1、5.1. 核酸的概念和重要性 5.2. 核酸的化学组成及一级结构 5.3. DNA 的空间结构与功能 5.4. RNA 的空间结构与功能 5.5. 核酸的理化性质,第五章 核酸化学,1,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,5.1 核酸的概念和重要性,5.1.1 核酸研究发展史,2,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,1953年，Watson、Crick DNA双螺旋模型,1868年，F. Miescher首次从细胞核中分离得到。核酸由于最先是从细胞核中分离出来，并且具有比较强的酸性，所以就被命名为核酸（nucleic acid）。,2003年人类基因组计划完成。生命科学已经
2、进入了后基因组时代（post-genome era）。,20 世纪 70 年代 DNA 重组技术的出现。,5.1.2 核酸的种类和分布,核酸分为两大类：核糖核酸 Ribonucleic Acid（RNA）脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid （DNA）,3,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,核酸的分布,98核中（染色体中）真核 线粒体（mDNA）核外 叶绿体（ctDNA）DNA 拟核原核 核外：质粒（plasmid）病毒：DNA病毒,4,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,RNA主要存在于细胞质中,少量RNA存在于细胞核中,RNA病毒,病毒：蛋白质核酸
3、,5,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,2.2 核酸的化学组成及一级结构,6,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,5.2.1 核酸的化学组成,（嘌呤碱和嘧啶碱）,（核糖或脱氧核糖）,核酸,核苷酸,核苷,磷酸,碱基,戊糖,(Nucleic acid),(nucleotide),(nucleoside),(phosphate),(base),(pentose),(purine and pyrimidine),(ribose or deoxyribose),7,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,5.2.1.1 戊糖,组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 -D-2-
4、脱氧核糖；RNA所含的糖则为-D-核糖。, -D-核糖,-D-2-脱氧核糖,（注意各个碳原子的编号）,8,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,5.2.1.2 碱基,5.2.1.2.1. 嘌呤（Purine）,腺嘌呤,鸟嘌呤,9,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,5.2.1.2.2. 嘧啶（Pyrimidine）,尿嘧啶 Uracil,胞嘧啶 Cytosine,胸腺嘧啶 Thymine,10,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,5.2.1.3 核苷（nucleoside）,核苷 戊糖+碱基 腺苷 鸟苷 胞苷 胸苷 尿苷糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键,11
5、,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,5.2.1.4 核苷酸,核苷酸的一般结构。呋喃式五碳糖以型糖苷与碱基相连，磷酸基团以酯键与5位碳原子相连，这是核糖核苷酸的分子结构，在脱氧核糖核苷酸中2位羟基被氢原子所取代；,（nucleotide）,12,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,组成DNA 的核苷酸是dAMP 、dGMP 、dCMP 和dTMP; 组成RNA 的核苷酸是AMP 、GMP、CMP 和UMP,13,5.2.1.5 核苷酸衍生物,三磷酸腺苷 (Adenosine Triphosphate, ATP),ATP是生物体内最重要的能量载体。,生物获得的能量可转换成AT
6、P，当需要能量时，ATP中的高能磷酸键水解，将贮存的能量释放出来。,14,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,环腺苷酸（3,5-cyclic adenosine monophosphate, cAMP),cAMP是信号转导中的一种重要的第二信使。,15,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,FAD、NAD和CoA是体内重要的辅酶,16,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,3,5- 磷酸二酯键：一个核苷酸的C3- OH 与另一分子核苷酸的 5- 磷酸基间形成。是将核苷酸链接成核酸的化学键。,5.2.2 核酸的一级结构,一级结构指核苷酸分子间连接方式及排列顺序。,17,
7、福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,链的走向为5-端 3-端。 5-端为磷酸， 3-端为羟基,如图DNA写作 5PdAPdTPdGOH 3或5ATG 3或 ATG,如图RNA写作 5PUPGPCOH 3或5UGC 3或 UGC,链的书写,18,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,5.3.1 DNA 的二级结构 1953 年Watson Crick DNA双螺旋结构模型 (B型DNA),5.3 DNA 的空间结构与功能,19,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,20,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,21,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,22,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,两条链反向平行，形成右手螺旋，螺旋直径为2 nm, 并有大沟、小沟相间。,2) 磷酸糖链骨架在外，碱基在内，碱基严格按AT ( 两对氢键) 、GC( 三对氢键) 配对。碱基平面之间的距离为0.34 nm; 每一螺旋含10 个碱基对, 螺距为3.4 nm。,23,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,3) 氢键维持双螺旋的横向稳定性; 碱基堆积力维持双螺旋的纵向稳定性。,24,福建师大地科院生态环境系生物化学与分子生物学,
