生物化学课件6核酸学习教案

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1、会计学1生物生物(shngw)化学课件化学课件6核酸核酸第一页，共97页。 概述 核酸的一级结构与序列分析(fnx) DNA的高级结构 DNA遗传物质 DNA的性质主要(zhyo)内容第1页/共96页第二页，共97页。核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，在生物体内负责生命信息的储存和传递。分类：按其所含戊糖不同(b tn)分为DNA和RNA。重要性：DNA是主要遗传物质，负责遗传信息的贮存和发布。 RNA的功能多样性，参与遗传信息的表达。1. 核酸(h sun)的概念及研究进展第2页/共96页第三页，共97页。核酸(h sun)研究史上的大事件 1868年，瑞士(ru sh)青年科学家

2、F.Miescher 从外科绷带上脓细胞(xbo)的细胞(xbo)核中分离得到一种含磷较高的酸性物质，称之为核素（nuclein）。 1889年, Altmann 将其纯化，把不含蛋白质的物质称为核酸第3页/共96页第四页，共97页。核酸研究(ynji)史上的大事件1943年 E .Chargaff 的工作推理出碱基配对的理论1944年 Avery等肺炎球菌转化试验证明DNA是遗传物质 1953年 Watson-Crick 建立了DNA的双螺旋结构模型1958年 Crick 提出遗传信息传递的中心法则1968年 M.W.Niberg 发现遗传密码 1975年 H.M.Temin 和 D.Bal

3、timore 发现反转录酶 1981年 W.Gilbert 和 F.Sanger 建立 DNA测序方法 1985年 PCR技术的发明 1990年 美国启动人类基因组计划(jhu)( HGP ) 1994年 中国人类基因组计划(jhu)启动 2001年 美、英等国完成人类基因组计划(jhu)基本框架第4页/共96页第五页，共97页。DNA：-D-2-脱氧核糖 A、G、C、TRNA：-D-核糖 A、G、C、U 核 酸（RNA、DNA）核苷酸磷酸(ln sun)核苷戊糖碱基核糖（RNA）脱氧核糖（DNA）嘌呤(piolng)嘧啶腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶(m dn) 胸腺嘧啶(m dn) 尿嘧啶(m d

4、n) 第5页/共96页第六页，共97页。戊 糖DNA含脱氧核糖RNA含核糖第6页/共96页第七页，共97页。NNH132456 嘧 啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3第7页/共96页第八页，共97页。嘌 呤(purine)NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤(guanine, G)第8页/共96页第九页，共97页。 核酸中除了5类基本的碱基外，还有一些含量(hnling)甚少的碱基，称为稀有碱基。组成核酸

5、(h sun)的稀有碱基：Im5Chm5CDHUNNNNONNNH2OCH3次黄嘌呤5-甲基胞嘧啶5-羟甲基胞嘧啶二氢尿嘧啶 第9页/共96页第十页，共97页。正常生理条件下，主要以酮式结构(jigu)形式存在。第10页/共96页第十一页，共97页。核 苷 (ribonucleoside)碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）;糖环上的第 1位C原子与嘌呤第9位N原子或嘧啶(m dn)第1位N原子相连，碱基平面与戊糖平面互相垂直。OHOCH2OHOHNNNH2O11第11页/共96页第十二页，共97页。第12页/共96页第十三页，共97页。嘧啶核甘中嘧啶碱基对核糖的取向只有(

6、zhyu)反式构象嘌呤核甘中嘌呤碱基对核糖的取向有顺式和反式两种构象第13页/共96页第十四页，共97页。核苷酸 (ribonucleotide)POOOHOHOCH2OHOHNNNH2O第14页/共96页第十五页，共97页。核糖核苷的糖环上有三个（5、3、2）游离的羟基，可以(ky)形成三种核苷酸；脱氧核糖核苷酸有两个（5、3）游离羟基，形成两种核苷酸。但天然的只发现5连接磷酸的核苷酸， 5 -核苷酸是核酸的基本单位。OBOH OHOH2CPOHHOOB=腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶或胸腺密啶核糖核苷酸 OH2CPOHHOOOBOH脱氧核糖核苷酸第15页/共96页第十六页，共97页。核苷酸

7、：AMP、GMP、UMP、CMP脱氧核苷酸：dAMP、dGMP、dTMP、dCMP 第16页/共96页第十七页，共97页。 ADPAMPATPNNNCHCCHNCOPOOPPOOOHHHOHOHHCCHOHOOHOHOHOCH2NH212354第17页/共96页第十八页，共97页。第18页/共96页第十九页，共97页。第19页/共96页第二十页，共97页。核酸的结构(jigu)基础第20页/共96页第二十一页，共97页。3, 5 磷酸二酯键第21页/共96页第二十二页，共97页。自由(zyu)的 5 磷酸基团自由(zyu)的3 OH第22页/共96页第二十三页，共97页。A G P5 P T

8、PG PC PT P OH 3 5 pApGpTpGpCpT-OH 3 5 A G T G C T 3 书写及阅读方向：从5端（左侧(zu c)）到3端（右侧），ApG 表示(A-3)- P (5-G) 。第23页/共96页第二十四页，共97页。第24页/共96页第二十五页，共97页。DNA(脱氧核糖核酸)RNA（核糖核酸）分布98%于细胞核中，少量存于线粒体和叶绿体中90%cell质中，10%细胞核中，tRNA 15%，mRNA 5%, rRNA 80%生物功能遗传物质基础，储存和传递遗传信息基因表达，指导蛋白质合成，生物催化,有时RNA也是遗传物质核糖D2脱氧核糖D核糖碱基A、C、G、TA

9、、C、G、U磷酸磷酸磷酸核酸的分布(fnb)及功能第25页/共96页第二十六页，共97页。核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟mRNA的前体的前体参与参与hnRNA的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别

10、体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNA核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟mRNA的前体的前体参与参与hnRNA的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNAR

11、NA的分类(fn li)及功能第26页/共96页第二十七页，共97页。紫外吸收特性可以鉴定(jindng)核酸样品的纯度第27页/共96页第二十八页，共97页。 第2节 核酸(h sun)的一级结构与序列分析 第28页/共96页第二十九页，共97页。1. DNA一级结构：4种脱氧核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMP按照一定的排列顺序通过(tnggu)磷酸二酯键连接而成的没有分支的多核苷酸链。第29页/共96页第三十页，共97页。 DNA碱基组成的特点(tdin):v 具有种的特异性;v 没有器官(qgun)和组织的特异性；v 年龄、营养状况、环境的改变不影响DNA的碱基组成；v DNA

12、的碱基组成符合碱基摩尔比例规律。第30页/共96页第三十一页，共97页。 DNA碱基摩尔比例(bl)规律第31页/共96页第三十二页，共97页。第32页/共96页第三十三页，共97页。Sanger法的程序(chngx)第33页/共96页第三十四页，共97页。第34页/共96页第三十五页，共97页。第35页/共96页第三十六页，共97页。第36页/共96页第三十七页，共97页。第37页/共96页第三十八页，共97页。vmRNA的稳定性维系：作为一种保护装置将mRNA 5端封闭起来，可使mRNA免受核酸(h sun)外切酶的水解破坏；v翻译起始的调控：作为蛋白质合成起始的辨认信号，启动和加速翻译过

13、程。v mRNA核内向胞质的转位第38页/共96页第三十九页，共97页。帽子(mo zi)结构第39页/共96页第四十页，共97页。第40页/共96页第四十一页，共97页。 2. tRNA的一级结构(jigu)特点第41页/共96页第四十二页，共97页。第42页/共96页第四十三页，共97页。第43页/共96页第四十四页，共97页。第44页/共96页第四十五页，共97页。1. DNA双螺旋结构的研究(ynji)背景 碱基组成分析(fnx) Chargaff 规则：A = T G C 碱基的理化数据分析 A-T、G-C以氢键配对(pi du)较合理 DNA纤维的X-射线衍射图谱分析 第45页/共

14、96页第四十六页，共97页。2. DNA双螺旋结构(jigu)模型要点 DNA分子由两条方向相反多聚脱氧核糖核苷酸链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。其中(qzhng)一条链的方向为53，而另一条链的方向为35。第46页/共96页第四十七页，共97页。2. DNA双螺旋结构模型(mxng)要点 疏水碱基于螺旋的内侧，亲水的磷酸基和脱氧核糖以磷酸二酯键相连成的骨架位于外侧；双螺旋的直径(zhjng)为2nm，沿中心轴形成大沟和小沟交替出现第47页/共96页第四十八页，共97页。2. DNA双螺旋结构(jigu)模型要点 碱基呈平面状，与中心轴垂直；相邻碱基平面间的距离为 0.34nm，夹

15、角(ji jio)为36；每10对核苷酸绕中心轴旋转一圈，故螺旋的螺距为 3.4nm。第48页/共96页第四十九页，共97页。2. DNA双螺旋结构模型(mxng)要点 两条链碱基对之间形成氢键，碱基的相互(xingh)结合具有严格的配对规律，即AT、GC配对。A和T之间形成两个氢键，G与C之间形成三个氢键。第49页/共96页第五十页，共97页。第50页/共96页第五十一页，共97页。碱基配对(jin j pi du)第51页/共96页第五十二页，共97页。v两条DNA链之间形成的氢键。v碱基堆积力：由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响(yngxing)。v介

16、质中的阳离子（如Na+、K+和Mg2+）中和了磷酸基团的负电荷，降低了DNA链之间的排斥力、范德华力等。v改变介质条件和环境温度，将影响(yngxing)双螺旋的稳定性。第52页/共96页第五十三页，共97页。DNA双螺旋结构(jigu) DNA，双螺旋，正反向，互补链。 A对T，GC连， 配对时， 成氢键。 十碱基，转一圈，螺距34点中间(zhngjin)。 碱基力和氢键，维持螺旋结构坚。 第53页/共96页第五十四页，共97页。DNA双螺旋结构(jigu)的多样性Watson和Crick所提出的模型称为(chn wi)B-DNA, B型是最稳定的构型第54页/共96页第五十五页，共97页。

17、第55页/共96页第五十六页，共97页。1957年发现在基因的调控区或染色质的 重组部位(bwi)有DNA的三螺旋结构第56页/共96页第五十七页，共97页。第57页/共96页第五十八页，共97页。超螺旋。第58页/共96页第五十九页，共97页。第59页/共96页第六十页，共97页。number , W）n L = T + W第60页/共96页第六十一页，共97页。三种(sn zhn)环状分子具有相同结构，但L值不同，称为拓扑异构体。自然界存在的所有超螺旋DNA分子都是最初(zuch)缠绕不足形成的负超螺旋第61页/共96页第六十二页，共97页。真核生物内，DNA以致密形式(xngsh)存在于

18、细胞核的染色体中。染色体的基本单位是核小体核小体：DNA和组蛋白共同构成核心组蛋白：4种组蛋白(H2A , H2B , H3 ,H4)形成的8聚体DNA：以负超螺旋缠绕在核心组蛋白上H1在核小体之间起连接作用染色体的基本(jbn)单位是核小体(nucleosome)第62页/共96页第六十三页，共97页。核小体的串珠(chunzh)状结构 第63页/共96页第六十四页，共97页。第64页/共96页第六十五页，共97页。发夹(f ji)式结构 A-U, C-G配对 RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成双螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以(ky)形象地称为“发夹型”结构。第65页/

19、共96页第六十六页，共97页。v 呈“三叶草” 形状(xngzhun)，一般可将其分为四臂四环：大致分为氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码子环、额外环和TC环五部分 。 第66页/共96页第六十七页，共97页。tRNA三叶草结构进一步扭曲、折叠(zhdi)形成倒写“”字母的三维结构。第67页/共96页第六十八页，共97页。tRNA的二级结构(jigu)与三级结构(jigu)倒结构(jigu)三叶草结构(jigu)第68页/共96页第六十九页，共97页。 rRNA的种类(zhngli)（根据沉降系数）：真核生物(shngw)： 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA原

20、核生物： 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA第69页/共96页第七十页，共97页。第70页/共96页第七十一页，共97页。第71页/共96页第七十二页，共97页。v特定的组织细胞的DNA数量是稳定的，随着组织的复杂(fz)，其数量逐渐增加;v年龄、营养状况和环境的改变不影响DNA的数量和组成;v DNA碱基的组成具有种的特异性。第72页/共96页第七十三页，共97页。第73页/共96页第七十四页，共97页。第74页/共96页第七十五页，共97页。l基因组较小，形式多样，可能是DNA，也可能是RNA，可能是单链,双链的，闭环分子，线性分子；细菌染色体为环状双链DNA分子，与RNA

21、和支架蛋白构成致密区域，称类核(nucleoid)。l功能相关的结构基因常常串连在一起，并转录在同一个mRNA分子中，称为多顺反子(polycistron)。lDNA分子绝大部分用于编码(bin m)蛋白质，非编码(bin m)区通常包含控制基因表达的顺序。l基因重叠是病毒基因组的结构特点。第75页/共96页第七十六页，共97页。真核生物(shngw)基因组结构特点单顺反子(monocistron)，即一个结构基因转录、翻译成一个mRNA分子，一条多肽链;存在大量重复序列，包括卫星DNA、反向重复序列和较复杂的重复单位组成的重复序列;基因组中不编码的区域多于编码区域基因是不连续的，在真核生物结

22、构基因的内部存在许多不编码蛋白质的间隔序列(intervening sequences)，称为内含子(intron)，编码区则称为外显子(exon)。基因组远大于原核生物的基因组，具有(jyu)许多复制起点，而每个复制子的长度较小。第76页/共96页第七十七页，共97页。核酸(h sun)的降解指通过核酸(h sun)酶或物理、化学的方法使核酸(h sun)的3, 5磷酸二酯键断裂，多聚核甘酸链变成小段寡聚核甘酸链。1. 降解(jin ji)与变性振荡、搅拌、反复冻融等易导致DNA的降解第77页/共96页第七十八页，共97页。DNA的变性(binxng)第78页/共96页第七十九页，共97页。

23、第79页/共96页第八十页，共97页。DNA的变性(binxng)第80页/共96页第八十一页，共97页。v 低或高的pH值条件趋向影响(yngxing)DNA双螺旋中氢键的形成，导致DNA的变性。低离子(lz)浓度v 双链DNA浓度过低，带正电荷的物质减少导致DNA 上带负电荷的磷酸基团部分脱防护，使相连的磷酸基团相互斥力增加，使DNA双链分离。第81页/共96页第八十二页，共97页。 Tm：变性是在一个相当窄的温度范围内完成(wn chng)，在这一范围内，50%的DNA分子发生变性时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度(melting temperature, Tm)。一般(ybn)

24、DNA的Tm值在82-95C之间第82页/共96页第八十三页，共97页。影响(yngxing)Tm值的因素第83页/共96页第八十四页，共97页。转变成双链，此时紫外吸收值降低，这种现象(xinxing)称之为减色效应。第84页/共96页第八十五页，共97页。 增色(zn s)效应DNA的紫外吸收光谱(x shu un p)第85页/共96页第八十六页，共97页。2. 复性(f xn)与杂交第86页/共96页第八十七页，共97页。DNA复性(f xn)退火(tu hu)淬火(cu hu)第87页/共96页第八十八页，共97页。第88页/共96页第八十九页，共97页。DNA-DNA杂交(zjio

25、)双链分子变性 复性 不同来源(liyun)的DNA分子第89页/共96页第九十页，共97页。 核酸(h sun)的杂交第90页/共96页第九十一页，共97页。第91页/共96页第九十二页，共97页。第92页/共96页第九十三页，共97页。第93页/共96页第九十四页，共97页。思考题第94页/共96页第九十五页，共97页。第95页/共96页第九十六页，共97页。NoImage内容(nirng)总结会计学。DNA遗传物质。碱基的酮式一烯醇式互变异构现象。嘧啶核甘中嘧啶碱基对核糖的取向只有反式构象。嘌呤核甘中嘌呤碱基对核糖的取向有顺式和反式两种构象。D2脱氧核糖。将RNA反转录成cDNA后再用DNA测序法测序。相邻碱基平面间的距离为 0.34nm，夹角为36。DNA双螺旋中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数。DNA分子绝大部分用于编码(bin m)蛋白质，非编码(bin m)区通常包含控制基因表达的顺序。谢谢第九十七页，共97页。