動物生物化學 課件 03(核酸化學)

第4章核酸化學一、概述

二、核酸的一級結構三、DNA的結構與功能

四、RNA的結構與功能五、核酸的理化性質(zhì)六、DNA的一級結構測定七、基因和基因組

（一）核酸的概念和重要性負責遺傳信息的儲存和傳遞，生物體內(nèi)的各種蛋白質(zhì)都是核酸編碼的產(chǎn)物。分類：脫氧核糖核酸（deoxyribonucleicacid，DNA）核糖核酸（ribonucleicacid，RNA）一、概述重要性

（1）DNA是主要遺傳物質(zhì)

（2）RNA的功能多樣性（二）核酸的化學組成核酸的水解

核酸低聚核苷酸核苷酸磷酸戊糖核苷

堿基HCCNHCNCNNHCH嘌呤123456789

1.堿基

（1）嘌呤堿

CCNHCNCNNHCH腺嘌呤NH2

CCNCHNCNNHCHO鳥嘌呤H2N626嘧啶CHNNCHCH123456HC（2）嘧啶堿

24

CCNNCHCHOH胞嘧啶NH2CHNCNCHCHOHO尿嘧啶

CHNCNCHCOHO胸腺嘧啶CH32452424（3）稀有堿基

CCNNCHCHOH胞嘧啶NH251CCNNCHCOH5-甲基胞嘧啶NH251-CH3OHOCHCOHHCOHHCH1'2'3'4'5'CH2OH核糖D-（直鏈式）

OCCCCOHHHOHOHHH1'2'3'4'5'HOH2C核糖D-β-（呋喃式）2.戊糖（1）核糖

OCCCCOHHHOHHH1'2'3'4'5'HHOH2C脫氧核糖2D--β-（呋喃式）（2）脫氧核糖

OCHCHOHHCOHHCH1'2'3'4'5'CH2OH脫氧核糖2D--（直鏈式）3.磷酸在核苷酸分子中與戊糖中的羥基縮合成酯。因為是一個三元酸，還可以與另一分子核苷酸的戊糖的未被結合羥基縮合形成磷酸二酯鍵，將兩分子核苷酸連接起來。

HHOHOHOHHCHNNCNHCNCC腺嘌呤核苷AHOH2CNH2

HHOHOHOHHHOH2COCHCHNNCCNH2胞嘧啶核苷C3.核苷91

RNA：中的核苷稱核糖核苷（或稱核苷）：腺苷（A）、鳥苷（G）、胞苷（C）、尿苷（U）。DNA

：中的核苷稱脫氧核糖核苷（或稱脫氧核苷）：脫氧腺苷（dA）、脫氧鳥苷（dG）、脫氧胞苷（dC）和脫氧胸苷（dT），“d”表示脫氧。4.核苷酸

CCNCHNCNNCHOHHOHHOHHPOHOOH1'2'3'4'5'OH2CH2NdGMP脫氧鳥苷酸

CCNHCNCNNCHHOHOHHOHHPOHOOH2'3'4'5'1'NH2OH2C腺苷酸AMPAGCUAGCT

天然核酸中

RNA：主要由腺苷酸、鳥苷酸、尿苷酸、胞苷酸4種核糖核苷酸組成。

DNA：主要是由脫氧腺苷酸、脫氧鳥苷酸、脫氧胞苷酸、脫氧胸苷酸4種脫氧核苷酸組成。

核苷酸的磷酸化核苷一磷酸（NMP）核苷二磷酸（NDP）核苷三磷酸（NTP）

ADPAMPATPγβαNNNCHCCHNCOPOOPPOOOHHHOHOHHCCHO~HOOHOHOH~~OCH2NH21''2'35''4環(huán)狀腺苷酸

（cAMP）二、核酸的一級結構

是指在多核苷酸鏈中各個核苷酸之間的連接方式、核苷酸的種類、數(shù)量以及核苷酸的排列順序。生物的遺傳信息就儲存于DNA的核苷酸序列中。DNA的遺傳信息是由堿基的精確排列順序決定的。

（一）核酸中核苷酸的連接方式（二）DNA和RNA的一級結構（一）核酸中核苷酸的連接方式連接方式3′,5′–磷酸二酯鍵

CCNHCNCNNCHHHOHHOHHPOHOOH2'3'4'5'1'NH2O—CH2

5'3'OHOPHHOHHHOOOHOPOOHHOHHHOHOPOOHHOHHHOHOPOOHHOHHHO鳥嘌呤胞嘧啶腺嘌呤胸腺嘧啶腺嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶鳥嘌呤PPPP5'3'PAPCPTPGA.B.C.DNA多核苷酸鏈的結構及其縮寫式表示法PA

CTG---H2CH2CH2CH2C5’3’（二）DNA和RNA的一級結構

DNA：4種脫氧核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMP按照一定的排列順序通過磷酸二酯鍵連接而成的沒有分支的多核苷酸鏈。

RNA：主要為4種核苷酸AMP、GMP、CMP、UMP通過磷酸二酯鍵連接而成的沒有分支的多核苷酸鏈，RNA分子中還有某些稀有堿基。三、DNA的結構與功能

DNA的堿基組成的特點（1）具有種的特異性；（2）沒有器官和組織的特異性；（3）年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境的改變不影響DNA的堿基組成；（4）DNA的堿基組成符合堿基摩爾比例規(guī)律。DNA堿基摩爾比例規(guī)律在各種DNA中，腺嘌呤與胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，即A＝T，鳥嘌呤與胞嘧啶(包括5-甲基胞嘧啶)的摩爾數(shù)相等，即G＝C+m5C；即嘌呤堿基的總摩爾數(shù)等于嘧啶堿基的總數(shù)：A+G＝T+C+m5C。這個堿基摩爾比例規(guī)律又稱為DNA的堿基當量定律。（一）DNA的雙螺旋結構（二）DNA三級結構Watson和Crick于1953年提出了DNA的右手雙螺旋結構模型，闡明了DNA的二級結構。它是上世紀最重大的自然科學成就之一，1962年榮獲諾貝爾化學獎。（一）DNA的雙螺旋結構

5'3'OHOPHHOHHHOOOHOPOOHHOHHHOHOPOOHHOHHHOHOPOOHHOHHHO鳥嘌呤胞嘧啶腺嘌呤胸腺嘧啶A.H2CH2CH2CH2C

PPPATGCATCG1'2'3'4'1'2'3'4'5'PPOHPPPOH3’3’5’5’

2nmDNA分子特征（1）兩條平行的多核苷酸鏈，以相反的方向，（即一條由3?向5?，另一條由5?向3?），圍繞著同一個（想象的）中心軸，以右手旋轉(zhuǎn)方式構成一個雙螺旋形狀。（2）疏水堿基于螺旋的內(nèi)側，親水的磷酸基和脫氧核糖以磷酸二酯鍵相連成的骨架位于外側。（3）堿基呈平面狀，與中心軸相垂直；相鄰堿基平面之間的距離為0.34nm，旋轉(zhuǎn)夾角為36°；每10對核苷酸繞中心軸旋轉(zhuǎn)一圈，故螺旋的螺距為3.4nm。（4）雙螺旋的直徑為2nm，沿螺旋的中心軸形成大溝和小溝交替出現(xiàn)。（5）兩條鏈被堿基對之間形成的氫鍵而穩(wěn)定的維系在一起，總是A-T配對，G-C配對。（二）DNA三級結構病毒超螺旋真核細胞的三級結構四、RNA的結構與功能（一）信使RNA（mRNA）的結構與功能（二）轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）的結構與功能（三）核糖體RNA（rRNA）的結構與功能

（一）mRNA的結構與功能概述

（1）占細胞中RNA總量的3％～5％；（2）細胞內(nèi)mRNA的種類很多，分子質(zhì)量極不均一；（3）mRNA是三類RNA中最不穩(wěn)定的。功能作為模板，直接指導蛋白質(zhì)的合成。

最簡單是：轉(zhuǎn)錄后，調(diào)轉(zhuǎn)方向的7-甲基鳥苷三磷酸，它與mRNA原來的5’端核苷酸借5’ppp5’連接形成m7GpppNm。

作用：（1）作為一種保護裝置將mRNA5’端封閉起來，可使mRNA免受核酸外切酶的水解破壞；（2）作為蛋白質(zhì)合成起始的辨認信號，啟動和加速翻譯過程。真核細胞的mRNA5’端的帽子結構大多數(shù)真核細胞mRNA在3’末端有一個長約200個核苷酸的polyA。PolyA是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)polyA聚合酶的作用而添加上去的。原核生物的mRNA一般無3’PolyA。

功能：與mRNA從細胞核到細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)移有關；與mRNA的半衰期即穩(wěn)定性有關（新合成的mRNA其PolyA鏈長，而衰老的mRNA其PolyA鏈較短）。真核細胞的mRNA3’末端的結構（二）tRNA的結構與功能概述（1）tRNA約占RNA總量的15％（2）通常以游離的狀態(tài)存在于細胞質(zhì)中；（3）細胞內(nèi)tRNA的種類很多，每一種氨基酸都有其相應的一種或幾種tRNA。功能主要是在蛋白質(zhì)生物合成過程中，攜帶活化氨基酸，并將其轉(zhuǎn)運到與核糖體結合的mRNA上用以合成蛋白質(zhì)，即具有轉(zhuǎn)運氨基酸和識別密碼子的作