核酸的化学

第二章核酸的结构与功能

第一节核酸的概念和化学组成

一、核酸的发现及研究进展

1、最早1868年，瑞士科学家Miescher从绷带脓细胞中发现含磷2.5%的化合物，称为核素。

2、1881年，Altmann从小牛胸腺、酵母中得到，它不含Pro，命名为核酸。

3、1914年，把小牛胸腺中得到的核酸称胸腺核酸（动物核酸），把从酵母中分离得到的核酸称酵母核酸(植物核酸)。

又根据戊糖分为脱氧核糖核酸——DNA和核糖核酸——RNA

4、1944年，Avery研究肺炎球菌转化实验，证明DNA是遗传物质的结论。

最初是1928年，Gniffith以肺炎球菌作为转化的材料。

肺炎球菌光滑型（S型）：菌落光滑、有荚膜、有毒性。

粗糙型（R型）：菌落粗糙、无荚膜、无毒性。

活体转化，四组实验：

①活S型菌—→Rat—→die

②活R型菌—→Rat—→live

③加热杀死的S型菌—→Rat—→live

④加热杀死的S型菌—→Rat—→die

活R型菌

说明R型菌可以转化为活S型菌，加热杀死的S型菌中有一种物

质可使活R型菌转化为S型菌。

1944年美国科学家Avery做了大量实验确定这种物质是DNA （转化因子）。

5、1953年，沃森和克里克提出DNA的双螺旋模型结构，不但阐明了DNA结构，而且对DNA的复制、遗传物质的传递、都作了重要的说明。

6、20世纪70年代，DNA重组技术应用——基因工程诞生。

7、2000~2002年人类基因组计划完成。

二、核酸的概念和重要性

核酸是由核苷酸组成的具有复杂三维结构的大分子物质，包括DNA和RNA。DNA主要分布在细胞核中；RNA分布在细胞质和细胞核中，主要有三种信使RNA（mRNA）、核蛋白体（rRNA）、转运（tRNA）。真核生物中还有HnRNA和SnRNA，HnRNA是mRNA 的前体，SnRNA参与RNA的修饰加工等。DNA是遗传的物质基础。（一）核酸是遗传物质

细胞核内DNA含量恒定，不受外界环境的影响。生物遗传特征的延续和生物进化都由基因所决定的。基因是具有遗传效应的DNA 片段。

（二）核酸参与蛋白质的生物合成

mRNA是蛋白质合成材料，rRNA是核糖体的成分。

三、核酸在医药上的应用

1、RNA：来源与微生物发酵，动物内脏，可用于改善精神迟缓，

记忆衰退，刺激造血，促进白细胞再生，治疗初级癌症。

2、DNA：来源于微生物发酵，可用于改善疲劳，提高抗癌疗效。

3、免疫核糖核酸（iRNA）：来源于免疫的动物内脏，用于肿瘤的免疫治疗。

4、多聚核苷酸（polyC，polyI）：来源于微生物发酵和化学合成，作为干扰素的诱导剂。

5、核苷-磷酸（IMP、CMP、UMP）：来源于微生物发酵。

IMP：治疗肝炎、肾炎、白血球升高等症

CMP；治疗肝炎、肾炎、白血球、血小板升高

四、核酸的基本结构单位——单核苷酸

（一）核苷酸的概念

核酸水解生成核苷酸，核苷酸进一步水解生成核苷和磷酸，核苷再水解生成碱基和戊糖。

核苷酸：由碱基、戊糖和磷酸组成和化合物，是核酸的基本结构单位。

核酸分子中的碱基有两类：嘌呤碱和嘧啶碱，嘌呤碱主要有腺嘌呤A、鸟嘌呤G；嘧啶碱主要有胞嘧啶C、尿嘧啶U和胸腺嘧啶T，称为基本碱基。有些核酸分子中还有1-甲基腺嘌呤、次黄嘌呤、N6-甲基腺嘌呤等，它们在核酸分子中并不多见，称为稀有碱基。

核酸分子中的戊糖有两种：D-核糖、D-脱氧核糖，结构式如下：

DNA和RNA分子的化学组成为

RNA DNA

碱基AGCU AGCT

戊糖R dR

磷酸磷酸磷酸

（二）核苷酸的分子结构

1、核苷

核苷：由碱基和戊糖缩合形成的化合物。

碱基与核糖缩合形成核糖核苷，碱基与脱氧核糖核苷缩合形成脱氧核糖核苷，如腺嘌呤与核糖缩合生成腺嘌呤核苷，简称腺苷，其它核苷可依此命名，它们的分子结构如下：（投影膜）

在核苷分子中，嘌呤碱基的N9与戊糖的C1连接，连接键为N-C 键，一般称为N-糖苷键，并且戊糖环的C1-OH为β构型，所以碱基与戊糖的连接为β-糖苷键。为了与碱基相区别，将核苷分子中戊糖上原子的定位加“‘”表示。

2、核苷酸

核苷分子中戊糖环上的羟基磷酸酯化，形成核苷酸，也可称磷酸核苷。根据核苷酸分子中戊糖的不同，核苷酸可分为核糖核苷酸和脱氧核糖苷酸两类。核糖有3个游离羟基（2，3，5）因此可形成三种核苷酸；脱氧核糖只有两个游离羟基（3，5）。自然界中存在的游离核苷酸多为5‘-核苷酸（代号可略）。如5‘-腺嘌呤核苷酸，简称腺苷酸。，其它核苷酸的命名依次类推。（投影膜）

五、核苷酸的衍生物

（一）多磷酸核苷酸

凡含有一个磷酸基的核苷酸称为一磷酸核苷。其中5‘-一磷酸核苷的磷酸基可进一步磷酸化，生成5‘-二磷酸核苷和5‘-三磷酸核苷。以腺苷酸为例，结构式如下：（投影）

常用的核苷酸及其简化符号见投影：

常用的核苷酸及简化符号见表2-2

一磷酸二磷酸三磷酸腺苷AMP ADP ATP

鸟苷GMP GDP GTP

胞苷CMP CDP CTP

尿苷UMP UDP UTP 脱氧胸苷dTMP dTDP dTTP

生物体内多磷酸核苷具有重要的生物学作用。四种三磷酸核苷是合成RNA的重要原料，四种三磷酸脱氧核苷是合成DNA的重要原料。ATP在生物体内化学能的储存和利用中起重要的作用。

（二）环核苷酸

5‘-核苷酸的磷酸基可与戊糖上的3‘-OH缩合形成3‘，5‘-环核苷酸。重要的环核苷酸有3‘，5‘-环腺苷酸（cAMP）和3‘，5‘-环鸟