核苷酸和核酸

第二章核昔酸和核酸

引言

核酸的发现：

核酸是瑞士科学家F.Miesher于18 6 8年在研究细胞核化学组成成分时发现的，他把从细胞中分离出来的酸性的含磷的物质称为核酸。

二、如何证明核酸是遗传物质的载体？

1.19 4 4年0. T. Avery的细菌转化实验是获得DNA携带遗传信息的第一个证明。2・1 9 5 2年Alfred D.和Hershey等人建立的TJ筮菌体捣碎的实验——第二个证据。

材证明噬菌体复制的物质是DNA而不是蛋白质外壳

3.1953年Watson和Crick的DNA双螺旋模型的发现，更进一步揭示了DNA作为遗

传物质储存和信息传递的化学机制。

4.核酶的发现，一些核酸本身具有酶催化的活性。

三、核酸的种类和分布

1.分类：根据分子中所含戊糖的种类分为脱氧核糖核酸和核糖核酸。

2.分布：

DNA:真核:98%核中（染色体中）核外:线立体（mD\A）叶绿体（ctD\A）

原核:拟核核外:质粒病毒：D\A病毒

RNA：以细胞质中存在为主，细胞核中也有：tRNA （转移RNA） RRNA

（核糖体RNA） MRNA

（信使RNA） RNA 病

毒：SARS

第一节核酸的基本化学组成

前言已经讲过蛋口质，核酸是生物体中另一种重要的大分子，两者合起来称为生物体内最重要的两大分子。

蛋白质的完全水解产物一一各种氨基酸的混合物

不完全水解产物一一各种大小不等的肽段和氨基酸混合物核酸的完全水解产物一一嚓吟和喘唳碱、戊糖和磷酸混合物

不完全水解产物一一核昔和核甘酸

因此眈是蛋口质的基本组成单位，核昔酸是核酸的组成单位，核酸就是多聚核昔酸。

一.核酸的化学组成1 •元素组成：CH0NP,蛋白质元素组成：还有其他元素。

2. ------------- 分子组成：一一碱基（base）： BI吟碱，陀唏碱一一戊糖（ribose）:核糖，脱氧核糖磷酸（phosphate）

DNA的碱基组成：A G C T； RNA的碱基组成：A G C U

二.核昔酸的结构

1.戊糖组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为0-D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为B-D-核糖。

HOCH2 OH

OH

D•核糖D・2•脱氧核糖

尿«(uracil, U)

喀唳(pyrimidine)

鸟卩票吟(guanine, G)

OH OH

胞喘唳(cytosine, C) 胸腺(thymine, T)

表示方法：m5G 核酸中也存在一些不常见的稀有碱基，大部分是上述碱基的 甲

基化产物。

3. 核昔(ribonucleoside)的结构

碱基和核糖(脱氧核糖)通过糖昔键连接形成核昔(脱氧核昔)。核昔：AR, GR, UR, CR 脱氧核昔：dAR, dGR, dTR, dCR 稀有核昔：假尿昔(T),次黃昔(肌味)讦)， 黃嚓吟核昔(X),二氢尿喀啖核昔(D), 4•什么是核昔酸？什么是环核琴駆

是核昔的磷酸酯，一个核昔酸由含氮的杂 环瞟吟碱或喀唳碱、核

糖或脱氧核糖和磷酸组 成。具有磷酸有环酯结构的核昔酸， 如3’ ,

5’ -环式腺昔酸、2’ , 3’ -环式腺卩票 吟单核昔酸等。

核昔酸：

AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核昔酸：dAMP, dGMP, dTNIP, dCMP

NH -CHo

三、核昔酸的生物学功能

1.核昔酸是核酸的基本组成单位

2•是生物体各种生物化学成分代谢转换过程的能量货币，如前面讲的ADP, ATP 中的磷酸酯键的水解能释放出大量的能量，供机体代谢需要。

3.核昔酸是多种酶的辅助因子的组成成分。

4.一些核昔酸是细胞通讯的媒介，是第二信使，如cAMP, ppGppo

第二节磷酸二酯键和多核昔酸

一、什么是磷酸二酯键？

也就是一个核昔酸的磷酸基与另一个核昔酸戊糖上的醇疑基脱水形成酯键，在核酸中即戊糖上的3’醇疑基与5’磷酸基之间脱水形成3',亍-磷酸二酯键。

二、什么是核酸或称多聚核昔酸？

是通过一个核昔酸的3’醇羟基与另一个核背酸的5'磷酸基形成3'拓‘ - 磷酸二酯键相连而成的链状生物大分子聚合物。

三、多聚核昔酸的结构特征：

1主链是相间出现的磷酸戊糖残基通过共价键连接；

2各种碱基排在主链外侧；

3磷酸二酯键在主链中取向相同从5' ——>3’ ；

4线性结构有3’和亍末端，即在3’位置上缺乏核昔酸残基,5’末端即在5’ 位置

上缺乏核昔酸残基。3'端有游离的疑基，5'端有游离的磷酸基。

四、核酸的表示方法：

1 •磷酸基团用P表示；

2.戊糖用垂直竖线表示，五个C从上到下依次为1' ——>5':

3•方向为5’——>3’ ；

OH 3’

五、碱基的性质影响核酸结构

1.大部分键具有共辘双键性质，因此有紫外吸收特性，最大吸收在260nm：

5’

（1）摩尔磷消光系数：指含磷为I摩尔浓度的核酸溶液在2 6 Onm的吸光值。

核酸分子太大，易断，不易得到大分子，因此用该方法来求核酸中核昔酸的量，磷量与核昔酸残基量相等，因此用磷的量来表示，摩尔浓度相等。

s（ P）260二A：eo/CL

（C为磷中摩尔浓度，L为比色杯直径cm, A逊吸光度）

（2）摩尔消光系数：指1摩尔浓度核酸溶液，在一定pH条件下某一波长的吸光值。

2.碱基有疏水性，产生的碱基间的疏水堆积作用是稳定核酸空间结构的重要力；

3.碱基上的氮原子，拨基和环外氨基，形成氢键，维持DM双螺旋的力；

4.碱基的性质影响核昔酸的解离程度：在P H3.5溶液中，UMP——>GMP——>CMP ——>AMP

第三节DNA的结构与功能

DNA的一级结构

脱氧核糖核酸的排列顺序，可以用碱基排列顺序表示

连接键：3’ , 5’ -磷酸二酯键，磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架碱基形成侧链

多核昔酸链均有5’ -末端和3’ -末端

DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核昔酸千变万化的不同排列组合之中。二、Chargaff定则:

①不同物种间D\A碱基组成一般是不同的；

®同一物种不同组织的DM样品的碱基组成相同；

◎ 一个物种的DNA碱基组成不会因个体的年龄、营养状态和

环境改变而改变；

④任何一种DNA样品中，A的量二T的量，G的量二C的量，

因此A+G二OT ； A+G+C+T二100%。例如G+C 含量为40%,

则G二20%、020%、A二30%。T=30%

三、DNA双螺旋结构模型

1.模型建于1953年，ill J. Watson和F. Crick建立,并获得Nobel奖。

2.模型建立的依据：a.已有的核酸化学结构知识；

b.E. Char gaff发现的碱基配对规律；

c.M. wilkins和R. Franklin的DNA的X射线衍射结果。

3.双螺旋模型的重要特征：（以下为B型结构特征）

①两条链反向平行，围绕同一中心轴缠绕，均为右手螺旋；

②碱基位于螺旋内侧，磷酸和戊糖在外侧，彼此通过3' , 5'-磷酸二酯键相连接，

碱基平面与轴垂直，糖环平面与轴平行，曲于碱基配对，形成一大沟

和一小沟

(3)螺旋每旋转一周有10. 5个核昔酸组成，每圈螺距为3. 4nm,相邻碱基之间的

距离为0. 34nm,每两个核昔酸之间的夹角为36度，平均的螺旋直径为2nm；