醫(yī)學生物化學--04課件

1、醫(yī)學生物化學-04第二章第二章 核酸的結構與功能核酸的結構與功能 第一節(jié)第一節(jié) 核酸的化學組成核酸的化學組成 第二節(jié)第二節(jié) 核苷酸的結構核苷酸的結構 第三節(jié)第三節(jié) 核酸的一級結構核酸的一級結構 第四節(jié)第四節(jié) DNA的結構與功能的結構與功能 第五節(jié)第五節(jié) RNA的空間結構與功能的空間結構與功能 第六節(jié)第六節(jié) 核酸的理化性質(zhì)及應用核酸的理化性質(zhì)及應用 第七節(jié)第七節(jié) 核酸酶核酸酶醫(yī)學生物化學-04核酸的研究歷史：核酸的研究歷史： 1868年，瑞士外科醫(yī)生年，瑞士外科醫(yī)生Fridrich Miescher從膿細胞核中分離到核酸樣物從膿細胞核中分離到核酸樣物質(zhì)。質(zhì)。 核酸分為核酸分為DNA和和RNA。D

2、NA存在于細胞存在于細胞核和線粒體內(nèi)，核和線粒體內(nèi)，RNA存在于細胞質(zhì)和細存在于細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)。胞核內(nèi)。 1944年，年，Oswald Avery通過肺炎雙球菌通過肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗證實了轉(zhuǎn)化實驗證實了DNA是遺傳的物質(zhì)基礎。是遺傳的物質(zhì)基礎。醫(yī)學生物化學-04醫(yī)學生物化學-04第一節(jié)第一節(jié) 核酸的化學組成核酸的化學組成v核酸是一種線形多聚核苷酸。核酸核酸是一種線形多聚核苷酸。核酸 在核酸酶作用下水在核酸酶作用下水解為核苷酸，所以核酸的基本單位是：核苷酸。解為核苷酸，所以核酸的基本單位是：核苷酸。v核苷酸由堿基、戊糖和磷酸組成。核苷酸由堿基、戊糖和磷酸組成。核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷堿基堿

3、基戊糖戊糖核酸核酸核糖核糖脫氧核糖脫氧核糖嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶 醫(yī)學生物化學-04 堿基堿基+戊糖戊糖 核苷核苷 + 磷酸磷酸 核苷酸核苷酸 poly 聚合聚合 核酸核酸 (核苷酸之間通過核苷酸之間通過3 ,5 -磷酸二脂磷酸二脂鍵連接鍵連接)醫(yī)學生物化學-04按戊糖不同，可分：按戊糖不同，可分：1、脫氧核糖核酸（、脫氧核糖核酸（DNA）：）：分布于細胞核中，為染分布于細胞核中，為染色體主要成份。色體主要成份。D-2-脫氧核糖；磷酸；堿基（腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧脫氧核糖；磷酸；堿基（腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，胸腺嘧啶）啶，胸腺嘧啶）2、核糖核酸：（、核糖核酸：（RNA）：）：分布于細胞質(zhì)和核仁中。分布

4、于細胞質(zhì)和核仁中。D-核糖；磷酸；堿基（腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，核糖；磷酸；堿基（腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶）尿嘧啶）醫(yī)學生物化學-04戊糖核糖核糖脫氧核糖脫氧核糖OOHHOHHOHCH2HOHH12345/54321HHOCH2HHOHOHHHO/醫(yī)學生物化學-04核酸的重要性核酸的重要性1、DNA是遺傳物質(zhì)，是遺傳信息的載體：是遺傳物質(zhì)，是遺傳信息的載體：DNA RNA多肽中氨基酸的組成和順序多肽中氨基酸的組成和順序 （中心法則）（中心法則）2、DNA以自身的半保留復制方式把遺傳信息一代一以自身的半保留復制方式把遺傳信息一代一代傳遞下去；代傳遞下去；3、核酸的研究在醫(yī)學、農(nóng)學等生命科學

5、中發(fā)揮重要作、核酸的研究在醫(yī)學、農(nóng)學等生命科學中發(fā)揮重要作用；用；4、基因工程進行的、基因工程進行的DNA重組，將創(chuàng)造出自然界原來重組，將創(chuàng)造出自然界原來沒有的新品種。沒有的新品種。 醫(yī)學生物化學-04第二節(jié)第二節(jié) 核苷酸的結構核苷酸的結構一、堿基一、堿基1、嘧啶堿：、嘧啶堿： 在嘧啶在嘧啶2位碳原子上由酮基取代位碳原子上由酮基取代H，4位碳原子上有氨基或位碳原子上有氨基或酮基取代酮基取代HNN123456嘧嘧 啶啶(pyrimidine)654321NNHNH2O胞嘧啶胞嘧啶 （2-氧，氧，4-氨基嘧氨基嘧 啶啶 ）Cytosine(C)NNH123456OO尿嘧啶尿嘧啶 (2，4-二氧嘧啶

6、二氧嘧啶)Uracil(U)O654321NNHCH3O胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（5-甲甲基尿嘧啶）基尿嘧啶）Thymine(T)醫(yī)學生物化學-04此外還有：此外還有：5-甲基胞嘧啶，甲基胞嘧啶，5-羥甲基胞嘧啶，羥甲基胞嘧啶，5,6-雙氫雙氫尿嘧啶，假尿嘧啶。尿嘧啶，假尿嘧啶。OO654321NHNHR假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷OO654321NHNH2H2RDHU:雙氫尿嘧啶雙氫尿嘧啶醫(yī)學生物化學-042、嘌呤堿：、嘌呤堿： 在嘌呤在嘌呤2位或位或6位碳原子上位碳原子上H被氨基或酮基取代被氨基或酮基取代 此外還有：此外還有：N6-甲基腺嘌呤，甲基腺嘌呤，7-甲基鳥嘌呤等（甲基鳥嘌呤等（p.479，

7、表，表13-2）。）。NNHNN234567891嘌嘌 呤呤(purine)19875432NNHNN6NH2腺嘌呤腺嘌呤 (6-氨基嘌呤氨基嘌呤)Adenine(A)198765432NNHNNH2NO鳥嘌呤鳥嘌呤 (2-氨基氨基6-氧嘌呤氧嘌呤)Guanine(G)醫(yī)學生物化學-047-甲基鳥嘌呤甲基鳥嘌呤NNNNH2NOHCH39R2456781mG：甲基鳥嘌呤核苷：甲基鳥嘌呤核苷醫(yī)學生物化學-04 在在DNA和和RNA中都有腺嘌呤（中都有腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（）、鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（和胞嘧啶（C）。胸腺嘧啶（）。胸腺嘧啶（T）只出現(xiàn)在）只出現(xiàn)在DNA分子中，尿嘧啶（分子中，尿嘧啶（U

8、）則只出現(xiàn)于）則只出現(xiàn)于RNA分子中。分子中。 嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖磷酸磷酸DNAA，GC，T脫氧核糖脫氧核糖磷酸磷酸RNAA，GC，U核糖核糖磷酸磷酸兩類核酸分子的組成比較兩類核酸分子的組成比較 嘌呤、嘧啶環(huán)上由于有共軛雙鍵，在嘌呤、嘧啶環(huán)上由于有共軛雙鍵，在260nm波長附近對紫外光有較強的吸收。波長附近對紫外光有較強的吸收。醫(yī)學生物化學-04二、核苷二、核苷 由核糖和堿基之間以糖苷鍵（由核糖和堿基之間以糖苷鍵（C-N糖苷鍵）縮合而成。連接方式是嘌糖苷鍵）縮合而成。連接方式是嘌呤環(huán)上的呤環(huán)上的N-9或嘧啶環(huán)上的或嘧啶環(huán)上的N-1與糖的與糖的C-1以糖苷鍵相連。以糖苷鍵相連。 -構型（構

9、型（1位羥基位羥基在環(huán)的上面）。在環(huán)的上面）。 v核糖核苷：腺嘌呤核苷、鳥嘌呤核核糖核苷：腺嘌呤核苷、鳥嘌呤核苷、胞嘧啶核苷、尿嘧啶核苷（苷、胞嘧啶核苷、尿嘧啶核苷（p.480，表，表13-3）v脫氧核糖核苷：腺嘌呤脫氧核苷、脫氧核糖核苷：腺嘌呤脫氧核苷、鳥嘌呤脫氧核苷、胞嘧啶脫氧核苷、鳥嘌呤脫氧核苷、胞嘧啶脫氧核苷、胸腺嘧啶脫氧核苷胸腺嘧啶脫氧核苷v（假尿嘧啶核苷：核糖與尿嘧啶第（假尿嘧啶核苷：核糖與尿嘧啶第5位碳原子形成位碳原子形成C-C糖苷鍵）糖苷鍵）19875432NNN6NH2/54321HOCH2HHOHOHHONH腺嘌呤核苷（腺苷）腺嘌呤核苷（腺苷）核苷核苷= =核糖核糖+ +堿

10、基堿基醫(yī)學生物化學-04ONNH2123456/OHHNHOHCH2HOHH12345胞嘧啶脫氧核苷（脫氧脫苷）胞嘧啶脫氧核苷（脫氧脫苷）醫(yī)學生物化學-04三、核苷酸三、核苷酸 v核苷中的戊糖羥基（主要是核苷中的戊糖羥基（主要是5位上的）被磷酸酯化，形成核位上的）被磷酸酯化，形成核苷酸（苷酸（p.481，表，表3-4）。）。 核糖核苷酸：腺嘌呤核苷酸（核糖核苷酸：腺嘌呤核苷酸（AMP）、鳥嘌呤核苷酸）、鳥嘌呤核苷酸 （GMP）、胞嘧啶核苷酸（）、胞嘧啶核苷酸（CMP）、尿嘧）、尿嘧 啶核苷酸（啶核苷酸（UMP） 脫氧核糖核苷酸：腺嘌呤脫氧核苷酸（脫氧核糖核苷酸：腺嘌呤脫氧核苷酸（dAMP）、鳥

11、嘌）、鳥嘌 呤脫氧核苷酸（呤脫氧核苷酸（dGMP）、胞嘧啶脫氧核）、胞嘧啶脫氧核 苷酸（苷酸（dCMP）、胸腺嘧啶脫氧核苷酸）、胸腺嘧啶脫氧核苷酸 （dTMP）v核糖核苷酸在核糖核苷酸在2、3、5位上都有一個自由羥基，能各自被磷位上都有一個自由羥基，能各自被磷酸酯化；酸酯化；v脫氧核糖核苷酸在脫氧核糖核苷酸在2位上沒有羥基，故只有位上沒有羥基，故只有3、5能被磷酸酯能被磷酸酯化?；?。醫(yī)學生物化學-04四、多磷酸核苷酸四、多磷酸核苷酸 核苷與一個磷酸產(chǎn)生磷酸酯化的核苷酸，稱為核苷單磷酸（核苷與一個磷酸產(chǎn)生磷酸酯化的核苷酸，稱為核苷單磷酸（NMP）；核苷單磷酸進一步磷酸化，形成核苷二磷酸（）；核苷

12、單磷酸進一步磷酸化，形成核苷二磷酸（NDP）和核苷三磷酸（和核苷三磷酸（NTP）。）。 磷酸之間的焦磷酸鍵含有很高的能量，稱為高能鍵（磷酸之間的焦磷酸鍵含有很高的能量，稱為高能鍵（），），是生物體內(nèi)能量利用和貯存的主要物質(zhì)（是生物體內(nèi)能量利用和貯存的主要物質(zhì)（12000卡卡/每克分子高能每克分子高能鍵）。鍵）。 核苷二磷酸：核苷二磷酸：ADP、GDP、CDP、UDP 核苷三磷酸：核苷三磷酸：ATP、GTP、CTP、UTP 脫氧核苷二磷酸：脫氧核苷二磷酸：dADP、dGDP、dCDP、dTDP 脫氧核苷三磷酸：脫氧核苷三磷酸：dATP、dGTP、dCTP、dTTPOOOPOOPOO-ATPADP

13、AMPOOPNNNNNH2OO HO HC H2O醫(yī)學生物化學-04核苷酸核苷酸= =核苷核苷+ +磷酸磷酸OOOPOOPOO-ATPADPAMPOOPNNNNNH2OOHOHCH2O 磷酸基團位于核糖的第五位碳原子磷酸基團位于核糖的第五位碳原子C-5上。上。 NMP（nucleoside monophosphate) NDP (nucleoside diphosphate) NTP (nucleoside triphosphate)醫(yī)學生物化學-04醫(yī)學生物化學-04五、環(huán)化核苷酸類（五、環(huán)化核苷酸類（3,5-環(huán)狀腺苷酸，環(huán)狀腺苷酸，cAMP） 由腺苷酸上磷酸與核糖的由腺苷酸上磷酸與核糖的3

14、，5碳原子形成雙脂環(huán)化而成，碳原子形成雙脂環(huán)化而成，其中其中3位的磷酸酯鍵為高能鍵：位的磷酸酯鍵為高能鍵： 由由腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶催化催化ATP脫去一分子焦磷酸而環(huán)化成脫去一分子焦磷酸而環(huán)化成cAMP；它又可被專一性的；它又可被專一性的磷酸二酯酶磷酸二酯酶水解成水解成5-AMP。 醫(yī)學生物化學-04六、核苷酸的性質(zhì)六、核苷酸的性質(zhì) 1、紫外吸收：嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵，因此使得堿、紫外吸收：嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵，因此使得堿 基、核苷和核苷酸在基、核苷和核苷酸在240290nm的紫外波段有強烈的吸的紫外波段有強烈的吸 收峰，最大吸收值在收峰，最大吸收值在260nm附近。附近。 2

15、、互變異構作用：凡含有酮基的嘧啶或嘌呤堿，在溶液中、互變異構作用：凡含有酮基的嘧啶或嘌呤堿，在溶液中 可發(fā)生酮式和烯醇式的互變異構現(xiàn)象：可發(fā)生酮式和烯醇式的互變異構現(xiàn)象： 在生物細胞內(nèi)一般是以酮式存在（這對核酸中氫鍵結構在生物細胞內(nèi)一般是以酮式存在（這對核酸中氫鍵結構 的形成十分重要）。的形成十分重要）。 654321NNHNH2O123456OHNH2NN酮式烯醇式胞嘧啶 （2-氧，4-氨基嘧 啶 ）Cytosine(C)醫(yī)學生物化學-04醫(yī)學生物化學-04第三節(jié)第三節(jié) 核酸的一級結構核酸的一級結構 一級結構指其核苷酸的排列順序。由于一級結構指其核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基

16、不同，也稱核苷酸間的差異主要是堿基不同，也稱堿基序列堿基序列。 DNA：四種脫氧核苷酸按一定順序以：四種脫氧核苷酸按一定順序以磷磷酸二酯鍵酸二酯鍵相連形成的聚脫氧核苷酸鏈相連形成的聚脫氧核苷酸鏈（polydeoxynucleotides）。）。 DNA的書寫順序是的書寫順序是53。醫(yī)學生物化學-04DNA一級結構醫(yī)學生物化學-04/OHHNHCH2HH12345/OHHNHCH2HH12345/OHHNHOHH12345OPOOO-OOPOOHCH2OOPOOOOPOO5末端的磷酸基團末端的磷酸基團3，5-磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵3末端羥基末端羥基醫(yī)學生物化學-04醫(yī)學生物化學-04APCPTPC

17、PGPAPPOH535pApCpTpCpGpA-OH35ACTCGA3PPOHPOHPOHPOHACGU53253PPHPHPHPH53253R1R2R3R4RNADNA鏈簡化圖鏈簡化圖醫(yī)學生物化學-04第四節(jié)第四節(jié) DNADNA的結構與功能的結構與功能一、一、DNA的二級結構的研究史的二級結構的研究史 二十世紀二十年代，二十世紀二十年代，Levene研究了核酸的化學結構并提研究了核酸的化學結構并提出了四核苷酸假說。他認為出了四核苷酸假說。他認為DNA分子是由分子是由A、G、C、T 4 種核苷酸不斷重復延伸而成。種核苷酸不斷重復延伸而成。 二十世紀五十年代初，二十世紀五十年代初，Chargaf

18、f采用層析和紫外吸收分采用層析和紫外吸收分析等技術研究了析等技術研究了DNA分子的堿基組成，發(fā)現(xiàn)不同物種分子的堿基組成，發(fā)現(xiàn)不同物種的的DNA堿基組成不一樣，并總有堿基組成不一樣，并總有A=T；C=G。 1953年，年，Watson和和Crick以以Chargaff的發(fā)現(xiàn)為基礎，進的發(fā)現(xiàn)為基礎，進行行DNA晶體的晶體的X-射線衍射圖譜研究，提出了射線衍射圖譜研究，提出了DNA的雙的雙螺旋結構。螺旋結構。1962年，年， Watson（美）和（美）和 Crick（英）與（英）與Wilkins共享共享Nobel生理醫(yī)學獎，生理醫(yī)學獎， Wilkins通過對通過對DNA分分子的子的X -射線衍射研究

19、證實了射線衍射研究證實了Watson和和Crick的的DNA模模型。型。醫(yī)學生物化學-04醫(yī)學生物化學-04DNA的二級結構(雙螺旋) 1953年，年，Watson 和和 Crick 提出提出的的DNA雙螺雙螺旋結構旋結構醫(yī)學生物化學-04二、二、DNADNA雙螺旋結構的要點雙螺旋結構的要點1、 Watson-Crick模型模型的特性：模型模型的特性：v雙螺旋：兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸相互雙螺旋：兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸相互纏繞，并且均為右手螺旋；雙螺旋結構上有二條螺形凹溝纏繞，并且均為右手螺旋；雙螺旋結構上有二條螺形凹溝：一條較深，稱大溝；一條較淺，稱小溝。：一條

20、較深，稱大溝；一條較淺，稱小溝。v基團位置：堿基位于雙螺旋的內(nèi)側，且其平面與縱軸垂直基團位置：堿基位于雙螺旋的內(nèi)側，且其平面與縱軸垂直；磷酸與核糖位于雙螺旋外側，彼此通過；磷酸與核糖位于雙螺旋外側，彼此通過3,5-磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵相連，形成相連，形成DNA分子的骨架，且糖環(huán)的平面與縱軸平行。分子的骨架，且糖環(huán)的平面與縱軸平行。v基團走向：多核苷酸鏈的方向取決于磷酸二酯鍵的走向，基團走向：多核苷酸鏈的方向取決于磷酸二酯鍵的走向，習慣上以習慣上以C3C5為正向。為正向。v尺度：雙螺旋平均直徑為尺度：雙螺旋平均直徑為2nm。兩個相鄰的堿基之間相距。兩個相鄰的堿基之間相距高度（堿基堆積距離）為高度

21、（堿基堆積距離）為0.34nm，兩個核苷酸之間的夾角，兩個核苷酸之間的夾角為為36o。因此，沿中心軸每旋轉(zhuǎn)一周有。因此，沿中心軸每旋轉(zhuǎn)一周有10個核苷酸，每一轉(zhuǎn)個核苷酸，每一轉(zhuǎn)的高度（螺距）為的高度（螺距）為3.4nm。v堿基在一條鏈上的排列順序不受任何限制，但依據(jù)堿基配堿基在一條鏈上的排列順序不受任何限制，但依據(jù)堿基配對原則，當一條鏈序列確定后，可決定另一條互補鏈的序?qū)υ瓌t，當一條鏈序列確定后，可決定另一條互補鏈的序列。列。醫(yī)學生物化學-04醫(yī)學生物化學-04醫(yī)學生物化學-04v 氫鍵：兩條核苷酸鏈依靠彼此堿基之間的氫鍵相連而結氫鍵：兩條核苷酸鏈依靠彼此堿基之間的氫鍵相連而結 合在一起：合在

22、一起： A與與T相配對，形成兩個氫鍵：相配對，形成兩個氫鍵：A（N6）-T（O4） A（N1）-T（N3） G與與C相配對，形成三個氫鍵：相配對，形成三個氫鍵：G（N2）-C（O2） G（N1）-C（N3） G（O6）-C（N4） 上述堿基之間的配對原則，稱之為堿基互補。上述堿基之間的配對原則，稱之為堿基互補。NH23457891654321NNCH3RHONNNN6ROHT = A123456234567891NNNNNHHHRHHNONNROC G醫(yī)學生物化學-04醫(yī)學生物化學-042、Dickerson十二聚體（人工合成）的補充：十二聚體（人工合成）的補充：（1）兩個核苷酸之間的夾角并非

23、都是）兩個核苷酸之間的夾角并非都是36，可由，可由28至至42不等，不等， 實際平均每一螺周含實際平均每一螺周含10.4個堿基對；個堿基對；（2）組成堿基對的兩個核苷酸的分布并非在同一平面上，而）組成堿基對的兩個核苷酸的分布并非在同一平面上，而 是堿基對沿長軸旋轉(zhuǎn)一定角度，從而使堿基對的形狀像是堿基對沿長軸旋轉(zhuǎn)一定角度，從而使堿基對的形狀像 螺旋槳葉片的樣子，故稱為螺旋槳狀扭曲。這可提高堿螺旋槳葉片的樣子，故稱為螺旋槳狀扭曲。這可提高堿 基堆積力，使基堆積力，使DNA結構更穩(wěn)定；結構更穩(wěn)定； （3）維持）維持DNA二級結構的作用力：氫鍵、堿基堆積力。后者二級結構的作用力：氫鍵、堿基堆積力。后者

24、 為維持二級結構的主要作用力。為維持二級結構的主要作用力。醫(yī)學生物化學-04三、三、DNADNA結構的多樣性結構的多樣性v DNA的右手螺旋并不是自然界的右手螺旋并不是自然界DNA唯一存在的方式。唯一存在的方式。右手螺旋結構是在生理鹽水溶液中提取的右手螺旋結構是在生理鹽水溶液中提取的DNA的結構，的結構，目前將這種結構稱為目前將這種結構稱為B-DNA。v 1979年，年，Alexander Rich發(fā)現(xiàn)了左手螺旋，稱為發(fā)現(xiàn)了左手螺旋，稱為Z-DNA，另外也有，另外也有A-DNA的存在。的存在。醫(yī)學生物化學-041、C-3內(nèi)式和內(nèi)式和C-2內(nèi)式是指呋喃核糖信封式構象中內(nèi)式是指呋喃核糖信封式構象中

25、C3還是還是C2指向指向C5，見，見p14圖圖1-13；2、糖苷鍵構象：嘌呤六元環(huán)或嘧啶的、糖苷鍵構象：嘌呤六元環(huán)或嘧啶的O2指向。遠離糖的為反式，指向糖的為順式。指向。遠離糖的為反式，指向糖的為順式。醫(yī)學生物化學-0419875432NNN6NH2/54321HOCH2HHOHOHHONHONNH2123456/OHHNHOHCH2HOHH12345嘌呤六元環(huán)順式嘌呤六元環(huán)順式嘧啶嘧啶O2環(huán)順式環(huán)順式醫(yī)學生物化學-04四、四、DNADNA的三級結構的三級結構 DNA的三級結構指的三級結構指DNA雙螺旋通過扭曲和折雙螺旋通過扭曲和折疊所形成的特定構象，包括不同二級結構單元間的疊所形成的特定構象

26、，包括不同二級結構單元間的相互作用、單鏈與二級結構單元間的相互作用以及相互作用、單鏈與二級結構單元間的相互作用以及DNA的拓撲特征。的拓撲特征。v環(huán)形環(huán)形DNA： 大部分原核生物的大部分原核生物的DNA是共價封閉的環(huán)狀雙螺是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋。包括：某些病毒、噬菌體、細菌質(zhì)粒、真核生旋。包括：某些病毒、噬菌體、細菌質(zhì)粒、真核生物線粒體和葉綠體、細菌染色體物線粒體和葉綠體、細菌染色體DNA。 線形線形DNA的兩端有粘末端，也可借助的兩端有粘末端，也可借助DNA連連接酶將互補的粘末端連接成環(huán)形接酶將互補的粘末端連接成環(huán)形DNA。醫(yī)學生物化學-04v超螺旋結構超螺旋結構1、超螺旋的形成原因：、超螺

27、旋的形成原因： 當當DNA雙螺旋分子以一定構象自由存在時，是處雙螺旋分子以一定構象自由存在時，是處于能量最低狀態(tài)，為松弛型；如果額外多轉(zhuǎn)或少轉(zhuǎn)于能量最低狀態(tài)，為松弛型；如果額外多轉(zhuǎn)或少轉(zhuǎn)幾圈，就會使雙螺旋中存在張力。當雙螺旋分子的幾圈，就會使雙螺旋中存在張力。當雙螺旋分子的末端是開放的，這種張力可以通過鏈的轉(zhuǎn)動而釋放末端是開放的，這種張力可以通過鏈的轉(zhuǎn)動而釋放出來，出來，DNA將恢復正常的雙螺旋狀態(tài)；但如果將恢復正常的雙螺旋狀態(tài)；但如果DNA分子的兩端是固定的，或者是環(huán)狀分子，這種額外分子的兩端是固定的，或者是環(huán)狀分子，這種額外的張力就不能釋放掉，的張力就不能釋放掉，DNA分子本身就會發(fā)生扭曲

28、分子本身就會發(fā)生扭曲，用以抵消張力。這種扭曲稱為超螺旋（雙螺旋的，用以抵消張力。這種扭曲稱為超螺旋（雙螺旋的螺旋）。螺旋）。 醫(yī)學生物化學-042、拓撲學特性：、拓撲學特性：（1）連環(huán)數(shù)：在雙螺旋中，一條鏈以右手螺旋繞另）連環(huán)數(shù)：在雙螺旋中，一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)，以一條鏈纏繞的次數(shù)，以L表示；表示；（2）扭曲數(shù)：）扭曲數(shù)：DNA分子中的分子中的Watson-Crick螺旋數(shù)目螺旋數(shù)目（螺周數(shù)），以（螺周數(shù)），以T表示；表示；（3）超螺旋數(shù)：雙螺旋鏈再扭曲成螺旋的周數(shù)，以）超螺旋數(shù)：雙螺旋鏈再扭曲成螺旋的周數(shù)，以W表示。表示。 三者關系：三者關系：L=T+W L值必須是整數(shù)。值必

29、須是整數(shù)。醫(yī)學生物化學-043、負超螺旋：、負超螺旋： 設一段設一段260bp，螺周數(shù)為，螺周數(shù)為25的的DNA。1）當將此線形）當將此線形DNA連接成環(huán)形時，此環(huán)形連接成環(huán)形時，此環(huán)形DNA稱稱為松弛型為松弛型DNA： L=25 T=25 W=02）當將此線形）當將此線形DNA的螺旋先擰松兩周（其他的周的螺旋先擰松兩周（其他的周內(nèi)螺旋不解鏈），再連接成環(huán)形時，可形成兩種環(huán)內(nèi)螺旋不解鏈），再連接成環(huán)形時，可形成兩種環(huán)形形DNA：（1）解鏈環(huán)形）解鏈環(huán)形DNA：L=23 T=23 W=0 （含有（含有一個解鏈后形成的突環(huán)）一個解鏈后形成的突環(huán)）（2）超螺旋）超螺旋DNA：L=23 T=25 W=

30、-2 （為負（為負超螺旋）超螺旋） 醫(yī)學生物化學-04v真核生物：真核生物：DNA和蛋白質(zhì)組裝成染色體，染色和蛋白質(zhì)組裝成染色體，染色體的基本單位是核小體。體的基本單位是核小體。v核小體由核小體由DNA和組蛋白構成。組蛋白有和組蛋白構成。組蛋白有H1，H2A，H2B，H3和和H4。 H2A，H2B，H3和和H4各兩分子構各兩分子構成核小體的核心，稱為組蛋白八聚體。成核小體的核心，稱為組蛋白八聚體。DNA雙雙螺旋分子纏繞在八聚體上構成核小體的核心顆粒。螺旋分子纏繞在八聚體上構成核小體的核心顆粒。核小體的核心顆粒之間再由核小體的核心顆粒之間再由DNA和組蛋白和組蛋白H1構構成的連接區(qū)連接起來形成串

31、珠狀結構。核小體進成的連接區(qū)連接起來形成串珠狀結構。核小體進一步旋轉(zhuǎn)折疊形成棒狀染色體，將近一步旋轉(zhuǎn)折疊形成棒狀染色體，將近1 m長的長的DNA分子容納于直徑只有數(shù)微米的細胞核中。分子容納于直徑只有數(shù)微米的細胞核中。核小體結構模式圖核小體結構模式圖醫(yī)學生物化學-04真真核核染染色色不不同同層層次次的的結結構構模模型型醫(yī)學生物化學-04DNADNA的功能的功能 DNA的基本功能：用為生物遺傳信息復制的模板的基本功能：用為生物遺傳信息復制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板，它是遺傳繁殖的物質(zhì)基礎。和基因轉(zhuǎn)錄的模板，它是遺傳繁殖的物質(zhì)基礎。 基因組（基因組（genome）：）： 一個生物體的全部基因序列。一個生

32、物體的全部基因序列。最簡單的生物如最簡單的生物如SV40病毒的基因組僅含有病毒的基因組僅含有5100堿堿基對（基對（base pair bp），）， 大腸桿菌基因組的大小大腸桿菌基因組的大小為為5700千堿基對（千堿基對（kbp），人的基因組則由大約），人的基因組則由大約3.0109個個bp組成。組成。醫(yī)學生物化學-04第五節(jié)第五節(jié) RNARNA的空間結構與功能的空間結構與功能一、結構特點一、結構特點 1、堿基組成：、堿基組成：AMP、GMP、CMP、UMP，還有，還有一些稀有堿基；一些稀有堿基； 2、戊糖是核糖；、戊糖是核糖； 3、天然、天然RNA是單鏈線形分子，只有局部區(qū)域為鏈是單鏈線形分

33、子，只有局部區(qū)域為鏈內(nèi)雙螺旋（單鏈分子自身回折使得互補堿基配內(nèi)雙螺旋（單鏈分子自身回折使得互補堿基配對而形成，不配對的區(qū)域形成突環(huán)）。對而形成，不配對的區(qū)域形成突環(huán)）。 醫(yī)學生物化學-04核糖核酸(RNA)分為 信使信使RNA(mRNA) 轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA(tRNA) 核糖核糖體RNA(rRNA)醫(yī)學生物化學-04二、類型二、類型1、信使、信使RNA的結構與功能的結構與功能v 信使信使RNA（messenger RNA，mRNA）v 不均一核不均一核RNA（heterogeneou nuclear RNA，hnRNA）：）： 在細胞核內(nèi)合成的在細胞核內(nèi)合成的mRNA的初級產(chǎn)物，經(jīng)的初級產(chǎn)物，經(jīng)過

34、剪接成為成熟的過剪接成為成熟的mRNA并移到細胞質(zhì)。并移到細胞質(zhì)。v 真核生物成熟真核生物成熟mRNA的結構特點：的結構特點：（1）5端帽子結構（端帽子結構（cap sequence)：mGpppNm. 帽子結構能促進核糖體與帽子結構能促進核糖體與mRNA的結合，加速翻譯起的結合，加速翻譯起始速度始速度,同時可以增強同時可以增強mRNA的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。（2）3末端多聚末端多聚A的尾巴?？赡芘c的尾巴?？赡芘cmRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)從核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位及的轉(zhuǎn)位及mRNA的穩(wěn)定有關。的穩(wěn)定有關。 mRNA的功能是把核內(nèi)的功能是把核內(nèi)DNA的堿基順序按照堿基互補的堿基順序按照堿基互補的原則，抄錄并轉(zhuǎn)送至

35、胞質(zhì)，指導蛋白質(zhì)的合成。的原則，抄錄并轉(zhuǎn)送至胞質(zhì)，指導蛋白質(zhì)的合成。醫(yī)學生物化學-04/54321HOHCH2OPOOOPOOPOO-OO19876542N+NNHNCH3OH2NOOHHNHOCH2HH12345/OHO-PO-OO-AAAAAAA_OH醫(yī)學生物化學-042 2、轉(zhuǎn)運、轉(zhuǎn)運RNARNA的結構與功能的結構與功能 轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA（transfer RNA，tRNA）是細胞內(nèi)分子量最）是細胞內(nèi)分子量最小的一類核酸，其功能是在細胞蛋白質(zhì)合成過程中作為小的一類核酸，其功能是在細胞蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體。各種氨基酸的載體。tRNA的特點的特點：1、tRNA分子中含有分子中含

36、有1020%的稀有堿基，包括雙氫的稀有堿基，包括雙氫尿嘧啶（尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶（）、假尿嘧啶（）和甲基化的嘌）和甲基化的嘌呤（呤（mG，mA）。）。NNNNH2NOHCH39R2456781NNNHNRO24567891mG：甲基鳥嘌呤核苷：甲基鳥嘌呤核苷I：次黃嘌呤核苷：次黃嘌呤核苷醫(yī)學生物化學-04OO654321NHNHROO654321NHNH2H2R假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷DHU:雙氫尿嘧啶雙氫尿嘧啶醫(yī)學生物化學-042、tRNA中存在一些能局部互補配對的區(qū)域，能形成局中存在一些能局部互補配對的區(qū)域，能形成局部雙鏈，進而形成一種莖部雙鏈，進而形成一種莖-環(huán)狀或發(fā)夾結構，由于莖

37、環(huán)環(huán)狀或發(fā)夾結構，由于莖環(huán)結構的存在，使結構的存在，使tRNA形成了三葉草形的二級結構。形成了三葉草形的二級結構。3、tRNA共同的三級結構：倒共同的三級結構：倒L型型 。醫(yī)學生物化學-04醫(yī)學生物化學-04 結構：結構：（1）氨基酸臂：由）氨基酸臂：由7對堿基組成，對堿基組成，3末端為末端為-CCA，接受活化，接受活化 的氨基酸；的氨基酸；（2）二氫尿嘧啶環(huán)：由）二氫尿嘧啶環(huán)：由8-12個堿基組成，具有兩個二氫尿嘧個堿基組成，具有兩個二氫尿嘧 啶；啶；（3）反密碼子環(huán)：由）反密碼子環(huán)：由7個堿基組成，環(huán)中部有個堿基組成，環(huán)中部有3個堿基組成的個堿基組成的 反密碼子，將由此與反密碼子，將由此與

38、mRNA上的密碼子配上的密碼子配 對；對；（4）額外環(huán)：由）額外環(huán)：由3-18個堿基組成，大小不同，為個堿基組成，大小不同，為tRNA分類的分類的 依據(jù)之一；依據(jù)之一；（5）TC環(huán)：由環(huán)：由7個堿基組成，含有假尿嘧啶。個堿基組成，含有假尿嘧啶。 （，psai） 醫(yī)學生物化學-043 3、核糖體、核糖體RNARNA的結構與功能的結構與功能v核糖體核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA），）， 是細胞內(nèi)含量最是細胞內(nèi)含量最多的多的RNA，約占，約占RNA總量的總量的80%以上。以上。rRNA與核糖體蛋白與核糖體蛋白共同構成核糖體（共同構成核糖體（ribosome）。）。v傳統(tǒng)認為傳統(tǒng)認

39、為rRNA是構成核糖體的骨架，催化蛋白質(zhì)肽鍵形成是構成核糖體的骨架，催化蛋白質(zhì)肽鍵形成的是核糖體蛋白質(zhì)（大亞基）上的肽基轉(zhuǎn)移酶催化的。的是核糖體蛋白質(zhì)（大亞基）上的肽基轉(zhuǎn)移酶催化的。v現(xiàn)在認為核糖體催化肽鍵形成的是現(xiàn)在認為核糖體催化肽鍵形成的是rRNA，蛋白質(zhì)只是維持，蛋白質(zhì)只是維持rRNA構象，起輔助作用。構象，起輔助作用。 大腸桿菌核糖體中有：大腸桿菌核糖體中有：5S rRNA，16S rRNA，23S rRNA 動物細胞核糖體中有：動物細胞核糖體中有：5S rRNA，5.8S rRNA，18S rRNA， 28S rRNA。小亞基大亞基醫(yī)學生物化學-04醫(yī)學生物化學-04核糖體的組成核糖

40、體的組成原核生物原核生物真核生物真核生物核糖體核糖體70S80S小亞基小亞基30S40SrRNA16S(1542個核苷酸個核苷酸)18S（1874個核苷酸）個核苷酸）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)21種種(占總重量的占總重量的40%)33種（占總重量的種（占總重量的50%）大亞基大亞基50S60SrRNA23S(2940個核苷酸個核苷酸)28S（4718個核苷酸）個核苷酸）5S(120個核苷酸個核苷酸)5.85S(160個核苷酸個核苷酸)5S(120個核苷酸個核苷酸)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)31種種(占總重量的占總重量的30%)49種種(占總重量的占總重量的35%)醫(yī)學生物化學-044 4、其它小分子、其它小分子RNARN

41、A功能功能核糖體核糖體RNArRNA核糖體組成成分核糖體組成成分 信使信使RNAmRNA蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNAtRNA轉(zhuǎn)運氨基酸轉(zhuǎn)運氨基酸不均一核不均一核RNAHnRNA成熟成熟mRNA的前體的前體小核小核RNASnRNA參與參與HnRNA的剪接轉(zhuǎn)運的剪接轉(zhuǎn)運小核仁小核仁RNASnoRNArRNA的加工和修飾的加工和修飾小胞質(zhì)小胞質(zhì)RNAScRNA蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組成成分信號識別體的組成成分醫(yī)學生物化學-04五、核酶五、核酶 某些某些RNA分子本身具有自我催化能力，可以分子本身具有自我催化能力，可以完成完成rRNA的剪接。這種有催化作

42、用的的剪接。這種有催化作用的RNA被被稱為核酶（稱為核酶（Ribozyme）。）。1989年，美國科學家年，美國科學家Altman和和Cech由于發(fā)現(xiàn)核酶而獲由于發(fā)現(xiàn)核酶而獲Nobel 化學獎?；瘜W獎。 是對傳統(tǒng)觀念的一種挑戰(zhàn)。是對傳統(tǒng)觀念的一種挑戰(zhàn)。 在醫(yī)學上有特殊的用途。在醫(yī)學上有特殊的用途。醫(yī)學生物化學-04第六節(jié)第六節(jié) 核酸的理化性質(zhì)及應用核酸的理化性質(zhì)及應用一、核酸的一般理化性質(zhì)一、核酸的一般理化性質(zhì)v多元酸，較強的酸性。既有磷酸基，又有多元酸，較強的酸性。既有磷酸基，又有堿性基，故為兩性電解質(zhì)，在一定的堿性基，故為兩性電解質(zhì)，在一定的pH條條件下，可解離而帶電荷，因此都有一定的件下

43、，可解離而帶電荷，因此都有一定的等電點（等電點（p.504-506）。）。vDNA為線性高分子極性化合物，粘度極大，為線性高分子極性化合物，粘度極大，而而RNA分子遠小于分子遠小于DNA，粘度也小得多。，粘度也小得多。溶于水，不溶于有機溶劑。溶于水，不溶于有機溶劑。醫(yī)學生物化學-04 由于堿基成分的紫外吸收特征，由于堿基成分的紫外吸收特征，DNA和和RNA溶溶液均具有液均具有260nm紫外吸收峰。紫外吸收峰。 與核苷酸的紫外吸收特性類似，可通過測定核與核苷酸的紫外吸收特性類似，可通過測定核酸溶液中酸溶液中 磷含量磷含量W和紫外吸收值，再求出摩爾磷吸光系和紫外吸收值，再求出摩爾磷吸光系數(shù)數(shù)(P)

44、來表示溶液中核酸的含量：來表示溶液中核酸的含量： (P)=30.98A/WL （A=光密度，光密度，L=比色杯直徑，比色杯直徑，W=每升中磷的重量（克）每升中磷的重量（克） 單鏈多核苷酸的單鏈多核苷酸的(P)雙螺旋多核苷酸的雙螺旋多核苷酸的(P)。所以：所以： 增色效應：當核酸變性時，增色效應：當核酸變性時，(P)值升高的現(xiàn)象；值升高的現(xiàn)象； 減色效應：當核酸復性后，減色效應：當核酸復性后，(P)值又降低的現(xiàn)象。值又降低的現(xiàn)象。二、核酸的紫外吸收特性二、核酸的紫外吸收特性醫(yī)學生物化學-04三、三、DNADNA的變性的變性 DNA變性：在某些理化因素作用下，變性：在某些理化因素作用下，DNA分子

45、互補堿分子互補堿基對之間的氫鍵斷裂，使基對之間的氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋結構松散，變成雙螺旋結構松散，變成單鏈。監(jiān)測指標為單鏈。監(jiān)測指標為A260的變化。的變化。 常用的變性方法為加熱。常用的變性方法為加熱。 增色效應增色效應（hyperchromic effect）：）：DNA解鏈過程中，解鏈過程中，其其A260增加，并與解鏈程度有一定的關系。增加，并與解鏈程度有一定的關系。 解鏈曲線：在連續(xù)加熱過程中以溫度對解鏈曲線：在連續(xù)加熱過程中以溫度對A260的關系作圖。的關系作圖。 解鏈溫度：解鏈溫度：DNA變性從開始到完全解鏈是在一個相當變性從開始到完全解鏈是在一個相當窄的范圍內(nèi)完成窄的范圍內(nèi)完

46、成 的。在這一范圍內(nèi)的。在這一范圍內(nèi)A260達到最大值的達到最大值的50%時的溫度稱為解鏈溫度，又稱為融解溫度時的溫度稱為解鏈溫度，又稱為融解溫度（melting temperature，Tm）。）。 Tm的大小與其所含堿基中的的大小與其所含堿基中的G+C比例相關比例相關，G+C比例比例越高，越高，Tm值越高。值越高。醫(yī)學生物化學-04醫(yī)學生物化學-04四、四、DNADNA的復性與分子雜交的復性與分子雜交 復性；變性復性；變性DNA在適當條件下，兩條互補鏈可在適當條件下，兩條互補鏈可重新恢復天然的雙螺旋構象，稱為復性。熱變重新恢復天然的雙螺旋構象，稱為復性。熱變性性DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復性，也稱為退火經(jīng)緩慢冷卻后即可復性，也稱為退火（annealing）。）。 DNA復性速度受溫度的影響。復性時溫度緩慢