生物化学核酸化学
甲基鸟苷5’,5’-三磷
尾结构:
● 转录后由poly(A)聚合酶催化加尾 ● PolyA是mRNA由核进入胞质所必需的形式。 ● polyA与mRNA半寿期有关, PolyA大大提高mRNA在胞 质中的稳定性。
帽结构:
●由甲基化酶催化形成; ●可抵抗5’核酸外切酶降解mRNA; ● 可为核糖体提供识别位点,使mRNA很快与核糖体结合, 促进蛋白质合成起始复合物的形成;
RNA主要存在于细胞质中,少量存在于细胞核中;
转移RNA(transfer RNA, tRNA) 占细胞总RNA的10~15% ; 核糖体RNA ( ribosome RNA, rRNA) 占细胞总RNA的80% ; 信使RNA (messenger RNA, mRNA) 占细胞总RNA的5% ; 其它具特殊功能的RNA; RNA病毒; 植物病毒基因组大多是RNA
2.0 nm
1
、由两条方向相反的DNA单链沿同 一中心轴,平行盘绕形成的右手螺旋, 螺旋表面有大沟和小沟之分; ;
2、碱基位于螺旋内侧,碱基平面与纵
轴垂直,磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外 侧;糖环平面与中轴平行。
3、螺旋直径为2
小 沟
nm,每条链相邻两个 碱基平面之间的距离为0.34 nm;每10个 核苷酸形成一个螺旋,螺矩为3.4 nm。
NH2
N H
N
N H
N
A
G
2. 嘧啶碱
5
4 1
3
嘧啶
6
2
胞嘧啶 cytosine
NH2 N
尿嘧啶 uracil
O
胸腺嘧啶 thymine
O NH
NH
N H
O
N H
O
N H
O
C
U
T
胞嘧啶为两类核酸所共有,胸腺嘧啶只存在于DNA中, 尿嘧啶只存在于RNA中;
核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱 基的种类很多,大部分是上述碱基的甲基化产物。
3. 肌苷酸及鸟苷酸(强力味精)
IMP
GMP
4. 辅酶
NAD、NADP、FMN
六、多聚核苷酸(核酸)
多聚核苷酸是通过一个核苷酸的C3’-OH 与另一分子核苷 酸的5’-磷酸基形成3’,5’-磷酸二酯键相连而成的链状聚 合物。
5’
3’ 5’
3’
5′-磷酸端(常用5’-P表示);3′-羟基端(常用3’-OH表 示) 多聚核苷酸链具有方向性,当表示一个多聚核苷酸链时,必须 注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。
● 参与tRNA与mRNA的结合
大肠杆菌5SrRNA的结构
四、mRNA
是蛋白质合成的模板,占细胞总RNA的3%~5%; 真核细胞mRNA的结构有明显特征,3‘-末端有一段长 达200个核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA),称为 “尾结 构” ,5’ -末端有一个甲基化的鸟苷酸,称为“帽 结构” 。
本
章
小
结
核酸是遗传物质载体的证明和研究历史 核酸的化学结构:戊糖、碱基(A、T、G、C、U), 核苷、核苷酸及其衍生物的结构特点(原子编号) DNA的结构:一级结构(核酸序列及其表示)、二 级结构( Watson -Crick双螺旋模型、Z-DNA)、 结构维持的化学键 RNA结构与功能:碱基组成特点、RNA的种类结构及 功能 核酸的性质:酸碱性、变性与复性、分子杂交
●参与翻译起始
●参与DNA的反转录
●参与基因表达调控
三、rRNA
占RNA总量的80%,是构成核糖体的骨架;
原核生物 核糖体 30s 70s rRNA 16s 5s 、23s 80s 核糖体 40s 真核生物 rRNA 18s 5s、5.8s、28s
50s
50s
rRNA的功能:
● 组成核糖体 ● 催化肽键合成
多聚核苷酸的表示方式
T
OH OH OH
U
OH OH
OH 5’
3’
5’ RNA
3’
DNA
5′PdAPdCPdGPdTOH 3′ 或5′ACGTGCGT 3′ ACGTGCGT
Байду номын сангаас
5′PAPCPGPUOH ′ 5′ACGUAUGU 3′ ACGUAUGU
第三节 DNA的结构
一、DNA的一级结构 脱氧核苷酸的排列顺序; 可用碱基排列顺序表示 连接键: 磷酸与戊糖顺序相连形 成主链骨架 碱基形成侧链 多核苷酸链的方向性;
室温条件下,DNA在碱中变性,但不水解,RNA水解;
核酸分子在缓冲液中带有电荷,可利用电泳进行分离;
二、核酸的紫外吸收特性
嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双 键体系,核酸(包括碱基、 核苷、核苷酸)具有独特的 紫外线吸收(240-290nm强 吸收)光谱,一般在260nm 左右有最大吸收峰 以A260/A280进行定性、定量 DNA的减色效应 DNA和RNA溶液中加入溴乙锭 (EB),在紫外光下发出红 橙色荧光;
二、tRNA
• 三叶草形二级结构模型; • 碱基配对构成双螺旋区叫臂,
不配对部分叫环,tRNA一般 具四臂四环结构; 氨基酸臂 二氢尿嘧啶环 反密码环 额外环 TψC环(假尿嘧啶环) • 碱基组成中含有较多的稀有核 苷酸;
倒L形的三级结构
tRNA的三级结构
tRNA的功能:
●转运氨基酸
●识别密码子
第五节
一、一般的理化性质
核酸的性质
两性解离 / 一般呈酸性(在中性溶液中带负电荷), DNA的pI为4~4.5,RNA的pI为2~2.5。 于水,不溶于有机溶剂;能被乙醇或异丙醇沉淀。
提纯的DNA为白色纤维状固体,RNA为白色粉末,微溶 DNA分子由于直径小而长度大,溶液粘度高;RNA分子
粘度较小;核酸变性后粘度降低。
鸟嘌呤核苷
Adenosine
Guanosine
Cytidine
Uridine
稀有核苷:
5
假尿嘧啶核苷(ψ) 二氢尿嘧啶核苷 等;
OH
四、核苷酸(nucleotide)
核苷酸:核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化 核苷+磷酸 HOCH OH 戊糖+碱基+磷酸 O
2
HOCH2 H H
O H
OH H
H H
H H
OH OH D- 核 糖
4、严格遵守碱基互补原则:
A-T,之间形成两个氢键; G-C,之间形成三个氢键; A=T,G=C,且A+G=C+T;
大 沟
DNA双螺旋构象的多态性
除B型结构外,还有: A型结构 碱基平面倾斜20º ,螺旋变粗变 短,螺距2~3nm。 Z型结构 左手螺旋,只有小沟
稳定双螺旋结构的力
①碱基堆积力形成疏水环境(主要因素) 。 ②碱基配对的氢键。GC含量越多,越稳定。 ③磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子 之间形成离子键,减少双链间的静电斥力 ④碱基处于双螺旋内部的疏水环境中,可免受水溶性活性 小分子的攻击。
1868年,F. Miescher从细胞核中分离 得到一种富含磷的酸性物质,即现在被称 为脱氧核糖核蛋白的物质。
1889年,Altman等从酵母和动物的细 胞核中制备了不含蛋白质的核酸,首次使 用“核酸”一词命名。
1944年,Avery的肺炎双球菌转化实验:
or and
揭示了核酸的生物学功能;
可分离
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 中四种核苷酸千变万化的不同 排列组合之中。
二、DNA的二级结构
DNA的双螺旋模型
1953年,J. Watson和 F. Crick 在前人研究 工作的基础上,提出 了著名的 DNA 双螺旋 结构模型。
DNA双螺旋结构模型要点
三、核苷(nucleoside)
核苷: 戊糖+碱基 糖与碱基之间的C-N键,称为C-N糖苷键,核酸分子 中为β -糖苷键。
5’ 4’ 3’ 2’ 1’
5’ 4’ 3’ 2’ 1’
(OH)
(OH)
为与碱基分子中的原子标号相区别,糖的碳原子编 号加上 ’ 。
常见核苷:
NH2 N N HOCH2 H H OH O H H OH 腺嘌呤核苷 N N N H2N N N HOCH2 O H H H OH H OH OH N HO HOCH2 H H OH O H H OH 胞嘧啶核苷 H OH N N HO HOCH2 H O H H OH 尿嘧啶核苷 NH2 N N OH
第一节 核酸概述
核酸与蛋白质是最重要的生物大分 子。核酸有两类:脱氧核糖核酸 ( deoxyribonucleic acid, DNA )和核糖 核酸(ribonucleic acid, RNA)。 核酸是现代生物化学、分子生物学的 重要研究领域,是基因工程操作的核心分 子。
一、核酸的研究发现史
二、核酸的种类和分布
核酸按其所含糖的不同分为两大类: 脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid (DNA) 核糖核酸 Ribonucleic Acid(RNA)
真核细胞 98%细胞核内(染色体中) 线粒体 核外 叶绿体 拟核
DNA 原核细胞 病毒:
核外:质粒(plasmid) DNA病毒
三、核酸的生物学功能
DNA是主要的遗传物质,是遗传信息的载体、负责遗 传信息的储存与发布,并通过复制将遗传信息传给子代。
RNA功能的多样性:
1、参与蛋白质的生物合成 2、RNA的转录后加工与修饰 3、参与基因表达与细胞功能的调节 4、生物催化作用 5、遗传信息的加工与进化
第二节 核酸的结构
2. 热变性和Tm