生物化学维生素与辅酶章节考点总结

生物化学维生素与辅酶章节考点总结

第五章维生素与辅酶

3学时

定义：维持生物正常生命过程必需的一类小分子有机化合物，它在生物体内含量极少，大多数由食物供给，人体自身不能合成它们。

脂溶性：A、D、E、K，单独具有生理功能。

水溶性：B1、B2、B6、B12、C等，辅酶。

第一节脂溶性维生素

一、维生素A和胡萝卜素P360

1、结构

化学名称：视黄醇，包括两种：A1、A2

2、维生素A的来源

β-胡萝卜素、α-胡萝卜素、γ-胡萝卜素、黄玉米色素在肝脏、肠粘膜内转化成A。

β-胡萝卜素转化成二个维生素A（一切有色蔬菜）

α-胡萝卜素

γ-胡萝卜素转化成一个维生素A

黄玉米色素

3、功能

与视觉有关。

缺乏症：夜盲症。

活性形式：11-顺式视黄醛

P361 视循环

视紫红质为弱光感受物，当弱光射到视网膜上时，视紫红质分解，并刺激视神经而发生光觉。

11-顺式视黄醛，在暗光下经视网膜圆柱细胞作用后，与视蛋白结合成视紫红质，形成一个视循环。

当全反视黄醛变成11-顺式视黄醛时，部分全反视黄醛被分解为无用物质，故必需随时补充维生素A，每日补充量1 mg。

二、维生素D（D1、D3，还有D4、D5）

P361

有两种：D3（又名胆钙化醇），D2（又名麦角钙化固醇）。

植物体内不含维生素D（但有维生素D原）

1、来源

鱼肝油、蛋黄、牛奶、肝、肾、皮肤组织等富含维生素D。

酵母、真菌、植物中：麦角固醇（D2原）

动物体内：7一脱氢胆固醇（D3原）

2、结构P362反应式：

麦角固醇→维生素D2 （麦角钙化固醇）

7-脱氢胆固醇（皮肤）→维生素D3 （胆钙化固醇）

3、功能

调节钙磷代谢，维持血中钙磷正常水平，促进骨骼正常生长。

缺乏症：佝偻症等。

活性形式：1，25一二羟基胆钙固醇。

维生素D3 （胆钙化固醇）→25-羟基胆钙固醇（肝脏）→1，25一二羟基胆钙固醇（肾脏）→小肠（促进Ca2+ 的吸收、运输）及骨骼（促进Ca2+的沉积）中，参与调节钙磷代谢。

三、维生素E P363

化学名称：生育酚，共有8种，直接具有活性。

1、结构

P363 结构式：α-生育酚

2、来源

动、植物油、麦胚油、玉米油、花生油、棉子油、蛋黄、牛奶、水果等。

3、功能（抗氧剂—油脂氧化）

生理功能：抗生殖不育、肌肉委缩、贫血、血细胞形态异常

机理：有抗氧化活性，能防止不饱和脂肪酸自动氧化，保护细胞膜，延长细胞寿命，还可保护巯基酶的活性。

四、维生素K（K1、K2、K3）P364

1、结构

2、来源

食物和肠道微生物合成；绿色蔬菜、动物肝脏、牛奶、大豆，大肠杆菌、乳酸菌

3、功能

促进凝血。

缺乏症：肌肉出血、凝血时间延长。

凝血过程中，许多凝血因子的生成与维生K有关。

①凝血酶原，即因子II

②转变加速因子前体，因子VII

③血浆凝血酶激酶因子IX

④司徒氏因子因子X

第二节水溶性维生素与辅酶

主要是B族维生素，绝大多数都是辅酶。

一、维生B1与焦磷酸硫胺素（TPP）P367

化学名称：硫胺素，

活性形式：焦磷酸硫胺素（TPP）

1、结构

P367 结构式：硫胺素

活性形式：TPP

硫胺素+ ATP Mg2+ TPP + AMP

硫胺素激酶

2、来源：

瘦肉、酵母、谷类的胚芽、皮层。

3、功能（TPP）

脱羧辅酶。

缺乏症：脚气病、多发性神经炎。

TPP是催化丙酮酸、α-酮戊二酸脱羧反应的辅酶。

噻唑环C-2上氢解离，使C-2变成负碳离子，可以和α-酮酸的羧基碳结合，形成中间复合物脱CHOH。

二、维生素B2与黄素辅酶（FAD、FMN）P368

化学名称：核黄素

1、结构

P368 结构式：VB2、FMN、FAD

活性形式：

FMN（还原型FMNH2），FAD （还原型FADH2）

核黄素+ATP→FMN+ADP，FMN+ATP→FAD+ppi

2、来源

肝脏、酵母、大豆和米糠等

3、功能

FMN、FAD作为氧化还原型黄素辅酶，可分别与酶蛋白结合（称黄素蛋白），构成

脱氢酶，辅酶传递2H

酶底物产物辅酶D-a.a氧化酶D-a.a α-酮酸FAD

羟基乙酸氧化酶羟基乙酸乙醛酸FMN

琥珀酸脱氢酶琥珀酸反丁烯二酸FAD

三、维生素B3—泛酸与辅酶A（CoA）P370

维生素B3也称泛酸，是辅酶A的组成成分

1、结构

P370 结构式VB3（泛酸）、辅酶A

VB3（泛酸）：泛解酸、β-丙氨酸

腺苷-3’-磷酸

辅酶A（CoA-SH）磷酸

泛酸

巯基乙胺泛酰巯基乙胺

活性位点：-SH

2、功能：

脂酰基载体，乙酰辅酶A是糖代谢、脂肪代谢氨基酸代谢的枢纽。

四、维生素B5与烟酰胺辅酶P369

维生素B5包括烟酸（尼克酸）、烟酰胺（尼克酰胺）

烟酰胺是合成NAD、NADP的前体

P369 结构式：烟酸、烟酰胺、NAD、NADP

NAD、NADP是各种脱氢酶的辅酶。

MH2+NAD+→M+NADH+H+

酶底物产物辅酶醇脱氢酶乙醇乙醛NAD+

异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸α-酮戊二酸NAD+或NADP+

五、维生素B6与磷酸吡哆醛辅酶

维生素B6包括：吡哆醛、吡哆胺、吡哆醇

P375 结构式

活性形式：磷酸吡哆胺、磷酸吡哆醛

功能：磷酸吡哆醛转氨酶、磷酸吡哆胺转氨酶

P376 转氨反应过程

转氨、脱羧、消旋

六、维生素B7 生物素与羧化辅酶P373

化学名称：生物素

P373 生物素的结构

生物素是多种羧化酶的辅酶

酶蛋白的Lysε—NH2与生物素的羧基结合，生成Enz-biotin复合体

丙酮酸的羧化：

E-Biotin+HCO3- + ATP →E-Biotin-COO- + ADP + Pi

E-Biotin-COO- + 丙酮酸→草酰乙酸+ E-Biotin

活性位点：N-1

P374 N-1羧化生素素

七、维生素B11 叶酸P371

维生素B11又名叶酸，喋血谷氨酸

P372 结构式：叶酸

活性形式：四氢叶酸（THF），传递一碳单位的辅酶

传递的一碳单位有：甲基、亚甲基（甲叉）、甲川基、甲酰基、亚胺甲基活性位点：N5、N10

举例：P373 甲硫氨酸的合成

八、维生素B12 钴胺素

化学名称：钴胺素。

5’—脱氧腺嘌呤核苷酸钴胺素是

甲基丙二酸单酰辅酶A变位酶的辅酶

九、硫辛酸

丙酮酸脱羧酶复合体中的辅酶

（硫辛酰氨转乙酰酶和二氢硫辛酰氨脱氢酶的辅酶）

十、维生素C

1、结构

化学名称：抗坏血酸

2、来源:食物。

3、功能:抗氧化剂

缺乏症：坏血病，毛细血管脆弱，牙龈发炎出血

P378 表：组成辅酶的B族维生素

第六章核酸

核酸是遗传物质

1868年瑞士Miesher.从脓细胞的细胞核中分离出可溶于碱而不溶于稀酸的酸性物质。

间接证据：同一种生物的不同种类的不同生长期的细胞，DNA含量基本恒定。

直接证据：T2噬菌体DNA感染E.coli

用35S标记噬菌体蛋白质，感染E.coli，又用32P标记噬菌体核酸，感染E.coli

DNA、RNA的分布（DNA在核内，RNA在核外）。

第一节核酸的化学组成

核酸是一种线形多聚核苷酸，基本组成单位是核苷酸。

结构层次：核酸

核苷酸

磷酸核苷

碱基

组成核酸的戊糖有两种：：D-核糖和D-2-脱氧核糖，据此，可以将核酸分为两种：

核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）

P330 表5-1 两类核酸的基本化学组成

一、碱基

1. 嘌呤碱：腺嘌呤鸟嘌呤

2. 嘧啶碱：胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶

P331 结构式

3. 修饰碱基

植物中有大量5-甲基胞嘧啶。

E.coli噬菌体中，5-羟甲基胞嘧啶代替C。

稀有碱基：100余种，多数是甲基化的产物。

DNA由A、G、C、T碱基构成。

RNA由A、G、C、U碱基构成。

二、核苷

核苷由戊糖和碱基缩合而成，糖环上C1与嘧啶碱的N1或与嘌呤碱的N9连接。

核酸中的核苷均为β-型核苷

P332 结构式腺嘌呤核苷胞嘧啶脱氧核苷

DNA 的戊糖是：脱氧核糖

RNA 的戊糖是：核糖

三、核苷酸

核苷中戊糖C3、C5羟基被磷酸酯化，生成核苷酸。

1、构成DNA、RNA的核苷酸

P333表5-3

2、细胞内游离核苷酸及其衍生物

①核苷5’-多磷酸化合物

ATP、GTP、CTP、ppppA、ppppG

在能量代谢和物质代谢及调控中起重要作用。

②环核苷酸

cAMP（3’，5’-cAMP）cGMP（3’，5’-cGMP）

它们作为质膜的激素的第二信使起作用，cAMP调节细胞的糖代谢、脂代谢。

③核苷5’多磷酸3’多磷酸化合物

ppGpp pppGpp ppApp

④核苷酸衍生物

HSCoA、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。

第二节DNA的结构

一级：脱氧核苷酸分子间连接方式及排列顺序。

二级：DNA的两条多聚核苷酸链间通过氢键形成的双螺旋结构。

三级：DNA双链进一步折叠卷曲形成的构象。

一、DNA的一级结构

DNA的一级结构是4种脱氧核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）通过3/、5/-磷酸二酯键连接起来的线形多聚体。3/、5/-磷酸二酯键是DNA、RNA的主链结构。

P334 图5-1

书写方法：5/ →3/：

5’-pApCpTpG-3’，或5’…ACTG…3’（在DNA中，3/-OH一般是游离的）

在DNA分子中，不变的骨架成分磷酸二酯键被逐渐省略，真正代表DNA生物学意义的是碱基的排列顺序。

遗传信息贮存在DNA的碱基排列顺序中，生物界生物的多样性即寓于DNA分子4种核苷酸千变万化的精确的排列顺序中。

二、DNA的二级结构

1953年，Watson和Crick根据Chargaff 规律和DNA Na盐纤维的X光衍射数据提出了DNA的双螺旋结构模型。

1、Watson-Crick双螺旋结构建立的根据

①Chargaff 规律1950年

a. 所有DNA中，A=T，G=C 且A+G=C+T。

P334表5—4。

b. DNA的碱基组成具有种的特异性，即不同生物的DNA皆有自己独特的碱基组成。

c. DNA碱基组成没有组织和器官的特异性。

d. 年龄、营养状况、环境等因素不影响DNA的碱基组成。

②DNA的Na盐纤维和DNA晶体的X光衍射分析。

相对湿度92%，DNA钠盐结晶，B—DNA。

相对湿度75%，DNA钠盐结晶，A—DNA。

Z—DNA。

生物体内DNA均为B—DNA。

Franklin 的工作

2、Watson-Crick双螺旋结构模型

P335 图5—2

a.两条反平行的多核苷酸链绕同一中心轴相缠绕，形成右手双股螺旋，一条5’→3’，另一条3’→5’

b.嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧，磷酸与脱氧核糖在外侧。磷酸与脱氧核糖彼此通过3/、5/-磷酸二酯键相连接，构成DNA分子的骨架。

宽1.2 nm 宽0.6nm

大沟小沟

深0.85nm 深0.75nm

c.螺旋平均直径2nm

每圈螺旋含10个核苷酸

碱基堆积距离：0.34nm

螺距：3.4nm

d.两条核苷酸链，依靠彼此碱基间形成的氢链结合在一起。碱基平面垂直于螺旋轴。A=T、G=C

P336 图5—4

碱基互补原则具有极重要的生物学意义，DNA的复制、转录、反转录等的分子基础都是碱基互补。

3、稳定双螺旋结构的因素

①碱基堆积力（主要因素）形成疏水环境。

②碱基配对的氢键。GC含量越多，越稳定。

③磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子或组蛋白的正离子之间形成离子键，中和了磷酸基上的负电荷间的斥力，有助于DNA稳定。

④碱基处于双螺旋内部的疏水环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击。

三、DNA二级结构的不均一性和多型性

（一）DNA二级结构的不均一性

1、反向重复序列（回文序列）

DNA序列中，以某一中心区域为对称轴，其两侧的碱基对顺序正读和反读都相同，即对称轴一侧的片段旋转180°后，与另一侧片段对称重复。

较长的回文结构，在某些因素作用下，可形成茎环式的十字结构和发夹结构。功能还不完全清楚，但转录的终止作用与回文结构有关。

较短的回文序列，可作为一种特别信号，如限制性核酸内切酶的识别位点。

2、富含A T的序列

高等生物中，A+T与C+G的含量差不多相等，但在它们的染色体的某一区域，A T

含量可能很高。

在很多有重要调节功能（不是蛋白质编码区）的DNA区段都富含A T碱基对。特别是在复制起点和启动的Pribnow框的DNA区中，富含A T对。这对于复制和转录的起始十分重要，因为G C对有三个氢键，而A T对只有两个氢键，此处双键易解开。

（二）DNA二级结构的多型性

P339 表5-6 A-、B-、Z-DNA的比较

1、B—DNA：典型的Watson-Crick双螺旋DNA

右手双股螺旋

每圈螺旋10.4个碱基对

每对

螺旋扭角36°

螺距：3.32nm

碱基倾角：1°

2、A-DNA

在相对湿度75%以下所获得的DNA纤维。

A-DNA也是右手双螺旋，外形粗短。

RNA-RNA、RNA-DNA杂交分子具有这种结构。

3、Z-DNA

左手螺旋的DNA。

天然B-DNA的局部区域可以形成Z0-DNA。

4、DNA三股螺旋

在多聚嘧啶和多聚嘌呤组成的DNA螺旋区段，序列中有较长的镜像重复时，可形成局部三股螺旋，称H-DNA。

镜像重复：

TA T配对

C+GC酸对

DNA的三链结构常出现在DNA复制、重组、转录的起始或调节位点，第三股链的存在可能使一些调控蛋白或RNA聚合酶等难以与该区段结合，从而阻遏有关遗传信息的表达。

四、环状DNA

生物体内有些DNA是以双链环状DNA的形式存在，包括：

某些病毒DNA

某些噬菌体DNA

某些细菌染色体DNA

细菌质粒DNA

真核细胞中的线粒体DNA、叶绿体DNA

1、环形DNA的不同构象

P340 图5-8 松驰环、解链环、负超螺旋

（1）、松弛环形DNA

线形DNA直接环化

（2）、解链环形DNA

线形DNA拧松后再环化

（3）、正超螺旋与负超螺旋DNA

线形DNA拧紧或拧松后再环化，成为超螺旋结构。

绳子的两股以右旋方向缠绕，如果在一端使绳子向缠紧的方向旋转，再将绳子两端连接起来，会产生一个左旋的超螺旋，以解除外加的旋转造成的胁变，这样的超螺旋叫正超螺旋。

如果在绳子一端向松缠方向旋转，再将绳子两端连接起来，会产生一个右旋的超螺旋，

以解除外加的旋转所造成的胁变，这样的超螺旋称负超螺旋。

对于右手螺旋的DNA分子，如果每圈初级螺旋的碱基对数小于10.4，则其二级结构处于紧缠状态，是正超螺旋。

如果每圈初级螺旋的碱基对数大于10.4，则其二级结构处于松缠状态，是负超螺旋。

2、环形DNA的拓扑学特性

以260bp组成的线形B-DNA为例，螺旋周数260/10.4=25。

P340 图25-8 松驰环、解链环、负超螺旋

①连环数（L）

DNA双螺旋中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数，以L表示。

松驰环：L=25

解链环：L=23

超螺旋：L=23

②缠绕数（T）

DNA分子中的Watson-Crick螺旋数目，以T表示

松驰环T=25

解链环T=23

超螺旋T=25

③超螺旋周数（扭曲数W）

松驰环W=0

解链环W=0

超螺旋W= -2

L=T+W

④比连环差（λ）

表示DNA的超螺旋程度

λ=（L—L0）/L0

L0是指松驰环形DNA的L值

天然DNA的超螺旋密度一般为-0.03~-0.09，平均每100bp上有3-9个负超螺旋。

负超螺旋DNA是由于两条链的缠绕不足引起，很易解链，易于参加DNA的复制、重组和转录等需要将两条链分开才能进行的反应。

3、拓扑异构酶

此酶能改变DNA拓扑异构体的L值。

①拓扑异构酶酶I（拧紧）

能使双链负超螺旋DNA转变成松驰形环状DNA，每一次作用可使L值增加1，同时，使松驰环状DNA转变成正超螺旋。

②拓扑异构酶酶II（拧松）

能使松驰环状DNA转变成负超螺旋形DNA，每次催化使L减少2，同时能使正超螺旋转变成松驰DNA。

五、染色体的结构

1、大肠杆菌染色体

大肠杆菌染色体是由4.2×106bp组成的双链环状DNA分子，约3000个基因。

大肠杆菌DNA结合蛋白：每个细胞

H 两个28KD的相同亚基30000个二聚体

HU 两个各9KD的不同亚基40000个二体聚体

HLP117KD的亚基20000个单体

P 3KD的亚基未知

这些DNA结合蛋白，使4.2×106bp的E.coli染色体DNA压缩成为一个手脚架形结构，结构中心是多种DNA结合蛋白，DNA双螺旋分子有许多位点与这些蛋白结合，形成约100个小区，每个小区的DNA都是负超螺旋，一个小区的DNA有两个端点被蛋白质固定，每个小区相对独立。

图

用极微量的DNA酶I处理时，只能使少量小区的DNA成为松驰状态，而其它小区仍然保持超螺旋状态。

2、真核生物染色体

主要由组蛋白和DNA组成。

组蛋白是富含碱性a.a(Lys、Arg)的碱性蛋白质，根据Lys/Arg比值不同，可分为H1、H2A、H2B、H3、H4五种，均为单链蛋白质，分子量11000-21000。

H2A、H2B、H3、H4各两分子对称聚集成组蛋白八聚体。

146bp长度的DNA双螺旋盘绕在八聚体上形成核小体。

核小体间DNA长度15-100bp（一般60bp）其上结合有H1

图

2H2A、2H2B、2H3、2H4组蛋白八聚体146bpDNA 核小体

串联染色质折叠染色体

DNA（直径2nm）

盘绕组蛋白八聚体上，结合H1，压缩比1/7 核小体（一级结构）

螺旋化，压缩比1/6

螺线管（二级结构）

再螺旋化，压缩比1/40

超螺线管（三级结构）

折叠，压缩比1/5

染色单体（四级结构）

总压缩比：1/8400~1/10000

六、DNA的生物学功能

首次直接证明DNA的遗传功能的是Avery的肺炎双球菌转化实验。

P342 1~4 Avery的肺炎双球菌转化实验

第三节RNA的结构

一、RNA的一级结构

RNA是AMP、GMP、CMP、UMP通过3/、5/磷酸二酯键形成的线形多聚体。

P343 图5-10 RNA基本结构

①组成RNA的戊糖是核糖

②碱基中RNA的U替代DNA中的T，此外，RNA中还有一些稀有碱基。

③天然RNA分子都是单链线形分子，只有部分区域是A-型双螺旋结构。双螺旋区一

般占RNA分子的50%左右。

二、RNA的类型

细胞中的RNA，按其在蛋白质合成中所起的作用，主要可分为三种类型。

核糖体RNA rRNA

转运RNA tRNA

信使RNA mRNA

此外，真核生物细胞中有少量核内小RNA（small nuclear RNA snRNA）

P344 表5-7 大肠杆菌中的RNA

沉降系数：单位离心场中的沉降速度，以S为单位，即10-13秒。

如23S rRNA ，单位离心场中沉降23×10-13秒

5S rRNA ，单位离心场中沉降5×10-13秒

三、tRNA的结构

tRNA约占全部RNA的15%

主要功能：在蛋白质生物合成过程中转运氨基酸。

已知一级结构的tRNA有160种，每种tRNA可运载一种特定的a.a，一种a.a可由一种或多种tRNA运载。

结构特点

①分子量在25kd左右，70-90b，沉降系数4S左右

②碱基组成中有较多稀有碱基

图

③3’末端为…CpCpA-OH，用来接受活化的氨基酸，此末端称接受末端。

④5’末端大多为pG…或pC…

⑤二级结构是三叶草形

P345 图5-12 tRNA的二级结构（三叶草模型）

1966年Crick对于tRNA能识别几种密码子的现象，提出碱基配对的“摆动学说”：

认为除A-U、G-C配对外，还有非标准配对，I-A、I-C、I-U，并强调密码子的5’端第1、2个碱基严格遵循标准配对，而第3个碱基可以非标准配对，具有一定程度的摆动灵活性。

四、mRNA的结构

mRNA是从DNA上转录而来的，其功能是依据DNA的遗传信息，指导各种蛋白质的生物合成，每一种蛋白质都由一种相应的mRNA编码，细胞内 mRNA种类很多，大小不一，每种含量极低。

从功能上讲，一个基因就是一个顺反子，原核生物的mRNA是多顺反子，真核mRNA 是单顺反子。

顺反子：是由顺反试验所规定的遗传单位，相当于一种蛋白质的基因。

1、真核mRNA

（1）、3’-端有一段约30-300核苷酸的polyA。

PolyA是转录后，经polyA聚合酶添加上，polyA聚合酶对mRNA专一。

原核mRNA一般无polyA。polyA与mRNA半寿期有关，新合成的mRNA，其polyA 较长；而衰老的mRNA，其polyA较短。

polyA功能：

PolyA是mRNA由核进入胞质所必需的形式。

PolyA大大提高mRNA在胞质中的稳定性。

（2）、5’-帽子帽子

5’末端的鸟嘌呤N7被甲基化，鸟嘌呤核苷酸经焦磷酸与相邻的一个核苷酸相连，形成5’-5’-磷酸二酯键。

P346 帽子结构

帽子的功能：

可抵抗5’核酸外切酶降解mRNA。

可为核糖体提供识别位点，使mRNA很快与核糖体结合，促进蛋白质合成起始复合物的形成。

2、原核mRNA（多顺反子）

原核mRNA由先导区、插入序列、翻译区和末端序列组成。没有5/帽子和3/polyA。

举列：MS2病毒mRNA，3569 b，有三个顺反子，分别编码A蛋白、外壳蛋白和复制酶三种蛋白质。

图MS2病mRNA

5’端先导区中，有一段富含嘌呤的碱基序列，典型的为5’-AGGAGGU-3’，位于起始密码子AUG前约10核苷酸处，此序列由Shine和Dalgarno发现，称SD序列。

SD序列和核糖体16S的rRNA的3’末端富含嘧啶碱基的序列互补，这种互补序列与mRNA对核糖体的识别有关。

原核mRNA代谢很快，半寿期几秒至十几分钟。

五、rRNA的结构

rRNA占总RNA的80%左右。

功能：rRNA是构成核糖体的骨架，与核糖体结合蛋白一起构成核糖体，为蛋白质的合成提供场所。

大肠杆菌中有三类rRNA（原核）

5S rRNA

16S rRNA

23S rRNA

真核细胞有四类rRNA

5S rRNA

5.8S rRNA

18S rRNA

28S rRNA

图原核核糖体（rRNA 部分）

图真核核糖体（rRNA部分）

P346 图5-14 大肠杆菌5S rRNA 结构

第四节核酸的性质

一、解离性质

多聚核苷酸有两类可解离的基团：磷酸和碱基能发生两性解离。

磷酸是中等强度的酸，碱基的碱性较弱，因此，核酸等电点在较低的pH范围内。

DNA等电点4—4.5

RNA 等电点2—2.5

RNA链中，核糖C’2-OH的氢能与磷酸酯中的羟基氧形成氢链，促进磷酸酯羟基氢原子的解离。

二、水解性质

1、碱水解

室温，0.1mol/LNaOH可将RNA完全水解，得到2’-或3’-磷酸核苷的混合物。

图

在相同条件下，DNA不被水解。这是因为RNA中C’2-OH的存在，促进了磷酸酯键的水解。

DNA、RNA水解难易程度的不同具有极为重要的生理意义。

DNA稳定，遗传信息。

RNA是DNA的信使，完成任务后降解。

2、酶水解

生物体内存在多种核酸水解酶

RNA水解酶RNase

DNA水解酶DNase

核酸外一切酶

核酸内切酶最重要的：限制性核酸内切酶

三、光吸收性

碱基具有共轭双键，使碱基、核苷、核苷酸和核酸在240~290nm的紫外波段有强烈的光吸收，λmax=260nm

1、鉴定纯度

纯DNA的A260/A280应为1.8（1.65-1.85），若大于1.8，表示污染了RNA。

纯RNA的A260/A280应为2.0。

若溶液中含有杂蛋白或苯酚，则A260/A280比值明显降低。

2、含量计算

1 ABS值相当于：50ug/mL双螺旋DNA

或：40ug/mL单螺旋DNA（或RNA）

或：20ug/mL核苷酸

3、增色效应与减色效应

P347 图5-15 DNA的紫外吸收光谱

增色效应：在DNA的变性过程中，摩尔吸光系数增大

减色效应：在DNA的复性过程中，摩尔吸光系数减小。

四、沉降特性（DNA）

不同构象的核酸（线形、环形、超螺旋），起密度和沉降速率不同，用Cs-Cl密度梯度离心就可以将它们区分开来，这一方法常用于质粒DNA的纯化。

P348 图5—16 Cs-Cl密度梯度离心纯化质粒DNA

相对沉降常数

线型双螺旋分子 1.00

松驰双链闭环 1.14

切刻双链环 1.14

单链环 1.14

线型单链 1.30

正超或负超螺旋双链环状 1.41

坍缩 3.0

五、变性、复性及杂交

变性、复性是核酸的重要的物化性质，相对蛋白质来说，核酸可以耐受反反复复的变性、复性。这也是核酸研究技术的基础。

1、变性

（1）、变性：

核酸双螺旋区的氢键断裂，变成单链，不涉及共价键断裂。多核苷酸骨架上共价键的断裂称核酸的降解。

DNA的变性是爆发式的，变性作用发生在一个很窄的温度范围内。

P350 图5-18变性过程

热变性

因素酸碱变性（pH小于4或大于11，碱基间氢键全部断裂）

变性剂（尿素、盐酸胍、甲醛）

260nm吸收值升高。

变性后粘度降低，浮力密度升高。

二级结构改变，部分失活。

（2）、熔解温度（Tm）或称熔点：

DNA的双螺旋结构失去一半时对应的温度。DNA的Tm一般在70—85℃之间。

浓度50ug/mL时，双链DNA A260=1.00，完全变性（单链）A260= 1.37当A260增加到最大增大值一半时，即1.185时，对应的温度即为Tm。

（3）、影响DNA的Tm值的因素

①DNA均一性均一性高，熔解过程发生在很小的温度范围

内。

②G-C含量与Tm值成正比，G-C含量高，则Tm越高，测定Tm，可推知G-C含量。。

G-C%=（Tm-69.3）×2.44

P351图5-19 图5-20 Tm值与GC含量的关系

③介质中离子强度

其它条件不变，离子强度高，Tm高。

P351 图5-21

2、复性

变性DNA在适当（一般低于Tm20—25℃）条件下，两条链重新缔合成双螺旋结构。

变性DNA在缓慢冷却时（快速冷却可防止复性），可以复性。越慢；DNA浓度越大，复性越快。

复性速度可用C o·t衡量。

C o为变性DNA原始浓度mol·L-1，t为时间，以秒表示。

P352 图5-22，不同DNA的复性时间。

A．1个核苷酸对（A.U）

图上查出C o t1/2=4×10-6mol.s/L

若浓度为C o=1.0m mol/L

则复性50%所需时间t=0.004秒

若要全部复性，C o t=10-4t=0.1秒

B．E.coli 4.2×106碱基对

片段越大，复性DNA

图上查出C o t1/2=10 mol.s/L

若浓度C o=1.0 umol/L则复性50%所需时间t=107秒，约115天。复性100%C o t=500 mol.s/L

t=5×108秒，5758天。

对于E.coli ，4.2×106bp，浓度达到umol/L级时，浓度已很高。

复性机制：10-20bp成、拉链

3、杂交（DNA—DNA、DNA—RNA）

将不同来源的DNA混合加热，变性后，慢慢冷却使它复性。若这些异源DNA之间，在某些区域有相同的序列，则复性时会形成杂交分子。

第五节核酸研究技术

一、核酸的分离纯化

要求：尽可能保持其天然状态。

条件温和，防止过酸、过碱。

避免剧烈搅拌，抑制核酸酶。

1、DNA分离纯化

真核DNA以核蛋白（DNP）形式存在，DNP溶于水或盐（1mol/L），但不溶于0.14mol/L Nacl中，利用此性质，可将DNP与RNA核蛋白分开，提取出DNP。

DNA核蛋白可用水饱和的酚抽提，去除蛋白质。还可用氯仿异戊醇去除蛋白质。

2、RNA的制备（重点介绍mRNA的分离、纯化）

用0.14mol/L Nacl使DNP沉淀，上清中即为RNA核蛋白（RNP）。

去蛋白：盐酸胍、苯酚等

必须防止RNA酶对RNA的破坏。

二、核酸的凝胶电泳

1、琼脂糖电泳

①核酸分子的大小，迁移率与分子量的对数成反比

②凝胶浓度

③DNA的构象，超螺旋最快，线形其次，环形最慢。

④电流，不大于5V/cm