1、第五章第五章 核酸核酸(Nucleic Acid) 核酸分子組成核酸分子組成 核核 酸酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖堿基堿基AGTCU核糖核糖脫氧脫氧核糖核糖OHOH2CHOHHHOHHHOHOH2CHOHHOHOHHH嘌呤嘧啶 5-磷酸核糖核苷DNA和RNA的根本化學(xué)組成化學(xué)組成化學(xué)組成DNARNA堿基堿基嘌呤堿嘌呤堿腺嘌呤腺嘌呤(A)腺嘌呤腺嘌呤(A)鳥嘌呤鳥嘌呤(G)鳥嘌呤鳥嘌呤(G)嘧啶堿嘧啶堿胞嘧啶胞嘧啶(C)胞嘧啶胞嘧啶(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)尿嘧啶尿嘧啶(U)戊糖戊糖D-2-脫氧核糖脫氧核糖 D-核酸核酸酸酸磷酸磷酸磷酸磷酸嘌呤嘌呤腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C胸腺嘧啶T尿

2、嘧啶U核酸脫氧核糖核酸DNA核糖核酸RNA脫氧核糖核苷酸磷酸二酯鍵核糖核苷酸磷酸二酯鍵脫氧核糖堿基+磷酸+脫氧核糖核苷磷酸+核糖核苷核糖堿基+A腺嘌呤G鳥嘌呤C胞嘧啶T胸腺嘧啶A腺嘌呤G鳥嘌呤C胞嘧啶U脲嘧啶腺嘌呤脫氧核糖核苷酸dAMP鳥嘌呤脫氧核糖核苷酸dGMP胞嘧啶脫氧核糖核苷酸dCMP胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸dTMP腺嘌呤核糖核苷酸AMP鳥嘌呤核糖核苷酸GMP胞嘧啶核糖核苷酸CMP脲嘧啶糖核苷酸UMP核苷酸的重要衍生物核苷酸的重要衍生物lATP和和GTPlcAMP和和cGMP腺嘌呤核糖核苷三磷酸腺嘌呤核糖核苷三磷酸ATPlATP水解時水解時,釋放出釋放出大量自在能大量自在能lATP水解釋放

3、出來的水解釋放出來的能量能量,作為推進(jìn)生物作為推進(jìn)生物體內(nèi)各種需能反響的體內(nèi)各種需能反響的能量來源能量來源ATP是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體是生物體內(nèi)最重要的能量轉(zhuǎn)換中間體光合磷酸化和氧化磷酸化是生物體將光能和化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣夂狭姿峄脱趸姿峄巧矬w將光能和化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樯锬苌锬蹵TP最根本的反響方式最根本的反響方式一種高能化合物一種高能化合物主要作為蛋白質(zhì)合成中磷酰基供體主要作為蛋白質(zhì)合成中磷酰基供體在細(xì)胞內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)，ATP和和GTP可以相互轉(zhuǎn)換可以相互轉(zhuǎn)換在生物體內(nèi)，在生物體內(nèi)，GTP可以經(jīng)過可以經(jīng)過GMP和和ATP作用來合成作用來合成2. cAMP和和cGMP環(huán)狀核苷酸環(huán)狀核苷

4、酸3,5-環(huán)鳥嘌呤核苷一磷酸環(huán)鳥嘌呤核苷一磷酸3,5-環(huán)腺嘌呤核苷一磷酸環(huán)腺嘌呤核苷一磷酸主要功能主要功能: 作為細(xì)胞之間傳送信息的信使作為細(xì)胞之間傳送信息的信使CH2CH2RNA5-ATGCA-33,5-磷酸二酯鍵5-磷酸端(5-P)3-羥基端(3-OH)DNARNA多聚核苷酸的方向性多聚核苷酸的方向性53或或35l5.3.1 核酸的一級構(gòu)造核酸的一級構(gòu)造-堿基順序堿基順序l5.3.2 DNA的雙螺旋構(gòu)造及其生物學(xué)意義的雙螺旋構(gòu)造及其生物學(xué)意義l5.3.3 DNA的三螺旋構(gòu)造的三螺旋構(gòu)造l5.3.4 RNA 的構(gòu)造特點(diǎn)的構(gòu)造特點(diǎn)5.3.1 5.3.1 核酸的一級構(gòu)造核酸的一級構(gòu)造- -堿基順

5、序堿基順序l堿基順序：堿基順序：l 多聚核苷酸是由四種不同的核苷酸多聚核苷酸是由四種不同的核苷酸單元按照特定的順序組合而成的線形構(gòu)造單元按照特定的順序組合而成的線形構(gòu)造聚合物，因此，具有一定的核苷酸順序，聚合物，因此，具有一定的核苷酸順序，即堿基順序。即堿基順序。5-ATGCA-3DNA的堿基順序是遺傳信息存儲的分子方式的堿基順序是遺傳信息存儲的分子方式mRNA的堿基順序，直接為蛋白質(zhì)的氨基酸的堿基順序，直接為蛋白質(zhì)的氨基酸編碼，決議蛋白質(zhì)的氨基酸順序。編碼，決議蛋白質(zhì)的氨基酸順序。核酸的堿基順序是核酸的一級構(gòu)造。核酸的堿基順序是核酸的一級構(gòu)造。 1953年，年，Watson J和和Crick

6、 F根據(jù)根據(jù)DNA結(jié)晶的結(jié)晶的X衍射圖譜和衍射圖譜和分子模型，提出了分子模型，提出了DNA雙螺旋構(gòu)造模型雙螺旋構(gòu)造模型DNA分子由兩條分子由兩條DNA單鏈組成單鏈組成雙螺旋構(gòu)造是雙螺旋構(gòu)造是DNA二級構(gòu)造的最二級構(gòu)造的最根本方式根本方式1. DNA分子由兩條分子由兩條DNA單鏈組單鏈組成成,兩條鏈沿同一根軸平行兩條鏈沿同一根軸平行環(huán)繞環(huán)繞,構(gòu)成右手雙螺旋構(gòu)造構(gòu)成右手雙螺旋構(gòu)造.螺旋中的兩條鏈方向相反螺旋中的兩條鏈方向相反,其中一條鏈的方向?yàn)槠渲幸粭l鏈的方向?yàn)?3,另一條鏈的方向另一條鏈的方向?yàn)闉?5.2. 嘌呤堿基和嘧啶堿基位于螺嘌呤堿基和嘧啶堿基位于螺旋的內(nèi)測旋的內(nèi)測,磷酸和脫氧核糖磷酸和脫

7、氧核糖基位于螺旋外測基位于螺旋外測.堿基環(huán)平堿基環(huán)平面與螺旋軸垂直面與螺旋軸垂直,糖基環(huán)平糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面成面與堿基環(huán)平面成90角角.3. 螺旋橫截面的直徑約螺旋橫截面的直徑約為為2nm,每條鏈相鄰兩每條鏈相鄰兩個堿基平面之間的間個堿基平面之間的間隔為隔為0.34nm,每每10個核個核苷酸構(gòu)成苷酸構(gòu)成1個螺旋個螺旋,螺螺距高度為距高度為3.4nm4. 兩條兩條DNA鏈相互結(jié)合及構(gòu)成雙螺旋的力是鏈間鏈相互結(jié)合及構(gòu)成雙螺旋的力是鏈間堿基對構(gòu)成的氫鍵堿基對構(gòu)成的氫鍵. 嚴(yán)厲的配對規(guī)律嚴(yán)厲的配對規(guī)律: A與與T結(jié)合結(jié)合,G與與C結(jié)合結(jié)合 這種配對關(guān)系，叫做堿基互補(bǔ)這種配對關(guān)系，叫做堿基互補(bǔ)A與與

8、T、G與與C之間有嚴(yán)厲的配對關(guān)系，所以之間有嚴(yán)厲的配對關(guān)系，所以DNA分子分子中嘌呤堿基與嘧啶堿基總數(shù)相等中嘌呤堿基與嘧啶堿基總數(shù)相等1. 兩條兩條DNA鏈之間的氫鍵鏈之間的氫鍵2. 由于雙螺旋構(gòu)造內(nèi)部構(gòu)成的疏水區(qū)，消除了由于雙螺旋構(gòu)造內(nèi)部構(gòu)成的疏水區(qū)，消除了介質(zhì)中水分子對堿基之間氫鍵的影響介質(zhì)中水分子對堿基之間氫鍵的影響3. 介質(zhì)中陽離子介質(zhì)中陽離子 Na+、K+、Mg2+中和了中和了磷酸基團(tuán)的負(fù)電荷磷酸基團(tuán)的負(fù)電荷,降低了降低了DNA鏈之間的排斥鏈之間的排斥力力4. 范德華力范德華力改動介質(zhì)條件和溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性改動介質(zhì)條件和溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性維持維持DNA雙螺旋的穩(wěn)定性

9、的要素：雙螺旋的穩(wěn)定性的要素： 5.3.3 DNA 5.3.3 DNA的三螺旋構(gòu)造的三螺旋構(gòu)造1957年，年，Rich等用兩條多聚尿嘧啶核苷酸鏈等用兩條多聚尿嘧啶核苷酸鏈和一條多聚腺嘌呤核苷酸鏈合成出一種三鏈構(gòu)和一條多聚腺嘌呤核苷酸鏈合成出一種三鏈構(gòu)造的物質(zhì)，并提出造的物質(zhì)，并提出DNA三螺旋構(gòu)造的概念。三螺旋構(gòu)造的概念。DNA三螺旋構(gòu)造的特點(diǎn)：三螺旋構(gòu)造的特點(diǎn)：1. 組成三螺旋的組成三螺旋的DNA單鏈，普通都是由單單鏈，普通都是由單一的嘌呤堿基或單一的嘧啶堿基所組成。一的嘌呤堿基或單一的嘧啶堿基所組成。2. DNA三螺旋的根本構(gòu)造有兩種：三螺旋的根本構(gòu)造有兩種：1由兩條多聚嘧啶堿基核苷酸鏈和

10、一條由兩條多聚嘧啶堿基核苷酸鏈和一條多聚嘌呤堿基核苷酸鏈組成，即嘧啶多聚嘌呤堿基核苷酸鏈組成，即嘧啶-嘌呤嘌呤-嘧啶嘧啶三條鏈中堿基構(gòu)成氫鍵的情況是：三條鏈中堿基構(gòu)成氫鍵的情況是： T-A-T, C-G-C2由兩條多聚嘌呤堿基核苷酸鏈和一條由兩條多聚嘌呤堿基核苷酸鏈和一條多聚嘧啶堿基核苷酸鏈組成，嘌呤多聚嘧啶堿基核苷酸鏈組成，嘌呤-嘧啶嘧啶-嘌呤嘌呤三條鏈中堿基構(gòu)成氫鍵的情況是：三條鏈中堿基構(gòu)成氫鍵的情況是： A-A-T, G-G-C中間的堿基必需是嘌呤堿基中間的堿基必需是嘌呤堿基3. 每一條單鏈至少由每一條單鏈至少由8個核苷酸組成。個核苷酸組成。5.3.4 RNA5.3.4 RNA的構(gòu)造特點(diǎn)

11、的構(gòu)造特點(diǎn)1. RNA是單鏈分子，分子中嘌呤堿基總是單鏈分子，分子中嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基總數(shù)；數(shù)不一定等于嘧啶堿基總數(shù)；2. RNA分子中，部分區(qū)域也能構(gòu)成雙螺分子中，部分區(qū)域也能構(gòu)成雙螺旋構(gòu)造，不能構(gòu)成雙螺旋的部分，那旋構(gòu)造，不能構(gòu)成雙螺旋的部分，那么構(gòu)成突環(huán)。么構(gòu)成突環(huán)。-發(fā)夾型構(gòu)造發(fā)夾型構(gòu)造3. RNA雙螺旋構(gòu)造中，堿基配對不象雙螺旋構(gòu)造中，堿基配對不象DNA那樣嚴(yán)厲。那樣嚴(yán)厲。G可以與可以與C或或U配對。配對。4. 不同類型的不同類型的RNA二級構(gòu)造有明顯差別。二級構(gòu)造有明顯差別。 RNA與與DNA構(gòu)造上的差別構(gòu)造上的差別除了核苷酸的組成，更重要的是除了核苷酸的組成，更重要的

12、是表如今二級構(gòu)造上。表如今二級構(gòu)造上。思索題思索題一、填空題一、填空題1無論是無論是DNA 還是還是RNA 都是由許許多多。都是由許許多多。組成，經(jīng)過銜接而成的組成，經(jīng)過銜接而成的2. 是是RNA 中才有的含氮堿基中才有的含氮堿基3. 是是DNA 中才有的含氮堿基中才有的含氮堿基4.核酸的構(gòu)造單位是核酸的構(gòu)造單位是5. DNA 中與胞嘧啶以中與胞嘧啶以1:1 的比例存在。的比例存在。6. DNA 能構(gòu)成雙螺旋的主要作用力是和能構(gòu)成雙螺旋的主要作用力是和7. 雙螺旋的每一轉(zhuǎn)有對核苷酸，每轉(zhuǎn)高度為雙螺旋的每一轉(zhuǎn)有對核苷酸，每轉(zhuǎn)高度為二、選擇題二、選擇題1. 核酸的根本組成成份是：核酸的根本組成成份

13、是： A組蛋白、磷酸組蛋白、磷酸 B核糖、磷酸核糖、磷酸 C堿基、戊糖、磷堿基、戊糖、磷酸酸 D磷酸、核仁磷酸、核仁2.遺傳信息的載體是；遺傳信息的載體是； AmRNA BtRNA CDNA DSnRNA3.關(guān)于單核苷酸，正確的表達(dá)是：關(guān)于單核苷酸，正確的表達(dá)是： A單核苷酸是由核苷和磷酸組成單核苷酸是由核苷和磷酸組成 B單核苷酸是由堿單核苷酸是由堿基和戊糖組成基和戊糖組成C單核苷酸是組成核酸的根本單位單核苷酸是組成核酸的根本單位 D糖苷鍵銜接核糖苷鍵銜接核苷和磷酸苷和磷酸4.符合堿基配對規(guī)律的是：符合堿基配對規(guī)律的是： A AT B GC C AU D AG5.在在DNA 中，中，A 與與T

14、 間存在有：間存在有： A一個氫鍵一個氫鍵 C一個酯鍵一個酯鍵 C二個氫鍵二個氫鍵 D二個肽鍵二個肽鍵6. DNA 的空間構(gòu)造有：的空間構(gòu)造有： A一條多核苷酸鏈一條多核苷酸鏈 B二條多核苷酸鏈二條多核苷酸鏈C多條多核苷酸鏈多條多核苷酸鏈 DA、B、C 中無正確答中無正確答7.核酸的一級構(gòu)造主要銜接鍵是：核酸的一級構(gòu)造主要銜接鍵是： A肽鍵肽鍵 B氫鍵氫鍵 C二硫鍵二硫鍵 D磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵8. DNA 雙螺旋構(gòu)造具有的特點(diǎn)是。雙螺旋構(gòu)造具有的特點(diǎn)是。A糖和磷酸骨架位于雙螺旋內(nèi)部糖和磷酸骨架位于雙螺旋內(nèi)部 B有兩條反向乎行的有兩條反向乎行的多核苷酸鏈多核苷酸鏈C每三個核苷酸上升一周每三個核

15、苷酸上升一周 D堿基間以共價(jià)鍵結(jié)合堿基間以共價(jià)鍵結(jié)合9.以下表達(dá)錯誤的選項(xiàng)是：以下表達(dá)錯誤的選項(xiàng)是： ADNA 二級構(gòu)造為雙螺旋構(gòu)造二級構(gòu)造為雙螺旋構(gòu)造 BDNA 中有兩條互補(bǔ)鏈中有兩條互補(bǔ)鏈CRNA 中無堿基配對關(guān)系中無堿基配對關(guān)系 DRNA 中存有稀有堿基中存有稀有堿基10.DNA 與與RNA 的差別是：的差別是： A核糖存在于核糖存在于RNA 中中 B脫氧核糖存在于脫氧核糖存在于DNA 中中CDNA 普通為雙鏈，普通為雙鏈，RNA 為單鏈為單鏈 DDNA 含尿嘧啶，含尿嘧啶，而而RNA 含胸腺嘧啶含胸腺嘧啶11. 3,5環(huán)化腺苷酸的縮寫符號是：環(huán)化腺苷酸的縮寫符號是： A dADP Bc

16、GMP CcAMP DdGMP作業(yè)：作業(yè)：P197. 1,31. 分子大小：分子大小：DNA Mr 1061010或更大或更大2. 性狀：性狀： DNA為白色纖維狀固體，而為白色纖維狀固體，而RNA為白色粉末。為白色粉末。 3. 溶解度：溶解度：DNA和和RNA均不溶于普通的有機(jī)溶劑，均不溶于普通的有機(jī)溶劑，微溶于水，但它們的鈉鹽在水中溶解度較大。微溶于水，但它們的鈉鹽在水中溶解度較大。 RNA Mr 104106或更大或更大 4. 紫外吸收：由于核酸中堿基的共軛雙鍵，所以對紫紫外吸收：由于核酸中堿基的共軛雙鍵，所以對紫外有劇烈吸收，最大吸收峰在外有劇烈吸收，最大吸收峰在260nm附近，利用這

17、一附近，利用這一特性可進(jìn)展核酸的定量測定。特性可進(jìn)展核酸的定量測定。 l含氮堿基具有芳香環(huán)的構(gòu)造特點(diǎn)。含氮堿基具有芳香環(huán)的構(gòu)造特點(diǎn)。l由于環(huán)上極性基團(tuán)如羰基、氨基等的由于環(huán)上極性基團(tuán)如羰基、氨基等的存在，堿基能發(fā)生酮式存在，堿基能發(fā)生酮式-烯醇式或氨基烯醇式或氨基-亞亞氨基式的互變異構(gòu)。氨基式的互變異構(gòu)。l堿基既有芳香環(huán)的特性，也有氨、酮、烯堿基既有芳香環(huán)的特性，也有氨、酮、烯醇等的相應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)。醇等的相應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)。尿嘧啶尿嘧啶U腺嘌呤腺嘌呤A嘌呤堿基和嘧啶堿基都具有弱堿性。嘌呤堿基和嘧啶堿基都具有弱堿性。其堿性主要是環(huán)內(nèi)氨基的奉獻(xiàn)。其堿性主要是環(huán)內(nèi)氨基的奉獻(xiàn)。環(huán)外氨基的堿性很弱，在生理環(huán)

18、外氨基的堿性很弱，在生理pH條件下不能被質(zhì)子化。條件下不能被質(zhì)子化。1腺嘌呤核苷的溴代腺嘌呤核苷的溴代 (嘌呤環(huán)中的嘌呤環(huán)中的C8) 含氮堿基中嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)具有芳香環(huán)的含氮堿基中嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)具有芳香環(huán)的構(gòu)造特點(diǎn)，可以發(fā)生環(huán)上的親電取代反響。構(gòu)造特點(diǎn)，可以發(fā)生環(huán)上的親電取代反響。2 2尿嘧啶核苷的氯代尿嘧啶核苷的氯代 ( (嘧啶環(huán)中的嘧啶環(huán)中的C5)C5)1水解反響水解反響: 含有羰基的含有羰基的GCTU(只需只需A無羰基無羰基),具有酰氨鍵的構(gòu)造特點(diǎn)具有酰氨鍵的構(gòu)造特點(diǎn),在堿性條件下水解開環(huán)在堿性條件下水解開環(huán).2與阱的反響與阱的反響(只發(fā)生在嘧啶堿基只發(fā)生在嘧啶堿基,嘌呤堿基不發(fā)嘌呤堿基不發(fā)生此反響生此反響)該反響在核酸分析中有重要運(yùn)用價(jià)值該反響在核酸分析中有重要運(yùn)用價(jià)值 在一定條件下，堿基環(huán)上的氮原子可以發(fā)生烷基化反響。表5.25.5.環(huán)外氨基的反響環(huán)外氨基的反響l胞嘧啶核苷在亞硝酸作用下胞嘧啶核苷在亞硝酸作用下,構(gòu)成重氮鹽構(gòu)成重氮鹽,轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷腺嘌呤核苷和鳥嘌呤核苷也發(fā)生類似反響腺嘌呤核苷和鳥嘌呤核苷也發(fā)生類似反響.這種變化將影這種變化將影響或改動堿基構(gòu)成氫鍵的才干和方向響或改動堿基構(gòu)成氫鍵的才干和方向,導(dǎo)致導(dǎo)致DNA復(fù)制錯復(fù)制錯誤誤,是引起基因突變的重要緣由之一是引起