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第十八章核酸2.doc

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1第十八章 核酸和辅酶化学 (简介)核酸(nucleic acid)是与人类生命活动,尤其与遗传密切相关的生物大分子。天然存在的核酸有两类,一类是脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA),存在于细胞核和线粒体内,能携带遗传信息,决定细胞和个体的基因型(genotype);另一类是核糖核酸(ribonucleic acid, RNA),存在于细胞质(90%)和细胞核内(10%) ,可参与细胞内 DNA 遗传信息的表达,即蛋白质的生物合成。核酸是由瑞士外科医生米歇尔(F. Miescher)于 1868 年从绷带的浓细胞核中分离得到的,最初的名称是“核素” (nuclein),但实际上是核蛋白。1889 年奥特曼(R. Altmann)得到了第一个不含蛋白质的核素,并命名为核酸,因为它是酸性物质。但当时对其功能并未认识。1944 年,埃佛雷(O. Avery)利用致病肺炎球菌中提取的 DNA,使另一种非致病性的肺炎球菌的遗传性发生改变,成为致病菌,从而证实了 DNA 是遗传的物质基础。此后的大量实验证实,生物体的生长、繁殖、变异和转化等生命现象,都与核酸有关。1953 年沃森(J .Watson)和克里克 (F.Crick)提出了 DNA 的双螺旋结构模型,从而揭示了生物界遗传性状得以世代相传的分子奥秘。蛋白质的生物合成受核酸控制,遗传学中长期使用的“基因”一词,就是指 DNA 分子中某一区段,它可以经过复制遗传给子代;也可以经转录和翻译,保证支持生命活动的各种蛋白质在细胞内的有序合成。因此, “基因表达调控” 、 “基因重组与基因工程” 、 “基因诊断与基因治疗”以及“人类基因组计划”都成为近代分子生物学的研究关注热点。为了今后对核酸的深入学习和了解,本章着重介绍核酸的分子结构、组成和理化性质,并对它们的生物功能作一简介。本章同时简介辅酶的化学。第一节 核酸一、分类如前所述,根据核酸中所含戊糖的种类(核糖或 2/-脱氧核糖) ,核酸可分为 DNA 和 RNA 两类。根据 RNA 在蛋白质合成中所起的作用,其又可分为三类(主要的):1.核蛋白体 RNA(ribosomal RNA, rRNA) ,也称为核糖体RNA,是核蛋白体的组成成分。核蛋白体是蛋白质合成时的场所,参与蛋白质合成的各种成分都必须在核蛋白体上将氨基酸按特定顺序装配;2.信使 RNA(messenger RNA, mRNA) ,其功能是把细胞核内2DNA 的遗传信息,抄录并转送至细胞质中,并翻译成蛋白质中氨基酸的排列顺序,是蛋白质合成的直接模板;3.转运 RNA(transfer RNA, tRNA) ,其功能是在蛋白质合成中作为氨基酸的载体,并将氨基酸转交给 mRNA。二、化学组成核酸的基本组成单元是核苷酸。核苷酸经水解可释放出等摩尔量的含氮碱基(简称碱基) 、戊糖和磷酸。(一)碱基:构成核苷酸的碱基主要有五种,分属嘌呤和嘧啶两类含氮杂环。嘌呤类的有腺嘌呤(adenine, A)和鸟嘌呤( guanine, G) ,它们在DNA 和 RNA 中均存在;嘧啶类的有胞嘧啶( cytosine, C) 、胸腺嘧啶(thymine, T)和尿嘧啶(uracil, U) 。胞嘧啶在 DNA 和 RNA 中均存在;胸腺嘧啶仅存在于 DNA 中;尿嘧啶仅存在于 RNA 中。上述五种碱基在结构中可存在酮式-烯醇式或氨基- 亚氨基的互变异构,但体内或中性和酸性介质中存在的形式如下: NNHH2123456789HNNHO2 NHH2O123456HNOOHNOOCH3 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T)即酮式-烯醇式的互变异构中,以酮式为主;氨基- 亚氨基的互变异构中,以氨基为主。练习题 18.1 请写出尿嘧啶和腺嘌呤的烯醇式和亚氨基的结构形式。 嘌呤和嘧啶环中均有共轭双键,因此,对波长 260nm 左右的紫外光有较强吸收。此物理性质可用于核酸各组分的定量和定性分析。不同碱基的吸收波长稍有差异。(二)戊糖:核酸中的戊糖是 β -D-核糖(RNA 中)和 β -D-2/-脱氧核糖(DNA 中) 。为区别碱基中碳原子的编号,戊糖中的碳原子标以1/、2 /……等。 OHOHH OHHOH β -D-核糖 β -D-2/-脱氧核糖3为了减少取代基间非键相互作用,戊糖的呋喃糖环不是平面,而是折迭的。折迭情况由 C2/和 C3/相对于 C1/- O4/- C4/构成的平面的情况而定。通常可采用两种优势构象,即信封式(envelope)和扭转式(twist) ,简称为 E 式和 T 式。1.信封式折迭C5/ BO3/ O3/ BC5/ C5/ O
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