吉林农大动物生化第4章 核酸化学

多瘤病毒的DNA由5100bp组成 ，长1．7nm(17000nm)
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2、碱基组成的特点
DNA 来源 人胸腺 人肝 牛胸腺 牛精子 酵母
—Erwin Chargaf测定
T
A 30.9 30.3 28.2 28.7 31.3
G 19.9 19.5 21.5 22.2 18.7
C 19.8 19.9 21.2 27.2 17.1
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2、左手双螺旋 Z型 1979年，Rice发现人工合成的CGCGCG
序列为左手双螺旋，且磷酸二酯键呈
锯齿状（Zigzag），故称Z型DNA。
每圈螺旋12个碱基对
螺旋的直径为1.8nm 螺距：4.56nm
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（二）RNA
发夹结构或茎环结构（局部双螺旋），占40-70%。
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tRNA:三叶草结构
氨基酸臂：7对核苷酸
二氢尿嘧啶环（DHU环）： 8～12个核苷酸
二氢尿嘧啶臂：3－4核苷酸 反密码环：7个核苷酸 反密码臂：5对核苷酸 额外环（可变环、附加叉）： 5～22个核苷酸 TΨC环：7个核苷酸
TΨC臂：5对核苷酸
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rRNA:
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四、三级结构
（一）DNA
1、含义 DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋等结构。 超螺旋：DNA双螺旋扭紧或扭松所形成的螺旋结构。 正超螺旋(positive supercoil)： DNA双螺旋数目增加所形成的超螺旋。
5－甲基胞 嘧啶（m5C）
N
NH
O
胞嘧啶(cytosine, C)
5－羟甲基 胞嘧啶 （hmBiblioteka BaiduC）
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稀有嘧啶
4－S－尿嘧啶 （4－S－U）
O
S4 U
NH
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
5－F－尿嘧啶 （5－F－U） F5U
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3、主要碱基
腺嘌呤
鸟嘌呤
胸腺嘧啶
胞嘧啶
尿嘧啶
DNA中的碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶 RNA中的碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶
pApCpTpGpCpT-OH A C T G C T 3
3
G
3´端
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二、核酸的一级结构
（一）定义
5′端
C
核酸分子中核苷酸（碱基）的排
列顺序。
核酸分子中核苷酸分子间的连接
A
方式、核苷酸的种类和数量及排
列顺序。
3′端
G
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（二） DNA的一级结构
DNA是由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四种脱氧核糖核苷酸
第 四章 核酸化学
Structure and Function of Nucleic Acid
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第一节 概述
一、核 酸（nucleic acid）的含义
是以核苷酸为基本单位组成的贮存和传递遗
传信息的生物大分子。从高等动植物到最简单的
病毒，都含有核酸。
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二、核酸的发现及研究进展
• 1868年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素” • 1889年 Altmann提取得到不含蛋白质的核酸 • 1944年 Avery等人证实DNA是遗传物质 • 1953年 Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构 • 1968年 Nirenberg发现遗传密码 • 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶 • 1975年 Gilbert和Sanger建立DNA测序方法 • 1985年 Mullis发明PCR技术 • 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) • 1994年 中国人类基因组计划启动 • 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架
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3、结构
5’核苷酸
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一磷酸核苷 （NMP）
二磷酸核苷 （NDP）
三磷酸核苷 （NTP）
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dAMP
dADP
H H H
dATP
一磷酸脱氧核苷 （dNMP）
二磷酸脱氧核苷 （dNDP）
三磷酸脱氧核苷 （dNTP）
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4、体内重要的游离核苷酸及其衍生物 ①多磷酸核苷化合物 ATP、CTP、GTP、UTP、ppGpp、pppGpp、ppApp等。 在物质代谢及基因表达调控中起重要作用。 ②环核苷酸 3’,5’-cAMP， 3’,5’-cGMP 信号分子，参与体内物质代谢调控。 ③核苷酸衍生物 HSCoA、NAD+、NADP+、FAD等辅助因子。
3、RNA的加工与修饰 4、参与基因表达的调控
5、生物催化作用
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第二节
核酸的化学组成
Chemical Component and of Nucleic Acid
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一、 元素组成
C、H、O、N （15－16%）、P 、 P： S（个别）
DNA:9.9%
RNA:9.5%
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二、化学组成
核酸 Nucleic acid 核苷酸 Nucleotide
tRNA
15～16％
4S
mRNA
3～5％
6～25S
沉降系数 原核5S、16S、23S；
代谢稳定性 存在形式
稳定 与氨基酸结合或 以游离状态存在
不稳定 与核糖体结合或 单独存在
存在部位 生理功能
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（二）戊 糖
HO CH2 5´ O OH
4´ 3´
OH
1´ 2´
OH
β-D-核糖(ribose)
（RNA）
β-D－2－脱氧核糖
（DNA）
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修饰糖
β-D-2－氧甲基核糖
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（三） 核苷(ribonucleoside)
1、定义 核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。 2、类型
核糖核苷（核苷）：A、G、U、 C
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碱基互补配对 A T G C
目录
目录
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（2）DNA右手双螺旋的多样性
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B—DNA ：相对湿度92% A—DNA ：相对湿度75% ① B—DNA：典型的Watson-Crick双螺旋DNA
右手双螺旋 每圈螺旋10个碱基对 螺距：3.4nm 螺旋的直径为2nm
② A-DNA
右手双螺旋，外形粗短 每圈螺旋11个碱基对 螺距为2.8nm 螺旋的直径为2.3nm
环核苷酸的分子结构
环一磷酸腺苷
环一磷酸鸟苷
目录
目录
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第三节 核酸的分子结构
Dimensional Structure of Nucleic Acid
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一、核苷酸链的连接方式 5´端
C 3’，5’－磷酸二酯键 书写：5’ →3’ A C T G C T A
5 P
P
P
P
P
P
OH 3
5 5
1）有种的特异性
29.4 2）没有器官和组织的特 30.3 异性 29.4 3）各种DNA分子中， 30.3 A=T,
C=G,
A+G=C+T
32.9 4) 年龄、营养、环境的
改变不影响DNA的碱基组 成
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三、二级结构
（一）DNA 1、右手双螺旋 A、B、C…
1953年，Watson-Crick以X射线
N
NH2
1、嘌呤(purine)
NH N
N
腺嘌呤(adenine, A)
O N
NH
NH
鸟嘌呤(guanine, G)
N
NH2
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修饰嘌呤（稀有嘌呤）
N－6－甲 基腺嘌呤 （m6A）
N N
NH2
NH
腺嘌呤(adenine, A)
N
6－氧嘌呤 （次黄嘌呤） （I）
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修饰嘌呤（稀有嘌呤）
7－甲基鸟嘌呤 （m7G）
磷酸 核苷 Nucleoside 嘧啶碱
Purine bases
胸腺嘧啶
thymine
胞嘧啶
cytosine
尿嘧啶 戊糖 碱基 Base 脱氧核糖 Deoxyribose 嘌呤碱
Pyrimidine bases uracil
腺嘌呤
adenine guanine
核糖 Ribose
鸟嘌呤
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（一）碱 基
负超螺旋(negative supercoil)： DNA双螺旋数目减少所形成的超螺旋。
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2、原核生物DNA的三级结构：
绝大多数原核生物的DNA
都是共价封闭的环状双 螺旋。如果再进一步盘 绕则形成麻花状的超螺 旋三级结构。
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3、DNA在真核生物细胞核内的组装
真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位 是核小体(nucleosome)。 在真核生物中，双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质 八聚体进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构，称 为核小体。核小体结构属于DNA的三级结构。 核小体的组成：
N NH
O
NH
鸟嘌呤(guanine, G)
1－甲基鸟 嘌呤 （m1G）
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N
NH2
2、嘧啶(pyrimidine)
4
O
5
6 1 NH
NH2
3 2
N
NH
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
O H3 C
N
NH
NH
NH
O
O
目录
胞嘧啶(cytosine, C)
胸腺嘧啶(thymine, T)
稀有嘧啶
NH2
尿苷（U）
胸苷（dT）
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（3）修饰核苷
C5
假尿苷（ψ） C5, C1’ -糖苷键
β1’
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（四） 核苷酸(ribonucleotide)
1、定义
核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类 化合物。 2、类型 核糖核苷酸（NMP）：AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸（dNMP）：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
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RNA又可根据分子大小和生物学功能不 同，分为：
信使核糖核酸（messenger RNA，mRNA）
转运核糖核酸（Transfer RNA，tRNA）
核糖体核糖核酸（Ribosomal RNA，rRNA）
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rRNA
比例 80～82％
真核 5S、18S、28S、 5.8S 稳定 与多种蛋白质形成 核糖核蛋白体，位 于粗面内质网上或 以单体形式存在 细胞浆 核蛋白体组分
氢键G-C间形成三个氢键，
称为碱基互补原则。
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（1）DNA双螺旋（B型）结构
③所有的碱基平面几乎与螺旋 轴垂直。所有的糖环平 面与螺旋轴平行。相邻两个碱 基平面间的距离为0.34nm，夹 角为36℃ ，所以每10对碱基 对旋转一周，螺距为3.4nm。
④维持双螺旋的力是碱基堆 积力和氢键及离子键。 ⑤螺旋的表面形成两条凹陷 的沟，分别称大沟和小沟。
通过3’，5’-磷酸二酯键连接而成的生物大分子。 1、结构特点 （1）分子大，高达109bp （2）多数为双链,少数为单链。
例如 大肠杆菌染色体由400万碱基对(basepair，bp)组成的双 螺旋DNA单分子。其长度为14X106nm，相当于1.4mm，而 直径为20nm，相当原子的大小 黑腹果蝇最大染色体由6.2X107bp组成，长2.1cm
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三、核酸的分类
根据戊糖之不同，分为两大类： 脱氧核糖核酸
(deoxyribonucleic acid, DNA)
核糖核酸
(ribonucleic acid, RNA)
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四、核酸的分布
（一）真核生物
1、DNA
主要分布于细胞核中，与组蛋白结合以染色体（质）的形 式存在。 此外，线粒体、叶绿体中也含有少量的DNA。 2、RNA
DNA：约200bp
组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4
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第四节 RNA的分子结构
Structure of RNA
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一、RNA的碱基组成
RNA由四种主要碱基A、G、C、U组成。 一般不含T。还含有少量稀有碱基。如假尿嘧 啶核苷及甲基化碱基等。但RNA分子中的碱基 没有A=U、G＝C的比例关系。
脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dA、dG、dT、dC 3、结构
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（1）嘌呤核苷
N9，C1’－糖苷键
H 腺嘌呤脱氧核苷
H 鸟嘌呤脱氧核苷 鸟嘌呤核苷
（dA） （A）
（G （dG）
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（2）嘧啶核苷
N1，C1’－糖苷键
NH2 N HO CH2 O N
1
O
1´
OH OH
胞嘧啶核苷（C）
脱氧胞苷（dC）
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五、主要生物学功能
（一）DNA 1、贮存遗传信息 2、传递遗传信息 复制 DNA DNA 转录 RNA 翻译 蛋白质
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五、主要生物学功能
（二）RNA 1、病毒RNA贮存遗传信息。 2、转录DNA的遗传信息，指导、参与蛋白质的 生物合成。
（1）mRNA：蛋白质合成模板。约占总RNA的3－5%。 （2）tRNA：携带氨基酸，参与肽链的合成。约占总RNA的15%。 （3）rRNA：核糖体的组分，核糖体是蛋白质合成的场所。约 占总RNA的80%。
主要分布于细胞质中。此外，核仁、线粒体、叶绿体中也
含有少量的DNA 。
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四、核酸的分布
（二）原核生物 1、DNA 分布于“类核” 中，此外细胞中还存在质粒。 2、RNA 分布于细胞质 （三）病毒 只存在一种核酸，或DNA或RNA。 朊病毒：无核酸仅有蛋白质的生命体 类病毒：只有RNA而无蛋白质的生命体
衍射法在相对湿度为92%的条件
下测定DNA Na+盐的结构，提出
了右手双螺旋结构，即体内天然
DNA的主要结构—B型。
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（1）DNA双螺旋（B型）结构
①DNA分子是由两条反平行的 脱氧多核苷酸链围绕共同的 螺旋轴盘绕成右手双螺旋，
螺旋的直径为2nm。
②以磷酸和脱氧戊糖组成的 骨架位于螺旋的外侧，碱基 位于螺旋的内侧，碱基间以 氢键连接，A-T间形成二个