核酸化学与核苷酸代谢优秀课件
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核酸化学与核苷酸代谢
概述
• 核酸与蛋白质一样，是一切生物机体不可缺 少的组成部分。
• 核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它 不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的 保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作 用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代 谢病等也密切相关。
• 因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和 医学的重要基础之一。
• 核酸是由核苷酸组成的具有复杂三维结构的 大分子化合物，是遗传的物质基础。
本章要讲述的主要内容
第一节 核酸的化学组成及分类 第二节 核酸的分子结构 第三节 核酸的理化性质 第四节 核苷酸代谢
第一节 核酸的化学组成及分
类
一. 核酸的种类
•核糖核酸（ribonucliec acid, RNA)
•脱氧核糖核酸(deoxyribonucliec acid DNA)
•核心颗粒和 连接区DNA及附着在连接区DNA 上的 组蛋白H1构成核小体
一个个核小体连接成串珠状结构 折叠
折叠
染色单体
第三节 RNA的结构和功能
一、 RNA的类型
1. 核蛋白体RNA(ribosomal RNA, rRNA)
2. 信使RNA (messenger RNA, mRNA)
3. 转运RNA (transfer RNA, tRNA) 4. 不均一核RNA(HnRNA) 5.小核RNA(SnRNA)
核酸
核酸酶水解
核苷酸
核苷
戊糖
碱基
磷酸
核苷
由戊糖和碱基以糖苷键连接而成
核糖
脱氧核糖
嘌呤碱基 嘧啶碱基
NH2CNNCCHHCC
C
9
N
+H
NH2
CN NC
CH HC C C N
H
腺苷
NH2
CN
NC
CH
HC
C
C
9
N
H
+
1’
NH2 CN NC
CH HC C C N
H
脱氧腺苷
由核苷的戊 糖羟基被磷 酸酯化而成
把核内DNA的碱基顺序（遗传信 息），按照碱基互补的原则，抄袭并 转送至胞质，在蛋白质合成中用以翻
(2) 使碱基平面堆积的平面间范德华力, 又称碱基堆积力
(3) 离子键
二、DNA结构的多样性
A-DNA：右手螺旋
B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺旋 生理条件下DNA最稳定的结构形式
Z-DNA：左手螺旋
DNA 的 三 级 结 构
原核生物
没有典型的细胞核结构，超螺旋结构
被认为是原核生物ＤＮＡ的三级结构
腺嘌呤 (A ) 鸟嘌呤 (G)
胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶(T)
RNA
腺嘌呤 (A) 鸟嘌呤 (G)
胞嘧啶(C) 尿嘧啶 (U)
戊糖
(Pentose)
D-2-脱氧核糖
D-核糖
酸
(Acid)
磷酸
磷酸
嘌呤碱
NH2
C N1 6 5C
N
7
8C H
H
C2 3 4C N
9
N
H
NH2
C N 6C
N
CH
HC
C C
一、 DNA分子模型建立 1.Chargaff 碱基组成规律 2.DNA晶体的X-射线图谱研究 各原子之间的键长、键角
Chargaff 碱基组成规律
(1) 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等. A=T
鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等. G=C
嘌呤总数=嘧啶总数
A+G=C+T
(2) DNA的组成具有种的特异性
(3) DNA的碱基组成没有组织的特异性, 且较为稳定,不随年龄、营养状态、 环境改变的影响
ＤＮＡ分子双螺旋结构模型要点
1. ＤＮＡ由两条反向平 行的脱氧多核苷酸（两 条链的走向为5’→3’和 3’→5’），围绕一中心 轴（假想轴）构成右手 双螺旋结构。
5’C
3’
2. 碱基在双螺旋内侧。
双链中相对的碱基按 Ａ＝Ｔ和Ｇ≡Ｃ通过 氢键配对连接，形成 互补.
磷酸基与脱氧核糖在外侧，
彼此间以磷酸二酯键相
二、DNA的生物学功能
携带并传递遗传信息
DNA 的 一 级 结 构
DNA分子中核苷 酸的排列顺序.
四种脱氧核糖核苷酸 通过3’、5’ -磷酸二酯 键彼此连接而形成的 直线形或环线形分子.
核苷酸链的书写方法
DNA 的 二 级 结 构
即DNA分子的空间结构 双螺旋结构
由James Watson和Francis Crick提出
二、 RNA的结构与功能
mRNA的结构与功能
※由HnRNA经过剪接而成 ※半衰期最短，几分钟到数小时
一 、 mRNA的结构特点
(1) 3’末端有多聚腺嘌呤的结构(polyA) (2) 5’末端具有帽子结构(m7GpppNm) (3) 一种 mRNA只含有一条多肽链的信息
二 、 mRNA的功能
蛋白质合成的直接模板
连，构成ＤＮＡ的骨架。 3’
5’C
3. 碱基平面与中心 轴垂直，各相邻 平面部分重叠。
糖环平面与中心 轴平行。
4.双螺旋的直径为2nm
沿轴向，每个碱基平面
的距离为0.34nm
3.4nm
每圈螺旋含有10对 核苷酸，其轴向距 为3.4nm,
5.维持DNA双螺旋稳定的作用力
(1) 互补碱基间的氢键
•二, .核酸的化学组成
碱基(base)
核酸 核酸酶 核苷酸
戊糖(pentose)
磷酸(phosphate)
核酸的种类
•核糖核酸（RNA) • 脱氧核糖核酸(DNA)
两类核酸的基本化学组成比较
嘌呤碱 （Purine bases ）
碱基
(Base) 嘧啶碱 （Pyrimidine bases）
DNA
N
H
腺嘌呤(A)
O
C
6
N
NC
CH
H2N
C2 C
C
N
H
鸟嘌呤(G)
H C HN 3 4 5 CH
HC2 1 6 CH
O
N
C HN C CH3
C CH ON
H 胸腺嘧啶（T）
NH2 C HN CH C CH ON H O 胞嘧啶（C）
C HN CH
C CH ON
H 尿嘧啶（U）
核酸的组成
核糖核酸（RNA） 脱氧核糖核酸（DNA）
5’
※ 核苷酸的命名 含一个磷酸基团：核苷一磷酸（NMP） 含两个磷酸基团：核苷二磷酸（NDP） 含三个磷酸基团：核苷三磷酸（NTP）
N 代表各种碱基的名称 环化核苷酸：cNMP
O
第二节 DNA的结构与功能
一、DNA的结构 1. DNA的一级结构 2. DNA的二级结构 3. DNA的三级结构
真核生物
真核生物ＤＮＡ的三级结构是由ＤＮＡ分 子与组蛋白(histine)和非组蛋白(nonhistine protein,NHP)结合组成。 核小体结构
被认为是真核生物ＤＮＡ的三级结构
DNA 超螺旋
结构
•H2A、H2B、H3和H4各两分子 组成组蛋白八聚体，构成核心组蛋白 •双螺旋DNA以左手超螺旋的方式绕核心颗粒1.75 圈，缠绕在核心组蛋白表面，构成核心颗粒
概述
• 核酸与蛋白质一样，是一切生物机体不可缺 少的组成部分。
• 核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它 不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的 保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作 用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代 谢病等也密切相关。
• 因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和 医学的重要基础之一。
• 核酸是由核苷酸组成的具有复杂三维结构的 大分子化合物，是遗传的物质基础。
本章要讲述的主要内容
第一节 核酸的化学组成及分类 第二节 核酸的分子结构 第三节 核酸的理化性质 第四节 核苷酸代谢
第一节 核酸的化学组成及分
类
一. 核酸的种类
•核糖核酸（ribonucliec acid, RNA)
•脱氧核糖核酸(deoxyribonucliec acid DNA)
•核心颗粒和 连接区DNA及附着在连接区DNA 上的 组蛋白H1构成核小体
一个个核小体连接成串珠状结构 折叠
折叠
染色单体
第三节 RNA的结构和功能
一、 RNA的类型
1. 核蛋白体RNA(ribosomal RNA, rRNA)
2. 信使RNA (messenger RNA, mRNA)
3. 转运RNA (transfer RNA, tRNA) 4. 不均一核RNA(HnRNA) 5.小核RNA(SnRNA)
核酸
核酸酶水解
核苷酸
核苷
戊糖
碱基
磷酸
核苷
由戊糖和碱基以糖苷键连接而成
核糖
脱氧核糖
嘌呤碱基 嘧啶碱基
NH2CNNCCHHCC
C
9
N
+H
NH2
CN NC
CH HC C C N
H
腺苷
NH2
CN
NC
CH
HC
C
C
9
N
H
+
1’
NH2 CN NC
CH HC C C N
H
脱氧腺苷
由核苷的戊 糖羟基被磷 酸酯化而成
把核内DNA的碱基顺序（遗传信 息），按照碱基互补的原则，抄袭并 转送至胞质，在蛋白质合成中用以翻
(2) 使碱基平面堆积的平面间范德华力, 又称碱基堆积力
(3) 离子键
二、DNA结构的多样性
A-DNA：右手螺旋
B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺旋 生理条件下DNA最稳定的结构形式
Z-DNA：左手螺旋
DNA 的 三 级 结 构
原核生物
没有典型的细胞核结构，超螺旋结构
被认为是原核生物ＤＮＡ的三级结构
腺嘌呤 (A ) 鸟嘌呤 (G)
胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶(T)
RNA
腺嘌呤 (A) 鸟嘌呤 (G)
胞嘧啶(C) 尿嘧啶 (U)
戊糖
(Pentose)
D-2-脱氧核糖
D-核糖
酸
(Acid)
磷酸
磷酸
嘌呤碱
NH2
C N1 6 5C
N
7
8C H
H
C2 3 4C N
9
N
H
NH2
C N 6C
N
CH
HC
C C
一、 DNA分子模型建立 1.Chargaff 碱基组成规律 2.DNA晶体的X-射线图谱研究 各原子之间的键长、键角
Chargaff 碱基组成规律
(1) 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等. A=T
鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等. G=C
嘌呤总数=嘧啶总数
A+G=C+T
(2) DNA的组成具有种的特异性
(3) DNA的碱基组成没有组织的特异性, 且较为稳定,不随年龄、营养状态、 环境改变的影响
ＤＮＡ分子双螺旋结构模型要点
1. ＤＮＡ由两条反向平 行的脱氧多核苷酸（两 条链的走向为5’→3’和 3’→5’），围绕一中心 轴（假想轴）构成右手 双螺旋结构。
5’C
3’
2. 碱基在双螺旋内侧。
双链中相对的碱基按 Ａ＝Ｔ和Ｇ≡Ｃ通过 氢键配对连接，形成 互补.
磷酸基与脱氧核糖在外侧，
彼此间以磷酸二酯键相
二、DNA的生物学功能
携带并传递遗传信息
DNA 的 一 级 结 构
DNA分子中核苷 酸的排列顺序.
四种脱氧核糖核苷酸 通过3’、5’ -磷酸二酯 键彼此连接而形成的 直线形或环线形分子.
核苷酸链的书写方法
DNA 的 二 级 结 构
即DNA分子的空间结构 双螺旋结构
由James Watson和Francis Crick提出
二、 RNA的结构与功能
mRNA的结构与功能
※由HnRNA经过剪接而成 ※半衰期最短，几分钟到数小时
一 、 mRNA的结构特点
(1) 3’末端有多聚腺嘌呤的结构(polyA) (2) 5’末端具有帽子结构(m7GpppNm) (3) 一种 mRNA只含有一条多肽链的信息
二 、 mRNA的功能
蛋白质合成的直接模板
连，构成ＤＮＡ的骨架。 3’
5’C
3. 碱基平面与中心 轴垂直，各相邻 平面部分重叠。
糖环平面与中心 轴平行。
4.双螺旋的直径为2nm
沿轴向，每个碱基平面
的距离为0.34nm
3.4nm
每圈螺旋含有10对 核苷酸，其轴向距 为3.4nm,
5.维持DNA双螺旋稳定的作用力
(1) 互补碱基间的氢键
•二, .核酸的化学组成
碱基(base)
核酸 核酸酶 核苷酸
戊糖(pentose)
磷酸(phosphate)
核酸的种类
•核糖核酸（RNA) • 脱氧核糖核酸(DNA)
两类核酸的基本化学组成比较
嘌呤碱 （Purine bases ）
碱基
(Base) 嘧啶碱 （Pyrimidine bases）
DNA
N
H
腺嘌呤(A)
O
C
6
N
NC
CH
H2N
C2 C
C
N
H
鸟嘌呤(G)
H C HN 3 4 5 CH
HC2 1 6 CH
O
N
C HN C CH3
C CH ON
H 胸腺嘧啶（T）
NH2 C HN CH C CH ON H O 胞嘧啶（C）
C HN CH
C CH ON
H 尿嘧啶（U）
核酸的组成
核糖核酸（RNA） 脱氧核糖核酸（DNA）
5’
※ 核苷酸的命名 含一个磷酸基团：核苷一磷酸（NMP） 含两个磷酸基团：核苷二磷酸（NDP） 含三个磷酸基团：核苷三磷酸（NTP）
N 代表各种碱基的名称 环化核苷酸：cNMP
O
第二节 DNA的结构与功能
一、DNA的结构 1. DNA的一级结构 2. DNA的二级结构 3. DNA的三级结构
真核生物
真核生物ＤＮＡ的三级结构是由ＤＮＡ分 子与组蛋白(histine)和非组蛋白(nonhistine protein,NHP)结合组成。 核小体结构
被认为是真核生物ＤＮＡ的三级结构
DNA 超螺旋
结构
•H2A、H2B、H3和H4各两分子 组成组蛋白八聚体，构成核心组蛋白 •双螺旋DNA以左手超螺旋的方式绕核心颗粒1.75 圈，缠绕在核心组蛋白表面，构成核心颗粒