核酸的结构与功能及核苷酸代谢(2014.12)

1核酸结构与功能及核苷酸代谢2DNA染色体脱氧核糖核酸核酸RNA细胞核/质核糖核酸DNA:储存细胞所有的遗传信息RNA：在遗传信息的表达及蛋白质合成中起作用(某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体)。DeoxyribonucleicacidRibonucleicacidNucleicacid3第一节核酸的化学组成组成元素：C、H、O、N、P基本单位（构件分子）：核苷酸磷酸酯键磷酸酯键4碱基+核糖+磷酸嘧啶或嘌呤核糖或脱氧核糖核苷nucleoside核苷酸nucleotide组成核酸的基本构件分子：核苷酸5一、碱基：含氮的杂环化合物，有嘧啶和嘌呤的衍生物组成嘌呤：6腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）7嘧啶：胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）（C）（U）（T）CH38二、戊糖构型：β-D-核糖、β-D-脱氧核糖OHOHHOCH2HOCH29三、核苷含氮碱（嘌呤或嘧啶）+核糖（脱氧核糖）核苷H糖苷键（N-C）10四、核苷酸（核苷+磷酸）核苷中戊糖5’碳原子上的羟基与磷酸通过磷酸酯键相连形成种类：核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸磷酸酯键磷酸酯键11根据连接的磷酸数目分为：NMP、dNMP、NDP、dNDP、NTP、dNTP12核苷酸作用：1.合成核酸的主要原料2.在物质代谢中起着供能（ATP、活性载体（UDPG、CDP-胆碱）3.构成辅酶（NAD+、FAD）4.作为激素第二信使参与体内信号传递（cAMP、cGMP）1313信息分子-cAMP能量ATP活性葡萄糖供体维生素B2、B3体内活性形式14五、核酸中核苷酸的连接方式连接键：3’-5’磷酸二酯键一个核苷酸的3’-OH与另一个核苷酸的5’-磷酸脱水缩合形成多聚核苷酸链。具有方向性5’到3’H3’,5’磷酸二酯键3’5’15ACP5PTPGPCPTPOH3书写方法5pApCpTpGpCpT-OH35ACTGCT3线条式字母式16思考题：什么叫做核酸、核苷酸、核苷？参与核酸组成的常用碱基是那些？参与核酸组成的糖有几种？体内有几种核酸？核酸中连接核苷酸的的共价键是什么？17DNA分子的一极结构多核苷酸链中的脱氧核糖核苷酸（碱基）的排列顺序参与碱基：A、T、C、G第二节DNA的结构与功能排列顺序？dAMP、dTMP、dCMP、dGMP18二、.DNA的二级结构：双螺旋结构模型（doublehelixstructure)揭示了生物界遗传性状得以遗传的分子奥秘由许多脱氧单核苷酸组成的双螺旋大分子19双螺旋结构特点：（1）由两条长度相同、反向平行的互补多脱氧核苷酸长链为骨架。右旋方式饶一个共同的中轴旋绕，直径2nm。（2）疏水的碱基平面在螺旋的内侧，垂直于螺旋纵轴。亲水的糖、磷酸骨架在螺旋外侧，与碱基平面互相垂直。每个螺旋有10个碱基，两个碱基之间的距离为0.34nm。20（3）螺旋的表面有大沟(majorgroove)、小沟(minorgroove)。是蛋白质与DNA互相作用部位。（4）两条反向平行链以碱基配对而固定在一起。A=T、G=C，两者之间以氢键相连21纵向：碱基堆积力（上、下碱基平面的疏水基团形成的力）横向：碱基对之间的氢键（5）维持双螺旋结构稳定的两种力225’5’3’3’2324三、DNA的超级结构在双螺旋的基础上进一步盘曲所形成的超螺旋结构。正超螺旋(positivesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方同相同负超螺旋(negativesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反25真核生物DNA的高级结构----DNA与蛋白质形成复合物真核生物基因组DNA比较大，通常与蛋白质结合，进行折叠压缩染色体结构。DNA缠绕在组蛋白上，折叠成核小体（染色质的基本组成单位）26几个核小体组成染色质纤维，染色质纤维进一步盘曲，折叠形成染色单体。27四、DNA的功能：生物遗传信息的携带者，基因复制和基因表达（转录和翻译）的模板是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。28五、基因与基因组能编码有功能的蛋白质多肽链或合成RNA所必需的DNA序列，是核酸分子的功能单位。（gene)基因-----DNA分子中的特定区段29基因组（genome)-----一个生物体的全部基因序列（储存了一个物种所有的遗传信息。各种生物基因组的大小、结构、基因的种类和数量都是不同的。30RNA的一级结构------RNA分子中碱基组成和排列顺序分子量小于DNA，数量多，种类多，分子大小不一，结构不同碱基种类：A、G、C、U、少量的稀有碱基。第三节RNA的结构与功能AMP、GMP、CMP、UMP31分类（参与蛋白质合成中作用不同）tRNA（transferRNA)转运氨基酸和识别密码子mRNA(messengerRNA)在蛋白质翻译中提供遗传密码rRNA(ribosomalRNA)提供蛋白质合成场所32种类多，分子大小不一，含量少，约占3%结构：真核生物与原核生物结构差异很大一、信使RNA（mRNA）33mRNA的功能：传递DNA的遗传信息，作为蛋白质合成模板，指导蛋白质生物合成。分子中相邻的三个核苷酸编成一组，作为密码子，决定编码某种氨基酸34二、tRNA的结构结构特点：※体内将近有上百种tRNA，大部分核苷酸数都在60-90之间※含有稀有碱基，约占10％～20％，转录后修饰的※所有的tRNA3’末端都是-CCA----氨基酸臂※二级结构是三叶草型，局部的双螺旋组成的发夹结构功能区：氨基酸臂、反密码环※三级结构是倒L型，两端是功能区35三叶草形局部的双螺旋+非互补区形成的环状结构四个螺旋区、四个环氨基酸臂：结合氨基酸Tψ-C环：结合核蛋白体。含T、ψ额外环：数目变异大。作为tRNA分类标志反密码环：其中三个核苷酸组成反密码子与mRNA上的密码子形成氢键DHU环：环中含有DHU（二氢尿嘧啶核苷酸）36倒L型在二极结构上的一个折叠，形成两端，一端为氨基酸臂，另一端为反密码环碱基堆积力是稳定构型的主要因素37tRNA的功能：通过反密码环识别mRNA的密码子，然后作为载体转运相应的氨基酸，参与蛋白质的生物合成38结构特点：※单链与局部双螺旋的复杂空间结构三、核糖体RNA细胞内含量最多的RNA，80%以上39※组成核糖体：rRNA+多种核蛋白体装配形成大、小亚基40目录核蛋白体的组成占总重量的35%49种占总重量的30%31种蛋白质4718个核苷酸160个核苷酸120个核苷酸28S5.85S5S2940个核苷酸120个核苷酸23S5SrRNA60S50S大亚基占总重量的50%33种占总重量的40%21种蛋白质1874个核苷酸18S1542个核苷酸16SrRNA40S30S小亚基真核生物（以小鼠肝为例）原核生物（以大肠杆菌为例）41rRNA的功能：与蛋白质组成核糖体，装配蛋白质，是蛋白质合成场所4243DNA和RNA的异同点DNA的一级结构多核苷酸链中的脱氧核糖核苷酸（碱基）的排列顺序参与碱基A、G、C、T方向5’----3’连接键3’-5’磷酸二酯键分子大功能:携带遗传信息部位:细胞核和线粒体RNA的一级结构多核苷酸链中的核糖核苷酸（碱基）的排列顺序参与碱基A、G、C、U、有少量的稀有碱基方向5’----3’连接键3’-5’磷酸二酯键分子量小于DNA，数量多，种类多，分子大小不一，结构不同功能:信息的复制与表达部位:核、质、线粒体44思考题：DNA双螺旋结构特点。三种RNA分子及功能从一级结构、参与碱基、连接键、分子大小、方向、存在的部位及功能等方面比较一下DNA和RNA45第四节核酸的理化性质一、核酸的一般性质※含有较多的磷酸，呈现酸性※分子很大，溶液中黏度很高，RNA分子小于DNA，黏度小于DNA46二、核酸的紫外吸收核酸中的碱基内的共轭双键，在260nm波长的紫外有较强的吸收，可用于核苷酸、核酸进行定性、定量分析47三、核酸的变性、复性和杂交变性：在一定理化因素作用下，核酸双螺旋等空间结构中碱基之间的氢键断裂，双螺旋结构解开变成单链的现象。理化因素：加热、化学试剂（酸、碱、有机溶剂）48DNA变性的本质是双链间氢键的断裂49复性（退火）：DNA变性是可逆的，当变性条件缓慢去除后，解开的双链经过碱基配对又重新聚合形成双螺旋结构的过程。热变性后的复性-----退火低色效应：伴随着复性，其核酸的紫外吸收降低的现象5051杂交：具有互补序列的不同来源的两条单链核酸分子，按碱基配对原则结合在一起。杂交分子：DNA-DNA、DNA-RNA、RNA-RNA5253病人DNA样本带标记的含有疾病核苷酸特异序列斑点杂交54思考题什么为DNA变性，产生的原因何谓DNA复性何谓核酸杂交55RNA和DNA彻底水解后的产物是1.核糖相同,部分碱基不同2.碱基相同,核糖不同3.部分碱基不同,核糖不同4.碱基不同,核糖相同5.以上都不是思考题56核酸中核苷酸之间的连接方式是2',3’磷酸二酯键3',5'磷酸二酯键2',5’-磷酸二酯键糖苷键氢键57下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNA中?腺嘌呤胞嘧啶鸟嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶58核苷酸的代谢一、嘌呤核苷酸的代谢二、嘧啶核苷酸的代谢59核苷酸是核酸的基本组成单位核苷酸碱基磷酸戊糖核苷脱氧核糖核糖嘌呤（A、G)嘧啶(C、U、T)核酸：是有核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸组成的大分子化合物脱氧脱氧脱氧60第一节嘌呤核苷酸代谢嘌呤（核酸中参与的碱基是嘌呤）核苷酸的合成代谢从头合成:利用体内一些简单原料（氨基酸、1C单位、CO2、磷酸核糖等）经过一系列酶促反应合成嘌呤。是多数细胞合成核苷酸的主要途径。61补救合成：利用体内现成的嘌呤，通过比较简单反应过程来合成嘌呤核苷酸的过程。主要在脑、骨髓组织中。62嘌呤核苷酸的结构63从头合成部位：体内大多数细胞(脑、骨髓除外）关键酶：PRPP合成酶、酰胺转移酶64合成的特点：在磷酸核糖基础上由小分子物质或基团逐渐合成嘌呤环部分，首先是IMP（次黄嘌呤核苷酸）,然后再进一步转变成GMP（鸟嘌呤核苷酸、AMP（腺嘌呤核苷酸）。中间产物：IMP先有糖的骨架，后有嘌呤环65IMP合成过程663）GMP、AMP生成6767AMP+H2OIMP+NH3GMP腺苷酸脱氨酶嘌呤核苷酸之间的转换鸟苷酸还原酶68ATP、GTP生成由AMP、GMP在激酶的作用下，以ATP为磷酸供体，经过两步磷酸化生成激酶激酶AMPADPATPGMPGDPGTP激酶激酶ATPATPATPATPADPADPADPADP69补救合成部位：脑、骨髓（从头合成酶系缺乏）酶：腺嘌呤磷酸核糖转移酶----APRT次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶----HGPRT70特点：合成简单,消耗ATP少，节省原料（来自与aa）在骨髓、脑组织等中无从头合成酶系，只能以补救合成为主要途径。71腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP72嘌呤核苷酸合成的抗代谢物6-巯基嘌呤（6-mercaptopurine,6MP）结构与IMP相似，在体内转变成6-MP核苷酸，反馈抑制合成中的几个关键酶（PRPP合成酶、酰胺转移酶），干扰或阻断AMP、GMP合成。起到抗肿瘤生长的作用。73腺嘌呤核苷酸IMP次黄嘌呤核苷腺苷腺苷酸脱氨酶ADA核苷酸酶磷酸（+）核苷酸酶+磷酸腺苷酸脱氨酶嘌呤核苷磷酸化酶，PNP+1-磷酸核糖黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶5-磷酸核糖磷酸戊糖途径PRPP黄嘌呤次黄嘌呤尿酸嘌呤核苷酸的分解代谢类似食物核苷酸的消化74尿酸----是嘌呤核苷酸分解代谢的终产物，正常人尿中排出尿酸量为0.25-0.70g,如嘌呤分解过多或肾排受阻,可使血中尿酸含量增高.痛风----尿酸的结晶沉积在关节、软组织、软骨或肾脏,导致关节疼痛,临床上称为痛风。75治疗原则减少尿酸的生成增加尿酸的排出76第二节嘧啶核苷酸代谢从头合成：原料：天冬氨酸、氨基甲酰磷酸（谷氨酰胺和CO2）、PRPP关键酶：氨基甲酰磷酸酶II（CPS-II）77嘧啶核苷酸的结构78特点：先合成嘧啶环，再与PRPP结合，