第八章、核酸化學(xué)核酸的組成成分DNA的結(jié)構(gòu)DNA和基因組RNA的結(jié)構(gòu)核酸生物合成核酸的生物學(xué)功能核酸的分子生物學(xué)2一、核酸的生物學(xué)功能（一）核酸與遺傳信息的傳遞DNA是基本遺傳物質(zhì)一定結(jié)構(gòu)的DNA產(chǎn)生一定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，才有一定形態(tài)和生理特征，所以DNA的特定遺傳密碼產(chǎn)生的蛋白質(zhì)就代表特定生物的遺傳性。在遺傳過程中DNA的具體作用：（1）在細(xì)胞分裂時按照自己的結(jié)構(gòu)精確復(fù)制傳給后代；（2）作為模板將所貯遺傳信息傳給mRNA。3RNA在傳遞遺傳信息上的作用

1)mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板；2)tRNA識別mRNA上的遺傳密碼，轉(zhuǎn)運特定氨基酸到核糖體上合成肽鏈；3)rRNA是核糖體的主要成分，是翻譯工作的場所。（二）核酸與蛋白質(zhì)的生物合成DNA轉(zhuǎn)錄為mRNA是有選擇的，tRNA和rRNA也是DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。（三）核酸結(jié)構(gòu)改變與生物變異一切生物的變異和進化都可以說是由于DNA的結(jié)構(gòu)改變而引起蛋白質(zhì)改變的結(jié)果。4生物遺傳的變異起源于DNA堿基配對的改變。１）有的由于DNA堿基的顛倒（如TA被顛倒為AT）或被調(diào)換（如GC被換為TA）；２）有的由于在DNA復(fù)制過程中被遺漏了一對或多了一對核苷酸，３）或者在轉(zhuǎn)譯時發(fā)生了差誤，如氨酰tRNA合成酶錯將一個結(jié)構(gòu)與正常氨基酸十分相似的物質(zhì)交給tRNA。４）還有一些生物的遺傳性狀發(fā)生了突變。5（四）DNA與細(xì)菌轉(zhuǎn)化一種細(xì)菌的遺傳性狀因吸收了另一種細(xì)菌的DNA而發(fā)生改變的現(xiàn)象，稱為細(xì)菌的轉(zhuǎn)化。（五）核酸與病變遺傳性疾病是由于遺傳缺陷而產(chǎn)生的，也就是DNA結(jié)構(gòu)改變的結(jié)果。鐮刀型紅細(xì)胞貧血和白化病(albinism)。病毒對活細(xì)胞的侵染是寄主發(fā)生疾病，主要是由于核酸的作用。如流感、肝炎、帶狀皰疹、脊髓灰質(zhì)炎、白血病、煙草斑紋病。6（六）遺傳工程遺傳工程是用人工方法改組DNA，從而培育新型生物品種的技術(shù)。實驗室中將細(xì)菌作材料研究遺傳工程過程可分為：（1）重組DNA分子（基因重組）；（2）將重組DNA引入受體細(xì)胞（轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)）。有利：（1）改良微生物品種使產(chǎn)生人工難以制得的生物活性物質(zhì)如胰島素、干擾素等；（2）解決某些疾病病因和控制這些疾病。7不利：1）使某些細(xì)菌失去對抗菌素的敏感性，引起某些疾病的廣泛流行；2）使某些酶失去應(yīng)有的生物活性等。（七）克隆與克隆化由單一親代細(xì)胞用無性繁殖產(chǎn)生的子代細(xì)胞稱克隆，形成克隆的過程稱克隆化。二、核酸的組成成分核酸nucleicacid核苷酸nucleotide核苷nucleoside磷酸phosphate嘌呤堿purinebase

或嘧啶堿pyrimidinebase（堿基base）核糖ribose

或脫氧核糖deoxyribose

（戊糖amylsugar）（一）核糖和脫氧核糖OHOH2COHOHOH12OHOH2COHOH12β-D-2-核糖β-D-2-脫氧核糖O核糖+H+糠醛甲基間苯二酚FeCl3綠色產(chǎn)物Δ脫氧核糖+H+

Δω-羥基-γ-酮戊醛二苯胺藍色產(chǎn)物RNA和DNA定性、定量測定（二）嘌呤堿和嘧啶堿NNNNHHHHNNNNHHHH123456789嘌呤NH2腺嘌呤adenine（A）NNNNHHHHOH2N鳥嘌呤guanine（G）NNHHHH123645嘧啶NNHHHHNH2OH胞嘧啶Cytosine（C）NNHHHHOOHH尿嘧啶uracil（U）NNHHHHOOHHCH3胸腺嘧啶thymine（T）NNOOHHH酮式HNNOOHHH酮式HHH烯醇式（三）核苷OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖NNNNHHHH9腺嘌呤胸苷OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖OHOH2COHOH1′2′3′4′5′核糖NNOOHHH尿嘧啶H1尿苷NCOONHHH51OH假尿苷（ψ）（四）核苷酸OHOH2COHOHOH1′2′3′4′5′核糖NNNNHHHH9腺嘌呤胸苷PO--O—O‖胸苷-5′-磷酸AMPP

O--O—O‖~ADPATPP

O--O—O‖~各種核苷三磷酸和脫氧核苷三磷酸是體內(nèi)合成RNA和DNA合成的直接原料。在體內(nèi)能量代謝中的作用：ATP——能量“貨幣”UTP——參加糖的互相轉(zhuǎn)化與合成CTP——參加磷脂的合成GTP——參加蛋白質(zhì)和嘌呤的合成第二信使——cAMPOHO-O

O—CH2

TO=P—O-3′5′OHOHO-O

O—CH2

GO=P—O-3′5′OHO

O—CH2OHOH

AO=P—OO-3′5′3′5′1′PPPOHATGpGpTpAOHpG-T-ApGTA三、DNA的結(jié)構(gòu)（一）DNA的一級結(jié)構(gòu)

1)因為DNA的脫氧核苷酸只在它們所攜帶的堿基上有區(qū)別，所以脫氧核苷酸的序列常被認(rèn)為是堿基序列（basesequence)。2)通常堿基序列由DNA鏈的5′→3′方向?qū)憽?)DNA中有4種類型的核苷酸，有n個核苷酸組成的DNA鏈中可能有的不同序列總數(shù)為4n。1.雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)（１）DNA中A＝T、C＝G。后發(fā)現(xiàn)：Ａ與T生成2個氫鍵、C與G生成3個氫鍵。（２）電位滴定證明，嘌呤與嘧啶的可解離基團由氫鍵連接。（二）DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1953年，Watson

和Crick

提出。2021鳥嘌呤－胞嘧啶堿基對腺嘌呤－胸腺嘧啶堿基對22磷酸二酯鍵232.雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點（1）兩條多核苷酸鏈反向平行。（2）堿基內(nèi)側(cè)，A與T、G與C配對，分別形成3和2個氫鍵。（3）雙螺旋每轉(zhuǎn)一周有10個bp，螺距3.4nm，直徑2nm。3.雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素（1）氫鍵（太弱）；（2）堿基堆積力（basestackingforce，由芳香族堿基π電子間的相互作用引起的，能形成疏水核心，是穩(wěn)定DNA最重要的因素；（3）離子鍵（減少雙鏈間的靜電斥力）。242526（三）DNA的三級結(jié)構(gòu)線形分子、雙鏈環(huán)狀(dcDNA)→超螺旋染色體包裝染色體包裝的結(jié)構(gòu)模型多級螺旋模型壓縮倍數(shù)76405

DNA→核小體→螺線管→超螺線管→染色單體2nm10nm30(10)nm400nm2~10μm

一級包裝二級包裝三級包裝四級包裝四、DNA與基因組織DNATranscription

RNA（mRNA、tRNA、rRNA）TranslationProtein基因基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能單位。結(jié)構(gòu)基因調(diào)節(jié)基因基因組30五、RNA結(jié)構(gòu)１、其基本結(jié)構(gòu)同DNA，主要區(qū)別：１）核糖為：RNA；２）含氮堿基中有Ｕ，沒有Ｔ。２、RNA主要有三種：１）結(jié)構(gòu)RNA（rRNA)；２）信使RNA(mRNA)；３）轉(zhuǎn)運RNA（tRNA).313233主要特征：1.四臂四環(huán)；2.氨基酸臂3′端有CCAOH的共有結(jié)構(gòu)；3.D環(huán)上有二氫尿嘧啶(D)；4.反密碼環(huán)上的反密碼子與mRNA相互作用；5.可變環(huán)上的核苷酸數(shù)目可以變動；6.TψC環(huán)含有T和ψ；7.含有修飾堿基和不變核苷酸。3435六核酸的生物合成一）DNA的生物合成二）RNA的生物合成36一）DNA的生物合成（一）DNA的半保留復(fù)制371、原核微生物的單鏈環(huán)狀DNA主要采用滾環(huán)式復(fù)制5′3′5′3′5′一）DNA的生物合成-半保留DNA復(fù)制的起點和方向382、真核生物DNA的多起點復(fù)制Ｓ１Ｓ２Ｓ３Ｓn39（三）原核細(xì)胞的DNA復(fù)制1.DNA聚合酶Ⅰ（PolⅠ）（dNMP）n+dNTPMg2+（dNMP）n+1+PPi特點（1）不能催化從無到有的聚合反應(yīng)。（2）催化的反應(yīng)只能在引物的3′延伸。（3）3′接上的核苷酸決定于模板鏈。（4）具有5′→3′和3′→5′外切酶活性。402.PolⅡ和PolⅢPCR（多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)）5′5′1熱變性2退火5′5′5′5′3DNA聚合酶5′5′5′5′重復(fù)1，2，3PCR反應(yīng)全過程413.雙鏈DNA復(fù)制的分子機制（1）岡崎片段和半不連續(xù)復(fù)制5′3′3′5′5′3′3′5′5′3′3′5′復(fù)制叉上DNA合成的三種可行性42（2）岡崎片段的RNA引物利福酶素對RNA聚合酶有抑制作用。氯霉素對蛋白質(zhì)合成有抑制作用。引物RNA在復(fù)制過程中暫時存在，最后通過PolⅠ的5′→3′外切酶活力水解。（3）DNA連接酶催化一條DNA鏈的3′末端與相鄰的另一條DNA鏈的5′末端之間的磷酸二酯鍵的合成。43

其它功能：（1）修補雙螺旋DNA中單股的缺口；（2）連接線狀雙螺旋DNA以產(chǎn)生環(huán)狀DNA；（3）重組過程中將幾段DNA鏈連接起來。（4）母本DNA雙鏈的分離DNA解螺旋酶（DNAhelicase）拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ（typeⅡtopoisomerase）44（5）DNA聚合酶的“校對”作用DNA聚合酶的3′→5′外切酶活力是校對新生DNA鏈和改正聚合酶活性所造成“錯配”的一種手段。4.真核細(xì)胞DNA的復(fù)制（1）真核細(xì)胞DNA復(fù)制有多個起始點。（2）至少有5種DNA聚合酶，即α、β、γ、δ、ε。（3）端粒由端粒酶催化復(fù)制。生物細(xì)胞DNA復(fù)制分子機制的基本特點455.反轉(zhuǎn)錄作用利用反轉(zhuǎn)錄酶可制造與任何RNA（mRNA、tRNA、rRNA）的互補DNA（cDNA）。6.DNA的損傷與修復(fù)（1）DNA損傷的各種結(jié)構(gòu)變化①堿基缺失或插入②堿基改變③形成TT二聚體46（2）修復(fù)機制①光復(fù)活；②切除修復(fù)；③重組修復(fù)；④SOS修復(fù)（3）修復(fù)缺陷和疾病癌癥；著色性干皮