第二章核酸化学

第二章核酸化学
O-
5′
O=P—O—CH2O G
O-
3′
G TA
1′
3′
PP
P
OH
5′
OH OH O-
5′
O=P—O—CH2O T
O-
3′
pGpTpAOH pG-T-A
pGTA
OH OH
O
5′
O=P—O—CH2O A
O-
第二章核酸化学
3′
OH OH
三、DNA的结构
（一）DNA的一级结构 因为DNA的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别，所 以脱氧核苷酸的序列常被认为是碱基序列（base sequence)。 通常碱基序列由DNA链的5′→3′方向写。DNA中有4种类型的 核苷酸，有n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数 为4n。 （二）DNA的双螺旋结构 1953年，Watson 和Crick 提出。
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OH
HN
HCH3
H
H
ON
H
胸腺嘧啶 thymine
（T）
OH
HN
H
HO
H N
烯H醇式
酮式
O
HN
H
O
H N
H
酮式
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（三）核苷
H N
N H
N
H
9
N
H
腺嘌呤
HOH2C5′ O OH
4′
1′
3′ 2′
OH OH 核胸糖苷
第二章核酸化学
O
HN
H
O
1H N
H
尿嘧啶
O
HN1
NH
H5 CO
HOH2C5′ O OH
4′
1′
3′ 2′
OH OH 核尿苷糖
HOH2C5′ O OH
4′
1′
3′ 2′
OH OH 假核尿苷糖（ψ）
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（四）核苷酸
H N
N H
N
H
9
N
H
O-
O-
O-
腺嘌呤
~ ~ O-— P ‖ O
O- — P ‖ O
O— P HOH2C5′ O OH
‖
O
4′
1′
3′ 2′
DNA
温育
有荚膜，致病
无荚膜， 不致病
有荚膜，致病
传代
传代
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有荚膜，致病
有荚膜，致病
除少数病毒（RNA病毒）以RNA作为遗传物质外，多数有 机体的遗传物质是DNA。 不同有机体遗传物质（信息分子）的结构差别，使得其所 含蛋白质（表现分子）的种类和数量有所差别，有机体表 现出不同的形态结构和代谢类型。 RNA的主要作用是从DNA转录遗传信息，并指导蛋白质的 合成。
（1）两条多核苷酸链反向平行。 （2）碱基内侧，A与T、G与C配对，分别形成3和2个氢键。 （3）双螺旋每转一周有10个bp，螺距3.4nm，直径2nm。
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3. 双螺旋结构的稳定因素
（1）氢键（太弱）；（2）碱基堆积力（base stacking force， 由芳香族碱基π电子间的相互作用引起的，能形成疏水核心， 是稳定DNA最重要的因素；（3）离子键（减少双链间的静 电斥力）。 4. DNA双螺旋的构象类型
OH OH 胸苷核-胸5′糖-苷磷酸
AMP ADP
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ATP
各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和 DNA合成的直接原料。
在体内能量代谢中的作用：
ATP——能量“货币” UTP——参加糖的互相转化与合成 CTP——参加磷脂的合成 GTP——参加蛋白质和嘌呤的合成
第二信使——cAMP
脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA） 核酸
核糖核酸（ribonucleic acid，RNA） “四核苷酸假说”：核酸由四种核苷酸组成的单体构 成的，缺乏结构方面的多样性。
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20世纪40年代末，Avery 的“肺炎双球菌转化”实验证 明DNA是有机体的遗传物质：
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1. 双螺旋结构的主要依据
（1）Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA纤维具有相似的 X射线衍射图谱。 （2）Chargaff发现DNA中A与T、C与G的数目相等。后Pauling 和Corey发现A与T生成2个氢键、C与G生成3个氢键。 （3）电位滴定证明，嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连接。 2. 双螺旋结构模型要点
第四章 核酸的化学
核酸的概念和重要性 核酸的组成成分 DNA的结构 DNA RNA的结构和功能 核酸的性质 核酸的序列测定 核酸的生物学功能和实践意义
第二章核酸化学
一、核酸的概念和重要性
1869年Miescher从细胞核中分离出核素（nuclein）。 1889年Altman制备了核酸（nucleic acid）。 1930~40年，Kossel & Levene等确定核酸的的H2 3 4 N
N
7
8H
9
N
H
嘌呤
NHH2 N
N
H
H N
N
H
腺嘌呤 adenine（A）
O H N H H2N N
N
H
N H
鸟嘌呤 guanine（G）
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NH2 H
NH
HO
H N
H
胞嘧啶 Cytosine
（C）
H
4
N 5H
3
H2 1 6 H N 嘧啶
OH
HN H
H
H
ON
H
尿嘧啶 uracil （U）
B-DNA：92%相对湿度，接近细胞内的DNA构象，与Watson 和Crick提出的模型相似。 A-DNA：75%相对湿度，与溶液中DNA-RNA杂交分子的构 象相似，推测转录时发生B→A。其碱基平面倾斜20°，螺距 与每一转碱基对数目都有变化。 Z-DNA：主链呈锯齿型左向盘绕，直径约1.8nm，螺距4.5nm， 每一转含12个bp，只有小沟。B-DNA与Z-DNA的相互转换可 能和基因的调控有关。
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C-DNA：44~46%相对湿度，螺距3.09nm，每转螺旋9.33个碱 基对，碱基对倾斜6°。可能是特定条件下B-DNA和A-DNA 的转化中间物。 D-DNA：60%相对湿度，DNA中A、T序列交替的区域。每个 螺旋含8个bp，螺距2.43nm，碱基平面倾斜16°。
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（一）核糖和脱氧核糖
HOH2C
O OH
1 2
OH OH
HOH2C O OH
1 2
O OH
β-D-2-核糖
β-D-2-脱氧核糖
核糖 + H + Δ
糠醛 甲基间苯二酚
FeCl3
绿色产物
RNA和DNA定性、定量测定
脱氧核糖 + H+ Δ
ω-羟基-γ-酮 二苯胺 戊醛
蓝色产物
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（二）嘌呤碱和嘧啶碱
第二章核酸化学
二、核酸的组成成分
核酸 nucleic acid 核苷酸 nucleotide
核苷 nucleoside
磷酸 phosphate
嘌呤碱 purine base 或 嘧啶碱 pyrimidine base
（碱基 base）
核糖 ribose 或 脱氧核糖 deoxyribose
（戊糖 amyl sugar）