核酸的结构与功能 精选PPT.ppt
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1、关于核酸的结构与功能 第1页,讲稿共80张,创作于星期二核核 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。第2页,讲稿共80张,创作于星期二一、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的双螺旋结构的双螺旋结构1968年年 Nirenberg发现发现遗传密码遗传密码1975年
2、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第3页,讲稿共80张,创作于星期二二、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。
3、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。第4页,讲稿共80张,创作于星期二第一节第一节核酸的化学组成及其一级结构核酸的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucl
4、eic Acid第5页,讲稿共80张,创作于星期二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(910%)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)第6页,讲稿共80张,创作于星期二嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)碱碱 基基第7页,讲稿共80张,创作于星期二嘧啶嘧啶(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
5、)第8页,讲稿共80张,创作于星期二稀有碱基稀有碱基嘌呤次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、N2、N2-二甲基鸟嘌呤。嘧啶5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶、4-巯尿嘧啶都是基本碱基的化学修饰型。第9页,讲稿共80张,创作于星期二鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤1-甲基次黄嘌呤甲基次黄嘌呤第10页,讲稿共80张,创作于星期二戊戊 糖糖(构成(构成RNA)12345核糖核糖(ribose)(构成(构成DNA)脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)第11页,讲稿共80张,创作于星期二核苷: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
6、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第12页,讲稿共80张,创作于星期二核苷酸:核苷酸:AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸:脱氧核苷酸: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苷(脱氧核苷)和磷酸以核苷(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)。第13页,讲稿共80张,创作于星期二例如:例如:AMP adenosine mo
7、nophosphate 腺苷一磷酸腺苷一磷酸 或或 一磷酸腺苷一磷酸腺苷 简称:腺苷酸简称:腺苷酸dAMP deoxyadenosine monophosphate 脱氧一磷酸腺苷脱氧一磷酸腺苷/一磷酸脱氧腺苷一磷酸脱氧腺苷 简称:脱氧腺苷酸简称:脱氧腺苷酸默认情况下核苷酸均为默认情况下核苷酸均为5-核苷酸核苷酸第14页,讲稿共80张,创作于星期二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 多磷酸核苷酸:多磷酸核苷酸:NMP,NDP,NTP能量的直接共体能量直能量直接共体接共体第15页,讲稿共80张,创作于星期二l 环化核苷酸环化核苷酸:cAMP,cGMP细胞内的细胞内的第
8、二信使第二信使第16页,讲稿共80张,创作于星期二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 等都含有等都含有 AMPNADP+NAD+第17页,讲稿共80张,创作于星期二核苷酸的生物学功用核苷酸的生物学功用l作为核酸合成的原料作为核酸合成的原料l体内能量的利用形式体内能量的利用形式l参与代谢和生理调节参与代谢和生理调节l组成辅酶组成辅酶l活化中间代谢物活化中间代谢物第18页,讲稿共80张,创作于星期二5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,即成多核苷酸链,即核酸。核酸。
9、CGA第19页,讲稿共80张,创作于星期二二、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序。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,所所以以也称为也称为碱基序列碱基序列。55端端3端端CGA方方向向第20页,讲稿共80张,创作于星期二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 第21页,讲稿共80张,创作于星期二第二节第二节DNA的空间结构与功能的空间结构与功能Dimensional Structure and Function
10、of DNA第22页,讲稿共80张,创作于星期二一、一、DNA的二级结构的二级结构双螺旋结构双螺旋结构第23页,讲稿共80张,创作于星期二(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=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 第24页,讲稿共80张,创作于星期二A.DNA碱基互补原则碱基互补原则腺嘌呤腺嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶其他组合易相互排斥其他组合易相互排斥其他组合易相互排斥其他组合易相互排斥例例
11、例例 如如如如 G:TG:T因因因因 此此此此 ,DNA DNA 的的的的 双双双双 股股股股 系系系系 藉藉藉藉 著著著著 A:TA:T 和和和和 GG :C C的的的的 配配配配 对对对对 关关关关 系系系系 互互互互 相相相相 结结结结 合合合合 。第25页,讲稿共80张,创作于星期二DNA 一一 股股 的的 核核 苷苷 酸酸 序序 列列 与与 另另 一一 股股 的的 序序 列列 互互 补补(A-T、G-C)。第26页,讲稿共80张,创作于星期二B.二级结构二级结构B型双螺旋结构型双螺旋结构大大 部部 分分 DNA 所所 具具 有有 的的 双双 螺螺 旋旋 结结 构构,亦亦 称称 为为
12、B 型型 小沟小沟小沟小沟大沟大沟大沟大沟1.1.反向、平行、右手螺旋55553333555533332.2.链间碱基配对相连3.3.每10个碱基对螺旋上升一周第27页,讲稿共80张,创作于星期二C.双螺旋结构的稳定因素DNA双螺旋在生理状态下十分稳定,结构不发生变化。提问:提问:起稳定作用的有哪些力呢?起稳定作用的有哪些力呢?答案:答案:疏水作用力(主要)(主要)(又称碱基堆积力)氢键 范德华力第28页,讲稿共80张,创作于星期二(二)(二)DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 (Watson,Crick,1953)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
13、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)。u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3.4nm,一圈,一圈10对对碱基。碱基。第29页,讲稿共80张,创作于星期二碱基互补配对碱基互补配对 TAGC第30页,讲稿共80张,创作于星期二(二)(二)DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 (Watson,Crick,1953)u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性定性。第31页,讲稿共80张,创作于星期二(三)(三)DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性Z型型DNA
14、B型型DNAA型型DNA第32页,讲稿共80张,创作于星期二二、二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的超螺旋结构及其在染色质中的组装的组装(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 第33页,讲稿共80张,创作于星期二原核生物以及真核生物细
15、胞器环状DNA的超螺旋三级结构叶绿体中含有环状DNA线粒体中含有环状DNA细菌等原核生物细菌等原核生物质粒质粒质粒质粒染色染色染色染色体体体体第34页,讲稿共80张,创作于星期二固定固定负超螺旋负超螺旋(右手拓扑结构)(右手拓扑结构)反之,则为正超螺旋自然界通常为负超螺旋。提问:提问:DNA形成三形成三级结构及染色体的级结构及染色体的意义何在?意义何在?答案:答案:压缩分子空间压缩分子空间人体每个体细胞人体每个体细胞DNA长长2m,细胞直细胞直径径0.1mm,细胞核细胞核0.05mm环状DNADNA右旋右旋右旋右旋第35页,讲稿共80张,创作于星期二DNA的三级结构:DNA双螺旋结构进一步盘曲
16、形成的复杂结构。以超螺旋最为常见 负超螺旋模型(多见)正超螺旋第36页,讲稿共80张,创作于星期二意义意义DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于及其调控对于DNA复制和复制和RNA转录过程具有关转录过程具有关键作用。键作用。第37页,讲稿共80张,创作于星期二(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,其其基本单位是基本单位是 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第38页,讲
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