核酸结构与功能 (2).ppt

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1、关于核酸结构与功能(2)课件现在学习的是第1页，共84页什么是核酸什么是核酸?核酸是遗传信息物质核酸是遗传信息物质现在学习的是第2页，共84页核酸的结构与功能核酸的结构与功能DNA(deoxyribonucleicacid)RNA(ribonucleicacid)nucleicacid现在学习的是第3页，共84页vDNA（deoxyribonucleic acid)vRNA(ribonucleic acid)现在学习的是第4页，共84页核酸研究的历史核酸研究的历史v1869年，瑞士科学家年，瑞士科学家Miescher在外科在外科绷带上得到一种含磷酸很高的酸性化合绷带上得到一种含磷酸很高的酸性化

2、合物。物。因因存在存在于于核核中，中，故命名为故命名为“核核质质”(nuclein)。v1889年，年，Altmann制备了不含蛋白质制备了不含蛋白质的核酸制品，首先使用了核酸的核酸制品，首先使用了核酸(nucleicacid)这个名称。这个名称。现在学习的是第5页，共84页核酸研究的历史核酸研究的历史v19281932年，确立了核酸在生命现象年，确立了核酸在生命现象中的地位。中的地位。v1944年，转化作用的发现，证实：年，转化作用的发现，证实：核酸核酸遗传物质遗传物质 v1953年，年，Waston和和Crick建立了双螺旋建立了双螺旋模型，这是核酸发展史上的重要里程碑。模型，这是核酸发展

3、史上的重要里程碑。现在学习的是第6页，共84页核酸研究的历史核酸研究的历史v早期的研究早期的研究仅将核酸看仅将核酸看成是细胞中成是细胞中的一种成分，的一种成分，后逐步证明后逐步证明核酸中含有核酸中含有戊糖，磷酸戊糖，磷酸和碱基，是和碱基，是一种线状聚一种线状聚合物。合物。现在学习的是第7页，共84页DNA is the carrier of genetic information现在学习的是第8页，共84页核核苷苷酸酸的的结结构构 左左边边是是电电脑脑模模型型，右右边边是是简简化化的的表表示示法法酯键糖苷键现在学习的是第9页，共84页RiboseandDeoxyribose现在学习的是第10页

4、，共84页第一节第一节核酸的化学核酸的化学组成组成现在学习的是第11页，共84页第一节第一节核酸的化学组成核酸的化学组成 碱基碱基水解水解完全水解完全水解核酸核酸单核苷酸单核苷酸戊糖戊糖磷酸磷酸现在学习的是第12页，共84页核酸的化学组成核酸的化学组成Nucleicacid nucleotide phosphate+nucleoside base+pentose purine、pyrimidineDNARNAdeoxyribonucleotideribonucleotidedeoxyribonucleosideribonucleosidedeoxyriboseribose现在学习的是第13页，

5、共84页Thestructureofbase嘌呤嘧碇核酸中的碱基是含氮杂环化合物：核酸中的碱基是含氮杂环化合物：现在学习的是第14页，共84页 碱基的互变异构碱基的互变异构v酮式烯醇 C=O C-OH N Nv氨基亚氨基 C-NH2 C=NH2+HN HNv 受介质pH影响现在学习的是第15页，共84页 碱基的共轭双键碱基的共轭双键v260nm波长的波长的紫外吸紫外吸收强。收强。v核酸测核酸测定的基定的基础。础。现在学习的是第16页，共84页Ribose and Deoxyribose现在学习的是第17页，共84页pentose现在学习的是第18页，共84页核核苷苷是是碱碱基基与与戊戊糖糖以以

6、糖糖苷苷键键相相连连接接形形成成的的化化合合物物：核苷核苷现在学习的是第19页，共84页核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键相连接分别构成核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键相连接分别构成核苷酸或脱氧核苷酸核苷酸或脱氧核苷酸按组成分类：按组成分类：含有含有1个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸（个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸（NMP），），如如CMP含有含有2个磷酸基团的核苷酸称为核苷二磷酸（个磷酸基团的核苷酸称为核苷二磷酸（NDP），），如如GDP含有含有3个磷酸基团的核苷酸称为核苷三磷酸（个磷酸基团的核苷酸称为核苷三磷酸（NTP），），如如ATP核苷酸核苷酸现在学习的是第20页，共84页核苷酸核苷酸v许多单

7、核苷酸在体内具有许多重要的生理功能许多单核苷酸在体内具有许多重要的生理功能vATP是体内能量的直接来源和利用形式。是体内能量的直接来源和利用形式。v腺苷酸是腺苷酸是NAD、FAD、辅酶辅酶A等的组成成分。等的组成成分。vcAMP与与cGMP是细胞内信号转导过程中重要的调节因是细胞内信号转导过程中重要的调节因子子。现在学习的是第21页，共84页核苷酸的连接方式核苷酸的连接方式AdenosineADPATPAMP现在学习的是第22页，共84页现在学习的是第23页，共84页第二节第二节核酸核酸的一级结构的一级结构现在学习的是第24页，共84页核苷酸的连接核苷酸的连接(连接酶)现在学习的是第25页，共

8、84页DNA的的一一级级结结构构是是通通过过3,5-磷磷酸酸二二酯酯键键构构成成一一个个没没有有分分支支的的线线性性大大分分子子，其其两两个个末末端端分分别别是是5-末末端端（游游离离磷磷酸酸基基）和和3-末末端端（游游离离羟羟基基）。是是指指DNA分分子子中中核核苷酸的排列顺序。苷酸的排列顺序。由由于于脱脱氧氧核核苷苷酸酸之之间间的的差差别别仅仅是是其其碱碱基基的的不不同同，所所以以DNA分子碱基的排列顺序就代表了核苷酸的排列顺序。分子碱基的排列顺序就代表了核苷酸的排列顺序。DNA的一级结构的一级结构现在学习的是第26页，共84页53DNA的的一级结构一级结构现在学习的是第27页，共84页核

9、酸的书写方法核酸的书写方法v5：左侧（上）：左侧（上）3：右侧（下）：右侧（下）vAUGGC和和AGUGC的碱基组成相同，的碱基组成相同，但表示二段不同的核酸序列。但表示二段不同的核酸序列。现在学习的是第28页，共84页第三节第三节DNA的空间结构的空间结构与功能与功能现在学习的是第29页，共84页Chargaff规则规则v腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，鸟嘌腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等，呤与胞嘧啶的摩尔数相等，即：即：A=T，G=Cv不同生物种属的不同生物种属的DNA,其碱基组成不同其碱基组成不同v同一个体不同器官、不同组织的同一个体不同器官、不同组织的DNA具具有

10、相同的碱基组成。有相同的碱基组成。v提示：提示：A与与T，G与与C之间可能以互补的之间可能以互补的方式存在。方式存在。现在学习的是第30页，共84页现在学习的是第31页，共84页DNA的的双双螺螺旋旋结结构构现在学习的是第32页，共84页现在学习的是第33页，共84页现在学习的是第34页，共84页现在学习的是第35页，共84页现在学习的是第36页，共84页现在学习的是第37页，共84页DNA的双螺旋结构的双螺旋结构vDNA分子由两条脱氧核糖核酸作骨架的分子由两条脱氧核糖核酸作骨架的双链组成，以右手螺旋方式盘旋双链组成，以右手螺旋方式盘旋v糖磷酸骨架均位于外侧，碱基在内侧糖磷酸骨架均位于外侧，碱

11、基在内侧碱基平面之间距离为碱基平面之间距离为0.34nm。螺旋一周螺旋一周为为10碱基对，螺距为碱基对，螺距为3.4nm。v双螺旋的两条链是反方向平行的。双螺旋的两条链是反方向平行的。v碱基配对：碱基配对：G=CA=T。v稳定力：互补稳定力：互补碱基之间的碱基之间的氢键氢键疏水性堆积力疏水性堆积力-碱基堆积力碱基堆积力B型型-DNA现在学习的是第38页，共84页现在学习的是第39页，共84页现在学习的是第40页，共84页现在学习的是第41页，共84页现在学习的是第42页，共84页现在学习的是第43页，共84页DNA的三级结构的三级结构v原核生物和真核生物线粒体、叶绿体中的原核生物和真核生物线粒

12、体、叶绿体中的DNA是共价封闭的环状双螺旋，是共价封闭的环状双螺旋，再形成超螺再形成超螺旋。旋。环状双螺旋环状双螺旋超螺旋超螺旋现在学习的是第44页，共84页DNA的三级结构的三级结构v真核生物中真核生物中DNA的三级结构与蛋白质有关。的三级结构与蛋白质有关。v和和DNA结合的蛋白质有组蛋白和非组蛋白。结合的蛋白质有组蛋白和非组蛋白。v组蛋白组蛋白H2A、H2B、H3和和H4各两个分子形各两个分子形成八聚体，被两圈成八聚体，被两圈140-145碱基对的碱基对的DNA所围绕。形成核小体。所围绕。形成核小体。vH1位于核小体之间的连接区，组成串珠状位于核小体之间的连接区，组成串珠状结构结构。现在学

13、习的是第45页，共84页DNA的三级结构的三级结构核小体核小体现在学习的是第46页，共84页现在学习的是第47页，共84页现在学习的是第48页，共84页DNA的功能的功能v基因：就是基因：就是DNA大分子的一个片段，有复制、大分子的一个片段，有复制、转录等主要功能，是生物遗传繁殖的物质基转录等主要功能，是生物遗传繁殖的物质基础。础。vDNA的功能：作为生物遗传信息复制的模版的功能：作为生物遗传信息复制的模版和基因转录的模版。和基因转录的模版。v一个生物体的全部基因序列称为基因组。一个生物体的全部基因序列称为基因组。现在学习的是第49页，共84页vDNA功能是储存遗传信息，保证每一种生功能是储存

14、遗传信息，保证每一种生物机体合成它们独特的蛋白质和物机体合成它们独特的蛋白质和RNA，使机体使机体按一定时间和空间顺序来合成细胞成分。按一定时间和空间顺序来合成细胞成分。vDNAisthestorehouse,orcellularlibrarythatcontainstheinformationrequiredtobuildacellororganism.v现在学习的是第50页，共84页生物体内生物体内DNA的大小的大小现在学习的是第51页，共84页第四节第四节RNA的空间结构的空间结构与功能与功能现在学习的是第52页，共84页结结构构：RNA由由一一条条多多核核苷苷酸酸链链组组成成，经经卷卷

15、曲曲盘盘绕绕可可形形成局部双螺旋二级结构和三级结构成局部双螺旋二级结构和三级结构RNA的结构和功能的结构和功能参与参与hnRNA的剪接转的剪接转运运snRNA小核小核RNA成熟成熟mRNA的前体的前体hnRNA不均一核不均一核RNA转运氨基酸转运氨基酸mttRNAtRNA转运转运RNA蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板mtmRNAmRNA信使信使RNA核蛋白体的组成成分核蛋白体的组成成分mtrRNArRNA核蛋白体核蛋白体RNA功功能能线粒体线粒体细胞核与胞液细胞核与胞液动物细胞内主要动物细胞内主要RNA的分布与功能的分布与功能蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所现在学习的是第53页，共84页一、信

16、使一、信使RNA（mRNA）传递传递DNA遗传信息的遗传信息的RNA称为信使称为信使RNA（mRNA）。）。细细胞胞核核内内初初合合成成的的mRNA前前体体是是不不均均一一核核RNA（hnRNA），经经剪剪接接生生成成成成熟熟的的mRNA。去去掉掉内内含含子子（intron）转转录录后后产产物物，留留下下外外显显子（子（extron）转录后产物，重新连在一起。转录后产物，重新连在一起。现在学习的是第54页，共84页现在学习的是第55页，共84页mRNA的结构特点：的结构特点：v大多数真核大多数真核mRNA的的5-端在转录后均加上一个帽子结构。端在转录后均加上一个帽子结构。mRNA的帽子结构可保

17、护的帽子结构可保护mRNA免受核酸酶从免受核酸酶从5端的降解端的降解作用，并在翻译起始中起重要作用。作用，并在翻译起始中起重要作用。v绝大多数真核绝大多数真核mRNA的的3-端有端有200多个腺苷酸残基的多个腺苷酸残基的尾巴（尾巴（PolyA），），其作用在于增加其作用在于增加mRNA的稳定性和维持其的稳定性和维持其翻译活动。翻译活动。现在学习的是第56页，共84页现在学习的是第57页，共84页m7GpppG现在学习的是第58页，共84页mRNA的功能的功能vmRNA的功能是把核内的功能是把核内DNA的碱基顺序（即的碱基顺序（即遗传信息）按照碱基互补原则，抄录并转移遗传信息）按照碱基互补原则，

18、抄录并转移到细胞质，决定蛋白质合成过程中的氨基酸到细胞质，决定蛋白质合成过程中的氨基酸排列顺序。排列顺序。mRNA通过三个核苷酸联成的密通过三个核苷酸联成的密码子编码氨基酸。码子编码氨基酸。现在学习的是第59页，共84页二、转运二、转运RNA（tRNA）tRNA的结构特点：的结构特点：tRNA分子中含有较多的稀有碱基：分子中含有较多的稀有碱基：DHU、和和mG、mA等等所所有有的的tRNA均均是是线线性性多多核核苷苷酸酸链链，局局部部片片断断由由于于碱碱基基互互补补而而形形成成局局部部双双螺螺旋旋区区，而而非非互互补补区区则则形形成成环环状状结结构构。整个整个tRNA的二级结构呈现三叶草结构的

19、二级结构呈现三叶草结构tRNA中的中的3个环分别是个环分别是DHU环、环、TC环和反密码环环和反密码环tRNA的的三三级级结结构构呈呈现现倒倒L型型，一一端端为为氨氨基基酸酸臂臂，另另一一端端为为反密码子反密码子现在学习的是第60页，共84页tRNA的功能的功能v其功能是携带蛋白质合成所需的氨基酸，并其功能是携带蛋白质合成所需的氨基酸，并按按mRNA上的密码顺序上的密码顺序“对号入座对号入座”地将其地将其转运到转运到mRNA分子上。分子上。现在学习的是第61页，共84页tRNA的三叶草结构的三叶草结构现在学习的是第62页，共84页tRNA的三级结构的三级结构vtRNA的三级结构的三级结构均呈均

20、呈倒倒L字母形字母形，其其3末端含末端含CAA-OH的氨基酸臂位的氨基酸臂位于一端，反密码于一端，反密码环位于另一端。环位于另一端。vtRNA的三级结构的三级结构的稳定力是核苷的稳定力是核苷酸之间的各种氢酸之间的各种氢键。键。现在学习的是第63页，共84页三、核蛋白体三、核蛋白体RNA(rRNA)rRNA与蛋白质结合形成的核蛋白是细胞内蛋白质合成的场所。与蛋白质结合形成的核蛋白是细胞内蛋白质合成的场所。rRNA分分子子大大小小不不均均一一，真真核核细细胞胞的的rRNA有有4种种，其其沉沉降降系系数数分分别别为为28S、58S、5S和和18S。大约与大约与70种蛋白质结合而存在于的核蛋白体的大小

21、亚基中种蛋白质结合而存在于的核蛋白体的大小亚基中rRNA的二级结构为茎环样结构。的二级结构为茎环样结构。现在学习的是第64页，共84页现在学习的是第65页，共84页现在学习的是第66页，共84页四、核酶四、核酶(ribozyme)vrRNA前体的自我剪接是由内含子催化的，其前体的自我剪接是由内含子催化的，其本质是本质是RNA。具有酶的催化活力的具有酶的催化活力的RNA就称就称为为核酶核酶，核酶的发现改变了酶都是蛋白质的，核酶的发现改变了酶都是蛋白质的传统概念。传统概念。现在学习的是第67页，共84页第五节第五节核酸的理化性质核酸的理化性质及其应用及其应用现在学习的是第68页，共84页核酸的一般

22、性质核酸的一般性质核酸分子通常表现为较强的酸性。核酸分子通常表现为较强的酸性。由由于于DNA分分子子细细长长，其其在在溶溶液液中中的的粘粘度度很很高高；RNA分分子子比比DNA短短，在在溶溶液液中中的粘度低于的粘度低于DNA。核酸的紫外线吸收核酸的紫外线吸收核酸分子中的碱基都含有共轭双键，在核酸分子中的碱基都含有共轭双键，在260nm波长处有最大紫外光吸收。波长处有最大紫外光吸收。蛋蛋白白质质在在280nm波波长长处处有有最最大大吸吸收收，所所以以可可利利用用溶溶液液260nm和和280nm处处吸吸收收光光度（度（A）的比值来估计核酸的纯度。的比值来估计核酸的纯度。现在学习的是第69页，共84

23、页DNA的理化性质及其应用的理化性质及其应用v变性变性v复性复性v增色效应增色效应v减色效应减色效应v解链温度解链温度v杂交杂交v探针探针现在学习的是第70页，共84页DNA的理化性质及其应用的理化性质及其应用v变性变性v复性复性v增色效应增色效应v减色效应减色效应v解链温度解链温度v杂交杂交v探针探针现在学习的是第71页，共84页核酸的变性与复性核酸的变性与复性（一）（一）变性变性DNA变变性性是是指指在在某某些些因因素素的的作作用用下下，维维系系DNA双双螺螺旋旋的的次次级级键发生断裂，双螺旋键发生断裂，双螺旋DNA分子被解开成单链的过程。分子被解开成单链的过程。引起引起DNA变性的因素有

24、加热和化学物质的作用。变性的因素有加热和化学物质的作用。变性可使其粘度下降和紫外吸收值的改变等。变性可使其粘度下降和紫外吸收值的改变等。2增色效应和解链温度（增色效应和解链温度（Tm）。）。3GC含含量量越越高高，Tm值值越越大大；AT含量越高，含量越高，Tm越值小。越值小。（二）复性（二）复性1解解开开的的两两条条链链重重新新缔缔合合形形成成双双螺螺旋旋，称为称为DNA的复性或退火的复性或退火。2退火温度：比退火温度：比Tm低低25。现在学习的是第72页，共84页变性和复性变性和复性v双链分开和重新形成双链这样的过程称为变双链分开和重新形成双链这样的过程称为变性和复性。性和复性。v破坏氢键形

25、成的因素都可能使破坏氢键形成的因素都可能使DNA变性，如变性，如过量的酸、碱或加热。过量的酸、碱或加热。现在学习的是第73页，共84页变性与复性变性与复性现在学习的是第74页，共84页增色效应和减色效应增色效应和减色效应vOD260:单核苷酸单核苷酸单链单链DNA双链双链DNAvDNA变性时，溶液的变性时，溶液的OD260增高，称为增高，称为增色效应增色效应。v在解链曲线中的中点称为中点解链温度，或在解链曲线中的中点称为中点解链温度，或解链温度解链温度(Tm)。v变性和复性是可逆的，热变性的变性和复性是可逆的，热变性的DNA经缓慢冷却后即可经缓慢冷却后即可复性，故复性也称为复性，故复性也称为退

26、火退火(annealing)现在学习的是第75页，共84页现在学习的是第76页，共84页杂交杂交v杂交：不同的杂交：不同的DNA链放在同一溶液中作变性链放在同一溶液中作变性处理，或把单链处理，或把单链DNA和和RNA放在一起，局部放在一起，局部的碱基配对，就可以形成局部双链。这一过的碱基配对，就可以形成局部双链。这一过程称为杂交。程称为杂交。v杂交的应用。杂交的应用。现在学习的是第77页，共84页核核酸酸分分子子杂杂交交是是根根据据两两条条核核酸酸单单链链在在一一定定条条件件下下可可按按碱碱基基互互补补原原则则退退火火形形成成双双链链的的原原理理，用用已已知知的的单单链链核核苷苷酸酸片片段段作

27、作为探针检测样本中是否存在与其互补的同源核酸序列的方法。为探针检测样本中是否存在与其互补的同源核酸序列的方法。常用的核酸分子杂交方法：常用的核酸分子杂交方法：Southern印迹杂交、印迹杂交、Northern印迹杂交印迹杂交斑点杂交、狭缝杂交斑点杂交、狭缝杂交原位杂交（菌落原位杂交、细胞原位杂交、原位杂交（菌落原位杂交、细胞原位杂交、组织片原位杂交）组织片原位杂交）夹心杂交夹心杂交现在学习的是第78页，共84页现在学习的是第79页，共84页现在学习的是第80页，共84页探针探针v探针：在核酸杂交的基础上发展起来的一种探针：在核酸杂交的基础上发展起来的一种用于研究和诊断的新技术称为探针技术。用

28、于研究和诊断的新技术称为探针技术。v单链的核苷酸聚合体标记后，就可以称为探单链的核苷酸聚合体标记后，就可以称为探针。针。现在学习的是第81页，共84页探针探针v探针技术：在核酸杂交的基础上发展起探针技术：在核酸杂交的基础上发展起来的一种用于研究和诊断的新技术。来的一种用于研究和诊断的新技术。v探针探针(probe)：经同位素标记的具有特定经同位素标记的具有特定碱基序列的单链核苷酸聚合体。碱基序列的单链核苷酸聚合体。v探针可用于：基因诊断、致病基因的定探针可用于：基因诊断、致病基因的定位、位、Southernblotting、Northernblotting、原位杂交、原位杂交、DNA芯片技术等临芯片技术等临床实践和科研。床实践和科研。现在学习的是第82页，共84页第六节 核酸酶限制性内切酶的应用vAlu I .AGCT.AG CT.TCGA.TC GA.vBamH I GGATCC .G GATTC.CCTAGG CCTAG G.现在学习的是第83页，共84页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第84页，共84页