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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,资料仅供参考,不当之处，请联系改正。,一、核酸的发现和研究简史 p470,第一节 核酸概论,基因是片段因子,染色体是遗传单位,基因位于染色体上,染色体上包含线状排列的基因,突变是基因的物理变化,交换导致重组,DNA是遗传物质,一个基因编码一个蛋白质,DNA是双螺旋的,DNA复制是半保留的,遗传的密码是三联体的,DNA是可以测序的,基因组是可以测序的.,第一节 核酸概论,第一节 核酸概论,Miescher,从小牛胸腺里提取了核酸,动物核酸,DNA,Altmann,从酵母中也提出一种核酸,植物核酸,RNA,细胞核里的核酸与小牛胸腺的核酸相似,而细胞质里的核酸与植物核酸相似,.,经过一系列的研究,到核酸的化学组成,由四种核苷酸组成。两者的差别主要是核糖的不同，,DNA,是脱氧核糖，,RNA,是核糖,(,Hammars,1894)。,细胞核里的核酸称为脱氧核糖核酸（,DNA）,细胞质里的核酸称为核糖核酸（,RNA）,四核苷酸假说,Phoebus Levene,(Russian-American,（1869-1940),核酸概论,贡献：核酸的化学结构及核酸中糖的鉴定,Erwin Chargaff showed(1950s):,不同来源的DNA的碱基组成不同,同一生物的不同组织里的DNA碱基是相同的。,DNA中嘌呤碱基等于嘧啶碱基。,%A=%T and%G=%C,Edwin,Chagraff,(1905-2002),核酸概论,James Watson(American,1928-),Francis Crick(British,1916-2004),核酸概论,Maurice Wilkins,(1916-)and,Rosalind Franklin,(1920-1958),1960年1973年,发现了逆转录酶,.,发现了基因工程的工具酶,.,1972,年由,Cohen,实现了,DNA,的体外重组,.,1973,年以后,明确了基因的概念,.,基因工程的兴起,.,一级结构的顺序测定的发展,.,高级结构的测定,.,核酸的人工合成,.,（一）脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid ,DNA),原核：裸露的DNA分子集中于核区,真核：细胞核DNA：与组蛋白、非组蛋白形成染色体,细胞器DNA：双链环形，一般裸露,二、核酸的种类和分布,核酸概论,1、核糖体RNA（ribosomal RNA ,rRNA),2、转移RNA（transfer RNA ,tRNA):保守性最强,3、信使RNA（messenger RNA ,mRNA),核酸概论,（二）核糖核酸（ribonucleic acid,RNA),DNA含量恒定，RNA含量与,细胞生长状态,有关。,1、,rRNA(ribosome RNA),，核糖体RNA，细胞中最主要的RNA，占细胞中总RNA80%左右。大肠杆菌rRNA中有三种，分别是：,16SrRNA、23SrRNA、5SrRNA,；真核细胞rRNA中有四种，分别是：,28SrRNA、18SrRNA、5.8SrRNA、5SrRNA,。核糖体是蛋白质合成的场所。,核酸概论,2、,tRNA(transfer RNA),，转移RNA，是细胞中最小的一种RNA分子，占细胞总RNA的,15%,左右。是结构研究最清楚的一类RNA。在蛋白质的生物合成中，tRNA起,携带氨基酸,的作用。,3、,mRNA(messenger RNA),，信使RNA，占细胞总RNA的,5%,左右，含量最少，代谢活跃。mRNA在蛋白质的生物合成中起,模板作用,。它将DNA的遗传信息传递给蛋白质。,另外，在细胞质里还存在,胞质小RNA(sc RNA),.,上述RNA存在于,细胞质,，另外在,细胞核,里面还存在一些RNA，如核不均一RNA（hnRNA）、核内小RNA（snRNA）、核仁小RNA、反义RNA（asRNA）等。,核酸概论,20世纪40年代DNA和RNA都是细胞的重要组成物质，前者可引起遗传性状的转化，后者可能参与蛋白质的生物合成。,（一）DNA是主要的遗传物质,遗传物质,细胞,细胞核染色体DNA（非蛋白质）DNA片段基因,核酸概论,三、核酸的生物功能,（二）RNA参与蛋白质的生物合成,显微紫外分光光法，组织化学法，化学分析方法测生长和分泌旺盛进行蛋白生物合成的细胞中RNA含量特别丰富。,（三）RNA功能的多样性,1、参与蛋白质的合成,2、RNA的转录后加工与修饰,3、参与基因表达的调控,4、生物催化作用,5、遗传信息的加工与进化,核酸概论,三、核酸的生物功能,Nature Biotechnology,反义基因,番茄导入反义基因可防止软化,抑制果肉软化的酶：果胶酶pectinase,香蕉殖入,病原菌抗原,作成口服疫苗,Nature Biotechnology,David Ow,萤火虫发光基因导入烟草,转基因植物,抗虫基因转移,“多莉”羊的诞生，是动物能够人工进行无性繁殖的标志。,核酸概论,开发制造奇特而又贵重的新型药品,A、利用转基因细菌大量生产贵重药物,1977年，美国首先采用大肠杆菌生产了人类第一个基因工程药物-人生长激素释放抑制激素。,传统方法：50万头羊下丘脑 5mg,现代方法：9升细菌发酵液 5mg,B、利用转基因动物大量生产贵重药物,利用转基因牛、羊、猪等生产一些细菌无法生产有活性的药品，如人体球蛋白、人凝血因子等。,目前，全世界已有20多种基因工程药物面市。另外还有约400多种生物制剂正在进行临床试验，2000多种处于前期的实验室研究阶段。,提高生命质量，延长人类寿命,第二节 核酸的结构单元核苷酸,核 酸（nucleic acid),核苷酸(nucleotide),磷酸(phosphoric acid),核苷(nucleoside),戊糖(pentose),碱基(base),一、核酸的化学组成,两类核酸的基本化学组成,P479 表13-1,第二节 核酸的结构单元核苷酸,核,苷,酸,的基本构造,Monophosphate,Diphosphate,Triphosphate,Adenine,Guanine,Thymine,Cytosine,Uracil,Nucleo,s,ide,(Adenosine),Nucleo,t,ide,(Adenosine monophosphate,AMP),Purine,Pyrimidine,核,苷,核,苷,酸,磷 酸,五碳糖,Ribose,Deoxyribose,碱,基,1,2,3,4,5,Juang RH(2004)BCbasics,核苷酸中的碱基均为,含氮杂环化合物,，它们分别属于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。核苷酸中的嘌呤碱(purine)主要是,鸟嘌呤,(guanine,G)和,腺嘌呤,(adenine,A)，嘧啶碱(pyrimidine)主要是,胞嘧啶,(cytosine,C)、,尿嘧啶,(uracil,U)和,胸腺嘧啶,(thymine,T)。,核 苷 酸,P479 结构式,嘌呤,嘧啶,（一）碱基,二、核酸组成部分的化学结构,核 苷 酸,（一）碱基,嘌呤和嘧啶环中含有,共轭双键,，对,260nm,左右波长的紫外光有较强的吸收。碱基的这一特性常被用来对碱基、核苷、核苷酸和核酸进行定性和定量分析.,嘌呤,嘧啶,嘧啶,核 苷 酸,1、嘧啶,胞嘧啶C,尿嘧啶U,胸腺嘧啶T,5-甲基胞嘧啶,5-羟甲基胞嘧啶,核 苷 酸,2、嘌呤,嘌呤,腺嘌呤,鸟嘌呤,六元环是实际上是嘧呤环，五元环部分是咪唑环。,嘌呤的定位与嘧啶不同，嘧啶从底边开始定，而嘌呤从侧面开始定位。,核 苷 酸,3、稀有碱基（修饰碱基）,修饰主要是甲基化，RNA中以tRNA含修饰碱基最多。,二氢尿嘧啶,6-甲-氨基腺嘌呤,核 苷 酸,4、碱基互变异构,核酸中五种碱基中的,酮基,和,氨基,，均位于碱基环中氮原子的邻位，可以发生,酮式-烯醇式,或,氨基-亚氨基,之间的结构互变。这种,互变异构,在基因的突变和生物的进化中具有重要作用。,核 苷 酸,（二）戊糖,核酸中的戊糖是D型的，有,核糖(ribose),和,脱氧核糖(deoxyribose),两种，分别存在于核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸中。为了与碱基标号相区别，通常将戊糖的C原子编号都加上撇“”，而碱基中原子的标号不加撇，以示区别。,无氧,1,核糖,脱氧核糖,三、核苷(nucleoside),戊糖与嘧啶或嘌呤碱以,C-N糖苷键,连接就称为,核苷,，通常是戊糖的C1与嘌呤碱的,N9,或嘧啶碱的,N1,相连接。,腺嘌呤核苷,胞嘧啶脱氧核苷,b,型糖苷键,碱基与糖环平面互相垂直，反式存在。,核 苷 酸,1、常见核苷,各种常见核苷,碱基 核糖核苷 脱氧核糖核苷,嘌呤,腺嘌呤,鸟嘌呤,腺嘌呤核苷,鸟嘌呤核苷,腺嘌呤脱氧核苷,鸟嘌呤脱氧核苷,嘧啶,胞嘧啶,尿嘧啶,胸腺嘧啶,胞嘧啶核苷,尿嘧啶核苷,-,胞嘧啶脱氧核苷,-,胸腺嘧啶核苷,核 苷 酸,2、稀有核苷,次黄(嘌呤核)苷,假尿嘧啶核苷,7-甲基鸟苷,4-硫代尿苷,稀有碱基,+,正常的糖,正常碱基,+,修饰糖或其它糖,正常碱基,+,正常糖，但是非正常的糖苷糖,假尿嘧啶核苷（,）P481,核 苷 酸,核 苷 酸,核苷中戊糖C,2,、C,3,、C,5,羟基被磷酸酯化,就形成核苷酸。,核苷酸分成核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸,P481结构式：5-AMP (5腺嘌呤核苷酸）,3-,d,CMP（3胞嘧啶脱氧核苷酸）,四、核苷酸 p481,5-AMP,2-AMP,3-AMP,腺嘌呤核苷-n-磷酸酯,核 苷 酸,碱,基,五碳糖,磷 酸,核,苷,酸,全称：腺嘌呤核苷（一磷）酸,简称：碱基的简称,+,苷,+,酸,如：腺 苷 酸,核 苷 酸,核 苷 酸,由于自然界中的核苷酸主要是,5-,核苷酸，所以如果不是特指，以上的表示都是,5,位核苷酸，都是指一磷酸。,如果是一个脱氧核糖的核苷酸，则它的名称（无论是全称还是简称）都是在核糖核苷酸的前面加上脱氧二字。,如脱氧腺嘌呤核苷酸，脱氧腺苷酸。,符号简称：,腺嘌呤核苷一磷酸,AMP,pA A,脱氧腺嘌呤核苷一磷酸,d,AMP,d,pA,d,A,核苷酸通式：,5-NMP 5-,d,NMP,如不特指5-可以省略。,核 苷 酸,RNA：AMP、GMP、UMP、CMP,1、构成DNA、RNA的核苷酸 P481表13-4,DNA：dAMP、dGMP、dTMP、dCMP,核 苷 酸,2、,细胞内的游离核苷酸及其衍生物,NMP,NDP,NTP,dNTP,ddNTP,核 苷 酸,核苷5-多磷酸化合物。,(脱氧)核苷二磷酸、(脱氧)核苷三磷酸,在能量代谢和物质代谢及调控中起重要作用。,双脱氧核苷酸的结构,在DNA的序列测定中使用.,环化核苷酸,3,5-cAMP，3,5-cGMP,信号分子，cAMP调节细胞的糖代谢、脂代谢。,2、,细胞内的游离核苷酸及其衍生物,3,5-cAMP,3,5-cGMP,核 苷 酸,其它多磷酸核苷酸核苷5多磷酸3多磷酸化合物,ppGpp pppGpp ppApp,多磷酸化合物中,5，3,通常省略。,ppNpp,在碱基,N,的左侧为,5,，在,N,右侧的为,3.,2、,细胞内的游离核苷酸及其衍生物,核 苷 酸,辅酶核苷酸核苷酸衍生物,CoA、NAD,+,、NADP,+,、FAD等辅助因子。,GDP-半乳糖、GDP-葡萄糖等是糖蛋白生物合成的活性糖基供体。,2、,细胞内的游离核苷酸及其衍生物,核 苷 酸,核 苷 酸,3、核苷酸的性质,一般的性状,核苷酸为无色粉末或结晶状,易溶于水,不溶于有机溶剂,有较高的熔点,酸性较强.由于其分子的不对称性和带有C*的糖环故有旋光性.,核苷酸的紫外吸收,由于核苷酸中的,碱基,具有与,苯环类似的共轭双键,所以它有强烈的,吸收紫外光,的能力，碱基、核苷和核苷酸的紫外吸收峰的吸收区间在,240290nm,，各种核苷酸的最大吸收峰不同,但一般在,260nm左右,有较大的紫外吸收,故常用,260nm作为核酸特征吸收峰值,利用这一点可作,核酸的定量测定,.,核 苷 酸,3、核苷酸的性质,核苷酸的定量测定,核 苷 酸,3、核苷酸的性质,利用紫外吸收对核苷酸的定量测定,核苷酸的紫外吸收在260nm时符合Lembert-Beer定律即:,A,260,=,.c.l,A:光密度;,:,摩尔消光系数;c:吸光物质的摩尔浓度;l:光程.,例题：称取AMP样品534毫克定容至100毫升，PH=2.0.测定,A260=1.9810-4,已知：MWAMP=347.2 260=1.510-2,求：样品中AMP的百分含量。,核 苷 酸,3、核苷酸的性质,核苷酸的解离 p505-506,某些碱基，核苷及核苷酸的PK值,碱基名称,碱基的pK值,核苷的pK值,5核苷酸的pK值,腺嘌呤,4.15,9.8,3.5,12.5*,3.8,0.9,6.2,鸟嘌呤,3.2,9.6,12.4,1.6,9.2,12.4*,2.4,9.4,0.70,6.1,胞嘧啶,4.6,12.2,4.15,12.5,12.3*,4.5,0.80,6.3,尿嘧啶,9.5,9.2,12.5*,9.5,1.0,6.4,胸腺嘧啶,9.9,9.8,13*,10.0,1.6,6.5,*：戊糖羟基的PK值。,核 苷 酸,