【正文】 第四章核酸l 核酸與蛋白質(zhì)一樣，是一切生物機(jī)體不可缺少的組成部分。l 核酸是生命遺傳信息的攜帶者和傳遞者，它不僅對(duì)于生命的延續(xù)，生物物種遺傳特性的保持，生長(zhǎng)發(fā)育，細(xì)胞分化等起著重要的作用，而且與生物變異，如腫瘤、遺傳病、代謝病等也密切相關(guān)。l 因此，核酸是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。核酸與遺傳l 早在 1868年， F. Miescher從細(xì)胞核中分離得到一種酸性物質(zhì)，即現(xiàn)在被稱為核酸的物質(zhì)。l 1939年， E. Knapp等第一次用實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)核酸是生命遺傳的基礎(chǔ)物質(zhì)。 216。1928年，英國(guó) Griffith 216。S型肺炎球菌：有莢膜，菌落表面光滑216。R型肺炎球菌：沒有莢膜，菌落表面粗糙 什么是遺傳物質(zhì)n 著名的肺炎球菌實(shí)驗(yàn) 216。 結(jié)果說明？結(jié)果說明？l結(jié)果說明：加熱殺死的 S型肺炎球菌中一定有某種特殊的生物分子或遺傳物質(zhì)，可以使無害的 R型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的 S型肺炎球菌l這種生物分子或遺傳物質(zhì)是什么呢？n 著名的肺炎球菌實(shí)驗(yàn) 216。紐約洛克非勒研究所紐約洛克非勒研究所 Avery 216。從加熱殺死的從加熱殺死的 S型肺炎球菌將蛋白質(zhì)、核酸、多型肺炎球菌將蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類分離出來，分別加入到無害的糖、脂類分離出來，分別加入到無害的 R型肺炎型肺炎球菌中，球菌中，216。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，惟獨(dú)只有核酸可以使無害的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，惟獨(dú)只有核酸可以使無害的 R型肺型肺炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的炎球菌轉(zhuǎn)化為有害的 S型肺炎球菌。型肺炎球菌。216。1944年年 結(jié)論：結(jié)論： DNA是生命的遺傳物質(zhì)是生命的遺傳物質(zhì)216。 1952年， Hershey 和 Chase 病毒（噬菌體）216。 放射性同位素 35S標(biāo)記病毒的蛋白質(zhì)外殼， 32P標(biāo)記病毒的DNA內(nèi)核，感染細(xì)菌。216。 新復(fù)制的病毒，檢測(cè)到了 32P標(biāo)記的 DNA， 沒有檢測(cè)到 35S標(biāo)記的蛋白質(zhì)，216。 DNA在病毒和生物體復(fù)制或繁殖中的關(guān)鍵作用。216。 8年的時(shí)間n 更有說服力的噬菌體實(shí)驗(yàn) n DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 的發(fā)現(xiàn)n 1951年 Watson 23歲n 丹麥的哥本哈根 Wilkins教授 n 英國(guó)劍橋大學(xué) Cavendish實(shí)驗(yàn)室 n Crick， 31歲 n 倫敦大學(xué) King’s 實(shí)驗(yàn)室n 女科學(xué)家 Franklin n Wilkins教授 Randall教授 n DNA應(yīng)該是雙螺旋 n A與 T、 C與 G巧妙連接 n 符合 X衍射數(shù)據(jù) DNA的復(fù)制n 1953年 2月 28日， Watson 和 Crick用金屬線又制出了新的 DNA模型，他們?yōu)樽匀豢茖W(xué)樹立了一座閃閃發(fā)光的里程碑。 核酸的分類和組成l 核酸分為兩大類l 脫氧核糖核酸（ DNA）l Deoxyribonucleic Acidl 核糖核酸（ RNA）l Ribonucleic Acid一、一、 核酸的分類l DNA分子含有生物物種的所有遺傳信息，分子量一般都很大。l DNA為雙鏈分子，其中大多數(shù)是鏈狀結(jié)構(gòu)大分子，也有少部分呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)。脫氧核糖核酸（ DNA）核糖核酸（ RNA）l RNA主要是負(fù)責(zé) DNA遺傳信息的 翻譯和表達(dá) ，分子量要比 DNA小得多。 RNA為單鏈分子。RNA的類別l根據(jù) RNA的功能，可以分為 mRNA、tRNA和 rRNA三種。mRNA (信使 RNA)l 約占總 RNA的 5%。l 不同細(xì)胞的 mRNA的鏈長(zhǎng)和分子量差異很大。l 它的功能是將 DNA的遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)合成基地 — 核糖核蛋白體。MessengerRNAtRNA (轉(zhuǎn)移 RNA)l 約占總 RNA的 1015%。l 它在蛋白質(zhì)生物合成中起翻譯氨基酸信息，并將相應(yīng)的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖核蛋白體的作用。l 已知每一個(gè)氨基酸至少有一個(gè)相應(yīng)的tRNA。l tRNA分子的大小很相似，鏈長(zhǎng)一般在 7388個(gè)核苷酸之間。lTransfer RNArRNA (核糖體 RNA)l 約占全部 RNA的 80%，l 是核糖核蛋白體的主要組成部分。l rRNA 的功能與蛋白質(zhì)生物合成相關(guān)。Ribosome RNA二 核酸的組成l 核酸（ DNA和 RNA） 是一種線性多聚核苷酸，它的基本結(jié)構(gòu)單元是 核苷酸 。l 核苷酸本身由核苷和磷酸組成。 l 而核苷則由戊糖和堿基形成。l DNA與 RNA結(jié)構(gòu)相似，但在組成成份上略有不同。 脫氧核糖或核糖上第一位碳原子與嘌呤或嘧啶結(jié)合，就成為脫氧核苷或核苷，第三位或第五位碳原子再與磷酸結(jié)合，就成為脫氧核糖核苷酸或核糖核苷酸。l 堿基 +戊糖 l 核苷 + 磷酸l 核苷酸 poly 聚合l 核酸 l (核苷酸之間通過 3?,5?磷酸二脂鍵連接 )堿基戊糖 磷酸DNA和 RNA中的堿基和糖的結(jié)構(gòu)1．核苷酸（ 1）組成核酸的堿基DNA的堿基是A、 T、 G、 C， RNA的堿基是 A、 U、 G、C。1．核苷酸（ 1）組成核酸的堿基l 鳥嘌呤 Guanine1．核苷酸．核苷酸（ 1）組成核酸的堿基l 鳥嘌呤 guanine腺嘌呤 Adenine1．核苷酸（ 1）組成核酸的堿基l 尿嘧啶 Uracil1．核苷酸（ 1）組成核酸的堿基l 胞嘧啶 Cytosine1．核苷酸（ 1）組成核酸的堿基l 胸腺嘧啶 Thymine1．核苷酸堿基的結(jié)構(gòu)特征堿基的結(jié)構(gòu)特征l 堿基都具有芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)特征。嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)均呈平面或接近于平面的結(jié)構(gòu)。l 堿基的芳香環(huán)與環(huán)外基團(tuán)可以發(fā)生 酮式— 烯醇式或 胺式 — 亞胺式互變異構(gòu)。胺式亞胺式互變異構(gòu)酮式烯醇式互變異構(gòu)1．核苷酸堿基的結(jié)構(gòu)特征堿基的結(jié)構(gòu)特征l 嘌呤堿和嘧啶堿分子中都含有共軛雙鍵體系，在紫外區(qū)有吸收（ 260 nm左右）。1．核苷酸（（ 2）戊糖）戊糖l 組成核酸的戊糖有兩種。 DNA所含的糖為βD2 脫氧核糖； RNA所含的糖則為 βD核糖。1．核苷酸（（ 3）核苷）核苷 nucleosidel 糖與堿基之間的 CN鍵，稱為 CN糖苷鍵 。1．核苷酸（（ 4）核苷酸）核苷酸 nucleotidel 核苷酸是核苷的磷酸酯。作為 DNA或 RNA結(jié)構(gòu)單元的核苷酸分別是 5′ 磷酸 脫氧核糖核苷和 3′ 磷酸 核糖核苷。1．核苷酸(5)修飾成分修飾成分l 核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物。2．核苷酸的衍生物? ATP是生物體內(nèi)分布最廣和最重要的一種核苷酸衍生物。它的結(jié)構(gòu)如下：（（ 1）） ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸 )ATP的性質(zhì)l ATP 分子的最顯著特點(diǎn)是含有兩個(gè)高能磷酸鍵。 ATP水解時(shí) , 可以釋放出大量自由能。l ATP 是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體。 ATP 水解釋放出來的能量用于推動(dòng)生物體內(nèi)各種需能的生化反應(yīng)。l ATP 也是一種很好的磷?；瘎Ａ柞；磻?yīng)的底物可以是普通的有機(jī)分子，也可以是酶。磷?；牡孜锓肿泳哂休^高的能量（活化分子），是許多生物化學(xué)反應(yīng)的激活步驟。 (2)GTP (鳥嘌呤核糖核苷三磷酸 )l GTP是生物體內(nèi)游離存在的另一種重要的核苷酸衍生物。它具有 ATP 類似的結(jié)構(gòu) , 也是一種高能化合物。l GTP主要是作為蛋白質(zhì)合成中磷酰基供體。在許多情況下 , ATP 和 GTP 可以相互轉(zhuǎn)換。 （ 3） cAMP 和 cGMPl cAMP(3’,5’ 環(huán)腺嘌呤核苷一磷酸 )和 cGMP( 3’,5’ 環(huán)鳥嘌呤核苷一磷酸 )的主要功能是作為細(xì)胞之間傳遞信息的信使。l cAMP 和 cGMP 的環(huán)狀磷酯鍵是一個(gè)高能鍵。在 pH 條件下 , cAMP 和 cGMP 的水解能約為 kJ /mol， 比 ATP 水解能高得多。3．多聚核苷酸l 多聚核苷酸是通過核苷酸的 C5’ 磷酸基與另一分子核苷酸的 C3’OH 形成磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。l 由脫氧核糖核苷酸聚合而成的稱為 DNA鏈；l 由核糖核苷酸聚合而成的則稱為 RNA鏈。多聚核苷酸的特點(diǎn)l 在多聚核苷酸中，兩個(gè)核苷酸之間形成的磷酸二酯鍵通常稱為 3′ — 5′ 磷酸二酯鍵。l 多聚核苷酸鏈一端的 C5′ 帶有一個(gè)自由磷酸基，稱為 5′ 磷酸端（常用 5’P 表示）；另一端 C3’ 帶有自由的羥基，稱為 3′ 羥基端（常用 3’OH 表示）。l 多聚核苷酸鏈具有方向性，當(dāng)表示一個(gè)多聚核苷酸鏈時(shí)，必須注明它的方向是 5′→3′或是 3′→5′ 。方向性l 在多聚核苷酸（ DNA或 RNA） 鏈中，由于構(gòu)成核苷酸單元的戊糖和磷酸基是相同的，體現(xiàn)核苷酸差別的實(shí)際上只是它所帶的堿基，所以多聚核苷酸鏈結(jié)構(gòu)也可表示為：l 在討論有關(guān)核酸問題時(shí)，一般只關(guān)心其中堿基的種類和順序，所以上式可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為： l 5′ PAPCPGPCPTPGPTPA 3′l 或 5′ ACGCTGTA 3′作業(yè)l 記憶 6個(gè)重要堿基的結(jié)構(gòu)和縮寫。l 寫出 ATP,GTP,UDP,CMP,TTP的結(jié)構(gòu)。第二節(jié) 核酸的結(jié)構(gòu)l 一、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)l 多聚核苷酸是由四種不同的核苷酸單元按特定的順序組合而成的線性結(jié)構(gòu)聚合物，因此，它具有一定的核苷酸順序，即堿基順序。l 核酸的堿基順序是核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)。l DNA的堿基順序本身就是遺傳信息存儲(chǔ)的分子形式。生物界物種的多樣性即寓于 DNA分子中四種核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之中。l 而 mRNA(信息 RNA)的堿基順序，則直接為蛋白質(zhì)的氨基酸編碼，并決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序。一、一、 DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)：各核苷酸殘基沿多核苷酸鏈排列一級(jí)結(jié)構(gòu)：各核苷酸殘基沿多核苷酸鏈排列 的順序。的順序。讀向：從左到右、讀向：從左到右方向：、方向： 5′→3′連接鍵：、連接鍵： 3′ — 5′ 磷酸二酯鍵DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)5?磷酸3?羥基堿基脫氧核糖一、一、 DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)l 1953年， J. Watson和F. Crick 在前人研究工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)DNA結(jié)晶的 X衍射圖譜和分子模型，提出了著名的 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋和預(yù)測(cè)。二、二、 DNA的二級(jí)的二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)理論根據(jù)：理論根據(jù)：堿基組成的定、堿基組成的定量分析。量分析。 DNA纖維進(jìn)行纖維進(jìn)行 X衍射分析：不同衍射分析：不同來源的來源的 DNA分子有分子有相似的圖譜；沿相似的圖譜；沿纖維長(zhǎng)軸有周期纖維長(zhǎng)軸有周期性變化。性變化。Chargaff定律：定律：A=T； G=C；A+C=T+G ；A+G=T+C。所有 DNA中堿基組成必定是 A=T； G=C， 這一規(guī)律暗示 A與 T， G與 C相互配對(duì)的可能性，為雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出提供了重要根據(jù)。1． DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)l DNA分子由兩條 DNA單鏈組成。l DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)是分子中兩條 DNA單鏈之間基團(tuán)相互識(shí)別和作用的結(jié)果。l 雙螺旋結(jié)構(gòu)是 DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的最基本形式。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)l （ 1） DNA分子由兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈 (簡(jiǎn)稱 DNA單鏈 )組成。 兩條鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋中的兩條鏈方向相反 ，即其中一條鏈的方向?yàn)?5′→3′ ，而另一條鏈的方向?yàn)?3′→5′ 。有共同的螺旋軸，螺旋平面有大溝和小溝之分。l （ 2）嘌呤堿和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)