第九章核酸结构、功能与核苷酸代谢第九章核酸结构、功能与核苷酸代谢【授课时间】4学时第一节核酸的化学组成【目的要求】掌握核酸,DNA和RNA,的分子组成、核苷酸的连接方式、键的方向性。
【教学内容】1(详细介绍:碱基2(一般介绍:戊糖 3(一般介绍:核苷4(一般介绍:核苷酸5(详细介绍:核酸中核苷酸的连接方式【重点、难点】重点:核酸组成与核苷酸的连接【授课时间】0.25学时第二节 DNA的结构与功能【目的要求】1(掌握DNA的二级结构的特点。
2(掌握DNA的生物学功能。
【教学内容】1(一般介绍:DNA的一级结构2(重点介绍:DNA的二级结构3(一般介绍:DNA的超级结构4(一般介绍:DNA的功能【重点、难点】重点:DNA的二级结构难点:DNA的超级结构【授课学时】1学时第三节 RNA的结构与功能【目的要求】1(掌握RNA的种类与功能。
mRNA和tRNA的结构特点。
2(了解核酸酶的分类与功能。
3(了解其他小分子RNA。
【教学内容】1(详细介绍:mRNA的结构与功能2(详细介绍:tRNA的结构与功能3(详细介绍:rRNA的结构与功能4(一般介绍:小分子核内RNA5(一般介绍:核酶【重点、难点】重点:mRNA、tRNA的结构与功能【授课学时】0(5学时第四节核酸的理化性质【目的要求】1(掌握DNA的变性和复性概念和特点2(熟悉核酸分子杂交原理。
3(熟悉核酸的一般性质【教学内容】 1(一般介绍:核酸的一般性质2(详细介绍:核酸的紫外吸收3(重点介绍:核酸的变性与复性【重点、难点】重点:核酸的变性与复性【授课学时】1学时第五节核苷酸代谢【目的要求】1(熟悉核苷酸合成途径的原料、主要步骤及特点。
核苷酸分解代谢的终产物。
2(熟悉脱氧核苷酸的生成3(了解嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的抗代谢物及其抗肿瘤作用的生化机理。
4(了解尿酸以及痛风症与血中尿酸含量的关系。
【教学内容】1(一般介绍:嘌呤核苷酸的合成2(一般介绍:嘧啶核苷酸的合成3(详细介绍:脱氧核糖核苷酸的生成4(详细介绍:核苷酸的相互转化5(一般介绍:核苷酸分解代谢【重点、难点】难点:嘌呤、嘧啶类抗代谢物及其抗肿瘤作用的生化机理【授课学时】1(25学时第九章核酸结构、功能与核苷酸代谢第一节核酸的化学组成第二节 DNA的结构与功能第三节 RNA的结构与功能第四节核酸的理化性质第五节核苷酸代谢第一节核酸的化学组成时间备注教学内容核酸分为脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid～DNA) 和核糖核酸(ribonucleic acid～RNA)。
DNA存在于细胞核和线粒体内～是遗传信息的载体,RNA存在于细胞核和细胞质中～参与细胞内遗传信息的表达。
核酸的基本组成单位是核苷酸,核苷酸由碱基、戊糖和15ˊ磷酸组成。
一、碱基核酸中的碱基是两类:嘌呤(purine)与嘧啶(pyrimidine)。
嘌呤类有腺嘌呤(adenine～A)和鸟嘌呤(guanine～G),嘧啶类有胞嘧啶(cytosine～C)、胸腺嘧啶(thymine～T)和尿嘧啶(uracil～U) 。
DNA分子中含有A、G、C、T,RNA分子中含有A、G、C、U。
除了上述5种碱基外～核酸中还有一些含量甚少的碱基～称为稀有碱基。
二、戊糖RNA分子中的戊糖为β-D-核糖(ribose),DNA分子中的戊糖为β-D-2-脱氧核糖(deoxyribose)。
三、核苷核苷是碱基与戊糖以糖苷键相连接所形成的化合物。
其中～戊糖的第l位碳原子分别与嘌呤碱的第9位N原子、嘧啶碱的第1位N原子相连接。
核糖与碱基形成的化合物称为核糖核苷～简称核苷(ribonucleoside),脱氧核糖与碱基形成的化合物称为脱氧核糖核苷～简称脱氧核苷,deoxyribonucleoside,。
如腺嘌呤核苷,简称腺苷,、胞嘧啶脱氧核苷,简称脱氧胞苷,等等～依次类推。
为区别于碱基中的各原子的编号～核糖和脱氧核糖中的碳原子标号上加“‘”～如C-l′、C-2′等。
NH2NHOCHN2O OOHOH四、核苷酸核苷,脱氧核苷,中戊糖的自由羟基与磷酸通过酯键相连接构成核苷酸,脱氧核苷酸,。
多数核苷酸的磷酸是连接在核糖或脱氧核糖的C-5′上～形成5′-核苷酸。
含有1个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸(NMP), 有2个磷酸基团的核苷酸称为核苷二磷酸(NDP), 有3个磷酸基团的核苷酸称为核苷三磷酸(NTP)。
如AMP是腺苷一磷酸～GDP是鸟苷二磷酸～CTP是胞苷三磷酸～等等～以此类推。
NH2 NONOCHHOP2OO OHOHOHATP核苷酸除构成核酸外～在体内具有许多重要的生理功能。
?ATP是体内能量的直接来源和利用形式～ GTP、UTP、CTP也均可提供能量,?ATP、GTP、CTP、UTP等可激活许多化合物生成代谢上活泼的物质～如UDPG、CDP–二脂酰甘油+SAM、PAPS等,?许多辅酶含有核苷酸～如腺苷酸是NAD、FAD、辅酶A等的组成成分,?某些核苷酸及其衍生物是重要的调节因子～如cAMP与cGMP是细胞内信号转导过程中重要的信息分子。
五、核酸中核苷酸的连接方式DNA是由许多脱氧核苷酸分子连接而成的。
DNA分子中各个脱氧核苷酸之间是通过前一个脱氧核苷酸的3′-羟基与后一个分子的5′-磷酸缩合生成3′,5′-磷酸二酯键而彼此相连。
RNA的各个核苷酸之间也是通过3′,5′-磷酸二酯键连接的。
第二节 DNA的结构与功能时间备注教学内容一、DNA的一级结构DNA的一级结构是指DNA分子中核苷酸的排列顺序。
每条 DNA链具有两个不同的末端～戊糖5′端带有游离磷酸基的叫5′-末端～3′位带有游离羟基的叫3′末端。
DNA分子按照45ˊ 通行规则～以5′?3′方向为正向。
书写时将5′-末端写在左侧(头)～3′-末端写在右侧(尾)。
二、DNA的二级结构Chargaff规则:?嘌呤碱与嘧啶碱的摩尔数总是相等:A+G=T+C且A=T～G=C,?不同生物种属的DNA碱基组成不同,?同一个体的不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。
1953年Watson和Crick两位科学家提出了著名的DNA右手双螺旋模型～确立了DNA的二级结构。
DNA双螺旋结构模型的要点:1.DNA分子是由两条脱氧多核苷酸链围绕同一中心轴构成的右手双螺旋结构。
两条链方向相反～一条链走向是5′?3′～另一条链是3′?5′。
2.在两条链中～磷酸与脱氧核糖链位于螺旋的外侧～碱基位于螺旋的内侧。
脱氧核糖平面与碱基平面垂直。
3.螺旋直径为2nm～相邻碱基堆砌的距离为 0.34nm～其0旋转的夹角为36～所以每10个核苷酸旋转一周～每一螺距为3.4nm。
4.两条多核苷酸链通过碱基之间形成的氢键联系在一起。
A-T、G-C配对的规律称为碱基互补规则。
DNA双螺旋结构的横向稳定性靠两条链间的氢键维系～纵向稳定性则靠碱基平面间的疏水性堆砌力维持。
三、DNA的超级结构DNA在形成双链螺旋式结构的基础上～在细胞内将进一步折叠成为超级结构。
原核生物、线粒体、叶绿体中的DNA是共价封闭的环状双螺旋～这种环状双螺旋结构还需再螺旋化形成超螺旋(supercoil)。
真核生物染色体DNA是线性双螺旋结构～染色质DNA与组蛋白组成核小体,nucleosome,。
核小体是染色体的基本组成单位～许多核小体形成串珠样线性结构～然后再进一步盘曲成直径为30nm的纤维状结构。
后者再经几次卷曲～形成染色体的结构。
四、DNA的功能DNA的基本功能是作为生物遗传信息的携带者,是遗传信息复制的模板和基因转录的模板～它是生命遗传繁殖的物质基础～也是个体生命活动的基础。
第三节 RNA的结构与功能时间备注教学内容RNA在生命活动中具有重要作用～它和蛋白质共同负责基因的表达与表达过程的调控。
RNA的分子量较小～由数十个至数千个核苷酸组成。
RNA通常以一条单链形式存在～经卷曲盘绕可形成局部双螺旋结构和三级结构。
RNA的种类、25ˊ 大小、结构多种多样～其功能也各不相同。
一、信使RNA 传递DNA遗传信息的RNA称为信使RNA(messenger RNA～mRNA)。
mRNA作为蛋白质合成的模板～决定其合成的蛋白质中氨基酸顺序。
mRNA约占总RNA的2%，3%～代谢非常活跃～真核生物mRNA的半寿期很短～从几分钟到数小时不等。
细胞核内初合成的是不均一核RNA(heterogeneousnuclear RNA～hnRNA)～是mRNA前体。
hnRNA经剪接加工转变为成熟的mRNA。
mRNA的结构特点如下:帽子结构1.大多数真核mRNA的5′-端在转录后均加上一个7-甲基鸟苷二磷酸基～而第1 个核苷酸的C-2′位甲基化～形成m7m的GpppN结构称为帽子结构(cap sequence)。
mRNA的帽子结构可保护mRNA免受核酸酶的降解～在翻译中促进核糖体与mRNA的结合。
2.绝大多数真核mRNA的3′端有30，200个腺苷酸残基的尾巴～3′端尾巴是在转录后逐个添加上去的～其作用在于增加mRNA的稳定性和维持其翻译活性。
二、转运RNA转运RNA(transfer RNA～tRNA)是由70，90个核苷酸组成的一类小分子RNA～约占细胞总RNA的15%～其主要功能是在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体～并按mRNA上的遗传密码顺序“对号入座”地将其转呈给蛋白质。
细胞内tRNA的种类很多～每一种氨基酸都有其相应的一种或几种tRNA。
tRNA的结构特点如下: l.tRNA分子中含有较多的稀有碱基。
2.tRNA局部由于碱基互补而形成双螺旋区～非互补区则形成环状结构,进而形成一种茎-环结构。
整个tRNA的二级结构呈现三叶草结构。
tRNA有4个螺旋区～3个环和1个可变环。
4个螺旋区构成4个臂～其中直接与氨基酸结合的臂叫氨基酸臂。
被激活的氨基酸连接在3′C-C-A-OH上。
3.tRNA中的3个环分别是DHU环、TψC环和反密码环(anticodon loop)。
其中反密码环中部为反密码子～由三个碱基组成。
携带不同氨基酸的tRNA通过反密码子与mRNA密码子互补。
4.tRNA的三级结构呈倒L型。
三、核糖体RNA核糖体RNA(ribosomal RNA～rRNA)占细胞总RNA的80, 以上。
rRNA与蛋白质结合形成的核糖体是蛋白质合成的场所。
原核生物含有3种rRNA～其中23S与5S rRNA存在于大亚基～16S rRNA存在于小亚基。
真核生物含有4种rRNA～其中28S、5.8S和5S rRNA存在于大亚基～小亚基只含有18S rRNA一种。
在蛋白质的合成过程中～各种rRNA和多种蛋白质结合成核糖体后才能发挥作用。
核糖体的功能是在蛋白质合成中起装配机的作用～在此装配过程中～无论是何种mRNA或tRNA,都必须与核糖体进行结合～氨基酸才能有序的鱼贯而入～肽链合成才能启动和延伸。