3核酸化学.pptx

一、核酸的概念一、核酸的概念是由许多个核苷酸连接而成的酸性的是由许多个核苷酸连接而成的酸性的大分子物质，与碱性蛋白（组蛋白、大分子物质，与碱性蛋白（组蛋白、鱼精蛋白）结合存在于细胞核中。鱼精蛋白）结合存在于细胞核中。是生物遗传的物质基础是生物遗传的物质基础第一节第一节:核酸概述核酸概述DNARNAWatson and CrickF CrickDNADNA核核酸酸是是一一类类重重要要的的生生物物大大分分子子，担担负着生命信息的储存与传递。负着生命信息的储存与传递。核酸是存在于细胞中的一类大分子酸核酸是存在于细胞中的一类大分子酸性物质，包括核糖核酸（性物质，包括核糖核酸（RNARNA）和脱氧）和脱氧核糖核酸（核糖核酸（DNADNA）两大类。）两大类。RNARNA和和DNADNA都是以都是以单核苷酸单核苷酸为基本单为基本单位所组成的多核苷酸长链。位所组成的多核苷酸长链。RNARNA主要参与遗传信息的主要参与遗传信息的表达表达，而，而DNADNA则是遗传信息的则是遗传信息的载体载体。98 98核中（染色体中）核中（染色体中）真核真核 线粒体线粒体 核外核外 叶绿体叶绿体DNA DNA 拟核拟核 原核原核 核外：质粒核外：质粒 病毒：病毒：DNADNA病毒病毒二、二、核酸的种类和分布核酸的种类和分布 核酸分为两大类：核酸分为两大类：脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid Deoxyribonucleic Acid（DNADNA）核糖核酸核糖核酸 Ribonucleic AcidRibonucleic Acid（RNARNA）核酸的组成成分 核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖质、戊糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸的混（核糖或脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解则产生核苷和核苷酸。合物。核酸部分水解则产生核苷和核苷酸。每个核苷分子含一分子碱基和一分子戊糖，每个核苷分子含一分子碱基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除产生核苷外，一分子核苷酸部分水解后除产生核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物可还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物可用层析或电泳等方法分离鉴定。用层析或电泳等方法分离鉴定。核酸的分子组成核酸的分子组成核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷碱基碱基戊糖戊糖一、戊糖一、戊糖组成核酸的戊糖有两种。组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为所含的糖为 -D-2-脱氧核糖；脱氧核糖；RNA所含的糖则为所含的糖则为-D-核糖。核糖。RiboseRiboseDeoxyriboseDeoxyribose二、碱基二、碱基1 12 23 34 45 56 69 97 78 8l腺嘌呤腺嘌呤AdenineA Al鸟嘌呤鸟嘌呤guanineGG1.嘌呤嘌呤2.嘧啶嘧啶（Pyrimidine）1 12 23 34 45 56 6尿嘧啶尿嘧啶uracilU胞嘧啶胞嘧啶cytosineC胸腺嘧啶胸腺嘧啶thymineTRNA中主要含有中主要含有A、G、C、U四种碱基四种碱基DNA中主要含有中主要含有A、G、C、T四种碱基四种碱基核苷：核苷核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。而生成的化合物。在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核糖的核糖的C-1C-1-羟基与嘧啶碱羟基与嘧啶碱N-1N-1或嘌或嘌呤碱呤碱N-9N-9氢进行缩合，故生成的化学键氢进行缩合，故生成的化学键称为称为 ，NN糖苷键。糖苷键。1122334455(OH)1122334455(OH)四、核苷酸四、核苷酸（nucleotide）核苷酸核苷酸 核苷核苷+磷酸磷酸 戊糖戊糖+碱基碱基+磷酸磷酸HHHHHHH H H组成组成RNA的核苷酸有的核苷酸有AMP、GMP、CMP和和UMP组成组成DNA的核苷酸主要有的核苷酸主要有dAMP、dGMP、dCMP和和dTMP 核酸的结构核酸的结构一、一、核酸的一级结构核酸的一级结构核酸的排列顺序核酸的排列顺序可以用碱基排列顺序表示可以用碱基排列顺序表示连接键：连接键：3 3，5 5-磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架碱基形成侧链碱基形成侧链多核苷酸链均有多核苷酸链均有5 5-末端和末端和3 3-末端末端核酸的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形核酸的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于式。生物界物种的多样性即寓于DNADNA分子中四种核分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。苷酸千变万化的不同排列组合之中。二、二、DNA的二级结构的二级结构 DNA的双螺旋模型的双螺旋模型19531953年年，J.J.WatsonWatson和和F.F.Crick Crick 在在前前人人研研究究工工作作的的基基础础上上，根根据据DNADNA结结晶晶的的X-X-衍衍射射图图谱谱和和分分子子模模型型，提提出出了了著著名名的的DNADNA双双螺螺旋结构模型旋结构模型在在DNADNA分分子子中中，嘌嘌呤呤碱碱基基的的总总数数与嘧啶碱基的总数相等。与嘧啶碱基的总数相等。2.0 nm小小沟沟大大沟沟DNA double helix双螺旋稳定的力双螺旋稳定的力 氢键氢键 碱基堆积力（疏水相互作用及碱基堆积力（疏水相互作用及范德华力）范德华力）离子键等离子键等DNADNADNA双螺旋模型要点双螺旋模型要点B型结构型结构 两条链反向平行，右手螺旋两条链反向平行，右手螺旋 碱基在内（碱基在内（AT，GC）碱基）碱基平面垂直于螺旋轴平面垂直于螺旋轴 戊糖在外，双螺旋每转一周戊糖在外，双螺旋每转一周 为为10碱基对（碱基对（bp）A型结构型结构 碱基平面倾斜碱基平面倾斜20，螺旋变粗变，螺旋变粗变短，螺距短，螺距23nm。2.0 nm小小沟沟大大沟沟DNA的三级结构DNADNA的三级结构：指的三级结构：指双螺旋进一步扭曲双螺旋进一步扭曲形成的超螺旋。形成的超螺旋。包括：包括：线状线状DNADNA形成的纽结、超螺旋和形成的纽结、超螺旋和多重螺旋、环状多重螺旋、环状DNADNA形成的结、超螺旋形成的结、超螺旋和连环等和连环等线状DNA形成的超螺旋环状环状DNADNA形成的超螺旋形成的超螺旋真核生物中的核小体结构：l在真核生物中，双螺旋的DNA分子围绕一组蛋白八聚体进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构，称为核小体。核小体结构属于DNA的三级结构。四、DNA的功能DNADNA的基本功能是作为遗传信息的载的基本功能是作为遗传信息的载体，为生物遗传信息复制以及基因信息体，为生物遗传信息复制以及基因信息的转录提供模板。的转录提供模板。DNADNA分子中具有特定生物学功能的片分子中具有特定生物学功能的片段称为基因（段称为基因（genegene）。）。一个生物体的全部一个生物体的全部DNADNA序列称为基因序列称为基因组（组（genomegenome）。）。RNA的结构与功能的结构与功能一、结构特点一、结构特点 1.碱基组成碱基组成 A、G、C、U（AU/G=C）稀有碱基较多，稳定性较差，易水解稀有碱基较多，稳定性较差，易水解 2.多为单链结构，少数局部形成螺旋多为单链结构，少数局部形成螺旋 3.分子较小分子较小 4.分类分类mRNAtRNA rRNA 一、m R N A 的结构与功能mRNA可形成局部双螺旋结构的二级结构。mRNA分子中带有遗传密码，其功能是为蛋白质的合成提供模板。mRNA分子中每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码（coden）。二、二、tRNAtRNA是分子最小，但含有稀有碱基最多的RNA，其稀有碱基的含量可多达20%。tRNA是保守性最强的RNA。tRNA是单链核酸，但其分子中的某些局部也可形成双螺旋结构。三、rRNA的结构与功能rRNArRNA是细胞中是细胞中含量最多含量最多的的RNARNA，占总量的占总量的80%80%。rRNArRNA与蛋白质一起构成核蛋白体，与蛋白质一起构成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。作为蛋白质生物合成的场所。tRNA的三级结构的三级结构1.多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸5-核苷酸（一磷酸腺苷，如核苷酸（一磷酸腺苷，如AMP）的磷酸）的磷酸基可进一步磷酸化，生成基可进一步磷酸化，生成ADP，而后生成，而后生成ATP等高能磷酸化合物，其水解高能键等高能磷酸化合物，其水解高能键-P能释放大量的能量，是人体利用能量的能释放大量的能量，是人体利用能量的直接方式直接方式2.环化核苷酸环化核苷酸l cAMPl cGMP3.辅酶类氨基酸辅酶类氨基酸 NAD（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸）NADP（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）FMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）核酸的性质核酸的性质一、一般的理化性质一、一般的理化性质l 两性解离两性解离/一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微 溶于水，不溶于有机溶剂溶于水，不溶于有机溶剂l线性大分子（粘度高。抗剪切力差）线性大分子（粘度高。抗剪切力差）l可用电泳或离子交换（色谱）进行分离可用电泳或离子交换（色谱）进行分离l室温条件下，室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，在碱中变性，但不水解，RNA水解水解l加热条件下，加热条件下，D核糖浓盐酸苔黑酚核糖浓盐酸苔黑酚 呈绿色呈绿色 D2脱氧核糖酸二苯胺脱氧核糖酸二苯胺 呈蓝紫呈蓝紫色色 二、核酸的紫外吸收特性二、核酸的紫外吸收特性在核酸分子中，由于嘌呤 碱和嘧啶碱具有共轭双键 体系，因而具有独特的紫 外线吸收光谱，一般在260 nm左右有最大吸收峰，可 以作为核酸及其组份定性和 定量测定的依据。三、核酸的变性稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链结稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链结构的过程。核酸的的一级结构构的过程。核酸的的一级结构(碱基顺序碱基顺序)保持不变。保持不变。变性表征变性表征 生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增色效应）收增加（增色效应）变性因素变性因素 pHpH（11.311.3或或5.05.0）变性剂（脲、甲酰胺、甲醛）变性剂（脲、甲酰胺、甲醛）低离子强度低离子强度 加热加热