生物化學核酸1

第一篇

生物分子的結(jié)構(gòu)與功能

(Structures&FunctionsofBiomolecules)糖蛋白糖蛋白糖脂第一章核酸

（NucleicAcid）內(nèi)容綱要

核酸的種類與分子組成

DNA的一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)及組裝

RNA的種類、結(jié)構(gòu)與功能核酸的理化性質(zhì)核酸具有催化活性真核生物基因組的特點人類基因組計劃概念基因組(Genome)：一個生物體的所有基因（全部染色體的遺傳物質(zhì)的總和）以全長DNA的堿基對(bp)數(shù)目表示?；?Gene)：能編碼一條多肽鏈并具有一定長度的DNA分子．基因組中有功能的ＤＮＡ片段遺傳密碼：ＤＮＡ堿基順序與蛋白質(zhì)氨基酸順序間的關(guān)系核酸分子的元素組成：主要有C、H、O、N、P（占9%～10%）等。核酸的水解：核苷酸是核酸的基本組成單位。腺嘌呤A胸腺嘧啶T鳥嘌呤G胞嘧啶C

尿嘧啶U

構(gòu)成核苷酸的主要堿基

酮基和氨基均位于雜環(huán)上氮原子鄰位腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)DNA尿嘧啶(U)RNA稀有堿基（rarebases）：指核酸中含有的一些微量堿基，多是甲基化的衍生物。DNARNA嘌呤7-甲基鳥嘌呤（m7G）N6-甲基腺嘌呤（m6A）N6-甲基腺嘌呤（m6A）N6,N6-二甲基腺嘌呤7-甲基鳥嘌呤嘧啶5-甲基胞嘧啶（m5C）5-甲基胞嘧啶（m5C）5-羥甲基胞嘧啶（hm5C）5-羥甲基胞嘧啶（hm5C）堿基的互變異構(gòu)核苷酸堿基酮基和氨基均位于雜環(huán)上氮原子鄰位，受介質(zhì)pH影響，可形成堿基的紫外吸收性質(zhì)

嘌呤環(huán)和嘧啶環(huán)中含有共軛雙鍵，因而都有吸收紫外光的性質(zhì)，吸收高峰在波長260nm左右。

核糖(Ribose)12345標記Ｃ－１’／Ｃ－２’H核糖(Ribose)

構(gòu)成RNA脫氧核糖(Deoxyribose)

構(gòu)成DNA1位C’5位C’dAMPdGMPdTMPdCMPAMPGMPUMPCMP兩類核酸分子組成比較

堿基戊糖磷酸嘌呤

嘧啶核糖

脫氧核糖

DNA

A、G

C、T

脫氧核糖磷酸RNA

A、G

C、U

核糖磷酸表：構(gòu)成核酸的核苷酸

DNA

RNA腺嘌呤(adenine,A)脫氧腺苷酸(dAMP）腺苷一磷酸(AMP)鳥嘌呤(guanine,G)脫氧鳥苷酸(dGMP)鳥苷一磷酸(GMP)胞嘧啶(cytosine,C)脫氧胞苷酸(dCMP)胞苷一磷酸(CMP)胸腺嘧啶(thymine,T)脫氧胸苷酸(dTMP)尿嘧啶(uracil,U)尿苷一磷酸(UMP)說明：mono-:單一,

deoxy-:脫氧三磷酸核苷的功能

dATP、dGTP、dCTP、dTTP：

DNA合成的原料ATP、GTP、CTP、UTP：RNA合成的原料

ATP：生物體內(nèi)能量的直接供體

GTP：參與蛋白質(zhì)的生物合成

CTP：

參與磷脂的生物合成

UTP：

參與糖原的生物合成常見的多磷酸核苷酸

核苷二磷酸(NMP)三磷酸核苷(NTP)腺嘌呤(adenine,A)腺苷二磷酸(ADP)三磷酸腺苷(ATP)鳥嘌呤(guanine,G)鳥苷二磷酸(GDP)三磷酸鳥苷(GTP)胞嘧啶(cytosine,C)胞苷二磷酸(CDP)三磷酸胞苷(CTP)胸腺嘧啶(thymine,T)

胸苷二磷酸(TDP)三磷酸胸苷(TTP)尿嘧啶(uracil,U)尿苷二磷酸(UDP)三磷酸尿苷(UTP)12（*）核苷酸的生物學功能①是DNA和RNA合成的原料②參與細胞內(nèi)物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)③ATP是體內(nèi)直接供能物質(zhì)，參與肌肉收縮、物質(zhì)轉(zhuǎn)運等過程④核苷酸的衍生物是許多物質(zhì)代謝的活性中間物。

UDP-葡糖是糖原和糖蛋白合成的活性中間物；CDP-膽堿、CDP-乙醇胺、CDP-二酰甘油是甘油磷脂合成的活性中間物⑤AMP是某些重要輔助因子的構(gòu)成成分，如NAD+、NADP+、CoA和FAD等分子中均含有AMP⑥cAMP和cGMP作為第二信使，參與細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)要求：后續(xù)章節(jié)掌握DNA的一級結(jié)構(gòu)四種脫氧核糖核苷酸的排序DNA來源AGCTA/TG/C人胸腺肝牛胸腺胰腺脾臟腎臟精子肝臟大鼠骨髓酵母葡萄球菌大腸桿菌30.930.328.228.227.928.328.728.828.631.330.826.019.919.521.521.222.722.622.221.021.418.721.024.919.819.921.221.020.820.920.721.020.417.119.025.229.430.327.828.227.328.227.229.028.432.929.223.91.051.001.011.001.021.001.060.991.010.951.051.091.010.980.960.951.031.081.011.001.001.091.110.992nm大溝(2.2nm)小溝(1.2nm)3.4nmDNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(Watson和Crick，1953)1.DNA由兩條反相平行的脫氧核苷酸鏈組成，脫氧核糖-磷酸骨架位于雙鏈的外側(cè)，堿基位于內(nèi)側(cè)，雙鏈的堿基之間以氫鍵相結(jié)合。堿基互補配對形式：AT；GC)2.DNA是右手螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋直徑為2nm，螺距為3.4nm。堿基平面垂直螺旋軸，相鄰堿基平面距離為0.34nm，

螺旋一圈包含10對堿基。3.氫鍵維持DNA雙鏈橫向穩(wěn)定性，堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。堿基互補原則：

在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基位于內(nèi)側(cè)，兩條鏈間堿基以氫鍵接觸，由于堿基結(jié)構(gòu)不同，造成其形成氫鍵能力不同，因此產(chǎn)生固有配對方式，即腺嘌呤（A）始終與胸腺嘧啶（T）配對存在，鳥嘌呤（G）始終與胞嘧啶（C）配對存在，這種配對方式稱堿基互補。DNA結(jié)構(gòu)的多樣性A-DNA：右手螺旋

11堿基/螺旋B-DNA：右手螺旋

10堿基/螺旋Z-DNA：左手螺旋

12堿基/螺旋可能參與基因的表達和調(diào)控A-DNAB-DNAZ-DNA三、DNA的高級結(jié)構(gòu)

所有生物的基因組DNA的長度通常比含有DNA的細胞直徑大得多。因此，DNA在形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，必須進一步折疊成超級螺旋結(jié)構(gòu)，并且在蛋白質(zhì)的參與下，再進行精密的包裝，。這樣，DNA才能存在于小小的細胞。甚至細胞核中。（一）原核生物細胞中DNA的組裝

絕大部分原核生物的DNA都是閉合環(huán)狀雙螺旋結(jié)構(gòu)，裸露而不與蛋白質(zhì)結(jié)合，這種雙螺旋分子還進一步螺旋化形成超螺旋結(jié)構(gòu)。環(huán)狀DNA分子的生物活性形式為超螺旋結(jié)構(gòu)。共價閉環(huán)DNA超螺旋結(jié)構(gòu)（二）真核生物細胞中DNA的組裝

在真核細胞內(nèi)，由于DNA分子較原核細胞大得多，所以它們壓縮得更為致密。真核細胞的DNA與蛋白質(zhì)結(jié)合，以染色質(zhì)（chromatin）或染色體（chromosome）的形式存在于細胞核內(nèi)。它們的基本結(jié)構(gòu)單位都是核小體（nucleosome）。四、線粒體DNA

在真核細胞中，DNA除了存在于細胞核內(nèi)，還有少量的DNA位于細胞的線粒體（mitochondrion）中，稱為線粒體DNA（mitochondr