第四章核酸化学优秀PPT.ppt

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1、第四章核酸化学第一页，本课件共有69页第一节第一节 核酸的化学组成核酸的化学组成脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(deoxyribonucliec acid,DNA)一一.核酸的种类核酸的种类二二.核酸的化学组成核酸的化学组成碱基碱基(base)戊糖戊糖(pentose)核糖核酸（核糖核酸（ribonucliec acid,RNA)核酸核酸核苷酸核苷酸核酸酶核酸酶磷酸磷酸(phosphate)第二页，本课件共有69页核核 酸酸 的的 种种 类类脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸（核糖核酸（RNA)第三页，本课件共有69页两类核酸的基本化学组成比较两类核酸的基本化学组成比较 DNA RNA 嘌呤

2、碱嘌呤碱 腺嘌呤腺嘌呤(A)腺嘌呤腺嘌呤 (A)（Purine bases）鸟嘌呤鸟嘌呤(G)鸟嘌呤鸟嘌呤 (G)碱基碱基(Base)嘧啶碱嘧啶碱 胞嘧啶胞嘧啶(C)胞嘧啶胞嘧啶(C)（Pyrimidine bases）胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)尿嘧啶尿嘧啶(U)戊糖戊糖 D-2-脱氧核糖脱氧核糖 D-核糖核糖(Pentose)酸酸 磷酸磷酸 磷酸磷酸(Acid)第四页，本课件共有69页CNCCCNNNCHHHNH2嘌呤碱嘌呤碱123456789第五页，本课件共有69页CNCHCCCNNHCHNH2CNCCCCNNHCHOH2N腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤626第六页，本课件共有69页第七页，本课件共

3、有69页HCHNHCCHCHNNH2OCCHNCHCHNHOONCHNCHCCHHOOCHNCCCHNHCH3胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）123456第八页，本课件共有69页第九页，本课件共有69页第十页，本课件共有69页核糖核酸（核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA）核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基核核 酸酸 的的 组组 成成核酸酶水解核酸酶水解第十一页，本课件共有69页由戊糖和碱基以糖苷键连接而成由戊糖和碱基以糖苷键连接而成核核 苷苷脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖嘌呤碱基嘌呤碱基嘧啶碱基嘧啶碱基第十二页，本课件共有69页CN

4、CHCCCNNHCHNH2+CNCHCCCNNHCHNH2腺苷腺苷9第十三页，本课件共有69页CNCHCCCNNHCHNH2+CNCHCCCNNHCHNH2脱氧腺苷脱氧腺苷91第十四页，本课件共有69页由核苷的戊由核苷的戊糖羟基被磷糖羟基被磷酸酯化而成酸酯化而成5第十五页，本课件共有69页第十六页，本课件共有69页 核苷酸的命名核苷酸的命名含一个磷酸基团：核苷一磷酸（含一个磷酸基团：核苷一磷酸（NMPNMP）含两个磷酸基团：核苷二磷酸（含两个磷酸基团：核苷二磷酸（NDPNDP）含三个磷酸基团：核苷三磷酸（含三个磷酸基团：核苷三磷酸（NTPNTP）N 代表各种碱基的名称代表各种碱基的名称环化核苷

5、酸：环化核苷酸：cNMPcNMP第十七页，本课件共有69页O第十八页，本课件共有69页第二节第二节 DNA的结构与功能的结构与功能一、一、DNA的结构的结构二、二、DNA的生物学功能的生物学功能1.DNA的一级结构的一级结构2.DNA的二级结构的二级结构3.DNA的三级结构的三级结构携带并传递遗传信息携带并传递遗传信息第十九页，本课件共有69页四种脱氧核糖核苷酸四种脱氧核糖核苷酸通过通过3、5-磷酸二酯磷酸二酯键彼此连接而形成的键彼此连接而形成的直线形或环线形分子。直线形或环线形分子。DNA分子中核苷分子中核苷酸的排列顺序。酸的排列顺序。第二十页，本课件共有69页核苷酸链的书写方法核苷酸链的书

6、写方法第二十一页，本课件共有69页双螺旋结构双螺旋结构即即DNA分子的空间结构分子的空间结构1.Chargaff 碱基组成规律碱基组成规律2.DNA晶体的晶体的X-射线图谱研究射线图谱研究 各原子之间的键长、键角各原子之间的键长、键角一、一、DNA分子模型建立分子模型建立由由James Watson和和Francis Crick提出提出第二十二页，本课件共有69页(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等 A=T 鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等 G=C嘌呤总数嘌呤总数=嘧啶总数嘧啶总数 A+G=C+T(2)DNA的组成具有种的特异性的组成具有种的特异性

7、(3)DNA的碱基组成没有组织的特异性的碱基组成没有组织的特异性,且较为稳定且较为稳定,不随年龄、营养状态、不随年龄、营养状态、环境改变的影响环境改变的影响Chargaff 碱基组成规律碱基组成规律第二十三页，本课件共有69页分子双螺旋结构模型要点分子双螺旋结构模型要点1.1.由两条反向平行由两条反向平行的脱氧多核苷酸（两条链的的脱氧多核苷酸（两条链的走向为走向为5353和和3535），围绕一中心轴），围绕一中心轴（假想轴）构成右手双螺旋（假想轴）构成右手双螺旋结构。结构。第二十四页，本课件共有69页彼此间以磷酸二酯键相连，彼此间以磷酸二酯键相连，构成的骨架。构成的骨架。2.2.碱基在双螺旋内

8、侧。碱基在双螺旋内侧。双链中相对的碱基按双链中相对的碱基按和和通过氢键通过氢键配对连接，形成互补。配对连接，形成互补。磷酸基与脱氧核糖在外侧，磷酸基与脱氧核糖在外侧，35C35C第二十五页，本课件共有69页第二十六页，本课件共有69页 糖环平面与中心糖环平面与中心轴平行。轴平行。3.3.碱基平面与中心碱基平面与中心 轴垂直，各相邻轴垂直，各相邻 平面部分重叠。平面部分重叠。第二十七页，本课件共有69页3.4nm4.4.双螺旋的直径为双螺旋的直径为2nm2nm沿轴向，每个碱基平面沿轴向，每个碱基平面的距离为的距离为0.34nm0.34nm每圈螺旋含有每圈螺旋含有1010对对核苷酸，其轴向距核苷酸

9、，其轴向距为为3.4nm3.4nm,第二十八页，本课件共有69页 (3)离子键离子键5.5.维持维持DNADNA双螺旋稳定的作用力双螺旋稳定的作用力(1)(1)互补碱基间的氢键互补碱基间的氢键(2)使碱基平面堆积的平面间范德华力使碱基平面堆积的平面间范德华力,又称碱基堆积力又称碱基堆积力第二十九页，本课件共有69页二、二、DNADNA结构的多样性结构的多样性A-DNAA-DNA：右手螺旋：右手螺旋B-DNAB-DNA：Watson-CrickWatson-Crick模型，右手螺旋模型，右手螺旋生理条件下生理条件下DNADNA最稳定最稳定的结构形式的结构形式Z-DNAZ-DNA：左手左手螺旋螺旋

10、第三十页，本课件共有69页DNA 的的 三三 级级 结结 构构原核生物原核生物真核生物真核生物没有典型的细胞核结构，没有典型的细胞核结构，真核生物的三级结构是由分子真核生物的三级结构是由分子与组蛋白与组蛋白(histine)和非组蛋白和非组蛋白(nonhistineprotein,NHP)结合组成。结合组成。被认为是原核生物的三级结构被认为是原核生物的三级结构被认为是真核生物的三级结构被认为是真核生物的三级结构超螺旋结构超螺旋结构核小体结构核小体结构第三十一页，本课件共有69页DNA 超超 螺螺 旋旋 结结 构构第三十二页，本课件共有69页H2A、H2B、H3和和H4各两分子各两分子组成组蛋白

11、八聚体，构成组成组蛋白八聚体，构成核心组蛋白核心组蛋白双螺旋双螺旋DNA以左手超螺旋的方式绕核心颗粒以左手超螺旋的方式绕核心颗粒1.75圈，圈，缠绕在缠绕在核心组蛋白核心组蛋白表面，构成表面，构成核心颗粒核心颗粒核心颗粒核心颗粒和和 连接区连接区DNA及附着在连接区及附着在连接区DNA上的上的 组蛋白组蛋白H1构成构成核小体核小体第三十三页，本课件共有69页一个个核小体连接成串珠状结构一个个核小体连接成串珠状结构染色单体染色单体折叠折叠折叠折叠第三十四页，本课件共有69页第三节第三节 RNA的空间结构和功能的空间结构和功能一、一、RNA的类型的类型1.核糖体核糖体RNA(ribosomal R

12、NA,rRNA)3.转运转运RNA (transfer RNA,tRNA)2.信使信使RNA (messenger RNA,mRNA)4.核内不均一核内不均一RNA(HnRNA)二、二、RNA的结构与功能的结构与功能5.5.小核小核RNA(SnRNA)RNA(SnRNA)第三十五页，本课件共有69页mRNAmRNA的结构与功能的结构与功能一一、mRNA的结构特点的结构特点(1)3末端有多聚腺嘌呤的结构末端有多聚腺嘌呤的结构(polyA)(2)5末端具有帽子结构末端具有帽子结构(m7GpppNm)(3)一种一种 mRNA只含有一条多肽链的信息只含有一条多肽链的信息由由HnRNAHnRNA经过剪接

13、而成经过剪接而成半衰期最短，几分钟到数小时半衰期最短，几分钟到数小时第三十六页，本课件共有69页二二 、mRNA的功能的功能蛋白质合成的直接模板蛋白质合成的直接模板 把核内把核内DNADNA的碱基顺序（遗传信息），的碱基顺序（遗传信息），按照碱基互补的原则，抄袭并转送至按照碱基互补的原则，抄袭并转送至胞质，在蛋白质合成中用以翻译成蛋胞质，在蛋白质合成中用以翻译成蛋白质中氨基酸的排列顺序白质中氨基酸的排列顺序。第三十七页，本课件共有69页tRNA 的结构与功能的结构与功能 1.分子量最小一类分子量最小一类RNA,占占RNA总量总量10-25%2.分子中含有分子中含有10%-20%的稀有碱基的稀有

14、碱基一、一、tRNA的结构特点的结构特点如假尿嘧啶（如假尿嘧啶（）,二氢尿嘧啶（二氢尿嘧啶（DHU）,甲基化碱基（甲基化碱基（mG,mA)等等 3.3末端有末端有CCA-OH,是携带氨基酸的部位是携带氨基酸的部位第三十八页，本课件共有69页 4.具有识别密码子功能的反密码子具有识别密码子功能的反密码子 5.二级结构为三叶草形二级结构为三叶草形,有三个环状结构有三个环状结构（DHU环、环、T 环、反密码环环、反密码环）三级结构为三级结构为“倒倒L”形形二、二、tRNA的功能的功能在蛋白质的合成过程中作为各种氨基在蛋白质的合成过程中作为各种氨基酸的载体并将其转呈给酸的载体并将其转呈给mRNA第三十

15、九页，本课件共有69页第四十页，本课件共有69页tRNA的三级结构的三级结构第四十一页，本课件共有69页rRNA的结构与功能的结构与功能一、一、rRNA的结构特点的结构特点1.含量最丰富含量最丰富,约占总约占总RNA的的80%以上以上2.与核糖体蛋白结合成核蛋白体与核糖体蛋白结合成核蛋白体,rRNA 与蛋白质既可分离与蛋白质既可分离,又可结合又可结合3.核糖体由大小两个亚基构成核糖体由大小两个亚基构成,两亚基呈两亚基呈不不 规则形状规则形状,聚合时中间有裂缝聚合时中间有裂缝,可通过可通过mRNA。第四十二页，本课件共有69页二、二、rRNA的功能的功能是细胞内蛋白质合成的场所是细胞内蛋白质合成

16、的场所其他小分子其他小分子RNA小核小核RNARNA（SnRNA)SnRNA)、小核仁小核仁RNA(SnoRNA)RNA(SnoRNA)、小胞质小胞质RNARNA（scRNA/7SL-RNA)scRNA/7SL-RNA)功能：参与功能：参与HnRNA和和rRNA的转的转运和加工运和加工第四十三页，本课件共有69页原原核核生生物物核核糖糖体体的的亚亚基基组组成成第四十四页，本课件共有69页原原核核生生物物核核糖糖体体第四十五页，本课件共有69页真真核核生生物物核核蛋蛋白白体体第四十六页，本课件共有69页核核 酶酶某些某些RNA分子本身具有自我催化分子本身具有自我催化能力，可以完成能力，可以完成r

17、RNA的剪接。这的剪接。这些些RNA称为核酶（称为核酶（ribozyme)意义：扩充了酶的范围，使之意义：扩充了酶的范围，使之不再局限于蛋白质。不再局限于蛋白质。第四十七页，本课件共有69页第四节第四节 核酸的理化性质及其应用核酸的理化性质及其应用一、一、核酸的粘度核酸的粘度二、核酸的紫外吸收特性二、核酸的紫外吸收特性三、核酸的变性、复性及其分子杂交三、核酸的变性、复性及其分子杂交第四十八页，本课件共有69页 一一、核核 酸酸 的的 粘粘 度度*分子量越大粘度也越大分子量越大粘度也越大分子比分子小，粘度也就小分子比分子小，粘度也就小*生物分子的空间结构也影响粘度生物分子的空间结构也影响粘度。线

18、形分子线形分子 无规线团分子无规线团分子 球形分子球形分子第四十九页，本课件共有69页二、核酸的紫外吸收特性二、核酸的紫外吸收特性嘌呤碱和嘧啶碱嘌呤碱和嘧啶碱有共轭双键，都有共轭双键，都能强烈吸收紫外能强烈吸收紫外光，最大吸收波光，最大吸收波长为长为260nm蛋白质对紫外光蛋白质对紫外光的最大吸收波长的最大吸收波长是是280nm第五十页，本课件共有69页紫外分光光度法检测核酸的纯度紫外分光光度法检测核酸的纯度通过测定波长在通过测定波长在260nm260nm和和280nm280nm处吸光度的处吸光度的比值比值(A(A260260A A280280)来估计核酸样品的纯度来估计核酸样品的纯度DNAD

19、NA溶液：溶液：A A260260A A280280=1.8=1.8 RNARNA溶液：溶液：A A260260A A280280=2.0=2.0方法方法：第五十一页，本课件共有69页在波长在波长260nm260nm紫外线下，吸光度为紫外线下，吸光度为1.001.00时，时，紫外分光光度法估计核酸的浓度紫外分光光度法估计核酸的浓度取取5l5l双链双链DNADNA样品样品,加水稀释至加水稀释至1ml1ml。以。以1ml1ml纯纯水作为参照测定波长在水作为参照测定波长在260nm260nm处的吸光度值处的吸光度值(260260),),假如测得稀释样品的假如测得稀释样品的260260值为值为0.50

20、00.500，相当于相当于50g/ml50g/ml的双链的双链DNA,DNA,40g/ml40g/ml的单链的单链DNADNA或或RNA,RNA,20g/ml20g/ml的单链寡核苷酸的单链寡核苷酸问问题题1那么原液中那么原液中DNADNA的浓度是的浓度是？g/mlg/ml第五十二页，本课件共有69页三、核酸的变性、复性及其分子杂交三、核酸的变性、复性及其分子杂交(一一)变性变性(二二)复性复性(三三)分子杂交分子杂交第五十三页，本课件共有69页(一)核核 酸酸 的的 变变 性性1.概念概念核酸分子的双螺旋结构解开，氢键断裂核酸分子的双螺旋结构解开，氢键断裂（不涉及共价键的断裂），使双链分离，

21、（不涉及共价键的断裂），使双链分离，这种现象称为核酸的变性这种现象称为核酸的变性2.引起核酸变性的因素引起核酸变性的因素如乙醇、丙酮、尿素、酰胺等如乙醇、丙酮、尿素、酰胺等加热、加热、介质中的介质中的pHpH过酸或过碱、过酸或过碱、有机溶剂、有机溶剂、第五十四页，本课件共有69页3.核酸的变性与降解的区别核酸的变性与降解的区别 降解降解其过程是不可逆的。其过程是不可逆的。是指多核苷酸链中的磷酸二酯键断裂，是指多核苷酸链中的磷酸二酯键断裂，使分子量降低，使分子量降低，不发生分子量的变化。不发生分子量的变化。一般是可逆的，一般是可逆的，变性变性4.蛋白质和蛋白质和核酸的变性核酸的变性两者均不涉及共

22、价键的断裂两者均不涉及共价键的断裂一级结构不破坏一级结构不破坏粘度下降，生物活性丧失粘度下降，生物活性丧失第五十五页，本课件共有69页分子的热变性分子的热变性双螺旋结构即遭双螺旋结构即遭破坏，氢键断裂，双链破坏，氢键断裂，双链分离。分离。将的稀盐溶液加热将的稀盐溶液加热至至8095(或以上或以上)数分数分钟钟，第五十六页，本课件共有69页d.丧失生物活性丧失生物活性a.260nm处的紫外吸收值升高处的紫外吸收值升高b.粘度下降粘度下降c.浮力、密度升高浮力、密度升高（增色效应增色效应）变变 性性 DNA 的的 特特 点点第五十七页，本课件共有69页DNA解链曲线解链曲线拐点所对应的温拐点所对应

23、的温度，度，代表代表变性变性50时温度，时温度，称为解链温度，称为解链温度，通常称为融解温通常称为融解温度。度。用符号用符号 TmTm 表示表示70708585之间之间“”形曲线形曲线第五十八页，本课件共有69页TmTm值的大小主要与下列因素有关值的大小主要与下列因素有关中中对的含量对的含量碱基对的比例越高，碱基对的比例越高，TmTm值越高值越高pHpH和离子强度不变和离子强度不变,根据根据百分含量，百分含量，则可计算样品的则可计算样品的TmTm值值TmTm69.3+0.41*(69.3+0.41*()（G+CG+C）%（Tm-69.3Tm-69.3）*2.44*2.44第五十九页，本课件共有

24、69页介质中的离子强度介质中的离子强度离子强度低离子强度低TmTm值低值低变性温度范围较宽变性温度范围较宽离子强度大离子强度大TmTm值高值高变性温度范围较窄变性温度范围较窄第六十页，本课件共有69页的变性的变性双链的双链的RNA分子分子RNA-DNA 杂化分子杂化分子可变可变 性性中性中性pH条件下，三者条件下，三者Tm值大小为：值大小为：双链双链RNA分子分子RNA-DNA 杂交分子杂交分子DNA分子分子第六十一页，本课件共有69页(二二)核酸的复性核酸的复性DNA热变性后的复性热变性后的复性,常常称为常常称为退火退火。变性的变性的DNA或或RNA在去除变性因素在去除变性因素并处于适当的条

25、件下，并处于适当的条件下，又可重新结合成为双螺旋结构又可重新结合成为双螺旋结构这一过程称为复性。这一过程称为复性。1.概念概念彼此分离的双链彼此分离的双链2.复性过程复性过程两种情况两种情况第六十二页，本课件共有69页（1）两条完全分开的单链通过随机碰撞形）两条完全分开的单链通过随机碰撞形 成互补短片段的双螺旋成互补短片段的双螺旋。（2）尚未配对的碱基很快地）尚未配对的碱基很快地“对齐对齐”。迅速。迅速 形成双链直至双螺旋结构。形成双链直至双螺旋结构。第六十三页，本课件共有69页复性后分子性质复性后分子性质一系列的理化性质随即恢复一系列的理化性质随即恢复d.生物活性部分恢复生物活性部分恢复a.

26、260nm处的紫外吸收值下降处的紫外吸收值下降b.粘度上升粘度上升c.浮力、密度降低浮力、密度降低（减色效应）（减色效应）第六十四页，本课件共有69页(三三)核酸分子杂交核酸分子杂交在一定条件下（适宜的温度、在一定条件下（适宜的温度、pH及离子强度）及离子强度），可按碱基互补原则复性形成双链，此过程，可按碱基互补原则复性形成双链，此过程称为核酸分子杂交。称为核酸分子杂交。1.概念概念 具有一定同源性的两条核酸单链，具有一定同源性的两条核酸单链，变性变性复性复性第六十五页，本课件共有69页不完全同源核酸单链分子杂交不完全同源核酸单链分子杂交突环突环第六十六页，本课件共有69页2.可发生杂交的核酸

27、分子可发生杂交的核酸分子(1)两条同源的两条同源的DNA链链(2)两条同源的两条同源的RNA链链(3)一条一条DNA链一条链一条RNA链链3.核酸杂交的应用核酸杂交的应用（1）测定核酸分子碱基组成）测定核酸分子碱基组成（2）检测某些因基因突变引起的疾病）检测某些因基因突变引起的疾病第六十七页，本课件共有69页第五节第五节 核核 酸酸 酶酶指所有可以水解核酸的酶。指所有可以水解核酸的酶。一、分类一、分类1.按照作用底物的不同分按照作用底物的不同分DNADNA酶（酶（DNase):DNase):水解水解DNADNARNARNA酶（酶（RNase):RNase):水解水解RNARNA2.按照作用的部

28、位分按照作用的部位分核酸外切酶：核酸外切酶：作用于作用于5或或3 末端末端核酸内切酶：核酸内切酶：作用于链的内部作用于链的内部第六十八页，本课件共有69页二、二、限制性限制性核酸内切酶核酸内切酶作用于链的内部，作用于链的内部，具有具有严格序列依赖性。严格序列依赖性。切切基因工程的基因工程的手术刀手术刀没有没有限制性内切核酸酶限制性内切核酸酶的发现和应用，就很的发现和应用，就很难有今天分子生物学与基因工程的快速发展。难有今天分子生物学与基因工程的快速发展。功能：功能：根据需要在特定的位点精确切割根据需要在特定的位点精确切割双链双链DNADNA分子分子基因工程中基因工程中最常用最常用的的工具酶工具酶之一之一第六十九页，本课件共有69页