第二章核酸的化学最新总结

目录第二章核酸的化学TheChemistryofNucleicAcid目录核酸(nucleicacid)是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。目录一、核酸的发现和研究工作进展•1868年FridrichMiescher从脓细胞中提取“核素”•1944年Avery等人证实DNA是遗传物质•1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构•1968年Nirenberg发现遗传密码•1975年Temin和Baltimore发现逆转录酶•1981年Gilbert和Sanger建立DNA测序方法•1985年Mullis发明PCR技术•1990年美国启动人类基因组计划(HGP)•1994年中国人类基因组计划启动•2001年美、英等国完成人类基因组计划基本框架目录FriedrichMiescher(1844-1895)FriedrichMiescherworkedatthePhysiologicalLaboratoryoftheUniversityofBaselandinTübingenandismostwellknownforhisdiscoveryofthenucleicacids.(DNAPioneersandTheirLegacybyUlfLagerkvist,1998,YaleUniversityPress,ISBN0-300-07184-1).Toreadexcerptsfromthisbook,clickDNAPioneers.目录米歇尔FriedrichMiescher（1844－1895）米歇尔，瑞士生物学家，生前工作于巴塞尔大学的生理学研究室。以发现核酸而闻名世界。米歇尔小时候有严重的听力障碍，因此在童年时代，尽管他非常聪明，但总是害羞并很内向。他酷爱音乐，与其父亲一样是一个天才歌手，在学校的学习成绩很好。1865年米歇尔成为一名医学生，1868年获医学博士学位。但听力问题是他成为临床医生的障碍。1868年，米歇尔感兴趣研究白细胞。为了得到足够的白细胞，他从医院的外科绷带中洗脱脓液的白细胞，分离细胞核，得到一些粘稠的物质，并经实验证明含有磷和氮，称为核素。随后的研究证明这一物质具有酸性，故称为核酸。这是米歇尔首次发现了重要的生命物质之一—核酸。目录1879年Kossel经过10年的努力,搞清楚核素中有四种不同的组成部分:A,T,C和G。1889年Altman建议将核素改名为“核酸”,并且已经认识到“核素”乃“核酸”与蛋白质的复合体。目录1909年Levene发现酵母的核酸含有核糖。1930年Levene发现动物细胞的核酸含有一种特殊的核糖即脱氧核糖,得出了一个错误概念:植物核酸含核糖,动物核酸含脱氧核糖。这个错误概念一直延续到1938年，这时方清楚RNA和DNA的区别。Levene还提出了核酸的“磷酸-核糖(碱基)-磷酸”的骨架结构,解决了DNA分子的线性问题,还在1935年提出“四核苷酸”学说,认为这四种核苷酸的聚合体是构成核酸的基本单位。目录Reichard,P.J.Biol.Chem.2002;277:13355-13362OswaldT.Avery(1877-1955).目录埃弗里，O.T.OswaldTheodoreAvery(1877～1955)美国细菌学家。1877年10月21日生于加拿大新斯科舍哈利法克斯。1904年毕业于哥伦比亚大学医学院，后到布鲁克林的霍格兰实验室研究并讲授细菌学和免疫学。1913年转到纽约的洛克菲勒研究所附属医院工作，直到1948年退休。他和C.麦克劳德、M.麦卡锡于1944年共同发现不同型的肺炎双球菌的转化因子是DNA。这项实验第一次证明了遗传物质是DNA而不是蛋白质。虽然这一发现，曾引起争论和怀疑，但的确推动了DNA的研究，直至1953年DNA双螺旋结构的发现。他还通过对肺炎双球菌的免疫性研究，提出肺炎双球菌可根据其免疫的专一性来进行分类，而这种免疫专一性是由于不同菌型的荚膜中所含的多糖引起的。由此他建立起对不同型肺炎双球菌的灵敏检验法。1955年2月20日卒于美国田纳西州纳什维尔。目录1952年Hershey&Chase的噬菌体感染实验进一步证明DNA是遗传物质。目录二、核酸的分类及分布90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于细胞质中。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。目录三、核酸的生物功能(一)DNA是主要的遗传物质Griffith（1928）及Avery（1944）等人关于致病力强的光滑型（S型）肺炎链球菌DNA导致致病力弱的粗糙型（R型）细菌发生遗传转化的实验证明DNA是遗传物质。1928年Griffith的细菌转化实验目录DNA无荚膜，不致病温育有荚膜，致病传代传代有荚膜，致病有荚膜，致病有荚膜，致病目录1944年Avery重做1928年Griffith的细菌转化实验，证明DNA是遗传物质。但人们对此持怀疑态度，理由是：（1）因认为蛋白相对分子质量大，结构复杂，二十种氨基酸的排列组合将是个天文数字，可作为一种遗传信息。而DNA相对分子质量小，只含4种不同的碱基，人们一度认为不同种的有机体的核酸只有微小的差异。（2）认为转化实验中DNA并未能提得很纯，还附有其它物质。（3）即使转化因子确实是DNA，但也可能DNA只是对荚膜形成起着直接的化学效应，而不是充当遗传信息的载体。目录1952年HersheyandChase的实验进一步证明DNA是遗传物质目录(二)RNA功能的多样性1.某些病毒的遗传物质;2.控制蛋白质的合成;3.遗传信息的加工;4.基因表达和细胞功能的调控;5.催化功能;6.在细胞分化和个体发育中发挥重要作用;7.在生命起源中可能有重要作用。基本要求1.熟悉核酸的发现和研究简史。2.掌握核酸的种类、分布和生物功能。（重点）目录第一节核酸的化学组成TheChemicalComponentofNucleicAcid目录1.元素组成C、H、O、N、P（9~10%）2.分子组成——碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱——戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖——磷酸(phosphate)一、核酸的化学组成目录戊糖（构成RNA）1´2´3´4´5´OHOCH2OHOHOH核糖(ribose)（构成DNA）OHOCH2OHOH脱氧核糖(deoxyribose)β-D-核糖β-D-2-脱氧核糖目录嘌呤(purine)NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤(adenine,A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤(guanine,G)碱基（咪唑＋嘧啶）腺上有个氨气包鸟上长个大嘴巴侧面还有氨气包目录NNH132456嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)NNHNH2O尿嘧啶(uracil,U)NHNHOO胸腺嘧啶(thymine,T)NHNHOOCH3（构成RNA）（构成DNA）尿里两泡泡胸前一碳尿胞上又有氨气包侧面有个大嘴巴目录NNHNHNNOCH3CH3NNNHNNHCH2CHCCH3CH3NHNHOOHHHHNHNHSON,N二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤二氢尿嘧啶4-硫尿嘧啶稀有碱基目录核苷：AR,GR,UR,CR脱氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR核苷酸的结构1.核苷(ribonucleoside)的形成碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。OHOCH2OHOHNNNH2O1´1二、核酸的基本结构单位——核苷酸目录目录次黄嘌呤次黄嘌呤核苷目录POOOHOHOCH2OHOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2O核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP2.核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。12345目录目录3.体内重要的游离核苷酸及其衍生物含核苷酸的生物活性物质：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP环化核苷酸:cAMP，cGMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHAMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOHADPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHATPNOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPNADP+NAD+目录NucleicAcidsNucleotidephosphateRibonucleoside(deoxyribonucleoside)basePentosePurine(A、G)Pyrimidine(C、T、U)deoxyriboseribose目录核酸戊糖碱基核苷核苷酸RNAβ－D－核糖A（腺嘌呤）G（鸟嘌呤）C（胞嘧啶）U（尿嘧啶）A(腺苷）G(鸟苷）C（胞苷）U（尿苷）AMPGMPCMPUMPDNAβ－D－2－脱氧核糖A（腺嘌呤）G（鸟嘌呤）C（胞嘧啶）T（胸腺嘧啶）dA(脱氧腺苷）dG(脱氧鸟苷）dC(脱氧胞苷）dT(脱氧胸苷）dAMPdGMPdCMPdTMP核酸的组成成分目录作业：列表比较DNA和RNA的组成成分，并写出2种戊糖、5种碱基，8种核苷酸的结构式。目录第二节核酸的分子结构MolecularStructureofNucleicAcid目录一、DNA的分子结构定义核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。5′端3′端CGA（一）DNA的一级结构目录5´端3´端核苷酸的连接核苷酸之间以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。CGA目录目录AGP5PTPGPCPTPOH3书写方法5pApCpTpGpCpT-OH35ACTGCT3目录目录（二）DNA的二级结构——双螺旋结构目录目录1.DNA双螺旋结构的研究背景碱基组成分析Chargaff规则：[A]=[T][G][C]碱基的理化数据分析（滴定）A-T、G-C以氢键配对较合理DNA纤维的X-线衍射图谱分析目录目录罗莎林德﹒弗兰克林RosalindFranklin（1920-1958）目录罗莎林德﹒弗兰克林RosalindFranklin（1920-1958）英国物理化学家。1920年生于伦敦，15岁就立志要当科学家。她早年毕业于剑桥大学，专业是物理化学。1945年，获得博士学位之后，她前往法国学习X射线衍射技术。1951年，她回到英国，在伦敦大学国王学院取得了一个职位。此后，弗兰克林加入到了研究DNA结构的行列并加盟到威尔金斯小组。她凭着独特的思维，设计了更能从多方面了解物质不同现象的实验方法，获取了在不同温度下的DNA的X射线衍射图。她把这些各种局部的结构形状汇总，使得DNA的衍射图片越来越全面。1952年5月她终于获得了一张清晰的DNA的X光衍射照片。因此，弗兰克林与威尔金斯提出了DNA的结构可能是双螺旋结构的假设。为Crick和Watson进一步论证DNA的双螺旋结构奠定了基础。目录2.DNA双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成，两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘旋。螺旋直径为2nm，形成大沟(majorgroove)及小沟(minorgroove)相间。3’5’3’5’目录目录DNA双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）碱基垂直螺旋轴居双螺旋内侧，与对侧碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T;GC）。相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。目录3’5’3’5’目录碱基互补配对TAGCA=TG≡C目录DNA双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。此外还有磷酸基的负