第五章-核酸的化学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,绿体，质粒等。,1,第五章,核酸的化学,内容,第一节,第二节,第三节,核酸的组成和结构,核酸的理化性质,核酸的分离与含量测定,第一节 核酸的组成和结构,一、核酸的概念和生物功能,核 酸,(nucleic acid),是以核,苷酸为基本,组成单位的生物大分子，携带和传,递遗传信息,。,核酸的分类及分布,脱氧核糖核酸,90%以上分布于细胞核，其,(deoxyribonucleic acid,余 分 布 于 核 外 如 线 粒 体，叶,DNA),核糖核酸,(ribonucleic acid,RNA),携带遗传信息，决定细胞和,个体的基因型,(genotype),。,分布于胞核、胞液。,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。,2,2,、核酸的生物功能,（,1,）核酸是遗传变异的物质基,础,二、核酸的分子组成和基本结构单位,单核苷酸,核酸,磷酸,水解,核苷酸,水解,核苷,碱基,嘌呤碱基,嘧啶碱基,水解,戊糖,核 糖,脱氧核糖,（,2,）核酸与生物遗传信息的传递,DNA RNA,蛋白质,（,3,）核酸与医药,疾病,药物,核酸的水解过程,AMP,H,dCMP,表,5-1,DNA,和,RNA,的基本化,学组成的异同,嘌呤碱,嘧啶碱,DNA,腺嘌呤,adenine A,鸟嘌呤,guanine G,胞嘧啶,cytosine C,RNA,腺嘌呤,A,鸟嘌呤,G,胞嘧啶,C,胸腺嘧啶,thymine T,尿嘧啶,U,戊糖,D-2-,脱氧核糖,D-,核糖,酸,磷酸,磷酸,N,N,NH,2,3,（,1,）嘧啶碱,核酸中常见的嘧啶碱有三类：,胞嘧啶 （,C,）,尿嘧啶 （,U,）,胸腺嘧啶（,T,）,（一）核苷和核苷酸,1.,碱基,N,3,2,4,5,6 1,NH,嘧啶,(pyrimidine),N,NH,2,NH,O,胞嘧啶,(c,ytosine,C),NH,O,NH,O,尿嘧啶,(u,racil,U),O,NH,H,3,C,小麦胚,DNA,含有,5-,甲基胞嘧啶,N,CH,3,O N,H,5-,甲基胞嘧啶,N,O,CH,2,OH,N,H,5-,羟甲基胞嘧,啶,HN,O,某些噬菌体中含有,5-,羟甲基胞嘧啶和,5-,羟甲基尿嘧啶等。,NH,2,NH,2,O,CH,2,OH,N,H,5-,羟甲基尿嘧,啶,（,2,）嘌呤碱,(pu,rine),1,N,2,5,4,6,3,N,N,7,8,9,NH,N,N,NH,O,胸腺嘧啶,(t,hymine,T),NH,2,NH,N,NH,腺嘌呤,(ad,enine,A),O,NH,鸟嘌呤,(gu,anine,G),N,（,3,）,稀有碱基,核酸中还有一些含量很少的碱基，称为稀有碱基。,NH,2,H,3,C,稀有碱基,N,N,N,H,2,、核糖和脱氧核糖,RNA:,-D-,核糖,DNA:-D-2-,脱氧核糖,3,、核苷的形成,戊糖和碱基缩合而成的糖苷称为核苷。,（,1,）,形成方式,戊糖和碱基之间通过,N-C,键（,N-,糖苷键,）,缩合而成的糖苷称为,核苷,戊糖的第一位碳原子,（,C1,）与嘌呤碱的第,九位氮,原子（,N9,）相,连形成糖苷键,H,H,HOCH,2,O,H,H,OH,H,N,N,N,N,NH,2,腺嘌呤脱氧核苷（脱氧腺苷）,4,O,NH,2,N,N,H,2,N,N,N,假尿嘧啶核苷,5,戊糖的第一位碳原,子（,C1,）与嘧啶碱,的第一位氮,原子,（,N1,）相连形成糖,苷键,核酸分子中的糖苷,键为,-,糖苷键,糖苷中的碱基与糖,环平面互相垂直。,HN,O,O,HOCH,2,O,H,H,OH,N,H,H,OH,尿嘧啶核苷（尿苷）,RNA,中主要的核糖核苷,腺嘌呤核苷,adenosine,A,、,鸟嘌呤核苷,guanosine,G,、,H,OH,H,OH,H,H,H,OH,H,OH,H,H,N,O,HOCH,2,O,H,OH,H,OH,H,H,胞嘧啶核苷,cytidine,C,、,尿嘧啶核苷,uridine,U,O,N,HN,N,N,HOCH,2,O HOCH,2,O,O,N,H,OH,H,OH,NH,2,HN,N,HOCH,2,O,H,H,（,2,）种类,:,核糖核苷和脱氧核糖核苷,(,根据戊糖的不同,),DNA,中主要的脱氧核糖核苷,H,OH,H,H,H,H,N,N,O,HOCH,2,O,N,O,H,OH,H,H,HN,O,HOCH,2,O,H,H,CH,3,H,OH,H,H,H,H,N,N,HN,H,2,N N,HOCH,2,O,H,OH,H,H,H,H,N,N,HOCH,2,O,N,N,腺嘌呤脱氧核苷,deoxyadenosine,dA,、,鸟嘌呤脱氧,核苷,deoxyguanosine,dG,、,胞嘧啶脱氧核苷,deoxycytidine,dC,、,胸腺嘧啶脱氧核,苷,deoxythymidine,dT,NH,2,O NH,2,C5,相连接,（,C-C,键,）,C,5,-C,1,N H,O,OH,H,OH,H OC H,2,O,H,H,H,假尿嘧啶核苷,tRNA,中含有少量,H N,1,6,戊,糖与嘧啶环的,O,2,5,3,4,H,H,5,H,5-,磷酸酯键,6,4,、核苷酸,核苷中戊糖的羟基发生磷酸酯化，就形成,OH,H,OH,N,N,H,-,NH,2,N,O,-,N,O P O CH,2,O,O,H,核苷酸。,连接键,:,酯键,天然核苷酸,均,为,5-,核苷酸,5-,腺嘌,呤核苷酸,5,端,3,端,核苷酸的连接,核苷酸之间,以,3,5-磷酸二酯,键,连接形成多核,苷酸链，即核酸。,C,A,G,N1,OH,HO P,O CH,2,O,O,OH,OH,OH OH,OH,HO P,O CH,2,O,O,核苷酸的连接,H,2,O,N1,O,N2,O,3,O OH,5,HO P,O CH,2,O,3,O,OH,OH,N3,OH OH,OH,HO P,O CH,2,O,OH OH,OH,HO P,O CH,2,O,N,OH,HO P,O CH,2,O,O,3-,磷酸酯键,N2,核苷酸可以分成两大类：,OH,H,OH,H,N,N,N,N,NH,2,-,O P O CH,2,O,O,H,O,-,OH,H,H,H,N,N,N,N,NH,2,-,O P O CH,2,O,O,H,O,-,核糖核苷酸,和,脱氧核糖核苷酸,。,AMP dAMP,O,O,7,表,5-2,RNA,RNA,和,DNA,的基本结构单位,DNA,腺嘌呤核苷酸,(AMP),腺嘌呤脱氧核苷酸,(dAMP),鸟嘌呤核苷酸,(GMP),鸟嘌呤脱氧核苷酸,(dGMP),胞嘧啶核苷酸,(CMP),胞嘧啶脱氧核苷酸,(dCMP),尿嘧啶核苷酸,(UMP),胸腺嘧啶脱氧核苷酸,(dTMP),H,OH,H,OH,H,H,N,N,N,N,N H,2,O,O P O CH,2,O,O,-,P,O,O,O,-,P,O,-,O,O,-,（二）,体内重要的核苷酸衍生物,（,1,）,腺嘌呤核苷三磷酸,-,ATP,（,2,）,环化核苷酸,3,5-,环腺苷酸（环腺苷磷，,cAMP,）,3,5-,环鸟苷酸（环鸟苷磷，,cGMP,）,cAMP,和,cGMP,分,别具有放,大和缩小,激素信号,的作用，,因此称为,激素的,第,二信使,。,H,O,H,H,H,OH,N,N,N,NH,2,N,O CH,2,O,O P,-,HN,N,N,O,H,O,H,H,H,OH,H,2,N N,O CH,2,O,O P,-,D-,核糖,酸磷酸）,尼克酰胺 腺嘌呤,D-,核糖,尼克酰胺,D-,核糖,腺嘌呤,D-,核糖,磷酸,（,3,）,辅酶类核苷酸,1,、辅酶,I,（,Co I,，,NAD,，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）,辅酶,II,（,Co II,，,NADP,，烟酰胺腺嘌呤二核苷,磷酸 磷酸,辅酶,I,（,NAD,）,磷酸 磷酸,辅酶,II,（,NADP,）,腺嘌呤,8,都是二核苷酸，即由两个单核苷酸组成，一,个单核苷酸含有的碱基是腺嘌呤，另一个核,苷酸的碱基是尼克酰胺（维生素,PP,，烟酰,胺）,辅酶,I,与辅酶,II,都是脱氢酶的辅酶，尼克酰胺,部分能够可逆的加氢与脱氢，在生物氧化中,起递氢作用。,2,、黄素腺嘌呤二核苷酸（,FAD,）,FAD,是类似二核苷酸的化合物，分子中一半,为腺嘌呤核苷酸，另一半是磷酸核黄素（黄,素单核苷酸、,FMN,），结构与核苷酸类似。,FAD,和,FMN,的功能是在生物氧化过程中起,传,递氢原子,的作用,核醇 磷酸 磷酸,D-,核糖,核,黄,素,异咯嗪,FMN,3,、辅酶,A,（,CoA,，,CoA-SH,）,辅酶,A,是核,苷酸的衍生物,，结构中含有腺嘌呤,核苷酸,D-,核糖,磷酸,磷酸,辅酶,A,分子中泛酸是一种水溶性维生素，其氨,基乙硫醇中的巯基是辅酶,A,参与酶促反应的一,个重要基团，因此辅酶,A,常用,CoA-SH,表示。,辅酶,A,参与糖、脂肪、蛋白质代谢，尤其是脂,肪代谢的促进作用更加重要。,氨基乙硫醇,腺嘌呤,泛酸,磷酸,三、核酸的分子结构,DNA,的一级结构指构成,DNA,的的各个单核苷酸之,间,连接键的性质及组成中单核苷酸的数目和排列顺,序。,11,1,、双螺旋模型的要点,1)DNA,分子是,由,两条,脱氧多核,苷酸链构成，两,条链都是右手螺,旋，两条链,反向,平行,。,3)DNA,双螺旋的直,径为,2nm,。每隔,0.34nm,有一个核苷酸，,两个相邻核苷酸之间的,夹角为,36,o,。每一圈双,螺旋有,10,对,核苷酸，每,圈高度,3.4nm,。,2),磷酸基和脱氧核糖在外,侧，彼此之间通过磷酸二,酯键相连接，形成,DNA,的,骨架，碱基在糖环的内侧，,糖环平面与碱基平面互相,垂直。,4,),DNA,两条链之间由碱基之间的氢键相连，,A=T ,G C,碱基间形成氢键,有一定规律：腺嘌,呤与胸腺嘧啶配对，,形成两,个氢键；鸟,嘌呤与胞嘧啶配对，,形成三个氢键。这,种碱基之间的互相,配对称为,碱基配对,。,12,5),沿螺旋轴方,向观察，碱基不,是充满双螺旋的,全部空间，链之,间的螺旋形成一,条大沟和一条小,沟。,2.0 nm,小,沟,大,沟,“,大沟”、“小沟”的功能,沟状结构与,DNA,、蛋白质间的相互识,别有关。,双螺旋结构稳定的作用力,1.,氢键：互补碱基之间,2.,碱基堆积力,（是,DNA,双螺旋结构稳定的主,要作用力）,3.,离子键：,带负电荷的磷酸基团与介质中的阳离子相,互作用,小结：,DNA,二级结,构主要特点,两条脱氧核酸链构成右手双,螺旋结构，链的走向相反,磷酸脱氧核糖链在螺旋的外,侧，碱基在螺旋的内侧,脱氧核糖平面与碱基平面相,互垂直,碱基配对规律：A=T、G,C,稳定力：,横向：氢键,纵向：碱基堆积力,13,2 DNA,双螺旋结构的多样性,A-DNA,B-DNA,Z-DNA,类型,方向,基数,左手螺旋,DNA,螺旋 每圈残 直径 碱基堆 螺距 每个碱基,(nm),积距离,(nm),旋转角度,(nm),B-DNA,右旋,10 2.0 0.34 3.4 36,o,Z-DNA,左旋,12,1.8,0.37,4.44,60,o,（三）,DNA,的三级结构,在,DNA,二级结构的基础上,，双螺旋扭曲,或再次螺旋就构成了,DNA,的三级结构。,超螺旋,是,DNA,三级结构的一种形式,RNA,的分子结构,（一）,RNA,的类型,1,、核糖体,RNA (,ribosomal RNA,rRNA,),2,、转运,RNA,3,、信使,RNA,(,transfer RNA,tRNA,),(,messenger RNA,mRNA,),（二）,RNA,的结构,特征,1.,基本组成单位是,AMP,、,GMP,、,CMP,、,UMP,和多种稀有碱基核苷酸。,2.,每分子中约含有几十至数千个,NMP,，,NMP,彼此之间通过,3,5,磷酸二酯键,连接。,3.,主要是,单链,结构，局部区域可卷曲形成,双螺旋结构，或称,发夹结构,。不配对的碱,基形成环状突起。具有二级结构的,RNA,进,一步折叠形成,RNA,分子的三级结构。,4.RNA,容易被碱水解。,14,15,（三）核糖体,RNA,特点,:,rRNA,的结构,分子大小不均一，部分双螺旋和部分突环相间排列,大肠杆菌的,16-S-rRNA,的三维结构,主要的一类RNA，占全部RNA的80,是一类代谢稳定、分子量最大的RNA,存在于,核糖体,内。,(四)转运,RNA,在蛋白质生物合成中起携带氨基酸的作用,tRNA,的结构：,一级结构,二级结构,三级结构,特点,:,是细胞内最小的一类,RNA,1,.,tRNA,的一级结构,由,70,90,个核苷酸,组成,含有较多稀有碱基,3,末端为,CCA-OH,16,二氢尿嘧啶环,反密码环,额外环,T,C,环,2.tRNA,二级结构,三叶草型,氨基酸臂,氨基酸臂,额外环,二氢尿嘧啶环,反密码环,TC,环,三叶草,3.tRNA,三级结构：呈倒,L,型,（五）信使,RNA,（,mRNA,）,1.,在细胞中含量很少,2.,代谢活跃，更新迅速,，半衰期较短,3.,是蛋白质合成的模板,结构,(,真核生物,),第二节 核酸的理化性质,3,端有多聚腺苷酸,(,polyA,),结构,5,端有,帽子结构,：,7-,甲基鸟嘌呤核苷三磷酸,（,M,7,G,5,PPP,5,NP,）,二、核酸的溶解度与粘度,核酸微溶于水，不溶于乙醇、乙,醚,和氯仿等有机溶剂，钠盐更容易溶于水。,天然,DNA,分子粘度极大，,RNA,粘度,比,DNA,小。,一、核酸的分子大小,核酸是高分子化合物,DNA,：,10,8,10,10,噬菌体,T2 1X10,8,2X10,9,大肠杆菌,8X10,10,果蝇,RNA,：（,2.3110,）,X10,4,三、核酸的酸碱性质,溶液,pH,高于,4,时，核酸全部解离成阴离,子状态,与金属离子（,Na,+,、,K,+,等）成盐,与碱性蛋白质（,如组蛋白）结合。,碱基对之间的氢键的性质与其解离状态,有关，,DNA,在,PH 4,11,之间最为稳定。,17,四、核酸的紫外吸收,五、核酸的变性,剂、酰胺和尿素等。,18,核酸的组成成份,中含有,嘌呤,和,嘧,啶,，所以核酸在,260nm,处有最大,紫外吸收。,2.,本质,空间结构,的改变,而不涉及一级结,构的变化,3.,影响因素,加热、过高或过低的,pH,、有机溶,1.,概念,:,有些理化因素会破坏,氢键,和,碱基堆,积力,，使核酸分子的,空间结构,改变，从,而引起核酸理化性质和生物学功能改变，,这种现象称为核酸的变性。,加热引起,DNA,的变性叫做,热变性,。将,DNA,的稀盐溶液加热到,80-100,几分钟，,双螺旋即被破坏，向无规则线团转变。,这一变化叫做,螺旋,-,线团转变,增色效应：,DNA,变性后紫外吸收增加,DNA的热变性,（,跃变过程,）,2,),影响,Tm,的因素,（,1,）与,G-C,碱基对含量成正比，,G-C,含量,越高,，,Tm,越大,（,2,）,Tm,受介质中离子强度影响。在离,子强度较低的介质中，,DNA,的溶解温,度较低。,（,3,）,RNA,也有螺旋,-,线团之间的改变，,但不如,DNA,明显。,19,DNA,的,熔点,1),概念,通常把,e(p),值,达到最高值一半时的,温度,称为“熔点”或溶,解温度，用,Tm,表示。,六、核酸的复性,1.,概念：,变性,DNA,在适当条件下，,两条彼此分开的链重新由氢键,连接形成双螺旋结构，这一过,程称为,复性,。,20,2.特点,理化性质得到恢复,双螺旋重新形成,粘度增高,紫外吸收值降低,-,减色效应,生物学活性,部分恢复,核酸的变性和复性,七、核酸的杂交,1.,概念：,变性的核酸在复性时，,异源,DNA,或,DNA,与,RNA,间按碱基,互补规律形成局部双,螺旋称为核酸的杂交。,2.,类型,:,Southern,印迹法：,DNA,杂交,Northern,印迹法：,RNA,杂交,Western,印迹法：蛋白质杂交。,