遗传物质的分子结构性质和功能 (2)精选课件.ppt
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1、关于遗传物质的分子关于遗传物质的分子结构性质和功能结构性质和功能(2)第一页,本课件共有56页v核酸与蛋白质一样,是一切生物机体不可缺少的组成部分。v核酸是生命遗传信息的携带者和传递者,它不仅对于生命的延续,生物物种遗传特性的保持,生长发育,细胞分化等起着重要的作用,而且与生物变异,如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。v因此,核酸是现代生物化学、分子生物学和医药科学的重要基础之一。第二页,本课件共有56页核酸与遗传v早在1868年,瑞士人F.Miescher从细胞核中分离得到一种酸性物质,即现在被称为核酸的物质。v1928年,英国Fredrick Griffith等第一次用实验方法证实DNA是
2、生命遗传的基础物质。v1953年,Watson和Crick提出的DNA双螺旋模型真正使人们相信DNA才是遗传物质。第三页,本课件共有56页v大部分生物的遗传物质是大部分生物的遗传物质是DNA,但,但是也有些生物是以是也有些生物是以RNA作为遗传物作为遗传物质质如:烟草花叶病毒中分离得到的如:烟草花叶病毒中分离得到的RNA也能够侵染植物,如果用也能够侵染植物,如果用RNA酶处酶处理,就失去侵染能力,而分离的蛋理,就失去侵染能力,而分离的蛋白部分则没有这种侵染能力。白部分则没有这种侵染能力。第四页,本课件共有56页第二节 核酸的结构v一、核酸的一级结构v多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定的顺
3、序组合而成的线性结构聚合物,因此,它具有一定的核苷酸顺序,即碱基顺序。v核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。vDNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。v而mRNA(信息RNA)的碱基顺序,则直接为蛋白质的氨基酸编码,并决定蛋白质的氨基酸顺序。第五页,本课件共有56页C值:在每一种生物中,其单倍体值:在每一种生物中,其单倍体的基因组的基因组DNA总量是特异的,称总量是特异的,称之为之为C值。值。C值矛盾:某生物的值矛盾:某生物的C值与进化的复值与进化的复杂程度不一致就称为杂程度不一致就称为C值矛盾值矛盾(C-value
4、paradox)例如一些植物的基因组例如一些植物的基因组DNA含量比含量比人类还要高几十倍,这显然是无人类还要高几十倍,这显然是无法解释的,这就是法解释的,这就是C值矛盾。值矛盾。第六页,本课件共有56页二、DNA的二级结构v1953年,J.Watson和F.Crick 在前人研究工作的基础上,根据DNA结晶的X-衍射图谱和分子模型,提出了著名的DNA双螺旋结构模型,并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。第七页,本课件共有56页1DNA双螺旋结构的特点vDNA分子由两条DNA单链组成。vDNA的双螺旋结构是分子中两条DNA单链之间基团相互识别和作用的结果。v双螺旋结构是DNA二级结构的最
5、基本形式。第八页,本课件共有56页DNA双螺旋结构的要点(1)DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链(简称DNA单链)组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕,形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反,即其中一条链的方向为53,而另一条链的方向为35。第九页,本课件共有56页(2)嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧,磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直,糖基环平面与碱基环平面成90角。DNA双螺旋结构的要点第十页,本课件共有56页(3)螺旋横截面的直径约为2 nm,每条链相邻两个碱基平面之间的距离为3.4 nm,每10个核苷酸形成一个螺旋,其螺矩(即螺旋旋转一圈)高度为34 nm。DNA双
6、螺旋结构的要点第十一页,本课件共有56页DNA双螺旋结构的要点(4)两条DNA链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有严格的配对规律,即腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)结合,鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)结合,这种配对关系,称为碱基互补。A和T之间形成两个氢键,G与C之间形成三个氢键。在DNA分子中,嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。第十二页,本课件共有56页2DNA双螺旋的稳定性vDNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。维持这种稳定性的因素包括:v两条DNA链之间形成的氢键;v同一条链中的相邻碱基能够形成一种堆积力,称为碱基堆积力第十三页,本课件共有56页DNAD
7、NA的二级结构分为两大类的二级结构分为两大类右手螺旋:A-DNA B-DNA C-DNA D-DNA左手螺旋:Z-DNA第十四页,本课件共有56页生物体内正常的生物体内正常的DNADNA为为B-DNAB-DNA;转录时的转录时的DNA-RNADNA-RNA杂交链为杂交链为A-DNAA-DNA,对,对基因表达有重要意义;基因表达有重要意义;左手螺旋左手螺旋Z-DNAZ-DNA不能推翻右手双螺旋模不能推翻右手双螺旋模型,而是其有益的补充和发展,通型,而是其有益的补充和发展,通过过B-DNAB-DNA和和Z-DNAZ-DNA之间的相互转化,之间的相互转化,可以影响聚合酶能否与模板链结合可以影响聚合酶
8、能否与模板链结合而调节转录起始活性。而调节转录起始活性。第十五页,本课件共有56页三、DNA的三级结构DNA的三级结构即在DNA双螺旋结构基础上,进一步扭曲所形成的特定空间结构。也就是超螺旋结构,分为正超螺旋和负超螺旋第十六页,本课件共有56页拓扑异构酶(topoisomerase):为催化DNA拓扑学异构体相互转变的酶之总称。在闭环状双链DNA的拓扑学转变中,切断一个链而改变拓扑结构的称为型拓扑异构酶,通过切断二个链来进行的称为型拓扑异构酶。拓扑异构酶:1切口,解旋拓扑异构酶:2切口,超螺旋第十七页,本课件共有56页第十八页,本课件共有56页二、RNA的结构单链线性分子,局部双螺旋也具有高级
9、结构有些RNA具有催化活性,称为核酶(ribozyme)第十九页,本课件共有56页第三节 核酸的功能v一、DNA的功能及基因治疗v结构基因:编码蛋白质中氨基酸序列的基因v调控基因:调节基因选择性表达的基因v基因治疗:利用分子生物学技术,校正基因结构和功能异常,阻止病变的进展,杀灭病变细胞或抑制外源病原体基因的复制,而治疗疾病的方法。v基因治疗分为体外和体内治疗两种方式。第二十页,本课件共有56页二、RNA的功能1.hnRNA和mRNA的功能 mRNA的原是转录物是分子量极大的前体,在核内加工过程中形成分子大小不同的中间产物,称为核内不均一RNA,hnRNA。真核生物由DNA转录成RNA的过程发
10、生在细胞核内,而翻译过程则发生在细胞质中。原核生物因为没有核膜,所以其转录核翻译过程几乎是同时进行的。第二十一页,本课件共有56页mRNA(信使RNA)v约占总RNA的5%。v不同细胞的mRNA的链长和分子量差异很大。v它的功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地 核糖核蛋白体。MessengerRNA第二十二页,本课件共有56页tRNA(转移RNA)v约占总RNA的10-15%。v它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信息,并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体的作用。v已知每一个氨基酸至少有一个相应的tRNA。vRNA分子的大小很相似,链长一般在73-78个核苷酸之间。vTransfer RNA
11、Transfer RNA第二十三页,本课件共有56页tRNA的功能:1.与活化的AA形成氨酰tRNA(AAtRNA)tRNA分子上决定其携带氨基酸种类的区域被称为副密码子。能够携带同一种AA的tRNA称为同功tRNA。2.将AA携带到核糖体上在蛋白质合成中起着原料运输“车辆”的作用。3.具有反密码子,可以识别mRNA上的相应的密码子,将AA合成到蛋白质适当的位置中第二十四页,本课件共有56页rRNA(核糖体RNA)v约占全部RNA的80%,v是核糖核蛋白体的主要组成部分。vrRNA 的功能与蛋白质生物合成相关。Ribosome RNARibosome RNA第二十五页,本课件共有56页vsnR
12、NA、scRNA、iRNA、gRNAv真核细胞内存在许多种类的小分子RNA,其大小为100至300个核苷酸,这类小分子RNA按其在细胞内的位置可分为:核内小RNA(snRNA)和胞浆小RNA(scRNA)。v起始RNA(iRNA)DNA生物合成的后滞链合成时,需要一个短的RNA片段作为引物,长约10个核苷酸,是由DNA引发酶所合成的,这一通用引物称为起始RNA。v指导RNA(gRNA)RNA编辑过程中的模板。第二十六页,本课件共有56页v端粒酶RNA、核酶v端粒:真核生物染色体末端的蛋白质DNA结构,其功能是完成染色体末端的复制,防止染色体融合、重组或降解。v端粒酶:一种自身携带模板RNA的逆
13、转录酶,催化端粒DNA的合成。v端粒酶RNA:作为合成端粒DNA模板的核RNA,是端粒酶的组成部分,对端粒酶的结构和催化活性是必须的。v核酶:和通常的蛋白质酶一样,可以催化各种生化反应。第二十七页,本课件共有56页第四节 核酸的变性、复性与杂交v(1)核酸的变性v核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂,变成单链结构的过程。变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂,所以它的一级结构(碱基顺序)保持不变。v能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。第二十八页,本课件共有56页vRNA本身只有局部的双螺旋区,
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