分子生物学原理核酸结构与功能

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1、会计学1分子生物学原理核酸结构与功能分子生物学原理核酸结构与功能2022-4-16核酸是遗传信核酸是遗传信息物质息物质第1页/共92页2022-4-16遗 传 信 息 的 存 储 和 携 带 者脱 氧 核 糖 核 酸遗 传 信 息 表 达核 糖 核 酸核 酸DNA(deoxyribonucleic acid) RNA(ribonucleic acid)nucleic acid第2页/共92页2022-4-16第3页/共92页2022-4-16第4页/共92页2022-4-16第5页/共92页2022-4-16磷酸和磷酸和碱基，碱基，是一种是一种线状聚线状聚合物。合物。第6页/共92页2022-

2、4-16第7页/共92页2022-4-16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8页/共92页2022-4-16第9页/共92页2022-4-16第10页/共92页2022-4-16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11页/共92页2022-4-16purine 、pyrimidineDNARNAdeoxyribonucleotideribonucleotidedeoxyribonucleosideribonucleosidede

3、oxyriboseribose第12页/共92页2022-4-16嘌呤嘧碇核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13页/共92页2022-4-16 第14页/共92页2022-4-16第15页/共92页2022-4-16第16页/共92页2022-4-16第17页/共92页2022-4-16核苷核苷第18页/共92页2022-4-16 核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键相核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键相连接分别构成连接分别构成 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），），

4、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19页/共92页2022-4-16第20页/共92页2022-4-16Adenosine ADP ATPAMP第21页/共92页2022-4-16第22页/共92页2022-4-16第23页/共92页2022-4-16(连接酶)第24页/共92页2022-4-16DNA的一级结构是通过的一级结构是通过3,5-磷酸磷酸二酯键构成一个没有分支的线性大分二酯键构成一个没有分支

5、的线性大分子，其两个末端分别是子，其两个末端分别是5-末端（游末端（游离磷酸基）和离磷酸基）和3-末端（游离羟基）末端（游离羟基）。是指。是指DNA分子中核苷酸的排列顺序分子中核苷酸的排列顺序。由于脱氧核苷酸之间的差别仅是其碱由于脱氧核苷酸之间的差别仅是其碱基的不同，所以基的不同，所以DNA分子碱基的排列分子碱基的排列顺序就代表了核苷酸的排列顺序。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25页/共92页2022-4-1653第26页/共92页2022-4-16第27页/共92页2022-4-16第28页/共92页2022-4-16能以互补的方式存在。能以互补的方式存在。第29

6、页/共92页2022-4-16第30页/共92页2022-4-16第31页/共92页2022-4-16第32页/共92页2022-4-16第33页/共92页2022-4-16第34页/共92页2022-4-16第35页/共92页2022-4-16第36页/共92页2022-4-16键键疏水性疏水性堆积力堆积力-碱基堆碱基堆积力积力B型型-DNA第37页/共92页2022-4-16第38页/共92页2022-4-16第39页/共92页2022-4-16第40页/共92页2022-4-16第41页/共92页2022-4-16第42页/共92页2022-4-16环状双螺旋环状双螺旋超螺旋超螺旋第43

7、页/共92页2022-4-16第44页/共92页2022-4-16核小体核小体第45页/共92页2022-4-16第46页/共92页2022-4-16第47页/共92页2022-4-16第48页/共92页2022-4-16n第49页/共92页2022-4-16分 子 量碱 基 对 (kb)最简单的微生 物SV40病 毒31065噬 菌 体3.410750细 菌大 肠 杆 菌2.21094600哺 乳 动 物小 鼠1.51012230万人1.81012280万第50页/共92页2022-4-16第51页/共92页2022-4-16结构：结构：RNA由一条多核苷酸链组成由一条多核苷酸链组成，经卷曲

8、盘绕可形成局部双螺旋二，经卷曲盘绕可形成局部双螺旋二级结构和三级结构级结构和三级结构RNA的结构和功能的结构和功能参与参与hnRNA的的剪接转运剪接转运snRNA小核小核RNA成熟成熟mRNA的前的前体体hnRNA不均一核不均一核RNA转运氨基酸转运氨基酸mt tRNAtRNA转运转运RNA蛋白质合成的模蛋白质合成的模板板mt mRNAmRNA信使信使RNA核蛋白体的组成核蛋白体的组成成分成分mt rRNArRNA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的分布的分布与功能与功能蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所第52页/共92页20

9、22-4-16一、信使一、信使RNA（ mRNA）传递传递DNA遗传信息的遗传信息的RNA称为称为信使信使RNA（mRNA）。）。细胞核内初合成的细胞核内初合成的mRNA前体前体是不均一核是不均一核RNA（hnRNA），），经剪接生成成熟的经剪接生成成熟的mRNA。去去掉内含子（掉内含子（intron）转录后产物转录后产物，留下外显子（，留下外显子（extron）转录转录后产物，重新连在一起。后产物，重新连在一起。第53页/共92页2022-4-16第54页/共92页2022-4-16第55页/共92页2022-4-16第56页/共92页2022-4-16m7GpppG第57页/共92页202

10、2-4-16第58页/共92页2022-4-16二、转运二、转运RNA（ tRNA）tRNA的结构特点：的结构特点：tRNA分子中含有较多的稀有碱基：分子中含有较多的稀有碱基：DHU、和和mG、 mA等等所有的所有的tRNA均是线性多核苷酸链，局均是线性多核苷酸链，局部片断由于碱基互补而形成局部双螺部片断由于碱基互补而形成局部双螺旋区，而非互补区则形成环状结构。旋区，而非互补区则形成环状结构。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的三级结构呈现倒的三级结构呈现倒L型，一端为型，一端

11、为氨基酸臂，另一端为反密码子氨基酸臂，另一端为反密码子第59页/共92页2022-4-16第60页/共92页2022-4-16tRNA的三叶草结构的三叶草结构第61页/共92页2022-4-16酸之间的各酸之间的各种氢键。种氢键。第62页/共92页2022-4-16三、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 分子大小不均一，真核细胞的分子大小不均一，真核细胞的rRNA有有4种，其沉降系数分种，其沉降系数分别为别为28S、58S、5S和和18S。大约与大约与70种蛋白质结合而存在

12、于的种蛋白质结合而存在于的核蛋白体的大小亚基中核蛋白体的大小亚基中rRNA的二级结构为茎环样结构。的二级结构为茎环样结构。第63页/共92页2022-4-16第64页/共92页2022-4-16第65页/共92页2022-4-16第66页/共92页2022-4-16第67页/共92页2022-4-16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。 由于由于DNA分子细长，其在溶液中的粘度很高；分子细长，其在溶液中的粘度很高；RNA分子比分子比DNA短，在溶液中的粘度低于短，在溶液中的粘度低于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

13、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波长波长处有最大紫外光吸收。处有最大紫外光吸收。 蛋白质在蛋白质在280nm波长处有最大吸收，所以可利用溶波长处有最大吸收，所以可利用溶液液260nm和和280nm处吸收光度（处吸收光度（A）的比值来估计核的比值来估计核酸的纯度。酸的纯度。第68页/共92页2022-4-16第69页/共92页2022-4-16第70页/共92页2022-4-16核酸的变性与复性核酸的变性与复性（一）（一）变性变性DNA变性变性是指在某些因素的作用下，维系是指在某些因素的作用下，维系DNA双螺旋的次级键发生断裂，双螺旋双螺旋的次级键发生断裂，双螺旋D

14、NA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变性的因素有加热和化学物质的作用。作用。 变性可使其粘度下降和紫外吸收值的改变变性可使其粘度下降和紫外吸收值的改变等。等。2增色效应和解链温度（增色效应和解链温度（Tm）。）。3GC含量越高，含量越高，Tm值越大；值越大；AT含量越高含量越高，Tm越值小。越值小。（二）复性（二）复性1解开的两条链重新缔解开的两条链重新缔合形成双螺旋，称为合形成双螺旋，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71页/共92页2022-4-16第72页/共92页2022-4-16第

15、73页/共92页2022-4-16第74页/共92页2022-4-16第75页/共92页2022-4-16第76页/共92页 核酸分子杂交核酸分子杂交是根据两条核酸单链在是根据两条核酸单链在一定条件下可按碱基互补原则退火形成双一定条件下可按碱基互补原则退火形成双链的原理，用已知的单链核苷酸片段作为链的原理，用已知的单链核苷酸片段作为探针检测样本中是否存在与其互补的同源探针检测样本中是否存在与其互补的同源核酸序列的方法。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、Northern 印迹印迹杂交杂交 斑点杂交、狭缝杂交斑点杂交、狭缝杂交

16、 原位杂交（菌落原位杂交、细胞原位原位杂交（菌落原位杂交、细胞原位杂交、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77页/共92页2022-4-16第78页/共92页2022-4-16第79页/共92页2022-4-16第80页/共92页2022-4-16第81页/共92页2022-4-16第82页/共92页2022-4-16第83页/共92页2022-4-16第84页/共92页2022-4-16第85页/共92页2022-4-16第86页/共92页2022-4-16第87页/共92页2022-4-16m7GpppG第88页/共92页2022-4-16二、转运二、转运RNA（

17、 tRNA）tRNA的结构特点：的结构特点：tRNA分子中含有较多的稀有碱基：分子中含有较多的稀有碱基：DHU、和和mG、 mA等等所有的所有的tRNA均是线性多核苷酸链，局均是线性多核苷酸链，局部片断由于碱基互补而形成局部双螺部片断由于碱基互补而形成局部双螺旋区，而非互补区则形成环状结构。旋区，而非互补区则形成环状结构。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的三级结构呈现倒的三级结构呈现倒L型，一端为型，一端为氨基酸臂，另一端为反密码子氨基酸臂，另一端为反密码子第89页/共92页

18、2022-4-16核酸的变性与复性核酸的变性与复性（一）（一）变性变性DNA变性变性是指在某些因素的作用下，维系是指在某些因素的作用下，维系DNA双螺旋的次级键发生断裂，双螺旋双螺旋的次级键发生断裂，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变性的因素有加热和化学物质的作用。作用。 变性可使其粘度下降和紫外吸收值的改变变性可使其粘度下降和紫外吸收值的改变等。等。2增色效应和解链温度（增色效应和解链温度（Tm）。）。3GC含量越高，含量越高，Tm值越大；值越大；AT含量越高含量越高，Tm越值小。越值小。（二）复性（二）复性1解开的两条链重新缔解开的两条链重新缔合形成双螺旋，称为合形成双螺旋，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90页/共92页2022-4-16第91页/共92页