《生物化学》教案 授课题目 学时安排 第九章 核酸及其结构 4学时 学握核酸的分类、生理功能 常见碱基结构：常见核苷酸结构。常见核苷酸结构 目 核酸的共价结构：碱基组成规则 香 DNA二级结构、三级结构 RNA空间结构特点：RNA空间结构特点 了解核酸的分布。DNA与蛋白质复合结构 rRNA等空间结构 碱基结构 核酸的共价结构 教学 DNA二级结构 重点 DNA三级结构 tRNA高级结构 核苷酸结构 教学难点 DNA二级结构 教学过程 讲授结合多媒体课件 P477习题之2、7、8、10 作业 P500习题之1、3、4、6、13
教学内容 导言 另一重要生命物质是核酸，早期称之为核素，它是生物遗传的物质基础。 1943年Chargaff等揭示了DNA的碱基配对规律，1944年美国Avery利用肺类球菌的转 化试玲证实DNA搭带遗传信息，1953置atson和Crick提出了DNA双螺旋结构拉型，说明了 基国结构、信息和功能三者之间的关系，莫定了分子生物学基础。1958年C1C收提出“中 心法则：60年代破译遗传密码，阐明3类N1参与蛋白质生物合成的过程：70年代诞生了 基因重组和DNM测序生物技术，90年代提出人类基因组计划，21世纪进入后基因组时代 核酸的研究成了生命科学中最活跃的领城之一。 双螺旋的内容是什么？你知道吗，在此水平，你体内的DA总长度为地球到太阳距离的 100倍，如此长的东西是如何蜗居于你的身体？待我给你从头说起。 第九章核酸结构 第一节核酸通论 一、概念 (掌握) 山核什酸以3”，5磷酸二酯键相连的具特定空间结构的高分子化合物 据组成脱氧核糖核酸(DNA) 山脱氧核糖核甘酸组成 核糖核酸(RNA) 山核糖核甘酸组成 据分子结构 双链、单链 链状，环状 RNA据功能 信使RNA 转运RNA 核糖体RNA 小RNA 三种以外的RNA统称。按大小有4.5S.5S、7S等 按位 :核内小RNA、胞质小RNA等 按功能：反义RAN.核酵等 DNA分布 真核核内 双链链状 核外 双链环状 叶绿体、线粒体 原核 核区 双链环状 外 双链环状 质粒 病毒 核髓 单线、单环、双线、双环 RNA分布细胞质细胞核 二、生物学功能（掌握） I,DNA是主要的遗传物质 遗传信息的载体 证据肺炎球菌的转化试验 示意图 噬菌体感染试验 1952年，赫什(Hershey,蔡斯(Chase) S(蛋白质).2p(核酸) 2、RNA参与蛋白质合成
是遗传信息的传递者 证据烟草花叶病毒重建试验 1956年，弗雷克斯尔-康拉特 (Fraenkel-Courat) RNA功能多样 控制蛋白质合成 转录后加工 前按 基因表达与细胞功能调节结辑、反义RNA 生物催化与其它细胞持家功能 作用 遗传信息的加工与进化 其核心是基因表达的信息加工和调节 核酸的实践意义 a核酸与病变 造传性疾病是山于造传缺陷而产生的，也就是DNA结构改变的结果。筷刀型 红细胞贫血和白化病(abinism)。 病毒对活细胞的侵染是寄主发生疾病，主要是山于核酸的的作用。流感、肝炎、 带状疱疹、脊髓灰质炎、白血病、烟草斑纹病 b遗传工程 遗传工程是用人工方法改组DNA,从而培有新型生物品种的技术 实验室中将细菌作材料研究 工程过程可分为：(1)重组DNA分子（基因 重组)：(2)将重组DNA引入受体细胞（转化或转导）。 有利：(1)有可能培育出高产抗病、耐早，时燃、时盐碱的优良性能的动植物 新品种：(2)改良微生物品种使产生人工难以制得的生物活性物质胰岛素、干扰素等：(3) 解决某些疾病病因和控制这些疾病。 :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 某些或激素失去应有的生物活性等 c克隆与克隆化 山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。 第二节核苷酸 天然存在的楼截有两类，即能氧候候酸(deoxvribomclelc acid,DM)和核糖核藏 (ribonucleic acid,V)。DM分子是生物体的遗传信息年，分在原核钢胞的核区，真核 翻胞的核和绑胞器以收病赤中：4分子参遗传信息表达的一些过程，主要存在于邹胞 核酸是一种多乘核苷，用不同的降解法得到其组成单位 一核甘酸。而核苷酸又山碱 基，戊糖和腾酸组成。 核酸的组成成分 核酸nucleicacid 核苷nucleoside 磷酸phosphate
愿吟酸purine base 核糖ribose 戊待amyl suga 一、核糖和脱氧核糖（掌握） 核糖变脱氧核结构式示意 核糖+H→糠醛一一甲基间苯二刷，下cC1,一一绿色产物 RNA和DNA定性，定量测定 脱氧核椭+H一羟基酮戊醛 二苯胺、 蓝色产物 RNA和DNA定性、定量测定 二、嘌呤碱和嘧啶碱（掌握） 嘌岭、腺嘌吟、向嘌吟结构式 嘧啶、胞、尿、胸腺结构式 烯醇式、酮武互换示意图 常见碱基、稀有碱基 ,核苷（掌握）》 碱基和成神尘成的。酒过C1'9或C1'V游甘继连接，用单宁符表示，脱氧 结 核糖核甘NMP AGCU 某碱基核糖核苷，简称某甘 构 脱氧核糖核苷dNMP AGCT 式 某碱基脱氧核糖核苷，筒称脱氧某甘
尿甘、假尿背结构式 四、核苷酸（掌握）》 D AP在能昼代谢中起重要作用。 甘酸是两性电解质，有等电点。传甘酸有五变异构和紫外吸收。（含氧的碱基有病式 和烯醇式两种五变异构体，布生壁条件下主要以式存在) ATP结构式 各种核甘三磷酸和脱氧核甘三磷酸是体内合成RNA和DNA合成的直接原料. 在体内能量代谢中的作用： 能量货 UTP一参加糖的互相转化与合成 CTP—参加磷脂的合成 GTP参加蛋白质和嘌岭的合成 第二信使cAMP
第三节 核酸的共价结构 一、连接方式（重点） 连接示意/线条简图/字母表达/简式/多核苷酸链/主链/侧链/磷酸二酯键/5末 端/3端残基读书写习 DNA结构示意图 M和DM链都有方向性，从5'-3。前一位核苷酸的3'-M与下一位核苷酸的5'位磷 酸基之刨形成3,5磷酸二腊速，从而形成一个没有分支的线性大分子，两个水带分别称为 5'端和3'术端。大分子的主链山相排列的成和磷酸构成，而碱基可看作主链上的侧 链基团，主链上的酸基是酸性的，胞H下带负电荷：而碱基有硫水性。 二、DNA的一级结构（重点） DNA山四种脱氧核甘酸(NMP)按一定顺序以35'磷酸二指键连接的线性或环状 结构 不同DNA的主链一样，区别仪在侧链，所以脱氧核甘酸的序列常被认为是碱基序列 (base sequence)。 山于绝大多数为双链，所以，大小常用狱基对(bp)表示。常在106~108之间。 DNA中有4种类型的核昏酸，有n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数 为4 其顺序即为遗传信息，以基因为单位
1、DNA与基因 DNA一一转或一一→RNA一一翻译一一+蛋白质 (mRNA、tRNA,rRNA) 基因是DNA片段的核酸序列，DNA分子中最小的功能单位 基因 结构基因/调节基因基因组 ☑分子中的最小功能单位称作基因，为M或蛋白质编码的基因称结构基因，D八则中 具调节功能而不转录生成的片段称调节基因。基因组(gemo肥)是某生物体所合的全 部基因，即全加M或完整的单套遗传物质（配子中的整套基因） 2、原核生物基因组的特 (I)DNA大部分为结构基因，每个基因出现频率低。 (2)功能相关基因串联在一起，组成操纵子，并转录在同一RNA中（多顺反子）. (3)有基因重叠现象。 示意图 (4)基因连续（无内令子） 弹个4分子大脂折前含16X10m,有0心0W个整因充全的展定长 3、其核生物基因组的特点 其核生狗基 般分布在若干条染色体上 (1)有大量币复予列 单烤川序列 在整个DNA中只出现一次或少凝几次，主要为编码蛋白质 的结构基因 中度重复序列在DNA中可重复几I次到几千次 高度重复序列可重复儿百力 高度重复序列一般富含AT或G-C,富含AT的在密度梯度离心时 在离心管中形成的区带比主体DNA史靠近管口：富含GC的史靠近 管底，称为卫是DNA(satellite DNA) (2)不组成操纵子 (3)有断裂基因 山于基因中内含子的存在 基因与RNA关系示意图 内含子(intron):基因中不为多队编码，不在mRNA中出现。 外显子(exons):为多肽编码的基因片段。 例外：组蛋白基因histongene)和干扰素基因(interferon gene)没有内含子。 酵母基因组有1.35X10bp,令6374个基因
4、病毒基因组的特点 基因较少，较小，有重复，有些是RNA为授体 最小病1s40的基因组仪有5226，含5个基因 5、人类基因组 每组23条，3.2×10%p(Gb) 结构基因11一1.4% 约 1000个基因4力个 个细胞表达 12万 人类基因组计划 基因组测序工作 1990年10月山美国发起 参与国有美、英、山、法、德 中国与1999年参与，承担1% 计划于2005年完成 已于2001年元成 意义 有益于人类健康、医疗、制药等， 并对生命科学有极大贡献。 有关概念 基因 基因红 基因组学 功能基因组学 蛋白质蛋白质组 蛋白质组学 Rna RNA组 RJA组学 前基因组时代 后基因组时代 三、RNA一级结构（掌握） 山四种核糖核甘酸(NMP)按一定顺子（基因决定）以3'5'磷酸二酯键连接的线性 (或环状)结构
不同RNA的主链一样，区别仪在侧链，所以其子列常被认为是碳基子列。 一级结构特点 原核有3条(16S和5S、23S),有稀有核甘酸 真核有四条(18S和5S、5.8S、28S),同上 3、mRNA 原核为多顺反子，木端有非编码区，无稀有碱基 真核为单顺反子，有相子和尾世，有稀有核甘酸 4.tRNA 约73一93个核酸，含较多稀有碱基，3端都是CCA 相子 其核mRNA5术端附加的特殊结构，又叫5端相子为7甲倒鸟苷二磷酸， 按核糖是杏甲基化，分 则 mGS'PPPS'NNN 1型 m7GS'ppPS'NmNN 注意：曲的位置 mG5'ppp5 NmNmN 与起始和半衰期有关 尾巴 其核mRNA3木端附加的特殊结构，又叫3'端尾巴为多聚腺苷酸(polyA) 与运输和半衰期有关 第四节 DNA的高级结构 一、DNA碱基组成的Chargaff规则（掌握） A-T:C-G 1950年，Chargaff提出。 二、二级结构（重点、难点） 1、双螺旋结构的主要依据 (1)Wilkins和Frank1im发现不同来源的DNA纤维具有相似的X射线衔射图谱。 (2)Charga发现DNA中A与T、C与G的数目相等。后Pauling和Corey发现 A与T生成2个氢键、C与G生成 (3)电位滴定证明，嘌岭与嘧啶的可解离基团山氢键连接。 2、B型（双螺旋模型） 1953年，Watson和Cick提出。O片25模型图 I953年，ason和Cick根据Vilkins和Franklin拍摄的DNAX射线照片(DVM有O.34m 和3.4nm两个周棚性变化)以及Cha gaf等人对DM的碱基组成的分析(A-T,G-C,A+G-C+T, 推测出DM是山两条棉五缠绕的能形成。阳ntson-Crick双蝶旋结构模型，下图：
双蝶旋结构模型要点 一条为5-3；另一条为3-5（某些病 青的NM是啦链分子SSDNA) (2)碱基内侧，A与T、G与C配对，分别形成2和3个氢键。O (3)双螺旋每转一周有10个bp,蝶距3.4nm,直径2nm。O (4)螺旋表面有大沟和小沟。O 双蝶旋结构的稳定因素 氢键 使两链粘附维持双蝶旋的械向稳定