1、第一節、蛋白質的基本組成單位 第二節、蛋白質的分子結構 第三節、蛋白質的分類及性質 第四節、核酸的化學組成 第五節、核酸分子的結構 第六節、核酸的理化性質和分離提純,第五章 蛋白質與核酸,第四節、核酸的化學組成,核酸(nucleic acid)是由堿基（嘌呤和嘧啶）、戊糖和磷酸組成的高分子物質，是生物體的基本組成。 種類及分布 DNA （脫氧核糖核酸）：主要在細胞核中，是染色體的主 要成分。此外在線粒體、葉綠體、質粒及細胞膜上. RNA（核糖核酸）：細胞核核仁； 細胞質核糖體及上清液中,核酸,核苷酸,水 解,核酸的化學組成 除含C、H、O、N外，還含有較多的磷和少量的硫，含磷量在910,核酸是

2、一種線形多聚核苷酸(polynucleotide), 其基本結構單位是核苷酸(nucleotide)。,核苷酸的基本結構,堿基是一類含氮的有機小分子（五種） 嘌呤(purine）：腺嘌呤 adenine (A)、鳥嘌呤 guanine (G) 嘧啶(pyrimidine ）：胞嘧啶 cytosine (C)DNA/RNA、尿嘧啶 uracil (U)RNA、胸腺嘧啶 thymine (T)DNA 構成核酸的五種堿基中的酮基和氨基位于雜環上氮原子鄰位，受介質PH值的影響，形成酮式和烯醇式，氨基或亞氨基互變異構體。,一、堿基（nitrogenous base）,腺嘌呤,鳥嘌呤,尿嘧啶,胞嘧啶,胸腺

3、嘧啶,二、戊糖（pentose）,2-deoxy-D-ribose,D-ribose,三、核苷（nucleoside） 核苷是核糖與堿基(嘌呤堿或嘧啶堿)結合物。 嘌呤核苷是嘌呤的第9位N與核糖或脫氧核糖第1位碳連接； 嘧啶核苷是嘧啶的的第1位N與核糖或脫氧核糖第1位碳連接；,胞嘧啶脫氧核苷（dC),胸腺嘧啶脫氧核苷(dT),尿嘧啶核苷（U）,胞嘧啶核苷 (C),核苷：戊糖與堿基縮合而成，并以糖苷鍵相連接。 糖苷鍵：二者的連接是C-N鍵，稱N-糖苷鍵。,四、核苷酸（nucleotide）結構與命名,磷酸,堿基,戊糖,H2O,H2O,堿基,磷酸,戊糖,核苷鍵,脂鍵,核苷酸： AMP、 GMP C

4、MP UMP 脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dCMP, dTMP 修飾核苷： 如5-甲基 胞嘧啶：m5dCMP。,核苷酸：核苷的磷酸酯,堿基連接（核苷鍵）,脂 鍵,（對DNA為H）,1,2,3,4,5,核糖核苷酸 (2 、3和5 位)； 脫氧核糖核苷酸（3和5位)。,八種核苷酸如下表所示,M-單(D-二、T三） ；P-磷酸 RNA的名稱為某（單、二、三）苷酸，DNA在某（單、二、三）前加脫氧兩字。如AMP稱腺苷磷酸(或腺苷酸），dAMP稱為脫氧腺苷磷酸（脫氧腺苷酸）。 稀有核苷酸與上類似；,3 5 環化腺苷酸 （cAMP）,許多激素是通過cAMP發 揮功能的，所以它被稱 為激素作用的第二

5、信使，激素是第一信使。,一、DNA的分子結構 （一）核酸的一級結構 核酸的一級結構是指單核苷酸之間的連接方式。 DNA、RNA都是由許多核苷酸通過3、5磷酸二酯鍵將前一個核苷酸與后一個核苷酸連接起來，形成無分支的多核苷酸鏈。 在鏈的一端的一個戊糖的3位上OH是游離存在的，另一端的戊糖其5位上連有一個磷酸基團呈單磷酸酯狀態，這兩個末端分別稱為3末端及5末端。,第五節 核酸的分子結構,DNA一級結構的簡寫形式,核苷酸順序又稱堿基順序，是蛋白質與RNA結構的生物語言。,A,核苷酸,首端,末端,多核苷酸鏈的表達方式,（二）DNA的空間結構 1、DNA的二級結構 DNA雙螺旋結構模型的要點 (1) DN

6、A分子是由兩條反平行的多聚脫氧核苷酸鏈，繞同一中心軸盤旋形成的右手螺旋結構； (2) 每條主鏈由脫氧核糖與磷酸通過3、5磷酸二酯鍵連接而成，并位于螺旋外側。堿基位于螺旋內側，堿基平面與螺旋中心軸垂直。螺旋表面有兩條螺旋形的凹槽大溝和小溝。,(3) 雙螺旋的直徑是2nm，沿中心軸，每一個螺旋周期有10個核苷酸對，螺距是3.4nm，堿基對之間的距離為0.34nm。 (4) 兩鏈間的堿基以氫鍵互相配對。A與T配有兩個氫鍵，G與C配有三個氫鍵。 DNA分子所含嘌呤堿基的總數等于嘧啶堿基的總數(即A+G=T+C)堿基當量定律。,DNA堿基組成的Chargaff規則（1950年） （1）腺嘌呤和胸腺嘧啶的

7、摩爾數相等，即AT （2）鳥嘌呤和胞嘧啶的摩爾數也相等，即GC （3）含氨基的堿基(腺嘌呤和胞嘧啶)總數等于含酮基的堿基(鳥嘌呤和胸腺嘧啶)總數，即A+C=G+T （4）嘌呤的總數等于嘧啶的總數，即A+ G= C+ T 所有DNA中堿基組成必定是A=T，G=C這一規律暗示A與T, G與C相互配對的可能性，為Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構提供了重要根據。,A.DNA堿基互補原則,其他組合易相互排斥 例 如 G:T,因 此 ， DNA 的 雙 股 系 藉 著 A:T 和 G : C的 配 對 關 系 互 相 結 合 。,DNA 一 股 的 核 苷 酸 序 列 與 另 一 股 的 序

8、列 互 補（A-T、G-C）。,二級結構B型雙螺旋結構,大 部 分 DNA 所 具 有 的 雙 螺 旋 結 構 ， 亦 稱 為 B 型,1.反向、平行、右手螺旋,2.鏈間堿基配對相連 3.每10個堿基對螺旋上升一周 4.一條鏈為主動鏈，另一條為被動鏈；,雙螺旋結構的穩定因素,DNA雙螺旋在生理狀態下十分穩定，結構不發生變化。 提問：起穩定作用的有哪些力呢？,答案：疏水作用力（主要） （又稱堿基堆積力） 氫鍵 范德華力,穩定DNA雙螺旋的力,堿基堆積力(每條鏈上相鄰堿基平面之間的疏水作用) 堿基間的氫鍵,A-DNA B-DNA(右旋DNA) C-DNA Z-DNA(左旋DNA),DNA雙螺旋的種

9、類,DNA雙螺旋結構模型,不同型的DNA,不同型的DNA,2、DNA的三級結構 （1）DNA的三級結構是指雙螺旋DNA的扭曲或再螺旋。 如開環形-由直鏈雙螺旋DNA分子兩端連接而成，其中一條鏈留有一個小缺口。 閉環超螺旋形-是雙鏈環形DNA扭曲成麻花狀。 發夾形-DNA變性后在反相重復序列時，可形成發夾形。 （2）DNA也可聚合成二聚體和三聚體。,二、RNA（核糖核酸） 天然RNA是單鏈線形分子，只有局部區域為雙螺旋結構。 rRNA (Ribosomal RNAs ，核糖體RNA)，占80%以上：與蛋白質構成核糖體，催化肽鍵的形成 mRNA (Messenger RNAs ，信使RNA) ，占

10、5%：是以DNA為模板合成的，又是合成蛋白質的模板 tRNA (Transfer RNAs ，轉運RNA)，占15%：在蛋白質合成中轉運氨基酸和識別密碼子,RNA的結構,（一）RNA的一級結構(以mRNA為例) RNA分子的基本結構是一條線性的多核苷酸鏈，由四種核糖核苷酸以3，5-磷酸二酯鍵連接而成。 1、原核mRNA的一級結構的特點 在5末端和3末端無特殊結構，原核mRNA一般為多順反子。 順反子是指mRNA上對應于DNA上一個完整基因的一段核苷酸序列。,在mRNA分子內部，每一個順反子的編碼區是從起始密碼(AUG)開始，到終止密碼(UAG)為止。各個順反子的編碼區之間、5端的第一個順反子的

11、編碼區之前以及3端的最后一個順反子編碼區之后，都含有一段非編碼區。,2、真核mRNA的一級結構的特點 真核的mRNA一般為單順反子，即一條mRNA鏈只翻譯產生一條多肽鏈。 其結構模式為 5-帽子-5非編碼區-編碼區-3非編碼區-多聚A 多聚腺苷酸（多聚A)尾的作用是延長mRNA的壽命，從而可以增加蛋白質合成的數量。此外，還有助于mRNA穿過核膜，進入細胞質執行其模板功能,5-帽子結構,5，5-磷酸二酯鍵，有抗5-核酸外切酶的降解作用，在蛋白質合成過程中，有助于核糖體對mRNA的識別和結合。,（二）RNA的空間結構(以tRNA為例) 1、RNA的二級結構是指單鏈RNA分子自身回折，鏈內的互補堿基

12、配對，形成局部雙螺旋區，未配對的部分則形成突環相間分布成花形結構。,局部雙螺旋,回折產生莖環結構（stem-loop），即二級結構。,tRNA的二級結構呈三葉草形 三葉草形結構由氨基酸臂、二氫尿嘧啶環、反密碼環、額外環和TC環等5個部分組成,tRNA的結構特點：,（1）、分子量在25kd左右，由7090個核苷酸組成，沉降系數在4S左右； （2）、堿基組成中有較多的稀有堿基； （3）、 3末端都為CpCpAOH用來接受活化的 氨基酸。所以這個末端稱接受末端； （4）、5末端大多為pG,也有pC的； （5）、tRNA的二級結構都呈三葉草形。雙螺旋區構成了葉柄，突環區好象是三葉草形的三片小葉。,tR

13、NA的二級結構都呈三葉草形。雙螺旋區構成了葉柄，突環區好像是三葉草的三片小葉。 由于雙螺旋結構所占比例甚高，tRNA的二級結構十分穩定。 三葉草形結構由氨基酸臂、二氫尿嘧啶環、反密碼環、額外環和TC環等5個部分組成。,（1）、氨基酸臂（amino acid arm）由7對堿基組成，富含鳥嘌呤，末端為CCA，接受活化的氨基酸。 （2）、二氫尿嘧啶環(dihydrouridine loop)由8一12個核苷酸組成，具有兩個二氫尿嘧啶，故得名。通過由34對堿基組成的雙螺旋區(也稱二氫尿嘧啶臂)與tRNA分子的其余部分相連。 （3）、反密碼環(anticodon loop)由7個核苷酸組成。環中部為反

14、密碼子，由3個堿基組成。次黃嘌呤核苷酸(也稱肌苷酸，縮寫成I)常出現于反密碼子中。反密碼環通過由5對堿基組成的雙螺旋區(反密碼臂)與tRNA的其余部分相連。反密碼子可識別信使RNA的密碼子。,（4）額外環（extra loop ）由3一18個核苷酸組成。不同的tRNA具有不同大小的額外環，所以是tRNA分類的重要指標。 （5）假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷環(TC環)由7個核苷酸組成，通過由5對堿基組成的雙螺旋區(TC臂)與tRNA的其余部分相連。除個別例外，幾乎所有tRNA在此環中都含有TC 。,2、tRNA的三級結構 RNA的二級花形結構在細胞中進一步回折扭曲，使分子內部的自由能達到最小，在

15、二級結構中突環上未配對的堿基由于RNA鏈的再度扭曲與另一突環上的未配對堿基相遇，形成新的氫鍵配對關系，其結果是平面花形結構變成立體花形結構。,RNA的三級結構,莖環結構間的相互作用形成三級結構。,第六節、核酸的性質,一、一般理化性質 1、兩性電解質： 2、溶解性：微溶于水，不溶于一般有機試 劑（乙醇沉淀核酸），鈉鹽易溶于水。 3、粘度高：一般DNA比RNA粘度高。 4、水解性：可被酸、堿或酶水解，DNA比 RNA對稀堿穩定。 5、顏色反應： 1）核糖與濃鹽酸和苔酚藍共熱呈綠色，在 670nm處可測RNA； 2）2-脫氧核糖與酸和二苯胺共熱呈藍紫色，在595nm處可測DNA。 二種反應可作定性試

16、驗，定量試驗靈敏度低、準確性差，但快、簡便。,二、紫外吸收性質,堿基具共軛雙鍵強烈吸收260-290nm波段 紫外光，最大吸收峰在260nm附近。 應用： 1、不同核苷酸有不同吸收特性，可用紫外分光光度計進行定性、定量測定。 1 OD相當于：50g/ml DNA 40g/ml RNA 20g/ml Nt(核苷酸）,2、確定所提取的核酸是否純品。 1）DNA： 1.8 純品 OD260/OD290 1.8 RNA 污染 1.8 pro 污染 2）RNA： OD260/OD290 2.0 純品,3、紫外可使相鄰T T間形成共價結合的胸腺嘧啶二聚體，引起基因突變。,A = T C = G T = A

17、 T = A,紫外,A = T C = G T A T A,三、核酸結構的穩定性,1、堿基堆積力：雙螺旋內部堿基形成的疏 水區； 2、堿基間的氫鍵： 3、磷酸基與介質中陽離子形成的離子鍵 4、范德華力。,四、核酸的變性,1、變性的概念 1）現象：雙螺旋DNA和具雙螺旋區的RNA氫鍵 斷裂，空間結構被破壞，形成單鏈無規 則線團狀的過程。,四、核酸的性質,2）結果：A、增色效應： 260nm紫外吸收增加； B、粘度下降、浮力密度上升； C、生物學性能部分或全部喪失。 3）引起變性的因素： 溫度、pH、尿素、甲醛等。,2、熱變性與Tm,Tm：在熱變性中，紫外吸收增加的中點值所對應的溫度，稱該DNA的

18、熔解溫度（melting temperature,Tm);又稱熱解鏈溫度。,四、核酸的性質,3、影響Tm的因素：,1）DNA的均一性； 2）G-C含量：Tm與G-C含量成正比。 3）介質中的離子強度：離子強度低，Tm低，熔解溫度范圍窄。,鹽濃度對DNA變性的影響,五、核酸的復性,概念：變性DNA在適當條件下（緩慢降溫），可 使兩條彼此分開的鏈重新締合成雙螺旋結 構的過程。 復性后，許多物化性質可得到恢復， 生物學活性部分恢復。 影響因素：溫度、DNA片段大小、DNA濃 度、堿基重復序列多少、離子濃度。,四、核酸的性質,DNA變性與復性,六、核酸的提取,方法：先破碎細胞，提取核蛋白；再使核酸與蛋白質分離；最后沉淀核酸，進行純化。,1、蛋白質作為生物功能的主要載體，承擔著哪些主要生物學功能？ 2、蛋白質這個重要的生物大分子的化學組成是什么？其基本組成單位在結構和性質上有何特點？ 3、蛋白質的基本組成單位-氨基酸是如何形成大分子蛋白質的？蛋白質生物大分子的空間結構是如何來描述的？ 4、為什么要了解蛋白質的空間結構？蛋白質的結構與功能之間有何關系？決定蛋白質結構的因素是什么？,課后思考,1、 組成蛋白質的氨基酸的結構是如何影響蛋白質的？ 2、 氨基酸除了作為蛋白質的基本組成單位，它還有那些其他功能？ 3、 什么是肽？它們有那些