生物化学第二章核酸的结构和功能.ppt
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1、目目 录录第 二 章核酸的结构和功能核酸的结构和功能Structure and Function of Nucleic Acid目目 录录核核 酸酸(nucleic acid)是以单核苷酸为基本组成单位的生物是以单核苷酸为基本组成单位的生物大分子,功能是携带和传递遗传信息。大分子,功能是携带和传递遗传信息。目目 录录一、核酸的发现和研究工作进展一、核酸的发现和研究工作进展 1868年年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取从脓细胞中提取“核素核素”1944年年 Avery等人等人证实证实DNA是遗传物质是遗传物质1953年年 Watson和和Crick发现发现DNA的双螺旋结构的双
2、螺旋结构1968年年 Nirenberg发现发现遗传密码遗传密码1975年年 Temin和和Baltimore发发现现逆转录酶逆转录酶1981年年 Gilbert和和Sanger建建立立DNA 测序方法测序方法1985年年 Mullis发明发明PCR 技术技术1990年年 美国启动美国启动人类基因组计划人类基因组计划(HGP)1994年年 中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动2001年年 美、英等国美、英等国完成人类基因组计划基本框架完成人类基因组计划基本框架目目 录录二、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
3、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。(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。目目 录录第一节第一节核酸核酸的化学组成及其一级结构的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Stru
4、cture of Nucleic Acid目目 录录核酸的化学组成核酸的化学组成 1.元素组成元素组成C、H、O、N、P特点特点:P/核酸核酸=9%2.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)目目 录录嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)碱碱 基基目目 录录嘧啶嘧啶(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)目目 录录戊戊 糖糖(构成(构
5、成RNA)12345核糖核糖(ribose)(构成(构成DNA)脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)目目 录录核苷:核苷:AR,GR,UR,CR脱氧核苷:脱氧核苷:dAR,dGR,dTR,dCR一、核苷酸的结构一、核苷酸的结构1.核苷核苷(ribonucleoside)的形成的形成碱基和核糖(脱氧核糖)通过碱基和核糖(脱氧核糖)通过糖糖苷键苷键连接形成核苷(脱氧核苷)。连接形成核苷(脱氧核苷)。11目目 录录核苷酸核苷酸:AMP,GMP,UMP,CMP脱氧脱氧核苷酸:核苷酸:dAMP,dGMP,dTMP,dCMP 2.核苷酸核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名的结构与命名核
6、苷核苷(脱氧核苷)和磷酸以脱氧核苷)和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核苷酸(脱氧核苷酸)。连接形成核苷酸(脱氧核苷酸)。体内重要的游离核苷酸及其衍生物体内重要的游离核苷酸及其衍生物l含核苷酸的生物活性物质:含核苷酸的生物活性物质:NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含等都含有有 AMPl 多磷酸核苷酸:多磷酸核苷酸:NMP,NDP,NTPl 环化核苷酸环化核苷酸:cAMP,cGMPAMPAMPADPADPATPATPcAMPcAMPNADP+NAD+目目 录录5端端3端端3.3.核苷酸的连接核苷酸的连接 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
7、苷酸链,即核酸。核酸。CGA目目 录录二、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顺序。列顺序。由由于于核核苷苷酸酸间间的的差差异异主主要要是是碱碱基基不不同同,所所以也称为以也称为碱基序列碱基序列。55端端3端端CGAA 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 目目 录录目目 录录第二节第二节DNA的空间结构与功能的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA目目 录录DNA的二级结构的二级结构-双螺旋结构双螺
8、旋结构DNA双螺旋结构的研究背景和历史意义双螺旋结构的研究背景和历史意义DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装的超螺旋结构及其在染色质中的组装DNA的超螺旋结构的超螺旋结构原核生物原核生物DNA的高级结构的高级结构DNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装DNA的功能的功能目目 录录一、一、DNA的二级结构的二级结构双螺旋结构双螺旋结构(一)(一)DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析碱基组成分析Chargaff 规则:规则:A=T,G=C.A+G=T+C.种不同种不同DNA组成不同组成不同.同一个体的不同细胞同一个体
9、的不同细胞DNA相同相同.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 目目 录录(二)(二)DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点(Watson,Crick,1953)uDNADNA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,两两链链以以-脱脱氧氧核核糖糖-磷磷酸酸-为为骨骨架架,以以右右手手螺螺旋旋方方式式绕绕同同一一公公共共轴轴盘盘。螺螺旋旋直直径径为为2 2nm,形形成成大大沟沟(major groove)及及小小沟沟(minor groov
10、e)相间。相间。目目 录录u碱碱基基垂垂直直螺螺旋旋轴轴居居双双螺螺旋旋内内側側,与与对对側側碱碱基基形形成成氢氢键键配配对对(互互补补配配对对形形式式:A=T;G C)。u相邻碱基平面距离相邻碱基平面距离0.34nm,螺旋一圈螺距螺旋一圈螺距3.4nm,一圈,一圈10对对碱基。碱基。目目 录录目目 录录碱基互补配对碱基互补配对 TAGCu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向稳定性纵向稳定性。目目 录录(三)(三)DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性目目 录录目目 录录二、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
11、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(superhelix 或或supercoil)DNA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)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)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 目目 录录意义意义DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于变化及其调控对于DNA复制和复制和RNA转录过转录过程具有关键作用。程具有关键作用。目目 录
12、录(二)原核生物(二)原核生物DNA的高级结构的高级结构环状目目 录录(三)(三)DNA在真核生物细胞核内的组装在真核生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,其基本单位是其基本单位是 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目目 录录目目 录录目目 录录三、三、DNA的功能的功能DNA的基本功能:的基本功能:复制和转录的模板复制和转录的模板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,它它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
13、动动的的信信息基础。息基础。基因:基因:DNA的功能区段。的功能区段。基因组:基因组:全部基因序列全部基因序列目目 录录第三节第三节 RNA的结构与功能的结构与功能Structure and Function of RNA目目 录录RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能一一、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 外显外显子子(exon)目目 录录目目 录录*mRNA结构特点结构特点1.帽帽: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
14、核苷苷酸酸的的C2也是甲基化,形成帽子结构:也是甲基化,形成帽子结构:m7GpppNm-。2.尾:大多数真核尾:大多数真核mRNA的的3末端有一个多聚腺末端有一个多聚腺苷酸苷酸(polyA)结构,称为多聚结构,称为多聚A尾。尾。3.编码区:核苷酸残基编码区:核苷酸残基目目 录录帽子结构帽子结构目目 录录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尾的功能尾的功能目目 录录*mRNA的功能的功能 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
15、体体,用用以以决决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。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 目目 录录tRNA的一级结构特点的一级结构特点分子量小,分子量小,稀有碱基稀有碱基多多 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G 具有具有 T C 二、转运二、转运RNA的结构与功能的结构与功能目目 录录N,N二甲基鸟嘌呤二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤
16、异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶双氢尿嘧啶4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶 稀有碱基稀有碱基 目目 录录tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形四四臂臂三三环环:氨基酸臂氨基酸臂 DHU(臂臂)环环 反密码反密码(臂臂)环环 额外环额外环(可变臂可变臂)TC(臂臂)环环氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环目目 录录*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,参参与与蛋蛋白质的翻译。白质的翻译。目目 录录*rRNA的含量多的含量多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
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- 生物化学 第二 核酸 结构 功能
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