核酸结构和功能分子生物学.ppt

关于核酸的结构与功能分子生物学第一张，PPT共八十页，创作于2022年6月第第3 3章章 核酸的结构与功能核酸的结构与功能 3.13.1 细胞内的遗传物质细胞内的遗传物质 3.23.2 核酸的化学组成与共价结构核酸的化学组成与共价结构 3.33.3 DNA DNA的二级结构（双螺旋模型）的二级结构（双螺旋模型）3.43.4 DNA DNA分子的高级结构分子的高级结构 3.53.5 真核生物的染色体及其组装真核生物的染色体及其组装 3.63.6 RNA RNA的结构与功能的结构与功能 3.73.7 核酸的变性、复性与分子杂交核酸的变性、复性与分子杂交第二张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.1 3.1 细胞内的遗传物质细胞内的遗传物质3.1.1 DNA3.1.1 DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质 18691869年，年，瑞士的内科医生瑞士的内科医生Friedrich Friedrich MiescherMiescher从外科医院包扎伤口的绷带上的脓从外科医院包扎伤口的绷带上的脓细胞核中提取到一种富含磷元素的酸性化细胞核中提取到一种富含磷元素的酸性化合物，将其称为核质合物，将其称为核质(nuclein)(nuclein)；后来他又从鲭鱼精子中分离出类似的物质，后来他又从鲭鱼精子中分离出类似的物质，并指出它是由一种碱性蛋白质与一种酸性物质并指出它是由一种碱性蛋白质与一种酸性物质组成的，此酸性物质即是现在所知的核酸组成的，此酸性物质即是现在所知的核酸(nucleic acid)。第三张，PPT共八十页，创作于2022年6月n n18851900188519001885190018851900年间，年间，KosselKosselKosselKossel、JohnewJohnew、LeveneLeveneLeveneLevene证实核酸由证实核酸由证实核酸由证实核酸由不同的碱基组成。其最简单不同的碱基组成。其最简单不同的碱基组成。其最简单不同的碱基组成。其最简单的单体结构是碱基的单体结构是碱基的单体结构是碱基的单体结构是碱基-核糖核糖核糖核糖-磷磷酸构成的核苷酸。酸构成的核苷酸。1929192919291929年年又确定了核酸有两种，一又确定了核酸有两种，一种是脱氧核糖核酸种是脱氧核糖核酸(DNA)(DNA)(DNA)(DNA)，另一种是核糖核酸另一种是核糖核酸另一种是核糖核酸另一种是核糖核酸(RNA)(RNA)(RNA)(RNA)。第四张，PPT共八十页，创作于2022年6月 1928 1928年年英国科学家英国科学家GriffithGriffith进行了著名的肺炎双球菌进行了著名的肺炎双球菌转化实验。转化实验。但但转化源转化源（transforming principletransforming principle）的化学本质仍）的化学本质仍是一个谜。是一个谜。分离出活的分离出活的S S型细菌型细菌第五张，PPT共八十页，创作于2022年6月 16 16年之后年之后首先用实验证首先用实验证明基因就是明基因就是DNADNA分子的是美国分子的是美国著名的微生物著名的微生物学家学家AveryAvery（19441944）。第六张，PPT共八十页，创作于2022年6月 9 9年之后年之后19521952年年D.HersheryD.Hershery和和M.ChaseM.Chase 再次用再次用T2T2噬噬菌体标记实验证实菌体标记实验证实了了DNADNA是遗传物质的是遗传物质的本质。本质。第七张，PPT共八十页，创作于2022年6月 20 20世纪世纪5050年代年代WatsonWatson和和CrickCrick发现了发现了DNADNA分子的双螺旋结构，最分子的双螺旋结构，最终确立终确立DNADNA是遗传信息的载体。是遗传信息的载体。作为遗传物质的作为遗传物质的DNADNA具有以下具有以下特性特性:储存并表达遗传信息；储存并表达遗传信息；能把遗传信息传递给子代；能把遗传信息传递给子代；物理和化学性质稳定；物理和化学性质稳定；有遗传变异的能力。有遗传变异的能力。第八张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.1.2 RNA3.1.2 RNA也是遗传物质也是遗传物质 19561956年美国的两位科学家年美国的两位科学家A.GiererA.Gierer和和G.SchramanG.Schraman发发现烟草花叶病毒（现烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus,TMVtobacco mosaic virus,TMV），其遗），其遗传物质是传物质是RNARNA。19571957年美国的年美国的Heinz Fraenkel-ConratHeinz Fraenkel-Conrat和和B.SingreB.Singre用重建实验证实了这一结论。用重建实验证实了这一结论。第九张，PPT共八十页，创作于2022年6月第十张，PPT共八十页，创作于2022年6月 一些病毒采用一些病毒采用RNARNA作为遗传物质。作为遗传物质。类病毒类病毒只由只由RNARNA组成。类病毒，无壳病毒：一种病组成。类病毒，无壳病毒：一种病毒样感染颗粒，含单链、共价闭环毒样感染颗粒，含单链、共价闭环RNARNA，无蛋白质外，无蛋白质外壳。类病毒结构上与一些内含子近似，可能代表逃逸壳。类病毒结构上与一些内含子近似，可能代表逃逸的内含子。的内含子。第十一张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.2 3.2 核酸的化学组成与共价结构核酸的化学组成与共价结构 3.2.1 3.2.1 核酸的化学组成核酸的化学组成 核酸核酸（nucleic acid，多核苷酸）多核苷酸）核苷酸核苷酸（nucleotide，单核苷酸）单核苷酸）磷酸磷酸（phosphate）核苷核苷（nucleoside）戊糖戊糖（amyl sugar ）含氮碱基含氮碱基（base）第十二张，PPT共八十页，创作于2022年6月1.1.碱基碱基(base)(base)第十三张，PPT共八十页，创作于2022年6月2.2.核苷（核苷（nucleosidesnucleosides）戊糖与嘧啶或嘌呤碱以糖苷键连接就称为核苷。戊糖与嘧啶或嘌呤碱以糖苷键连接就称为核苷。第十四张，PPT共八十页，创作于2022年6月1122334455(OH)1122334455(OH)嘧啶的嘧啶的1 1位位N N原子、嘌呤的原子、嘌呤的9 9位位N N原子与戊糖原子与戊糖1 1所连所连的羟基形成的羟基形成糖苷键。糖苷键。第十五张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.3.核苷酸（核苷酸（nucleotide acidnucleotide acid）脱氧脱氧核糖核糖碱基碱基磷酸磷酸A G C T第十六张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.2.2 3.2.2 核酸的共价结构核酸的共价结构1.1.DNADNA的一级结构与功能的一级结构与功能 DNADNA的一级结构是指的一级结构是指DNADNA分子中核苷酸的排列顺序，简称分子中核苷酸的排列顺序，简称为为DNADNA顺序（或序列）。顺序（或序列）。由于核苷酸之间的差异仅仅是碱基的由于核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同，故可称为碱基顺序。不同，故可称为碱基顺序。第十七张，PPT共八十页，创作于2022年6月DNADNA一级结构的表示法一级结构的表示法53结构式结构式53 p p p pOH3ACTG1线条式线条式5ACTGCATAGCTCGA 3字母式字母式第十八张，PPT共八十页，创作于2022年6月2.RNA2.RNA的一级结构与功能的一级结构与功能 RNA分分子子中中核核苷苷酸酸的的排排列列顺顺序序叫做叫做RNA的一级结构。的一级结构。OHOHOH53 RNA与与DNA的差异的差异 DNA RNA糖糖 脱氧核糖脱氧核糖 核糖核糖碱基碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基不含稀有碱基 含稀有碱基含稀有碱基第十九张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.3 DNA3.3 DNA的二级结构的二级结构(双螺旋模型双螺旋模型)Watson&CrickWatson&Crick建立双螺旋模型主要是受到建立双螺旋模型主要是受到4 4个方面个方面的影响：的影响：1 1、DNADNA的的X X射线衍射分析结果；射线衍射分析结果；2 2、蛋白质的蛋白质的螺旋模型；螺旋模型；3 3、氢键理论；氢键理论；4 4、19501950英英ChargaffChargaff 规则规则（当量定律）。（当量定律）。第二十张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.3.1 3.3.1 双螺旋模型（双螺旋模型（double helix double helix modelmodel）特征）特征 (1)(1)DNADNA分子由两条反向平行的多分子由两条反向平行的多核苷酸链组成，形成右手双螺旋。核苷酸链组成，形成右手双螺旋。(2)(2)两条链反向平行，两条链反向平行，即两条链的方向相反。即两条链的方向相反。5353磷酸磷酸核糖核糖碱基碱基第二十一张，PPT共八十页，创作于2022年6月 (3)(3)糖一磷酸键是在双螺旋的外侧，糖一磷酸键是在双螺旋的外侧，碱基对与轴线垂直。碱基对与轴线垂直。(4)(4)糖与附着在糖上的碱基近于垂糖与附着在糖上的碱基近于垂直。直。(5)(5)碱基配对时，必须一个是嘌呤，碱基配对时，必须一个是嘌呤，另一个是嘧啶。另一个是嘧啶。(6)(6)DNA DNA双螺旋有大沟（双螺旋有大沟（major or major or wide groovewide groove）和小沟（）和小沟（minor or narrow minor or narrow groovegroove）的存在。）的存在。T-A碱基对碱基对C-G碱基对碱基对第二十二张，PPT共八十页，创作于2022年6月（1 1）碱基对之间的氢键）碱基对之间的氢键 （2 2）碱基堆集力碱基堆集力 它包括：它包括：疏水作用疏水作用 范德华力范德华力（3 3）磷酸基的负电荷斥力磷酸基的负电荷斥力3.3.2 3.3.2 维持维持DNADNA双螺旋的作用力双螺旋的作用力第二十三张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.3.3 DNA3.3.3 DNA二级结构的其他形式二级结构的其他形式(双螺旋结构的多态性双螺旋结构的多态性)在双螺旋的总体特征之下，能产生各种二级结构的变化，在双螺旋的总体特征之下，能产生各种二级结构的变化，这称为这称为DNADNA二级结构的多样性或多态性二级结构的多样性或多态性(polymorphism)。DNADNA结构产生多态性的原因在于核苷酸链的骨架含许多结构产生多态性的原因在于核苷酸链的骨架含许多可转动的单键，从而使可转动的单键，从而使糖环可采取不同的折叠形糖环可采取不同的折叠形式和苷键采取不同构象。式和苷键采取不同构象。DNADNA的构象现已知有的构象现已知有A A，B B，C C，D D，E E，T T，Z 7Z 7种。种。第二十四张，PPT共八十页，创作于2022年6月（1 1）B-DNAB-DNA的构象的构象 WatsonWatson和和CrickCrick提出的提出的DNADNA双螺旋双螺旋结构模型。结构模型。相对湿度相对湿度92%92%的的DNADNA钠盐。钠盐。是大多数是大多数DNADNA在细胞中的构象。在细胞中的构象。右手双螺旋。右手双螺旋。第二十五张，PPT共八十页，创作于2022年6月（2 2）A-DNAA-DNA的结构的结构 右手螺旋。右手螺旋。相对湿度为相对湿度为75%75%的的DNADNA钠盐。钠盐。螺旋体短粗，大沟变得窄而深，小沟螺旋体短粗，大沟变得窄而深，小沟变得宽而浅。变得宽而浅。结晶的结晶的A A型型-DNA-DNA纤维在吸收了水分后能纤维在吸收了水分后能够变长，并转变为够变长，并转变为B B型型-DNA-DNA。A-DNAA-DNA比较常见在比较常见在RNARNA分子的双股发夹螺分子的双股发夹螺旋区域、旋区域、RNA-DNARNA-DNA杂交双链中。杂交双链中。第二十六张，PPT共八十页，创作于2022年6月（3 3）Z-DNAZ-DNA的结构的结构1972197219721972年年年年 PohlPohl et al et al 发现发现发现发现 poly(dG-dC)poly(dG-dC)poly(dG-dC)poly(dG-dC)在高盐下旋光性在高盐下旋光性在高盐下旋光性在高盐下旋光性发生改变；发生改变；发生改变；发生改变；1979197919791979年年年年 Wang A.H-JWang A.H-JWang A.H-JWang A.H-J(王惠君王惠君王惠君王惠君),),),),A.RichA.Rich对对对对 d(CGCGCG)d(CGCGCG)d(CGCGCG)d(CGCGCG)单晶作单晶作单晶作单晶作X X X X衍射分析提出衍射分析提出衍射分析提出衍射分析提出Z Z Z ZDNADNADNADNA模型。模型。模型。模型。第二十七张，PPT共八十页，创作于2022年6月 嘌呤和嘧啶交替排列，高盐。嘌呤和嘧啶交替排列，高盐。左手螺旋左手螺旋。细长，细长，只有一条窄而深的小沟，大沟消只有一条窄而深的小沟，大沟消失。失。天然天然DNADNA的局部可出现的局部可出现Z-DNAZ-DNA。CpGCpG二核苷酸序列中胞嘧啶的甲基化形成二核苷酸序列中胞嘧啶的甲基化形成5-5-甲基胞嘧啶，可导致甲基胞嘧啶，可导致B-DNAB-DNA向向Z-DNAZ-DNA转化。转化。第二十八张，PPT共八十页，创作于2022年6月 Z-DNAZ-DNA构象有转构象有转录起始的调节活性。录起始的调节活性。Z-DNAZ-DNA构象在转录构象在转录区上游离转录区近区上游离转录区近时，抑制转录；若时，抑制转录；若离转录区远时，可离转录区远时，可以增加转录区的负以增加转录区的负超螺旋程度而促进超螺旋程度而促进转录。转录。第二十九张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.4 DNA3.4 DNA分子的高级结构（分子的高级结构（其他其他DNADNA螺旋结构螺旋结构）3.4.1 3.4.1 单链核酸形成的二级结构单链核酸形成的二级结构 单链核酸也可由于部分序列之间的碱基配对而形成单链核酸也可由于部分序列之间的碱基配对而形成分子内或分子间的双螺旋区域。分子内或分子间的双螺旋区域。反向重复序列间间隔反向重复序列间间隔较短或无间隔较短或无间隔反向重复序列反向重复序列间间隔较长间间隔较长第三十张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.4.2 3.4.2 短片段的重复序列短片段的重复序列 短片段的重复顺序可分为三种类型：短片段的重复顺序可分为三种类型：（1 1）正向重复）正向重复(direct repeats)(direct repeats)又叫又叫顺向重复顺向重复；（2 2）反向重复）反向重复(inverted repeats)(inverted repeats)；（3 3）回文顺序）回文顺序 (Palindromic sequence)(Palindromic sequence)5-GTGAGCTCAC-3 5-GTGAGCTCAC-3 3-CACTCGAGTG-5 3-CACTCGAGTG-5 第三十一张，PPT共八十页，创作于2022年6月上海自来水来自海上上海自来水来自海上农学人才多多才人学农农学人才多多才人学农画上荷花和尚画画上荷花和尚画书临汉字翰林书书临汉字翰林书顺反相同顺反相同第三十二张，PPT共八十页，创作于2022年6月 能在能在DNADNA或或RNARNA中形成发夹结构。中形成发夹结构。通常是作为一种特别信号。通常是作为一种特别信号。如：限制性内切酶的识别位点；如：限制性内切酶的识别位点；一些调控蛋白的识别位点。一些调控蛋白的识别位点。限制性内切酶限制性内切酶 EcoREcoR的识别位点的识别位点第三十三张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.4.3 3.4.3 三股螺旋的三股螺旋的DNADNA 19571957年，年，FelsenfeldFelsenfeld等发现一股为嘌呤，另一股为嘧等发现一股为嘌呤，另一股为嘧啶的核苷酸双链能够形成三链。啶的核苷酸双链能够形成三链。如：如：polyA/polyUpolyA/polyU；polydA/polydT polydA/polydT；polyd(AG)/polyd(CT)polyd(AG)/polyd(CT)。19871987年，年，Mirkin.S.MMirkin.S.M证明证明plasmid DNA plasmid DNA 在在 pH=4.3pH=4.3的溶液中的溶液中,有有T.S DNAT.S DNA的存在。的存在。第三十四张，PPT共八十页，创作于2022年6月DNADNA分子内的分子内的三链结构三链结构 多聚嘌呤多聚嘌呤多聚嘧啶多聚嘧啶DNADNADNADNA分子间的分子间的分子间的分子间的三链结构三链结构三链结构三链结构三股螺旋三股螺旋DNADNA的生的生物学意义：物学意义：参与基因表达调参与基因表达调控。控。RNARNA分子参与表分子参与表观遗传调节。观遗传调节。基因治疗或定向基因治疗或定向诱变。诱变。第三十五张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.4.4 DNA3.4.4 DNA的四链结构的四链结构 20022002年，一组英国科学家发现染色体端粒年，一组英国科学家发现染色体端粒DNADNA可以形可以形成四链结构，并测定了其晶体结构。成四链结构，并测定了其晶体结构。GGGG53TTTGGGGGGGGGGGGGGGGTTTTTT第三十六张，PPT共八十页，创作于2022年6月功能功能（1）稳定真核生物染色体结构稳定真核生物染色体结构（2）保证保证DNA末端准确复制末端准确复制（3）与与DNA分子的组装有关分子的组装有关（4）与染色体的与染色体的meiosis&mitosis 有关有关 第三十七张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.4.5 DNA3.4.5 DNA的结构的动态性与精细结构的结构的动态性与精细结构1.DNA1.DNA结构的动态性：不同结构的动态性：不同DNADNA结构形式相互转变结构形式相互转变的现象。的现象。在活细胞中，下面几种因素能使在活细胞中，下面几种因素能使DNADNA双螺旋构双螺旋构象发生相互转变：象发生相互转变：（1 1）核苷酸顺序（碱基组成）；核苷酸顺序（碱基组成）；（2 2）盐的种类和浓度；盐的种类和浓度；（3 3）相对湿度。相对湿度。第三十八张，PPT共八十页，创作于2022年6月 DNADNA双螺旋结构的呼吸作用双螺旋结构的呼吸作用:DNADNA双链中氢键的迅速断裂和双链中氢键的迅速断裂和再生过程。再生过程。在在DNADNA双螺旋结构中，配对碱基之间的氢键处于连续不断的双螺旋结构中，配对碱基之间的氢键处于连续不断的断裂和再生的动态平衡之中，局部开链的泡状结构对于断裂和再生的动态平衡之中，局部开链的泡状结构对于DNADNA结合结合蛋白识别蛋白识别DNADNA内部所含信息以及与内部所含信息以及与DNADNA结合都有重要作用。结合都有重要作用。第三十九张，PPT共八十页，创作于2022年6月2.DNA2.DNA分子的精细结构分子的精细结构(局部构象局部构象)DNA DNA双螺旋的许多结构参数不是完全均匀的，是随着双螺旋的许多结构参数不是完全均匀的，是随着碱基序列的不同而在一定范围内变化的，称为碱基序列的不同而在一定范围内变化的，称为DNADNA双螺旋的双螺旋的局部构象。在局部构象。在DNADNA双螺旋中，依赖于序列的构象变化的主要双螺旋中，依赖于序列的构象变化的主要形式有：形式有：（1 1）螺旋扭转角螺旋扭转角：两个相邻碱基对之间绕螺旋轴旋：两个相邻碱基对之间绕螺旋轴旋转的夹角在转的夹角在2828-42-42变动。变动。（2 2）螺旋桨效应。螺旋桨效应。第四十张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.4.6 DNA3.4.6 DNA的超螺的超螺旋结构与拓扑学旋结构与拓扑学性质性质1.DNA1.DNA的超螺旋结构的超螺旋结构（DNADNA的三级结构）的三级结构）螺旋螺旋超螺旋超螺旋第四十一张，PPT共八十页，创作于2022年6月 超螺旋（超螺旋（superhelixsuperhelix）是双螺旋）是双螺旋DNADNA进一步扭曲盘绕形进一步扭曲盘绕形成的三级结构。成的三级结构。超螺旋是超螺旋是DNADNA三级结构的一种普遍形式，双螺旋三级结构的一种普遍形式，双螺旋DNADNA的松开导致的松开导致负超螺旋负超螺旋(negative superhelix)(negative superhelix)，而拧紧则而拧紧则导致导致正超螺旋正超螺旋(positive superhelix)(positive superhelix)。天然的天然的DNADNA都呈负超螺旋，但体外可得到正超螺旋。都呈负超螺旋，但体外可得到正超螺旋。第四十二张，PPT共八十页，创作于2022年6月超螺旋可能有两方面的生物学意义：超螺旋可能有两方面的生物学意义：（1 1）超螺旋超螺旋DNADNA比松弛型比松弛型DNADNA更紧密，使更紧密，使DNADNA分子体积分子体积变得更小，得以包装在细胞内；变得更小，得以包装在细胞内；（2 2）超螺旋能影响双螺旋的解链程度，因而影响超螺旋能影响双螺旋的解链程度，因而影响DNADNA分子与其他分子，如酶、蛋白质分子的相互作分子与其他分子，如酶、蛋白质分子的相互作用。用。第四十三张，PPT共八十页，创作于2022年6月2.DNA2.DNA超螺旋结构的拓扑学性质超螺旋结构的拓扑学性质 拓扑：拓扑：是指物体或图像作弹性移位而又保持物体不变的是指物体或图像作弹性移位而又保持物体不变的性质。性质。（1 1）连环数（连环数（linking number,Llinking number,L）：）：连环数指双螺旋连环数指双螺旋DNADNA中两中两条链互相缠绕交叉的总次数，条链互相缠绕交叉的总次数，L L为整数。为整数。一个闭合环状一个闭合环状DNADNA分子，分子，只要其主链的共价键不断裂，连环数值就不会改变。只要其主链的共价键不断裂，连环数值就不会改变。（2 2）盘绕数（盘绕数（twisting number,Ttwisting number,T）：）：盘绕数是盘绕数是DNADNA分子中双分子中双螺旋的周数，表示螺旋的周数，表示DNADNA分子一条链绕另一条链的扭转数。分子一条链绕另一条链的扭转数。对于对于松弛态的环状松弛态的环状DNADNA，以每周，以每周10.510.5个碱基对计算，个碱基对计算，T=T=碱基对总数碱基对总数/10.510.5。即。即DNADNA分子中分子中Watson-CrickWatson-Crick螺旋数，是双螺旋自身的性螺旋数，是双螺旋自身的性质。质。第四十四张，PPT共八十页，创作于2022年6月（3 3）超螺旋周数（超螺旋周数（writhing number,Wwrithing number,W）：）：超螺旋周数超螺旋周数指双螺旋结构在一定的盘绕数（指双螺旋结构在一定的盘绕数（T T）下，）下，DNADNA分子的超螺旋分子的超螺旋缠绕数，即整个缠绕数，即整个DNADNA分子在双螺旋基础上，一条双螺旋链分子在双螺旋基础上，一条双螺旋链绕另一双螺旋链缠绕转动的周数，绕另一双螺旋链缠绕转动的周数，它表示它表示DNADNA超螺旋的程超螺旋的程度，负超螺旋的度，负超螺旋的W W为负值，正超螺旋的为负值，正超螺旋的W W为正值。为正值。WhiteWhite方程：方程：L=T+WL=T+W（T T与与W W的值可以是小数，但的值可以是小数，但L L的值必的值必须是整数）须是整数）（4 4）连环数比差（连环数比差（）=L/L=L/L0 0=(L-L=(L-L0 0)/L)/L0 0 超螺旋密度超螺旋密度第四十五张，PPT共八十页，创作于2022年6月第四十六张，PPT共八十页，创作于2022年6月第四十七张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.5 3.5 真核生物的染色体及其组装真核生物的染色体及其组装3.5.1 3.5.1 真核生物的染色体真核生物的染色体 1919世纪中叶，发现染色体。染色体只包含世纪中叶，发现染色体。染色体只包含1 1个个DNADNA分子，在细分子，在细胞不同周期表现为不同形态，间期表现为染色质。胞不同周期表现为不同形态，间期表现为染色质。其蛋白质与其蛋白质与DNADNA的质量比约为的质量比约为2 2：1 1。常染色质常染色质 染色质染色质 组成型异染色质组成型异染色质 异染色质异染色质 兼性异染色质兼性异染色质洛阳红洛阳红 首案红首案红 第四十八张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.5.2 3.5.2 染色体中的组蛋白染色体中的组蛋白 组蛋白组蛋白(histones)(histones)是一种碱性蛋白质，等电点一般在是一种碱性蛋白质，等电点一般在pH10.0pH10.0以上，其特点是富含二种碱性氨基酸以上，其特点是富含二种碱性氨基酸(赖氨酸和精氨酸赖氨酸和精氨酸)，根据这，根据这两种氨基酸在蛋白质分子中的相对比例，将组蛋白分为五种类型两种氨基酸在蛋白质分子中的相对比例，将组蛋白分为五种类型：H1H1、H2AH2A、H2BH2B、H3H3、H4H4。特点：特点：富含赖氨酸和精氨酸；富含赖氨酸和精氨酸；进化上的极端保守性；进化上的极端保守性；无组织特异性；无组织特异性；氨基酸分布的不对称氨基酸分布的不对称 性。性。第四十九张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.5.3 3.5.3 核小体的形成核小体的形成 Klug AKlug A（英，获得（英，获得19821982年诺贝尔奖）。年诺贝尔奖）。核小体是由核小体是由H2AH2A、H2BH2B、H3H3、H4H4各两个各两个分子生成的八聚体和由大约分子生成的八聚体和由大约200bp DNA200bp DNA组成组成的。八聚体在中间，的。八聚体在中间，DNADNA分子盘绕在外，而分子盘绕在外，而H1H1则在核小体的外面。每个核小体只有一则在核小体的外面。每个核小体只有一个个H1H1。若以每碱基对沿螺旋中轴上升距离为若以每碱基对沿螺旋中轴上升距离为0.34nm0.34nm计，计，200bp DNA200bp DNA的伸展长度为的伸展长度为68nm68nm，形成核小体后仅为形成核小体后仅为11nm11nm，长度压缩了长度压缩了6 67 7倍倍。染色体染色体DNADNA的一级的一级包装包装核小体核小体第五十张，PPT共八十页，创作于2022年6月第五十一张，PPT共八十页，创作于2022年6月 非组蛋白是染色体上与特异非组蛋白是染色体上与特异DNADNA序列结合的蛋白质，所以序列结合的蛋白质，所以又称序列特异性又称序列特异性DNADNA结合蛋白，结合蛋白，非组蛋白的特性是：非组蛋白的特性是：含有较多的天门冬氨酸、谷氨酸，带负电荷，属酸性含有较多的天门冬氨酸、谷氨酸，带负电荷，属酸性蛋白质；蛋白质；整个细胞周期都进行合成，而组蛋白只在整个细胞周期都进行合成，而组蛋白只在S S期合成，并期合成，并与与DNADNA复制同步进行；复制同步进行；有明显的组织特异性。有明显的组织特异性。非组蛋白的功能是：非组蛋白的功能是：帮助帮助DNADNA分子折叠；分子折叠；协助启动协助启动DNADNA复制；复制；有调节基因表达的作用。有调节基因表达的作用。第五十二张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.5.4 3.5.4 染色质的高级结构染色质的高级结构 二级包装二级包装染色质螺线管染色质螺线管(chromatin solenoid)(chromatin solenoid)在在H1H1组蛋白分子间的相互作用下，核小体链进一步盘绕组蛋白分子间的相互作用下，核小体链进一步盘绕形成一种中空螺线管，其外径为形成一种中空螺线管，其外径为30nm30nm，每圈含，每圈含6 6个核小体。个核小体。又压缩了又压缩了6 6倍倍。第五十三张，PPT共八十页，创作于2022年6月3 3 三级包装三级包装染色质纤维环染色质纤维环(loops of chromatin fiber)(loops of chromatin fiber)螺线管纤维相隔一定间距的某些区段被螺线管纤维相隔一定间距的某些区段被“拉拢拉拢”固定在蛋固定在蛋白轴上，从而产生了许多从骨架上伸出的纤维环白轴上，从而产生了许多从骨架上伸出的纤维环(loops)(loops)。DNADNA又压缩约又压缩约100100倍倍。第五十四张，PPT共八十页，创作于2022年6月真核生物染色体真核生物染色体真核生物染色体真核生物染色体DNADNADNADNA组装组装不同层次的结构不同层次的结构侧环模型侧环模型第五十五张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.6 RNA3.6 RNA的结构与功能的结构与功能 RNARNA通常是单链线型分子（通常是单链线型分子（一级结构一级结构），在分子内），在分子内可自身回折形成局部的双螺旋（可自身回折形成局部的双螺旋（二级结构二级结构），进而折），进而折叠（叠（三级结构三级结构）。除）。除tRNAtRNA外，几乎全部细胞中的外，几乎全部细胞中的RNARNA都与都与蛋白质形成核蛋白复合物。蛋白质形成核蛋白复合物。第五十六张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.6.1 RNA3.6.1 RNA的结构特点及与的结构特点及与DNADNA的区别的区别 （1 1）碱基组成不同。）碱基组成不同。（2 2）RNARNA分子中有许多稀有碱基或微量碱基、修饰碱基分子中有许多稀有碱基或微量碱基、修饰碱基。（3 3）核糖不同。）核糖不同。（4 4）对整个）对整个RNARNA分子而言，没有双螺旋结构。分子而言，没有双螺旋结构。（5 5）RNARNA分子中的碱基不遵守分子中的碱基不遵守ChargaffChargaff法则法则。（6 6）RNARNA在碱性溶液中十分敏感在碱性溶液中十分敏感。（7 7）增色效应没有）增色效应没有DNADNA明显。明显。（8 8）DNADNA是遗传信息的储存者和携带者。而是遗传信息的储存者和携带者。而RNARNA是遗传信息是遗传信息 的传递者和表达者。的传递者和表达者。（9 9）RNARNA分子携带和储存遗传信息分子携带和储存遗传信息。（1010）某些）某些RNARNA的特殊结构具有催化功能，的特殊结构具有催化功能，称这些称这些RNARNA为为核核 酶酶。第五十七张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.6.2 3.6.2 细胞中细胞中RNARNA的分布的分布 细胞质中的细胞质中的RNARNA（占总（占总RNARNA的的90%90%）可分为）可分为4 4大类：大类：转运转运RNA(transfer RNA,tRNA)RNA(transfer RNA,tRNA)；信使信使RNA(messenger RNA,mRNA)RNA(messenger RNA,mRNA)；核蛋白体核蛋白体RNA(ribosome RNA,rRNA)RNA(ribosome RNA,rRNA)。细胞质中的小分子细胞质中的小分子RNARNA叫叫scRNAscRNA。scRNAscRNA与细胞内蛋白质转与细胞内蛋白质转 运有关。比如转运运有关。比如转运-信使信使RNA(transfer-messenger RNA,RNA(transfer-messenger RNA,tmRNA)tmRNA)。tmRNAtmRNA兼具兼具tRNAtRNA分子和分子和mRNAmRNA分子的双重功能。分子的双重功能。细胞核内的细胞核内的RNA RNA（占总（占总RNARNA的的10%10%）统称为）统称为nRNAnRNA，由两部分组成：，由两部分组成：一部分是核内一部分是核内mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNArRNA的初始转录混合物；的初始转录混合物；另一小部分是核内小分子另一小部分是核内小分子RNARNA(small nuclear RNA,(small nuclear RNA,snRNA)snRNA)。功能是参与。功能是参与hnRNAhnRNA的加工。的加工。第五十八张，PPT共八十页，创作于2022年6月3.6.3 RNA3.6.3 RNA分类概述分类概述1.mRNA1.mRNA的结构的结构（占细胞总（占细胞总RNARNA的的3%-5%3%-5%）m7G5ppp5Nm(Nm)5帽子帽子(A)nAAOH3polyAAAUAAAUGAUAAUAGAUG5非编码区非编码区3非编码区非编码区编码区编码区翻译起始调节区翻译起始调节区定位信号定位信号 真核细胞真核细胞mRNAmRNA的基本结构的基本结构第五十九张，PPT共八十页，创作于2022年6月酵母酵母tRNAtRNAAlaAla 的二级结构的二级结构DHU环环IGC反密码子反密码子反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂可变环可变环TC环环CCAAla35二级结构特征二级结构特征：单链单链 三叶草叶形三叶草叶形 四臂四环四臂四环2.tRNA2.tRNA的的结构结构（约占细（约占细胞总胞总RNARNA的的15%15%）第六十张，PPT共八十页，创作于2022年6月 tRNA tRNA的三级结构：的三级结构：tRNAtRNA的三级结构是倒的三级结构是倒L L形。形。在三叶草型二级结构的基础上，突在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的而配成对，目前已知的tRNAtRNA的三级结构均的三级结构均为倒为倒L L型。型。所有所有tRNAtRNA有以下共同特点有以下共同特点:（1 1）含稀有碱基和稀有核苷较多含稀有碱基和稀有核苷较多,达核苷酸总量的达核苷酸总量的5%5%20%20%。（2 2）不同的不同的tRNAtRNA尽管核苷酸组分和排列顺序各异，但其尽管核苷酸组分和排列顺序各异，但其33端都含有端都含有CCACCA序列，是所有序列，是所有tRNAtRNA接受氨基酰化的特定位置。接受氨基酰化的特定位置。CCACCA序列由序列由tRNAtRNA合成合成后酶促加工产生，而非后酶促加工产生，而非tRNAtRNA基因编码。基因编码。（3 3）所有的所有的tRNAtRNA分子都折叠成紧密的三叶草二级结构和分子都折叠成紧密的三叶草二级结构和L L形立体构象，形立体构象，结构较稳定，半衰期均在结构较稳定，半衰期均在24h24h以上。以上。第六十一张，PPT共八十页，创作于2022年6月5sRNA5sRNA的二级结构的二级结构3.rRNA3.rRNA的结构的结构（占细胞总（占细胞总RNARNA的的80%80%）基本上都是由部分双螺旋与部分突环相间排列而成。基本上都是由部分双螺旋与部分突环相间排列而成。特征特征：单链，螺旋化程度较单链，螺旋化程度较tRNAtRNA低低 与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能。核糖体由与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能。核糖体由RNARNA和蛋白质组成，真核细胞中两者比例为和蛋白质组成，真核细胞中两者比例为1 1：1 1，原核细胞为，原核细胞为2 2：1 1。第六十二张，PPT共八十页，创作于2022年6月4.snRNA(small nuclear RNA,snRNA)4.snRNA(small nuclear RNA,snRNA)细胞核小分子细胞核小分子RNARNA 核内小核内小RNARNA，snRNAsnRNA是含是含7070300300个核苷酸的小分子个核苷酸的小分子RNARNA，占，占细胞细胞RNARNA总量的总量的0.1%-1%0.1%-1%。主要参与基因初始转录产物加工。主要参与基因初始转录产物加工。5.snoRNA5.snoRNA 核仁小分子核仁小分子RNA(small nucleolar RNA,snoRNA)RNA(small nucleolar RNA,snoRNA)广泛分广泛分布于从酵母到哺乳动物细胞的核仁区，大小一般在几十到几布于从酵母到哺乳动物细胞的核仁区，大小一般在几十到几百个核苷酸，主要功能是参与百个核苷酸，主要功能是参与rRNArRNA前体的加工。前体的加工。6.6.非编码的非编码的mRNA