核酸是遺傳物質
1868年瑞士Miesher.從膿細胞的細胞核中分離出可溶于堿而不溶于稀酸的酸性物質。
間接證據(jù)：同一種生物的不同種類的不同生長期的細胞，DNA含量基本恒定。
直接證據(jù)：T2噬菌體DNA感染E.coli
用35S標記噬菌體蛋白質，感染E.coli，又用32P標記噬菌體核酸，感染E.coli
DNA、RNA的分布（DNA在核內(nèi)，RNA在核外）。
第一節(jié) 核酸的化學組成
核酸是一種線形多聚核苷酸，基本組成單位是核苷酸。
結構層次：                 核  酸
                           核苷酸

                  磷酸                      核苷
     
                                       戊糖     堿基
組成核酸的戊糖有兩種：：D-核糖和D-2-脫氧核糖，據(jù)此，可以將核酸分為兩種：核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）
           P330 表5-1  兩類核酸的基本化學組成
一、 堿基
1. 嘌呤堿：        腺嘌呤        鳥嘌呤
2. 嘧啶堿：     胞嘧啶     尿嘧啶     胸腺嘧啶

P331 結構式

3. 修飾堿基
植物中有大量5-甲基胞嘧啶。
E.coli噬菌體中，5-羥甲基胞嘧啶代替C。
稀有堿基：100余種，多數(shù)是甲基化的產(chǎn)物。
DNA由A、G、C、T堿基構成。
RNA由A、G、C、U堿基構成。
二、 核苷
核苷由戊糖和堿基縮合而成，糖環(huán)上C1與嘧啶堿的N1或與嘌呤堿的N9連接。
核酸中的核苷均為β-型核苷
           P332  結構式  腺嘌呤核苷    胞嘧啶脫氧核苷

DNA 的戊糖是：脫氧核糖
RNA 的戊糖是：核糖
三、 核苷酸
核苷中戊糖C3、C5羥基被磷酸酯化，生成核苷酸。
1、 構成DNA、RNA的核苷酸
P333表5-3
2、 細胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物
①核苷5’-多磷酸化合物
ATP、GTP、CTP、ppppA、ppppG
在能量代謝和物質代謝及調控中起重要作用。
②環(huán)核苷酸
cAMP（3’，5’-cAMP） cGMP（3’，5’-cGMP）
它們作為質膜的激素的第二信使起作用，cAMP調節(jié)細胞的糖代謝、脂代謝。
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等輔助因子。
GDP-半乳糖、GDP-葡萄糖等是糖蛋白生物合成的活性糖基供體。
第二節(jié) DNA的結構
一級：脫氧核苷酸分子間連接方式及排列順序。
二級：DNA的兩條多聚核苷酸鏈間通過氫鍵形成的雙螺旋結構。
三級：DNA雙鏈進一步折疊卷曲形成的構象。
一、 DNA的一級結構
DNA的一級結構是4種脫氧核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）通過3/、5/-磷酸二酯鍵連接起來的線形多聚體。3/、5/-磷酸二酯鍵是DNA、RNA的主鏈結構 。

   P334      圖  5-1

書寫方法：5/ → 3/：
5’-pApCpTpG-3’，或5’…ACTG…3’（在DNA中，3/-OH一般是游離的）
在DNA分子中，不變的骨架成分磷酸二酯鍵被逐漸省略，真正代表DNA生物學意義的是堿基的排列順序。
遺傳信息貯存在DNA的堿基排列順序中，生物界生物的多樣性即寓于DNA分子4種核苷酸千變?nèi)f化的精確的排列順序中。
二、 DNA的二級結構
1953年，Watson和Crick根據(jù)Chargaff 規(guī)律和DNA Na鹽纖維的X光衍射數(shù)據(jù)提出了DNA的雙螺旋結構模型。
1、 Watson-Crick雙螺旋結構建立的根據(jù)
①Chargaff 規(guī)律   1950年
a. 所有DNA中，A=T，G=C  且A+G=C+T。
P334表5—4。
b. DNA的堿基組成具有種的特異性，即不同生物的DNA皆有自己獨特的堿基組成。
c. DNA堿基組成沒有組織和器官的特異性。
d. 年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)境等因素不影響DNA的堿基組成。
② DNA的Na鹽纖維和 DNA晶體的X光衍射分析。
相對濕度92%，DNA鈉鹽結晶，B—DNA。
相對濕度75%，DNA鈉鹽結晶，A—DNA。
                             Z—DNA。
生物體內(nèi)DNA均為B—DNA。
Franklin 的工作
2、 Watson-Crick雙螺旋結構模型
P335 圖5—2

a.兩條反平行的多核苷酸鏈繞同一中心軸相纏繞，形成右手雙股螺旋，一條5’→3’，另一條3’→5’
b.嘌呤與嘧啶堿位于雙螺旋的內(nèi)側，磷酸與脫氧核糖在外側。磷酸與脫氧核糖彼此通過3/、5/-磷酸二酯鍵相連接，構成DNA分子的骨架。
                      寬1.2 nm          寬0.6nm
               大溝              小溝
                      深0.85nm         深0.75nm
c.螺旋平均直徑2nm 
每圈螺旋含10個核苷酸
堿基堆積距離：0.34nm
螺距：3.4nm
d.兩條核苷酸鏈，依靠彼此堿基間形成的氫鏈結合在一起。堿基平面垂直于螺旋軸。A=T、G=C
    P336    圖5—4

堿基互補原則具有極重要的生物學意義，DNA的復制、轉錄、反轉錄等的分子基礎都是堿基互補。
3、 穩(wěn)定雙螺旋結構的因素
①堿基堆積力（主要因素） 形成疏水環(huán)境。
②堿基配對的氫鍵。GC含量越多，越穩(wěn)定。
③磷酸基上的負電荷與介質中的陽離子或組蛋白的正離子之間形成離子鍵，中和了磷酸基上的負電荷間的斥力，有助于DNA穩(wěn)定。
④堿基處于雙螺旋內(nèi)部的疏水環(huán)境中，可免受水溶性活性小分子的攻擊。
三、 DNA二級結構的不均一性和多型性
（一） DNA二級結構的不均一性
1、 反向重復序列（回文序列）
DNA序列中，以某一中心區(qū)域為對稱軸，其兩側的堿基對順序正讀和反讀都相同，即對稱軸一側的片段旋轉180°后，與另一側片段對稱重復。
較長的回文結構，在某些因素作用下，可形成莖環(huán)式的十字結構和發(fā)夾結構。功能還不完全清楚，但轉錄的終止作用與回文結構有關。
較短的回文序列，可作為一種特別信號，如限制性核酸內(nèi)切酶的識別位點。
2、 富含A T的序列
高等生物中，A+T與C+G的含量差不多相等，但在它們的染色體的某一區(qū)域，A T含量可能很高。
在很多有重要調節(jié)功能（不是蛋白質編碼區(qū)）的DNA區(qū)段都富含A T堿基對。特別是在復制起點和啟動的Pribnow框的DNA區(qū)中，富含A T對。這對于復制和轉錄的起始十分重要，因為G C對有三個氫鍵，而A T對只有兩個氫鍵，此處雙鍵易解開。
（二） DNA二級結構的多型性
P339  表5-6 A-、B-、Z-DNA的比較
1、 B—DNA：典型的Watson-Crick雙螺旋DNA
右手雙股螺旋
每圈螺旋10.4個堿基對
每對
螺旋扭角36°
螺距：3.32nm
堿基傾角：1°
2、 A-DNA
在相對濕度75%以下所獲得的DNA纖維。
A-DNA也是右手雙螺旋，外形粗短。
RNA-RNA、RNA-DNA雜交分子具有這種結構。
3、 Z-DNA
左手螺旋的DNA。
天然B-DNA的局部區(qū)域可以形成Z0-DNA。
4、 DNA三股螺旋
在多聚嘧啶和多聚嘌呤組成的DNA螺旋區(qū)段，序列中有較長的鏡像重復時，可形成局部三股螺旋，稱H-DNA。
鏡像重復：

TAT配對
C+GC酸對
DNA的三鏈結構常出現(xiàn)在DNA復制、重組、轉錄的起始或調節(jié)位點，第三股鏈的存在可能使一些調控蛋白或RNA聚合酶等難以與該區(qū)段結合，從而阻遏有關遺傳信息的表達。
四、 環(huán)狀DNA
生物體內(nèi)有些DNA是以雙鏈環(huán)狀DNA的形式存在，包括：
某些病毒DNA
某些噬菌體DNA
某些細菌染色體DNA
細菌質粒DNA
真核細胞中的線粒體DNA、葉綠體DNA
1、 環(huán)形DNA的不同構象
P340 圖5-8  松馳環(huán)、解鏈環(huán)、負超螺旋
（1）、 松弛環(huán)形DNA
線形DNA直接環(huán)化
（2）、 解鏈環(huán)形DNA
線形DNA擰松后再環(huán)化
（3）、 正超螺旋與負超螺旋DNA
線形DNA擰緊或擰松后再環(huán)化，成為超螺旋結構。
繩子的兩股以右旋方向纏繞，如果在一端使繩子向纏緊的方向旋轉，再將繩子兩端連接起來，會產(chǎn)生一個左旋的超螺旋，以解除外加的旋轉造成的脅變，這樣的超螺旋叫正超螺旋。
如果在繩子一端向松纏方向旋轉，再將繩子兩端連接起來，會產(chǎn)生一個右旋的超螺旋，以解除外加的旋轉所造成的脅變，這樣的超螺旋稱負超螺旋。
對于右手螺旋的DNA分子，如果每圈初級螺旋的堿基對數(shù)小于10.4，則其二級結構處于緊纏狀態(tài)，是正超螺旋。
如果每圈初級螺旋的堿基對數(shù)大于10.4，則其二級結構處于松纏狀態(tài)，是負超螺旋。

2、 環(huán)形DNA的拓撲學特性
以260bp組成的線形B-DNA為例，螺旋周數(shù)260/10.4=25。

P340  圖25-8  松馳環(huán)、解鏈環(huán)、負超螺旋

①連環(huán)數(shù)（L）
DNA雙螺旋中，一條鏈以右手螺旋繞另一條鏈纏繞的次數(shù)，以L表示。
松馳環(huán)：L=25
解鏈環(huán)：L=23
超螺旋：L=23
②纏繞數(shù)（T）
DNA分子中的Watson-Crick螺旋數(shù)目，以T表示
松馳環(huán)T=25
解鏈環(huán)T=23
超螺旋T=25
③超螺旋周數(shù)（扭曲數(shù)W）
松馳環(huán)W=0
解鏈環(huán)W=0
超螺旋W= -2
L=T+W
④比連環(huán)差（λ）
表示DNA的超螺旋程度
λ=（L—L0）/L0
L0是指松馳環(huán)形DNA的L值
天然DNA的超螺旋密度一般為-0.03~-0.09，平均每100bp上有3-9個負超螺旋。
負超螺旋DNA是由于兩條鏈的纏繞不足引起，很易解鏈，易于參加DNA的復制、重組和轉錄等需要將兩條鏈分開才能進行的反應。
3、 拓撲異構酶
此酶能改變DNA拓撲異構體的L值。
①拓撲異構酶酶I（擰緊）
能使雙鏈負超螺旋DNA轉變成松馳形環(huán)狀DNA，每一次作用可使L值增加1，同時，使松馳環(huán)狀DNA轉變成正超螺旋。
②拓撲異構酶酶II（擰松）
能使松馳環(huán)狀DNA轉變成負超螺旋形DNA，每次催化使L減少2，同時能使正超螺旋轉變成松馳DNA。
五、 染色體的結構
1、 大腸桿菌染色體
大腸桿菌染色體是由4.2×106bp組成的雙鏈環(huán)狀DNA分子，約3000個基因。
大腸桿菌DNA結合蛋白：                             每個細胞
H                    兩個28KD的相同亞基         30000個二聚體
HU                   兩個各9KD的不同亞基        40000個二體聚體
HLP1                 17KD的亞基                  20000個單體
P                     3KD的亞基                  未知

這些DNA結合蛋白，使4.2×106bp的E.coli染色體DNA壓縮成為一個手腳架形結構，結構中心是多種DNA結合蛋白，DNA雙螺旋分子有許多位點與這些蛋白結合，形成約100個小區(qū)，每個小區(qū)的DNA都是負超螺旋，一個小區(qū)的DNA有兩個端點被蛋白質固定，每個小區(qū)相對獨立。
         圖

用極微量的DNA酶I處理時，只能使少量小區(qū)的DNA成為松馳狀態(tài)，而其它小區(qū)仍然保持超螺旋狀態(tài)。
2、 真核生物染色體
主要由組蛋白和DNA組成。
組蛋白是富含堿性a.a(Lys、Arg)的堿性蛋白質，根據(jù)Lys/Arg比值不同，可分為H1、H2A、H2B、H3、H4五種，均為單鏈蛋白質，分子量11000-21000。
H2A、H2B、H3、H4各兩分子對稱聚集成組蛋白八聚體。
146bp長度的DNA雙螺旋盤繞在八聚體上形成核小體。
核小體間DNA長度15-100bp（一般60bp）其上結合有H1
         圖

2H2A、2H2B、2H3、2H4組蛋白八聚體   146bpDNA     核小體
  串聯(lián)      染色質     折疊      染色體

DNA（直徑2nm）
                      盤繞組蛋白八聚體上，結合H1，壓縮比1/7
核小體（一級結構）
                      螺旋化，壓縮比1/6
螺線管（二級結構）
                      再螺旋化，壓縮比1/40
超螺線管（三級結構）
                      折疊，壓縮比1/5
染色單體（四級結構）
               總壓縮比：1/8400~1/10000
六、 DNA的生物學功能
首次直接證明DNA的遺傳功能的是Avery的肺炎雙球菌轉化實驗。
P342  1~4   Avery的肺炎雙球菌轉化實驗
第三節(jié)   RNA的結構
一、 RNA的一級結構
RNA是AMP、GMP、CMP、UMP通過3/、5/磷酸二酯鍵形成的線形多聚體。

P343  圖5-10  RNA基本結構 醫(yī)學全在線 zxtf.net.cn

① 組成RNA的戊糖是核糖
② 堿基中RNA的U替代DNA中的T，此外，RNA中還有一些稀有堿基。
③ 天然RNA分子都是單鏈線形分子，只有部分區(qū)域是A-型雙螺旋結構。雙螺旋區(qū)一般占RNA分子的50%左右。
二、 RNA的類型
細胞中的RNA，按其在蛋白質合成中所起的作用，主要可分為三種類型。
核糖體RNA    rRNA  
轉運  RNA    tRNA
信使  RNA   mRNA   
此外，真核生物細胞中有少量核內(nèi)小RNA（small nuclear RNA snRNA）

P344  表5-7  大腸桿菌中的RNA

沉降系數(shù)：單位離心場中的沉降速度，以S為單位，即10-13秒。
如23S rRNA ，單位離心場中沉降  23×10-13秒
   5S rRNA ，單位離心場中沉降   5×10-13秒
三、 tRNA的結構
tRNA約占全部RNA的15%
主要功能：在蛋白質生物合成過程中轉運氨基酸。
已知一級結構的tRNA有160種，每種tRNA可運載一種特定的a.a，一種a.a可由一種或多種tRNA運載。
結構特點
①分子量在25kd左右，70-90b，沉降系數(shù)4S左右
②堿基組成中有較多稀有堿基
      圖
③3’末端為…CpCpA-OH，用來接受活化的氨基酸，此末端稱接受末端。
④5’末端大多為pG…或pC…
⑤二級結構是三葉草形

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