生物化学核酸化学

甲基鸟苷5’，5’-三磷
尾结构：
● 转录后由poly(A)聚合酶催化加尾 ● PolyA是mRNA由核进入胞质所必需的形式。 ● polyA与mRNA半寿期有关， PolyA大大提高mRNA在胞 质中的稳定性。
帽结构：
●由甲基化酶催化形成； ●可抵抗5’核酸外切酶降解mRNA； ● 可为核糖体提供识别位点，使mRNA很快与核糖体结合， 促进蛋白质合成起始复合物的形成；
RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中；

转移RNA（transfer RNA, tRNA） 占细胞总RNA的10～15％ ; 核糖体RNA （ ribosome RNA, rRNA） 占细胞总RNA的80％ ; 信使RNA （messenger RNA, mRNA） 占细胞总RNA的5％ ; 其它具特殊功能的RNA; RNA病毒; 植物病毒基因组大多是RNA
2.0 nm
1
、由两条方向相反的DNA单链沿同 一中心轴，平行盘绕形成的右手螺旋， 螺旋表面有大沟和小沟之分； ；
2、碱基位于螺旋内侧，碱基平面与纵
轴垂直，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外 侧；糖环平面与中轴平行。
3、螺旋直径为2
小 沟
nm，每条链相邻两个 碱基平面之间的距离为0.34 nm；每10个 核苷酸形成一个螺旋，螺矩为3.4 nm。
NH2
N H
N
N H
N
A
G
2. 嘧啶碱
5
4 1
3
嘧啶
6
2
胞嘧啶 cytosine
NH2 N
尿嘧啶 uracil
O
胸腺嘧啶 thymine
O NH
NH
N H
O
N H
O
N H
O
C
U
T
胞嘧啶为两类核酸所共有，胸腺嘧啶只存在于DNA中， 尿嘧啶只存在于RNA中；
核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱 基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。
3. 肌苷酸及鸟苷酸(强力味精)
IMP
GMP
4. 辅酶
NAD、NADP、FMN
六、多聚核苷酸（核酸）

多聚核苷酸是通过一个核苷酸的C3’-OH 与另一分子核苷 酸的5’-磷酸基形成3’,5’-磷酸二酯键相连而成的链状聚 合物。
5’
3’ 5’
3’
5′-磷酸端（常用5’-P表示）；3′-羟基端（常用3’-OH表 示） 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须 注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。
● 参与tRNA与mRNA的结合
大肠杆菌5SrRNA的结构
四、mRNA

是蛋白质合成的模板，占细胞总RNA的3％～5％； 真核细胞mRNA的结构有明显特征，3‘-末端有一段长 达200个核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA)，称为 “尾结 构” ，5’ -末端有一个甲基化的鸟苷酸，称为“帽 结构” 。

本


章
小
结



核酸是遗传物质载体的证明和研究历史 核酸的化学结构：戊糖、碱基（A、T、G、C、U）， 核苷、核苷酸及其衍生物的结构特点（原子编号） DNA的结构：一级结构（核酸序列及其表示）、二 级结构（ Watson －Crick双螺旋模型、Z－DNA）、 结构维持的化学键 RNA结构与功能：碱基组成特点、RNA的种类结构及 功能 核酸的性质：酸碱性、变性与复性、分子杂交
●参与翻译起始
●参与DNA的反转录
●参与基因表达调控
三、rRNA
占RNA总量的80％，是构成核糖体的骨架；
原核生物 核糖体 30s 70s rRNA 16s 5s 、23s 80s 核糖体 40s 真核生物 rRNA 18s 5s、5.8s、28s
50s
50s
rRNA的功能：
● 组成核糖体 ● 催化肽键合成
多聚核苷酸的表示方式
T
OH OH OH
U
OH OH
OH 5’
3’
5’ RNA
3’
DNA
5′PdAPdCPdGPdTOH 3′ 或5′ACGTGCGT 3′ ACGTGCGT
Байду номын сангаас
5′PAPCPGPUOH ′ 5′ACGUAUGU 3′ ACGUAUGU
第三节 DNA的结构
一、DNA的一级结构 脱氧核苷酸的排列顺序； 可用碱基排列顺序表示 连接键： 磷酸与戊糖顺序相连形 成主链骨架 碱基形成侧链 多核苷酸链的方向性；
室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，RNA水解；
核酸分子在缓冲液中带有电荷，可利用电泳进行分离；
二、核酸的紫外吸收特性


嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双 键体系，核酸（包括碱基、 核苷、核苷酸）具有独特的 紫外线吸收（240－290nm强 吸收）光谱，一般在260nm 左右有最大吸收峰 以A260/A280进行定性、定量 DNA的减色效应 DNA和RNA溶液中加入溴乙锭 （EB），在紫外光下发出红 橙色荧光；
二、tRNA
• 三叶草形二级结构模型； • 碱基配对构成双螺旋区叫臂，
不配对部分叫环，tRNA一般 具四臂四环结构； 氨基酸臂 二氢尿嘧啶环 反密码环 额外环 TψC环（假尿嘧啶环） • 碱基组成中含有较多的稀有核 苷酸；
倒L形的三级结构
tRNA的三级结构
tRNA的功能：
●转运氨基酸
●识别密码子
第五节
一、一般的理化性质

核酸的性质
两性解离 / 一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷）， DNA的pI为4～4.5，RNA的pI为2～2.5。 于水，不溶于有机溶剂；能被乙醇或异丙醇沉淀。
提纯的DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，微溶 DNA分子由于直径小而长度大，溶液粘度高；RNA分子
粘度较小；核酸变性后粘度降低。
鸟嘌呤核苷
Adenosine
Guanosine
Cytidine
Uridine
稀有核苷：
5
假尿嘧啶核苷（ψ） 二氢尿嘧啶核苷 等；
OH
四、核苷酸（nucleotide）
核苷酸：核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化 核苷+磷酸 HOCH OH 戊糖+碱基+磷酸 O
2
HOCH2 H H
O H
OH H
H H
H H
OH OH D- 核 糖
4、严格遵守碱基互补原则：
A-T，之间形成两个氢键； G-C，之间形成三个氢键； A＝T，G＝C，且A+G=C+T;
大 沟
DNA双螺旋构象的多态性
除B型结构外，还有： A型结构 碱基平面倾斜20º ，螺旋变粗变 短，螺距2～3nm。 Z型结构 左手螺旋，只有小沟
稳定双螺旋结构的力
①碱基堆积力形成疏水环境（主要因素） 。 ②碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。 ③磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子 之间形成离子键，减少双链间的静电斥力 ④碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性 小分子的攻击。
1868年，F. Miescher从细胞核中分离 得到一种富含磷的酸性物质，即现在被称 为脱氧核糖核蛋白的物质。
1889年，Altman等从酵母和动物的细 胞核中制备了不含蛋白质的核酸，首次使 用“核酸”一词命名。
1944年，Avery的肺炎双球菌转化实验：
or and
揭示了核酸的生物学功能；
可分离
DNA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DNA分子 中四种核苷酸千变万化的不同 排列组合之中。
二、DNA的二级结构
DNA的双螺旋模型

1953年，J. Watson和 F. Crick 在前人研究 工作的基础上，提出 了著名的 DNA 双螺旋 结构模型。
DNA双螺旋结构模型要点
三、核苷（nucleoside）
核苷： 戊糖+碱基 糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键，核酸分子 中为β －糖苷键。
5’ 4’ 3’ 2’ 1’
5’ 4’ 3’ 2’ 1’
(OH)
(OH)
为与碱基分子中的原子标号相区别，糖的碳原子编 号加上 ’ 。
常见核苷：
NH2 N N HOCH2 H H OH O H H OH 腺嘌呤核苷 N N N H2N N N HOCH2 O H H H OH H OH OH N HO HOCH2 H H OH O H H OH 胞嘧啶核苷 H OH N N HO HOCH2 H O H H OH 尿嘧啶核苷 NH2 N N OH
第一节 核酸概述

核酸与蛋白质是最重要的生物大分 子。核酸有两类：脱氧核糖核酸 （ deoxyribonucleic acid, DNA ）和核糖 核酸（ribonucleic acid, RNA）。 核酸是现代生物化学、分子生物学的 重要研究领域，是基因工程操作的核心分 子。

一、核酸的研究发现史
二、核酸的种类和分布
核酸按其所含糖的不同分为两大类： 脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid （DNA） 核糖核酸 Ribonucleic Acid（RNA）
真核细胞 98％细胞核内（染色体中） 线粒体 核外 叶绿体 拟核
DNA 原核细胞 病毒：
核外：质粒（plasmid） DNA病毒



三、核酸的生物学功能
DNA是主要的遗传物质，是遗传信息的载体、负责遗 传信息的储存与发布，并通过复制将遗传信息传给子代。
RNA功能的多样性：
1、参与蛋白质的生物合成 2、RNA的转录后加工与修饰 3、参与基因表达与细胞功能的调节 4、生物催化作用 5、遗传信息的加工与进化
第二节 核酸的结构
2. 热变性和Tm