食品生物化学-2.4核酸化学.ppt

2.4 核酸化学 功能：核酸是生物遗传信息的载体，是生物遗传的物质基础。另外，某些小分子核酸具有酶的功能。 在有机体内核酸常与蛋白质结合成复合体即核蛋白体而存在。 种类： 1、脱氧核糖核酸（DNA，细胞核） 2、核糖核酸（RNA，细胞质 ） 2.4.1核酸的分子组成 组成元素：C、H、O、N、P P 的含量比较稳定（ DNA占9.9%RNA占9.4%），通过测定P的含量来推算核酸的含量（定磷法）。 任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。 基本组成单位：核苷酸 核酸的逐步水解过程 （1）戊糖 组成核酸的戊糖有两种。 DNA所含的糖为β-D-2-脱氧核糖； RNA所含的糖则为β-D-核糖。 （2）含氮碱基 核酸中的碱基分两类：嘧啶碱和嘌呤碱。 1、嘧啶碱 嘧啶碱是母体化合物嘧啶的衍生物。核酸中常见的嘧啶碱有三类：胞嘧啶C、尿嘧啶U及胸腺嘧啶T。 其中DNA与RNA两类核酸都含有C ， T则只含于DNA中，但某些tRNA中也发现有极少量的胸腺嘧啶核糖核苷酸， U则只含于RNA中。 2、嘌呤碱 核酸中常见的嘌呤碱有两类： 腺嘌呤A及鸟嘌呤G。 嘌呤碱是由母体化合物嘌呤衍生而来的。 3、稀有碱基 除了五类基本的碱基外，核酸中还有一些含量甚少的碱基，统称为稀有碱基。 稀有碱基的种类极多，大多数都是甲基化碱基。 大分子核酸中的碱基甲基化的过程发生于核酸大分子生物合成以后，是生物细胞识别自体核酸与外源核酸的一种标识，具有抗内源核酸酶水解的作用，它对核酸的生物学功能具有极其重要的意义。核酸中甲基化碱基的含量一般不超过碱基总量的5%。但tRNA中甲基化碱基可高达10%。 2.4.1.2 核苷 核苷是一种糖苷，由戊糖和碱基缩合而成。糖与碱基之间以β-糖苷键相连接。 核苷的戊糖碳原子标号加撇′，碱基碳原子标号不加，以示区别。 嘧啶碱基核苷中糖环C1′与嘧啶碱N1相连； 嘌呤核苷中糖环C1′与嘧啶碱N9相连.(图) 2.1.4.3 核苷酸 核苷中的戊糖羟基被磷酸酯化形成核苷酸。 核酸构件分子为5′-单核苷酸，其中组成DNA的是：dAMP、dTMP、dCMP、dGMP;组成RNA的是AMP、UMP、CMP、GMP。（图） 核苷酸中核糖有3个自由羟基，可分别与磷酸成酯生成 2′，3′及5′-核糖核苷酸。其中5′-核糖核苷酸是构成核酸的基本单元。 脱氧核糖有2个自由羟基，所以只能形成两种核苷酸。生物体内游离存在的多是5′-核苷酸。用碱水解RNA时可得到2′-及3′-核糖核苷酸的混合物。 （1）多磷酸核苷 核苷酸中可以是1个、2个或3个磷酸基共价键连接在核糖5′-羟基上，分别称为某核苷单磷酸（NMP）、某核苷二磷酸（NDP）和某核苷三磷酸（NTP）。 其中NDP、NTP为高能分子。 ATP是人体内各种生命活动的主要的直接供能者，分子中含有3个磷酸酯键。 ATP含有两个高能磷酸酯键(～P)，在细胞能量代谢中起能量载体的作用。 （2）辅酶核苷酸 核苷酸是许多酶的辅因子的成分 （3）环化核苷酸 重要的有3′,5′-环化腺苷酸(cAMP)及3′,5′-环化鸟苷酸(cGMP)。它们普遍存在于动、植物及微生物细胞中，含量极微，但具有极重要的生理功能。细胞内环化AMP的合成按下列途径进行： 2.4.2 核酸的分子结构 一个核苷酸分子戊糖的3′-羟基和另一个核苷酸分子的戊糖的5′-磷酸可脱水缩合，形成3′,5′-磷酸二酯键。 许多核苷酸借助磷酸二酯键相连形成的化合物称为多聚核苷酸。多个核苷酸以3′,5′-磷酸二酯键连接而成线形大分子，即多聚核苷酸链，它是核酸的基本结构形式。 多聚核苷酸链有方向性，其多核苷酸链的一个末端的戊糖5′位带有游离磷酸基的一端称为5′末端，戊糖3′位带有游离羟基的一端称为3′末端。 核苷酸顺序（可简称为碱基顺序）一般按5′→3′方向书写。 核苷酸序列可用结构式表示，也可用竖线式或更简化的短线式、字母式表示。 2.4.2.1 DNA的分子结构 （1）DNA的碱基组成特点 DNA由四种主要的碱基即腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶组成，此外，也还含有少量稀有碱基。各种生物的DNA的碱基组成具有如下规律： (1)所有DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的含量(mol)相等，即A=T；鸟嘌呤与胞嘧啶(包括5-甲基胞嘧啶)的含量(mol)相等，即G=C。因此，嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=C+T。 (2)DNA的碱基组成具有种的特异性，即不同生物种的DNA具有自己独特的碱基组成。 (3)DNA的碱基组成没有组织的特异性，没有器官的特异性，即同一生物体的各种不同器官，不同组织的DNA具有相同的碱基组成。 (4)年龄、营养状态、环境的改变不影响DNA的碱基组成。 （2）一级结构