第05章核酸化学 ppt课件
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功能：细胞之间传递 信息（第二信使） 环状磷酯键是高能键。 pH7.4 水 解 能 约 为 43.9kJ/mol
4）糖基载体 ADPG、UDPG
第三节 核酸的分子结构
一、核酸的一级结构
概念：各核苷酸残基沿核酸链的排列顺序 连接键：3’,5’-磷酸二酯键 方向：5’→3’
首
3’
-H2O 酯键相连
5’
3’,5’-磷酸二
尾
酯键
表示方法：结构式~、线条式~、字母式~
A
核苷酸
P
3’-OH
5’-磷 戊糖
A G 酸C T G
C
5’
P
P P PP
3’
P OH
5’ pApGpCpTpGpC-OH 3’ 5’ AGCTGC 3’
二、DNA的高级结构
（一）二级结构
指的是DNA的双螺旋结构。 1953年，Watson和Crick 根据DNA中碱基 的物化数据和酸碱滴定、DNA碱基组成 的定量分析、DNA纤维的X-衍射图谱， 提出了DNA双螺旋结构模型。
可以使R型肺炎球菌转化为S型肺炎球菌 ➢从加热杀死的S型肺炎球菌将蛋白质、核酸、多糖、
脂类分离出来，分别加入到R型肺炎球菌中 ➢只有核酸可以使R型肺炎球菌转化为S型肺炎球菌。 ➢结论：DNA是改变遗传性状的转化因子
1952年，美国冷 泉港（cold spring harbor）
Hershey-Chase 噬菌体侵染细菌 的实验
二、核酸的种类、分布和功能
（一）DNA
脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid）; 功能：遗传信息的贮存； 分布： 真核生物：细胞核为主，细胞器为辅； 原核生物：类核区、质粒 病毒
（二）RNA
核糖核酸（ribonucleic acid）； 功能：多样，主要参与遗传信息的表达； 主要种类：rRNA（ribosomal RNA）
核酸
核苷酸
水
解
磷酸
核苷
戊糖
碱基
1、戊糖
核糖 （in RNA）
2’-脱氧核 糖
（in DNA）
Байду номын сангаас
2、碱基 RNA
嘧啶环
4 3N 5
2 N1 6
6 1 N 5 7N
2
3N
4
N 9
8
嘌呤环
尿嘧啶 U
胞嘧啶 C
腺嘌呤 A
胸腺嘧啶 T
鸟嘌呤 G
DNA
稀有碱基
都是基本碱基的化学修饰型 嘌呤：如黄嘌呤（X） 、次黄嘌呤（I） 等 嘧啶：如二氢尿嘧啶（D）、 5-甲基胞 嘧啶等
第五章 核酸化学
核酸概述 √ 核酸的化学组成 √ 核酸的分子结构 √ 核酸的重要性质 √ 核酸研究技术
第一节 核酸概述
一、核酸的研究历史
1869 瑞士 F.Miescher 从外科绷带脓细胞的 细胞核中分离出一种 有机物，称为核素， 由于它有很强的酸性， 后改称为核酸。
肺炎球菌转化实验
➢1944年 纽约 洛克菲勒研究所 Avery ➢加热杀死的S型肺炎球菌中有某种特殊的生物分子，
4、重要的核苷酸衍生物
1）ATP（腺嘌呤核糖核苷三磷酸）
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- 物P
O-
O O -物 P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
生物体内能量三的磷酸通腺苷用(ATP货) 币
2）辅酶核苷酸
NAD+、NADP+、FAD、CoA
结构中都含有腺苷酸组分
3）环化核苷酸 cAMP、cGMP
Chargaff定则：
1）碱基组成有种属的特异性，但没有组织 器官的特异性；
2）在DNA中，[A]=[T]，[G]=[C]； 3）生物DNA碱基组成不会因为年龄、营养、
环境的改变而改变。
DNA纤维的X-衍射图谱
不同来源的DNA具有相似的图谱----均匀的双 螺旋构造、0.34nm
1951
J. Watson (23y)
碱基在一条链上 的排列不受限制。
• 2条单链，反向平行，右
5’
手螺旋，大沟小沟
• 骨架（磷酸、戊糖）， 内侧（碱基），垂直，平 行
• 直径2nm，10bp/螺旋， 螺距3.4nm
• 碱基配对存在
• 碱基排列不受限制
3’
3’ 小沟
大沟 5’
2、意义
大大推动了分子生物学和分子遗传学的发展， 被誉为20世纪最伟大的发现之一。 第一次准确地阐述了DNA作为遗传信息的结 构基础和遗传信息传递的基本方式； 最主要的成就是碱基互补配对。
O
N N
N
H2N
N
H
鸟嘌呤
O
N
N
N
N
H
次黄嘌呤
3、核苷与核苷酸
嘌呤N9、嘧啶N1 C5’
C1’
核苷酸命名：
RNA DNA
腺嘌呤 A
AMP dAMP
鸟嘌呤 G
GMP dGMP
胞嘧啶 C
CMP dCMP
尿嘧啶 U
UMP 未发现
胸腺嘧啶 T
未发现
dTMP
M-单（D-二、T-三）；P-磷酸；d-脱氧 RNA中：某苷（单、二、三）磷酸 DNA中：脱氧+某苷（单、二、三）磷酸 稀有核苷酸命名与之类似
mRNA（messenger RNA） tRNA（transfer RNA） 分布：细胞质为主，细胞核为辅；病毒
第二节 核酸的化学组成
一、核酸的元素组成
基本元素：C、H、O、N、P 特点：
一般不含S； P含量恒定（DNA 9.9%，RNA 9.5%）， 可用定磷法进行核酸的定量分析。
二、核酸的分子组成
DNA重组技术
70年代初建立的 DNA重组技术是基因 工程的核心技术。
人类阔步迈进后基因组时代
1990年 美国 人类基因组计划（Human Genome Project，HGP） 30 亿美元 “人体 地图” 10 万基因 1999年 中国加入HGP 2001年 Nature、Science共同发表 后基因组时代（post-genome era）：研究各 种基因的功能与调节。
剑桥大学 Cavendish Lab.
F. Crick (35y)
1、DNA双螺旋结构的要点
DNA 分 子 由 两 条 多 核 苷酸单链组成。两条 链沿着同一根轴平行 盘绕，形成右手双螺 旋。螺旋中的两条链 方向相反，一条链的 方向为5’→3’，而 另一条链的方向为 3’→5’，螺旋上有 一个大沟和一个小沟。
3、稳定因素
碱基位于螺旋内 侧，磷酸和脱氧 核糖位于螺旋外 侧 ， 形 成 DNA 分 子的骨架。碱基 平面与螺旋轴垂 直，糖环平面与 螺旋轴平行。
螺旋横截面的直 径约2 nm，相邻 两个碱基平面之 间的距离为0.34 nm，每10bp形成 一个螺旋，螺矩 3.4 nm。
螺旋内部碱基配 对存在，AT之间 形成两个氢键， GC之间形成三 个氢键；
4）糖基载体 ADPG、UDPG
第三节 核酸的分子结构
一、核酸的一级结构
概念：各核苷酸残基沿核酸链的排列顺序 连接键：3’,5’-磷酸二酯键 方向：5’→3’
首
3’
-H2O 酯键相连
5’
3’,5’-磷酸二
尾
酯键
表示方法：结构式~、线条式~、字母式~
A
核苷酸
P
3’-OH
5’-磷 戊糖
A G 酸C T G
C
5’
P
P P PP
3’
P OH
5’ pApGpCpTpGpC-OH 3’ 5’ AGCTGC 3’
二、DNA的高级结构
（一）二级结构
指的是DNA的双螺旋结构。 1953年，Watson和Crick 根据DNA中碱基 的物化数据和酸碱滴定、DNA碱基组成 的定量分析、DNA纤维的X-衍射图谱， 提出了DNA双螺旋结构模型。
可以使R型肺炎球菌转化为S型肺炎球菌 ➢从加热杀死的S型肺炎球菌将蛋白质、核酸、多糖、
脂类分离出来，分别加入到R型肺炎球菌中 ➢只有核酸可以使R型肺炎球菌转化为S型肺炎球菌。 ➢结论：DNA是改变遗传性状的转化因子
1952年，美国冷 泉港（cold spring harbor）
Hershey-Chase 噬菌体侵染细菌 的实验
二、核酸的种类、分布和功能
（一）DNA
脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid）; 功能：遗传信息的贮存； 分布： 真核生物：细胞核为主，细胞器为辅； 原核生物：类核区、质粒 病毒
（二）RNA
核糖核酸（ribonucleic acid）； 功能：多样，主要参与遗传信息的表达； 主要种类：rRNA（ribosomal RNA）
核酸
核苷酸
水
解
磷酸
核苷
戊糖
碱基
1、戊糖
核糖 （in RNA）
2’-脱氧核 糖
（in DNA）
Байду номын сангаас
2、碱基 RNA
嘧啶环
4 3N 5
2 N1 6
6 1 N 5 7N
2
3N
4
N 9
8
嘌呤环
尿嘧啶 U
胞嘧啶 C
腺嘌呤 A
胸腺嘧啶 T
鸟嘌呤 G
DNA
稀有碱基
都是基本碱基的化学修饰型 嘌呤：如黄嘌呤（X） 、次黄嘌呤（I） 等 嘧啶：如二氢尿嘧啶（D）、 5-甲基胞 嘧啶等
第五章 核酸化学
核酸概述 √ 核酸的化学组成 √ 核酸的分子结构 √ 核酸的重要性质 √ 核酸研究技术
第一节 核酸概述
一、核酸的研究历史
1869 瑞士 F.Miescher 从外科绷带脓细胞的 细胞核中分离出一种 有机物，称为核素， 由于它有很强的酸性， 后改称为核酸。
肺炎球菌转化实验
➢1944年 纽约 洛克菲勒研究所 Avery ➢加热杀死的S型肺炎球菌中有某种特殊的生物分子，
4、重要的核苷酸衍生物
1）ATP（腺嘌呤核糖核苷三磷酸）
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- 物P
O-
O O -物 P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH
生物体内能量三的磷酸通腺苷用(ATP货) 币
2）辅酶核苷酸
NAD+、NADP+、FAD、CoA
结构中都含有腺苷酸组分
3）环化核苷酸 cAMP、cGMP
Chargaff定则：
1）碱基组成有种属的特异性，但没有组织 器官的特异性；
2）在DNA中，[A]=[T]，[G]=[C]； 3）生物DNA碱基组成不会因为年龄、营养、
环境的改变而改变。
DNA纤维的X-衍射图谱
不同来源的DNA具有相似的图谱----均匀的双 螺旋构造、0.34nm
1951
J. Watson (23y)
碱基在一条链上 的排列不受限制。
• 2条单链，反向平行，右
5’
手螺旋，大沟小沟
• 骨架（磷酸、戊糖）， 内侧（碱基），垂直，平 行
• 直径2nm，10bp/螺旋， 螺距3.4nm
• 碱基配对存在
• 碱基排列不受限制
3’
3’ 小沟
大沟 5’
2、意义
大大推动了分子生物学和分子遗传学的发展， 被誉为20世纪最伟大的发现之一。 第一次准确地阐述了DNA作为遗传信息的结 构基础和遗传信息传递的基本方式； 最主要的成就是碱基互补配对。
O
N N
N
H2N
N
H
鸟嘌呤
O
N
N
N
N
H
次黄嘌呤
3、核苷与核苷酸
嘌呤N9、嘧啶N1 C5’
C1’
核苷酸命名：
RNA DNA
腺嘌呤 A
AMP dAMP
鸟嘌呤 G
GMP dGMP
胞嘧啶 C
CMP dCMP
尿嘧啶 U
UMP 未发现
胸腺嘧啶 T
未发现
dTMP
M-单（D-二、T-三）；P-磷酸；d-脱氧 RNA中：某苷（单、二、三）磷酸 DNA中：脱氧+某苷（单、二、三）磷酸 稀有核苷酸命名与之类似
mRNA（messenger RNA） tRNA（transfer RNA） 分布：细胞质为主，细胞核为辅；病毒
第二节 核酸的化学组成
一、核酸的元素组成
基本元素：C、H、O、N、P 特点：
一般不含S； P含量恒定（DNA 9.9%，RNA 9.5%）， 可用定磷法进行核酸的定量分析。
二、核酸的分子组成
DNA重组技术
70年代初建立的 DNA重组技术是基因 工程的核心技术。
人类阔步迈进后基因组时代
1990年 美国 人类基因组计划（Human Genome Project，HGP） 30 亿美元 “人体 地图” 10 万基因 1999年 中国加入HGP 2001年 Nature、Science共同发表 后基因组时代（post-genome era）：研究各 种基因的功能与调节。
剑桥大学 Cavendish Lab.
F. Crick (35y)
1、DNA双螺旋结构的要点
DNA 分 子 由 两 条 多 核 苷酸单链组成。两条 链沿着同一根轴平行 盘绕，形成右手双螺 旋。螺旋中的两条链 方向相反，一条链的 方向为5’→3’，而 另一条链的方向为 3’→5’，螺旋上有 一个大沟和一个小沟。
3、稳定因素
碱基位于螺旋内 侧，磷酸和脱氧 核糖位于螺旋外 侧 ， 形 成 DNA 分 子的骨架。碱基 平面与螺旋轴垂 直，糖环平面与 螺旋轴平行。
螺旋横截面的直 径约2 nm，相邻 两个碱基平面之 间的距离为0.34 nm，每10bp形成 一个螺旋，螺矩 3.4 nm。
螺旋内部碱基配 对存在，AT之间 形成两个氢键， GC之间形成三 个氢键；