第六講 核酸化學(xué)

女漢紙“森蝶”繼承了爸爸的優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)基因？α-輔肌動(dòng)蛋白分布在骨骼肌Z線,是肌動(dòng)蛋白的結(jié)合蛋白,它通過與細(xì)肌絲相結(jié)合維持著肌纖維的有序排列和正常收縮。α-輔肌動(dòng)蛋白家族在人體中以α-輔肌動(dòng)蛋白-2和α-輔肌動(dòng)蛋白-3兩種方式存在。其中,α-輔肌動(dòng)蛋白-2存在于所有肌纖維類型中,而α-輔肌動(dòng)蛋白-3則僅存在于骨骼肌的快肌纖維中。α-輔肌動(dòng)蛋白-3基因ACTN3上的R577X(C1747T)位點(diǎn)存在單核苷酸多態(tài),該位點(diǎn)的C-T突變會(huì)造成577位的氨基酸由精氨酸(577R)變?yōu)榻K止蛋白(577X),由此造成α-輔肌動(dòng)蛋白-3的缺失。但是,該蛋白的缺失并沒有造成任何表型上的疾病。在接受調(diào)查的737名運(yùn)動(dòng)員中，參加奧運(yùn)會(huì)并取得頂級(jí)運(yùn)動(dòng)成績(jī)的爆發(fā)力項(xiàng)目，如短跑、舉重項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)員ACTN3基因RR基因型攜帶者比例高達(dá)95%，特別是爆發(fā)力項(xiàng)目的女運(yùn)動(dòng)員中，這個(gè)比例高達(dá)100%?；颍╣ene開始、發(fā)育的意思）（古代）種質(zhì)（猜想)（十九世紀(jì)）孟德爾—遺傳顆粒（推斷）（二十世紀(jì)初）摩爾根—染色體是基因的載體（蛋白質(zhì)？核酸？）（1944年）—DNA是基因的化學(xué)載體基因(Gene)即DNA上能夠編譯一個(gè)蛋白質(zhì)或RNA的最小單位，一個(gè)細(xì)胞內(nèi)所有基因組合在一起統(tǒng)稱為“基因組”

。DNA的所有功能本質(zhì)上反映的是基因的功能。基因3％假基因基因間隔區(qū)DNA雙螺旋生老病死存在基因（—內(nèi)因）心理因素、環(huán)境因素（—外因）基因診斷、基因治療已成為目前醫(yī)學(xué)發(fā)展的最前沿的方向。同時(shí)也成為新的財(cái)富源泉！共同決定生老病死基因必須通過RNA起作用?。ǘ㏑NA在蛋白質(zhì)合成中起著重要的輔助作用1.mRNA信使RNA2.rRNA

核糖體RNA3.tRNA

轉(zhuǎn)運(yùn)RNA

4.RNA病毒以RNA為遺傳物質(zhì)；第六講核酸的化學(xué)第一節(jié)

核酸的分子組成第二節(jié)

核酸的分子結(jié)構(gòu)第三節(jié)

核酸的理化性質(zhì)什么是核酸？1869年核酸最早分離自外科繃帶膿細(xì)胞的細(xì)胞核，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)含磷量之高超過當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的任何一種有機(jī)物，并且含有很強(qiáng)的酸性，故得名核酸。1909年其組成被研究清楚，1944年生物功能初步澄清，在X射線衍射技術(shù)支持下1953年結(jié)構(gòu)澄清。核酸是脫氧核糖核酸（DNA）與核糖核酸（RNA）的通稱。染色體是DNA的載體①DNA可通過復(fù)制遺傳給下一代功能(1)DNA是主要的生物遺傳物質(zhì)②DNA的組成差異決定了細(xì)胞中所有蛋白質(zhì)、RNA的結(jié)構(gòu)特征子代利用遺傳下來的DNA可以制造與父代相同的RNA、蛋白質(zhì)，故種瓜得瓜、種豆得豆。③多細(xì)胞的DNA控制了細(xì)胞分化、個(gè)體形成乃至個(gè)體的生老病死。任何一個(gè)多細(xì)胞生物的體細(xì)胞都含有完全相同的DNA。提問：為什么人體各組織器官的細(xì)胞形狀各異、功能不同？答案：不同細(xì)胞不同部分DNA發(fā)揮了作用（即表達(dá)）,其余DNA休眠。(2)RNA參與蛋白質(zhì)的生物合成rRNA:占細(xì)胞總RNA的80%，核糖體的組分，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所，23SRNA具有核酶活性，能催化肽鍵形成。tRNA:占細(xì)胞總RNA的15%，是轉(zhuǎn)換器，攜帶氨基酸并起解譯作用。mRNA:占細(xì)胞總RNA的3~5%，是信使，攜帶DNA的遺傳信息并起蛋白質(zhì)合成的模板作用。(3)RNA功能具有多樣性其核心作用是：基因表達(dá)的信息加工和調(diào)節(jié)。第一節(jié)核酸的分子組成一、核苷酸的組成二、核苷酸的結(jié)構(gòu)三、核苷酸的生物學(xué)作用一、核苷酸的組成核酸核苷酸磷酸核苷戊糖堿基水解核酸代表戊糖，對(duì)DNA而言為脫氧核糖，對(duì)RNA而言為核糖；

代表堿基

代表磷酸基核苷酸堿基RNADNA

嘧啶環(huán)

嘌呤環(huán)尿嘧啶U胸腺嘧啶T胞嘧啶C鳥嘌呤G腺嘌呤A稀有堿基嘌呤——次黃嘌呤、1-甲基次黃嘌呤、N2、N2-二甲基鳥嘌呤。嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羥甲基胞嘧啶、二氫尿嘧啶、4-硫尿嘧啶都是基本堿基的化學(xué)修飾型。DNA的起調(diào)節(jié)和保護(hù)遺傳信息的作用戊糖核糖(inRNA)2｀－脫氧核糖(inDNA)核苷二、核苷酸的結(jié)構(gòu)磷酸堿基戊糖H2OH2O堿基磷酸戊糖糖苷鍵酯鍵核苷酸堿基連接（糖苷鍵）酯鍵（對(duì)DNA為H）1`2`3`4`5`核苷酸的衍生物ATP是生物體內(nèi)分布最廣和最重要的一種核苷酸衍生物腺嘌呤核糖核苷三磷酸(三磷酸腺苷)（ATP）(鳥嘌呤核糖核苷三磷酸)環(huán)化核苷酸核苷三磷酸在環(huán)化酶催化下可以形成環(huán)化核苷酸最重要的環(huán)化核苷酸是cAMP和cGMPcAMP(3’,5’-環(huán)腺嘌呤核苷一磷酸)和cGMP(3’,5’-環(huán)鳥嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作為細(xì)胞之間傳遞信息的信使cAMP和cGMPcAMP與cGMP對(duì)細(xì)胞的影響腺苷酸環(huán)化酶與鳥苷酸環(huán)化酶是一種蛋白質(zhì)的2種不同構(gòu)象當(dāng)β受體被腎上腺素激活時(shí)，腺苷酸環(huán)化酶使腺苷酸環(huán)化，cAMP含量上升，cGMP下降，細(xì)胞內(nèi)特異性蛋白合成，導(dǎo)致細(xì)胞分化當(dāng)M受體被乙酰膽堿激活時(shí)，鳥苷酸環(huán)化酶使鳥苷酸環(huán)化，cGMP含量上升，cAMP下降，此時(shí)細(xì)胞內(nèi)DNA合成加速，細(xì)胞分裂例如牛皮癬病人的上皮細(xì)胞中cGMP含量高于正常人，引起上皮細(xì)胞的異常增生三、核苷酸的生物學(xué)作用（1）參與DNA、RNA的合成、蛋白質(zhì)的合成、糖與磷脂的合成（2）在能量轉(zhuǎn)化中起重要作用，ATP是生物體內(nèi)能量的通用貨幣（3）是構(gòu)成多種輔酶的成分：NAD、NADP、FAD和CoA（4）參與細(xì)胞中的代謝與調(diào)節(jié)（例cAMP、cGMP）第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)一、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、DNA的結(jié)構(gòu)1、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)2、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)2、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)三、RNA的種類和分子結(jié)構(gòu)一、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)1、核酸連接方式多個(gè)核苷酸相連形成多聚核苷酸多聚核苷酸是一個(gè)核苷酸的5’-磷酸基與其相鄰的核苷酸的3’-OH形成磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物由脫氧核糖核苷酸聚合而成的稱為DNA鏈由核糖核苷酸聚合而成的則稱為RNA鏈NNNNNH2OHOCH2HHHHO—P—O—OOHNNNNNH2OHHOCH2HHHH

-O—P=OO5′3′OHOHOH5′3′RNADNA2、多聚核苷酸的書寫方法

一般情況下，簡(jiǎn)寫式的從左→右表示從5’→3’，特殊情況下（如兩鏈相反）要注明鏈的方向方法1－－結(jié)構(gòu)式：同前方法2－－線條式戊糖3`-OH5`-磷酸PA核苷酸5`3`首端末端PPPPPP

AGCTGCOH方法3－－字母式P表示一個(gè)磷酸基團(tuán)，它寫在符號(hào)的左側(cè)表示磷酸與糖環(huán)的C5相連，右側(cè)表示與C3相連中間的P可以省略用連字符代替連字符有時(shí)也可以省略但兩端的P不能省略P二、DNA的結(jié)構(gòu)定義：指DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序。即四種堿基的排列順序DNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲(chǔ)的分子形式DNA的堿基組成（Chargaff定則）：在所有的DNA中，A=T，G=C即A+G=T+CDNA的堿基組成具有種的特異性，不具組織器官特異性DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示方法：略同前“多核苷酸的連接方式”1、DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)即DNA分子的空間結(jié)構(gòu)1）Chargaff堿基組成規(guī)律2）ＤＮＡ分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)DNA分子模型建立

(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等.A=T

鳥嘌呤與胞嘧啶的摩爾數(shù)相等.G=C嘌呤總數(shù)=嘧啶總數(shù)

A+G=C+T(2)DNA的組成具有種的特異性(3)DNA的堿基組成沒有組織的特異性,且較為穩(wěn)定,不隨年齡、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、環(huán)境改變的影響1）Chargaff堿基組成規(guī)律2）ＤＮＡ分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)A、ＤＮＡ由兩條反向平行的脫氧多核苷酸（兩條鏈的走向?yàn)?’→3’和3’→5’），圍繞一中心軸（假想軸）構(gòu)成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。B、堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)。雙鏈中相對(duì)的堿基按Ａ＝Ｔ和Ｇ≡Ｃ通過氫鍵配對(duì)連接，形成互補(bǔ).5’C3’5’C3’5’C彼此間以磷酸二酯鍵相連，構(gòu)成ＤＮＡ的骨架。B、堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)。雙鏈中相對(duì)的堿基按Ａ＝Ｔ和Ｇ≡Ｃ通過氫鍵配對(duì)連接，形成互補(bǔ).磷酸基與脫氧核糖在外側(cè)，5’C3’5’C3’5’C

糖環(huán)平面與中心軸平行。C、堿基平面與中心軸垂直，各相鄰平面部分重疊。3.4nmD、雙螺旋的直徑為2nm沿軸向，每隔0.34nm就有一個(gè)核苷酸每圈螺旋含有10個(gè)核苷酸，其軸向距為3.4nm,E.雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素DNA雙螺旋在生理狀態(tài)下十分穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。起穩(wěn)定作用的有哪些力？

疏水作用力（主要）

（又稱堿基堆積力：使堿基平面堆積的平面間范德華力，又稱堿基堆積力）

氫鍵

范德華力

在真核及原核細(xì)胞皆有證據(jù)顯示短的Z型DNA存在。其他類型的DNA雙螺旋Z型DNA左旋、細(xì)長(zhǎng)

3、

DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)A.真核細(xì)胞染色體的DNA念珠狀三級(jí)結(jié)構(gòu)4、DNA的功能1.基因的貯存：DNA是遺傳信息的主要載體，遺傳信息是分段分布的?；蚴荄NA大分子的功能片段。2.基因的延續(xù)：通過復(fù)制，把遺傳信息準(zhǔn)確地傳遞至子代，以保持遺傳信息的穩(wěn)定性。3.基因的表達(dá)：通過轉(zhuǎn)錄，把遺傳信息轉(zhuǎn)抄到mRNA分子上，從而指導(dǎo)合成具有特定氨基酸排列順序的蛋白質(zhì)。DNA是遺傳信息復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板，是生命遺傳繁殖和個(gè)體生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。4.基因組：一個(gè)生物體的全部基因序列。人類基因組大約由3.0×109bp的DNA組成，約含3.5～4萬個(gè)基因三、RNA分類和功能RNA的種類、分布、功能把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細(xì)胞1.信使RNA（mRNA）mRNA的結(jié)構(gòu)與功能一mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.在細(xì)胞內(nèi)含量最少(2%-5%),更新最快,

成熟的mRNA主要儲(chǔ)存于細(xì)胞質(zhì)中.

2.真核細(xì)胞mRNA的特點(diǎn)(1)3’末端有多聚腺嘌呤的結(jié)構(gòu)(polyA)(2)5’末端具有帽子結(jié)構(gòu)(m7GpppN)(3)一種mRNA只含有一條多肽鏈的信息二mRNA的功能蛋白質(zhì)合成的直接模板mRNA的結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）

在所有RNA中，對(duì)tRNA的研究最多。tRNA約占細(xì)胞總RNA的10％～15％左右，分子量較小。主要功能是將特異的氨基酸運(yùn)送到核糖體參與蛋白質(zhì)合成，共50種左右。因?yàn)閰⑴c蛋白質(zhì)合成的氨基酸只有20多種，因此多數(shù)氨基酸都有一種以上的特異的tRNA與之對(duì)應(yīng)。轉(zhuǎn)運(yùn)同一種氨基酸的tRNA稱為同功tRNA（isoacceptortRNA）。

tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)

呈三葉草形。因?yàn)殡p螺旋結(jié)構(gòu)所占比例甚高，tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定。

氨基酸臂二氫尿嘧啶環(huán)

反密碼子環(huán)

額外環(huán)

假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)

3.核糖體RNA（rRNA）rRNA的功能

與核糖體蛋白(ribosmalprotein，rp)組成核糖體，提供蛋白質(zhì)裝配的場(chǎng)所。snmRNAs的種類核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)小RNA催化性小RNA小片段干涉RNAsnmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)一、一般性質(zhì)二、核酸的變性、復(fù)性及其分子雜交第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)1一般性質(zhì)A、形狀：DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末狀固體B、酸堿性兩性，偏酸C、溶解性微溶于水，不溶于一般的有機(jī)溶劑D、水解性D.紫外吸光性堿基的嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)為共軛體系，最大吸收波長(zhǎng)260nm(蛋白質(zhì)280nm)；紫外分光光度法檢測(cè)核酸的純度通過測(cè)定波長(zhǎng)在260nm和280nm處吸光度的比值(A260／A280)來估計(jì)核酸樣品的純度DNA溶液：A260／A280=1.8

RNA溶液：A260／A280=2.0方法：在波長(zhǎng)260nm紫外線下，吸光度為1時(shí)，紫外分光光度法估計(jì)核酸的濃度取5μl雙鏈DNA樣品,加水稀釋至1ml。以1ml純水作參照測(cè)定波長(zhǎng)在260nm處的吸光度值(Ａ260),假如測(cè)得稀釋樣品的Ａ260值為0.500，相當(dāng)于50μg/ml的雙鏈DNA,40μg/ml的單鏈DNA或RNA,20μg/ml的單鏈寡核苷酸問題1那么原液中DNA的濃度是？μg/ml2、核酸的變性、復(fù)性及其分子雜交(1)變性(2)復(fù)性(3)分子雜交(1)核酸的變性A、概念

核酸分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)解開，氫鍵斷裂（不涉及共價(jià)鍵的斷裂），使雙鏈分離，這種現(xiàn)象稱為核酸的變性B、引起核酸變性的因素如乙醇、丙酮、尿素、酰胺等加熱、介質(zhì)中的pH過酸或過堿、加入有機(jī)溶劑、C、核酸的變性與降解的區(qū)別

降解是指多核苷酸鏈中的磷酸二酯鍵斷裂，使分子量降低，其過程是不可逆的。一般是可逆的，不發(fā)生分子量的變化。變性D、蛋白質(zhì)和核酸的變性兩者均不涉及共價(jià)鍵的斷裂一級(jí)結(jié)構(gòu)不破壞粘度下降，生物活性喪失

ＤＮＡ分子的熱變性ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)即遭破壞，氫鍵斷裂，雙鏈分離。將ＤＮＡ的稀鹽溶液加熱至80～95℃(或以上)數(shù)分鐘，d.喪失生物活性a.260nm處的紫外吸收值升高b.粘度下降c.浮力、密度升高（增色效應(yīng)）變