生化第二章 核酸

OH
N9 β1 N1 β1
腺苷(AR)
N9-β1糖苷键
脱氧胞苷(dCR)
N1-β1糖苷键
核苷小结：
碱基和核糖的缩合物，以N-糖苷键相连；
成苷位置：
核糖C-1与嘧啶N-1； 核糖C-1与嘌呤N-9。
核苷：
腺苷A，鸟苷G，胞苷C，尿苷U；
脱氧核苷：
脱氧腺苷dA, 脱氧鸟苷dG, 脱氧胞苷dC, 脱氧胸苷dT；
O
亚氨基态胞嘧啶
OH
N
NH N
N
uracil 酮式
uracil 烯醇式
N H
O
OH
酮式尿嘧啶
稀醇式尿嘧啶
碱基的紫外吸收
最大吸收峰在260nm附近
核苷酸的两性解离和等电点
胞嘧啶核苷酸的解离
NH2 + HN O HO P O CH2 OH H OH OH + CMP
N O
pKa2=4.5
NH2 + HN
动态中的DNA超螺旋结构
2. DNA的超螺旋在染色质中的组装
原核生物DNA的高级结构 • 绝大多数原核生物的 DNA都是共价封闭的环状双螺旋。 • 如果再进一步盘绕则形成麻花状的超螺旋结构。
DNA在真核生物细胞核内的组装
DNA在真核生物细胞核内的组装
核蛋白=DNA-蛋白质复合物
DNA双螺旋片段 串珠状核小体
超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同 负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
意义: DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调 控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。
1．戊糖(pentose)：
HO CH2 O
5´
OH
HO
CH2 O
OH
4´
3´ 2´
OH OH
1´
OH
-D-核糖(ribose) （构成RNA）
-D-脱氧核糖(deoxyribose) （构成DNA）
2．核苷(nucleoside)：
核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成
的化合物。
在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核糖 的C-1′ -羟基与嘧啶碱N1或嘌呤碱N9进行缩 合，故生成的化学键称为N- 糖苷键。
N
N H
Cytosine，C
N H
嘧啶
尿嘧啶
Uracil，U
胞嘧啶
胸腺嘧啶
Thymine，T
2. 嘌呤碱(purine)：
6 1N 2 N 3 NH2 5 N7 8 4 N 9 H N N H
2 HN
O N HN N N N H
N
嘌呤
腺嘌呤(adenine, A)
鸟嘌呤(guanine, G)
二、戊糖与核苷
5′端
多核苷酸链简写方法 书写方向规定为： 5-端→3-端。
C
A
G 3′端
核酸的一级结构
DNA分子： 由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP组成。 DNA的一级结构就是指DNA分子中脱氧核糖核 苷酸的排列顺序及连接方式(3,5-磷酸二酯键)。
RNA分子：
由AMP，GMP，CMP，UMP组成。 RNA的一级结构就是指RNA分子中核糖核苷酸的 排列顺序及连接方式。
与磷酸基缩合的位置：2-核苷酸、3-核苷酸和
5-核苷酸。
最常见的核苷酸是5-核苷酸（5常被省略）
5 -核苷酸的分子结构
（二）核苷酸的磷酸化
5-核苷酸又可按其在5位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸
核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。
环核苷酸的分子构
环一磷酸腺苷
环一磷酸鸟苷
染色质纤维
伸展形染色质片段
密集形染色质片段
整个染色体
三、RNA的空间结构
动物细胞内主要RNA的种类及功能
细胞核和胞液 核蛋白体RNA 信使RNA 转运RNA 核内不均一RNA 核内小RNA 核仁小RNA 胞浆小RNA rRNA mRNA tRNA HnRNA SnRNA SnoRNA scRNA/7SL-RNA 线粒体 mt rRNA mt tRNA 功 能
核苷酸的命名及缩写符号
脱氧
d
碱基
A G T C U
磷酸基数目
M D T
磷酸
P
（三）核苷酸的性质
一般物理性质 ；
互变异构现象； 紫外吸收，260nm ； 核苷酸的两性解离和等电点 ；
互变异构现象
NH 2 N
NH
O HN O C N N H HO
OH C
N H
NH
O
N H
O
氨基态胞嘧啶
二、核酸的生物学功能
（一）DNA是主要的遗传物质
图：肺炎球菌的转化图解 （1944年，O. Avery)
图：35S和32P标记的噬菌体T2感染大肠杆菌图解 （1952年，A.D.Hershey和M.Chase）
（二）RNA参与蛋白质的生物合成

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(templet)。
核蛋白体组分 转运氨基酸 成熟mRNA的前体
mt mRNA 蛋白质合成模板
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
（一）转运核糖核酸（transfer RNA, tRNA)
* tRNA的一级结构特点

含稀有碱基较多 3´末端为 — CCA-OH 5´末端大多数为G 由70~90个核苷酸组成
核酸一级结构的表示方法
DNA的一级结构： 5-AGTCCATG-3 3-TCAGGTAC-5
AGTCCATG
RNA的一级结构： 5-AGUCCAUG-3
AGUCCAUG
二、DNA的高级结构
（一）DNA双螺旋结构的研究背景
碱基组成分析 Chargaff 规则：[A] = [T] [G] = [C] DNA纤维的X-线衍射图谱分析 碱基的理化数据分析 A-T、G-C以氢键配对
Chargaff 研究小组的贡献
1950～1953，Chargaff研究小组对DNA的化学组成进 行了分析研究，发现： ① DNA碱基组成有物种差异，且物种亲缘关系越远，差 异越大；
② 相同物种，不同组织器官中DNA碱基组成相同，而且 不因年龄、环境及营养而改变；
③ DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定的规律性 ，即A=T、G=C、A+G=T+C。这一规律被称为 Chargaff规则。
样严格，不能配对的形成环状突起；
研究发现tRNA多具有类似的二、三级 结构。
* tRNA的二级结构——三叶草形
四臂四环： • 氨基酸接受区（一臂） • 反密码区（一臂一环） • 二氢尿嘧啶区（一臂一环） • TC区（一臂一环） • 可变区 维持稳定：氢键
James Watson (左) and Francis Crick (右)
1、DNA双螺旋结构模型特点
（1） 两条链反向平行，围 绕同一中心轴构成右手 双螺旋 (double helix)。 螺旋直径2nm，表面有 大沟和小沟。
（2） 磷酸-脱氧核糖骨架位 于螺旋外侧，碱基垂直 于螺旋轴而伸入内侧。 每圈螺旋含10个碱基对 (bp)，螺距为3.4nm。
稀有碱基
O HN O
5 1NH
O HN N N
N R I
次黄嘌呤
R ψ 假尿嘧啶 O HN O N CH2 CH2 H2N N N
OH
CH3
7
N
N R
m
R DHU 二氢尿嘧啶
G 7-甲基鸟嘌呤
* tRNA的二级结构特点-三叶草形 tRNA分子结构与其它RNA一样，多都 是单链结构，局部区域碱基配对形成双 螺旋，约占4070%，配对不象DNA那
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)。

rRNA是细胞中含量最多的RNA，占总量的80%。 rRNA与蛋白质一起构成核蛋白体，作为蛋白质生物 合成的场所。 tRNA在蛋白质的生物合成过程中转运氨基酸。

第二节 核酸的化学组成
O O H H
N
pKa1=0.80
O HO P O H OH O CH2 H
O O H
N
pICMP=
=
pKa1+pKa2 2
0.8+4.5 2
H
H OH
±
= 2.65
NH2 N
NH2
CMP
O
N
pKa3=6.4
HO P O CH2 O H H O H H OH OH CMP -
O O N O P O CH2 O H H O H H OH OH CMP
第二章
核 酸
Chapter 2 Nucleic acid
什么是核酸?
核酸的发现：1869年，瑞士米歇尔（Miescher）
核酸的定义：
生物体内一类含有磷酸基团的重要生物大分子（酸性物 质），是遗传变异的物质基础，是遗传信息的载体， 在蛋白质的生物合成中起重要的作用。
细胞质
细胞 细胞核 染色体 非组蛋白
键，从而将两分子核苷酸连接起来。
3',5'-磷酸二酯键的形成
多核苷酸链
5′端 C
核酸就是由许多核苷酸单 位 通 过 3,5- 磷 酸 二 酯 键 连接起来形成的不含侧链 的长链状化合物。 核酸是有方向性的： 多核苷酸链的两端，一端 称 为 5- 端 ， 另 一 端 称 为