生物化学-核酸PPT课件
基础生物化学-核酸化学联系
第一章 核酸化学
或
第一节 核酸导言
一、 核酸的发现
1868年，瑞士的科学家F.Miescher从外科绷带上的脓细胞的核中分离出一种富含磷元素的酸性化合物，称为“核素”(nuclein)。1889年，Altman等人从酵母和动物的细胞核中制得了不含蛋白质的核酸，首次使用“核酸”（nucleic acid）一词。
二、 核酸是遗传与变异的物质基础
1944年O.t.Avery等人通过细菌转化实验（肺炎双球菌转化实验）证明核酸是
遗传物质。
PPT部分如下：
S球菌：有毒肺炎球菌，光滑、有夹膜。
R型球菌：无毒肺炎球菌，粗糙、无夹膜。
二、 核酸的种类及分布
核酸是生物体内的高分子化合物，包括DNA和RNA两大类。 1.脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA)
分布：原核生物：核质区、质粒。
真核生物：95%在细胞核、5%在线粒体和叶绿体。
功能：携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。
2.核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）
分布：原核生物： 细胞质
真核生物： 75%在细胞质
15%在线粒体和叶绿体
10%在细胞核
RNA种类：
mRNA （信使RNA , messenger RNA）：约占总RNA的5％，蛋白质合成模板。
rRNA（核糖体RNA，ribosoal RNA）：约占总RNA的80％，核蛋白体组分。
原核生物核糖体中有三类rRNA：5S、16S、23S
真核生物核糖体中有四类rRNA：5S、5.8S、18S、28S
tRNA（转移RNA，transfer RNA）：约占总RNA的10％～15％，转运氨基酸。
hnRNA（核内不均一RNA）:成熟mRNA的前体。
snRNA(核内小RNA)：参与hnRNA的剪接、转运。
snoRNA（核仁小RNA）：rRNA的加工、修饰。
scRNA（胞浆小RNA）：蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分。
第4章核酸.ppt.Convertor
第4章核酸.ppt.Convertor
第4章核酸
Nucleic Acids
核酸（nucleic acid）是一类重要的生物大分子，是生物遗传的物质基础。依据其化学组成, 核酸分为脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic
acid, DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）. 4.1 概述
核糖核酸（ribonucleic acid, RNA），主要分布在细胞质中，参与遗传信息的表达，包括mRNA、tRNA和rRNA。
脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA），主要存在于细胞核内，是遗传信息的储存和携带者，是遗传的物质基础。
核酸的分布
1868年Miescher从脓细胞中提取“核素”
1944年Avery等人证实DNA是遗传物质
1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构
1958年Meselson和Stahl证明DNA以半保留方式复制
1968年Nirenberg发现遗传密码
1981年Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法
1985年Mullis发明PCR 技术
1990年美国启动人类基因组计划(HGP)
2001年美、英等国完成人类基因组计划基本框架
核酸的发现和研究工作进展
4.2 核苷酸与核酸的共价结构
核酸的分子组成
核苷酸由戊糖、磷酸和碱基三部分构成。
嘌呤(purine)
1 碱基
嘧啶(pyrimidine)
酮式（内酰胺）
烯醇式（内酰亚胺） 2 戊糖
DNA中戊糖的为β-D-2-脱氧核糖(deoxyribose)
RNA中的戊糖的为β-D-核糖(ribose)
3.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
嘧啶核苷和嘌呤核苷的化学结构
核苷酸是由核苷和磷酸脱水缩合而成的，是核苷的磷酸酯。
核苷的5’-OH磷酸化，自然界的核苷酸多为核苷-5’-磷酸。
生物化学：第二章 核酸
第二章 核酸
（一）概述
1.核酸定义: 以核苷酸为基本结构单位，按照一定的顺序排列， 以3’,5'-磷酸二酯键相连，折叠、弯曲形成的具有一定生物学功能的长链，具有贮存、传递遗传信息作用的遗传大分子。其中P的含量在核酸中相对恒定。在DNA中为9.9%，在RNA中为9.4% 。这可用于测定核酸的含量——定磷法。
2. N-C糖苷键：戊糖第1位碳原子上的羟基与嘌呤的第9位氮原子或与嘧啶的第1位氮原子形成的β型N-C糖苷键。
（二）核酸的分子结构
ⅠDNA的分子结构
1．DNA的一级结构：DNA分子中四种脱氧核苷酸之间通过3’,5’-磷酸二酯键连接起来的多核苷酸链的排列顺序。B-DNA：右手螺旋，螺距3.4nm，每转碱基对数目（bp数）10
2.DNA一级结构特点：DNA分子中，脱氧核苷酸之间只能以3’,5’-磷酸二酯键相连 ; DNA分子没有侧链，只能线状或环状; 具有方向性,两个末端分别为5'端和3'端; 生物遗传信息贮存在DNA的核苷酸序列中,真正代表DNA生物学意义的是作为可变成分的碱基排列顺序。
3. DNA的二级结构是指DNA的双螺旋结构。双螺旋结构是指DNA的两条链围着同一中心轴旋绕而成的一种空间结构。
4.Chargaff定则：(DNA的碱基组成分析即碱基成对)所有DNA分子中A=T，G=C；同一物种的所有体细胞DNA的碱基组成相同，此碱基组成可作为该物种的特征;；亲缘越近的生物，其DNA的碱基组成越近，即不对称比率(A+T/G+C)越相近。
5.双螺旋结构模型的基本特征：
a.反向平行互补配对的两条链沿中心轴盘绕成右手螺旋 ；
b.磷酸与脱氧核糖相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧，糖环平面与纵轴平行，碱基则伸向螺旋内部，碱基配对形成碱基平面，碱基平面与纵轴垂直；
c.双螺旋内部的碱基按规则配对：A与T配对，形成2个氢键；G与C配对，形成3个氢键，称为碱基互补配对;
d.双螺旋的两条链也呈互补关系；
江南大学801生物化学课件总结3核酸化学
第四章 核酸化学
※ 核苷酸是生物小分子，在细胞代谢过程中起重要作用
⑴
代谢转换中的能量货币
⑵ 化学信号的传递者
⑶ 酶的辅助因子及代谢中间体
⑷ 核酸的组成单位
※ 核酸是生物大分子，是生物遗传信息的载体
脱氧核糖核酸DNA：储存生物信息
核酸 核糖体rRNA：负责蛋白质的合成
核糖核酸RNA 信使mRNA：指导蛋白质的合成(模板)
转移tRNA：负责氨基酸的转运
第一节 概述
一、核酸的发现和早期研究
① Miescher：细胞核化学的创始人和DNA的发现者，1868年分离得到了细胞核和DNA（核素）。
② Altmann：1871年分离出类似物质，1889年给出了核酸的名称。
③ Kossel和Neuman：提出了分离胸腺核酸的方法。
④ Levene和Jacobs：鉴定出核酸中的D-核糖（1909）和2-脱氧-D核糖。
⑤ Avery：1944年研究了肺炎球菌转化实验，揭示了核酸的生物功能。
二、DNA双螺旋模型的建立
1、早期分子生物学研究的三大学派
⑴ 结构学派：以英国物理学家Astbury和Bernal为代表，认为用X射线和结晶学技术研究生物大分子的结构，是
解决生物学问题的根本途径。提出“分子生物学”，研究生物分子的三维结构、研究它们的起源和 功能问题是当代分子生物学的主旨。
⑵ 信息学派：以物理学家Delbrück及微生物学家Luria为代表，认为生物学研究的真正问题应该是信息传递问题，
包括信息如何被编码、如何保持其稳定性、偶然的变异如何产生。
⑶ 生化遗传学派：包括一批用生物化学方法从事遗传学研究的科学家，试图阐明基因是如何行使功能而控制特定
生物化学与分子生物学—核酸的结构和功能
第四章 核酸的结构和功能
第一节 核酸的化学组成以及一级结构 核苷酸包括：核苷一/二/三磷酸→NMP/NDP/NTP
构成DNA的四种核苷酸：dAMP,dGMP,dCMP,dTMP
构成RNA的四种核苷酸：AMP,GMP,CMP.UMP
多聚核苷酸链（DNA/RNA）：核苷酸的碱基的C’-3的-OH + 下一个核苷酸的磷酸的-OH，形成另一个3’,5’-磷酸二脂键；
5’端是磷酸基团，3’端是羟基，只能从3’-OH端延长。链具有5’→3’的方向性。
核酸的一级结构是核苷酸自5’-端至3’-端的排列顺序。即核酸的碱基序列。
单链DNA和RNA分子的大小：核苷酸数目表示
双链DNA分子的大小：碱基对/千碱基对数目表示
一个由N个脱氧核苷酸组成的DNA有4N个可能的排列组合。
第二节 DNA的空间结构与功能
DNA的空间结构：构成DNA的所有原子在三维空间的相对位置关系；包括二级结构、高级结构
DNA中四种碱基组成的Chargaff规则：①不同生物个体的DNA，其碱基组成不同
②同一个体不同器官或不同组织的DNA具有相同的碱基组成
③对于一特定组织的DNA，其碱基组分不随其年龄、营养状态和环境而变化
④对于一特定的生物体而言，A=T，G=C
DNA双螺旋结构模型的要点：①DNA由两条多聚脱氧核苷酸链组成（右手螺旋、反向平行）
②核糖与磷酸位于外侧（疏水的碱基位于内侧；DNA表面存在一个大沟、一个小沟）
③DNA双链之间形成了互补碱基对（氢键个数：A＝T,G≡C；每一个螺旋有10.5个碱基对，每两个碱基对之间的相对旋转角度为36°，每两个相邻碱基对平面之间的垂直距离为0.34nm）
④碱基对的疏水作用力和氢键共同维持着DNA双螺旋结构的稳定（疏水性的碱基堆积力最重要）
DNA双螺旋结构的多样性：溶液的离子强度或相对湿度的变化可以使DNA双螺旋结构的沟槽、螺距、旋转角度等
生物化学之核酸化学
第三章 核酸化学（ Nucleic Acids Chemistry )
第一节 概述
一、核酸的发现与发展
二、核酸的类别和分布
脱氧核糖核酸（ deoxyribonucleic acid DNA）
核糖核酸（ ribonucleic acid RNA）
DNA在生物体内的存在部位和方式：
– 原核细胞中DNA集中在核区；
– 真核细胞中DNA集中在核内，组成染色体。
– 线粒体和叶绿体等细胞器也含有少量DNA。
– 原核生物染色体DNA、质粒DNA、真核生物细胞器DNA都是环状双链DNA。
– 真核生物染色体是线性双链DNA，末端具有高度重复序列形成的端粒（telomere）结构。
染色体(Chromosomes)、基因(Gene)、DNA
– 染色体：是细胞核内能被碱性染料着色物质的螺旋聚集体，是遗传信息的载体。
– 基因：是存在于染色体上的遗传信息
– DNA：是遗传信息的载体
RNA（核糖核酸）∶
– 主要分布在细胞质中，与蛋白质合成密切相关
Ribosomal RNAs (rRNA，核糖体RNA)占80%以上：与蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所
Messenger RNAs (mRNA，信使RNA) 占5%：合成蛋白质的模板
Transfer RNAs (tRNA ，转运RNA)占15%：在蛋白质合成中运输氨基酸
应用与生产：
在食品方面∶强力助鲜剂，如肌苷酸和鸟苷酸。
在医药方面∶ATP、COA等。 第二节 核酸的组成
核酸的化学组成：除含C、H、O、N外，还含有较多的磷和少量的硫，含磷量在9－10％
一、磷酸（phosphate）
OH
HO-P=O
OH
二、戊糖（pentose）
三、碱基（nitrogenous base
碱基∶是一类含氮的有机小分子
嘌呤(purine）：
腺嘌呤 adenine (A)
鸟嘌呤 guanine (G)
南开大学生命科学院生物化学课件31
1 第三章 核苷酸和核酸
核酸： 是一类重要的生物大分子，是生物遗传物质。生物体中的各种蛋白质，乃至细胞的每种组分都是核酸顺序编码的信息产物。核酸包括DNA 和RNA（mRNA, tRNA,rRNA）两大类
核苷酸：是核酸的组成单位，是能量代谢转换过程中“货币”
也是多种辅酶的组成成分。
2 第一节 碱基、核苷和核苷酸
一．碱基、核苷和核苷酸的结构与种类
1． 碱基的结构和种类
（1）嘌呤碱： 腺嘌呤（Adenine）、 鸟嘌呤 (Guanine) 3
（2）嘧啶碱：胞嘧啶(Cytosine)、尿嘧啶(Uracil)、胸腺嘧啶(Thymine)
4 (3) 一些稀有碱基
5 2． 核糖的结构和种类
3． 核苷的结构及主要核苷
6 4． 核苷酸的结构
二．核苷酸的生物学功能
1．构成DNA 和RNA
2．细胞中的携能核苷酸：ATP和ADP（GTP、 GDP、 CTP、 CDP、
UTP、UDP） 7
3． 一些核苷酸是细胞通讯的媒介(第二信使分子)：cAMP ,
cGMP
4．苷酸是许多酶辅助因子的结构成分:
8
第二节 磷酸二酯键与多核苷酸
1． 核苷酸磷酸基团的转移
9 2．多核苷酸的合成
3．多核苷酸链的简单表示
10 第三节 碱基的性质影响核酸的结构
1． 核苷酸的紫外光吸收性质
2． 氢键的形成
Watson Crick 1953年确定 A—T(U) , C—G间形成氢键
第三章 核酸
1 第三章 核酸化学
第一节 概述
1.1、核酸的发现和功能 p143
1、核酸的发现
1868年，由瑞士科学家F. Miesher从外科绷带脓细胞的细胞核中分离得到。
2、核酸的功能
⑴、遗传信息的载体-DNA
⑵、遗传信息的传递者-RNA，参与蛋白质的合成。通过蛋白质的合成将DNA携带的遗传信息表达出来。
⑶、某些RNA具催化功能-核酶（核糖酶）
1.2、核酸的种类和分布 p143
1、种类
2、分布
真核生物：DNA：98%在核内，与组蛋白结合成染色体，2%在线粒体和叶绿体。
RNA：90%在胞液，10%在胞核。
原核生物：DNA，RNA均以游离态存在于胞液中
病毒：DNA病毒；RNA病毒
类病毒：RNA
1.3、核酸的化学组成
1、元素组成
DNA、RNA均由C、H、O、N、P组成。其中P在RNA中占9.5%，在DNA线性
环形 双链DNA 核酸 核糖核酸（RNA）
脱氧核糖核酸（DNA）
单链DNA ：多为环形 （含脱氧核糖） （含核糖） 核糖体RNA（ rRNA ）
信使RNA （ mRNA ）
转移RNA （ tRNA ）
其它RNA 2 中占9.9%，可据此定量测定核酸（定磷法）。
2、分子组成 p143-146
⑴、碱基
p143-144
嘌呤碱：A、G；
嘧啶碱：C、U、T；
嘌呤和嘧啶均可在胺式和亚胺式、酮式和烯醇式间互变，天然状态下，胺式和 核酸 核苷酸 磷酸
核苷 戊糖
碱基 嘌呤
嘧啶 核糖：R（RNA）
脱氧核糖 ：dR（DNA）
腺嘌呤：A
鸟嘌呤：G
胞嘧啶：C
尿嘧啶：U（主要在RNA，DNA中也有）
胸腺嘧啶：T （主要在DNA，RNA中也有，tRNA的TψC环）
组成单位） （核酸的基本 3 酮式占优势。
稀有碱基：核酸分子中含量甚少的碱基。
4 ⑵、核苷[（d）A、（d）G、（d）T、（d）C、U] p144-145
核酸(新)
定义: 核酸是由许多核苷酸聚合成的生物大分子化合物，为生命的最基本物质之一。核酸广泛存在于所有动物、植物细胞、微生物内、生物体内核酸常与蛋白质结合形成核蛋白。不同的核酸，其化学组成、核苷酸排列顺序等不同。根据化学组成不同，核酸可分为核糖核酸，简称RNA和脱氧核糖核酸，简称DNA,由碱基、核糖和磷酸组成。碱基又分嘌呤和嘧啶两种。一个碱基连上一个核糖就是核苷，再连上一个磷酸就是核苷酸，许多核苷酸按一定顺序连接起来就构成核酸。
存在形式: 核酸广泛存在于所有动物、植物细胞、微生物内、生物体内核酸常与蛋白质结合形成核蛋白
分类: 根据化学组成不同，核酸可分为核糖核酸，简称RNA和脱氧核糖核酸，简称DNA
作用: 核酸不仅是基本的遗传物质，而且在蛋白质的生物合成上也占重要位置，因而在生长、遗传、变异等一系列重大生命现象中起决定性的作用。核酸具有编码遗传命令的功能，携带基因；但内源性和外源性的碱基、核苷、核苷酸都没有遗传功能，不带有任何遗传信息，它们有许多生理和营养功能。
实践应用,
例如: 1.人类镰刀形红血细胞贫血症是由于患者的血红蛋白分子中一个氨基酸的遗传密码发生了改变
2. 白化病毒者则是DNA分子上缺乏产生促黑色素生成的酷氨酸酶的基因所致
3. 肿瘤的发生、病毒的感染、射线对机体的作用等都与核酸有关.
发展历程
核酸的发现已有１００多年的历史，但人们对它真正有所认识不过近６０年的事。早期的研究仅将核酸看成是细胞中的一般化学成分，没有人注意到它在生物体内有什么功能这样的重要问题。
远在１８６9年瑞士化学家米歇尔（Miesher ，F.1844－1895），首先从脓细胞分离出细胞核，用碱抽提再加入酸，得一种含氮和磷特别丰富的沉淀物质，当时曾叫它做核质。１８７２年又从鲑鱼的精子细胞核中，发现了大量类似的酸性物质，随后有人在多种组织细胞中也发现了这类物质的存在。因为这类物质都是从细胞核中提取出来的，而且都具有酸性，因此称为核酸。过了多年以后，才有人从动物组织和酵母细胞分离出含蛋白质的核酸。
生物化学讲义(3)
1 第三章 核酸（6学时）
核酸是生命最重要的分子，最简单的生命仅含有核酸（病毒）。1868年首次在绷带上的脓细胞核中发现一种富含磷酸呈酸性又不溶于酸溶液的分子，命名为核素，其实是核蛋白，1898年从小牛的胸腺中提取了一种溶于碱性溶液中的纯净物，这才是真正的核酸，从此，对核酸的研究全面展开，揭开了生物化学领域惊天动地的一页。1944年Avery等所完成的著名肺炎双球菌转化试验，证明了DNA是遗传物质，而不是蛋白质。1953年Watson-Crick提出DNA的双螺旋结构模型，从分子结构上阐明了DNA的遗传功能。
核酸（nucleic acid）是重要的生物大分子，它的构件分子是核苷酸（nucleotide），天然存在的核酸可分为脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）两类。DNA贮存细胞所有的遗传信息，是物种保持进化和世代繁衍的物质基础。RNA中参与蛋白质合成的有三类：转移RNA（transfer RNA，tRNA），核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）和信使RNA（messenger RNA，mRNA）。20世纪末，发现许多新的具有特殊功能的RNA，几乎涉及细胞功能的各个方面。
第一节 碱基、核苷和核苷酸
一、核酸的种类、分布和化学组成
核酸分为两大类：脱氧核糖核酸 （DNA）、核糖核酸 （RNA）。
98％核中（染色体中）
真核 线粒体（mDNA）
核外
叶绿（ctDNA）
DNA 拟核
原核
核外：质粒（plasmid）
病毒：DNA病毒
RNA主要存在于细胞质中。