生化核酸结构与功能 (2).ppt

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1、生化核酸结构与功能现在学习的是第1页，共56页核核 酸酸(nucleic acid)是以核苷酸为基本组成单位的生物大分是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。子，携带和传递遗传信息。现在学习的是第2页，共56页二、核酸的分类及分布二、核酸的分类及分布 90%90%以以上上分分布布于于细细胞胞核核，其其余余分分布布于于核外核外如线粒体，叶绿体，质粒等。如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。(DNA)(RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型体的基因型(genotype)。参与细胞内参

2、与细胞内DNA遗传信息的表遗传信息的表达。某些病毒达。某些病毒RNA也可作为遗也可作为遗传信息的载体。传信息的载体。现在学习的是第3页，共56页第一节第一节核酸的化学组成及一级结构核酸的化学组成及一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid现在学习的是第4页，共56页一、核酸的化学组成一、核酸的化学组成 1.元素组成元素组成C、H、O、N、P2.分子组成分子组成 碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸(phosphate)现在学习

3、的是第5页，共56页嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)碱碱 基基现在学习的是第6页，共56页嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)现在学习的是第7页，共56页Pentose现在学习的是第8页，共56页Nucleoside现在学习的是第9页，共56页Nucleotide现在学习的是第10页，共56页现在学习的是第11页，共56页二、核酸的一级结构二、核酸的一级结构定义定义核核酸酸中中核核苷苷酸酸的的排排列列顺顺序序,也称为也称为碱基序列碱基

4、序列。55端端3端端CGA现在学习的是第12页，共56页A G P5 P T PG PC PT P OH 3 书写方法书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 现在学习的是第13页，共56页第二节第二节DNA的空间结构与功能的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA现在学习的是第14页，共56页一、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15页，共56页WATSONCRICK现在学习的是第16页，共56页（一）（一）DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析碱

5、基组成分析Chargaff 规则：规则：A=TG C 碱基的理化数据分析碱基的理化数据分析A-T、G-C以以氢键氢键配对较合理配对较合理 DNA纤维的纤维的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析 现在学习的是第17页，共56页（二）（二）DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）DNADNA分分子子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，以以右右手手螺螺旋旋方方式式绕绕同同一一公公共轴盘。螺旋直径为共轴盘。螺旋直径为2.372.37nm。现在学习的是第18页，共56页碱碱基基垂垂直直螺螺旋旋轴轴居居双双螺螺旋旋内

6、内側側，与与对对側側碱碱基基形形成成氢氢键键配配对对（互互补补配对形式：配对形式：A=T;G C）。相邻碱基平面距离相邻碱基平面距离0.34nm，螺螺旋一圈螺距旋一圈螺距3.54nm，一圈，一圈10.5对对碱基。碱基。（二）（二）DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）现在学习的是第19页，共56页氢氢键键维维持持双双链链横横向向稳稳定定性性，碱碱基基堆堆积积力力维维持持双双链链纵纵向向稳稳定定性。性。（二）（二）DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）现在学习的是第20页，共56页（三）（三）DNA双螺旋结构的多

7、样性双螺旋结构的多样性现在学习的是第21页，共56页二、二、DNA的超螺旋结构及其在染色质的超螺旋结构及其在染色质中的组装中的组装（一）（一）DNA的超螺旋结构的超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构DNA双螺旋链再盘绕形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕形成超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋 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 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 现在学习的是第22页，共56页现在学习的是第23页，共56页（二）原核生物（二）原核生物DNA的高级结构的高级结构现在学习的是第24页，共56页（三）（三）DNA在真核生物细胞核内的组装在真核生

8、物细胞核内的组装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：H1H2A，H2BH3H4现在学习的是第25页，共56页现在学习的是第26页，共56页三、三、DNA的功能的功能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信息，并作为基因复制和转录的模板。传信息，并作为基因复制和转录的模板。是是生生命命遗遗传传的的物物质质基基础础，也也是是个个体体生生命命活活动动的信息基础。的信息基础。基基因因:指指DNA分分子子中中的的特特定定

9、区区段段，其其中中的的核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。基因组基因组 现在学习的是第27页，共56页 第三节第三节 RNA的结构与功能的结构与功能Structure and Function of RNA现在学习的是第28页，共56页RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能现在学习的是第29页，共56页一一、信使、信使RNA的结构与功能的结构与功能hnRNA 内含子内含子(intron)mRNA *mRNA成熟过程成熟过程 外显子外显子(exon)现在学习的是第30页，共56页*mRNA结构特点结构特点1.大大多多数数真真核核mRNA的的5末末端端均均在在转转录

10、录后后加加上上一一个个7-甲甲基基鸟鸟苷苷，同同时时第第一一个个核核苷苷酸酸的的C2也也是是甲甲基基化化，形成帽子结构：形成帽子结构：m7GpppNm-。2.大多数真核大多数真核mRNA的的3末端有一个多聚腺苷酸末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚结构，称为多聚A尾。尾。现在学习的是第31页，共56页帽子结构帽子结构现在学习的是第32页，共56页mRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系的稳定性维系翻译起始的调控翻译起始的调控 帽子结构和帽子结构和多聚多聚A尾的功能尾的功能现在学习的是第33页，共56页DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译*mRNA的功能的功能

11、把把DNA所所携携带带的的遗遗传传信信息息，按按碱碱基基互互补补配配对对原原则则，抄抄录录并并传传送送至至核核糖糖体体，用用以以决决定定其其合合成成蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸排排列列顺序。顺序。现在学习的是第34页，共56页*tRNA的一级结构特点的一级结构特点核苷酸残基数在核苷酸残基数在6090之间；之间；含含 1020%稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU 3末端为末端为 CCA-OH 5末端大多数为末端大多数为pG二、转运二、转运RNA的结构与功能的结构与功能现在学习的是第35页，共56页 稀有碱基稀有碱基 现在学习的是第36页，共56页*tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形 氨基

12、酸臂氨基酸臂 DHU环环 反密码环反密码环 额外环额外环 TC环环现在学习的是第37页，共56页*tRNA的三级结构的三级结构 倒倒L形形*tRNA的功能的功能活活化化、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的翻译。质的翻译。现在学习的是第38页，共56页现在学习的是第39页，共56页*rRNA的结构的结构三、核蛋白体三、核蛋白体RNA的结构与功能的结构与功能*rRNA的功能的功能参参与与组组成成核核蛋蛋白白体体，作作为为蛋蛋白白质质生生物物合成的场所。合成的场所。现在学习的是第40页，共56页*rRNA的种类（根据沉降系数）的种类（根据沉降系数）真核生物真核生物5S rRN

13、A28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA现在学习的是第41页，共56页四四、其他非编码、其他非编码RNA除除了了上上述述三三种种RNA外外，细细胞胞的的不不同同部部位位存存在在的的许许多多其其他他种种类类的的小小分分子子RNA，统统称称为为非非编编码码RNA(non-coding RNAs,nmRNAs)。ncRNAs现在学习的是第42页，共56页核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 四四 节节现在学习的是第4

14、3页，共56页一一.核酸的紫外吸收核酸的紫外吸收现在学习的是第44页，共56页1.DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相当于相当于50 g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度DNA纯品纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品纯品:OD260/OD280=2.0OD260的应用的应用现在学习的是第45页，共56页二、二、DNA的变性的变性(denaturation)定义定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两双链解开成两条单链的过程。条单链的过程。理化因素：理

15、化因素：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素以过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其它理化性质变化：变性后其它理化性质变化：OD260增高增高粘度下降粘度下降比旋度下降比旋度下降浮力密度升高浮力密度升高酸碱滴定曲线改变酸碱滴定曲线改变生物活性丧失生物活性丧失现在学习的是第46页，共56页DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂现在学习的是第47页，共56页例：变性引起紫外吸收值的改变例：变性引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱增色效应：增色效应：DNA变性时其溶液变性时其溶液OD260增高

16、的现象。增高的现象。现在学习的是第48页，共56页 Tm：紫紫外外光光吸吸收收值值达达到到最最大大变变化化值值的的50%时时的的温温度度称称为为DNA的的解解链链温温度度，又又称称融融解解温温度度(Tm)。其其大大小小与与G+C含含量成正比。量成正比。现在学习的是第49页，共56页三、三、DNA的复性与分子杂交的复性与分子杂交 DNA复性复性(renaturation)在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNADNA的两的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，称为条互补链可恢复天然的双螺旋构象，称为复性复性。减色效应减色效应DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热变性的热变性的D

17、NA经缓慢冷却后即可复性，称为经缓慢冷却后即可复性，称为退火退火(annealing)。现在学习的是第50页，共56页在在DNA变变性性后后的的复复性性过过程程中中，将将不不同同种种类类的的DNA单单链链分分子子或或RNA分分子子放放在在同同一一溶溶液液中中，只只要要两两种种单单链链分分子子之之间间存存在在着着一一定定程程度度的的碱碱基基配配对对关关系系，在在适适宜宜的的条条件件（温温度度及及离离子子强强度度）下下，就就可可以以在在不不同同的的分分子子间间形形成成杂杂化化双双链链(heteroduplex)。核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)现在学习的是第51页，共56页D

18、NA-DNA杂交双链分子杂交双链分子变性变性 复性复性 不同来源的不同来源的DNA分子分子现在学习的是第52页，共56页现在学习的是第53页，共56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测定两种核酸分子间的序列相似性测定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是基因芯片技术的基础是基因芯片技术的基础 现在学习的是第54页，共56页 第第 五五 节节 核核 酸酸 酶酶 Nuclease现在学习的是第55页，共56页核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶是指所有可以水解核酸的酶依据底物不同分类依据底物不同分类DNA酶酶(DNase)：专一降解专一降解DNA。RNA酶酶(RNase)：专一降解专一降解RNA。依据切割部位不同依据切割部位不同核酸内切酶：核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。性核酸内切酶。核酸外切酶：核酸外切酶：53或或35核酸外切酶。核酸外切酶。现在学习的是第56页，共56页