生物化学课件(1)

二、核酸的化学组成
磷酸 核酸 核苷酸 （RNA、DNA） 戊糖 核苷 碱基 A、G、C、T （DNA） 脱氧核糖（DNA） A、G、C、U （RNA） 核糖（RNA）
（一）戊糖（pentose） 戊糖（pentose）
HOH2C H H OH
β-D-核糖 核糖
O H
OH HOH2C
O H H H
稳定DNA双螺旋结构的作用力
（1）互补碱基对之间的氢键 （2）碱基堆积力（base-stacking forces） 碱基堆积力（baseforces） （3）磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子之间 形成的离子键
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DNA的双螺旋结构的意义 DNA的双螺旋结构的意义 该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性 该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性 DNA 特征，最有价值的是确认了碱基配对原则， 特征 ， 最有价值的是确认了碱基配对原则 ， 这是是DNA复制、转录和反转录的分子基础， DNA复制 这是是DNA复制、转录和反转录的分子基础， 亦是遗传信息传递和表达的分子基础。 亦是遗传信息传递和表达的分子基础 。 该模 型的提出是本世纪生命科学的重大突破之一 ， 它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个 生命科学飞速发展的基石。 生命科学飞速发展的基石。
1958
60年代 RNA研究取得大发展（操纵子学说， 年代 研究取得大发展（ 研究取得大发展 操纵子学说， 遗传密码，逆转录酶）。 遗传密码，逆转录酶）。
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• 70年代 年代 • 80年代 年代
建立DNA重组技术，改变了分子生物学的面貌， 重组技术，改变了分子生物学的面貌， 建立 重组技术 并导致生物技术的兴起。 并导致生物技术的兴起。 RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义 研究出现第二次高潮： 研究出现第二次高潮 、反义RNA、 、 世界” “RNA世界”假说等等。 世界 假说等等。
DNAase降解 DNAase降解 后的DNA 后的DNA
R
S
R
只有II R型 只有II R型
少数II R型细胞被转化产 少数II R型细胞被转化产 S型荚膜 生III S型荚膜
大多数仍 R型 为II R型
2.1核酸的种类、分布与化学组成 2.1核酸的种类、分布与化学组成
• 一、核酸的种类与分布 DNA；RNA • 二、核酸的化学组成 碱基；戊糖；磷酸；核苷；核苷酸 • 三、核酸的生物学功能
② A=T；G=C；A+G=T+C ； ；
（ ） 2．DNA双螺旋结构模型 double-helical structure） DNA双螺旋结构模型
1953年Watson和Crick提出了 年 提出了DNA双螺旋结构。 双螺旋结构。 和 提出了 双螺旋结构
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• 特征： 特征： ①两条脱氧核苷酸链以反向平 行的方式围绕同一中心轴向 右盘绕 主链处于螺旋的外侧（ ②主链处于螺旋的外侧（核糖 磷酸） +磷酸）核糖平面与螺旋轴 平行； 平行； 碱基处于螺旋的内 与中轴垂直。 侧，与中轴垂直。 螺距：10bp—3.4nm— ③螺距：10bp—3.4nm—3600 đ=2nm 大沟与小沟： ④大沟与小沟： 蛋白质识别DNA DNA的特定遗 蛋白质识别DNA的特定遗 传信息的关键点 ⑤ 碱基互补配对
OH H
H OH
H OH
β-D-2-脱氧核糖 脱氧核糖
HOH2C H H OH
O H
OH H OCH3
β-D-2-O-甲基核糖
（二）碱基（base） （二）碱基（base） 碱基
嘧啶碱（ Py） 1. 嘧啶碱（pyrimidine, Py）
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胞嘧啶
胸腺嘧啶
尿嘧啶
Pu） （2）嘌呤碱（purine, Pu） 嘌呤碱（
双螺旋结构的多态性
T-A-T
多聚嘌呤
C-G-C
多聚嘧啶
DNA分子间的 DNA分子间的 三链结构
DNA三链间的 DNA三链间的 碱基配对
DNA分子内的 DNA分子内的 三链结构
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真核细胞染色体DNA 真核细胞染色体DNA 双链线状 噬菌体T 噬菌体T2，T5，T7，λ，P22 E-Coli染色体DNA Coli染色体DNA 染色体 线粒体DNA 线粒体DNA 叶绿体DNA 双链环状 叶绿体DNA 多瘤病毒DNA 病毒SV DNA， 多瘤病毒DNA，病毒SV40DNA 噬菌体λ和φX174的复制型 噬菌体λ φX174的复制型 单链线状：动物病毒MVM 单链线状：动物病毒MVM 单链环状：噬菌体φX174 单链环状：噬菌体φX174
第二章 核酸化学
Chapter 2 Chemistry of Nucleic Acid
• 1869 瑞士 Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种 瑞士F. 从脓细胞的细胞核中分离出了一 含磷酸的有机物，当时称为核素（ 含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein）,后称 ） 后称 为核酸（ 为核酸（nucleic acid）；此后几十年内，弄清了 ） 此后几十年内， 核酸的组成及在细胞中的分布。 核酸的组成及在细胞中的分布。 • 1944 Avery 等成功进行肺炎球菌转化试验；1952年Hershey 等成功进行肺炎球菌转化试验； 年 可进入噬菌体内， 等的实验表明32P-DNA可进入噬菌体内， 证明 可进入噬菌体内 证明DNA 是遗传物质。 是遗传物质。
◆
◆
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2.1核酸的种类、分布与化学组成 2.1核酸的种类、分布与化学组成
• 一、核酸的种类与分布
一、核酸的种类和分布
核酸 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid DNA） mRNA 核糖核酸（RNA） tRNA ribonucleic acid rRNA DNA主要存在于细胞核，线粒体、叶绿体也有。 RNA主要存在于细胞质中，细胞核内也有。 原核生物和真核生物都含有DNA和RNA。 病毒只含有DNA或RNA
(ψ)
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（四）核苷酸
=
磷酸 + 戊糖 + 碱基
NH2 N
O NH2 N
HO
CH2
O
N
O
HO
P OH
O
CH2
O
N
O
OH OH
OH OH
核苷酸的重要衍生物 ① ATP类的高能磷酸化合物
AMP ADP ATP
② 环状核苷酸
核苷酸的生物学功能
•作为核酸的单体 •细胞中的携能物质（如ATP、GTP、CTP、GTP） 细胞中的携能物质（ ATP、GTP、CTP、GTP） •酶的辅助因子的结构成分（如NAD） 酶的辅助因子的结构成分（ NAD） •细胞通讯的媒介（如cAMP、cGMP） 细胞通讯的媒介（ cAMP、cGMP）
2.2核酸的分子结构 2.2核酸的分子结构
一、DNA的分子结构 （一）一级结构 （二）二级结构 （三）三级结构 （四）DNA与蛋白质复合物的结构
（一）DNA的一级结构
1、核苷酸的连接方式
核苷酸之间以磷酸二酯 核苷酸之间以磷酸二酯 键连接形成多核苷酸链， 连接形成多核苷酸链， 即核酸。 即核酸。
2、DNA的一级结构 、 的一级结构
1952年M.Wilkins 年
（2）DNA碱基组成的定量分析 DNA碱基组成的定量分析 20世纪40年代chargaff规则 世纪40年代chargaff 20世纪40年代chargaff规则 碱基组成有种的特异性， ① DNA碱基组成有种的特异性，但没有组织、器 碱基组成有种的特异性 但没有组织、 官特异性。
DNA一级结构的表示法 DNA一级结构的表示法
A
1´ ´ 3´ ´ 5´ ´
5´ ´
C
T
G
p
p
p
p
OH 3´ ´
线条式
3´ ´
5´ ´
ACTGCATAGCTCGA 3´ ´ 字母式
结构式
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（二）DNA的二级结构 DNA的二级结构
1．提出DNA双螺旋结构模型的根据 提出DNA DNA双螺旋结构模型的根据 （1）x-光衍射分析 ） 光衍射分析
三、核酸的生物学功能
(1)DNA是主要遗传物质 (2)RNA的功能多样性
肺炎球菌转化实验图解
S型细胞 III S型细胞 有毒） （有毒） 破碎细胞 DNA R型细胞 II R型细胞 无毒） （无毒）
+
R（粗糙） （粗糙） S（光滑） （光滑）
R型细胞接受 II R型细胞接受 S型 III S型DNA
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1953
Watson和Crick建立了 和 建立了DNA结构的 建立了 结构的 双螺旋模型，说明了基因的结构、 双螺旋模型，说明了基因的结构、 信息和功能三者间的关系， 信息和功能三者间的关系，推动了 分子生物学的迅猛发展。 分子生物学的迅猛发展。 Crick提出遗传信息传递的中心法则。 提出遗传信息传递的中心法则。 提出遗传信息传递的中心法则
鸟嘌呤 腺嘌呤
其它嘌呤（核酸的代谢产物）： 其它嘌呤（核酸的代谢产物）： 黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等
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(三)核 苷
NH2 N N HOCH2 H H OH O H H OH N N N OH N N NH2 N OH
H2N N N HO N HO N HOCH2 HOCH2 HOCH2 O O O H H H H H H H H H H H H OH OH OH OH OH OH 鸟鸟鸟胞胞 胞胞胞胞胞 尿胞胞胞胞
5-Methyl-dC
H H H H
N N
N N dR
CH 3
N 6 - M e t h y l- d A
HOCH2
Ade O H H
②
H H
OH OCH3
2'-O-甲基腺苷(Am)
O
③
HN 5 O HO CH
2
NH
O H OH 1' H
H H OH
假尿嘧啶核苷 ( p s e u d o u r id in e )
腺鸟鸟胞胞
如果是存在于DNA中的脱氧核苷则2’位则是H而不是OH。
核糖核苷（核苷）：A、G、C、U
核苷
脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dA、 、 、 脱氧核糖核苷（脱氧核苷）： 、dG、dC、dT ）：
命名， 命名，简写符号
修饰核苷（modified nucleoside） nucleoside） 修饰核苷（ 稀有核苷（ nucleoside） 稀有核苷（uncommon nucleoside）
20
L=23,T=23, W=0 解链环形
15 10
8
16
L=23,T=25,W=–2 负超螺旋
23
1
超螺旋状态的定量描述
20
L=25,T=25,W=0
5
松弛环形
公式1 公式1：L=T+W 10 15 连环数（ number）， L——连环数（linking number）， 连环数 DNA双螺旋中一条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数 双螺旋中一条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数。 DNA双螺旋中一条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数。 DNA分子中的螺旋数 number） T——DNA分子中的螺旋数（twisting number） DNA分子中的螺旋数（ 超螺旋数或缠绕数（ number） W——超螺旋数或缠绕数（writhing number） 超螺旋数或缠绕数
23 1
DNA超螺旋的形成 DNA超螺旋的形成
20
L=25,T=25, W=0 松弛环形
15 10
5
1
5
10
15
20
25
1
5
10
15
20
23
右手旋转拧松两匝后的线形DNA 右手旋转拧松两匝后的线形
4 23 1 1 5 23
wenku.baidu.com
21
13
超螺旋的拓 扑学公式： 扑学公式： L=T+W 或 α=β+τ β τ
• 90年代后 实施人类基因组计划（HGP）, 开辟了生命科学 年代后 实施人类基因组计划（ ） 新纪元。生命科学进入后基因时代： 新纪元。生命科学进入后基因时代：
◆
蛋白质组学（ 蛋白质组学（proteomics） ） 结构基因组学（ 结构基因组学（structural genomics） ） RNA组学（Rnomics）或核糖核酸组学 组学（ 组学 ） （ribonomics） ）
DNA
（三）DNA的三级结构 的三级结构
• 定义：双螺旋进一步扭曲形成的更高层次的空 定义：
间结构。如扭拮、超螺旋等。 间结构。如扭拮、超螺旋等。
螺 旋 和 超 螺 旋 电 话 线
超螺旋
螺旋
1．共价闭合环状DNA 共价闭合环状DNA cccDNA） （covalently closed circular DNA, cccDNA） 超螺旋结构 结构（ structure） 的超螺旋结构（superhelical structure） 形成超螺旋的基础: 形成超螺旋的基础 DNA双螺旋的扭曲形 双螺旋的扭曲形 成超螺旋（ 成超螺旋（superhelix） ）
修饰核苷包括三种情况: 修饰核苷包括三种情况: ① ② ③ 由修饰碱基和糖组成的核苷 由非修饰碱基和2-O-甲基核糖组成的核苷 由非修饰碱基和2 由碱基与糖连接方式特殊的核苷
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①
O HN O N R
5 ,6 -d ih yd ro u rid in e (D o r h U )
H
CH N
3
NH 2 N O N dR