核酸化学(一).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,*,第四章 核酸化学,第一节 核酸概述,一、,核酸的,研究历史和重要性,二、核酸的,种类和分布,三、核酸的,生物学功能,1869,年,Miescher,，博士论文工作中测定淋巴细胞蛋白质组成时，发现了不溶于稀酸和盐溶液的沉淀物，并在所有细胞的核里都找到了此物质，故命名“核质,(Nuclein)”,。,1879,年,Kossel,经过,10,年的努力，阐明除蛋白质外核质中有四种不同的组成部分：,A,、,T,、,C,和,G,。,1889,年,Altman,建议将“核质”改名为“,核酸,”,，因为已经认识到“核质”乃“核酸”与蛋白质的复合体。,1929,年,Levene,发现动物细胞的核酸含有一种特殊的核糖脱氧核糖，得出了一个错误概念：植物核酸含核糖，动物核酸含脱氧核糖。这个错误概念一直延续到,1938,年，这时方清楚,RNA,和,DNA,的区别。,Levene,还提出了核酸的“磷酸核糖,(,碱基,),磷酸”的骨架结构，解决了,DNA,分子的线性问题，还在,1935,年提出“四核苷酸”，认为这四种碱基的含量是一样的。,1944,年,Avery,研究肺炎双球菌的转化因子，证明,DNA,是细菌遗传性状的转化因子。,1950,年,Chargaff,E,和,Hotchkiss,R.D.,采用纸层析法仔细分析了,DNA,的组成成分，得知,A=T,，,G=C,，,A+G=C+T,。,1953,年,Watson,Crick,根据,DNA,的,X,射线图谱的研究结果，提出了,DNA,的双螺旋模型。几星期后提出了半保留式复制模型。,1957,年,Meselsnhe&Stahl,用密度梯度超离心法，证实半保留复制假说。,1958,年,Kornberg,得到高纯度的,DNA,，这种酶需要一个模板,DNA,。,1960,年,Cairns,将复制中的细菌,DNA,拍电镜照片。,1961,年,Brenner,Jacob,等人用,13,C,，,15N,标记蛋白质，用,32,P,标记核酸的方法证实了一种新的,RNA,分子，命名为信使,(messenger)RNA,即,mRNA,。,1965,年,Holley,经过7年的努力测出酵母,Ala-,tRNA,序列。,1970,年 发现第一,个,DNA,限制性内切酶。,1972,年,DNA,重组技术的建立。,1978,年 双脱氧,DNA,测序法的建立。,80年代,RNA,研究出现第二次高潮：,ribozyme,、,反义,RNA、,“,RNA,世界,”,假说等等。,1990,年,人类基因组计划实施。,开辟了生命科学新纪元。生命科学进入后基因时代：,功能基因组学,蛋白质组学,结构基因组学,RNA,组学或核糖核酸组学,核酸分为两大类：,脱氧核糖核酸,（,DNA,）,Deoxyribonucleic Acid,核糖核酸,（,RNA,）,Ribonucleic Acid,90%,以上分布于细胞核，其余分布于核外,如线粒体，叶绿体，质粒等。,分布于胞核、胞液。,(,DNA,),(,RNA,),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。,DNA,大多为双链分子,大多数是线性链状结构，少部分呈环状,分子量一般都很大,脱氧核糖核酸（,DNA,）,染色体是,DNA,的载体,DNA,可通过复制遗传给下一代,人体,23,对染色体,分别来自于父母,复制后的染色体,DNA,组成的差异决定：细胞中,蛋白质,、,RNA,的结构特征,子代遗传物质来自亲代：,种瓜得瓜、种豆得豆,。,DNA,控制细胞分化、个体形成乃至个体的生老病死。,任何一个多细胞生物的体细胞都含有,完全相同的基因组,DNA,。,各组织器官的细胞形状各异、功能不同？,DNA,表达差异,核糖核酸（,RNA,）,RNA,为单链分子,RNA,主要负责,DNA,遗传信息的,翻译和表达,分子量比,DNA,小得多,RNA,的类别,mRNA,tRNA,rRNA,mRNA,tRNA,rRNA,mRNA,tRNA,rRNA,RNA,的类别,mRNA,tRNA,rRNA,mRNA(,信使,RNA),约占总,RNA,的,5%,不同细胞的,mRNA,链长和分子量差异很大,其功能是将,DNA,的遗传信息传递到蛋白质合成基地,核糖核蛋白体。,Messenger RNA,tRNA,(,转移,RNA),约占总,RNA,的,10-15%,在蛋白质生物合成中翻译,AA,信息、将相应,AA,转运到核糖核蛋白体,每一个,AA,至少有一个相应的,tRNA,tRNA,分子大小相似，一般为,73-78,个核苷酸,Transfer RNA,rRNA,(,核糖体,RNA),约占全部,RNA,的,80%,是核糖核蛋白体的主要组成部分,功能与蛋白质生物合成相关。,Ribosome RNA,RNA,的种类、分布、功能,除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为,非,mRNA,小,RNA(small,non-messenger,RNAs,snmRNAs,),。,核糖体,RNA,核内不均一,RNA,核内小,RNA,细胞核和胞液,线粒体,功,能,rRNA,mRNA,mt,rRNA,tRNA,mt,mRNA,mt,tRNA,HnRNA,SnRNA,SnoRNA,scRNA/7SL,-,RNA,核糖体组分,蛋白质合成模板,转运氨基酸,成熟,mRNA,的前体,参与,hnRNA,的剪接、转运,rRNA,的加工、修饰,蛋白质内质网定位合成,的信号识别体的组分,RNA,信使,RNA,转运,RNA,RNA,核内小,胞浆小,RNA,细胞核和胞液,线粒体,功,能,rRNA,mRNA,mt,rRNA,tRNA,mt,mRNA,mt,tRNA,HnRNA,SnRNA,SnoRNA,scRNA/7SL,-,RNA,蛋白质合成模板,转运氨基酸,的前体,的加工、修饰,蛋白质内质网定位合成,的信号识别体的组分,核仁小,RNA,含量,80,5,10-15,（一）,DNA,是主要的遗传物质,1944,，,O.Avery,肺炎双球菌转化实验,1952,，,A.D Hershey,和,M.Chase,噬菌体感染实验,O.T.Avery,的细菌转化实验,III S,型细胞（有毒）,II R,型细胞（无毒）,破碎细胞,DNAase,降解后的,DNA,II R,型细胞接受,III S,型,DNA,只有,II R,型,大多数仍为,II R,型,少数,II R,型细胞被转化产生,III S,型荚膜,S（,光滑）,S,R,R,R（,粗糙）,+,DNA,转化作用：从一种细菌中得到,DNA,通过一定途径进入另一种细菌，从而引起后者遗传特性的改变。起转化作用的物质称转化因子。,噬菌体感染实验,1952,年美国,Hershey-Chase,噬菌体感染实验,35,S-shell,32,P-DNA,（,二）,RNA,功能的多样性,1,、参与蛋白质的合成,2,、,RNA,的转录后加工与修饰,3,、参与基因表达的调控,4,、生物催化作用,RNA,在蛋白质合成中起着重要的辅助作用,1,.,mRNA,信使,RNA,2,.,rRNA,核糖体,RNA,3.,tRNA,转运,RNA,第二节 核酸的化学组成,核酸（,DNA,和,RNA,）,是,线性多聚核苷酸，,基本结构单元是,核苷酸,DNA,与,RNA,结构相似，组成成份上略有不同,核酸的组成,核酸,核苷酸,磷酸,核苷,戊糖,碱基,水,解,核 酸,代表,戊糖,，对,DNA,而言为,脱氧核糖,，对,RNA,而言为,核糖,；,代表,碱基,代表,磷酸基,核苷酸,一、核苷酸的,组成,二、核苷酸的,生物学功能,一、核苷酸（,nucleotide),（一）碱基,嘌呤碱：,腺嘌呤（,A,）、鸟嘌呤（,G,）,嘧啶碱：,胸腺嘧啶（,T,）、胞嘧啶（,C,）、尿嘧啶（,U,）,稀有碱基：,嘌呤环,嘧啶环,（,1,）嘌呤碱,（,2,）嘧啶碱,(,uracil,),(cytosine),(thymine),RNA,DNA,尿嘧啶,U,胸腺嘧啶,T,胞嘧啶,C,鸟嘌呤,G,腺嘌呤,A,胺式亚胺式互变异构,酮式烯醇式互变异构,（,3,）稀有碱基,嘌呤,次黄嘌呤、,1-,甲基次黄嘌呤、,N,2,、,N,2,-,二甲基鸟嘌呤。,嘧啶,5-,甲基胞嘧啶、,5-,羟甲基胞嘧啶、,二氢尿嘧啶、,4-,巯尿嘧啶,都是基本碱基的,化学修饰型,（二）核苷：核糖,+,碱基,DNA,含,-D-2-,脱氧核糖,RNA,含,-D-,核糖,核苷,nucleoside,糖与碱基之间的,C-N,键：,C-N,糖苷键，且都是,糖苷键。,C1N1,（嘧啶）,C1N9,（嘌呤）,碱基与糖环平面垂直。,稀有核苷：,1,、,2-0-,甲基,-,核糖,-,核苷,2,、稀有碱基,DHU,3,、,连接方式,（假尿,嘧啶核苷）,假尿苷，,pseudouridine,，,（三）核苷酸,磷酸,碱基,戊糖,H,2,O,H,2,O,碱基,磷酸,戊糖,核苷键,酯键,核苷酸,碱基连接（核苷键）,酯 键,（对,DNA,为,H,）,1,2,3,4,5,八种核苷酸,M/,单，,D/,二，,T/,三；,P-,磷酸,RNA,的名称为单,/,二,/,三苷酸，,DNA,在单,/,二,/,三前加脱氧两字。,如,AMP,称腺苷一磷酸,(,或腺苷酸）,dAMP,称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）,稀有核苷酸与上类似,（,四,）核苷酸的衍生物,生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。,（,1,）,ATP(,腺嘌呤核糖核苷三磷酸,),ATP,的性质,是重要的能量转换中间体,ATP,含两个高能磷酸键：水解时可释放大量自由能，推动体内各种需能反应。,ATP,也是磷酰化剂：磷酰化的底物具较高能量（活化分子），是许多生物化学反应的激活步骤,。,（,2,）,GTP(,鸟嘌呤核糖核苷三磷酸,),生物体内游离存在,，也是一种高能化合物,具有类似,ATP,的结构,主要是作为蛋白质合成中磷酰基供体,在许多情况下,ATP,和,GTP,可以相互转换,（,3,）,cAMP,和,cGMP,cAMP,3,5,环腺嘌呤核苷一磷酸,cGMP,3,5-,环鸟嘌呤核苷一磷酸,细胞间信使,cAMP,和,cGMP,的环状磷酯键是一个高能键：,pH 7.4,时,水解能约为,43.9 kJ/mol,，,比,ATP,水解能高得多。,二、核苷酸的生物学功能,作为核酸的单体,细胞中的携能物质（如,ATP,、,GTP,、,CTP,、,GTP,）,酶的辅助因子的结构成分（如,NAD,）,细胞通讯的媒介（如,cAMP,、,cGMP,）,