暨大生化课件第三章核酸幻灯片.ppt

第三章 核酸Nucleic Acids 1868年 , F．Miescher从外科绷带上脓细胞核中首次分离。 核酸是遗传信息的载体，其基本组成单元为核苷酸。 核苷酸由碱基、戊糖、磷酸组成。 核酸按其所含的戊糖种类的不同分为两大类：核糖核酸（RNA），脱氧核糖核酸（DNA）。 DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体也含有DNA。RNA主要分布在细胞质中。 一、概况 核苷酸由碱基、戊糖和磷酸连接而成。 二、核酸的化学组成单元——核苷酸 核酸中的碱基有两类：嘌呤碱和嘧啶碱 嘧啶是平面分子，嘌呤也很接近平面，但稍有翘折。 两种主要的嘌呤碱：腺嘌呤（A)和鸟嘌呤(G) 。 三种主要的嘧啶碱：胞嘧啶（C)、尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)。 酮式与烯醇式 核苷酸的碱基有酮式和烯醇式两种形式 ，核苷酸聚合成DNA分子后，以酮式存在 组成核苷酸的戊糖 ——核糖与脱氧核糖 糖环上的C-1’与嘧啶碱的N1或与嘌呤碱的N9相连接。糖与碱基之间的连键是N－C键，称为N-糖苷键。 C-1‘是手性碳，α和β两种构型。 核酸分子中的糖苷键均为β-糖苷键。 核苷中的碱基与糖环平面互相垂直。 核苷由戊糖和碱基缩合而成，并以糖苷键连接 核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化，就形成核苷酸 核苷酸的命名及缩写符号：(c/d)NXP 核苷酸作为核酸的组成单元 ATP等能量载体 在细胞代谢调节中起重要作用（cAMP，cGMP，ppGpp等）。 在生物体中作为辅酶或辅基参与代谢作用。 核苷酸的重要生物学功能 脱氧核糖核酸 (DNA) 一级结构是它的共价结构，包括核苷酸之间的共价连接方式和排列顺序。 核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接起来 。 核酸链是有极性的，5-端，3-端。 DNA的一级结构 测定DNA的序列已经成为常规方法 DNA的空间结构 X-射线衍射方法分析DNA纤维和晶体，显示其有着周期性的重复结构。 1953年，Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型。该模型在分子生物学发展史上具有划时代的意义。 两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕。 嘌呤碱基与嘧啶碱基位于双螺旋的内侧，磷酸与核糖在外侧，彼此通过3,5-磷酸二酯键相连接，形成DNA分子的骨架。碱基平面与纵轴垂直，糖环的平面则与纵轴平行。两条链均为右手螺旋。双螺旋结构上有大小两条螺形凹沟。 螺旋直径为2nm，每一圈的高度为3.4nm，沿中心轴每旋转一周有10个核苷酸。 两条核苷酸链依靠彼此碱基之间形成的氢键相连而结合在一起。A与T配对，形成两个氢键；G与C配对，形成三个氢键。 碱基配对 碱基堆积力 互补碱基对之间的氢键（GC之间的连接较为稳定） 磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的离子键 范德华引力（van derwaal’s force）。 维持DNA双螺旋的因素 四：核糖核酸(RNA) 的结构  主要RNA 核糖体RNA (rRNAs) 信使RNA（mRNAs） 转移RNAs (tRNAs) 其他的RNA，核内小RNA（snRNA）、染色体RNA（chRNA）等。 天然RNA只有局部区域为双螺旋结构。 tRNA的二级结构都呈三叶草形 tRNA三级结构的形状象一个倒写的L字母 原核生物和真核生物的mRNA的结构不同： 1. 原核生物的mRNA是多顺反子，真核生物的mRNA是单顺反子。 2. 极大多数真核细胞mRNA在3-末端有一段长约200个核苷酸的polyA。 3. 真核细胞mRNA 5-末端还有一个特殊的结构5-m7G-5ppp5-Nm-3-P，称为5-帽子。 mRNA是蛋白质合成的模板 5‘-帽子和3‘－poly A尾 E.Coli的16SRNA 五、核酸的理化性质 核酸的紫外吸收（260nm） 旋光 核酸的两性解离 核酸的变性、复性与杂交 核酸的变性 核酸的变性指核酸双螺旋区的氢键断裂，变成单链的无规则线团，使核酸的某些光学性质和流体力学性质发生改变，有时部分或全部生物活性丧失，并不涉及共价键的断裂。 变性因素：加热、极端的pH、有机溶剂、酰胺、尿素等。 增色效应（hyperchromic effect）。 Tm （melting temperature ,核酸的熔点或熔解温度)：紫外吸收值到达总增加值一半时的温度。 热变性 DNA的Tm值大小与下列因素有关： DNA的均一性 GC的含量： GC% = （Tm – 69.3）×2.44 介质中的离子强度 变性DNA在适当条件下，两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构的过程。 复性（renaturation） 分子杂交 异源核酸之间在某些区域有相同的序列，则退火条件下能形成异源双链，这种过程称为分子杂交