6 Nucleic acid
Chapter VI Nucleic acid
Vital function of NA
核酸是一切生物机体不可缺少的组分，是生命遗传信息的携带者和传递者。
它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。
是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。
Discovery of NA
1868年，F. Miescher从细胞核中分离得到一种“高含磷酸性物质”－核素（核酸），为细胞核化学的创始人和DNA发现者。
1889年，R. Altman, 发展了从酵母和动物中提取无PN的核酸方法，提出“核酸”概念。
1894年，O. Hammars证明核酸中的戊糖。1929年，Levene & Jacob，2－脱氧－D－核糖
1910年，Kossel因核酸中碱基鉴定获得诺贝尔医学奖。
1939年，E. Knapp等第一次用实验方法证实核酸是生命遗传的基础物质。
1953年，Crick & Watson双螺旋模型的提出，奠定分子遗传学和分子生物学的基础，具有十分重大的意义。
1958年，Crick总结提出中心法则（central dogma）。2004年，Crick逝世。
Development on NA research
1970’s，DNA recombinant technology, DNA clavege tech., molecular clone, DNA sequncing, 标志着生物技术的兴起。
1972，P. Berg ,将外源DNA片段插入猴病毒SV40 的环状DNA 分子，获得第一个DNA 体外重组体，但未克隆。
1973，S.Cohen, recombinant bacterium strain
1975，F. Sanger, DNA sequencing technique
1976，A. M. Maxam, W. Gilbert DNA chemical seqencing
1986，H. Dulbecco put forwards HGP，and then it started from 1990，which led to post-genome era today.
1994，M. Williams put forwards the proteomics
Emphasis
核酸的生物学功能（RNA）
核酸的结构（second structure）
核酸的理化性质（UV，denaturation） 核酸的测序（PCR, sanger sequencing）
Content Composition & classification Molecule structure
Properties of NA
Synthesis of NA
DNA sequencing
https://www.wendangku.net/doc/be18850810.html,position & classification
O
H
H O H
H
O H O H
H
H O C H 2
H O C H 2
O
H
H
O H
H
H
O H H
N
N
OH
HO
N
N
NH 2
HO N
N OH
H 2N N
N N
N N N
NH 2O H H OH H OH H HOCH 2
HOCH 2
O H H OH
H OH
H O H H OH H OH H HOCH 2
O H H
OH H
OH H HOCH 2
(1)Common bases in NA
A, adenine
N
N
N H
N
NH 2
NH
N
N H
N
O
NH 2
G, guanine
NH
N H
O
O
uracil
N
N H
NH 2
O
cytosine
NH
N H
O O
thymine
(2) Rare bases in NA (≈100)
1.2
Polynucleotide
多聚核苷酸是通过核苷酸的C 5’－磷酸基与另一分子核苷酸的C 3’－OH 形成磷酸二
酯键相连而成的链状聚合物。Direction ：5’ →3’ , 5’-terminator & 3’-terminator .
P
P
3'
3'P P 3'P 3'A
C G T 5′P A P C P G P C P T P G P T P A 3′
或5’-ACGCTGTA -3′
1.3 derivates －ATP, GTP & cAMP
O
-
P O O
-
N
N N
N
NH 2O
H
H OH H
OH H
OCH 2
O
-
P O O
-
O
-
P O O
-
三磷酸腺苷 (AT P )
生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物, 是一种重要的能量中间体.
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O -P O O -N
O H H OH H OH
H OCH 2
O -P O O -O -P O O -N
N N H
N
NH 2
GTP 主要作为蛋白质合成中磷酰基供体。
在许多情况下, ATP 和GTP 可以相互转换。
cAMP & cGMP
●主要功能：作为细胞之间传递信息的信使。
●环状磷酯键是一个高能键, 在pH7.4 条件下, cAMP 和cGMP 的水解能约为43.9 kJ /mol，比ATP 水解能高得多
1.4 Ribonucleic Acid , RNA
Different functions of DNA & RNA:
DNA：含有生物所有的遗传信息，是主要的遗传物质 RNA：mRNA, tRNA, rRNA
Controlling PN synthesis
Post-procession of RNA
regulation on gene-expression & Cell functions
Catalysis & some house-keeping gene in cell
Processing & evolution on genetic information
Reversed transcription
(1) Messenger RNA, mRNA
●约占总RNA的5%。
●不同细胞的mRNA的链长和分子量差异很大,寿命短暂
●它的功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地－－
RNP,核糖核蛋白体。
●真、原核生物的不同：polycistronic mRNA in prokaryote&
monocistronic mRNA in Eukaryote？
(2) Transfer RNA, tRNA
约占总RNA的10-15%。
它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信息，并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用。
已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNA。
RNA分子的大小很相似，链长一般在73-78个核苷酸之间。
(3) Ribosome RNA, rRNA
●约占全部RNA的80%。
●是核糖核蛋白体的主要组成部分。
●rRNA 的功能与蛋白质生物合成相关。
2.molecule structure
Gradient structure of NA：1st, 2st, 3st --structure
Primary structure of DNA: the sequence of NAs is the storage of inheriting information of DNA.
Primary structure of mRNA, is the sequence of decoding from genetic information to AARs sequencing in PN .
2.1 primary structure of mRNA
3’-tail：真核细胞3’-末端有一段20-250 polyA （转录后加入)，原核生物一般无polyA，某些病毒有polyA
polyA与mRNA从细胞核到细胞质的转移运输有关；
与mRNA的半寿期有关，新polyA链较长，衰老链短；
5’-Cap：5’ -末端有1－2个G 的核糖被甲基化
分为O (nometh)、I（1 meth）、II（2 meth）三种类型
防止或抵抗5’-核酸外切酶对mRNA 的降解
与蛋白质合成的起始作用有关：识别一核糖体
App
：mRNA structure of eukaryote
m 7G 5’PPP 5’Nm
5’-Cap
5’-非编码区
UTR
编码区
编译起始控制区
抑制因子结合位点AUG
UGA UAA UAG
抑制因子结合位点
3’-非编码区
UTR
定位信号
A n AAAOH 3’poly(A)
AAUAAA