江南大学801生物化学课件总结3核酸化学Word格式文档下载.docx
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提出了分离胸腺核酸的方法。
④Levene和Jacobs:
鉴定出核酸中的D-核糖(1909)和2-脱氧-D核糖。
⑤Avery:
1944年研究了肺炎球菌转化实验,揭示了核酸的生物功能。
二、DNA双螺旋模型的建立
1、早期分子生物学研究的三大学派
⑴结构学派:
以英国物理学家Astbury和Bernal为代表,认为用X射线和结晶学技术研究生物大分子的结构,是
解决生物学问题的根本途径。
提出“分子生物学”,研究生物分子的三维结构、研究它们的起源和
功能问题是当代分子生物学的主旨。
⑵信息学派:
以物理学家Delbrü
ck与微生物学家Luria为代表,认为生物学研究的真正问题应该是信息传递问题,
包括信息如何被编码、如何保持其稳定性、偶然的变异如何产生。
⑶生化遗传学派:
包括一批用生物化学方法从事遗传学研究的科学家,试图阐明基因是如何行使功能而控制特定
性状的。
2、DNA双螺旋结构模型的提出
①时间:
1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型。
②主要依据:
⑴已知的核酸化学结构知识。
⑵Chargaff发现的碱基的组成规律。
⑶Wilkins和Franklin得到的DNAX射线衍射分析结果。
⑷Astbury对DNAX射线衍射图的研究。
⑸Pauling提出的蛋白质α螺旋结构。
3、双螺旋结构模型的意义
①说明了基因的结构、信息和功能三者之间的关系。
②三个学派得到统一,推动了分子生物学研究的迅猛发展:
操纵子学说提出、核酸序列测定。
§
注:
1958年,Crick提出“中心法则”。
三、生物技术的兴起及人类基因组计划
※DNA重组技术(分子生物学的第二次革命)
①DNA切割技术:
DNA限制性内切酶
②分子克隆:
工具酶(限制酶、DNA连接酶、DNA聚合酶、逆转录酶)
③快速测序:
酶法测序、化学测序技术
※基因工程/遗传工程:
利用DNA重组技术,对基因进行分子施工,改造基因,从而改变生物体的性状特征。
※在DNA重组技术的带动下发展出生物技术、生物工程。
※人类基因组计划:
随后进入后基因组时代,产生了功能基因组学、蛋白质组学、转录组学等学科。
四、核酸的类别、分布和功能
1、核酸的类别与分布
⑴脱氧核糖核酸DNA
①原核生物:
集中在核区。
含有染色体DNA和质粒DNA,为环状双链DNA。
②真核生物:
分布在细胞核(组成染色质),线粒体,叶绿体中。
含有染色体DNA、线粒体DNA和叶绿体DNA,
染色体DNA是线形双链DNA,线粒体DNA和叶绿体DNA是环状双链DNA。
③病毒:
只含有DNA或RNA,被外壳蛋白包裹。
⑵核糖核酸RNA
①tRNA占80%以上;
rRNA占15%左右;
mRNA占5%左右。
②病毒RNA
③其他RNA
2、核酸的生物学功能
①DNA是主要的遗传物质
②RNA参与蛋白质的生物合成
3、应用
①在食品方面:
强力助鲜剂,如肌苷酸和鸟苷酸。
②在医药方面:
ATP、CoA、基因疫苗、基因治疗等。
③工业生产:
催化剂。
第二节核酸的化学组成
※定义:
核酸是由C、H、O、N、P组成的一类重要的生物大分子。
一、碱基
1、正常碱基
嘌啉碱基
Purines
腺嘌啉A(DNA/RNA):
Adenine=6-aminopurine;
鸟嘌啉G(DNA/RNA):
Guanine=2-amino-6-oxypurine;
次黄嘌啉I:
Hypoxanthine=6-oxypurine
黄嘌啉X:
Xanthine=2,6-dioxypurine
嘧啶碱基
Pyrimidines
胞嘧啶C(DNA/RNA):
Cytosine=2-oxy-4-aminopyrimidine
胸腺嘧啶T(DNA):
Thymine=2,4-dioxy-5-methylpyrimidine
尿嘧啶U(RNA):
Uracil=2,4-dioxypyrimidine
乳清酸Oroticacid=2,4-dioxy-6-carboxypyrimidine
※总结:
DNA中的嘌呤碱基:
adenine,guanine;
DNA中的嘧啶碱基:
cytosine,thymine
RNA中的嘌呤碱基:
RNA中的嘧啶碱基:
cytosine,uracil
tRNA中的嘧啶碱基:
cytosine,thymine,uracil
2、稀有碱基
DNA
尿嘧啶、5-羟甲基尿嘧啶、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、N6-甲基腺嘌呤
RNA
⑴6-二氢尿嘧啶、4-硫尿嘧啶、5-甲氧基尿嘧啶
⑵胸腺嘧啶
⑶N4-乙酰基胞嘧啶、2-硫胞嘧啶
⑷1-甲基腺嘌呤、N6,N6-二甲基腺嘌呤、N6-异戊烯基腺嘌呤
⑸1-甲基鸟嘌呤、N1,N2,N7-三甲基鸟嘌呤
⑹次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤
二、糖及核苷
⑴生成:
核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。
⑵特点:
在大多数情况下,核苷由核糖或脱氧核糖的C1'
β-羟基与嘧啶碱N1或嘌呤碱N9进行缩合,
故生成的化学键称为β,N-糖苷键。
⑶举例:
DNA:
脱氧腺苷、脱氧鸟苷、脱氧胞苷和脱氧胸苷
RNA:
腺苷、鸟苷、胞苷和尿苷
三、核苷酸
⑴生成:
核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物,包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两大类。
⑵磷酸的位置:
磷酸可以分别在核糖的2’,3’和5’位;
脱氧核糖的3’和5’位。
※由于与磷酸基缩合的位置不同而分别生成2’-核苷酸、3’-核苷酸和5’-核苷酸。
最常见的为5’-核苷酸
(5’常被省略)。
也能形成3’,5’-环核苷酸。
※5’-核苷酸又可按其在5’位缩合的磷酸基的多少,分为一磷酸核苷(核苷酸)、二磷酸核苷和三磷酸核苷。
脱氧腺苷酸、脱氧鸟苷酸、脱氧胞苷酸和脱氧胸苷酸
腺苷酸、鸟苷酸、胞苷酸和尿苷酸
五、核苷酸的功能
1、生命活动的能量来源
①ATPisthemostcommonlyusedsource.
②GTPisusedinproteinsynthesisaswellasafewotherreactions.
③UTPisthesourceofenergyforactivatingglucoseandgalactose.
④CTPisanenergysourceinlipidmetabolism.
2、参与信号传导
①cAMP,cGMP作为第二信使
②ATP为蛋白质磷酸化提供能量和磷酸离子
3、参与酶或蛋白质生物活性的调节
①是辅酶的组成成分:
AMPispartofthestructureofsomeofthecoenzymeslikeNADandCoenzymeA.
②蛋白质的修饰(ADP或AMP化)
六、核酸的共价结构—3’,5’-磷酸二酯键
①磷酸以3’,5’-磷酸二酯键方式连接核苷酸。
※核酸的酸碱滴定曲线显示,在核酸分子中的磷酸基只有一级解离,说明另外两个羟基参与形成磷酸二酯键。
※牛脾磷酸二酯酶可以逐个水解核酸形成3’-核苷酸,说明有5’-磷酸二酯键的形成。
※蛇毒磷酸二酯酶可以逐个水解核酸形成5’-核苷酸,说明有3’-磷酸二酯键的形成。
②多核苷酸由戊糖、磷酸和碱基组成。
⑴多核苷酸的主链:
磷酸核糖链←亲水性,带负电
⑵多核苷酸的侧链:
碱基←疏水性
⑶多核苷酸:
具有3’和5’末端
⑷多核苷酸的表示方法:
一般是从5'→3'末端
第三节
DNA的分子结构
一、DNA的一级结构
①定义:
DNA的一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序(碱基顺序)以及核苷酸之间的连接方式。
②DNA主要由4种脱氧核糖核苷酸组成
腺嘌呤脱氧核糖核苷酸,鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸,胞嘧啶脱氧核糖核苷酸,胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸。
③DNA以3’,5’-磷酸二酯键方式连接
④DNA呈线形或环状多聚体
⑤DNA分子量大——DNA的分子量最大的可超过108bp
※人的为3.2×
109bp(3.2Gb),常染色质占2.95Gb,真正用于编码蛋白质的仅占1.1%到1.4%,有31000个
编码蛋白质的基因;
酵母编码蛋白质的基因为6000个;
果蝇编码蛋白质的基因为13000个;
蠕虫编码蛋白
质的基因为18000个;
植物编码蛋白质的基因约为26000个。
二、DNA的二级结构
※定义:
DNA的二级结构是指由部分或全部核苷酸残基形成的有规律的稳定结构。
1、DNA碱基组成的Chargaff定则:
⑴A=T;
⑵G=C;
⑶含氨基的碱基总数等于含酮基的碱基总数A+C=G+T;
⑷嘌呤总数等于嘧啶总数A+G=T+C
2、Franklin/Wilkins的DNA晶体X-射线衍射图:
DNA为双链分子的螺旋结构
3.Watson-Crick的DNA双螺旋结构模型
⑴DNA分子是由两条反向平行链绕同一轴形成的右手双螺旋结构;
⑵磷酸与脱氧核糖通过3’,5’-磷酸二酯键相间形成的共价主链位于螺旋外侧,碱基位于内侧,碱基平面与中心轴
垂直,糖环平面与中心轴平行;
⑶双螺旋的直径为2nm,每个螺旋圈含有10个核苷酸对,螺距为3.4nm,碱基对之间的距离为0.34nm;
⑷两条链的碱基通过氢键相互配对:
A=T,G≡C,使两条链具有互补性;
⑸碱基对的方向性和排列不对称性使螺旋表面形成大沟和小沟;
⑹DNA双螺旋结构通过两种力维系:
互补碱基对之间的氢键及碱基的疏水堆积作用。
4、DNA右手双螺旋结构的不同构象
⑴B-DNA:
在92%相对湿度下进行X-射线衍射图谱测定而得到的DNA结构取B构象,称为B-DNA。
后来发现B-DNA是DNA在细胞内最常见也是最稳定的构象。
⑵A-DNA:
实际上DNA的结构是动态的,在相对湿度为75%时测出的DNA分子是A构象(A-DNA),这一构象
不仅出现于脱水DNA中,还出现在RNA分子的双螺旋区域和DNA-RNA杂交分子中,因此在DNA
转录时,可能发生B→A型的转变。
⑶C-DNA:
将相对湿度进一步降到66%,就出现C型DNA(C-DNA),这一构象仅在实验室中观察到,在生物体
中还未发现。
⑷共同特点:
这些研究表明DNA分子结构在不同条件下可以有所不同,但它们均为右手双螺旋,且螺旋的表面
都有一大沟和一小沟。
5、左旋双螺旋D
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