第三章 核酸化学

《动物生物化学》授课内容

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第三章核酸化学与结构

核酸（nucleic xcids）属生物大分子，是一切生物必不可少的组成物质。

DNA 脱氧核糖核酸（dexyribonucleic acid）

RNA 核糖核酸（ribonucleic acid）

种类分布功能

DNA 原核生物：核质区

真核生物：95%在细胞核、

5%在线粒体和叶绿体遗传信息的载体

RNA tRNA 原核生物：细胞质携带、转移aa mRNA 真核生物：75%在细胞质肽链合成的模板

15%在线粒体和叶绿体

10%在细胞核

rRNA 核糖体主要成分

DNA主要分布细胞核，少量在线粒体、叶绿体；

RNA主要分布细胞质，少量在线粒体和叶绿体；

所有细胞(真核、原核)都含有DNA 和RNA。

病毒只含一种核物质；有DNA病毒和RNA 病毒之分。

一般情况下，真核细胞的核酸与某种特殊蛋白质组合在一起，形成复合物。

DNA：贮存全部生物信息的载体（以核苷酸排列方式，对信息进行多层次、结构复杂的组合贮存）。

通过DNA自我复制进行完整的结构与信息遗传；

通过转录，把DNA信息转抄在指导合成的RNA上；

通过翻译，将RNA信息转抄在指导合成的蛋白质上；

以蛋白质结构与功能形式，表达出DNA生物信息的物质形态、结构特征与生物功能等。转录翻译

DNA RNA 蛋白质合成其他物质

mRNA 或行使功能复制tRNA

rRNA

生物遗传的中心法则（1958年提出）

1、DNA是生物遗传信息的载体。

2、信息从DNA →RNA（主要指mRNA ）→蛋白质的单向传

递过程；

3、信息从DNA →DNA的单向传递（复制）过程；

*4、信息从模板RNA →DNA的单向传递（逆转录）后，再沿联

DNA →RNA（mRNA ）→蛋白质进行单向传递。注：* 70年代克瑞克进行了修正。

1、RNA病毒以模板RNA为信息载体，这种RNA与三类RNA在构成上

基本相似，但功能不同：只能指导合成对应的DNA，再以DNA为

模板，合成mRNA等三类RNA，再指导合成蛋白质。

2、模板RNA具有相应的复制酶，可以进行自我复制。

遗传中心法则

复制

转录翻译

DNA RNA 蛋白质合成其他物质

mRNA 或行使功能反转录tRNA

模板RNA rRNA

复制

3．1 核酸化学组成

核酸分子的最基本组成单位是核苷酸（Nucloticle 简称Nt）。它又是由更小的单元所构成。

核糖有脱氧、非脱氧两种

核苷

核酸核苷酸碱基有四种碱基

磷酸

一、碱基（base）是核酸的特征性物质。

DNA和RNA均有四种：

DNA 腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）

RNA 腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）

嘌呤由嘧啶环和咪唑环组成。

另外嘌呤和嘧啶还有几种衍生物称为稀有碱基，（如次黄嘌呤和5—甲基胞嘧啶等）均在代谢过程中生产，在代谢及调控方面方面有重要作用。不同物种还可产生特殊的衍生物，如可可碱、茶碱、咖啡碱等。

二、核糖(ribose)

两种核酸的核糖都是戊糖——五碳糖。

DNA C 2上无OH基，称脱氧核糖核酸。

RNA C 2上有OH基，称核糖核酸。

由于分子结构中C 1为手性碳，故构型上有α、β两种，天然核酸中的戊糖均为β型；C 4也为手性碳，则有D、L型之分，天然核酸中均为D型；核糖形成的五元环为呋喃环。

三、核苷（Nucleoside ）

核糖C 1上的OH与碱基上的N 1 或N 9 脱去一分子水，以β—糖苷键相连（又称N—糖苷键）。

四、核苷酸(nucleotide)

戊糖C5上的OH被磷酸化，形成磷酸酯键的即为单核苷酸。

1、三磷酸核苷酸

单核苷酸上的磷酸基，一定条件下可再连接一个或二个磷酸基，形成的磷酸酯键具有极高的能量（比一般的磷酸键能量高2—4倍），称为高能磷酸酯键。是生物代谢中最重要的能量贮存、转换、运输载体，参与很多代谢过程，并直接提供能量。

对应于四种碱基，则有四种类型。每类有三种。

例AMP含1个磷酸，称腺苷一磷酸；

ADP含1个高能磷酸键，称腺苷二磷酸；

ATP含2个高能磷酸键，称腺苷三磷酸。

2、环化核苷酸

单核苷酸分子内环化形成。是生物体重要的信息载体。如cAMP、cGMP 等。

cAMP（环化腺苷酸）：5′的磷酸基与3′的OH形成双酯键六元环。

cAMP在细胞内由环化酶合成，二酯酶分解。

A TP 腺苷酸环化酶cAMP 磷酸二酯酶5′—AMP

ppi

cAMP是很多激素的信息传递物质，激素称为第一信使，cAMP称为第二信使。

它通过一定机制，将激素信号传递到细胞内，并将信号放大后再传递给胞内其他

介质；有些组织中的cAMP还可传递神经信号、遗传信号等不同形式的化学、电子信息等。

五、核酸

由核苷酸之间以磷酸二酯键相连排列成线性结构。并具有严格的5′ 3′方向性。

3．2 DNA分子结构

核酸均为无分枝的多核苷酸长链结构。核苷酸间均以3′5′磷酸二酯键相连，构成长链的主轴。

核酸上的四种碱基，只能A/T、G/C以氢键相配，且物质的总含量符合[A+C]=[G+T]规则，称为碱基当量定律。

一级结构核苷酸以3′5′磷酸二酯键连结成的线性排列结构。

因核酸链5′端有一个P ，3′端有一个OH基，故规定序列写法：5′→3 ′

从结构上看，一级结构决定高级结构；

从功能上看，一级结构的精确排列决定了遗传信息内容。

1977年英国的桑格首先测出了噬菌体φχ174的单链环状DNA的5386NT的线性排列结构。90年代中期，开始进行多国合作的人类基因组大规模测序工作。现在有专门的设备来进行测序，时间短，工作效率极高。

二级结构

1953年,美国沃森(Watsosn)和克瑞克(Crick)提出：DNA右手双螺旋模型。

“Right handed B-form DNA Double helix Model ”

特征要点：

①每条DNA链均由2条平行的多核苷酸链相反平行构成，并围绕同一个中心轴，形成右手螺旋状。

②疏水性碱基层叠于螺旋内侧，亲水性磷酸和戊糖形成DNA骨架主链，位于螺旋的外侧。

③碱基平面间距0.34 nm，并与中心轴垂直；螺旋每周有10对核苷酸；螺距3.4 nm ；相邻碱基转角36º。

④双螺旋直径20 nm，因碱基对所占空间不对称，故在螺旋结构中留下大、小两条沟。大沟更有利于和专一性蛋白质结合。

⑤两条链的碱基之间互补配对：嘧啶/嘌呤（即A—T，G—C）；碱基间以氢键相连，A T，G C。

按此原则，确定单链排列后，就可知另一条互补链序列。

上述特征是天然DNA中最主要的、最稳定的B型结构。