第三章 核酸.ppt

第三章 核酸Nucleic Acids,1868年,FMiescher从外科绷带上脓细胞核中首次分离。核酸是遗传信息的载体，其基本组成单元为核苷酸。核苷酸由碱基、戊糖、磷酸组成。核酸按其所含的戊糖种类的不同分为两大类：核糖核酸（RNA），脱氧核糖核酸（DNA）。DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体也含有DNA。RNA主要分布在细胞质中。,一、概况,核苷酸由碱基、戊糖和磷酸连接而成。,二、核酸的化学组成单元核苷酸,核酸中的碱基有两类：嘌呤碱和嘧啶碱,嘧啶是平面分子，嘌呤也很接近平面，但稍有翘折。,两种主要的嘌呤碱：腺嘌呤（A)和鸟嘌呤(G)。三种主要的嘧啶碱：胞嘧啶（C)、尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)。,酮式与烯醇式,核苷酸的碱基有酮式和烯醇式两种形式，核苷酸聚合成DNA分子后，以酮式存在,组成核苷酸的戊糖核糖与脱氧核糖,糖环上的C1与嘧啶碱的N1或与嘌呤碱的N9相连接。糖与碱基之间的连键是NC键，称为N-糖苷键。C1是手性碳，和两种构型。核酸分子中的糖苷键均为-糖苷键。核苷中的碱基与糖环平面互相垂直。,核苷由戊糖和碱基缩合而成，并以糖苷键连接,核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化，就形成核苷酸,核苷酸的命名及缩写符号：(c/d)NXP,核苷酸作为核酸的组成单元ATP等能量载体在细胞代谢调节中起重要作用（cAMP，cGMP，ppGpp等）。在生物体中作为辅酶或辅基参与代谢作用。,核苷酸的重要生物学功能,脱氧核糖核酸(DNA),一级结构是它的共价结构，包括核苷酸之间的共价连接方式和排列顺序。核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接起来。核酸链是有极性的，5-端，3-端。,DNA的一级结构,测定DNA的序列已经成为常规方法,DNA的空间结构,X-射线衍射方法分析DNA纤维和晶体，显示其有着周期性的重复结构。,1953年，Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型。该模型在分子生物学发展史上具有划时代的意义。,两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕。嘌呤碱基与嘧啶碱基位于双螺旋的内侧，磷酸与核糖在外侧，彼此通过3,5-磷酸二酯键相连接，形成DNA分子的骨架。碱基平面与纵轴垂直，糖环的平面则与纵轴平行。两条链均为右手螺旋。双螺旋结构上有大小两条螺形凹沟。螺旋直径为2nm，每一圈的高度为3.4nm，沿中心轴每旋转一周有10个核苷酸。两条核苷酸链依靠彼此碱基之间形成的氢键相连而结合在一起。A与T配对，形成两个氢键；G与C配对，形成三个氢键。,碱基配对,碱基堆积力互补碱基对之间的氢键（GC之间的连接较为稳定）磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的离子键范德华引力（van derwaals force）。,维持DNA双螺旋的因素,四：核糖核酸(RNA)的结构,主要RNA核糖体RNA(rRNAs)信使RNA（mRNAs）转移RNAs(tRNAs)其他的RNA，核内小RNA（snRNA）、染色体RNA（chRNA）等。天然RNA只有局部区域为双螺旋结构。,tRNA的二级结构都呈三叶草形,tRNA三级结构的形状象一个倒写的L字母,原核生物和真核生物的mRNA的结构不同：1.原核生物的mRNA是多顺反子，真核生物的mRNA是单顺反子。2.极大多数真核细胞mRNA在3-末端有一段长约200个核苷酸的polyA。3.真核细胞mRNA 5-末端还有一个特殊的结构5-m7G-5ppp5-Nm-3-P，称为5-帽子。,mRNA是蛋白质合成的模板,5-帽子和3poly A尾,E.Coli的16SRNA,五、核酸的理化性质,核酸的紫外吸收（260nm）旋光核酸的两性解离核酸的变性、复性与杂交,核酸的变性,核酸的变性指核酸双螺旋区的氢键断裂，变成单链的无规则线团，使核酸的某些光学性质和流体力学性质发生改变，有时部分或全部生物活性丧失，并不涉及共价键的断裂。变性因素：加热、极端的pH、有机溶剂、酰胺、尿素等。增色效应（hyperchromic effect）。,Tm（melting temperature,核酸的熔点或熔解温度)：紫外吸收值到达总增加值一半时的温度。,热变性,DNA的Tm值大小与下列因素有关：DNA的均一性GC的含量：GC%=（Tm 69.3）2.44介质中的离子强度,变性DNA在适当条件下，两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构的过程。,复性（renaturation）,分子杂交,异源核酸之间在某些区域有相同的序列，则退火条件下能形成异源双链，这种过程称为分子杂交,