核酸與輔酶醫(yī)學知識講座培訓課件

1、 核酸（nucleic acid）由瑞士生物學家 Miescher 1869 年首先從膿細胞核中分離得到，當時被稱為核質(zhì) (nuclein)，20年后，更名為核酸（nucleic acid）。 1944年Oswald Avery 證實脫氧核糖核酸（DNA）是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ),1953年 Watson 和 Crick 提出DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)，揭開了遺傳的奧秘。 核酸是控制生物遺傳和支配蛋白質(zhì)合成的模型。沒有核酸，就沒有蛋白質(zhì)。因此，核酸是生命最根本的物質(zhì)基礎(chǔ)。對核酸的研究是現(xiàn)代科學研究領(lǐng)域最吸引人的課題。 10/4/20221第十八章 核酸 核酸（nucleic acid）由瑞士生物學第一節(jié) 核

2、酸的分類 1. 核酸的分類 2. RNA的分類 10/4/20222第十八章 核酸第一節(jié) 核酸的分類 一、核酸分類 （一）根據(jù)分子中所含戊糖的種類分類 1. RNA：核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)，約90%的RNA在細胞質(zhì)中，10%的RNA在細胞核中； 2. DNA：脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)。DNA主要存在于細胞核和線粒體中，是生物遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，承擔體內(nèi)遺傳信息的貯存和發(fā)布。 10/4/20223第十八章 核酸 一、核酸分類 （一）根據(jù)分子 （二）根據(jù)RNA在蛋白質(zhì)合成過程中所起的作用分類 1. 核蛋白體RNA(dbosom

3、al RNA，rRNA)，又稱核糖體RNA，它是蛋白質(zhì)合成時多肽鏈的“裝配機”。參與蛋白質(zhì)合成的各種成分最終必須在核蛋白體上將氨基酸按特定順序合成多肽鏈。 2. 信使RNA(messengerRNA，mRNA)，它是合成蛋白質(zhì)的模板，在蛋白質(zhì)合成時，控制氨基酸排列順序。 10/4/20224第十八章 核酸 （二）根據(jù)RNA在蛋白質(zhì)合成過程中所起的作用 3. 轉(zhuǎn)運RNA(transferRNA，tRNA)。在蛋白質(zhì)的合成過程中，tRNA是搬運氨基酸的工具。氨基酸由各自特異的tRNA“搬運”到核蛋白體，才能“組裝”成多肽鏈。10/4/20225第十八章 核酸 3. 轉(zhuǎn)運RNA(transferRN

4、A，t第二節(jié) 核苷和核苷酸 1. 核酸的化學組成 2. 核苷 3. 核苷酸10/4/20226第十八章 核酸第二節(jié) 核苷和核苷酸 一、核酸的化學組成 核酸分子中所含主要元素有C、H、O、N、P等。其中含磷量為910，由于各種核酸分子中含磷量比較接近恒定，故常用含磷量來測定組織中核酸的含量。 核酸也稱多核苷酸(polynucleotide)，是由數(shù)10個以至千萬計的單核苷酸(mucleotide) 組成。核酸完全水解可以得到磷酸、嘌呤堿和嘧啶堿（簡稱堿基）、核糖和脫氧核糖。10/4/20227第十八章 核酸 一、核酸的化學組成 核酸分子中 磷酸 核酸核苷酸 戊糖（核糖或脫氧核糖） 核苷 有機堿（

5、嘌呤堿和嘧啶堿） 10/4/20228第十八章 核酸 DNA和RNA中所含的嘌呤堿相同，都含有腺嘌呤和鳥嘌呤。而所含的嘧啶堿不同，兩者都含有胞嘧啶。核酸水解后的主要最終產(chǎn)物水解產(chǎn)物類別RNADNA酸磷酸磷酸戊糖D- 核糖D-2-脫氧核糖嘌呤堿腺嘌呤 鳥嘌呤腺嘌呤 鳥嘌呤嘧啶堿胞嘧啶 尿嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶10/4/20229第十八章 核酸核酸水解后的主要最終產(chǎn)物水解產(chǎn)物類別RNADNA酸磷酸磷酸戊 RNA中含有尿嘧啶而無胸腺嘧啶。 DNA中含有胸腺嘧啶而無尿嘧啶。10/4/202210第十八章 核酸 RNA中含有尿嘧啶而無胸腺嘧啶。10/2/2 兩類堿基的結(jié)構(gòu)及縮寫符號如下 ： 10/4/20

6、2211第十八章 核酸 兩類堿基的結(jié)構(gòu)及縮寫符號如下 ： 10/4/202212第十八章 核酸10/2/202212第十八章 核酸 兩類堿基可發(fā)生酮式-烯醇式互變，如： 10/4/202213第十八章 核酸 兩類堿基可發(fā)生酮式-烯醇式互變，如： 10/ 在生理條件下或者酸性和中性介質(zhì)中，它們以酮式為主。 【問題18-1】試寫出尿嘧啶的酮式-烯醇式互變異構(gòu)體。10/4/202214第十八章 核酸 在生理條件下或者酸性和中性介質(zhì)中，它們以酮式 核酸中的戊糖有兩類，即-D-核糖和-D-2-脫氧核糖，D-核糖存在于RNA中，而2-D-脫氧核糖存在于DNA中。它們的結(jié)構(gòu)及編號如下： 10/4/20221

7、5第十八章 核酸 核酸中的戊糖有兩類，即-D-核糖和-D- 二、核苷 核苷（nucleoside）是由核糖C1上的-半縮醛羥基與嘌呤堿 9 位或嘧啶堿 1 位氮原子上的氫脫水縮合而成的氮苷。10/4/202216第十八章 核酸 二、核苷 核苷（nucleos 在DNA中常見的4種脫氧核糖核苷的結(jié)構(gòu)式及名稱如下： 10/4/202217第十八章 核酸 在DNA中常見的4種脫氧核糖核苷的結(jié)構(gòu)式及名10/4/202218第十八章 核酸10/2/202218第十八章 核酸 RNA中常見的4種核苷的結(jié)構(gòu)式及名稱如下：10/4/202219第十八章 核酸 RNA中常見的4種核苷的結(jié)構(gòu)式及名稱如下：110/

8、4/202220第十八章 核酸10/2/202220第十八章 核酸 在核苷的結(jié)構(gòu)式中，戊糖上的C原子編號總是以帶撇數(shù)字表示，以區(qū)別于堿基上原子的編號。 核苷命名時，如果是核糖，詞尾用“苷”字，前面加上堿基名稱即可。如胞嘧啶脫氧核苷，簡稱為脫氧胞苷。 氮苷與氧苷一樣對堿穩(wěn)定，但氮苷只有在強酸性溶液中才能發(fā)生水解，生成相應(yīng)的堿基和戊糖。10/4/202221第十八章 核酸 在核苷的結(jié)構(gòu)式中，戊糖上的C原子編號總是以帶 三、核苷酸 核苷酸(nucleotide)是核苷分子中的核糖或脫氧核糖的3或5位的羥基與磷酸所生成的酯。生物體內(nèi)大多數(shù)為5核苷酸。組成RNA的核苷酸有腺苷酸、鳥苷酸、胞苷酸和尿苷酸，

9、組成DNA的核苷酸有脫氧腺苷酸、脫氧鳥苷酸、脫氧胞苷酸和脫氧胸苷酸。 10/4/202222第十八章 核酸 三、核苷酸 核苷酸(nucle 腺苷酸和脫氧胞苷酸結(jié)構(gòu)如下：10/4/202223第十八章 核酸 腺苷酸和脫氧胞苷酸結(jié)構(gòu)如下：10/2/202 核苷酸的命名包括糖基和堿基的名稱酮式要標出磷酸連在戊糖上的位置。例如：腺苷酸又叫腺苷-5-磷酸或腺苷一磷酸（AMP）。如果糖基為脫氧核糖，則要在核苷酸前加“脫氧”二字。例如：脫氧胞苷酸又叫脫氧胞苷-5-磷酸或脫氧胞苷一磷酸（dCMP）。 【問題18-2】試寫出胞苷酸和脫氧鳥苷酸的結(jié)構(gòu)式。10/4/202224第十八章 核酸 核苷酸的命名包括糖基和

10、堿基的名稱酮式要標出磷第三節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì) 1. 核酸的一級結(jié)構(gòu) 2. DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu) 3. 核酸的理化性質(zhì)10/4/202225第十八章 核酸第三節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì) 一、核酸的一級結(jié)構(gòu) 核酸分子中各種核苷酸排列的順序即為核酸的一級結(jié)構(gòu)，又稱為核苷酸序列。由于核苷酸間的差別主要是堿基不同，又稱為堿基序列。在核酸分子中，各核苷酸間是通過3、5-磷酸二酯鍵來連接的。即一個核苷酸的3-羥基與另一個核苷酸5-磷酸基形成磷脂鍵，這樣一直延續(xù)下去，形成沒有支鏈的核酸大分子。 DNA和RNA的部分多核苷酸鏈結(jié)構(gòu)可用簡式表示如下： 10/4/202226第十八章 核酸 一、核酸的一級結(jié)構(gòu) 核酸分

11、子中 10/4/202227第十八章 核酸 10/2/202227第十八章 核酸 為了簡化繁瑣的結(jié)構(gòu)式，常用P表示磷酸，用豎線表示戊糖基，表示堿基的相應(yīng)英文字母置于豎線之上;用斜線表示磷酸和糖基形成的酯鍵。以上RNA、DNA的部分部分結(jié)構(gòu)可表示如下：10/4/202228第十八章 核酸 為了簡化繁瑣的結(jié)構(gòu)式，常用P表示磷酸，用豎線 還可以用更簡單的字符表示，如上面的RNA和DNA的片段可表示為：RNA: 5pApCpGpU-OH 3或5ACGU 3DNA: 5pApCpGpT-OH 3或5ACGT 3 根據(jù)核酸的書寫規(guī)則，DNA和RNA的書寫應(yīng)從5端到3端。10/4/202229第十八章 核酸

12、 還可以用更簡單的字符表示，如上面的RNA和D 二、DNA雙螺旋(double helix)結(jié)構(gòu) DNA分子由兩條核苷酸鏈組成。它們沿著一個共同軸心以反平行走向盤旋成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。親水的脫氧戊糖基(S)和磷酸基(P)位于雙螺旋的外側(cè)，而堿基朝向內(nèi)側(cè)。一條鏈的堿基與另一條鏈的堿基通過氫鍵結(jié)合成對。堿基對的平面與螺旋結(jié)構(gòu)的中心軸垂直。 雙螺旋的外部形成一個大溝(major groove) 和一個小溝(minor groove),這些溝對DNA和蛋白質(zhì)的相互識別非常重要。大溝小溝10/4/202230第十八章 核酸 二、DNA雙螺旋(double helix) Doxorubicin bindin

13、g to DNA10/4/202231第十八章 核酸 Doxorubicin binding to10/4/202232第十八章 核酸10/2/202232第十八章 核酸 （一）物理性質(zhì) DNA為白色纖維狀固體, RNA為白色粉末。均微溶于水, 易溶于稀堿溶液, 其鈉鹽在水中的溶解度較大。均不溶于乙醇、乙醚、氯仿等一般有機溶劑, 而易溶于2-甲氧基乙醇中。核酸在 260nm 有較強吸收（嘌呤、嘧啶的K帶）, 常用于核酸、核苷酸、核苷及堿基的定量分析。 核酸溶液的粘度比較大，DNA 的粘度比 RNA更大，這是DNA分子的不對稱性引起的。 三、核酸的理化性質(zhì)10/4/202233第十八章 核酸 （

14、一）物理性質(zhì) 三、核酸的理化 （二）酸堿性 核酸分子中既含有磷酸基, 又含嘌呤和嘧啶堿, 故是兩性化合物，但酸性大于堿性。能與金屬離子成鹽, 又能與一些堿性化合物生成復(fù)合物。如與染料結(jié)合從溶液中析出沉淀。 核酸在不同的pH值溶液中帶有不同電荷, 故可象蛋白質(zhì)一樣, 在電場中發(fā)生電泳。遷移的方向和速率與分子的電荷量、分子的大小和分子的形狀有關(guān)。10/4/202234第十八章 核酸 （二）酸堿性10/2/202234第十八章 （三）變性和復(fù)性 核酸在加熱、酸、堿或乙醇、丙酮、尿素、酰胺等理化因素作用下，分子由穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)松解為無規(guī)則線團結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，稱為核酸的變性。變性不破壞核酸的一級結(jié)構(gòu)，只是

15、破壞堿基間的氫鍵和堆積力。 DNA 的變性是可逆的。在適當條件下，變性 DNA 的兩條互補鏈全部或部分恢復(fù)到雙螺旋結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，稱為復(fù)性 (renaturation)。10/4/202235第十八章 核酸 （三）變性和復(fù)性10/2/202235第十八作 業(yè)P262263：18-4、18-7、18-910/4/202236第十八章 核酸作 業(yè)10/2/202236第十八章 核酸第一節(jié) 核酸的分類和化學組成一、核酸的分類 10/4/202237第一節(jié) 核酸的分類和化學組成一、核酸的分類 10/2/2二、核酸的化學組成 核酸分子中所含的主要元素：C、H、O、N、P 等 其中含磷量為910。常用含磷量測

16、定組織中核酸的含量 核酸的基本組成單位是核苷酸 10/4/202238二、核酸的化學組成 核酸分子中所含的主要元素：C、H、O、核酸水解后的主要最終產(chǎn)物上頁下頁首頁10/4/202239核酸水解后的主要最終產(chǎn)物上頁下頁首頁10/2/202239 兩類戊糖的結(jié)構(gòu)及編號RNA中的 D-核糖和DNA中的 D-2-脫氧核糖:上頁下頁首頁10/4/202240 兩類戊糖的結(jié)構(gòu)及編號RNA中的 D-核糖和DNA中的 D- 兩類堿基的結(jié)構(gòu)及縮寫符號:腺嘌呤(Adenine) 鳥嘌呤(Guanine) 胞嘧啶 (Cytosine)尿嘧啶 (Uracil,in RNA) 胸腺嘧啶 (Thymine, in DN

17、A) 上頁下頁首頁Purine 10/4/202241 兩類堿基的結(jié)構(gòu)及縮寫符號:腺嘌呤(Adenine) 鳥嘌呤兩類堿基均可發(fā)生酮式-烯醇式互變: 生理條件下或酸性、中性介質(zhì)中均以酮式為主。10/4/202242兩類堿基均可發(fā)生酮式-烯醇式互變: 生理條件下或酸性、課堂練習： 寫出尿嘧啶和胸腺嘧啶酮式-烯醇式互變異構(gòu)體.10/4/202243課堂練習：10/2/202243第二節(jié) 核苷和核苷酸 核苷是由D-呋喃核糖C1上的-苷羥基與 嘌呤堿 9 位 或 嘧啶堿 1 位 N 上的氫縮水而成的氮苷。 一、核 苷 (nucleoside)在核苷的結(jié)構(gòu)式中, 戊糖上C 原子的編號總是以帶撇數(shù)字表示,

18、 以區(qū)別于堿基上原子的編號。10/4/202244第二節(jié) 核苷和核苷酸 核苷是由D-呋喃核糖C1上的- 脫氧核苷是由D-2-脫氧核糖C1上的-苷羥基與 嘌呤堿 9 位 或 嘧啶堿 1 位 N 上的氫脫水縮合而成的氮苷。 10/4/202245 脫氧核苷是由D-2-脫氧核糖C1上的-苷DNA中常見的四種脫氧核苷：胸腺嘧啶脫氧核苷(脫氧胸苷) Thymidine腺嘌呤脫氧核苷(脫氧腺苷)Deoxyadenosine鳥嘌呤脫氧核苷(脫氧鳥苷)Deoxyguanosine胞嘧啶脫氧核苷(脫氧胞苷)Deoxycytidine上頁下頁首頁10/4/202246DNA中常見的四種脫氧核苷：胸腺嘧啶脫氧核苷(

19、脫氧胸苷)腺嘌RNA中常見的四種核苷：Adenosine腺嘌呤核苷(腺苷)鳥嘌呤核苷(鳥苷)Guanosine胞嘧啶核苷(胞苷)Cytidine 尿嘧啶核苷(尿苷)Uridine10/4/202247RNA中常見的四種核苷：Adenosine鳥嘌呤核苷(鳥苷)核苷的命名 若為核糖:“堿基名”“核苷” 如腺嘌呤核苷，簡稱腺苷。若為脫氧核糖: “堿基名”脫氧核苷” 如胞嘧啶脫氧核苷,簡稱脫氧胞苷。腺嘌呤核苷(腺苷) 胞嘧啶脫氧核苷(脫氧胞苷)10/4/202248核苷的命名 若為核糖:“堿基名”“核苷” 若為脫氧 氮苷與氧苷一樣對堿穩(wěn)定，但在強酸性溶液中可水解，生成相應(yīng)的雜環(huán)堿和戊糖。問題： 寫出

20、脫氧胸苷水解的反應(yīng)式.10/4/202249 氮苷與氧苷一樣對堿穩(wěn)定，但在強酸性溶液中可水二、 核苷酸（nucleotide） 核苷分子中的核糖或脫氧核糖的3或5位的羥基與磷酸形成的酯。生物體內(nèi)大多數(shù)為5-核苷酸。10/4/202250二、 核苷酸（nucleotide） 核苷分子中腺苷-5-磷酸 (腺苷酸)(adenosine-5-phosphate,Adenylic acid)核苷酸的命名：要包括糖基和堿基的名稱, 同時要標出磷酸連在戊糖上的位置。或：腺苷一磷酸(adenosine monophosphate AMP）10/4/202251腺苷-5-磷酸 (腺苷酸)核苷酸的命名：要包括糖基

21、和堿基脫氧腺苷-3-磷酸(deoxyadenosine-3-phosphate)若糖基為脫氧核糖, 則要在核苷酸前加“脫氧”二字。10/4/202252脫氧腺苷-3-磷酸若糖基為脫氧核糖, 則要在核苷酸前加“脫10/4/202253第十八章 核酸10/2/202253第十八章 核酸10/4/202254第十八章 核酸10/2/202254第十八章 核酸10/4/202255第十八章 核酸10/2/202255第十八章 核酸10/4/202256第十八章 核酸10/2/202256第十八章 核酸課堂練習： 命名下列化合物.脫氧胞苷-5-磷酸 (deoxycytidine-5-phosphate)

22、(脫氧胞苷酸 deoxycytidylic acid)上頁下頁首頁10/4/202257課堂練習： 命名下列化合物.脫氧胞苷-5-磷酸 (deox第三節(jié) 核酸的結(jié)構(gòu)一、核酸的一級結(jié)構(gòu) 核酸分子中各種核苷酸排列的順序即為核酸一級結(jié)構(gòu)，又稱為核苷酸序列。由于核苷酸間的差別主要是堿基不同，又稱為堿基序列。上頁下頁首頁10/4/202258第三節(jié) 核酸的結(jié)構(gòu)一、核酸的一級結(jié)構(gòu) 核酸分 在核酸分子中，各核苷酸間通過3、5-磷酸二酯鍵連接。即一個核苷酸的3-羥基與另一個核苷酸5-磷酸基形成磷酯鍵，這樣一直延續(xù)下去，形成沒有支鏈的核酸大分子。CA G DNA部分多核苷酸鏈結(jié)構(gòu) 上頁下頁首頁10/4/2022

23、59 在核酸分子中，各核苷酸間通過3、5-磷酸 簡化式：P 表示磷酸、豎線表示戊糖基, 堿基(英文首字母)置于豎線之上,斜線表示磷酯鍵?；颍?pApCpGpT-OH 3 或：5ACGT 3CA G T DNA和RNA書寫規(guī)則: 從 5 端到 3 端上頁下頁首頁10/4/202260 簡化式：P 表示磷酸、豎線表示戊糖基, 堿基(英課堂練習： 命名下列RNA片段.上頁下頁首頁10/4/202261課堂練習： 命名下列RNA片段.上頁下頁首頁10/2/202二、DNA雙螺旋(double helix)結(jié)構(gòu) DNA分子由兩條核苷酸鏈組成。它們沿著一個共同軸心以反平行走向盤旋成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。 親水的

24、脫氧戊糖基(S)和磷酸基(P)位于雙螺旋的外側(cè)，而堿基朝向內(nèi)側(cè)。一條鏈的堿基與另一條鏈的堿基通過氫鍵結(jié)合成對。堿基對的平面與螺旋結(jié)構(gòu)的中心軸垂直。 雙螺旋的外部形成一個大溝(major groove) 和一個小溝(minor groove),這些溝對DNA和蛋白質(zhì)的相互識別非常重要。大溝小溝上頁下頁首頁10/4/202262二、DNA雙螺旋(double helix)結(jié)構(gòu) DNA分A T G C 上頁下頁首頁10/4/202263A T G C 上頁下頁首頁10/2/202263模型: DNA中的堿基配對上頁下頁首頁10/4/202264模型: DNA中的堿基配對上頁下頁首頁10/2/2022

25、64 在雙螺旋結(jié)構(gòu)中，雙螺旋直徑為2000pm (2nm)，相鄰兩個堿基對平面間的距離為340pm (0.34nm)，每10對堿基組成一個螺旋周期，因此雙螺旋的螺距為3400pm (3.4nm)。堿基間的疏水作用可導致堿基堆積，這種堆積力維系著雙螺旋的縱向穩(wěn)定,而維系雙螺旋橫向穩(wěn)定的因素是堿基對間的氫鍵。上頁下頁首頁10/4/202265 在雙螺旋結(jié)構(gòu)中，雙螺旋直徑為2000pm (2nm) 由堿基互補規(guī)律可知,當DNA分子中一條多核苷酸鏈的堿基序列確定后, 即可推知另一條互補的多核苷酸鏈的堿基序列。這就決定了DNA在控制遺傳信息從母代傳到子代的高度保真性。在生物領(lǐng)域內(nèi),形形色色的遺傳信息都由

26、DNA中的A、T、G、C四個堿基的順序決定。能合成有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA所必需的DNA中的核苷酸序列稱為基因(gene)。 DNA 右手雙螺旋結(jié)構(gòu)模型是 DNA分子在水溶液和生理條件下最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu), 稱為 B-DNA。此外人們還發(fā)現(xiàn)了Z-DNA 和 A-DNA。可見自然界DNA 的存在形式不是單一的。 上頁下頁首頁10/4/202266 由堿基互補規(guī)律可知,當DNA分子中一條多核苷酸鏈的堿*三、RNA二級結(jié)構(gòu)簡介 天然RNA多以單鏈形式存在，但在單鏈的許多區(qū)域可發(fā)生自身回折，在回折區(qū)內(nèi)堿基相互配對(A-U、G-C)，配對的多核苷酸鏈(約占4070)形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，不能配對的堿基則形成突環(huán)(loop)。上頁下頁首頁10/4/202267*三、RNA二級結(jié)構(gòu)簡介 天然RNA多以單鏈形式第四節(jié) 核酸的理化性質(zhì)一、 物理性質(zhì) DNA為白色纖維狀固體, RNA為白色粉末。均微溶于水, 易溶于稀堿溶液, 其鈉鹽在水中的溶解度較大。均不溶于乙醇、乙醚