Chapter 2 Nucleic Acid Chemistry

Chapter 2 Nucleic Acid ChemistryChapter 2 Nucleic Acid Chemistry

ComposationComposation

StructureStructure

FunctionFunction

DNADNA

RNARNA

论述 DNA 双螺旋结构的特点及其生物学功能。

论述核酸分子杂交技术原理及其应用。

论述题（课后查资料学习完成）

Nucleic acid is a heredity substace.

1928 年生理学家格里菲斯（ Griffith,J. ），在研究肺炎球菌时发现一种转化因子能够使无毒的 R 型细菌转变为有毒的 S 型双球菌。1944 ， Oswald T. Avery （ O.T.艾弗里，美国细菌学家）、 Colin M. Macleod 和 Maclyn McCarty 完成了肺炎双球菌体外转化实验，揭示了不同品系的肺炎双球菌相互之间的转化因子是 DNA 而不是蛋白质这一事实，首次证明 DNA 分子是遗传信息的载体。1952 ，美国噬菌体学家 Hershey A.D. （ A.D. 赫尔希）和 Chase M.（ M. 蔡斯）用标记噬菌体感染实验研究证明，噬菌体 DNA 携带着噬菌体复制的全部信息，再次证明了 DNA 是遗传信息的载体，而不是蛋白质。

Nucleic acid is a polymer of nucleotide,having and transfering genetic information, include deoxyribonucleic acid (DNA)and ribonucleic acid(RNA).

脱氧核糖核酸 DNA 核糖核酸 RNAlaying Nucleus90%,mitochondrium,

autoplast, plasmid.Nucleus, cytochym

a

function Having genetic information and deciding genotye of body.

Jion in genetic expression.

Section 1 composition of nucleic acid

DNA RNA

base

Purine bases

嘌呤碱Adenine 腺嘌呤

(A)Adenine 腺嘌呤

(A)

Guanine 鸟嘌呤 (G)

Guanine 鸟嘌呤 (G)

Pyrimidine bases

嘧啶碱

Cytosine 胞嘧啶 (C)

Cytosine 胞嘧啶 (C)

Thymine 胸腺嘧啶(T)

Uracil 尿嘧啶 (U)

pentoseD-2-deoxyribose

D-2- 脱氧核糖D-ribose

D- 核糖

acidphosphoric acid

磷酸phosphoric acid

磷酸

Ribonucleoside 核苷 The linkage of base with ribose(2-deoxyribose) by glycoside formed ribonucleoside 　 (deoxynucleoside 脱氧核苷 ).

核苷：腺苷 AR, 鸟苷 GR, 胞苷CR, 尿苷 UR 。

脱氧核苷：脱氧腺苷 dAR, 脱氧鸟苷 dGR, 脱氧胞苷 dCR, 脱氧胸苷 dTR 。

cytidine 胞苷 CR

guanine deoxyriboside脱氧鸟苷 dGR

脱氧鸟苷酸 dGMP

胞苷酸 CMP

Nucleotide 核苷酸The product of ribonucleoside linking of phosphoric acid at 5’ position.

核苷酸：腺苷酸 AMP, 鸟苷酸 GMP, 胞苷酸 CMP, 尿苷酸 UMP 。

脱氧核苷酸：脱氧腺苷酸 dAMP, 脱氧鸟苷酸dGMP, 脱氧胞苷酸 dCMP, 脱氧胸苷酸 dTMP 。

Important nucleotide

DNA was formed by linking of deoxynucleotides with phosphodiester bond at 3’ position of one deoxynucleotide and 5’ position of another deoxynucleotide.

So is the RNA formation mode. The difference is at the nucleotide.

核酸一级结构思考题

1. 构成核酸的基本单位是什么？

答：核苷酸。2. 核苷酸通过什么键连接成高分子？

答： 3’,5’- 磷酸二酯键。

3.DNA 与 RNA 一级结构的主要区别有哪些？

答：有两点：

A. 核糖不同。 DNA ， 2 －脱氧核糖； RNA ，核糖。

B. 碱基不同。 DNA ， ATGC ； RNA ， AUGC 。

Section 2 Dimensional structure and function of DNA

1.Double-stranded helixThe two strands are antiparallel.

The chain, phosphoric acid and deoxyribose, locate lateral of the helix, but bases are in the helix.

Pair strictly A to T, G to C.

A turn contains 10 nucleotides, with height 3.4nm.

Width 2.0nm.

Form a major groove and a minor groove.

Rotating right-handed.

The maintaining force of the structure is hydrogen-bond and .

bases pairs

2 hydrogen bonds 3 hydrogen bonds

G/C

含量越高，解开D

NA

双链将需要（更多，更少）的能量？

Watson and Crick2.0 nm

小沟

大沟

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962 (1953)

A 型结构 碱基平面倾斜 20º ，螺旋变粗变短，螺距2 ～ 3nm 。Z 型结构 左手螺旋，只有小沟

Versatility of DNA double helix

2.Tertiary structure of DNA----supercoil

负超螺旋正超螺旋

Further coil of the DNA double helix.

3. Nucleosome

核小体

DNA: ~200bp

Histone:

H1,

H2A,H2B

H3,H4.

4.Function of DNA

Containing genetic information, as the template of gene duplication , DNA finally directs protein biosynthesis. As a result, keeping hereditary characters of body.

Gene refer to a segment of DNA chain which posseses a special biological function.

DNA 高级结构思考题

1.DNA 双螺旋 B 型结构是怎样的？两条链反向平行右手螺旋核糖、磷酸构成的主链在外，碱基在内碱基 A-T,G-C 配对每 10 个核苷酸完成 1 个 360° 螺旋螺距 3.4nm

宽度 2.0nm

形成 1 大沟和 1 小沟结构的维持力是氢键与碱基堆积力

2. 构成染色质的基本单位是什么？答：核小体

3. 构成核小体核心颗粒的蛋白质有哪些？答：组蛋白 H2A 、 H2B 、 H3 及 H4各两分子。

4. 核小体 DNA 的长度是多少？答：约 200bp 。

5. 原核生物 DNA 的立体结构是怎样的？答：一般为环状双螺旋。在一定条件下可形成超螺旋。

Section3 spatial structure and function of RNA

Nuclus and cytochy

ma

mitochondrium

function

核蛋白体RNA

rRNA mt rRNA Component of ribosome

信使 RNA mRNA mt mRNA Template of protein synthesis

转运 RNA tRNA mt tRNA Transport amino acids

不均一核RNA

HnRNA Precursor of mature mRNA

小核 RNA SnRNA Jion in hnRNA splicing and transporting

小核仁 RNA

SnoRNA Processing and modifying of rRNA

RNAs in animal cell

mRNA--messenger RNA

5’cap:m7GpppNm- ，保护、促进与核蛋白体结合、加速翻译起始

3’Poly A tail ： An n=20—200 ，与 mRNA 的转位与稳定性有关

Single chain

half life time from munits to hours

tRNA

--transfer RNA

Stem-loop structure, cloverleaf pattern 三叶草形 .

3 loop and 1 arm: DHU loop, anticoden loop, Tφloop, AA arm.

Anticoden and CCA-OH 3’end.

Contain rare bases 10%-20%.

HN NH

O

O

R

HN

N N

N

O

R

HN

N

R

H

HH

H

O

O

N

N N

N

OH

H2N

CH3

R

Rare bases

Ψ I DHU mG

Ψ ： pseudouracil 假尿嘧啶， I ： hypoxanthine 次黄嘌呤，DHU ： dihydrouracil 二氢尿嘧啶， mG ： 7-methylguanine7- 甲基鸟嘌呤．

tRNA tertiary structure:

a inverse L like.

small subunit

large subunit

mRNAlocation

EF-G

tRNA

tRNA functions as a amino acid transfer in protein biosynthesis.

rRNA

--ribosomal RNA

Eukaryote 18S rRNA

Weight 80% of total RNA in a cell.

Flower like.

Component of ribosome.

procaryote ： 5S,16S,23S; eukaryote: 18S,5S,5.8S,28S

RNA 高级结构思考题

试比较 mRNA 、 tRNA 与 rRNA 在结构与功能上的异同

mRNA tRNA rRNA

功能 蛋白质合成模板 转运氨基酸 构成核糖体，作为蛋白质合成工厂

外形 单链 二级结构“三叶草”形，三级结构

倒“ L” 形

茎环结构，无一定形状

结构特色 5’ “ 帽子”结构；3’ 多聚 A 尾。

“ 三叶草”形；氨基酸臂；反密码

子环

茎环结构

含量最多 Y

种类最多 Y

含稀有碱基最多 Y

寿命最短 Y

Section 4. physical and chemical properties of nucleic acid

1.General character

acidity.

high viscosity of DNA

breaking easily

2. Ultraviolet absorptionNucleic acids get their maximum absorption at 260nm.

DNA solution ： A260

／ A280=1.8; RNA solution ： A260 ／ A280

= 2.0

OD260=1.0, equal to 50μg/ml DS DNA, 40μg/ml SS DNA or RNA.

3. DNA denaturation

--the double chain change into single chain.

Methods: heat, acid, base, urea, acetone

Result: OD260↑, viscosity↓, activity lose.

Tm

--melting temperature, 解开链温度，融解温度， refer to 　 the middle point of temperature range of DNA thermal denaturation .

The temperature of 50% double chain undoing.

Tm=69.3+0.41(G+C)%

4.Renaturation and hybridization

Renaturation: the single DNA chains recover their natural double helix structure.

Annealing 退火 : renaturation of thermal denatural DNA, by way of slow cooling.

Hybridization 杂交： phenomenon of single chain DNA or RNA bind the chain different origin in renaturation process.

Section 5. nucleases 核酸酶

Nuclease: hydrolysis of nucleic acid.

DNase: hydrolysis of DNA.

RNase: hydrolysis of RNA.

exonuclease 外切酶： act at the end of the chain

endonuclease 核酸内切酶： act at the inner part of the chain

restriction enzyme 限制性内切酶： cut a special point of the chain.

ribozyme 核酶： consists of RNA, not protein.

选择题练习

1. The element that could be used in nucleic acid quantitation is ( )

A. C

B. O

C. N

D. H

E. P

2. The basic unit composition of nucleic acid is ( )

A. Ribose and deoxyribose

B. phosphoric acid and pentaglucose

C. Pentaglucose and basic group

D. mononucleotide

E. phosphoric acid ， pentose and basic group

3 ．脱氧核糖核苷酸彻底水解，生成的产物的产物是 ( )

A 核糖和磷酸

B 脱氧核糖和碱基

C 脱氧核糖和磷酸

D 磷酸，核糖和碱基

E 脱氧核糖，磷酸和碱基

4 ．在核酸分子中核苷酸之间的连接方式是 ( )

A. 3’,3’ －磷酸二酯键

B. 糖苷键

C. 2’,5’ －磷酸二酯键

D. 肽键

E. 3’,5’ －磷酸二酯键

5. The ultraviolet absorption maximum of nucleic acid is about ( )

A. 220nm

B. 240nm

C. 260nm

D. 280nm

E. 300nm

6. 含有稀有碱基比例较多的核酸是 ( )

A. mRNA

B. DNA

C. tRNA

D. rRNA

E. hnRNA

7. 核酸分子中储存、传递遗传信息的关键部分是 ( )

A. 核苷

B. 戊糖

C. 磷酸

D. 碱基序列

E. 戊糖磷酸骨架

8 ． DNA 分子碱基含量关系哪种是错误的？

A. A+T=C+G

B. A+G=C+T

C. G=C

D. A=T

E. A/T=G/C

9. ATP 的生理功能不包括 ( )

A. 为生物反应供能

B. 合成 RNA

C. 贮存化学能

D. 合成 DNA

E. 转变为 cAMP

10. 下列哪种核酸的二级结构具有”三叶草”型 ?

A. mRNA

B. 质粒 DNA

C. tRNA

D. 线粒体 DNA

E. rRNA

11. 关于 mRNA 的论述不正确的是 ( )

A. mRNA 分子中含有生物遗传信息

B. mRNA 在生物细胞内种类最多

C. 各种 mRNA3’末端和 5’末端都有相同的结构

D. mRNA 的碱基序列可以指导多肽链的合成

E. mRNA 的所有碱基都有编码氨基酸的作用

12. The protein not in nucleosome core particle is ( )

A. H1

B. H2A

C. H2B

D. H3

E. H4

13. DNA 变性是指 ( )

A. 多核苷酸链解聚

B. DNA 分子由超螺旋变为双螺旋

C. 分子中磷酸二酯键断裂

D. 碱基间氢键断裂

E. 核酸分子的完全水解

14. DNA Tm 值较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致 ?

A. G+A

B. C+G

C. A+T

D. C+T

E. A+C

15. Where does DNA reside in?

A. Golgi's body

B. rough endoplasmic reticulum

C. mitochondrium

D. chromosome

E. lysosome

16. 含有腺苷酸的辅酶有 ( )

A.NAD

B.NADP

C.FAD

D.FMN

E.CoA-SH

17. 关于 tRNA 的论述不正确的是 ( )

A. 分子中含有稀有碱基

B. 分子中含有密码环

C. 是细胞中含量最多的是 RNA

D. 主要存在于胞液

E. 其二级结构为倒 L 型

18. 维持 DNA 双螺旋结构的稳定因素包括 ( )

A. 分子中的磷酸二酯键

B. 碱基对之间的氢键

C. 碱基平面间的堆积力

D. 磷酸戊糖骨架的支撑力

E. 骨架上磷酸之间的负电排斥力

19. DNA 变性的实质是 ( )

A. 多核苷酸链解聚

B. 碱基的甲基化

C. 磷酸二酯键断裂

D. 加热使碱基对间氢键断裂

E. 使 DNA 双螺旋结构松散 , 变成单链

20. What does the Tm refer to about DNA?

A. optimum temperature

B. hydrolytic temperature

C. Renaturation temperature

D. melting temperature

E. denaturation temperature

Thank you!