[医学]第三章 核酸.ppt

第三章核 酸 温州医学院生化教研室 李春洋 1868年，瑞士外科医生Fridrich从外科手术绷带上的脓细胞的细胞核中分离出一种溶于碱而不溶于酸的酸性有机化合物，其分子中含磷2.5%、含氮14%，该物质被命名为核酸。 根据核酸分子中所含戊糖的差别： （一）脱氧核糖核酸（DNA）:主要存在于细胞核中（真核细胞的线粒体中也存在不少量的DNA），携带着决定个体基因型的遗传信息，是遗传信息的贮存和携带者； （二）核糖核酸（RNA）:主要存在于细胞核和细胞质中，参与细胞内遗传信息的表达（也可作为遗传信息的载体）。 第一节核酸的化学组成 组成核酸的主要元素包括碳、氢、氧、氮、磷等，其中磷的含量比恒定，约为9～10%，据此可对样品中核酸进行定量分析。 一、碱基 核酸中的碱基是含氮杂环化合物，DNA和RNA都含有相同的两类碱基，嘌呤和嘧啶。嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）两种，而嘧啶则包括胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）三种。 生物体的DNA和RNA分子中还含有一些含量很少的碱基，称为稀有碱基。 二、戊糖 三、核苷 四、核苷酸 ATP是体内能量的直接来源和利用形式，UTP、GTP、TTP也均可提供能量； AMP构成一些辅酶（如FAD、 NADP等），ATP、CTP、UTP 等可使许多化合物活化（如 SAM、UDPG等）； 某些核苷酸及其衍生物是重 要的调节因子（如cAMP、cGMP等）。 五、核酸（多聚核苷酸） 一个核苷酸分子的3＇-羟基和另一个核苷酸分子的5＇-磷酸之间脱水形成酯键，称为3＇，5＇-磷酸二酯键。 几个或十几个核苷酸通过3‘，5＇-磷酸二酯键连接起来的分子称为寡核苷酸，更多核苷酸分子通过3＇，5＇-磷酸二酯键连接形成的多聚化合物就是核酸。 核酸分子是通过3＇，5＇-磷酸二酯键连接形成的没有分支的线形分子（原核生物和真核生物线粒体DNA是闭合双链环状DNA），有两个末端：游离磷酸基团的一端称为5＇-端，游离羟基的一端称为3＇-端。 核酸分子具有严格的 方向性，即5＇→3＇， 书写时通常5＇-端（头） 在左，3＇-端（尾）在 右。 第二节DNA 的 结 构 一、DNA的结构 （一）DNA的一级结构 DNA分子中四种脱氧核苷酸（dAMP、dTMP、dGMP、dCMP）的排列顺序及其连接方式称为DNA的一级结构。 DNA中核苷酸的顺序可以用碱基顺序来表示。 遗传信息就是以碱基排列顺序的方式贮藏在DNA分子中的。 （二）DNA的二级结构 20世纪40年代，美国生物化学家Erwin Chargaff等人通过层析和紫外吸收分析等技术研究了DNA的碱基成分，提出了著名的“Chargaff规则”； 1953年，James Watson和Francis Crick在前人研究成果的基础上，提出著名的“Watson-Crick模型”，即DNA的双螺旋模型。 DNA双螺旋结构的主要特点： DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸链围绕同一中心轴构成的双螺旋结构,具有大沟和小沟； 在DNA双螺旋结构的两条链中，亲水的磷酸与脱氧核糖位于双螺旋结构的外侧，疏水的碱基位于双螺旋的内侧。碱基配对遵循“碱基互补规则”。 DNA双螺旋结构中的两条链都是右手螺旋，碱基平面与螺旋的纵轴垂直。螺旋每旋转一周包含10对碱基。 维持 DNA分子的双螺旋结构稳定的因素主要包括：氢键和碱基堆积力，碱基堆积力是维持DNA双螺旋结构稳定的主要因素。 天然DNA在不同湿度、不同浓度盐溶液中结晶，其X线衍射所得的数据 是不一样的。 （三）DNA的三级结构 在DNA双螺旋二级结构的基础上，双螺旋的扭曲或再螺旋就构成了DNA的三级结构，超螺旋是DNA三级结构的主要形式。 超螺旋可分为两种类型：负超螺旋和正超螺旋，其中负超螺旋是DNA分子在自然界中存在的主要三级结构形式。 真核生物染色质DNA是没有分支的线性双螺旋结构，其三级结构是以核小体的形式存在的。 二、线粒体DNA 线粒体内含有少量DNA，称为线粒体DNA（mtDNA），mtDNA是超螺旋双链环状分子，裸露不与组蛋白结合，分散在线粒体基质的不同区域；碱基的组成也是A、T、G和C，与核DNA相比分子量较小。 mtDNA中贮存的遗传信息主要用于指导线粒体自身的RNA及蛋白质的合成（编码2种rRNA、22种tRNA和13种蛋白质）。 第三节RNA 的结构与功能 一、信使RNA Jacob 和 Monod 在1961年首先提出了信使RNA（mRNA）这个概念。 在各种RNA分子中，mRNA约占细胞内RNA总量的2～5%，种类繁多，分子大小相差很大，这主要是由转录出mRNA的相应基因的长短和种类决定； mRNA的代谢非常活跃，半衰期从几分钟到几小时不等； mR