核酸化學(xué)制藥

核酸化學(xué)制藥第1頁/共67頁2三、核酸的分布原核細(xì)胞內(nèi)DNA集中在核質(zhì)區(qū)RNA分散在細(xì)胞質(zhì)中真核細(xì)胞內(nèi)DNA95%細(xì)胞核中5%線粒體及葉綠體中RNA75%細(xì)胞質(zhì)中15%線粒體及葉綠體中10%細(xì)胞核中第2頁/共67頁3（二）RNA的生物學(xué)功能tRNA

起攜帶和轉(zhuǎn)移活化氨基酸的作用rRNA

與各種蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核糖體，它是合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器。mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板。1.指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成DNA轉(zhuǎn)錄形成3類主要的RNA2.遺傳物質(zhì)(病毒)3.具有生物催化劑功能（核酶）四、核酸的功能（一）DNA是主要的遺傳物質(zhì)是遺傳信息的載體第3頁/共67頁4第二節(jié)核酸的化學(xué)組成一、核酸的元素組成

基本元素：CHONP核酸的元素組成有兩個特點：

1.一般不含S2.P含量較多，并且恒定（9%-10%）。

因此，實驗室中用定磷法進(jìn)行核酸的定量分析。（DNA9.9%、RNA9.5%）第4頁/共67頁5核酸核苷酸磷酸核苷戊糖堿基水解二核酸的分子組成第5頁/共67頁6核酸代表戊糖，對DNA而言為脫氧核糖，對RNA而言為核糖；

代表堿基

代表磷酸基核苷酸第6頁/共67頁7一、戊糖核糖(inRNA)2’－脫氧核糖(inDNA)第7頁/共67頁8嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)二.堿基第8頁/共67頁9嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)第9頁/共67頁10RNADNA尿嘧啶U胸腺嘧啶T胞嘧啶C鳥嘌呤G腺嘌呤A第10頁/共67頁11稀有堿基嘌呤——次黃嘌呤、1-甲基次黃嘌呤、N2、N2-二甲基鳥嘌呤。嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羥甲基胞嘧啶、二氫尿嘧啶、4-巰尿嘧啶都是基本堿基的化學(xué)修飾型。第11頁/共67頁12鳥嘌呤次黃嘌呤1-甲基次黃嘌呤第12頁/共67頁13

胞嘧啶（C）CH35-甲基胞嘧啶第13頁/共67頁14三.磷酸

核酸是含磷的生物大分子。任何核酸中都含有磷酸，所以核酸呈酸性。核酸中的磷酸參與形成3’，5’-磷酸二酯鍵，使核苷酸連接成多核苷酸鏈。

第14頁/共67頁15NONOU11’OHOCH2HHHHOHOH2’3’4’5’1’dA9NNNNNH2OHHOHOCH2HHHH2’3’4’5’四.核苷戊糖與嘧啶或嘌呤堿以C-N糖苷鍵連接而形成的糖苷就稱為核苷，通常是戊糖的C1′與嘧啶堿的N1或嘌呤堿的N9相連接。第15頁/共67頁16

在核酸內(nèi)，堿基與戊糖形成核苷，核苷再與磷酸形成核苷酸，許多核苷酸通過3’，5’-磷酸二酯鍵連接成多核苷酸鏈核苷酸都是核酸的基本結(jié)構(gòu)單位，它們都是5‘-核苷酸。（一）核酸內(nèi)的核苷酸DNA主要由dAMP、dGMP、dCMP、dTMP四種脫氧核糖核苷酸組成RNA主要由AMP、GMP、CMP、UMP四種核糖核苷酸組成五.核苷酸第16頁/共67頁17H2OH2O堿基磷酸戊糖糖苷鍵酯鍵第17頁/共67頁181`2`3`4`5`酯鍵（對DNA為H）堿基連接（糖苷鍵）第18頁/共67頁19八種核苷酸如下表所示

M-單(D-二、T－三）；P-磷酸RNA的名稱為某（單、二、三）苷酸，DNA在某（單、二、三）前加脫氧兩字。如AMP稱腺苷一磷酸(或腺苷酸）

dAMP稱為脫氧腺苷一磷酸（脫氧腺苷酸）。稀有核苷酸與上類似；第19頁/共67頁20（二）（脫氧）核苷二磷酸、（脫氧）核苷三磷酸、雙脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)ADP、ATP是生物體中重要的能量轉(zhuǎn)換體。ddNTP在DNA的序列測定中使用第20頁/共67頁21～～ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸)αβγADPATPAMP第21頁/共67頁22（三）環(huán)化核苷酸cAMP、cGMP：被稱為第二信使，有放大激素的作用。第22頁/共67頁23第三節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的分子結(jié)構(gòu)（一）DNA的一級結(jié)構(gòu)1.定義：

DNA的一級結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種脫氧核糖核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）按一定順序，通過3′,5′磷酸二酯鍵連成的直線形或環(huán)形分子。

2.DNA的書寫順序是5’——3’。

3.DNA中有4種類型的核苷酸，有n個核苷酸組成的DNA鏈中可能有的不同序列總數(shù)為4n。第23頁/共67頁243`，5`-磷酸二酯鍵第24頁/共67頁254、DNA一級結(jié)構(gòu)的表示方法—結(jié)構(gòu)式/線條式/字母式（1）結(jié)構(gòu)式（堿基用單字母表示）第25頁/共67頁26戊糖3`-OH5`-磷酸PA核苷酸5`3`首端末端PPPPPP

AGCTGCOH（2）線條式（堿基用單字母表示磷酸基團(tuán)用P表示）第26頁/共67頁27（3）字母式（單字母ATGC在式中表示脫氧核苷，省略d）第27頁/共67頁28二、DNA的二級結(jié)構(gòu)（雙螺旋）1.定義：DNA的二級結(jié)構(gòu)指DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。第28頁/共67頁29第29頁/共67頁302、DNA的堿基組成特點——Chargaff定律（1）所有DNA中腺嘌呤與胸腺嘧啶的摩爾含量相等，（即A=T）;鳥嘌呤與胞嘌呤的摩爾含量相等，（即G=C）。堿基當(dāng)量定律：嘌呤堿總量=嘧啶堿總量。（即A+G=T+C）（2）同一種生物所有體細(xì)胞DNA的堿基組成相同，可作為該物種的特征。（3）不同生物DNA的堿基組成有很大差異，可用不對稱比率：A+T/G+C表示。親緣相近的生物，其DNA的堿基組成相近，即不對稱比率相近。第30頁/共67頁31（1）DNA是一反向平行的互補(bǔ)雙鏈結(jié)構(gòu)。在雙鏈結(jié)構(gòu)中糖-磷酸骨架居外側(cè)，而堿基位于內(nèi)側(cè)，兩條鏈之間的堿基以氫鍵相結(jié)合。堿基互補(bǔ)配對，A=T,G≡C,一條鏈的走向為5’—3’，另一條為3’—5’。3、雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點第31頁/共67頁32堿基互補(bǔ)配對TAGC第32頁/共67頁33（2）DNA雙螺旋為右手螺旋。螺旋直徑為2nm，螺旋每旋轉(zhuǎn)一周為10對堿基，螺距為3.4nm，每個堿基平面之間的距離為0.34nm,并形成大溝和小溝。2.0nm小溝大溝第33頁/共67頁344.雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素DNA雙螺旋在生理狀態(tài)下十分穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。穩(wěn)定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要作用力1、堿基堆積力（主要因素）是雙螺旋中垂直方向的作用力

2、氫鍵

為雙螺旋中水平方向的作用力第34頁/共67頁355、DNA雙螺旋的類型(1)B-DNA螺旋：DNA在92%相對濕度的鈉鹽中的構(gòu)型。標(biāo)準(zhǔn)的

右手雙螺旋，細(xì)胞正常狀態(tài)下DNA存在的構(gòu)型。(2)A-DNA螺旋：DNA在75%相對濕度的鈉鹽中的構(gòu)型,右手雙螺旋。(3)Z-DNA螺旋：左手的DNA螺旋，這種螺旋可能在基因表達(dá)的調(diào)控中起作用。第35頁/共67頁36第36頁/共67頁37三、DNA的三級結(jié)構(gòu)定義：是指雙螺旋進(jìn)一步扭曲形成的更高層次的空間結(jié)構(gòu)，也就是比雙螺旋更為復(fù)雜的構(gòu)象。DNA的三級結(jié)構(gòu)主要是指雙螺旋進(jìn)一步扭曲形成的超螺旋。超螺旋即DNA雙螺旋的螺旋。第37頁/共67頁381.真核細(xì)胞染色體的DNA念珠狀（線形）三級結(jié)構(gòu)第38頁/共67頁392.原核生物以及真核生物細(xì)胞器環(huán)狀DNA的

超螺旋三級結(jié)構(gòu)

細(xì)菌等原核生物質(zhì)粒染色體第39頁/共67頁40松弛環(huán)形負(fù)超螺旋解鏈環(huán)形第40頁/共67頁41第41頁/共67頁42固定負(fù)超螺旋（右手拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）自然界通常為負(fù)超螺旋。DNA形成三級結(jié)構(gòu)及染色體的意義是為了壓縮分子空間環(huán)狀DNA右旋第42頁/共67頁43RNA的一級結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種核糖核酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定順序，通過3′，5′磷酸二酯鍵連成的線形分子，其表示方法與DNA相同。

RNA的二級結(jié)構(gòu)是短的，不完全螺旋的多核苷酸鏈。（天然RNA并不像DNA一樣都是雙螺旋結(jié)構(gòu)，而是單鏈線形分子。只有局部區(qū)域為雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋區(qū)約占RNA分子的50%）

RNA的三級結(jié)構(gòu)是在莖環(huán)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭曲折疊而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。四、RNA的結(jié)構(gòu)第43頁/共67頁44（一）tRNA的結(jié)構(gòu)tRNA的一級結(jié)構(gòu)

由74~93個（多為76個）核苷酸組成單鏈；具有不變的（恒定的）核苷酸:U8、G18、G19

含較多的修飾核苷酸（稀有堿基）；

5ˊ端多為PG,3ˊ端多為CCAOH

（用來接受活化的氨基酸，又稱為接受末端）2.tRNA的二級結(jié)構(gòu)——三葉草結(jié)構(gòu)

具有四臂四環(huán)

3ˊ端為CCAOH序列，5ˊ端為PG

3.

tRNA的三級結(jié)構(gòu)——倒L形結(jié)構(gòu)第44頁/共67頁45tRNA的三葉草型二級結(jié)構(gòu)124葉子反密碼子環(huán)

反密碼子載運氨基酸臂稀有堿基RNA中的堿基配對原則

A-U

G-C3額外環(huán)二氫尿嘧啶環(huán)次黃嘌呤不同的tRNA具有不同的額外環(huán)，所以額外環(huán)是tRNA分類的重要指標(biāo)假尿嘧啶核苷—胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)第45頁/共67頁46tRNA的“倒L”型三級結(jié)構(gòu)rRNA的三級結(jié)構(gòu)尚不清楚反密碼子環(huán)3`氨基酸臂第46頁/共67頁47第47頁/共67頁48第48頁/共67頁49tRNA的三級和二級結(jié)構(gòu)第49頁/共67頁50信使RNA（messengerRNA，mRNA）不均一核RNA（heterogeneounuclearRNA，hnRNA）：在細(xì)胞核內(nèi)合成的mRNA的初級產(chǎn)物，經(jīng)過剪接成為成熟的mRNA并移到細(xì)胞質(zhì)。（二）mRNA的結(jié)構(gòu)第50頁/共67頁51mRNA一級結(jié)構(gòu)的特點真核生物成熟mRNA的結(jié)構(gòu)特點：1、5’端帽子結(jié)構(gòu)（capsequence):

3’-mG-5’ppp5’-Nm-3’-P5’-末端的G的N7被甲基化。鳥嘌呤核苷酸焦磷酸與相鄰的一個核苷酸相連，形成5’,5’-磷酸二酯鍵。

帽子結(jié)構(gòu)能促進(jìn)核蛋白體與mRNA的結(jié)合，加速翻譯起始速度，同時可以增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定性。第51頁/共67頁522、3’末端多聚A的尾巴。

極大多數(shù)真核細(xì)胞mRNA在3’-末端有一段長約200個核苷酸的polyA。polyA是在轉(zhuǎn)錄后經(jīng)polyA聚合酶的作用而添加上去的。mRNA的功能：是把核內(nèi)DNA的堿基順序按照堿基互補(bǔ)的原則，抄錄并轉(zhuǎn)送至胞質(zhì)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。第52頁/共67頁53（三）rRNA的結(jié)構(gòu)

核糖體RNA（ribosomalRNA，rRNA），是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA，約占RNA總量的80%以上。rRNA與核蛋白體蛋白共同構(gòu)成核糖體（ribosome）原核生物70S（5S、16S、23S）真核生物80S（5S、5.8S、18S、28S）

第53頁/共67頁54rRNA的分子結(jié)構(gòu)基本上都是由部分雙螺旋與部分突環(huán)相間排列而成。16SrRNA二級結(jié)構(gòu)第54頁/共67頁55（一）一般理化性質(zhì)1.為兩性電解質(zhì)，通常表現(xiàn)為酸性.2.DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末，均微溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。3.DNA溶液的粘度極高，而RNA溶液要小得多。4.RNA能在室溫條件下被稀堿水解而DNA對堿穩(wěn)定。5.利用核糖和脫氧核糖不同的顯色反應(yīng)鑒定DNA與RNA。第四節(jié)核酸的理化性質(zhì)第55頁/共67頁56（二）核酸的紫外吸收性質(zhì)

核酸的堿基具有共扼雙鍵，因而有紫外吸收性質(zhì)，吸收峰在260nm（蛋白質(zhì)的紫外吸收峰在280nm）。

核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少30~40%，當(dāng)核酸變性或降解時光吸收值顯著增加（增色效應(yīng)），但核酸復(fù)性后，光吸收值又回復(fù)到原有水平（減色效應(yīng)）。第56頁/共67頁57核酸的紫外吸收峰天然DNA變性DNA核苷酸總吸收純DNA為1.8純RNA為2.0所以用這一方法可以檢測樣品是否是純品OD260OD280第57頁/共67頁58（三）核酸的變性、復(fù)性和分子雜交一、核酸的變性1、核酸（DNA）變性的概念：

高溫、酸、堿以及某些變性劑（如尿素）能破壞核酸中的氫鍵，使之?dāng)嗔?，核酸中的雙螺旋區(qū)變成單鏈，并不涉及共價鍵的斷裂，這一過程稱為核酸的變性。監(jiān)測指標(biāo)為A260的變化。常用的變性方法為加熱。第58頁/共67頁59第59頁/共67頁602.變性溫度

通常把DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)失去一半時的溫度稱為DNA的熔點或熔解溫度(meltingtemperature,Tm)。用Tm表示。DNA的Tm值一般在70～85度之間。以加熱為變性條件，使DNA分子雙鏈解開50%所需溫度

第60頁/共67頁61DNA的Tm值大小與下列因素有關(guān)：（１）DNA的均一性

均一性愈高的樣品，熔解過程愈是發(fā)生在一個很小的