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1、第第2 2章章 核酸的化学核酸的化学 导言 如果说光线缔造了五彩缤纷的世界，那么核酸则造就了种属纷繁、千奇万变的生物界。核酸在生物体的生命活动中具有重要的生物学意义，它是生物体遗传的物质基础。对核酸的研究，是现代生物学和生命科学的一个重要标志，是从本质解读人类生命的一把钥匙。现代的前沿分子生物学技术，如基因工程、转基因动物、克隆技术、基因诊断与基因治疗等都与核酸密切相关。本章主要阐述核酸的分子组成及分子结构。核酸是生物体内重要的生物大分子物 质，是遗传的物质基础。结构结构理化性质理化性质功能功能核酸的分类1.DNA（脱氧核糖核酸）：主要存于细胞核2.RNA（核糖核酸）：主要存于细胞液，依据结构
2、和功能的不同，可分为：mRNA（信使RNA）tRNA（转运RNA）rRNA（核糖体RNA）1868年，Friedrich Miescher从脓细胞核提取物中提取出核酸。第第1节节 核酸的分子组成核酸的分子组成一、元素组成：C、H、O、N、P二、基本单位：核苷酸DNA（或（或RNA）核苷酸核苷酸磷酸磷酸脱氧核苷（或核苷）脱氧核苷（或核苷）含氮碱基含氮碱基（嘌呤、嘧啶）（嘌呤、嘧啶）脱氧核糖（或核糖）脱氧核糖（或核糖）核酸水解及产物DNA：D2脱氧核糖脱氧核糖 RNA：D核糖核糖核酸分子中戊糖的结构核酸分子中嘌呤碱、嘧啶碱的分类及结构 嘧啶嘧啶 胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）胸腺嘧啶胸腺
3、嘧啶（T）嘌呤嘌呤 腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）核苷、核苷酸1.核苷：碱基与戊糖之间缩合形成糖苷键。嘌呤杂环的N9 戊糖C1嘧啶杂环的N1 戊糖C12.核苷酸：核苷戊糖C5原子通过酯键与磷酸相连形成酯键。DNADNA和和RNARNA分子组成的区别、核苷酸的命名及缩写分子组成的区别、核苷酸的命名及缩写组组成成DNADNARNARNA磷酸磷酸无差无差别别戊糖戊糖D D2 2 脱氧核糖脱氧核糖D D核糖核糖碱基碱基A A、G G、C C、T TA A、G G、C C、U U核苷酸核苷酸脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷一磷酸（dAMPdAMP）脱氧脱氧鸟鸟苷一磷酸（苷一磷酸（dGMPdGMP）脱氧
4、胞苷一磷酸（脱氧胞苷一磷酸（dCMPdCMP）脱氧胸苷一磷酸（脱氧胸苷一磷酸（dTMPdTMP）腺苷一磷酸（腺苷一磷酸（AMPAMP）鸟鸟苷一磷酸（苷一磷酸（GMPGMP）胞苷一磷酸（胞苷一磷酸（CMPCMP）胸苷一磷酸（胸苷一磷酸（UMPUMP）三、核苷酸间的连接：3，5磷酸二酯键 核苷酸戊糖C3原子的羟基另一个核苷酸戊糖C5原子磷酸核苷酸之间的连接及核酸分子的方向第2节 核酸的分子结构一、DNA的结构（一）DNA的一级结构1.概念：DNA分子的一级结构即是四种脱氧核苷酸在多核苷酸中的排列顺序。2.维系力：核苷酸之间所形成的磷酸二酯键。3.方向：53。5AAGGCCTT3（二）DNA的二级结
5、构：双螺旋螺距：3.54nm两链：相互平行方向相反形成右手螺旋维系力：碱基堆积力、氢键碱基内于内侧互补配对：AT、GC外侧：核糖、磷酸（三）DNA的高级结构1.原核生物DNA分子多数是封闭的环状双螺旋分子，在此基础上进一步盘曲形成超螺旋结构贮存于细胞内。2.真核生物DNA为线性分子，由DNA和组蛋白形成核小体后，以此为基本单位形成染色质细丝，进一步盘曲形成螺线管，再盘曲折叠形成超螺丝管，最终压缩成染色单体。二、RNA的结构（一）RNA的一级结构：与DNA相似。（二）RNA的空间结构RNA的二级结构形式：茎环或发夹结构。1.mRNA（1）5末端：m7GpppN（7甲基鸟嘌呤三磷酸核苷）。（2）3
6、末端：polyA（多聚腺苷酸）。5m7GpppN AAAAAAA 3 2.tRNA二级结构：三叶草结构二级结构：三叶草结构三级结构：倒三级结构：倒“L L”型型3.rRNArRNA的二级结构包含多个茎环。rRNA主要与核糖体蛋白共同构成核糖体，组成核糖体的大小两个亚基。第3节 某些重要的核苷酸一、多磷酸核苷酸重要的二磷酸核苷酸有：ADP、GDP、CDP、UDPdADP、dGDP、dCDP、dTDP重要的三磷酸核苷酸有：ATP、GTP、CTP、UTPdATP、dGTP、dCTP、dTTPATP：是体内能量代谢的核心二、环化核苷酸1.戊糖C5原子相连的磷酸再通过酯键与戊糖C3原子相连，形成内环。2
7、.重要的环化核苷酸有环腺苷酸（cAMP）和环鸟苷酸（cGMP）。在细胞信号转导中发挥重要作用。cAMP的结构 cGMP的结构第第4节节 核酸的理化性质核酸的理化性质 一、核酸的紫外吸收构成核苷酸的嘌呤和嘧啶含N杂环上具有共轭双键，使核酸能够吸收紫外线，最大吸收峰为260nm。二、DNA的变性与复性（一）概念：在某些理化因素作用下（常用高温变性，称热变性），使DNA分子双链间的氢键断裂，DNA双链解开形成单链的过程。（二）特点：空间构象改变，而核苷酸的排列和磷酸二酯键没有发生改变。（三）复性：去除引起变性的因素后，两条DNA链间的碱基又可重新形成氢键，恢复其双螺旋形式。分子杂交复性过程中，不同种
8、类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，两条单链分子之间存在一定程度的碱基配对关系，就可以在不同分子间形成杂合双链。应用：基因位置，核酸相似性小结小结核酸是生物体内重要的大分子物质，作为遗传的物质基础，在遗传信息贮存和传递中具有至关重要的作用。核酸的基本单位是核苷酸，核苷酸由磷酸、戊糖和碱基组成。DNA和RNA分子中，除磷酸外，戊糖不同，部分碱基相同。DNA分子含有D2脱氧核糖，RNA分子含有D核糖。DNA分子中含有A、G、C、T四种碱基，RNA分子中含有A、G、C、U四种碱基。核苷酸通过3，5-磷酸二酯键相连，形成核酸分子，并具方向性，即5端3端。核酸的一级结构是指多核苷酸链上核苷酸的排列顺序。DNA和RNA的空间结构区别较大，DNA分子以双链形式存在，DNA二级结构为双螺旋结构；RNA分子以单链形式存在，RNA二级结构形式为茎环结构。核酸分子对260nm的紫外光有最大的吸收峰，并具有变性和复性的特点。