生物化学核酸的结构与功能.ppt

关于生物化学核酸的结构与功能现在学习的是第1页，共43页核酸的分类、分布及功能核酸的分类、分布及功能 分分布布于于细细胞胞核核，线线粒粒体体，叶绿体，质粒等叶绿体，质粒等分布于胞核、胞液分布于胞核、胞液(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸是生物体遗传信息的携带者是生物体遗传信息的携带者参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息遗传信息的表达的表达现在学习的是第2页，共43页第第1 1节节 核酸的化学组成核酸的化学组成一、核酸的组成元素和组成成分一、核酸的组成元素和组成成分元素组成元素组成 C C、H H、O O、N N、P P（9 9 10%10%）核酸的基本单位是核酸的基本单位是核苷酸。核苷酸。现在学习的是第3页，共43页（一）戊糖（一）戊糖图图3-1 核酸中戊糖的结构核酸中戊糖的结构现在学习的是第4页，共43页（二）（二）碱基碱基图图3-2 核酸中主要碱基的结构核酸中主要碱基的结构现在学习的是第5页，共43页（三）（三）磷酸磷酸图图3-3 磷酸磷酸H3PO4的结构的结构现在学习的是第6页，共43页两类核酸分子组成的异同点两类核酸分子组成的异同点组组 分分RNARNADNADNA磷磷 酸酸磷磷 酸酸戊戊 糖糖核核 糖糖脱氧核糖脱氧核糖碱碱基基嘌嘌呤呤A GA G嘧啶嘧啶U UC CT T现在学习的是第7页，共43页二、核酸的基本组成单位二、核酸的基本组成单位核苷酸核苷酸核苷酸：核苷酸：核苷与磷酸通过磷酸酯键相连而成的化合物核苷与磷酸通过磷酸酯键相连而成的化合物图图3-4 构成核酸的构成核酸的8种核苷酸结构图种核苷酸结构图现在学习的是第8页，共43页三、体内重要的核苷酸与功能三、体内重要的核苷酸与功能（一）多磷酸核苷（一）多磷酸核苷图图3-5 AMP、ADP、ATP的结构关系示意图的结构关系示意图现在学习的是第9页，共43页（二）环核苷酸（二）环核苷酸图图3-6 环化核苷酸结构式环化核苷酸结构式现在学习的是第10页，共43页（三）辅酶中的核苷酸（三）辅酶中的核苷酸n核苷酸还可通过辅酶而参与物质代谢，如核苷酸还可通过辅酶而参与物质代谢，如NAD+、FAD、CoA等辅酶分子中都含有腺等辅酶分子中都含有腺苷酸。苷酸。现在学习的是第11页，共43页第第2 2节节 DNADNA的分子结构与功能的分子结构与功能一、一、DNA的一级结构的一级结构nDNA的一级结构即的一级结构即4种脱氧核糖核苷酸（种脱氧核糖核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP和和dTMP）的排列顺序。）的排列顺序。n连接两个核苷酸的化学键是连接两个核苷酸的化学键是3，5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。n多个核苷酸借多个核苷酸借3，5-磷酸二酯键连接成多核苷酸链，也磷酸二酯键连接成多核苷酸链，也就是核酸。就是核酸。现在学习的是第12页，共43页二、二、DNA的空间结构的空间结构nDNA“双螺旋结构双螺旋结构”要点如下：要点如下：n由两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴形成的右手螺旋结由两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴形成的右手螺旋结构。构。n两条多核苷酸链通过碱基间的氢键连接，配对方式为碱基互补规则。两条多核苷酸链通过碱基间的氢键连接，配对方式为碱基互补规则。n磷酸和脱氧核糖基骨架位于螺旋的外侧，各碱基在螺旋的内侧。碱磷酸和脱氧核糖基骨架位于螺旋的外侧，各碱基在螺旋的内侧。碱基平面基平面垂直垂直于螺旋的纵轴。于螺旋的纵轴。(一一)DNA的二级结构的二级结构-双螺旋结构双螺旋结构 现在学习的是第13页，共43页螺旋每旋转一周含螺旋每旋转一周含螺旋每旋转一周含螺旋每旋转一周含10个碱基对，螺旋的直径为个碱基对，螺旋的直径为2nm，螺距为，螺距为3.4nm3.4nm。两个相邻碱基之间堆砌的距离为。两个相邻碱基之间堆砌的距离为。两个相邻碱基之间堆砌的距离为。两个相邻碱基之间堆砌的距离为0.34nm0.34nm，其旋转的夹角为，其旋转的夹角为，其旋转的夹角为，其旋转的夹角为36。维持维持DNADNA双螺旋结构稳定性的因素主要是碱基对双螺旋结构稳定性的因素主要是碱基对之间的氢键和碱基平面之间的碱基堆积力。之间的氢键和碱基平面之间的碱基堆积力。现在学习的是第14页，共43页图图3-8 DNA的双螺旋结构模型的双螺旋结构模型(A)及碱基互补规则示意图及碱基互补规则示意图(B)现在学习的是第15页，共43页（二）（二）DNA的超螺旋结构的超螺旋结构 DNA分子在双螺旋结构的基础上进一步盘曲所形成的空分子在双螺旋结构的基础上进一步盘曲所形成的空间构象，称为超螺旋结构。间构象，称为超螺旋结构。图图3-9 原核生物原核生物DNA的超螺旋结构模式图（的超螺旋结构模式图（A）真核生物的核小体结构示意图（真核生物的核小体结构示意图（B）现在学习的是第16页，共43页DNADNA的超螺旋结构（三级结构）的超螺旋结构（三级结构）超螺旋结构超螺旋结构(superhelix(superhelix 或或supercoil)supercoil)DNADNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 现在学习的是第17页，共43页意义意义DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于及其调控对于DNA复制和复制和RNA转录过程具有关转录过程具有关键作用。键作用。现在学习的是第18页，共43页1.原核生物原核生物DNA的环状超级结构的环状超级结构现在学习的是第19页，共43页现在学习的是第20页，共43页n天然的天然的DNADNA都呈负超螺旋都呈负超螺旋n超螺旋的生物学意义超螺旋的生物学意义：使使DNADNA高度致密从而得以压缩容纳在有限的空间内；高度致密从而得以压缩容纳在有限的空间内；能够引起结构的改变以满足功能上的需要。能够引起结构的改变以满足功能上的需要。现在学习的是第21页，共43页2.真核生物真核生物DNA分子的高级结构分子的高级结构真真核核生生物物染染色色体体由由DNA和和蛋蛋白白质质构构成成，其其基基本单位是本单位是 核小体核小体(nucleosome)。核小体的组成：核小体的组成：DNA ：约：约200bp 组蛋白：组蛋白：H2A H2B H3 H4 各各2个个现在学习的是第22页，共43页三、三、DNA的功能的功能nDNA的遗传信息以基因的形式存在的遗传信息以基因的形式存在n基因（基因（gene）：）：DNA分子中的特定区段，其中的核分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。苷酸排列顺序决定了基因的功能。n基因组（基因组（genome）：一个生物的全部基因序列。）：一个生物的全部基因序列。现在学习的是第23页，共43页第第3 3节节 RNARNA的分子结构与功能的分子结构与功能nRNA的一级结构：的一级结构：4种核糖核苷酸（种核糖核苷酸（AMP、GMP、CMP和和UMP）的排列顺序。）的排列顺序。现在学习的是第24页，共43页RNA分子结构特点：分子结构特点：1.分子较小，一般以单链形式存在，可以通过回折形分子较小，一般以单链形式存在，可以通过回折形成局部双螺旋结构；成局部双螺旋结构；2.碱基配对原则：A与与U配对，配对，G与与C配对；配对；3.回折处不能配对的碱基膨出呈环状回折处不能配对的碱基膨出呈环状（这种短的双（这种短的双螺旋结构区域和环被形象称为茎环结构或发夹结构）。螺旋结构区域和环被形象称为茎环结构或发夹结构）。现在学习的是第25页，共43页RNA根据结构特点和在遗传信息的表达过程中的作用不同根据结构特点和在遗传信息的表达过程中的作用不同可分为三类：可分为三类：n是是DNA遗传信息的传递着，将遗传信息的传递着，将DNA遗传信息从遗传信息从细胞细胞核核带到带到细胞质细胞质，并作为蛋白质合成的模板指导，并作为蛋白质合成的模板指导蛋白质的生物合成。蛋白质的生物合成。一、信使一、信使RNA（messenger RNA，mRNA）现在学习的是第26页，共43页nmRNA结构特点有：结构特点有：n（一）含量少，种类多（一）含量少，种类多（约占（约占3%，种类达，种类达105种）种）n（二）（二）5端的端的“帽子结构帽子结构”（与蛋白质生物（与蛋白质生物合成的起始有关）合成的起始有关）n（三）（三）3端的端的“尾巴结构尾巴结构”（与（与mRNA的稳定的稳定性有关）性有关）现在学习的是第27页，共43页图图3-10 真核真核mRNA 5端甲基化的帽子结构端甲基化的帽子结构现在学习的是第28页，共43页二、转运二、转运RNA（transfer RNA，tRNA）tRNAtRNA是分子量最小的是分子量最小的RNARNA，一般由，一般由70709090个核苷个核苷酸组成。占总酸组成。占总RNA15%RNA15%。含有的稀有碱基：含有的稀有碱基：二氢尿嘧啶（二氢尿嘧啶（DHUDHU）、假尿嘧啶）、假尿嘧啶（）、次黄嘌呤（）、次黄嘌呤（I I）、胸腺嘧啶（）、胸腺嘧啶（T T）现在学习的是第29页，共43页tRNA二级结构为三叶草形二级结构为三叶草形结构，包括结构，包括四个双螺旋四个双螺旋区、区、三个环三个环及一个及一个附加附加叉。叉。现在学习的是第30页，共43页tRNA分子的三级结构分子的三级结构n在二级结构的基础上进一步盘曲折在二级结构的基础上进一步盘曲折叠而成叠而成n倒倒“L”型，一端为氨基酸臂，型，一端为氨基酸臂，另一端为反密码环。另一端为反密码环。现在学习的是第31页，共43页ntRNA的主要功能：的主要功能：将转运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的生将转运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的生物合成。物合成。n一种一种tRNA一般只转运某一特定的氨基酸，但一般只转运某一特定的氨基酸，但一种氨基酸可由几种一种氨基酸可由几种tRNA转运。转运。现在学习的是第32页，共43页三、核糖体三、核糖体RNA （ribosomal RNA，rRNA）nrRNA是细胞中含量最多的一类是细胞中含量最多的一类RNA。n核糖体由大小两个亚基组成。核糖体由大小两个亚基组成。nrRNA的主要功能：与多种蛋白质结合成核糖体，核糖体的主要功能：与多种蛋白质结合成核糖体，核糖体为蛋白质的合成提供场所。为蛋白质的合成提供场所。现在学习的是第33页，共43页四、核内小四、核内小RNARNA和核酶和核酶n核内小核内小RNA（small nuclear RNA，snRNA):真核细胞内存在的一类碱基数小于真核细胞内存在的一类碱基数小于300的小分子的小分子RNAn核酶（核酶（ribozyme）:具有自身催化作用的具有自身催化作用的RNA现在学习的是第34页，共43页第第4 4节节 核酸的理化性质核酸的理化性质nDNA是线性高分子，粘度极大，而是线性高分子，粘度极大，而RNA分子远小于分子远小于DNA，粘度也小很多。粘度也小很多。n核酸分子中有酸性的磷酸基及含氮碱基，为两性电解质。核酸分子中有酸性的磷酸基及含氮碱基，为两性电解质。n因磷酸基的酸性很强，故核酸具有较强的酸性。因磷酸基的酸性很强，故核酸具有较强的酸性。n各种核酸分子大小不同，所带电荷也不同。各种核酸分子大小不同，所带电荷也不同。一、核酸的一般性质一、核酸的一般性质现在学习的是第35页，共43页二、核酸的紫外吸收性质二、核酸的紫外吸收性质n核酸、核苷酸、核核酸、核苷酸、核苷都具有紫外吸收苷都具有紫外吸收特性，最大吸收峰特性，最大吸收峰在在260nm附近。附近。各种碱基的紫外吸收光谱（各种碱基的紫外吸收光谱（pH7.0）现在学习的是第36页，共43页三、核酸的变性和复性三、核酸的变性和复性n核酸的变性核酸的变性：在某些理化因素作用下，：在某些理化因素作用下，DNA分子中互补分子中互补碱基对之间的氢键断裂，使碱基对之间的氢键断裂，使DNA双螺旋结构解开变成单链双螺旋结构解开变成单链的过程。的过程。加加加加 温温温温缓慢缓慢缓慢缓慢降温降温降温降温（变变变变 性性性性 ）（复复复复 性性性性 ）现在学习的是第37页，共43页nDNA的增色效应：的增色效应：DNA变性时，随着解链程度逐渐增大，变性时，随着解链程度逐渐增大，DNA的紫外吸光度值也随之增加，这种现象称为的紫外吸光度值也随之增加，这种现象称为DNA的增的增色效应。色效应。n解链温度（解链温度（melting temperature，Tm）：紫外吸收达紫外吸收达到最大吸收值到最大吸收值50%时的温度，称熔点或解链温度。时的温度，称熔点或解链温度。现在学习的是第38页，共43页nDNA的复性：的复性：DNA发生热变性后，经缓慢降温，如放置室发生热变性后，经缓慢降温，如放置室温逐渐冷却，解开的互补链之间对应的碱基对再次形成氢温逐渐冷却，解开的互补链之间对应的碱基对再次形成氢键，恢复完整的双螺旋结构。键，恢复完整的双螺旋结构。n减色效应：减色效应：核酸复性时紫外吸光度值下降。核酸复性时紫外吸光度值下降。n退火：退火：DNA热变性后缓慢冷却处理的过程。热变性后缓慢冷却处理的过程。现在学习的是第39页，共43页n核酸分子杂交：核酸分子杂交：当不同来源的核酸分子变性后一起复性时，当不同来源的核酸分子变性后一起复性时，只要核酸单链含有一定的互补碱基序列，即可通过碱基配对，只要核酸单链含有一定的互补碱基序列，即可通过碱基配对，形成杂化双链的现象。形成杂化双链的现象。加加加加 温温温温缓慢缓慢缓慢缓慢降温降温降温降温现在学习的是第40页，共43页变性变性复性复性复性复性现在学习的是第41页，共43页核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用研究研究DNA分子中某一种基因的位置分子中某一种基因的位置比较两种核酸分子间的序列相似性比较两种核酸分子间的序列相似性检测某些专一序列在待检样品中存在与否检测某些专一序列在待检样品中存在与否基因芯片技术的基础基因芯片技术的基础 现在学习的是第42页，共43页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第43页，共43页