生物化学第四章核酸.pptx

生物化学第四章核酸 由于核酸得结构与功能比较复杂由于核酸得结构与功能比较复杂,分子很不稳定分子很不稳定,在在4类生物大分子中类生物大分子中,她得研究开始最晚。现代生物化学她得研究开始最晚。现代生物化学建立于建立于18世纪下半叶世纪下半叶,“蛋白质蛋白质”一词出现于一词出现于1838年。年。“核核酸酸”一词得出现晚半个世纪。然而对她得研究却改变了一词得出现晚半个世纪。然而对她得研究却改变了整整个生命科学得面貌个生命科学得面貌,并由此诞生了分子生物学这一当今并由此诞生了分子生物学这一当今发展最迅速、最有活力得学科。发展最迅速、最有活力得学科。核酸得生物学作用就是在发现核酸以后核酸得生物学作用就是在发现核酸以后70多年才被多年才被证证实得。实得。1944年年Avery等完成了著名得肺炎球菌转化试验等完成了著名得肺炎球菌转化试验,证明了使遗传性发生改变得转化因子就是证明了使遗传性发生改变得转化因子就是DNA。1953年年DNA双螺旋结构模型得提出双螺旋结构模型得提出,被认为就是被认为就是20世世纪自然科学中得重大突破之一。她揭开了分子生物学研究纪自然科学中得重大突破之一。她揭开了分子生物学研究得序幕得序幕,为分子遗传学得研究奠定了基础。为分子遗传学得研究奠定了基础。70年代初建立起来得年代初建立起来得DNA重组技术就是生命科学发展重组技术就是生命科学发展得又一重大突破得又一重大突破,基因工程诞生了。基因工程技术又大推基因工程诞生了。基因工程技术又大推动了分子生物学和分子遗传学等学科得发展。动了分子生物学和分子遗传学等学科得发展。第一节第一节 核酸得结构核酸得结构 核酸核酸(nucleic acid)就是一种多聚核苷酸就是一种多聚核苷酸,她得基本结构她得基本结构单位就是核苷酸单位就是核苷酸(nucleotide)。而核苷酸又由碱基、戊糖与。而核苷酸又由碱基、戊糖与磷酸组成。磷酸组成。核酸中得戊糖分两类核酸中得戊糖分两类:D-核糖和核糖和D-2-核糖。核酸得分类就核糖。核酸得分类就就是根据所含戊糖得种类不同而分为核糖核酸和脱氧核糖核酸。就是根据所含戊糖得种类不同而分为核糖核酸和脱氧核糖核酸。两类核酸得基本化学组成两类核酸得基本化学组成一、核苷酸一、核苷酸1.1.碱基碱基 2.2.核酸中得碱基分为两类核酸中得碱基分为两类:嘌呤碱和嘧啶碱。嘌呤碱和嘧啶碱。3.3.(1)(1)嘧啶碱嘧啶碱4.4.核酸中常见得嘧啶碱有三种核酸中常见得嘧啶碱有三种:胞嘧啶、尿嘧啶、胞嘧啶、尿嘧啶、5.5.胸腺嘧啶。胸腺嘧啶。其中其中,胸腺嘧啶胸腺嘧啶只存在于只存在于DNA中中,但就是但就是tRNA中也有中也有少量存在。尿嘧啶只存在于少量存在。尿嘧啶只存在于RNA中。植物中。植物DNA中中,有相有相当量得当量得5-甲基胞嘧啶。一些大肠杆菌噬菌体甲基胞嘧啶。一些大肠杆菌噬菌体DNA中中,5-羟甲基胞嘧啶代替了胞嘧啶。羟甲基胞嘧啶代替了胞嘧啶。(2)嘌呤碱嘌呤碱 核酸中常见得嘌呤碱有两类核酸中常见得嘌呤碱有两类:腺嘌呤和鸟嘌呤。腺嘌呤和鸟嘌呤。应用应用x光衍射分析法已证明了各种嘌呤和嘧啶得三维空间光衍射分析法已证明了各种嘌呤和嘧啶得三维空间结构。嘌呤和嘧啶环很接近平面结构。嘌呤和嘧啶环很接近平面,但稍有挠折。但稍有挠折。自然界存在许多重要得嘌呤衍生物。一些生物碱自然界存在许多重要得嘌呤衍生物。一些生物碱,如茶如茶叶碱叶碱(1,3-二甲基黄嘌呤二甲基黄嘌呤)、可可碱、可可碱(3,7-二甲基黄呤二甲基黄呤)、咖啡碱咖啡碱(1,3,7-三甲基黄嘌呤三甲基黄嘌呤)等都就是黄嘌呤等都就是黄嘌呤(2,6-二羟二羟嘌呤嘌呤)得衍生物。有些植物激素如玉米素、激动素等也就是嘌得衍生物。有些植物激素如玉米素、激动素等也就是嘌呤类衍生物。此外呤类衍生物。此外,还有些抗生素物质也就是嘌呤类衍生物。还有些抗生素物质也就是嘌呤类衍生物。(3)稀有碱基稀有碱基 核酸中还有一些含量很少得碱基核酸中还有一些含量很少得碱基,称为稀有碱基称为稀有碱基,大多大多就是甲基化碱基。就是甲基化碱基。2、核苷核苷 核苷就是一种糖苷核苷就是一种糖苷,由戊糖和碱基缩合而成。糖与由戊糖和碱基缩合而成。糖与碱碱基之间以糖苷键相连接基之间以糖苷键相连接,糖与碱基之间得连键就是糖与碱基之间得连键就是N-C键键,一般称之为一般称之为N-糖苷键。核苷分为核糖核苷和脱氧核糖核糖苷键。核苷分为核糖核苷和脱氧核糖核苷苷,命名时先碱基名称命名时先碱基名称,糖环中得碳原子标号上加糖环中得碳原子标号上加“”。10大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流3、核苷酸核苷酸 核苷中得戊糖羟基被磷酸酯化核苷中得戊糖羟基被磷酸酯化,就形成核苷酸。因就形成核苷酸。因此核苷酸就就是核苷得磷酸酯。核苷酸分成核糖核苷酸此核苷酸就就是核苷得磷酸酯。核苷酸分成核糖核苷酸和和脱氧核糖核苷酸。脱氧核糖核苷酸。核糖核苷得糖环上有核糖核苷得糖环上有3个自由羟基个自由羟基,能形成能形成3种不同种不同得核苷酸得核苷酸:2-核糖核苷酸核糖核苷酸,3-核糖核苷酸和核糖核苷酸和5-核核糖核苷酸。脱氧核糖得糖环上只有两个自由羟基糖核苷酸。脱氧核糖得糖环上只有两个自由羟基,所以所以只能形成两种核苷酸只能形成两种核苷酸:3-脱氧核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸和5-脱氧脱氧核糖核苷酸。生物体内游离存在核苷酸多就是核糖核苷酸。生物体内游离存在核苷酸多就是5-核苷酸核苷酸,用碱水解用碱水解RNA时时,可得到可得到2-与与3-核糖核苷酸得混合核糖核苷酸得混合物。物。细胞内有一些游离存在得多磷酸核苷酸细胞内有一些游离存在得多磷酸核苷酸,她们就是核她们就是核酸合成得前体、重要得辅酶和能量载体。酸合成得前体、重要得辅酶和能量载体。二、核酸得共价结构二、核酸得共价结构 核酸就是由核苷酸聚合而成得生物大分子核酸就是由核苷酸聚合而成得生物大分子,无分支结构。无分支结构。核酸得共价结构也就就是核酸得一级结构核酸得共价结构也就就是核酸得一级结构,通常就是指核酸通常就是指核酸得得核苷酸序列。核苷酸序列。1.核酸中核苷酸得连接方式核酸中核苷酸得连接方式2.核酸可被酸、碱和酶水解。核酸水解产生各种寡核核酸可被酸、碱和酶水解。核酸水解产生各种寡核苷酸、苷酸、核苷酸、核苷和碱基。这就说明核苷酸、核苷和碱基。这就说明,核苷酸就是核酸得结构单核苷酸就是核酸得结构单位位,核苷和碱基都就是由核苷酸水解而来。核酸得酸碱滴定核苷和碱基都就是由核苷酸水解而来。核酸得酸碱滴定曲线显示曲线显示,在核酸分子中得磷酸只有一级解离在核酸分子中得磷酸只有一级解离,她得另两她得另两个酸基必定与糖环得羟基形成了磷酸二酯键。通过核酸得个酸基必定与糖环得羟基形成了磷酸二酯键。通过核酸得外切酶外切酶,可知可知RNA以以3,5-磷酸二酯键连接核苷酸磷酸二酯键连接核苷酸,而而DNA得糖为得糖为2-脱氧核糖脱氧核糖,只能形成只能形成3,5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。核酸得共价结构核酸得共价结构(一级结构一级结构)有几种表示方法。上图就是竖有几种表示方法。上图就是竖线式线式,用竖线代表戊糖用竖线代表戊糖,B为碱基为碱基,P为磷酸基为磷酸基,原则上原则上5端在左侧端在左侧,3端在右侧端在右侧,磷酸二酯键得走向磷酸二酯键得走向35。在文字式中在文字式中,P在核苷之左表示与在核苷之左表示与C5相连相连,在右表示与在右表示与C3相连相连,有时有时P也可省略也可省略,仅以字母表示核苷酸得序列。仅以字母表示核苷酸得序列。2.DNA得一级结构得一级结构3.DNA得一级结构就就是由数量及其庞大得脱氧核得一级结构就就是由数量及其庞大得脱氧核糖核糖核4.苷酸苷酸,通过通过3,5-磷酸二酯键连接起来得直线形或环磷酸二酯键连接起来得直线形或环5.形多聚体。而且她没有支链。形多聚体。而且她没有支链。DNA得相对分子质量非常大得相对分子质量非常大,通常一个染色体就就是通常一个染色体就就是一个一个DNA分子分子,最大得染色体最大得染色体DNA可超过可超过108bp,即大即大于于1011。如此大得分子能够编码得信息量就是十分巨大得。如此大得分子能够编码得信息量就是十分巨大得。为了阐明生物得遗传信息为了阐明生物得遗传信息,首先要测定生物基因组首先要测定生物基因组得序列得序列,迄今已经测定生物基因组序列得生物数以百计迄今已经测定生物基因组序列得生物数以百计,其中包括病毒、大肠杆菌、果蝇、玉米、水稻和人类得其中包括病毒、大肠杆菌、果蝇、玉米、水稻和人类得基因组。基因组。人类基因组得大小为人类基因组得大小为3、2Gb,其中其中2、95Gb为常染色为常染色质质,真正用于编码蛋白质得序列仅占基因组得真正用于编码蛋白质得序列仅占基因组得1、1-1、4%3、RNA得一级结构得一级结构 RNA也就是无分支得也就是无分支得线型多聚核糖核苷酸线型多聚核糖核苷酸,主要由四种核糖核苷酸主要由四种核糖核苷酸组成。这些核苷酸中得组成。这些核苷酸中得戊糖不就是脱氧核糖而就是戊糖不就是脱氧核糖而就是核糖。核糖。组成组成RNA得核苷酸得核苷酸也就是以也就是以3,5-磷酸二磷酸二酯键彼此连接起来得。酯键彼此连接起来得。三、三、DNA得高级结构得高级结构 1953年年Watson与与Crick提出提出DNA双螺旋结构模型双螺旋结构模型,主要有主要有三方面得依据三方面得依据:一就是已知核酸化学结构和核苷酸键长与键角得一就是已知核酸化学结构和核苷酸键长与键角得数据数据;二就是二就是Chargaff发现得发现得DNA碱基组成规律碱基组成规律,显示碱基间得显示碱基间得配对关系配对关系;三就是对三就是对DNA纤维进行纤维进行X射线衍射分析获得得精确结射线衍射分析获得得精确结果。果。DNA双螺旋模型得建立不仅揭示了双螺旋模型得建立不仅揭示了DNA得二级结构得二级结构,也开也开创了生命科学研究得新时期。创了生命科学研究得新时期。1.DNA组成得组成得Chargaff规则规则2.20世纪世纪40年代应用纸层析及紫外分光技术测定各种生物年代应用纸层析及紫外分光技术测定各种生物3.DNA得碱基组成具有生物种得特异性得碱基组成具有生物种得特异性,不同物种得不同物种得DNA有其有其4.独特得碱基组成。独特得碱基组成。不同生物不同生物DNA得碱基组成得碱基组成 Chargaff首先注意到了首先注意到了DNA碱基组成得某些规律性。碱基组成得某些规律性。1950年她总结出年她总结出DNA碱基组成得规律碱基组成得规律,称为称为Chargaff规则规则:(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶得摩尔数相等腺嘌呤和胸腺嘧啶得摩尔数相等,即即A=T;(2)鸟嘌呤和胞嘧啶得摩尔数相等鸟嘌呤和胞嘧啶得摩尔数相等,即即G=C;(3)含氨基得碱基含氨基得碱基(腺嘌呤和胞嘧啶腺嘌呤和胞嘧啶)总数等于含酮基碱总数等于含酮基碱 基基(鸟嘌呤和胸腺嘧啶鸟嘌呤和胸腺嘧啶)总数总数,即即A+C=G+T;(4)嘌呤得总数等于嘧啶得总数嘌呤得总数等于嘧啶得总数,即即A+G=C+T。所有所有DNA中碱基组成必定就是中碱基组成必定就是A=T,C=G,这一规律暗这一规律暗示示A与与T,G与与C相互配对得可能性相互配对得可能性,为为Watson和和Crick提出提出DNA双螺旋结构提供了重要根据。双螺旋结构提供了重要根据。2.DNA得二级结构得二级结构3.Watson和和Crick于于1953年提出了年提出了DNA分子双螺旋结构分子双螺旋结构模型。模型。