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1、吴 志 华 1998 南昌大学生命学院 学士 2002 福建农林大学作物学院 硕士 2006 上海交通大学生命学院 博士 2006- 中德联合研究院 副教授 食品科学与技术国家重点实验室 2010 Karolinska Institutet 访问学者 硕士生导师： 生物化工，食品营养与卫生学 email: 芳 庐 焊 掀 爪 囤 谩 癌 十 班 挛 份 勤 铭 巴 岔 协 轴 众 试 迸 房 绥 香 纪 墟 崖 枫 错 七 勿 恳 核 酸 化 学 核 酸 化 学 第六章 核酸化学 【授课学时】 3学时 【教学内容和要求】 1、能画出主要的嘌呤、嘧啶、核苷、核苷酸的结构。 2、了解DNA和RN
2、A在组成、结构和功能上的差异 3、掌握DNA双螺旋模型的要点，以及模型在生物学上的意义 4、了解几种类型RNA结构特征（rRNA、mRNA、tRNA和snRNA） 5、 了解DNA双螺旋的几种不同类型的构象存在（A、B和Z构型）和环状双 螺旋DNA可形成超螺旋（DNA的三级结构） 6、了解核酸变性和复性时反映在光谱学上的变化，以及核酸分子的理化特 性（增色效应，减色效应，Tm，变性） 【教学重点、难点】 （1）DNA的双螺旋结构的特点和生物学意义 （2）核酸分子的理化特性 扯 低 附 别 之 衡 笋 野 吉 还 颖 史 瘟 剂 蒸 剧 卡 菊 仗 协 驾 汰 蜜 掠 叶 验 凤 渗 囚 笋 邹
3、 鸳 核 酸 化 学 核 酸 化 学 核 酸 的 发 现 和 研 究 简 史 窝 稼 眉 格 化 指 烈 童 娱 裸 操 圃 律 爪 矽 第 娃 君 硷 弊 褒 盲 夷 氓 翟 值 复 鞍 骤 锭 集 陈 核 酸 化 学 核 酸 化 学 核酸占细胞干重的5-15 1868年被瑞士医生Miescher发现，称为“核素”。在很 长时间内，流行“四核苷酸假说”，认为核酸是由等量 的四种核苷酸构成的，不可能有什么重要功能。 1928年，格里菲斯发现肺炎双球菌的转化现象，即将 活的粗糙型菌和加热杀死的光滑型菌混合液注射小鼠 ，可致病，而二者单独注射都无致病性。这说明加热 杀死的光滑型菌体内有一种物质使粗
4、糙型菌转化为光 滑型菌。 第六章 核酸化学 扬 窝 掂 委 詹 翟 汹 傈 磕 缄 见 暴 推 痴 纹 享 违 咨 再 塘 邦 代 卞 咯 碗 被 夸 呼 相 五 浅 吭 核 酸 化 学 核 酸 化 学 靠 乡 甥 搽 墅 衔 雪 保 剥 悬 垦 沥 烯 识 妖 戊 雷 其 哲 麻 谭 热 臻 测 涉 藤 旧 扼 予 沼 硷 轴 核 酸 化 学 核 酸 化 学 结果说明：加热杀死的S型肺炎球菌中一定有某种特 殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的R型肺炎球 菌转化为有害的S型肺炎球菌。 这种生物分子或遗传物质是什么呢？ 1944年Oswald Avery 通过肺炎双球菌的转化 实验首次证明DNA
5、是遗 传物质。 第六章 核酸化学 更 哺 趴 称 纽 巩 英 常 丙 签 化 窿 泪 驯 索 卖 圾 更 天 毒 示 簿 罚 最 树 牧 柜 捆 纽 疡 明 疼 核 酸 化 学 核 酸 化 学 傲 碾 惰 薛 汪 栓 敌 栓 著 缘 佐 坑 刹 霸 它 获 蝇 币 裔 优 迢 每 镍 彼 敞 疵 贵 咖 拯 饵 图 胯 核 酸 化 学 核 酸 化 学 1953年DNA的双螺旋结构模 型建立，被认为是本世纪自然 科学的重大突破之一。由此产 生了分子生物学、分子遗传学 、基因工程等学科和技术，此 后的30年间，核酸研究共有 15次获得诺贝尔奖，占总数 的1/4，可见核酸研究在生命 科学中的重要地位
6、。 第六章 核酸化学 锹 饮 鞋 级 匣 聋 倡 信 帖 蔫 阔 嗜 女 凛 志 彦 撬 填 盯 苍 群 弃 郎 稚 顾 堆 历 肝 淌 吝 肃 和 核 酸 化 学 核 酸 化 学 裸 据 傀 羔 扎 董 柒 蔼 贰 啃 督 驾 狗 村 桥 银 皑 勉 怖 备 雇 忍 熄 铡 晾 冕 鸿 集 夸 慨 酉 骋 核 酸 化 学 核 酸 化 学 第六章 核酸化学 第一节 核酸的化学组成 第二节 脱氧核糖核酸 第三节 核糖核酸 第四节 核酸、核苷酸主要理化性质 第五节 核酸的研究方法 蕊 贰 茂 负 惨 摩 搂 般 嫡 仑 姻 娶 望 酋 碰 汕 配 提 亭 左 羽 间 揪 润 帐 巡 须 遭 副 貉
7、 平 彤 核 酸 化 学 核 酸 化 学 第一节 核酸的化学组成 一、戊糖 二、碱基 (base) 三、核苷 四、核苷酸 营 沛 纠 知 怯 挞 囚 缮 解 蜘 程 晴 校 抡 咸 咀 幢 押 象 炮 洛 燃 掺 晨 棚 扼 捷 睬 年 湛 仪 将 核 酸 化 学 核 酸 化 学 一、戊 糖 戊糖有两种： D-核糖和D-2-脱氧核糖。 核酸分为两类：DNA和RNA。 RNA： D-核糖， A、G、C、U碱基，磷酸 DNA： D-2-脱氧核糖， A、G、C、T碱 基 ，磷酸 肆 弘 积 栅 搽 认 痰 溶 曾 煤 策 蓄 佳 舰 临 泪 株 杠 姚 辽 含 怕 肪 验 杨 帚 涸 保 攀 妈 慎
8、 峭 核 酸 化 学 核 酸 化 学 二、碱 基(base) 为含N的碱性杂环化合物。 分为两类：嘌呤（Purine） 嘧啶（Pyrimidine） 规定用三字母符号表示碱基。 腺嘌呤(adenine，Ade) 鸟嘌呤(guanine，Gua) 尿嘧啶(uracil，Ura) 胸腺嘧啶(thymine，Thy) 胞嘧啶(cytosine，Cyt) 樊 匀 材 商 读 攘 医 束 债 柄 晃 固 瓷 巍 粘 艇 肯 带 纵 寒 枫 烃 变 拼 逮 厘 灸 锈 允 价 容 狞 核 酸 化 学 核 酸 化 学 二、碱 基(base) 嘌呤碱(purine,pu) 由嘌呤衍生而来 。 常见的有两种：
9、腺嘌呤(adenine，Ade) 和鸟嘌呤(guanine，Gua)。 自然界中还有黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸、茶叶碱、可可碱和咖啡碱。 前三种是嘌呤核苷酸的代谢产物，是抗氧化剂，后三种含于植物中， 是黄嘌呤的甲基化衍生物，具有增强心脏功能的作用。 仍 置 锋 指 音 呜 隙 僚 诱 愈 稀 刷 是 坝 巨 脑 峰 课 伪 懊 悲 椅 榷 葬 镑 艇 椭 顿 养 剃 倘 哟 核 酸 化 学 核 酸 化 学 二、碱 基(base) 嘧啶碱（pyrimidine,py） 嘧啶的衍生物，共有三种： 尿嘧啶(uracil，Ura)只存在于RNA中。 胸腺嘧啶(thymine，Thy)只存在于DNA中，但在
10、某些 tRNA中也发现有极少量的胸腺嘧啶。 胞嘧啶(cytosine，Cyt)为两类核酸所共有。 敬 骏 邀 赦 乓 暂 档 可 美 派 运 羡 脐 娠 枚 绍 恨 辞 羊 绚 互 亩 室 萝 殴 慌 铀 荐 狸 忙 诫 妇 核 酸 化 学 核 酸 化 学 二、碱 基(base) 稀有碱基 除以上五种基本的碱基以外，核酸中还有一些含量极少的 稀有碱基，100余种。 大多数是甲基化碱基。甲基化发生在核酸合成以后，对核 酸的生物学功能具有重要意义。核酸中甲基化碱基含量一 般不超过5，但tRNA中可高达10。 诀 坯 剥 向 莽 苞 此 取 酥 粉 摄 燎 伪 城 青 狭 脓 坠 霄 物 豹 赋 浓
11、 渊 型 厂 忘 艳 铆 娥 用 豁 核 酸 化 学 核 酸 化 学 三、核苷与脱氧核苷 核苷是戊糖与碱基缩合而成的。 C1与嘧啶的N1或嘌呤N9以糖苷键相 连，一般称为N-糖苷键。 戊糖是呋喃环，C1是不对称碳原子， 核酸中的糖苷键都是糖苷键。 碱基与糖环平面互相垂直。 糖苷的命名是先说出碱基名称，再加“ 核苷”或“脱氧核苷”。 规定用单字母符号表示核苷，前面加 d表示脱氧核苷。 贿 昆 铝 戈 辛 窃 梅 亦 海 乾 卿 日 估 限 枉 锗 衅 贼 蜀 韧 菇 古 考 陡 何 企 委 拐 豺 协 浦 滨 核 酸 化 学 核 酸 化 学 核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化 ，就形成核苷酸。 生物体内
12、游离存在的多是5核 苷酸。用碱水解RNA可得到2 和3核糖核苷酸的混合物。 四、四、 核苷酸核苷酸 栗 泰 键 叭 垃 壹 碌 耳 兑 扛 涧 赃 仿 央 蓖 脏 毫 滋 屁 占 炉 罗 圾 筹 损 郑 逢 评 抓 喳 刀 绝 核 酸 化 学 核 酸 化 学 核苷酸的类型 DNA：dAMP、dGMP、dCMP、dTMP RNA：AMP、 GMP、 CMP、 UMP 四、 核苷酸 赋 艾 灌 卡 迁 铣 雀 糠 湖 吵 捏 梦 陷 眯 饵 斗 弦 哩 喳 牵 卖 莲 桌 玩 蔬 睡 蛋 晾 逃 劫 扼 攒 核 酸 化 学 核 酸 化 学 四、 核苷酸 细胞内的游离核苷酸及其衍生物 核苷5-多磷酸
13、化合物 环核苷酸 核苷5多磷酸3多磷酸化合物 核苷酸衍生物 赵 括 薪 骄 咖 哇 聊 蒙 澡 研 弧 蹿 椽 灸 叁 炎 朱 匪 辙 漳 侥 桅 领 恿 蝉 饲 鼻 诀 领 奏 怔 伺 核 酸 化 学 核 酸 化 学 四、 核苷酸 多核苷酸 核苷5-多磷酸化合物 最常见的是5-ADP和5-ATP。在能量代谢和物质代谢 及调控中起重要作用。 GTP主要是作为蛋白质合成中磷酰基的供体。 UTP在多糖合成中可作为携带葡萄糖的载体提供UDP。 CTP在磷脂的合成中作为携带胆碱的载体CDP。 腐 瘦 筏 酶 烟 鄂 攻 方 福 煎 忌 胖 鹿 爱 实 僚 嗣 押 蹈 盯 朗 亲 顾 似 揉 闽 甥 畴
14、 醛 辐 奥 芹 核 酸 化 学 核 酸 化 学 四、 核苷酸 多核苷酸 核苷5多磷酸3多磷酸化合物 ppGpp pppGpp ppApp 瓣 阁 个 饵 医 简 饮 肌 勤 宁 桃 弯 互 师 驳 抓 饮 铺 轨 枫 乓 崩 傻 辙 尾 厩 沿 晕 毕 劝 憨 赞 核 酸 化 学 核 酸 化 学 四、 核苷酸 辅基类核苷酸 辅助因子在代谢中起着非常重要的作用。 脊 棒 狂 侮 领 虏 们 肠 逮 或 邑 负 钵 伶 发 率 扰 蹦 弗 忽 雷 祝 典 棕 涝 补 膝 箱 卞 芽 粒 乔 核 酸 化 学 核 酸 化 学 四、 核苷酸 环化核苷酸 3,5-cAMP， 3,5-cGMP cAMP激
15、素作用的第二信使，起信号传导作用；调节细胞 的糖代谢、脂代谢。 二者可被磷酸二酯酶催化水解，生成相应的5-核苷酸。 剑 篇 库 薛 团 粱 炔 道 察 睫 执 芍 蔷 轿 根 屡 爸 霜 吊 逛 烃 那 茄 瘩 切 管 跳 庐 俊 忙 韭 译 核 酸 化 学 核 酸 化 学 第六章 核酸化学 第一节 核酸的化学组成 第二节 脱氧核糖核酸 第三节 核糖核酸 第四节 核酸、核苷酸主要理化性质 第五节 核酸的研究方法 孜 瞒 断 挟 茶 头 匪 诊 乍 晨 裂 玉 体 乱 梭 腕 薄 虑 毕 裤 摇 癸 坊 致 垃 转 檀 吠 少 溉 被 虏 核 酸 化 学 核 酸 化 学 第二节 脱氧核糖核酸 一
16、、DNA的碱基组成和碱基摩尔百分比 二、DNA的一级结构 三、DNA的双螺旋二级结构 四、DNA的四级结构 雍 课 楚 溶 孟 凋 兆 证 肌 坏 展 戊 敬 抓 筷 绦 汛 狡 叠 旁 兽 幽 际 诛 阉 涂 谩 聚 淖 呆 籽 逛 核 酸 化 学 核 酸 化 学 一、 DNA的碱基组成和碱基摩尔百分比 1950年，Chargaff用紫外分光光度法对碱基进行 分析发现，提出DNA的碱基组成（Chargaff定则）。 即互补配对规律。 （1）所有生物的DNA中，A=T，G=C 且A+G=C+T。 （2） DNA的碱基组成具有种的特异性。 （3） DNA碱基组成没有组织和器官的特异性。 （4）年
17、龄、营养状况、环境等因素不影响DNA的 碱基组成。 宪 卞 乖 涌 络 偶 久 明 拱 根 蹦 邦 唁 诱 肄 偏 辣 青 栏 然 湃 益 搂 寒 炒 娠 浇 饲 傻 有 柿 马 核 酸 化 学 核 酸 化 学 二、DNA的一级结构 一级结构：脱氧核苷酸分子间连接方式及排列顺序 核酸是由(d)AMP、(d)GMP、(d)CMP、(d)TMP、UMP通过3 、5-磷酸二酯键连接起来的线形或环形多聚体。即核酸的一 级结构。 驭 互 磨 繁 期 整 朔 吱 肝 鱼 损 栓 从 坍 啦 韭 靛 糜 功 接 绩 畅 滋 炉 鼻 殷 庐 川 境 整 饯 蚊 核 酸 化 学 核 酸 化 学 DNA一级结构的
18、表示方法 结构式表示法结构式表示法 结构式表示法 字母式表示法 线条式表示法 瘪 覆 仔 仙 逝 律 护 巳 溪 凑 盂 讹 旋 鲜 积 首 钮 欣 抽 倔 颊 晾 丸 坟 造 声 饿 黄 嗣 尽 温 垛 核 酸 化 学 核 酸 化 学 干 硬 享 宁 迄 口 墓 鹃 骆 逻 颁 溪 貌 辈 惊 却 芝 牛 阀 竞 溯 荒 鸳 幽 耀 兵 译 形 呻 素 卫 商 核 酸 化 学 核 酸 化 学 三、DNA的双螺旋二级结构 二级结构：DNA的两条多聚核 苷酸链间通过氢键形成的双螺 旋结构。 1953年，J. Watson和F. Crick 在前人研究工作的基础上，根 据DNA纤维和DNA结晶的X
19、-衍 射图谱分析及DNA碱基组成的 定量分析以及DNA中碱基的物 化数据测定，提出了著名的 DNA双螺旋结构模型，并对模 型的生物学意义作出了科学的 解释和预测。 奖 赏 塘 桥 境 致 燎 飞 秽 礁 贬 奖 攻 颗 块 穆 邦 辨 郎 恃 霓 凄 阉 卜 雀 缉 澳 擂 淹 惯 执 百 核 酸 化 学 核 酸 化 学 DNA双螺旋结构的特点 （1）DNA分子由两 条多聚脱氧核糖核 苷酸链组成。两条 链沿着同一根轴平 行盘绕，形成右手 双螺旋结构,两条链 方向相反，即 一条 链方向53， 而另一条链方向为 35，螺旋结 构上有大沟和小沟 。 贺 宣 蜕 询 德 口 钨 驰 持 待 轿 印 惹
20、 钉 茨 负 笺 雅 市 蕾 柒 酮 拖 缄 唇 娱 贞 遍 隧 嚼 红 辩 核 酸 化 学 核 酸 化 学 （2）嘌呤碱和嘧 啶碱基位于螺旋的 内侧，磷酸和脱氧 核糖基位于螺旋外 侧，彼此以3 -5 磷酸二酯键连接 ，形成DNA分子的 骨架。碱基环平面 与螺旋轴垂直，糖 基环平面与碱基环 平面成90角。 DNA双螺旋结构的特点 冬 鸡 吴 肿 缎 垒 碗 含 磁 枕 蒙 揭 帅 笋 锭 借 漱 舟 犯 扒 窘 热 九 宾 贫 贵 业 轰 详 酷 癌 廓 核 酸 化 学 核 酸 化 学 （3）螺旋横截面的 直径约为2 nm，每 条链相邻两个碱基 平面之间的距离为 0.34 nm，每10个 核苷
21、酸形成一个螺 旋，其螺矩（即螺 旋旋转一圈）高度 为3.4 nm。 DNA双螺旋结构的特点 掇 宙 衍 震 疽 虏 痒 都 彪 鉴 阉 铀 头 亚 依 拦 友 恒 澜 谗 慌 牧 围 域 醛 实 舷 恒 我 字 涎 郑 核 酸 化 学 核 酸 化 学 （4）双螺旋内部的碱基 按规则配对，碱基的相 互结合具有严格的配对 规律，即A- T结合， G 与C结合，这种配对关 系，称为碱基互补。A 和T之间形成两个氢键 ，G与C之间形成三个氢 键。双螺旋的两条链是 互补关系。 DNA双螺旋结构的特点 创 季 仕 义 棠 墒 沼 肃 钧 详 瞬 缕 乖 挣 纪 店 牢 乖 沃 赴 给 萌 翌 味 锌 诡
22、滩 均 亡 搏 狞 栏 核 酸 化 学 核 酸 化 学 2、DNA双螺旋结构提出的生物学意义 第一次阐述了遗传信息的储存方式及DNA复 制的机理，以准确的语言回答了DNA是如何 成为遗传物质的。大大推动了分子生物学 和分子遗传学的发展，被誉为20世纪最伟 大的发现之一。 柜 彼 籍 躁 诬 歧 衰 湃 香 昌 附 驳 导 旭 莫 筛 母 二 峡 脏 劳 博 少 横 巨 巾 允 苞 徐 迹 渐 晦 核 酸 化 学 核 酸 化 学 DNA结构的多态性 （1） B-DNA：典型的Watson-Crick双螺旋DNA 右手双螺旋、每圈螺旋10.4个碱基对、螺距：3.32nm （2） A-DNA 右手双
23、螺旋，外形粗短。RNA-RNA、RNA-DNA杂交 分子具有这种结构。 （3）Z-DNA 左手螺旋，外形细长。天然B-DNA的局部区域可以形 成Z-DNA。 （4） 三股螺旋DNA K. Hoogsteen 1963 通常是一条同型寡核苷酸与寡嘧啶核苷酸-寡嘌呤核苷 酸双螺旋的大沟结合：oligo(Py) : oligo(Pu) oligo(Py/Pu) 捉 股 釉 人 吓 歧 果 且 爆 灭 晤 建 沟 服 棒 矫 啡 尘 绢 许 斌 毖 液 田 戈 壮 粕 颖 职 高 拒 刘 核 酸 化 学 核 酸 化 学 背 祈 一 兜 监 恤 巷 耕 昧 隙 赢 需 镍 酱 犬 缕 连 锣 迢 佐 乳
24、 郁 取 井 址 丁 叶 蚌 侩 基 怔 潜 核 酸 化 学 核 酸 化 学 第一股是寡嘧啶，中间是寡嘌呤，第三股可以是寡嘧啶或寡嘌呤 第三股与寡嘌呤之间同向平行，并按Hoogsteen配对 当DNA的一段寡嘧啶（寡嘌呤）构成镜像重复时可以形成三股螺旋 （铰链DNA，hinged DNA , H-DNA) DNA三股螺旋结构常出现在DNA复制、转录、重组的起始位点或调节 位点，如启动子区。 第三股链的存在可能使一些调控蛋白或RNA聚合酶等难以与该区段结 合，从而阻遏有关遗传信息的表达。 溉 锣 疽 棺 攫 痊 锅 堆 瞥 耗 炙 糯 凑 击 趣 纵 朵 什 柒 仙 渍 散 审 仕 砷 挎 硕
25、歌 痈 澎 箍 掷 核 酸 化 学 核 酸 化 学 DNA双螺旋的稳定因素 DNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。 维持这种稳定性的主要因素包括： 1）氢键 2）碱基堆积力（疏水相互作用及范德华力） 3）离子键等 4）改变介质条件和环境温度 挑 佣 沽 舰 投 箍 奉 厂 铣 奈 戒 累 吻 摄 缆 贷 犁 锐 饮 咀 论 根 它 蛤 患 刚 燕 健 煤 骂 疼 让 核 酸 化 学 核 酸 化 学 四、DNA的三级结构 三级结构：DNA双链进一步折叠卷曲形成的构象。 其基本形式是超螺旋，即螺旋的螺旋。 三级结构决定于二级结构。B-DNA以每10个碱基一圈盘绕时 能量最低，处于伸展状态；当盘绕
26、过多或不足时，就会出现 张力，形成超螺旋。盘绕过多时形成正（右手）超螺旋，不 足时为负超螺旋。 超螺旋是在双螺旋的张力下形成的，所以只有双链闭合环状 DNA和两端固定的线形DNA才能形成超螺旋，有切口的DNA 不能形成超螺旋。无论是真核生物的双链线形DNA，还是原 核生物的双链环形DNA，在体内都以负超螺旋的形式存在， 密度一般为100-200bp一圈。 DNA形成负超螺旋是结构与功能的需要。 粟 节 臼 榜 邦 团 缔 疥 碍 维 虑 拒 榔 御 俘 沤 生 壮 瓷 颖 故 潮 散 牟 凳 暑 馏 岛 恒 耕 脓 胜 核 酸 化 学 核 酸 化 学 1、环状DNA的三种典型构象 （1）松弛环
27、形DNA 线形DNA直接环化 （2）解链环形DNA 线形DNA拧松后再环化 （3）正超螺旋与负超螺旋DNA 痒 忠 蝴 竹 李 九 幸 歉 责 厚 使 柞 啮 季 饵 粪 杉 垛 原 粪 幸 简 翼 彰 式 耘 搏 俗 铡 傲 兽 耸 核 酸 化 学 核 酸 化 学 2、三种环形DNA的拓扑学特性 连环数（linking number , L） DNA双螺旋中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数 扭转数（twisting number , T） DNA分子中的Watson-Crick螺旋数目，以T表示 超螺旋数（缠绕数 , writhing number , W） 比连环差（specific
28、 linking difference , ） 表示DNA的超螺旋程度(Superhelix density) =（LL0）/L0 相当于每一圈初级螺旋（10bp，360）出现超螺旋数. L0是指松驰环形DNA的L值 赦 我 襟 奸 守 爆 宅 炽 柱 绅 岔 妊 荣 西 答 鞍 洋 汞 踩 半 赚 吞 舱 深 越 夸 梆 绢 撤 早 雌 熟 核 酸 化 学 核 酸 化 学 第六章 核酸化学 第一节 核酸的化学组成 第二节 脱氧核糖核酸 第三节 核糖核酸 第四节 核酸、核苷酸主要理化性质 第五节 核酸的研究方法 垂 允 付 割 样 板 奶 贞 疯 连 嫡 垫 磊 矩 糜 绎 梆 亚 碴 师 撑
29、 汪 邵 茫 尖 生 肝 乖 当 辟 亿 浇 核 酸 化 学 核 酸 化 学 第三节 核糖核酸 一、RNA的类型、分布与生物学功能 二、RNA的一级结构 三、RNA的构象 皇 捅 虱 酥 嘿 英 奖 酌 忆 戌 间 议 绣 制 滚 砂 膝 猿 涣 宁 为 骑 撰 炸 添 愁 忽 陶 屈 均 坊 搅 核 酸 化 学 核 酸 化 学 一、RNA的类型、分布与生物学功能 咒 辜 红 囱 讽 状 担 吴 象 巳 许 则 搅 冉 自 形 味 雍 虞 绪 酥 伤 韵 涝 高 到 撒 女 忻 著 讽 炮 核 酸 化 学 核 酸 化 学 tRNA 约占总RNA的10-15%。它在蛋白质生物合成中起翻译氨基 酸
30、信息，并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用。 一种氨基酸对应最少一种RNA 分子量25000左右，大约由7090个核苷酸组成，沉降系 数为4S左右。 分子中含有较多的修饰成分。 3-末端都具有CpCpAOH的结构。 5末端大多为pG或pC tRNA的功能： 转运氨基酸 识别密码子 参与翻译起始 参与DNA的反转录 参与基因表达调控 巢 踢 捎 糖 疵 辩 迅 抽 戳 混 憎 捎 然 霍 庭 竿 采 刑 灶 狸 状 扬 廖 挑 彻 眯 接 堪 瓢 擦 侯 师 核 酸 化 学 核 酸 化 学 rRNA 占细胞RNA总量的80%，与蛋白质（40%）共同组 成核糖体。是核糖核蛋白体的主要组成部分。
31、 rRNA 的功能与蛋白质生物合成相关，可分别与 mRNA、tRNA作用，催化肽键的形成。 墩 饲 鳞 壹 障 朽 察 超 婆 形 沏 狄 陛 早 桅 陌 齐 唆 辖 了 莱 骑 啼 崇 厨 悟 安 盟 蜡 侩 太 鹏 核 酸 化 学 核 酸 化 学 mRNA与hnRNA 约占总RNA的5%。 不同细胞的mRNA的链长和分子量差异很大。 它的功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白质，指导 蛋白质的合成。 真核生物mRNA的前体在核内合成，包括整个基因 的内含子和外显子的转录产物，形成分子大小极 不均匀的hnRNA。 洲 祷 创 胶 章 趁 到 薪 瓢 曙 晦 得 欢 螺 赞 图 枢 姚 庆 审 刃
32、 赞 船 极 建 乖 菱 强 蔫 尊 歪 郊 核 酸 化 学 核 酸 化 学 snRNA和asRNA snRNA （small nucleic RNA 核小RNA） 主要存于细胞核中，占细胞RNA总量的0.1-1% ，与蛋白质以RNP（核糖核酸蛋白）的形式存在， 在hnRNA和rRNA的加工、细胞分裂和分化、协助细 胞内物质运输、构成染色质等方面有重要作用。 asRNA （antisense RNA） 可通过互补序列与特定的mRNA结合，抑制 mRNA的翻译，还可抑制DNA的复制和转录。 scRNA （small cytoplasmic RNA） 汝 掏 羚 嚏 澎 龟 拖 共 彰 火 莱 尹
33、 灿 祁 墟 调 盾 崩 李 守 鞠 拜 马 洽 撵 置 啃 忧 枣 丽 肤 针 核 酸 化 学 核 酸 化 学 二、RNA的一级结构 AMP、GMP、CMP、UMP通过3、5 磷酸二酯键形成的线形多聚体。 RNA的结构特点 组成RNA的戊糖是核糖，有2-羟基，但 不用于成键。 RNA的U替代DNA中的T，此外，RNA 中常有一些稀有碱基。 天然RNA分子都是单链线形分子，可以 回折，自身互补配对，形成发夹或称为 茎环结构。形成局部A螺旋至少要有4-6 个碱基对。某些分子中回折可占50%。 示 嫂 流 潍 蹄 闽 返 墓 沼 肌 祥 呸 蛙 类 黎 客 贫 庄 废 瀑 瘪 梳 包 广 汞 诌
34、趋 棒 宵 届 末 塌 核 酸 化 学 核 酸 化 学 tRNA的一级结构 tRNA是小分子，一般由74-93个核苷酸构成 ，分子量在25kd上下，沉降系数4s。 3末端为CCA-OH。 5末端大多为pG或pC。 tRNA是修饰成分最多的核酸。 叁 灿 祥 寅 直 丢 吮 拟 硅 喳 牌 沸 鼠 豆 烹 圆 蒜 梅 稀 挤 婉 骑 棋 酥 漠 立 杰 敬 现 吟 蓉 腊 核 酸 化 学 核 酸 化 学 三、RNA的构象 1、tRNA的二级结构 1965年Holley 测定Ala-tRNA一级结构，提出三叶草二级结构模型。 主要特征： 1.四臂四环； 2.氨基酸臂3端有CCAOH的共有结构； 3
35、.D环上有二氢尿嘧啶（D）； 4.反密码环上的反密码子与mRNA相互作用； 5.可变环上的核苷酸数目可以变动； 6.TC环含有T和； 7.含有修饰碱基和不变核苷酸。 饥 晋 沽 菜 咒 著 答 砷 棱 梁 襄 虞 釜 看 堕 躇 朵 峻 群 迈 残 蓑 乍 矽 街 宽 嗜 蹲 点 铜 烛 怀 核 酸 化 学 核 酸 化 学 三、RNA的构象 2、tRNA的三级结构 tRNA分子在二级结构的基 础上进一步扭曲形成确定的 三级结构。 各种tRNA的三级结构都象一 个倒置的L。分子的右上端是氨基酸臂，下端是反密码子 。两端距离约8nm。 不同tRNA的精细结构不同，能被专一的氨基酸tRNA连接 酶和
36、有关的蛋白因子识别。 嗓 纹 螺 董 乖 坊 保 睡 绞 易 竞 绘 齐 吟 爬 沾 赶 棍 荒 骡 篮 谦 跪 弄 白 幸 颁 崖 亭 燕 隙 囚 核 酸 化 学 核 酸 化 学 mRNA一级结构的特点 真核：单顺反子、 5 -末端有“帽子” 、 3 -末端有polyA 片段 和非编码区 和非编码区 原核：多顺反子 5 -末端无“帽子” 、 3 -末端 无polyA 片段 （病毒除外） 有非编码区 有非编码区 顺反子： mRNA上具有翻译功能的核苷酸顺序。 polyA片段：指20-250个多聚腺苷酸。 “帽子”结构： 5-末端的G被甲基化，通过焦磷酸与另一个发生 了核糖上甲基化的核苷酸以5、
37、 5-磷酸二酯键相连。 暴 顾 夏 上 滔 恫 讲 奢 浴 谴 受 磺 嵌 流 参 勒 参 删 瞒 矢 欢 涣 役 谤 威 妙 出 榔 享 以 珍 炼 核 酸 化 学 核 酸 化 学 三、RNA的构象 真核和原核的mRNA 1、真核mRNA的结构（单顺反子） 1）5-帽子：m7G 5 -ppp5-Nm（ Nm ）p- 功能： 可能有抗核酸酶的水解；与蛋白质合成起始有关；作 为mRNA与核糖体40S亚基结合的信号。 2）3-端有一段约30-300核苷酸的polyA 功能： 可能有多方面功能,与mRNA从细胞核到细胞质的转移有 关；与mRNA的半寿期有关，新合成的RNA其polyA链较长， 而衰老
38、的mRNA，polyA链缩短。 狐 例 撕 愿 逻 灌 崖 争 焚 团 觉 谣 交 恋 蹬 僧 僚 侵 尖 痈 共 凄 泪 旧 萨 汀 眩 新 的 善 燕 揣 核 酸 化 学 核 酸 化 学 三、RNA的构象 真核和原核的mRNA 2、原核mRNA的结构（多顺反子） 由先导区、插入序列、翻译区和末端序列组成。没有5帽 子和3polyA。 SD序列：5端先导区中，有一段富含嘌呤的碱基序列，典 型的为5-AGGAGGU-3，位于起始密码子AUG前约10核 苷酸处，此序列由Shine和Dalgarno发现，称SD序列。 SD序列和核糖体16S的rRNA的3末端富含嘧啶碱基的序 列互补。 池 打 爬
39、俘 韭 陨 靳 劈 感 伐 渍 茂 撤 妮 勃 贾 惜 夯 卯 榔 邢 洛 作 柴 呼 缴 钠 瓜 贷 霞 言 崭 核 酸 化 学 核 酸 化 学 三、RNA的构象 rRNA的结构 细菌：16S rRNA 、5S rRNA、23S rRNA三者组成30S转 录单位 真核：18SrRNA、 5.8S rRNA，28S rRNA 三者组成45S 的转录单位； 5S rRNA单独转录。 rRNA的功能： 组成核糖体 催化肽键形成的转移酶活性存在于23S rRNA上 参与tRNA与mRNA的结合 绷 屎 撕 篓 措 瓜 电 丢 忿 颈 萧 迸 验 队 惊 乒 频 溯 茧 丁 婪 藉 跺 久 嗅 窗 风
40、 炉 缓 瘤 殆 威 核 酸 化 学 核 酸 化 学 三、RNA的构象 多种rRNA的一级结构已经测出。rRNA只含少量修饰成分 ，主要是甲基化核苷酸，包括m7G、m6G等修饰碱基和各 种2-O-甲基修饰核苷。 同种rRNA的二级结构具有共同特点。 大肠杆菌大肠杆菌 5S rRNA 5S rRNA 结构结构甲 殴 营 载 弗 壮 弦 嫡 期 砾 防 裸 紫 汤 立 度 莹 龄 葛 尾 慢 七 肮 餐 亮 浅 蜂 凝 答 好 恐 荡 核 酸 化 学 核 酸 化 学 第六章 核酸化学 第一节 核酸的化学组成 第二节 脱氧核糖核酸 第三节 核糖核酸 第四节 核酸、核苷酸主要理化性质 第五节 核酸的研
41、究方法 过 睁 惭 吓 寐 斡 瓶 躬 漓 瓦 啄 稠 陀 茎 竟 晕 睦 陌 兴 技 藻 祟 佐 屈 崩 慕 甫 邦 垣 兑 跺 倍 核 酸 化 学 核 酸 化 学 第四节 核酸、核苷酸主要理化性质 一 、核酸的水解 二 、一般物理性质 三 、核苷酸的解离性质 四、核酸、核苷酸的紫外吸收性质及其应用 五、核酸的变性、复性和杂交 禄 倍 效 贱 檬 胃 谈 许 漳 埃 钨 凰 监 衡 婚 当 烫 句 月 尔 闭 需 艰 崔 宦 请 獭 埋 自 援 匈 输 核 酸 化 学 核 酸 化 学 （一）酸水解 对酸的敏感性：嘌呤糖苷键嘧啶糖苷键磷酸酯键 脱嘌呤：pH1.6，37，对水透析 pH2.8，1
42、00，1h 脱嘧啶：98-100%甲酸，175，2h 三氟乙酸，155，60min（DNA） 或 80min（RNA） 利用酸水解可以研究核酸的碱基组成 一、核酸的水解 酸水解、碱水解、酶水解 又 笺 成 句 训 么 戊 体 赂 元 咙 贡 铺 敲 乔 恤 颐 紊 致 俊 最 军 咕 缚 涤 原 胜 削 江 帝 妖 瞪 核 酸 化 学 核 酸 化 学 （二） 碱水解 RNA的磷酸酯键对碱敏感 室温，0.31mol/L KOH，24h，可将RNA完全水 解，得到2-或3-核苷酸的混合物。 DNA抗碱水解 生理意义： DNA更稳定 ，遗传信息。 RNA是DNA的信使，完成任务后迅速降解。 一、核酸
43、的水解 蕾 酒 焙 为 阴 凑 裙 辗 购 工 泥 疙 邱 稠 搁 发 枉 栖 诸 或 戊 婚 缘 绩 个 吭 惟 真 坑 斜 氟 渊 核 酸 化 学 核 酸 化 学 （三） 酶水解 非特异的磷酸二酯酶： 蛇毒磷酸二酯酶水解DNA（RNA）得5-核苷酸 牛脾磷酸二酯酶水解DNA（RNA）得3-核苷酸 特异的磷酸二酯酶：核酸酶 一、核酸的水解 酞 锈 碳 蝗 琢 衡 渴 幽 拧 燃 扣 狠 组 呵 矮 隧 哟 差 口 况 塞 婆 卸 均 嗜 杀 节 拴 驯 挑 斌 框 核 酸 化 学 核 酸 化 学 1、核酸酶的分类 底物专一性： 核糖核酸酶 RNase，脱氧核糖核酸酶 DNase 作用方式：
44、核酸外切酶（exonuclease)、核酸内切酶 (endonuclease) 单链核酸酶、双链核酸酶、杂链 核酸酶 磷酸二酯键的断裂方式： 5-（寡）核苷酸，3-（寡）核苷酸 酶酶 水水 解解 仕 胁 喀 佐 肉 松 搀 需 陆 钨 眯 录 柠 壮 韵 溢 柒 堂 腊 曝 菱 戚 展 丙 菌 伶 挫 堪 孜 嗜 查 杯 核 酸 化 学 核 酸 化 学 2、RNAase RNase H 作用于DNA-RNA中的RNA链 牛胰核糖核酸酶（pancreatic ribonuclease) , RNase I 最适pH ：7.0-8.2 产物：以3-嘧啶核苷酸结尾的寡核苷酸 ，高度专一的内切酶 RN
45、ase T1 耐热、耐酸 产物：以3-鸟苷酸结尾的寡核苷酸，专一性更 高 RNase T2 产物：以3-腺苷酸结尾的寡核苷酸 酶酶 水水 解解 养 衣 端 郊 捅 峨 诸 竟 预 寅 箔 设 荚 况 卯 倪 噬 玄 酷 絮 拳 佐 韶 腐 肚 膜 渊 测 华 壁 采 腺 核 酸 化 学 核 酸 化 学 3、DNase 核酸酶S1 作用于单链DNA部分 牛胰核糖核酸酶，DNase I 切断双链或单链DNA 产物：以5-磷酸为末端的寡核苷酸 DNA限制性内切酶 限制性内切酶II识别并切割特定的回文序列，生物体用来防 止外源DNA的影响，在基因工程中用于DNA的切割，被称 为分子手术刀。如EcoRI
46、，E是属名，co是种名，R是菌株 名，I是发现次序。 酶酶 水水 解解 市 狄 懊 曳 果 进 碘 典 蕉 惟 晌 椭 精 思 沙 胁 脚 画 箩 惦 殴 宣 铜 瀑 挚 吼 算 直 握 鄂 手 扦 核 酸 化 学 核 酸 化 学 二、核酸的一般物理性质 DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末状固体，都微溶于 水，其钠盐在水中的溶解度较大。但不溶于乙醇、乙醚和 氯仿等一般有机溶剂。（用乙醇从溶液中沉淀核酸） DNA和RNA在细胞中常以核蛋白形式存在，两种核蛋白在盐 溶液中的溶解度不同。 DNA核蛋白 RNA核蛋白 0.14mol/LNaCl - + 1-2mol/LNaCl + - DNA溶
47、液的粘度很大，而RNA溶液的粘度小得多。核酸发生 变性或降解后其粘度降低。 核酸受到强大离心力的作用时，可从溶液中沉降下来，其 沉降速度与核酸的大小和密度有关。 弹 氰 窿 哼 雏 拍 岁 讯 譬 季 拯 妮 廓 觉 姆 袋 疏 凶 旗 洱 操 毋 敦 命 往 阶 夯 疮 戍 娇 让 碉 核 酸 化 学 核 酸 化 学 三、核苷酸的解离性质 与蛋白质相似，核酸分子中既含有酸性基团（磷酸基）也含 有弱碱性基团碱基，因而核酸也具有两性性质。 由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱基呈现弱 碱性，所以核酸的等电点比较低。（当核酸分子内的酸性解 离和碱性解离相等，本身所带的正电荷与负电荷相等时，
48、此 时核酸溶液的pH值即为核酸的等电点pI）如DNA的等电点为4 4.5，RNA的等电点为22.5。核酸在其等电点时溶解度最 小。 RNA的等电点比DNA低的原因，是RNA分子中核糖基2-OH通过 氢键促进了磷酸基上质子的解离。DNA没有这种作用。 抑 眺 指 髓 粤 箍 鸽 妙 绕 蹲 杂 湍 蛇 遮 吗 俱 瞒 邑 幼 巴 鹤 述 彪 振 滦 痰 氛 站 牙 航 姬 花 核 酸 化 学 核 酸 化 学 四、核酸、核苷酸的紫外吸收性质 及其应用 籽 壹 蒸 闸 酷 伎 禹 今 台 碟 喘 啮 籽 卧 间 冻 蛔 障 辙 宰 沏 研 冠 粒 着 欠 岳 逐 柄 寂 灯 锑 核 酸 化 学 核 酸 化 学 四、核酸、核苷酸的紫外吸收性质 及其应用 在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双 键体