生物化学11

第五章核酸(NucleicAcid)核酸分子组成核酸核苷酸磷酸核苷戊糖碱基AGTCU核糖脱氧核糖OHOH2CHOHHHOHHHOHOH2CHOHHOHOHHH嘌呤嘧啶5’-磷酸核糖核苷DNA和RNA的基本化学组成化学组成DNA脱氧核糖核酸RNA核糖核酸碱基嘌呤碱腺嘌呤(A)腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)鸟嘌呤(G)嘧啶碱胞嘧啶(C)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)尿嘧啶(U)戊糖D-2-脱氧核糖D-核酸酸磷酸磷酸嘌呤腺嘌呤A鸟嘌呤G嘧啶胞嘧啶C胸腺嘧啶T尿嘧啶U核酸脱氧核糖核酸DNA核糖核酸RNA脱氧核糖核苷酸磷酸二酯键核糖核苷酸磷酸二酯键脱氧核糖碱基+磷酸+脱氧核糖核苷磷酸+核糖核苷核糖碱基+A腺嘌呤G鸟嘌呤C胞嘧啶T胸腺嘧啶A腺嘌呤G鸟嘌呤C胞嘧啶U脲嘧啶腺嘌呤脱氧核糖核苷酸dAMP鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸dGMP胞嘧啶脱氧核糖核苷酸dCMP胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸dTMP腺嘌呤核糖核苷酸AMP鸟嘌呤核糖核苷酸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ATP和GTPcAMP和cGMP1．ATP和GTP腺嘌呤核糖核苷三磷酸ATPATP水解时,释放出大量自由能ATP水解释放出来的能量,作为推动生物体内各种需能反应的能量来源ADP和磷酸在外界能量作用下,可以合成ATP由太阳能提供能量合成ATP的过程,称为光合磷酸化由食物分子氧化分解提供化学能合成ATP的过程,称为氧化磷酸化ATP是生物体内最重要的能量转换中间体光合磷酸化和氧化磷酸化是生物体将光能和化学能转变为生物能（ATP）最基本的反应形式GTP鸟嘌呤核糖核苷三磷酸•一种高能化合物•主要作为蛋白质合成中磷酰基供体•在细胞内，ATP和GTP可以相互转换在生物体内，GTP可以通过GMP和ATP作用来合成2.cAMP和cGMP环状核苷酸3’,5’-环鸟嘌呤核苷一磷酸3’,5’-环腺嘌呤核苷一磷酸主要功能:作为细胞之间传递信息的信使CH2CH2RNA3.多聚核苷酸5’-ATGCA-3’3’,5’-磷酸二酯键5’-磷酸端(5’-P)3’-羟基端(3’-OH)多聚核苷酸：通过核苷酸的5‘-磷酸基与另一分子核苷酸的C3’-OH形成磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。DNARNA多聚核苷酸的方向性5’3‘或3‘5’5.3.1核酸的一级结构-碱基顺序5.3.2DNA的双螺旋结构及其生物学意义5.3.3DNA的三螺旋结构5.3.4RNA的结构特点5.3核酸的结构5.3.1核酸的一级结构-碱基顺序碱基顺序：多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按照特定的顺序组合而成的线形结构聚合物，因此，具有一定的核苷酸顺序，即碱基顺序。5’-ATGCA-3’DNA的碱基顺序是遗传信息存储的分子形式mRNA的碱基顺序，直接为蛋白质的氨基酸编码，决定蛋白质的氨基酸顺序。核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。5.3.2DNA的双螺旋结构及其生物学意义1953年，WatsonJ和CrickF根据DNA结晶的X衍射图谱和分子模型，提出了DNA双螺旋结构模型DNA分子由两条DNA单链组成双螺旋结构是DNA二级结构的最基本形式DNA双螺旋结构的要点1.DNA分子由两条DNA单链组成,两条链沿同一根轴平行盘绕,形成右手双螺旋结构.螺旋中的两条链方向相反,其中一条链的方向为5’3’,另一条链的方向为3’5’.2.嘌呤碱基和嘧啶碱基位于螺旋的内测,磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外测.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.3.螺旋横截面的直径约为2nm,每条链相邻两个碱基平面之间的距离为0.34nm,每10个核苷酸形成1个螺旋,螺距高度为3.4nm4.两条DNA链相互结合及形成双螺旋的力是链间碱基对形成的氢键.严格的配对规律:A与T结合,G与C结合这种配对关系，叫做碱基互补．A与T、G与C之间有严格的配对关系，所以DNA分子中嘌呤碱基与嘧啶碱基总数相等DNA双螺旋的稳定性1.两条DNA链之间的氢键2.由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响3.介质中阳离子（Na+、K+、Mg2+）中和了磷酸基团的负电荷,降低了DNA链之间的排斥力4.范德华力改变介质条件和温度，将影响双螺旋的稳定性维持DNA双螺旋的稳定性的因素：5.3.3DNA的三螺旋结构1957年，Rich等用两条多聚尿嘧啶核苷酸链和一条多聚腺嘌呤核苷酸链合成出一种三链结构的物质，并提出DNA三螺旋结构的概念。DNA三螺旋结构的特点：1.组成三螺旋的DNA单链，一般都是由单一的嘌呤碱基或单一的嘧啶碱基所组成。2.DNA三螺旋的基本结构有两种：（1）由两条多聚嘧啶碱基核苷酸链和一条多聚嘌呤碱基核苷酸链组成，即嘧啶-嘌呤-嘧啶三条链中碱基形成氢键的情况是：T-A-T,C-G-C（2）由两条多聚嘌呤碱基核苷酸链和一条多聚嘧啶碱基核苷酸链组成，嘌呤-嘧啶-嘌呤三条链中碱基形成氢键的情况是：A-A-T,G-G-C中间的碱基必须是嘌呤碱基3.每一条单链至少由8个核苷酸组成。5.3.4RNA的结构特点1.RNA是单链分子，分子中嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基总数；2.RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成双螺旋的部分，则形成突环。-发夹型结构3.RNA双螺旋结构中，碱基配对不象DNA那样严格。G可以与C或U配对。4.不同类型的RNA二级结构有明显差异。RNA与DNA结构上的差异除了核苷酸的组成，更重要的是表现在二级结构上。思考题一、填空题1．无论是DNA还是RNA都是由许许多多＿＿＿。组成，通过＿＿＿连接而成的2.＿＿＿是RNA中才有的含氮碱基3.＿＿＿是DNA中才有的含氮碱基4.核酸的结构单位是＿＿＿5.DNA中＿＿＿与胞嘧啶以1:1的比例存在。6.DNA能形成双螺旋的主要作用力是＿＿＿和＿＿＿7.双螺旋的每一转有＿＿＿对核苷酸，每转高度为＿＿＿二、选择题1.核酸的基本组成成份是：（）A．组蛋白、磷酸B．核糖、磷酸C．碱基、戊糖、磷酸D．磷酸、核仁2.遗传信息的载体是；（）A．mRNAB．tRNAC．DNAD．SnRNA3.关于单核苷酸，正确的叙述是：（）A．单核苷酸是由核苷和磷酸组成B．单核苷酸是由碱基和戊糖组成C．单核苷酸是组成核酸的基本单位D．糖苷键连接核苷和磷酸4.符合碱基配对规律的是：（）A．A＝TB．G＝CC．A＝UD．A＝G5.在DNA中，A与T间存在有：（）A．一个氢键C．一个酯键C．二个氢键D．二个肽键6.DNA的空间结构有：（）A．一条多核苷酸链B．二条多核苷酸链C．多条多核苷酸链D．A、B、C中无正确答7.核酸的一级结构主要连接键是：（）A．肽键B．氢键C．二硫键D．磷酸二酯键8.DNA双螺旋结构具有的特点是。（）A．糖和磷酸骨架位于双螺旋内部B．有两条反向乎行的多核苷酸链C．每三个核苷酸上升一周D．碱基间以共价键结合9.下列叙述错误的是：（）A．DNA二级结构为双螺旋结构B．DNA中有两条互补链C．RNA中无碱基配对关系D．RNA中存有稀有碱基10.DNA与RNA的差别是：（）A．核糖存在于RNA中B．脱氧核糖存在于DNA中C．DNA一般为双链，RNA为单链D．DNA含尿嘧啶，而RNA含胸腺嘧啶11.3’,5’环化腺苷酸的缩写符号是：（）A．dADPB．cGMPC．cAMPD．dGMP作业：P197.1,35.4核酸的性质核酸的一般性质(分子大小、性状、溶解度、紫外吸收)含氮碱基的性质（碱性、亲电取代、亲核加成、烷基化等）核酸的两性性质及等电点核酸的水解核酸的变性、复性、杂交1.分子大小：DNAMr106～1010或更大2.性状：DNA为白色纤维状固体，而RNA为白色粉末。3.溶解度：DNA和RNA均不溶于一般的有机溶剂，微溶于水，但它们的钠盐在水中溶解度较大。RNAMr104～106或更大核酸的一般性质(分子大小、性状、溶解度、紫外吸收)4.紫外吸收：由于核酸中碱基的共轭双键，所以对紫外有强烈吸收，最大吸收峰在260nm附近，利用这一特性可进行核酸的定量测定。5.4.1含氮碱基的性质含氮碱基具有芳香环的结构特点。由于环上极性基团（如羰基、氨基等）的存在，碱基能发生酮式-烯醇式或氨基-亚氨基式的互变异构。碱基既有芳香环的特性，也有氨、酮、烯醇等的相应的化学性质。尿嘧啶U1.含氮碱基的碱性腺嘌呤A嘌呤碱基和嘧啶碱基都具有弱碱性。其碱性主要是环内氨基的贡献。环外氨基的碱性很弱，在生理pH条件下不能被质子化。2.碱基环的亲电取代反应（1）腺嘌呤核苷的溴代(嘌呤环中的C8)含氮碱基中嘌呤环和嘧啶环具有芳香环的结构特点，可以发生环上的亲电取代反应。（2）尿嘧啶核苷的氯代(嘧啶环中的C5)3.碱基环的亲核加成反应（1）水解反应:含有羰基的GCTU(只有A无羰基),具有酰氨键的结构特点,在碱性条件下水解开环.（2）与阱的反应(只发生在嘧啶碱基,嘌呤碱基不发生此反应)该反应在核酸分析中有重要应用价值4.碱基环氮原子的烷基化反应在一定条件下，碱基环上的氮原子可以发生烷基化反应。表5.25.环外氨基的反应胞嘧啶核苷在亚硝酸作用下,形成重氮盐,转变成尿嘧啶核苷腺嘌呤核苷和鸟嘌呤核苷也发生类似反应.这种变化将影响或改变碱基形成氢键的能力和方向,导致DNA复制错误,是引起基因突变的重要原因之一.6.光聚合反应胸腺嘧啶碱基在紫外光照射下,可以发生二聚加成反应,结果是破坏了正常复制和转录.7.环外氧的烷基化反应由于含氧碱基存在酮式和烯醇式互变异构,烯醇式中的羟基可以被烷基化转变为稳定的烯醇醚.鸟嘌呤核苷烷基化形成6-甲氧基鸟嘌呤核苷后,不再与C配对,而与T配对,这种情况引起DNA的复制、转录及信息表达出现错误。