04章核苷酸和核酸1

第四章核苷酸和核酸NucleotideandNucleicAcid核酸（nucleicacid，NA）是以核苷酸（nucleotid）为基本组成单位的生物大分子，是各种有机体遗传信息的载体。生物体中的各种蛋白质，乃至细胞的每种组分都是核酸顺序编码的信息产物。90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体分布于胞核、胞液(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNAmRNA，rRNA，tRNA)脱氧核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型。参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。核酸的分类及分布第一节碱基、核苷和核苷酸一、碱基、核苷和核苷酸的结构与种类核苷酸的元素组成C、H、O、N、P（9~10%）核苷酸的分子组成——含氮碱（碱基）：嘌呤碱，嘧啶碱——戊糖：核糖，脱氧核糖——磷酸基团1.碱基（base）的结构和种类嘧啶碱（pyrimidine,Py）胞嘧啶(Cytosine)、尿嘧啶(Uracil)、胸腺嘧啶(Thymine)嘌呤碱（purine,Pu）腺嘌呤（Adenine）、鸟嘌呤(Guanine)稀有碱基2.核糖的结构和种类核糖ribose脱氧核糖deoxyribose3.核苷的结构及主要核苷核苷(ribonucleoside)：碱基和核糖（脱氧糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。OHOH2CHHHbaseHOHOH1’5’4’3’2’核苷中戊糖与碱基的连接方式胞嘧啶核苷（cytidne）腺嘌呤核苷（adenosine）4.核苷酸（nucleotide）的结构核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。腺嘌呤核苷酸(AMP)2’-AMP3’-AMP5’-AMP脱氧腺嘌呤核苷酸(dAMP)3’-dAMP5’-dAMP1’5’4’3’2’核苷酸的分类核糖核苷酸（AMP，GMP，CMP，UMP）脱氧核糖核苷酸（dAMP,dGMP,dTMP,dCMP）MP：monophosphated：deoxy核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMPDeoxyadenosine5’-monophosphate（5’-dAMP）二、核苷酸的生物学功能1.细胞中的携能核苷酸：ATP和ADPATP30kJ/molNMP：nucleosidemonophosphateNDP：nucleosidediphosphateNTP：nucleosidetriphosphate2．一些核苷酸是细胞通讯的媒介(第二信使分子)：cAMP,cGMPATPcAMP+PPi腺苷酸环化酶3.核苷酸是许多酶辅助因子的结构成分第二节磷酸二酯键与多核苷酸5´端3´端CGA1.核苷酸的连接核苷酸之间以磷酸二酯键（phosphodiesterlinkage）连接形成多核苷酸链（polynucleotidechain）。寡核苷酸：＜50核苷酸多核苷酸特点方向性：游离磷酸5’末端游离羟基3’末端多样性:决定蛋白质多样性骨架:磷酸戊糖交替排列5pTpGpCpApT-OH35TGCAT32.多核苷酸链的表示第三节碱基的性质和核酸的结构1.核苷酸的紫外光吸收性质2.碱基之间形成氢键Watson&Crick1953年确定：A—T(U),C—G间形成氢键第四节DNA的结构StructureofDNA一、DNA储存遗传信息的证实1928年FrederickGriffith和1944年O.Avery1.细菌转化实验Avery细菌转化实验（1944）噬菌体2.噬菌体侵染细菌的实验二、各物种DNA有着独特的碱基组成•DNA结构有关重要线索来自Chargaff等的研究结果：Chargaff规则不同物种DNA碱基组成一般不同同一物种不同组织DNA碱基组成相同DNA碱基组成不因个体年龄、营养、环境而改变任何DNA的嘌呤残基总数等于嘧啶残基的总数[A]+[G]=[T]+[C][A]=[T][G]=[C]三、Watson-CrickDNA双螺旋结构(1953)Waston（美）&Crick（英）JamesDeweyWatson，1928～FrancisHarryComptonCrick，1916～2004目录HappyBirthday,DoubleHelix英国生物物理学家WilliamThomasAstbury1938年曾通过X射线结晶衍射图发现DNA分子是多聚核苷酸分子的长链排列。然而阿斯特伯里所发现的DNA图片极其不清楚，无法真实反映DNA清晰的图像。爱尔兰科学家MauriceWilkins为DNA结构确立作出贡献的其他几位科学家英国女科学家RosalindFranklin美国化学家LinusPaulingDNA纤维X-衍射图谱WilkinsFranklinWaston&Crick发表在nature上的文章DNA双螺旋结构要点两条DNA链绕同一中心轴成右手双螺旋，直径2nm两条DNA链反向互补平行，亲水性主链（磷酸-戊糖骨架）位于螺旋的外侧。疏水性碱基（近乎平面），相互贴近，堆积在双螺旋的内部并垂直于螺旋轴。维持DNA双螺旋结构的力：氢键(A=TC≡G)；碱基堆积力（base-stackingforces：疏水作用和范德华力）一个螺旋(360˚)含10个碱基对（10.5），螺距3.4nm由于两条链间的空间关系，DNA产生一条大沟和一条小沟两条DNA链的互补性可以进行互补的子代链的合成碱基互补配对大沟和小沟DNA复制四、DNA的结构1.DNA的一级结构核苷酸的排列顺序(碱基序列)。类型结晶状态ANa盐，相对湿度75%时结晶BNa盐，相对湿度92%时结晶C锂盐，相对湿度66%时结晶2.DNA的二级结构（1）A型、B型、Z型DNAWatson-Crick结构：生理条件下具随机顺序DNA的最稳定结构——B型DNADNA的结构可受环境条件的影响而改变——DNA能以多种不同的构象存在Z-DNA1979年美国AlexanderRich等人（atMIT）发现了左手DNA双螺旋结构——Z型DNA易形成Z型结构的碱基序列：d(CpGpCpGpCpGp)（2）特殊的二级结构回文结构（palindromicstructure）也称反向重复（invertedrepeats）：链内互补发夹形和十字形结构镜象重复（mirrorrepeat）H-DNA——三螺旋DNAHoogsteen碱基配对三链DNA的碱基配对形式双链DNA的碱基配对形式DNA结构变化的意义•复制、转录、重组——起始、调节位点3.DNA的三级结构DNA的三级结构是指DNA分子（双螺旋）通过扭曲和折叠所形成的特定构象。包括不同二级结构单元间的相互作用、单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征。超螺旋结构是三级结构的一种。