核酸结构与功能 (2)课件课件精选课件.ppt

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1、关于核酸结构与功能(2)课件第一页，本课件共有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第二页，本课件共有84页核酸的结构与功能核酸的结构与功能DNA(deoxyribonucleicacid)RNA(ribonucleicacid)nucleicacid第三页，本课件共有84页vDNA（deoxyribonucleic acid)vRNA(ribonucleic acid)第四页，本课件共有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合物。物。因因存

2、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，首先使用了的核酸制品，首先使用了核酸核酸(nucleicacid)这个名称。这个名称。第五页，本课件共有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建立了建立了双螺旋双螺旋模型，这是核酸发展史上的重要里程碑。模型，这是核酸发展史上的重要里程碑。第

3、六页，本课件共有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。第七页，本课件共有84页DNA is the carrier of genetic information第八页，本课件共有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第九页，本课件共有84页RiboseandDeoxyribose第十页，本课件共有84页第一节第一节核酸的化学核酸的化学

4、组成组成第十一页，本课件共有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第十二页，本课件共有84页核酸的化学组成核酸的化学组成Nucleicacid nucleotide phosphate+nucleoside base+pentose purine、pyrimidineDNARNAdeoxyribonucleotideribonucleotidedeoxyribonucleosideribonucleosidedeoxyriboseribose第十三页，本课件共有84页Thestructureofbase嘌呤嘧碇核

5、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：第十四页，本课件共有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影响第十五页，本课件共有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。第十六页，本课件共有84页Ribose and Deoxyribose第十七页，本课件共有84页pentose第十八页，本课件共有84页核核苷苷是是碱碱基基与与戊戊糖糖以以糖糖苷苷键键相相连连接接形形成成的的化化合合物物：核苷核苷第十九页，本课件

6、共有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核苷酸核苷酸第二十页，本课件共有84页核苷酸核苷酸v许多单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

7、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是细胞内信号转导过程中重要的调节因子因子。第二十一页，本课件共有84页核苷酸的连接方式核苷酸的连接方式AdenosineADPATPAMP第二十二页，本课件共有84页第二十三页，本课件共有84页第二节第二节核酸核酸的一级结构的一级结构第二十四页，本课件共有84页核苷酸的连接核苷酸的连接(连接酶)第二十五页，本课件共有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

8、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第二十六页，本课件共有84页53DNA的的一级结构一级结构第二十七页，本课件共有84页核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

9、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。第二十八页，本课件共有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第二十九页，本课件共有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

10、式存在。方式存在。第三十页，本课件共有84页第三十一页，本课件共有84页DNA的的双双螺螺旋旋结结构构第三十二页，本课件共有84页第三十三页，本课件共有84页第三十四页，本课件共有84页第三十五页，本课件共有84页第三十六页，本课件共有84页第三十七页，本课件共有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双链组成，以组成，以右手螺旋右手螺旋方式盘旋方式盘旋v糖磷酸骨架均位于外侧，糖磷酸骨架均位于外侧，碱基在内侧碱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3.4n

11、m。v双螺旋的两条链是双螺旋的两条链是反方向平行反方向平行的。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疏水性堆积力堆积力-碱基堆积力碱基堆积力B型型-DNA第三十八页，本课件共有84页第三十九页，本课件共有84页第四十页，本课件共有84页第四十一页，本课件共有84页第四十二页，本课件共有84页第四十三页，本课件共有84页DNA的三级结构的三级结构v原核生物原核生物和真核生物线粒体、叶绿体中和真核生物线粒体、叶绿体中的的DNA是是共价封闭的共价封闭的环状双螺旋，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第四十

12、四页，本课件共有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。第四十五页，本课件共有84页DNA的三级结构的三级结构核小体核小体第四十六页，本课件共有84页第四十七页，本课件共有84页第四十八页，本课件共

13、有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。第四十九页，本课件共有84页vDNA功能是储存遗传信息，保证每一种生功能是储存遗传信息，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

14、空间顺序来合成细胞成分。vDNAisthestorehouse,orcellularlibrarythatcontainstheinformationrequiredtobuildacellororganism.v第五十页，本课件共有84页生物体内生物体内DNA的大小的大小第五十一页，本课件共有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第五十二页，本课件共有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，经经卷卷曲曲盘盘绕绕可可形成局部双螺旋二级结构和三级结构形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snR

15、NA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第五十三页，本课件共有84页一、信使一、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

16、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）转转录录后后产产物物，重重新新连连在一起。在一起。第五十四页，本课件共有84页第五十五页，本课件共有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端在转录后均加上一个帽子结构。构。mRNA的帽子结构可保护的帽子结构可保护mRNA免受核酸酶从免受核酸酶从5端端的降解作用，并在翻译起始中起重要作用。的降解作用，并在翻译起始中起重要作用。v绝大多数真核绝大

17、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。第五十六页，本课件共有84页第五十七页，本课件共有84页m7GpppG第五十八页，本课件共有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，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

18、密码子编码氨基酸。码子编码氨基酸。第五十九页，本课件共有84页二、转运二、转运RNA（tRNA）tRNA的结构特点：的结构特点：tRNA分分子子中中含含有有较较多多的的稀稀有有碱碱基基：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

19、为氨氨基基酸酸臂臂，另另一端为反密码子一端为反密码子第六十页，本课件共有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。第六十一页，本课件共有84页tRNA的三叶草结构的三叶草结构第六十二页，本课件共有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的氨基酸臂的氨基酸臂位于一端，反密位于一端，反密码环位于另一端。码环位于另一端。vtRNA的三级结构的三级结构的稳定

20、力是核苷酸的稳定力是核苷酸之间的各种氢键。之间的各种氢键。第六十三页，本课件共有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。大大约约与与70种种蛋蛋白白质质结结合合而而存存在在于于的的核核蛋蛋白白体体的大小亚基中的大小亚基中rRNA的二级结构为茎环样结构。的二级结构为茎环样结构。第六十四页，本课件共有84页第六十五页，本课件共有84页第六十六页

21、，本课件共有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。第六十七页，本课件共有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第六十八页，本课件共有84页核酸的一般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

22、，在在溶溶液液中的粘度低于中的粘度低于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处处吸吸收光度（收光度（A）的比值来估计核酸的纯度。的比值来估计核酸的纯度。第六十九页，本课件共有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探针探针第七十页，本课件共有84页DNA的理化性质及

23、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探针探针第七十一页，本课件共有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键发生断裂，双螺旋发生断裂，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）。）

24、。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。第七十二页，本课件共有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。第七十三页，本课件共有84页变性与复性变性与复性第七十四页，本课件共有84页增色效应和

25、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，故复性也称为退火退火(annealing)第七十五页，本课件共有84页第七十六页，本课件共有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

26、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。第七十七页，本课件共有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作为为探探针针检检测测样样本本中中是是否否存存在在与与其其互互补补的的同同源源核酸序列的方法。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、Nor

27、thern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）夹心杂交夹心杂交第七十八页，本课件共有84页第七十九页，本课件共有84页第八十页，本课件共有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。第八十一页，本课件共有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

28、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。第八十二页，本课件共有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.第八十三页，本课件共有84页感感谢谢大大家家观观看看第八十四页，本课件共有84页