核酸結(jié)構(gòu)與核苷酸代謝一

關(guān)于核酸結(jié)構(gòu)與核苷酸代謝一第九章核酸的結(jié)構(gòu)與核苷酸代謝學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)

（一）闡述核酸的元素組成、組成成分及組成單位。（二）描述DNA、mRNA、tRNA和rRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。（三）闡述核酸的變性、復(fù)性、雜交等基本概念，并舉例其應(yīng)用。第2頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第九章核酸的結(jié)構(gòu)與核苷酸代謝學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)

（四）了解核酸的性質(zhì)，體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物的功能。（五）概括核酸提取的有關(guān)原理和注意事項(xiàng)。第3頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第九章核酸的結(jié)構(gòu)與核苷酸代謝學(xué)習(xí)目標(biāo)能力目標(biāo)

（一）至少會(huì)用一種方法完成核酸的含量測(cè)定。（二）具備核酸類藥物在使用、儲(chǔ)存和運(yùn)輸中的基本技能。第4頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第九章核酸的結(jié)構(gòu)與核苷酸代謝核酸是組成生物體重要的生物大分子

天然存在兩類核酸——脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)DNA主要在細(xì)胞核內(nèi)，是遺傳信息的載體;RNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，參與遺傳信息的復(fù)制與表達(dá)，是生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖和遺傳得以繼續(xù)進(jìn)行的物質(zhì)基礎(chǔ)。第5頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第九章核酸的結(jié)構(gòu)與核苷酸代謝

核酸的研究對(duì)醫(yī)學(xué)的發(fā)展起重要作用，如腫瘤的發(fā)生、病毒感染及遺傳疾病等。目前核酸研究已形成并發(fā)展了許多新理論、新概念、新技術(shù)，如基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生育工程技術(shù)、基因芯片技術(shù)、克隆技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)等。第6頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成一、核酸的元素組成組成核酸的基本元素：C、H、O、N、P；其中P的含量比較穩(wěn)定：

DNA平均含磷量為9.9%，RNA為9.4%。通過測(cè)定P的含量來(lái)推算核酸的含量（定磷法）。任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。第7頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成二、核酸的基本組成單位—核苷酸核酸核苷酸核苷磷酸堿基戊糖戊糖

堿基磷酸核苷酸通式表示為：堿基＋戊糖＋磷酸核苷第8頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成（一）核苷酸的組成成分1、堿基

堿基嘌呤堿嘧啶堿腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)尿嘧啶(U):DNA特有:RNA特有兩者均有第9頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成CNCCCNNNCHHHNH21234567891HCHNHCCHCHN23456嘌呤嘧啶第10頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成CNCHCCCNNHCHNH2腺嘌呤(A)6CNCCCCNNHCHOH2N鳥嘌呤(G)

26第11頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成OCCHNCHCHNHNH2OCHNCCCHNHCH3OOONCHNCHCCHH胞嘧啶（C）兩者均有胸腺嘧啶（T）DNA特有尿嘧啶（U）：

RNA特有第12頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成2、戊糖RNADNA第13頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成3、磷酸：DNA、RNA均有RNA(AMP)DNA(dAMP)HHOOHOHHO第14頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天

組成成分

DNA

RNA堿基嘌呤堿腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)嘧啶堿胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)戊糖脫氧核糖

核糖磷酸

磷酸磷酸兩類核酸的基本化學(xué)組成比較第一節(jié)核酸的化學(xué)組成第15頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成（二）核苷酸的分子結(jié)構(gòu)核苷：由戊糖和堿基以糖苷鍵連接而成

核苷＝戊糖＋堿基1’2’3’4’5’(OH)1’2’3’4’5’(OH)第16頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天1’1’1’1’9911第一節(jié)核酸的化學(xué)組成第17頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成核苷酸：由磷酸與核苷上戊糖5’位碳原子上的-OH脫水形成磷酸酯鍵形成的結(jié)構(gòu)。核苷酸=核苷＋磷酸第18頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成核苷酸(NMP)種類

DNARNA脫氧腺苷酸dAMP腺苷酸AMP

脫氧鳥苷酸dGMP鳥苷酸GMP

脫氧胞苷酸dCMP胞苷酸CMP

脫氧胸苷酸dTMP尿苷酸UMP第19頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成三、體內(nèi)某些重要的核苷酸1．多磷酸核苷是體內(nèi)能量的直接供給者，也是合成核酸的直接原料。第20頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)核酸的化學(xué)組成2．環(huán)核苷酸是激素的第二信使，對(duì)細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)中起重要作用。’,5’-環(huán)腺苷酸3’,5’-環(huán)鳥苷酸（cAMP）(cGMP)第21頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能

核酸的基本結(jié)構(gòu)是指多核苷酸鏈中核苷酸的排列順序通過磷酸二酯鍵連接而成的多核苷酸長(zhǎng)鏈?？梢杂脡A基排列順序表示。不同的核苷酸之間的差異主要是堿基的不同，核苷酸的序列也可稱為堿基序列。多核苷酸鏈的結(jié)構(gòu)具有一下特點(diǎn)：主鍵為3’-5’

—

磷酸二酯鍵主鏈為重復(fù)的磷酸—戊糖長(zhǎng)鏈，側(cè)鏈為堿基具有嚴(yán)格的方向性5’

—3’,第22頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能第23頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能一.DNA的結(jié)構(gòu)與功能（一）DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

由脫氧核糖核苷酸按一定的數(shù)目、比例和特定的排列順序，通過磷酸二酯鍵連接而成的多核苷酸長(zhǎng)鏈。（二）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景第24頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能

1953年4月25日，英國(guó)《自然》雜志上登載的一篇論文《核酸的分子結(jié)構(gòu)——脫氧核糖核酸的一個(gè)結(jié)構(gòu)模型》，在科學(xué)界引起了極大反響。它把人們對(duì)生物科學(xué)研究的視野，一下子從細(xì)胞水平推向了分子水平，而這篇文章的撰稿人，卻是兩位年輕人——美國(guó)生物學(xué)家沃森和英國(guó)物理學(xué)家克里克。它不僅說明了DNA為什么是遺傳信息的攜帶者，而且說明了因的復(fù)制突變等。1962年，沃森、克里克和共同參與研究的維爾金斯三人共同獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。第25頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能物理學(xué)家克里克生物學(xué)家沃森物理學(xué)家維爾金斯第26頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)：①兩條反向平行的多脫氧核苷酸鏈，兩條鏈的走向分別為5’→3’和3’→5’②磷酸與脫氧核糖在外側(cè)，構(gòu)成ＤＮＡ的骨架。（不變）；堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)。（可變）③兩條鏈之間的堿基遵守

堿基互補(bǔ)原則（A=T、G≡C）兩鏈為互補(bǔ)鏈，中間形成氫鍵④特定的DNA中有特定的堿基對(duì)數(shù)目和排列順序，攜帶特定的遺傳信息第27頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能⑤直徑為2nm，螺距為3.4nm,螺旋每一周包含10個(gè)堿基對(duì)，堿基對(duì)的距離為0.34nm。⑥氫鍵，堿基堆積力（疏水相互作用及范德華力）離子鍵等。則DNA變性劑（熱、pH、脲/酰胺、有機(jī)溶劑）抑制DNA互補(bǔ)雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義：自身復(fù)制的功能，通過復(fù)制可以合成與其一模一樣的DNA分子。第28頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天5’C

不變可變TACGCGTAATGCTA第29頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能二、RNA的結(jié)構(gòu)與功能轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)：蛋白質(zhì)合成時(shí)攜帶活化氨基酸

核糖體RNA(rRNA):

與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核糖體,蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所信使RNA(mRNA)：蛋白質(zhì)合成中起模板作用分類第30頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu):三葉草形三級(jí)結(jié)構(gòu)－倒L形3’端為-CCA,蛋白質(zhì)合成時(shí)連接活化的氨基酸密碼環(huán)上有反密碼子識(shí)別mRNA上密碼還有DHU環(huán)和TψC環(huán)第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能（一）轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸的結(jié)構(gòu)與功能第31頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天識(shí)別mRNA上密碼3’端為-CCA,蛋白質(zhì)合成時(shí)連接活化的氨基酸1、tRNA二級(jí)結(jié)構(gòu):三葉草形第32頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能（二）核糖體核糖核酸的結(jié)構(gòu)與功能

構(gòu)成核糖體，rRNA+蛋白質(zhì)（大亞基，小亞基）蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所第33頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天

核糖體

rRNA+Pr↓大、小亞基

大亞基：tRNA附著部位小亞基：mRNA附著部位第34頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)核酸的結(jié)構(gòu)與功能（三）信使核糖核酸的結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：5’有由7－甲基鳥嘌呤核苷酸三磷酸組成的帽狀結(jié)構(gòu)

3’有由多聚腺苷酸組成的尾部結(jié)構(gòu)AA…AA5’

加帽3’

加尾第35頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天

mRNA轉(zhuǎn)錄DNA信息，作為蛋白質(zhì)合成的直接模板

第36頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)一、一般性質(zhì)1．線性大分子2．兩性電解質(zhì)3.分子的大小有堿基對(duì)來(lái)表示bp，1000=1Kb4.粘度比DNA小二、紫外線吸收原因：核酸中有嘌呤與嘧啶堿有強(qiáng)烈的紫外吸收最大吸收值在260nM附近（oD260）據(jù)此可以定量測(cè)定核酸含量第37頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)第38頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)三、核酸的變性、復(fù)性與分子雜交1.變性概念：穩(wěn)定核酸雙螺旋次級(jí)鍵斷裂，空間結(jié)構(gòu)破壞，變成單鏈結(jié)構(gòu)的過程。

核酸變性后，由于DNA分子雙鏈打開暴露了更多堿基的共軛雙鍵，使其在波長(zhǎng)260nm處的光吸收增強(qiáng)，這一現(xiàn)象稱為高色效應(yīng)溫度升高引起的核酸變性稱熱變性。第39頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)

DNA的變性過程是突變性的，它在很窄的溫度區(qū)間內(nèi)完成。因此，通常將紫外吸收的增加量達(dá)最大量一半時(shí)的溫度稱熔解溫度，用Tm表示。方法：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、酰胺以及某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等變性的機(jī)制：維系堿基配對(duì)的氫鍵斷裂，雙螺旋解開，不涉及磷酸二酯斷裂，一級(jí)結(jié)構(gòu)完整，第40頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)2．DNA的復(fù)性變性DNA在適當(dāng)條件下兩條彼此分開的單鏈重新締合成雙螺旋結(jié)構(gòu)稱為DNA復(fù)性或退火。核酸復(fù)性后，在260nm的光吸收下降的現(xiàn)象稱為低色效應(yīng)。3．雜交

將不同來(lái)源的核酸放在同一溶液中進(jìn)行變性處理后再進(jìn)行復(fù)性，如果它們之間有某些區(qū)域的核苷酸序列含有堿基互補(bǔ)的片段，它們之間就會(huì)形成局部的雙鏈結(jié)構(gòu)，這一過程稱為核酸分子雜交。第41頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)第42頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天DNA-DNA雜交雙鏈分子變性

復(fù)性不同來(lái)源的DNA分子第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)第43頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸代謝

核苷酸是組成核酸的基本單位。人體內(nèi)都可以合成不屬于必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。他的功能如下：①作為核酸合成的原料②參與代謝和生理調(diào)節(jié)③體內(nèi)能量的載體和利用形式④組成輔酶第44頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝

從頭合成途徑是指利用氨基酸、一碳單位、二氧化碳和磷酸核糖等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)合成嘌呤或嘧啶核苷酸的途徑。

補(bǔ)救合成途徑是指利用游離的嘌呤、嘧啶或其核苷，經(jīng)過簡(jiǎn)單的反應(yīng)過程，合成核苷酸的途徑。第45頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝一、嘌呤核苷酸的合成

（一）嘌呤核苷酸的從頭合成部位:

肝(主要),其次是小腸粘膜和胸腺。整個(gè)過程在胞液中進(jìn)行。合成原料:

甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、一碳單位、二氧化碳和5-磷酸核糖。第46頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝嘌呤堿合成的元素來(lái)源CO2天冬氨酸甲?；ㄒ惶紗挝唬└拾彼峒柞；ㄒ惶紗挝唬┕劝滨０罚０坊┑?7頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝1)IMP的合成R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下IMP

AMP

GMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶第48頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝2)AMP和GMP的生成第49頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝3）ATP和GTP的生成AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶第50頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝（二）嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑部位:

腦、骨髓等參與補(bǔ)救合成的酶:腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(APRT)次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(HGPRT)腺苷激酶第51頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鳥嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成過程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP第52頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝（三）嘌呤核苷酸的抗代謝物嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些嘌呤、氨基酸或葉酸等的類似物。嘌呤類似物氨基酸類似物葉酸類似物6-巰基嘌呤（6-MP）6-巰基鳥嘌呤8-氮雜鳥嘌呤等氮雜絲氨酸6-重氮-5-氧正亮氨酸等氨蝶呤（APT）氨甲蝶呤（MTX）等第53頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝

6-巰基嘌呤的結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤相似，它在體內(nèi)形成6-巰基核苷酸而抑制IMP轉(zhuǎn)變成AMP及GMP；也可以反饋抑制PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶的活性，從而阻斷嘌呤核苷酸的從頭合成。

另外，6-巰基核苷酸可競(jìng)爭(zhēng)性抑制HGPRT的合成，從而抑制補(bǔ)救合成途徑。氮雜絲氨酸的結(jié)構(gòu)與谷氨酸的結(jié)構(gòu)相似，以競(jìng)爭(zhēng)性抑制的方式干擾谷氨酰胺在核苷酸合成中的作用。第54頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝二、嘧啶核苷酸的合成代謝（一）嘧啶核苷酸的從頭合成合成部位：主要是肝細(xì)胞胞液嘧啶合成的元素來(lái)源：氨基甲酰磷酸天冬氨酸第55頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天1)尿嘧啶核苷酸的合成第56頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝2)胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi第57頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝（二）嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP第58頁(yè),共66頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)核苷酸的合成代謝UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮雜絲氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮雜絲氨酸（三）嘧啶核苷酸的抗代謝物第59頁(yè),共66頁(yè)，2024年2