03(核酸化学)

（一）核酸的一般理化性质
（1）DNA微溶于水，呈酸性，加碱促进溶解，
但不溶于有机溶剂； （2）核酸和蛋白质一样具有变性现象，而且变 性DNA在适当的条件下也可复性； （3）由于核酸组成中的嘌呤、嘧啶碱都具有共
轭双键，因此对紫外光有强烈的吸收，核酸溶液 在 260nm 附近有一个最大吸收值；
（4）DNA的变性和复性都是以碱基互补为基础 的，因此可以进行分子杂交。
大肠杆菌核糖体中有3类 rRNA： 5S rRNA， 16S rRNA，23S rRNA。
动物细胞核糖体中有4类 rRNA ：
5S rRNA，5.8S rRNA， 18S rRNA，
28S rRNA。
五、核酸的理化性质
（一）核酸的一般理化性 （二）DNA的变性与复性 （三）DNA的熔解温度 （四）核酸的杂交及应用
DNA碱基摩尔比例规律 在各种 DNA 中，腺嘌呤 与 胸腺嘧 啶的摩尔数相等，即 A＝T，鸟嘌呤 与 胞嘧啶 (包括 5-甲基胞嘧啶 )的摩尔 数相等，即 G ＝ C + m5 C； 即嘌呤碱基的总摩尔数等于嘧啶碱 基的总数： A + G ＝ T + C + m5C。 这个碱基摩尔比例规律又称为 DNA 的碱基当量定律。
（一）DNA 的双螺旋结构 （二）DNA 三级结构
（一） DNA 的双螺旋结构
Watson 和 Crick 于 1953 年提 出了 DNA的右手双螺旋结构 模型， 阐明了 DNA 的二级结构。 它是上世纪最重大的自然科学成 就之一，1962年荣获诺贝尔化学奖。
A.
O
O P OH O C 腺嘌呤 H2 5' O H H H H O H O P OH O 胞嘧啶 H 2C O H H H H O H
（二） DNA的变性与复性
1.DNA的变性 指DNA分子由稳定的双螺旋结构，松解 为单链无规则线性结构的现象。 DNA的变性只涉及维持双螺旋稳定性的 次级键的断裂，一级结构并不改变。
引起变性的因素 凡能破坏双螺旋稳定 性的因素都可以成为变性的条件，如热变性、 酸碱变性。另外，有机试剂如乙醇、尿素等， 均可破坏双螺旋结构引起 DNA 的变性。 变性之后的表现 变性后的 DNA，其生 物活性丧失，同时发生一系列理化性质的改 变，包括： ①粘度下降；②沉降系数增加； ②比旋下降；④ 紫外光吸收值升高等。
第4章 核酸化学
一、概述 二、核酸的一级结构 三、DNA 的结构与功能 四、RNA 的结构与功能 五、核酸的理化性质 六、DNA 的一级结构测定 七、基因和基因组
一、概述
（一）核酸的概念和重要性
负责遗传信息的储存和传递，生物体内的 各种蛋白质都是核酸编码的产物。 分类： 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA） 核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）
增色效应 变性后的 DNA 在 260nm 处的紫外 光吸收明显升高，这种现象称为增色 效应（hyperchromic effect）。
2. DNA 的复性 定义 在适当的条件下，变性DNA分开的 两条链又重新缔合，恢复成双螺旋结构， 这个过程称为复性。 条件 缓慢冷却，退火（复性）； 快速冷却，淬火。 适用范围:只适用于结构简单、均一的病 毒和细菌DNA，至于哺乳动物细胞中的非均 一DNA，很难恢复到原来的结构状态。
（二）tRNA的结构与功能
概述 （1）tRNA约占RNA总量的15％ （2）通常以游离的状态存在于细胞质中； （3）细胞内tRNA的种类很多，每一种氨 基酸都有其相应的一种或几种 tRNA。 功能 主要是在蛋白质生物合成过程 中，携带活化氨基酸，并将其转运到与核 糖体结合的 mRNA上用以合成蛋白质，即 具有转运氨基酸和识别密码子的作用。
脱氧核苷）：脱氧腺苷（dA）、脱氧鸟苷（dG） 、 脱氧胞苷（dC）和脱氧胸苷（dT），“d”表示脱 氧。
4. 核苷酸
AGCU
NH2 C N C HC HO P OH
4'
O C HN H2 N C N
5'
C C
N CH N
O
HO P OH
5'
OH2 C
4'
O
H H OH OH
6
C C
N CH
N H
C
C2
N
鸟嘌呤
（2）嘧啶碱
N 3
CH 4
5 CH
2 HC
1 N
嘧啶
6 CH
NH2 C 4 N CH C2 CH N H
胞嘧啶
2
O
O
C CH CH HN
4 5C
C
HN
4
4
CH3
C2 N H
尿嘧啶
O
O
C 2 CH N O H
胸腺嘧啶
（3）稀有碱基
N H2
C N 5 C -CH 3 C
tRNA的 一级结构
tRNA 皆由 70～90 个核苷酸组成，有 较多的稀有碱基核苷酸，在三类 RNA 中它 的分子质量最小。 通常 tRNA 3 ’ -末端为-C-C-AOH，用来 接受活化氨基酸，5’末端大多为pG„，也 有pC„的。
tRNA的 二级结构与三级结构
碱基排列成三叶草式（clover leaf），大致分为氨基酸臂、 二氢尿嘧啶环、反密码子环、额外环和TΨC环五部分 。
O P OH O 胸腺嘧啶 O H2 C H H H H O H O P OH O 鸟嘌呤 O H2 C H H H H 3' O H
P
OH
5'
5’
P
4' 1' 3' 2'
A
T
2' 3' 1' 4'
3’
P
G P C P
C P G P
3’
OH
T
A
P
5’
2nm
DNA分子特征
（1）两条平行的多核苷酸链，以相反 的方向，（即一条由3΄向5΄，另一条由5΄ 向3΄），围绕着同一个（想象的）中心 轴，以右手旋转方式构成一个双螺旋形 状。 （2）疏水碱基于螺旋的内侧，亲水的 磷酸基和脱氧核糖以磷酸二酯键相连成 的骨架位于外侧。
（直链式）
（2）脱氧核糖 HOH C 2 4' C H
H
O
5' O
H C H C
1' C 2'
OH 1' C
2' H
HCH
3' OH H
HC OH 4' HC OH
5'
3'
CH2OH
D - 2 - 脱氧核糖 （直链式）
- D - 2 - 脱氧核糖 β （呋喃式）
3.磷酸
在核苷酸分子中与戊糖中的羟基 缩合成酯。因为是一个三元酸，还可 以与另一分子核苷酸的戊糖的未被 结合羟基缩合形成磷酸二酯键，将两 分子核苷酸连接起来。
α
C
C C
N CH N
N
HO
P~ O OH
γ
P ~ OCH 2 O 5' OH OH 4' H H 1' H H 2' 3' OH HO ATP ADP
AMP
核苷一磷酸 （ NMP ） 核苷二磷酸 （ NDP ） 核苷三磷酸 （ NTP ）
环状腺苷酸
（cAMP）
二、核酸的一级结构
是指在多核苷酸链中各个核苷酸 之间的连接方式、核苷酸的种类、 数量以及核苷酸的排列顺序。 生物的遗传信息就储存于 DNA 的 核苷酸序列中。 DNA 的遗传信息是 由碱基的精确排列顺序决定的。
（一） 核酸中核苷酸的连接方式 （二） DNA 和 RNA的一级结构
（一）核酸中核苷酸的连接方式
N H2 C C C N
HO 5' P O— CH2 O 4' H H 1' OH H H 2' 3' OH H
N
N CH N
HC O
连 接 方 式 3′,5′ – 磷酸 二酯键
A.
O O P OH CO 腺嘌呤 H2 5' O H H H H O H O P OH O 胞嘧啶 H2 C O H H H H O H
3' 2'
OH 2 C
H
O
H
H
1'
H
3'
H
2'
1'
H
OH
H
腺苷酸AMP
脱氧鸟苷酸 dGMP
天然核酸中 RNA：主要由腺苷酸、鸟苷酸、尿苷 酸、胞苷酸4种核糖核苷酸组成。 DNA：主要是由脱氧腺苷酸、脱氧鸟 苷酸、脱氧胞苷酸、脱氧胸苷酸4种脱 氧核苷酸组成。
核苷酸的磷酸化
N H2 N HC O O β P~ O O
真核细胞的mRNA 3’ 末端的结构
大多数真核细胞mRNA在3’ 末端有一个长约 200个核苷酸的polyA 。 PolyA 是在转录后经 polyA聚合酶的作用而 添加上去的。原核生物的mRNA一般无3’PolyA。 功能：与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关； 与mRNA的半衰期即稳定性有关（新合成的mRNA 其PolyA 链长，而衰老的mRNA其PolyA链较短）。
（3）碱基呈平面状，与中心轴相垂直；相 邻碱基平面之间的距离为 0.34nm，旋转夹 角为36°；每10 对核苷酸绕中心轴旋转一圈， 故螺旋的螺距为 3.4nm。
（4）双螺旋的直径为2nm，沿螺旋的中心 轴形成大沟和小沟交替出现。
（5）两条链被碱基对之间形成的氢键而稳 定的维系在一起，总是A-T配对，G-C配对。
3. 核 苷
N H2
NH2
N
9 N
C
N HC N HOH2C H O