mRNAmRNA的前体A、不均一核RNA（heterogeneounuclearRNA，hnRNA）B、hnRNA的加工成熟2.6.1信使RNA的结构与功能messengerRNA，mRNAmRNA的前体A、不均一核RNA（heterogeneounuclearRNA，hnRNA）B、hnRNA的加工成熟A、5'-帽子（5'-cap）:m7GpppmNp-Np作用：增强mRNA稳定性、促进mRNA与核蛋白体结合、加速翻译起始的速度。B、3'-尾（3'-tail）:polyA作用：与转位和稳定性有关C、三联体密码（tripletcode）:mRNA分子上每相邻的三个碱基（核苷酸）决定多肽链上的一个氨基酸。D、编码区与非编码区成熟mRNA的结构特点：核苷酸（NTP与dNTP）是合成RNA与DNA的原料；能量的利用形式，如ATP；参与代谢过程，如UTP参与糖原合成，CTP参与磷脂合成，GTP参与蛋白质的合成；辅酶（基）的组成成分，如CoA，NAD，FAD等；参与代谢调节，如第二信使cAMP和cGMP。1.1核苷酸的生理功能1.核苷酸的合成代谢定义：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤(嘧啶）核苷酸的途径。部位：肝脏、小肠、胸腺从头合成途径(de