核酸结构与功能 (2)精选PPT.ppt

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1、关于核酸结构与功能关于核酸结构与功能(2)第1页，讲稿共45张，创作于星期二第一节 核酸的分子组成 第2页，讲稿共45张，创作于星期二碱基碱基(base)是含氮的杂环化合物。是含氮的杂环化合物。碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶存在于存在于DNA和和RNA中中仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中n碱基碱基第3页，讲稿共45张，创作于星期二第4页，讲稿共45张，创作于星期二(1)嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)1.碱碱 基基NNNHN123456789NNNHNNH2

2、NNHNHNNH2O第5页，讲稿共45张，创作于星期二(2)嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)NHN132456尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)NHNHOONNHNH2ONHNHOOCH3第6页，讲稿共45张，创作于星期二2.戊戊 糖糖（构成（构成RNA）12345核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)OHOCH2OHOHOHOHOCH2OHOH第7页，讲稿共45张，创作于星期二二、基本单位二、基本单位核苷酸核苷酸(一一)核苷酸核苷酸(二二)核苷核苷1.1.碱基碱基和和核糖核

3、糖(脱氧核糖脱氧核糖)通过通过糖苷键糖苷键连接形成连接形成核苷核苷(脱氧核苷脱氧核苷)。2.2.核苷种类核苷种类 核苷：核苷：AR,GR,AR,GR,U UR,CRR,CR脱氧核苷：脱氧核苷：dAR,dGR,ddAR,dGR,dT TR,dCRR,dCR1.1.核苷（脱氧核苷）核苷（脱氧核苷）和和磷酸磷酸以以磷酸酯键磷酸酯键连接形成连接形成核苷酸核苷酸（脱氧核苷酸）（脱氧核苷酸）。核苷酸：核苷酸：AMP,GMP,AMP,GMP,U UMP,CMPMP,CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP,dAMP,dGMP,dGMP,d dT TMP,MP,dCMPdCMP2.2.核苷酸种类核苷酸种类 第8

4、页，讲稿共45张，创作于星期二核苷核苷OHOCH2OHOHOH碱基和核糖碱基和核糖(脱氧核糖脱氧核糖)通过通过糖苷糖苷键键连接形连接形 成核苷成核苷(脱氧核苷脱氧核苷)。第9页，讲稿共45张，创作于星期二OHOCH2OHOHOH核苷（脱氧核苷）核苷（脱氧核苷）和和磷酸磷酸以以磷酸酯键磷酸酯键连接连接形成形成核苷酸（脱氧核苷酸）核苷酸（脱氧核苷酸）核苷酸：核苷酸：AMP,GMP,AMP,GMP,U UMP,CMPMP,CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP,dAMP,dGMP,dGMP,d dT TMP,MP,dCMPdCMP第10页，讲稿共45张，创作于星期二(三三)重要的游离核苷酸及其衍生物

5、重要的游离核苷酸及其衍生物1.1.多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸 NMPNMP，NDPNDP，NTPNTP2.2.环化核苷酸环化核苷酸 cAMPcAMP，cGMPcGMPATPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOH腺嘌呤（腺嘌呤（腺嘌呤（腺嘌呤（A A）核糖核糖核糖核糖腺嘌呤腺嘌呤核苷核苷三磷三磷酸酸第11页，讲稿共45张，创作于星期二5端端3端端(四四)核苷酸的连接核苷酸的连接 1.核苷酸之间以核苷酸之间以磷酸二酯键磷酸二酯键连接形连接形成多核苷酸链，即成多核苷酸链，即核酸。核酸。CANH2NNOPOHHOOOH3COOHPHOOOH3COOHNH2NNNN磷酸二酯键磷酸

6、二酯键第12页，讲稿共45张，创作于星期二交替的交替的磷酸磷酸基团基团和戊和戊 糖糖构成了构成了DNADNA的骨架的骨架 。DNADNA链的方向是链的方向是5 5 3 3 5 5 端为磷酸基；端为磷酸基；3 3 端为羟基；端为羟基；碱基的变化形成了核酸碱基的变化形成了核酸链的多样性。链的多样性。第13页，讲稿共45张，创作于星期二第二节 DNA的结构与功能 一、核酸的一级结构一、核酸的一级结构 (一一)定义定义 核酸中核酸中核苷酸的排列顺序核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为要是碱基不同，所以也称为碱基序列碱基序列。DNADNA:A:A、T T、G

7、 G、C CRNARNA:A:A、U U、G G、C C第14页，讲稿共45张，创作于星期二DNA碱基序列碱基序列第15页，讲稿共45张，创作于星期二二、二、DNADNA的空间结构与功能的空间结构与功能(一一)DNA)DNA的二级结构的二级结构 1.1.定义定义 即即反向平行反向平行的的右手双螺旋右手双螺旋结结构。构。Watson,CrickWatson,Crick于于19531953提出。提出。2.2.碱基配对碱基配对Chargaff Chargaff 规则：规则：A A =T T G G C C 第16页，讲稿共45张，创作于星期二3.DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 (1)(1

8、)由由两两条条相相互互平平行行但但走走向向相相反反的的脱脱氧氧多多核核苷苷酸酸链链组组成成，以以右右手螺旋手螺旋方式盘绕中心轴。方式盘绕中心轴。(3)DNA(3)DNA双链之间形成了双链之间形成了互补互补碱基对碱基对。(2)(2)碱基碱基位于双链位于双链内侧内侧，核糖与核糖与磷酸磷酸位于位于外侧外侧。(4)(4)碱基对的碱基对的疏水作用力疏水作用力和和氢氢键键共同维持共同维持DNADNA双螺旋结构的双螺旋结构的稳定。稳定。第17页，讲稿共45张，创作于星期二4.DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性不同类型不同类型DNA的结构参数的结构参数A型型DNAB型型DNAZ型型DNA螺旋旋向螺旋旋

9、向右手螺旋右手螺旋右手螺旋右手螺旋左手螺旋左手螺旋螺旋直径螺旋直径2.55nm2.37nm1.84nm每一螺旋的碱基对数目每一螺旋的碱基对数目1110.412螺距螺距2.53nm3.54nm4.56nm相邻碱基对之间的垂直间距相邻碱基对之间的垂直间距0.23nm0.34nm0.38nm Watson和和Crick当当年提出的是理想化的年提出的是理想化的DNA双螺旋模型，后双螺旋模型，后来发现其各项参数均来发现其各项参数均与实际的与实际的DNA双螺旋双螺旋结构有一定差异。结构有一定差异。第18页，讲稿共45张，创作于星期二(二二)DNA的的三级结构三级结构1.原核生物原核生物DNA的超螺旋结构的

10、超螺旋结构(1)定义定义 即在即在DNA二级结构的基础上进一步折叠成环二级结构的基础上进一步折叠成环状或麻花状的状或麻花状的超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)。环状环状 麻花状麻花状 第19页，讲稿共45张，创作于星期二(3)意义意义 DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于调控对于DNA复制复制和和RNA转录转录过程具有关键作用。过程具有关键作用。正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。双螺旋方同相同。负超螺旋负超螺旋(negative supercoil

11、)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。双螺旋方向相反。(2)种类种类第20页，讲稿共45张，创作于星期二2.真核生物真核生物DNA的超螺旋结构的超螺旋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，其其基基本本单位是单位是 核小体核小体。(1)(1)真核生物细胞核内真核生物细胞核内DNADNA形成高度有序的致密结构形成高度有序的致密结构 核小体的组成核小体的组成DNA：约约200bp H1H2A，H2BH3H4组蛋白组蛋白第21页，讲稿共45张，创作于星期二(三三)DNA的功能的功能1.DNA的的基基本本功功能能是是以以基基因因的的形形式式荷荷载载遗遗传传信信息息，并

12、并作作为为基基因因复复制制和和转转录录的的模模板板。它它是是生生命遗传的物质基础命遗传的物质基础。2.2.DNADNA具具有有高高度度稳稳定定性性的的特特点点，用用来来保保持持生生物物体体系系遗遗传传的的相相对对稳稳定定性性。同同时时，DNADNA又又表表现现出出高高度度复复杂杂性性的的特特点点，它它可可以以发发生生各各种种重重组组和和突突变变，适适应环境的变迁，为自然选择提供机会。应环境的变迁，为自然选择提供机会。第22页，讲稿共45张，创作于星期二第三节 RNA的结构与功能 根据根据RNARNA的功能可分为的功能可分为mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA等多种。等多种。IF

13、-3IF-1IF-2GTPA U G53第23页，讲稿共45张，创作于星期二1.真核生物真核生物mRNA的的5-端有特殊的帽子结构端有特殊的帽子结构 一、一、mRNAmRNA是蛋白质合成中的模板是蛋白质合成中的模板2.真核生物真核生物mRNA的的3-端有多聚腺苷酸尾巴端有多聚腺苷酸尾巴53第24页，讲稿共45张，创作于星期二AUGGUGGCGAGGTGTATTGAUAAAAAA Anm7Gpppp5/帽子结构帽子结构帽子结构帽子结构5/非编码区非编码区非编码区非编码区编码区编码区编码区编码区3/非编码区非编码区非编码区非编码区3/多聚多聚多聚多聚A A尾尾尾尾3.mRNA的碱基序列决定蛋白质的

14、氨基酸序列的碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列n从从编编码码区区5 5 端端AUGAUG（起起始始密密码码子子）至至3 3 端端UAAUAA（终终止止密密码码子子）为为止，每止，每3 3个核苷酸为一组，称为个核苷酸为一组，称为三联密码子三联密码子。n每每3 3个个核核苷苷酸酸（即即一一组组三三联联密密码码子子），经经翻翻译译后后对对应应于于1 1个个氨氨基酸分子基酸分子。n编编码码区区指指能能够够直直接接指指导导合合成成蛋蛋白白质质的的区区域域，而而非非编编码码区区主主要要对对合成过程进行调控，本身不翻译成相应的蛋白质。合成过程进行调控，本身不翻译成相应的蛋白质。第25页，讲稿共45张，创作于星期

15、二(二二)mRNA的功能的功能 DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细胞原核细胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 1.1.构成遗传密码，传递构成遗传密码，传递DNADNA所携带的遗传信息所携带的遗传信息。2.2.用用连连续续三三个个核核苷苷酸酸作作为为密密码码子子以以决决定定其其合合成成蛋蛋白白质质的氨基酸排列顺序。的氨基酸排列顺序。第26页，讲稿共45张，创作于星期二hnRNA 内含子内含子(intron)mRNA n真核生物真核生物mRNA成熟过程成熟过程 外显子外显子(ex

16、on)第27页，讲稿共45张，创作于星期二二、二、tRNA的结构与功能的结构与功能n转转运运RNARNA(transfer(transfer RNA,RNA,tRNA)tRNA)在在蛋蛋白白质质合合成成（翻翻译译过过程程）中中作作为为各各种种氨氨基基酸酸的的载载体体,按按照照三三联联密密码码子子的的配配对对原原则则将将氨氨基基酸酸转转呈呈给给mRNAmRNA，从从而而最最终终将将mRNAmRNA上上的信息与氨基酸序列对应。的信息与氨基酸序列对应。n由由74749595核苷酸组成；核苷酸组成；n具有很好的稳定性。具有很好的稳定性。第28页，讲稿共45张，创作于星期二(二二)tRNA的结构的结构氨

17、基酸臂氨基酸臂氨基酸臂氨基酸臂OHACCAGAGGGCCCCCCGCAAGCCGCUCUCGUAUCTCCGGGGGGGCAAGmDDGGDDDAACAGUUAAAAGUUCCDmAACA反密码子环反密码子环反密码子环反密码子环反密码子反密码子反密码子反密码子1.1.tRNAtRNA的二级结构的二级结构 (1)(1)tRNAtRNA的二级结构为平面卷曲的二级结构为平面卷曲的的三叶草构型。三叶草构型。(2)(2)头部：头部：反密码子环反密码子环，与，与mRNAmRNA上的密码子配对。上的密码子配对。(3)(3)尾部：尾部：氨基酸臂氨基酸臂，携带活，携带活化的氨基酸。化的氨基酸。(4)(4)不同的

18、氨基酸需要不用的不同的氨基酸需要不用的tRNAtRNA进行运输：反密码子与携带的氨基进行运输：反密码子与携带的氨基酸具有的酸具有的对应性对应性。第29页，讲稿共45张，创作于星期二2.tRNA的三级结构的三级结构(三三)t tRNARNA的功能的功能 1.1.破破译译遗遗传传密密码码（反反密密码码子）；子）；2.2.活活化化、搬搬运运氨氨基基酸酸到到核核糖糖体体，参参与与蛋蛋白白质质的的翻翻译译（氨基酸臂）。（氨基酸臂）。X X线衍射结构证明，线衍射结构证明，tRNAtRNA的共的共同三级结构为同三级结构为倒倒L L形形。第30页，讲稿共45张，创作于星期二第31页，讲稿共45张，创作于星期二

19、(二二)rRNA)rRNA由单链卷曲构成的多由单链卷曲构成的多茎环结构茎环结构。三、三、rRNArRNA的结构与功能的结构与功能(三三)rRNArRNA参参与与组组成成核核糖糖体体的的大大、小小亚亚基基，作作为为蛋蛋白白质质生生物物合合成成的的场场所。所。(一一)rRNA)rRNA占总占总RNARNA的的8080以上。以上。(四四)根据根据沉降系数沉降系数，rRNArRNA在在原核生物原核生物中有中有 5S,23S,16S 5S,23S,16S 三三种种；在；在真核生物真核生物中有中有 5S,28S,5.8S,18S5S,28S,5.8S,18S四四种种。第32页，讲稿共45张，创作于星期二第

20、33页，讲稿共45张，创作于星期二第34页，讲稿共45张，创作于星期二紫外吸收紫外吸收 由于嘌呤和嘧啶中含有共轭双键，核酸在由于嘌呤和嘧啶中含有共轭双键，核酸在260nm260nm或附或附近处有最大吸收峰。该特点常用于核酸定量分析。近处有最大吸收峰。该特点常用于核酸定量分析。碱基的紫外光谱碱基的紫外光谱碱基的紫外光谱碱基的紫外光谱240 250 260 270 280240 250 260 270 280波长波长波长波长(nm)(nm)20002000400040006000600080008000100001000012000120001400014000分分分分子子子子消消消消光光光光系系

21、系系数数数数AMPAMPGMPGMPUMPUMPCMPCMPdTMPdTMP第四节 核酸的理化性质第35页，讲稿共45张，创作于星期二第36页，讲稿共45张，创作于星期二DNADNA的变性与复性的变性与复性(一一)变性变性 (denaturation)(denaturation)1.1.定义定义 在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNADNA双链解开成两双链解开成两条单链的过程。条单链的过程。本质是双链间氢键的断裂。本质是双链间氢键的断裂。2.2.因素因素 强酸，强碱，高温，高压，变性试剂如尿强酸，强碱，高温，高压，变性试剂如尿素以及某些有机溶剂如乙醇等。素以及某些有机溶剂如乙醇等。

22、第37页，讲稿共45张，创作于星期二(二二)复性复性 1.DNA复性复性(renaturation)的定义的定义(1)当变性因素去除后，变性当变性因素去除后，变性DNA的两条互补链可恢的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性复性。(2)热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为称为退火退火(annealing)。第38页，讲稿共45张，创作于星期二1.DNA1.DNA复复性性过过程程中中，将将不不同同种种类类的的DNADNA单单链链分分子子或或RNARNA分分子子置同一溶液中，就可以形成置同一溶液中，就可以

23、形成杂交双链杂交双链。2.2.杂杂化化双双链链可可以以在在不不同同的的DNADNA与与DNADNA之之间间形形成成，也也可可在在DNADNA和和RNARNA分分子子间间或或者者RNARNA与与RNARNA分分子子间间形形成成。这这种种现现象象称称为为核核酸酸分分子杂交子杂交。(三三)核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)第39页，讲稿共45张，创作于星期二 3.核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用 （1）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 （2）确定两种核酸分子间的序列相似性）确定两种核酸分子间的序列相似性 （3）检测待检样品中是否存在某些专一序列）检

24、测待检样品中是否存在某些专一序列 （4）该方法是）该方法是基因芯片基因芯片技术的基础技术的基础 第40页，讲稿共45张，创作于星期二第五节第五节 核酸酶核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。第41页，讲稿共45张，创作于星期二第五节第五节 核酸酶核酸酶n依据底物不同分类依据底物不同分类DNADNA酶酶(DNase)(DNase)：专一降解：专一降解DNADNA。RNARNA酶酶 (RNase)(RNase)：专一降解：专一降解RNARNA。n依据对底物作用方式不同依据对底物作用方式不同 核酸内切酶核酸内切酶：在：在DNADNA或或RNARNA内部切断磷酸二酯键；

25、内部切断磷酸二酯键；核核酸外切酶酸外切酶：水解核酸分子链末端的磷酸二酯键：水解核酸分子链末端的磷酸二酯键。有有5353或或3535核酸外切酶。核酸外切酶。第42页，讲稿共45张，创作于星期二5533外切位点外切位点外切位点外切位点内切位点内切位点内切位点内切位点第43页，讲稿共45张，创作于星期二n参与参与DNA的合成、修复以及的合成、修复以及RNA的剪接。的剪接。n清清除除多多余余的的、结结构构和和功功能能异异常常的的核核酸酸，以以及及侵侵入入细细胞的外源性核酸。胞的外源性核酸。n降解食物中的核酸。降解食物中的核酸。n体外重组体外重组DNA技术中的重要技术中的重要工具酶工具酶。n核酸酶的功能核酸酶的功能第44页，讲稿共45张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第45页，讲稿共45张，创作于星期二