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1、,生物化学简明教程,第二章 核酸的化学,核酸的概念和重要性,核酸的组成成分,的结构,和基因组,的结构和功能,核酸的性质,核酸的序列测定,核酸的生物学功能和实践意义,思考题,一、核酸的概念和重要性,年从细胞核中分离出核素（）。,年制备了核酸（）。,年，等确定核酸的的组分：,“四核苷酸假说”：核酸由四种核苷酸组成的单体构成的，缺乏结构方面的多样性。,世纪年代末，的“肺炎双球菌转化”实验，噬菌体侵染细菌的实验证明是有机体的遗传物质：,温育,有荚膜，致病,除少数病毒（病毒）以作为遗传物质外，多数有机体的遗传物质是。,不同有机体遗传物质（信息分子）的结构差别，使得其所含蛋白质（表现分子）的种类和数量有所
2、差别，有机体表现出不同的形态结构和代谢类型。,的主要作用是从转录遗传信息，并指导蛋白质的合成。,二、核酸的组成成分,核酸,核苷酸,核苷,磷酸,嘌呤碱 或 嘧啶碱,（碱基）,核糖 或 脱氧核糖,（戊糖）,磷酸二酯键,（一）核糖和脱氧核糖,核糖,脱氧核糖,核糖,糠醛,甲基间苯二酚,绿色产物,脱氧核糖,羟基酮戊醛,二苯胺,蓝色产物,RNA和DNA定性、定量测定,（二）嘌呤碱和嘧啶碱,嘌呤,腺嘌呤,（）,鸟嘌呤,（）,嘧啶,胞嘧啶,（）,尿嘧啶,（）,胸腺嘧啶,（）,烯醇式,稀有碱基;修饰碱基,的碱基不同,稀有碱基含量最多的核酸是,（三）核苷,腺 苷,尿苷,假尿苷（）,表示方法?,（四）核苷酸,胸苷磷
3、酸,核苷:可以形成,但体内多为脱氧核苷:可以形成,但体内多为表示方法?,或?,各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成和合成的直接原料。,在体内能量代谢中的作用：,能量“货币”,参加糖的互相转化与合成,参加磷脂的合成,参加蛋白质和嘌呤的合成,第二信使,核酸的一级结构,磷酸二酯键,端?端?,三、的结构,（一）的一级结构,因为的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别，所以脱氧核苷酸的序列常被认为是碱基序列（)。通常碱基序列由链的方向写。中有种类型的核苷酸，有个核苷酸组成的链中可能有的不同序列总数为。,（二）的双螺旋结构,年，和 提出。,.双螺旋结构的主要依据,（）和发现不同来源的纤维具有相似的射线
4、衍射图谱。,（）发现中与、与的数目相等。后 和发现与生成个氢键、与生成个氢键。,（）电位滴定证明，嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连接。,.双螺旋结构模型要点,（）双螺旋主链：两条多核苷酸链反向平行，主链右手螺旋，有一共同轴，表面有一大沟一小沟。,（）碱基互补配对：碱基内侧，与、与配对，分别形成和个氢键。是半保留复制理论的基础。,（）双螺旋每转一周有个，螺距，直径。,分子量用碱基对或碱基数表示(?),.双螺旋结构的稳定因素,（）氢键（太弱）；（）碱基堆积力（，由芳香族碱基电子间的相互作用引起的，能形成疏水核心，是稳定最重要的因素；（）离子键（减少双链间的静电斥力）。,.双螺旋的构象类型,：相对湿度
5、，接近细胞内的构象，与 和提出的模型相似。,：相对湿度，与溶液中杂交分子的构象相似，推测转录时发生。其碱基平面倾斜，螺距与每一转碱基对数目都有变化。,：主链呈锯齿型左向盘绕，直径约，螺距，每一转含个，只有小沟。与的相互转换可能和基因的调控有关。,：相对湿度，螺距，每转螺旋个碱基对，碱基对倾斜。可能是特定条件下和的转化中间物。,：相对湿度，中、序列交替的区域。每个螺旋含个，螺距，碱基平面倾斜。,（三）的三级结构,线形分子、双链环状()超螺旋、,染色体包装,右手超螺旋,左手超螺旋,染色体包装的结构模型,多级螺旋模型压缩倍数（）核小体 螺线管 超螺线管 染色单体()一级包装 二级包装 三级包装 四级
6、包装,四、与基因组织,（、）,基因,基因是片段的核苷酸序列，分子中最小的功能单位。,结构基因,调节基因,基因组,（一）与基因,基因是编码蛋白质的序列?,（二）原核生物基因组的特点,.大部分为结构基因，每个基因出现频率低。,.功能相关基因串联在一起，并转录在同一中（多顺反子）。,.有基因重叠现象。,（三）真核生物基因组的特点,.重复序列,单拷贝序列,：在整个中只出现一次或少数几次，主要为编码蛋白质的结构基因。,中度重复序列,：在中可重复几十次到几千次。,高度重复序列,：可重复几百万次,.有断裂基因,内含子（)：基因中不为多肽编码，不在中出现。,外显子（）：为多肽编码的基因片段。,：由于基因中内含
7、子的存在。,例外：组蛋白基因()和干扰素基因()没有内含子。,真核基因全是断裂基因?,五、的结构与功能,分子是含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链。,（一）,约占总量的，主要作用是转运氨基酸用于合成蛋白质。,分子量为，年 测定一级结构，提出三叶草二级结构模型。,主要特征：.四臂四环；.氨基酸臂端有的共有结构；环上有二氢尿嘧啶（）；.反密码环上的反密码子与相互作用；.可变环上的核苷酸数目可以变动；环含有和；.含有修饰碱基和不变核苷酸。,（二）,占细胞总量的，与蛋白质（占占)）共同组成核糖体。,（三）与,约占细胞总量的，是蛋白质合成的模板。,真核生物的前体在核内合成，包括整个基因的内含子和外显子的转录
8、产物，形成分子大小极不均匀的。,（四）和(,),主要存于细胞核中，占细胞总量的，与蛋白质以（核糖核酸蛋白）的形式存在，在和的加工、细胞分裂和分化、协助细胞内物质运输、构成染色质等方面有重要作用。,可通过互补序列与特定的结合，抑制的翻译，还可抑制的复制和转录。,（五）的其它功能,年，发现的催化活性，提出核酶（）。,大部分核酶参加的加工和成熟，也有催化键的合成。具肽酰转移酶活性。,在复制、转录、翻译中均有一定的调控作用，与某些物质的运输与定位有关。,六、核酸的性质,（一）一般理化性质,.为两性电解质，通常表现为酸性。,为白色纤维状固体，为白色粉末，不溶于有机溶剂。,溶液的粘度极高，而溶液要小得多。
9、,能在室温条件下被稀碱水解而对碱稳定。,.利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定与。,（二）核酸的紫外吸收性质,核酸的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸收性质，吸收峰在（蛋白质的紫外吸收峰在）。,核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少，当核酸变性或降解时光吸收值显著增加（增色效应），但核酸复性后，光吸收值又回复到原有水平（减色效应）。,（三）核酸结构的稳定性,.碱基对间的氢键；.碱基堆积力；.环境中的正离子。,（四）核酸的的变性,：双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规线团状，只涉及次级键的破坏。(与降解比较)(变性特征),变性是个突变过程，类似结晶的熔解。将紫外吸收的增加量达到最大增量一半时
10、的温度称熔解温度(,)。,影响的因素：,（）的相对含量（）（）,（）介质离子强度低，低。,（）高下碱基广泛去质子而丧失形成氢键的能力。,（）变性剂如甲酰胺、尿素、甲醛等破坏氢键，妨碍碱基堆积，使下降。,（五）核酸的复性（退火）,：变性核酸的互补链在适当条件下重新缔合成双螺旋的过程。,影响复性速度的因素：,（）单链片段浓度,（）单链片段的大小,（）片段内重复序列的多少,（）溶液离子强度的大小,（）溶液温度的高低（）,变性特征,增色粘度下降浮力密度升高生物功能部分或全部丧失,（六）分子杂交,：在退火条件下，不同来源的互补区形成氢键，或单链和链的互补区形成杂合双链的过程。,探针：用放射性同位素或荧光
11、标记的或片段。,原位杂交技术：直接用探针与菌落或组织细胞中的核酸杂交，未改变核酸所在的位置。,点杂交：将核酸直接点在膜上，再与核酸杂交。,印迹法：将电泳分离后的片段从凝胶转移到硝酸纤维素膜上，再进行杂交。,印迹法：将电泳分离后的吸印到纤维素膜上再进行分子杂交。,七、核酸的序列测定,目前多采用的酶法和的化学法,八、核酸的生物学功能和实践意义,核酸是基本遗传物质，在蛋白质的生物合成上又占有重要位置，因而在个体的生长、生殖、遗传、变异和转化等一系列生命现象中起决定性作用。,（一）核酸与遗传信息的传递,是基本遗传物质 有了一定结构的，才能产生一定结构的蛋白质，由一定结构的蛋白质才有一定形态和生理特征，
12、所以根据的特定遗传密码产生的蛋白质就代表特定生物的遗传性。在遗传过程中的具体作用：（）在细胞分裂时按照自己的结构精确复制传给后代；（）作为模板将所贮遗传信息传给。,在传递遗传信息上的作用 是蛋白质合成的模板；识别上的遗传密码，转运特定氨基酸到核糖体上合成肽链；是核糖体的主要成分，是翻译工作的场所。,（二）核酸与蛋白质的生物合成,转录为是有选择的，和也是的转录产物。,（三）核酸结构改变与生物变异,一切生物的变异和进化都可以说是由于的结构改变而引起蛋白质改变的结果。,生物遗传的变异起源于碱基配对的改变，有的由于碱基的颠倒（如被颠倒为）或被调换（如被换为）；有的由于在复制过程中被遗漏了一对或多了一对
13、核苷酸，或者在转译时发生了差误，如氨酰合成酶错将一个结构与正常氨基酸十分相似的物质交给。还有一些生物的遗传性状发生了突变。,（四）与细菌转化,一种细菌的遗传性状因吸收了另一种细菌的而发生改变的现象，称为细菌的转化。,（五）核酸与病变,遗传性疾病是由于遗传缺陷而产生的，也就是结构改变的结果。镰刀型红细胞贫血和白化病()。,病毒对活细胞的侵染是寄主发生疾病，主要是由于核酸的的作用。流感、肝炎、带状疱疹、脊髓灰质炎、白血病、烟草斑纹病。,（六）遗传工程,遗传工程是用人工方法改组，从而培育新型生物品种的技术。,实验室中将细菌作材料研究遗传工程过程可分为：（）重组分子（基因重组）；（）将重组引入受体细胞
14、（转化或转导）。,有利：（）有可能培育出高产抗病、耐旱、耐寒、耐盐碱的优良性能的动植物新品种；（）改良微生物品种使产生人工难以制得的生物活性物质如胰岛素、干扰素等；（）解决某些疾病病因和控制这些疾病。,不利：引起某些疾病的广泛流行和使某些细菌失去对抗菌素的敏感性，或者使某些酶或激素失去应有的生物活性等。,（七）克隆与克隆化,由单一亲代细胞用无性繁殖产生的子代细胞称克隆，形成克隆的过程称克隆化。,提要,本章主要介绍核酸的化学本质、结构和功能。总的要求是：.了解核酸的化学本质及和在组分、结构和功能上的差异。.弄清嘌呤、嘧啶、核苷、核苷酸和核酸在分子结构上的关系。.了解核酸的结构和它们的性质、功能的
15、相互关系。认识核酸在生物科学上的重要性及其实践意义。,注意：（）核苷酸是核酸的基本组成单位，应以腺苷酸和胞苷酸为代表，彻底弄清核苷酸的化学结构和化学性质。结合有机化学把嘌呤和嘧啶的基本结构搞清楚，同时把核酸中存在的、的结构记熟。（）注意嘌呤、嘧啶同核糖在哪个部位连接成核苷，核苷如何同磷酸连接成核苷酸，核苷酸又如何连接成一级结构的核苷酸链。要特别注意核酸的二、三级结构中碱基的配对规律。（）从分析比较核酸分子的组成和结构上的特点，进而联系它们的性质和生物功能。,回目录,思考判断,假尿苷的名称是由于其分子中的核糖部分被修饰.一条链中含的,则其的含量也为核酸变性过程导致对波长的光吸收增加.变性核酸的熔
16、解温度增加.脱氧核苷分子中糖环没有位的羟基.如果()比()的高,那么比含有较高比例的碱基对.核酸分子中的含氮碱基都是嘌呤和嘧啶的衍生物.在嘌呤核苷分子中,嘌呤碱的与戊糖的碳原子之间形成糖苷.胸腺嘧啶核苷酸只存在于分子中.同一物种不同组织的样品有着不同的碱基组成.,回目录,思考判断,核酸的紫外吸收与溶液的值无关生物体中存在的核苷酸为核苷酸是生物体中种类最多,含量最丰富的迄今为止未发现既含又含的病毒具有底物切割功能的都是蛋白质从结构基因中的序列可以推断蛋白质的氨基酸序列,回目录,主要特征：.四臂四环；.氨基酸臂端有的共有结构；环上有二氢尿嘧啶（）；.反密码环上的反密码子与相互作用；.可变环上的核苷酸数目可以变动；环含有和；.含有修饰碱基和不变核苷酸。,模板,引物,GGC,GGCC,GGCCATC,C,ddCTP,GGCCA,GGCCATCGTTGA,ddATP,A,GGCCATCG,GGCCATCGTTG,G,ddGTP,GGCCAT,GGCCATCGT,GGCCATCGTT,T,ddTTP,
