第一章 核酸化学

生成的绿色化合物在670 nm处有最大吸收值。
• 二苯胺法----鉴定DNA
定量测定的依据？
生成的蓝色物质在595 nm处有最大吸收值。
重要性质： 增色效应和减色效应
双螺旋结构比单个核苷酸的UV吸收低30-40%。
第三节 核酸的性质
二、核酸的性质
核酸的变性和复性（denature & renature）
环(“发卡\夹”)结构。
第二节 核酸的结构
四、RNA的结构
3. RNA的一级结构：
以mRNA为例(编码组蛋白的mRNA除外)，有以下特征：
• 3 - polyA • 5 - 有帽子结构： (5 ) -mG- 5 ppp 5 -Nm-G • polyA 与mRNA从核到质中迁移有关。 polyA随时间延长而变短。
有三种RNA：tRNA、mRNA、rRNA （15%）（5%）（80%）
第一节 核酸的化学组成
三、碱基 (base)：嘌呤与嘧啶碱基
共有5种：
嘌呤碱基： Adenine、Guanine 嘧啶碱基： Cytosine、Thymine
Uracil (RNA特有)
另有一些稀有碱基，如Inosine (Hypoxanthine) <多见于tRNA的 6-氧嘌呤， cf. Adenine 6-氨基嘌呤>
• 核苷酸 = 磷酸 + 戊糖 + 碱基 （<脱氧>核糖）（嘌呤和嘧啶）
Nucleotide= + (Deoxy)Riboபைடு நூலகம்e + Base (Purine\ Pyrimidine)
第一节 核酸的化学组成
二、核糖与脱氧核糖
核糖的C2上O脱去成为脱氧核糖。
据此，将核酸分为 DNA（deoxyribonucleic acid）：大部分在核中 RNA（ribonucleic acid ）：核、质均有分布
• Chargaff定则 (碱基配对、等比定律)：A=T、GC；A+G=C+T • X-射线衍射数据 • 电位滴定行为
5‘--末端 糖基
氢键
碱基
磷酸基
Double Helix Structure Model of DNA
3‘--末端
第二节 核酸的结构
三、DNA 的二级结构
DNA双螺旋结构模型要点：
第四节 真核生物染色体DNA的结构特点
• DNA的重要功能：
DNARNAProtein Biological Function 物种遗传——复制 控制性状——转录与翻译
• 基因：
DNA分子上一段编码表达多肽链或rRNA或tRNA的核 苷酸序列。
基因 转录
翻译 多肽 折叠 活性蛋白
遗传信息的表达 与性状控制
==>用70-95%乙醇提纯核酸。 • 粘度DNA>RNA。溶解度： RNA易溶于低盐(0.14M NaCl)，
DNA易溶于高盐浓度(1M NaCl)。 • 室温下，稀碱能水解RNA，而DNA稳定。稀酸可水解DNA，而
浓酸可水解RNA。
第三节 核酸的性质
二、核酸的性质
颜色反应：
• 苔黑(地衣)酚法（5-甲基间苯二酚）----鉴定RNA
第四节 真核生物染色体DNA的结构特点
三、回文结构
回文：正反读均有相同意义的句子。（例子？）
回文结构在真核细胞中相当普遍。
5´AATTGTGACAATT 3´ 3´TTAACACTGTTAA 5´
若变性后复性，会形成发夹或十字结构。 功能：可能与DNA-蛋白质之间的识别有关；翻译时遇到回文结构 即终止；水解时，内切酶作用点多在回文结构处。
tRNA的三级结构：倒“L” 形
第三节 核酸的性质
一、核苷酸的性质
• 无色、溶于水。 • 由于base具有共轭双键，所以核苷、核苷酸和核酸均有紫外吸
收(240-290 nm)，最大吸收值在260 nm处。定量测定？
二、核酸的性质
一般性质
• DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末。 • 均为两性电解质。微溶于水(溶液呈酸性)，不溶于有机溶剂。
第一章 核酸化学
Chapter 1 Chemistry of Nucleic Acid
• 核酸的化学组成 • 核酸的结构 • 核酸的性质 • 真核生物染色体DNA的结构特点
第一节 核酸的化学组成
一、核酸的概念
• 酸性的大分子物质，与碱性蛋白（组蛋白、鱼精蛋白） 结合存在于细胞核中。
• 由许多核苷酸排列组成，是遗传的物质基础。
• 两条多核苷酸链反向平行，主链为右手螺旋。主链在外侧，碱 基在链的内侧。
• 两条链的碱基之间按A=T、GC配对，以氢键相连，碱基对 (base pair)平面与纵轴垂直。主链上戊糖与以3 ，5 - 二酯 键连接，糖环平面与纵轴平行。
• 双螺旋的直径为2nm，相邻碱基对的距离是0.34nm，夹角为 36°，即每个螺旋含10个核苷酸残基，螺距3.4nm。
第三节 核酸的性质
二、核酸的性质
核酸的变性和复性（续）
3. 分子杂交：变性的DNA在适当条件下可能重新配对形成双螺旋 结构，但不一定与原来的DNA片段结合。若与其它DNA(RNA) 片段结合，称“DNA(RNA)杂交”。==>应用？
4. 降解： 3 -5 二酯键断裂，分子量下降。降解后的DNA不能复性。 cf. 变性不影响分子量。
第二节 核酸的结构
三、DNA 的二级结构
DNA双螺旋结构稳定的因素：
• 氢键 • 碱基堆积力：主要的稳定因素 • 离子键：核苷酸带负电荷，与介质中的阳离子结合形成。 • 与组氨酸或多胺结合
Any applications?
第二节 核酸的结构
三、DNA 的二级结构
DNA构象的多态性：
双链DNA 右旋 A-DNA：RH 75%，结合Na盐 B-DNA：RH 92%，结合Na盐 C-DNA：RH 66%，结合Li盐
第二节 核酸的结构
四、RNA的结构
1. RNA的类型与分布：由DNA复制后转录而来。 2). 细胞核RNA
前体RNA：是迁移的RNA，是细胞质中RNA的前体。其分子量比 成熟的mRNA大得多。
hnRNA：即核不均一RNA，指mRNA的前体，存在于核内。
小分子RNA：非迁移的RNA，分子量小(4-5S)。 通常在核中与染色质结合，形成固定的结构，故称染色质
----HGP (Human Genome Project) • 简(缩)写\读方式： 单链：从5 -端到3 -端。线条式、文字式（cf. 蛋白质）
双链：注明两条链的走向。
第二节 核酸的结构
三、 DNA 的二级结构 (Secondary Structure)
DNA双螺旋结构模型(Double Helix Structure Model of DNA)的主要依据：
• 与Tm值有关的因素：G、C含量；盐溶液浓度；DNA的均一性。
第三节 核酸的性质
二、核酸的性质
核酸的变性和复性 （续）
2. 复性：变性的DNA在适当条件下重新缔合成为双螺旋结构的过 程。(部分重新结合现象称“退火”。) ==>减色效应
• 与复性有关的因素： 温度下降速度：慢，可以复性，否则不能复性。 DNA片段：越大，复性越慢。 DNA浓度：越大，复性越快。
cf. 多核苷酸与多核苷酸。
第一节 核酸的化学组成
五、环化核苷酸
如：3 , 5-AMP 和 3 , 5-GMP 作为第二信使在细胞内起作用。
六、辅酶类的核苷酸
如：NAD+、NADP+、CoA、FAD均含腺嘌呤核苷酸。
第二节 核酸的结构
一、核酸的连接方式
• RNA、DNA均无分支 （cf. 多糖） • 主链由戊糖、 组成，以3 ，5 - 二酯键连接。
NB 单独的核苷酸中有无3 ，5 - 二酯键？ e.g. 环化核苷酸
• 开链具有5 - 和3 -端。
第二节 核酸的结构
二、核酸的一级结构 (Primary Structure)
• 即核苷酸的排列方式。 // cf 蛋白质的一级结构
DNA的遗传信息是由碱基的精确排列结构决定的。 • 测定方法(Sanger, 1977；Maxam & Gilbert, 1977)
第四节 真核生物染色体DNA的结构特点
一、重复序列
第四节 真核生物染色体DNA的结构特点
二、内含子和外显子 (intron & exons) 即断裂基因 (split gene)
外显子——基因中能够编码蛋白质的核苷酸序列。 内含子——基因中不能编码蛋白质的核苷酸序列。
通常，基因都至少有一个内含子，也称插入序列、居间序列。 真核细胞中，除编码组蛋白的基因外，所有编码蛋白质的基因 都有内含子和外显子之分。 内含子的作用： •含有调节信号。 •将基因分割成交换单位，为基因重组提供条件。
帽子结构抗5 -核酸外切酶降解。 • 5 - 帽子结构下游有一不编码区，与核糖体结合(蛋白质合成的起
始)。3 - 上游也有一不编码区，功能不详。 cf. 原核细胞的核膜不完整，其mRNA的5 -、3 -端无此类结构。
第二节 核酸的结构
四、RNA的结构
4. RNA的二级结构：
以tRNA为例：“三叶草”形
RNA (chRNA)。
第二节 核酸的结构
四、RNA的结构
2. RNA的碱基组成：
• 由U代替DNA中的T。其它同DNA。 • 单链、无分支的多核苷酸链。 • 不存在严格的碱基配对。即RNA长链不是从头到尾的碱基配对，
只是局部地方存在碱基配对。 ==>出现链内盘旋、折叠、扭曲等，形成局部的环、突起、颈(茎)
第一节 核酸的化学组成
四、核苷与核苷酸 (nucleoside & nucleotide)
核苷：核糖（或脱氧核糖） + 碱基
糖环上C1 与碱基N9（嘌呤）或N1（嘧啶）形成糖苷键
核苷酸：核糖（或脱氧核糖） + 碱基 + 磷酸
(脱氧)核苷酸： 戊糖的C2 、C3 、 C5 位均可接。 生物体内大多是5 -，即接在C5 上。
种类较多。最不稳定。 tRNA （15%）：携带氨基酸，分子量小(4S)。稀有碱基丰富。 其中，rRNA在原核细胞和真核细胞中有所不同： 原核细胞：70S= 30S=16S+Proteins
50S=23S+5S+Proteins 真核细胞：80S= 40S=18S+Proteins
60S=28S+5.8S+5S+Proteins
第二节 核酸的结构
四、RNA的结构
4. RNA的二级结构： 以tRNA为例：“三叶草”形
• 额外环。是可变区，可含3-18个碱基。不配对的碱基组成臂。 是tRNA分类的指标。
• TC环。7个核苷酸组成，与核糖体结合有关。由5对碱基组成 TC臂与其它部分相连。
：假尿嘧啶核苷酸。尿嘧啶与核糖形成C5-C1糖苷键。 NB tRNA的稀有碱基： 如I、、 mG 、T等
• 氨基酸臂。所有RNA的3 -末端均为-CCA，氨基酸可挂在A中 戊糖的2 -或3 -OH上。==>携带氨基酸的功能。5 -端富有G， 使之更加稳定。
• dhU环。Uracil的 5,6-双键饱和形成dhU。被氨基酸DNA合成酶 识别。dhU臂由3-4对碱基组成。
• 反密码子(anti-codon)环。反密码子由3个碱基组成，与氨基酸的 密码子配对，决定携带何种氨基酸。此环常出现次黄嘌呤(I)。 有5-7 bp组成反密码子臂与其它部分相连。
1. 变性：核酸的氢键断裂，成为单链无规则线团状。==>增色效应 不涉及磷酸二酯键的断裂<称降解>。 (cf 蛋白质的变性) 高温、酸、碱和有机溶剂均可使核酸变性。
• Tm值：DNA热变性时，增色效应达50%(即OD值达最大值的一 半)时的温度。亦称熔点\熔解温度。熔解是爆发性的过程，熔距 仅几度。Tm值一般在70-85C之间。经验公式
左旋 ：Z-DNA螺旋(在多核苷酸骨架上呈Z-字形分布) 三链DNA：与基因的表达调控有关 第三条链如何排列\配对?
DNA的三级结构
第二节 核酸的结构
四、 RNA的结构
1. RNA的类型与分布：由DNA复制后转录而来。 1). 细胞质RNA
rRNA （80%）：合成蛋白质的场所，分子量大。较稳定。 mRNA（ 5%）：含有DNA的遗传信息，在核糖体翻译为蛋白质。