醫(yī)學(xué)生物化學(xué)：第02章核酸的結(jié)構(gòu)與功能（改）VIP

1、第二章第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能核酸的結(jié)構(gòu)與功能Structure and Function of Nucleic Acidn核核 酸酸(nucleic acid) (nucleic acid) 是以核苷酸為基本組成單位的生物大是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。分子，攜帶和傳遞遺傳信息。元素組成：元素組成：C、H、O、N、Pn核酸的分類及分布核酸的分類及分布存在存在于于細(xì)胞核細(xì)胞核和和線粒體線粒體 分布于細(xì)胞核、分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)、線粒體線粒體(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脫氧核糖核酸脫氧核糖核

2、酸 核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型的基因型(genotype)。 遺傳信息的載體遺傳信息的載體是是DNA轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物,傳遞遺傳信息傳遞遺傳信息RNA也可作為遺傳信息的載體也可作為遺傳信息的載體第一節(jié)第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid核酸核酸 (DNA和和RNA)核苷酸核苷酸核苷和脫氧核苷核苷和脫氧核苷磷酸磷酸戊糖戊糖堿基堿基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脫氧核糖脫氧核糖n核酸組成核酸組成 n分子組成分

3、子組成堿基堿基(base)(base)：嘌呤堿，嘧啶堿：嘌呤堿，嘧啶堿戊糖戊糖(ribose)(ribose)：核糖，脫氧核糖：核糖，脫氧核糖磷酸磷酸(phosphate)(phosphate)一、核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位一、核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位堿基堿基(base)是含氮的雜環(huán)化合物。是含氮的雜環(huán)化合物。堿基堿基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤A鳥嘌呤鳥嘌呤G尿嘧啶尿嘧啶U胸腺嘧啶胸腺嘧啶T胞嘧啶胞嘧啶C存在于存在于DNA和和RNA中中僅存在于僅存在于RNA中中僅存在于僅存在于DNA中中n堿基堿基嘌呤嘌呤(purine，Pu) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌

4、呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鳥嘌呤鳥嘌呤(guanine, G)NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3n堿基的互變異構(gòu)體 HNHNCNH2+O+HNNH2NNH2亞氨式氨式+ H+NCOHNCO- -+ H+酮式烯醇式n戊糖戊糖（構(gòu)成（構(gòu)成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose)（構(gòu)成（構(gòu)成DNA）OHOCH2OHOH脫氧核糖脫氧核糖(deoxyribose) n核苷核

5、苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷鍵糖苷鍵嘌呤嘌呤N-9 或或嘧啶嘧啶N-1與與核糖核糖C-1 通過(guò)通過(guò)糖苷鍵糖苷鍵相連相連形成核苷。形成核苷。核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)酯鍵酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸結(jié)合構(gòu)成核苷酸n核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO-HOO糖苷鍵糖苷鍵酯鍵酯鍵OOOPOOPOO-ATPADPAMPOOPNNNNNH2OOHOHCH2On多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸如如:環(huán)化核苷酸：環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細(xì)胞，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。NOCH2O

6、OHONNNNH2POOHcAMPn核苷酸衍生物核苷酸衍生物二、二、DNA是脫氧核苷酸通過(guò)是脫氧核苷酸通過(guò)3 ,5 -磷酸二酯磷酸二酯鍵連接形成的大分子鍵連接形成的大分子一個(gè)脫氧核苷酸一個(gè)脫氧核苷酸3 -OH與另一個(gè)核苷酸與另一個(gè)核苷酸5 -Pi縮合縮合形成形成3 ,5 -磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵。 多個(gè)脫氧核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有多個(gè)脫氧核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸，即方向性的線性分子，稱為多聚脫氧核苷酸，即DNA鏈。鏈。5-末末端端3-末末端端C CG GA A磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵三、三、RNA也是具有也是具有3,5-磷酸二酯鍵磷

7、酸二酯鍵的線性大分子的線性大分子 RNA也是多個(gè)核苷酸分子通過(guò)酯化反應(yīng)形也是多個(gè)核苷酸分子通過(guò)酯化反應(yīng)形成的線性大分子，并且具有方向性；成的線性大分子，并且具有方向性； RNA的戊糖是核糖；的戊糖是核糖； RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。n定義定義核酸中核酸中核苷酸的排核苷酸的排列順序列順序，即，即堿基序列堿基序列。5端端3端端CGA四、核酸的四、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)是是核苷酸的排列順序核苷酸的排列順序A A G G P P5 5 P P T T P PG G P PC C P PT T P P OH 3OH 3 n書寫方法：書寫方法：5 5 p pA Ap pC Cp

8、 pT Tp pG Gp pC Cp pT T- -OHOH 3 3 5 5 A C T G C TA C T G C T 3 3 核酸分子的大小常用堿基核酸分子的大小常用堿基(base或或kilobase)數(shù)目數(shù)目來(lái)表示。來(lái)表示。 小的核酸片段小的核酸片段(RNA dsDNA ssDNAl沉降行為沉降行為:不同構(gòu)象的核酸分子的沉降的不同構(gòu)象的核酸分子的沉降的速率有很大差異，這是超速離心法提取和速率有很大差異，這是超速離心法提取和純化核酸的理論基礎(chǔ)。純化核酸的理論基礎(chǔ)。二、二、DNA變性變性是雙鏈解離為單鏈的過(guò)程是雙鏈解離為單鏈的過(guò)程在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解雙鏈

9、解開成兩條單鏈的過(guò)程開成兩條單鏈的過(guò)程。n定義定義DNA變性的變性的本質(zhì)本質(zhì)：堿基堆積力堿基堆積力和雙鏈間和雙鏈間氫鍵氫鍵的的破壞破壞。lDNA熱變性：熱變性：特點(diǎn)特點(diǎn) 驟然、突發(fā)式驟然、突發(fā)式融解溫度融解溫度Tm：A260變化值達(dá)到最大變變化值達(dá)到最大變化值一半時(shí)的溫度，即化值一半時(shí)的溫度，即50DNA雙鏈被雙鏈被解開時(shí)候的溫度。解開時(shí)候的溫度。Tm與與G+C含量含量成正比成正比l增色效應(yīng)：增色效應(yīng)： DNA變性變性時(shí)其溶液時(shí)其溶液A260增高增高的現(xiàn)象的現(xiàn)象 G+C 含量越高，解鏈溫度就越高。含量越高，解鏈溫度就越高。n解鏈曲線的變化解鏈曲線的變化三、變性的核酸可以復(fù)性或形成三、變性的核酸

10、可以復(fù)性或形成雜交雙鏈雜交雙鏈當(dāng)變性條件緩慢地除去后，兩條解離的互補(bǔ)當(dāng)變性條件緩慢地除去后，兩條解離的互補(bǔ)鏈可重新配對(duì)，恢復(fù)原來(lái)的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這鏈可重新配對(duì)，恢復(fù)原來(lái)的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一現(xiàn)象稱為一現(xiàn)象稱為DNA復(fù)性復(fù)性。減色效應(yīng)：減色效應(yīng)：DNA復(fù)性時(shí)，其溶液復(fù)性時(shí)，其溶液A260降低。降低。熱變性的熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過(guò)程稱為過(guò)程稱為退火退火。 只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對(duì)關(guān)系，在適宜的條件可以在不同的分子間配對(duì)關(guān)系，在適宜的條件可以在不同的分子間形成形成雜化雙鏈雜化雙鏈。 這種雜化雙鏈可以在

11、不同的這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與與DNA之間形之間形成，也可以在成，也可以在DNA和和RNA分子間或者分子間或者RNA與與RNA分子間形成。這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交分子間形成。這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交。n核酸分子雜交核酸分子雜交(hybridization) 雙鏈雙鏈DNA1DNA1雙鏈雙鏈DNA2DNA2+加熱變性加熱變性DNADNA變性、復(fù)性及分子雜交變性、復(fù)性及分子雜交緩慢降溫復(fù)性緩慢降溫復(fù)性形成單鏈形成單鏈雜化雙鏈雜化雙鏈雙鏈雙鏈DNA1雙鏈雙鏈DNA2+注：也可發(fā)生在注：也可發(fā)生在DNA與與RNA或或RNA與與RNA之間之間 研究研究DNA分子中某一種基因的位置。分子中某一種基因的位置。 監(jiān)定兩種核酸分子間的序列相似性。監(jiān)定兩種核酸分子間的序列相似性。 檢測(cè)某些專一序列在待檢樣品中存在與否。檢測(cè)某些專一序列在待檢樣品中存在與否。 是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ)是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ)n核酸分子雜交的應(yīng)用核酸分子雜交的應(yīng)用第五節(jié) 核酸酶 Nuclease依據(jù)底物不同分類依據(jù)底物不同分類DNA酶酶(DNas