第14章核酸的结构.ppt

l核苷酸核苷酸l核酸的共价结构核酸的共价结构lDNA的高级结构的高级结构lRNA的高级结构的高级结构核酸核酸 nucleic acid核苷酸核苷酸 nucleotide核苷核苷 nucleoside磷酸磷酸 phosphate嘌呤碱嘌呤碱 purine base 或或 嘧啶碱嘧啶碱 pyrimidine base（碱基 base）核糖核糖 ribose 或或 脱氧核糖脱氧核糖 deoxyribose（戊糖 amyl sugar）一、核酸的组成成分一、核酸的组成成分OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脱氧核糖（一）核糖和脱氧核糖（一）核糖和脱氧核糖核酸中的碱基一般取碱基英文名字的前三字符号表示核酸中的碱基一般取碱基英文名字的前三字符号表示含氧的碱基有稀醇式和酮式两种异构体，在生理含氧的碱基有稀醇式和酮式两种异构体，在生理pHpH条件条件下主要以下主要以酮式酮式存在，核酸中的碱基也以酮式存在。存在，核酸中的碱基也以酮式存在。修饰碱基修饰碱基DNADNA由由A A、G G、C C、T T碱基构成碱基构成;RNA;RNA由由A A、G G、C C、U U碱基构成。碱基构成。除此之外除此之外,还有一些含量甚少的碱基还有一些含量甚少的碱基,大约近百种大约近百种,其中其中RNARNA中较多中较多,主要存在于主要存在于tRNAtRNA中中,绝大部分是以上绝大部分是以上5 5种碱基种碱基的衍生物的衍生物,多数是经甲基化、乙酰化、氢化、氟化及硫化多数是经甲基化、乙酰化、氢化、氟化及硫化形成的形成的,所以称为修饰碱基所以称为修饰碱基,也叫也叫稀有碱基稀有碱基。NHNNHNONH2OHOH黄嘌呤黄嘌呤(X)(X)NHNNHNONH2次黄嘌呤（次黄嘌呤（I I）核酸中的修饰嘌呤碱基：次黄嘌呤核酸中的修饰嘌呤碱基：次黄嘌呤(I)(I)、1-1-甲基腺嘌呤（甲基腺嘌呤（m m1 1A A）、）、N N6 6,N,N6 6-二甲基腺嘌呤（二甲基腺嘌呤（m m2 26 6A A）、）、N N2 2,N,N2 2,N,N7 7-三甲基鸟嘌呤（三甲基鸟嘌呤（m m3 32,2,72,2,7G G）等等尿酸尿酸NHNNHNONH2OHOHHOHOl核酸中的修饰嘧啶碱基：核酸中的修饰嘧啶碱基：5-羟甲基尿嘧啶（羟甲基尿嘧啶（hm5U）、）、5，6-二氢二氢尿嘧啶尿嘧啶(DHU)、4-硫尿嘧啶硫尿嘧啶(s4U)、5-甲氧基尿嘧啶甲氧基尿嘧啶(mo5U)、5-氟氟尿嘧啶（尿嘧啶（f 5U）、）、5-甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（m5C）、）、5-羟甲基胞嘧啶羟甲基胞嘧啶（hm5C）、）、2-硫胞嘧啶硫胞嘧啶(s2C)、N4-乙酰基胞嘧啶（乙酰基胞嘧啶（ac4C）等）等.l修饰碱基的符号：在碱基符号的左侧以小写字母及右上角数码表修饰碱基的符号：在碱基符号的左侧以小写字母及右上角数码表示其取代基团的性质、数目及位置。示其取代基团的性质、数目及位置。修饰嘧啶碱基修饰嘧啶碱基1、核苷由戊糖和碱基缩合而成的糖苷，糖环上、核苷由戊糖和碱基缩合而成的糖苷，糖环上C1与嘧啶与嘧啶碱的碱的N1或与嘌呤碱的或与嘌呤碱的N9连接。在嘌呤核苷的糖苷键连接。在嘌呤核苷的糖苷键:-N-1N-1/,9-,9-糖苷键，嘧啶核苷的糖苷键：糖苷键，嘧啶核苷的糖苷键：-N-1-N-1/,1-,1-糖苷键糖苷键.应用应用X射线衍射法已经证明，核苷的射线衍射法已经证明，核苷的碱基与糖环平面碱基与糖环平面互相垂直。互相垂直。1 1/9 91 11 1/胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH22 2、核苷命名：冠以碱基的名称，如腺苷、脱氧腺苷、鸟、核苷命名：冠以碱基的名称，如腺苷、脱氧腺苷、鸟苷、脱氧鸟苷苷、脱氧鸟苷。核苷常采用单字母表示，如：。核苷常采用单字母表示，如：A A、G G、C C、U U。脱氧核苷在符号前面加小写字母。脱氧核苷在符号前面加小写字母d d，如，如dAdA、dGdG、dCdC、dTdT。3、修饰核苷、修饰核苷修饰碱基与戊糖形成的核苷为修饰核苷，修饰核苷也可修饰碱基与戊糖形成的核苷为修饰核苷，修饰核苷也可以修饰戊糖，主要是甲基化修饰。以修饰戊糖，主要是甲基化修饰。常见的有：常见的有：次黄嘌呤核苷或肌苷（次黄嘌呤核苷或肌苷（I）、）、黄嘌呤核苷（黄嘌呤核苷（X）二二H尿嘧啶核苷（尿嘧啶核苷（D）假尿苷（假尿苷（）为）为-1，5C-C糖苷键，细胞内有特异的异糖苷键，细胞内有特异的异构酶催化尿嘧啶转变为假尿苷。构酶催化尿嘧啶转变为假尿苷。Y核苷也叫核苷也叫W核苷是从核苷是从tRNA中分离出的具有荧光的核中分离出的具有荧光的核苷。苷。Q核苷的碱基骨架为核苷的碱基骨架为7-去氮鸟嘌呤，在第去氮鸟嘌呤，在第7位上连以侧位上连以侧链链R/，不同，不同Q 核苷核苷R/不同。不同。l对于修饰碱基的核苷，在核苷符号的左侧以小写字母及右上角数对于修饰碱基的核苷，在核苷符号的左侧以小写字母及右上角数码表示其碱基上的取代基团的性质、数目及位置，如码表示其碱基上的取代基团的性质、数目及位置，如2-甲基腺苷甲基腺苷表示为：表示为：m2A，N6-甲基脱氧腺苷表示为甲基脱氧腺苷表示为m6dA.l对于修饰糖环的核苷，在核苷符号右侧以小写字母表示，如对于修饰糖环的核苷，在核苷符号右侧以小写字母表示，如2/O甲基腺苷，写为甲基腺苷，写为Am2；2-2-甲基腺苷甲基腺苷(m(m2 2A A)2/-O-2/-O-甲基腺苷甲基腺苷(Am(Am2 2)CHCH3 3CHCH3 3CHCH3 3核苷与磷酸所形成的磷酸酯叫核苷酸，有核苷与磷酸所形成的磷酸酯叫核苷酸，有2 2/、3 3/、5 5/-核苷酸和核苷酸和3 3/、5 5/脱氧核苷酸，自然界中游离的多为脱氧核苷酸，自然界中游离的多为5 5/-核苷酸核苷酸UMPUMPOHOHOOH2C1/2/N NN NO OO OHO-P-HO-P-O OOHOH1 1N NN NN NN NNHNH3 3OHOHOO-H2C1/2/HO-P-HO-P-O OOHOH1 1NMPNMP、NDPNDP、NTPNTP；dNMPdNMP、dNDPdNDP、dNTPdNTP1、构成构成DNA、RNA的核苷酸都为的核苷酸都为5 5/核苷酸核苷酸2、细胞内游离核苷酸及其衍生物细胞内游离核苷酸及其衍生物核苷核苷5/-三磷酸化合物（三磷酸化合物（NTPNTP），核苷），核苷5 5/-二磷酸（二磷酸（NDPNDP）环腺苷酸（环腺苷酸（CNTCNT）核苷核苷5/-5/-多磷酸多磷酸3/-3/-多磷酸化合物多磷酸化合物核苷酸衍生物核苷酸衍生物HSCoAHSCoA、NAD+NAD+、NADP+NADP+、FADFAD都含有腺苷酸。都含有腺苷酸。ADPGADPG、UDPGUDPG等是糖生物合成的活性糖基供体。等是糖生物合成的活性糖基供体。(一)核苷酸的连接方式:一个核苷酸残基的一个核苷酸残基的3 3/-羟基通过羟基通过“磷酸二酯键磷酸二酯键”与下一个核苷酸残基的与下一个核苷酸残基的5 5/-羟基相连。羟基相连。证据：牛脾磷酸二酯酶专一从核苷酸链的证据：牛脾磷酸二酯酶专一从核苷酸链的3/-3/-端水解得端水解得3/-3/-核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶专一从核苷酸链的核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶专一从核苷酸链的5/-5/-端水解得端水解得5/-5/-核苷酸，用这两种酶水解核苷酸，用这两种酶水解RNARNA链，分别得到链，分别得到3/-3/-核苷酸核苷酸和和5/-5/-核苷酸。核苷酸。核酸骨架（主链）核酸骨架（主链）侧链侧链3/-5/-磷酸二磷酸二 酯键酯键 具方向性具方向性3/-端，端，5/-端端 多样性多样性水溶性水溶性(一一)DNA的一级结构的一级结构(共价结构共价结构)P P代表磷酸基，垂线代表糖的碳链，代表磷酸基，垂线代表糖的碳链，C C1 1与碱基相连，与碱基相连，P P分别与相邻分别与相邻两个核苷酸戊糖的两个核苷酸戊糖的C3C3/和和C5C5/相连相连当当P P在核苷符号左侧时，表示磷酸与糖环的在核苷符号左侧时，表示磷酸与糖环的5 5/-羟基相连，右侧表羟基相连，右侧表示与示与3/3/羟基相连，如羟基相连，如pApCpGpTpApCpGpT.在表示核酸酶水解时，用这种简式在表示核酸酶水解时，用这种简式，如，如pApCppApCpGpTGpT，在不表示核酸酶水解时，在不表示核酸酶水解时，p p可省略。用连字符表可省略。用连字符表示，如示，如pApA-C-G-T-C-G-T或将连字符也省略，如或将连字符也省略，如pACGTpACGT。各种简式的读向是从左到右，表示的碱基是从各种简式的读向是从左到右，表示的碱基是从5/-3/5/-3/端。端。1 1/5 5/3 3/5 5/3 3/(二)RNA的一级结构(共价结构)1、基本结构单位、基本结构单位核苷酸核苷酸2、连接键、连接键3/、5/磷酸二酯键。磷酸二酯键。3、戊糖、戊糖核糖核糖4、碱基、碱基U替代替代T，此外，此外，RNA中还有一些稀有碱基。中还有一些稀有碱基。一级结构讨一级结构讨论的是核苷酸在核苷酸链上的排列顺序论的是核苷酸在核苷酸链上的排列顺序5、RNA也是无分支的线型多聚核糖核苷酸。也是无分支的线型多聚核糖核苷酸。6、RNA种类很多，结构也不一样。种类很多，结构也不一样。P P代表磷酸基，垂线代表糖的碳链，代表磷酸基，垂线代表糖的碳链，C C1 1与碱基相连，与碱基相连，P P分别与相邻分别与相邻两个核苷酸戊糖的两个核苷酸戊糖的C3C3/和和C5C5/相连相连当当P P在核苷符号左侧时，表示磷酸与糖环的在核苷符号左侧时，表示磷酸与糖环的5 5/-羟基相连，右侧表羟基相连，右侧表示与示与3/3/羟基相连，如羟基相连，如pApCpGpTpApCpGpT.在表示核酸酶水解时，用这种简式在表示核酸酶水解时，用这种简式，如，如pApCppApCpGpTGpT，在不表示核酸酶水解时，在不表示核酸酶水解时，p p可省略。用连字符表可省略。用连字符表示，如示，如pApA-C-G-T-C-G-T或将连字符也省略，如或将连字符也省略，如pACGTpACGT。各种简式的读向是从左到右，表示的碱基是从各种简式的读向是从左到右，表示的碱基是从5/-3/5/-3/端。端。1 1/5 5/3 3/5 5/3 3/（一）（一）DNA的双螺旋级结构的双螺旋级结构1953年，年，Watson和和Crick根据根据Chargaff 规律规律、DNA Na盐盐纤维的纤维的X光衍射数据光衍射数据和和核酸的化学性质及核苷酸键长和核酸的化学性质及核苷酸键长和键角的数据键角的数据提出了提出了DNA的双螺旋结构模型。的双螺旋结构模型。1、Watson-Crick双螺旋结构建立的根据双螺旋结构建立的根据（1）Chargaff 规律规律，奥地利科学家，奥地利科学家Chargaff于于1950年对年对各生物的碱基进行了定量分析，总结了一些共同规律：各生物的碱基进行了定量分析，总结了一些共同规律：a.同一生物所有器官和组织中的核同一生物所有器官和组织中的核DNA的碱基是相同的的碱基是相同的，DNADNA碱基组成没有组织和器官的特异性。碱基组成没有组织和器官的特异性。DNADNA的碱基组成的碱基组成具有种的特异性。具有种的特异性。b.b.所有双链所有双链DNA中，中，A=T，G=C 且且A+G=C+T，既含，既含6-6-氨氨基的碱基数等于含基的碱基数等于含6-6-酮基的碱基数（腺嘌呤含酮基的碱基数（腺嘌呤含6-6-氨基；胸氨基；胸腺嘧啶含腺嘧啶含6-6-酮基；鸟嘌呤含酮基；鸟嘌呤含6-6-酮基；胞嘧啶含酮基；胞嘧啶含6-6-氨基）氨基）c.不同生物的不同生物的DNA皆有自己独特的碱基组成，这种差异可皆有自己独特的碱基组成，这种差异可用用“不对称比率不对称比率”A+T/G+C表示。亲缘关系较近的生物表示。亲缘关系较近的生物