核酸結構與功能ppt課件.ppt

第二章核酸的結構和功能 StructureandFunctionofNucleicAcid 1 核酸 nucleicacid 是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子 攜帶和傳遞遺傳信息 2 一 核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進展 1868年FridrichMiescher從膿細胞中提取 核素 1944年Avery等人證實DNA是遺傳物質1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結構1965年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼1970年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉錄酶1981年Gilbert和Sanger建立DNA測序方法1985年Mullis發(fā)明PCR技術1990年美國啟動人類基因組計劃 HGP 1994年中國人類基因組計劃啟動2001年美 英等國完成人類基因組計劃基本框架 3 二 核酸的分類及分布 4 第一節(jié)核酸的化學組成及其一級結構TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid 5 核酸的化學組成 1 元素組成C H O N P 9 10 6 嘌呤 purine 腺嘌呤 adenine A 鳥嘌呤 guanine G 堿基 7 嘧啶 pyrimidine 胞嘧啶 cytosine C 尿嘧啶 uracil U 胸腺嘧啶 thymine T 8 堿基的互變異構 酮式 烯醇C OC OHNN氨基 亞氨基C NH2C NH2 HNHN受介質pH影響 9 戊糖 10 核苷 AR GR UR CR脫氧核苷 dAR dGR dTR dCR 一 核苷酸的結構 11 核苷酸 AMP GMP UMP CMP脫氧核苷酸 dAMP dGMP dTMP dCMP 12 電腦模型圖簡化式 酯鍵 糖苷鍵 13 體內重要的游離核苷酸及其衍生物 含核苷酸的生物活性物質 NAD NADP CoA SH FAD等都含有AMP 多磷酸核苷酸 NMP NDP NTP 環(huán)化核苷酸 cAMP cGMP AMP ADP ATP cAMP 14 C G A 15 二 核酸的一級結構 定義核酸中核苷酸的排列順序 由于核苷酸間的差異主要是堿基不同 所以也稱為堿基序列 16 書寫方法 5 pApCpTpGpCpT OH3 5 ACTGCT3 目錄 17 第二節(jié)DNA的空間結構與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA 18 DNA的二級結構 雙螺旋結構DNA雙螺旋結構的研究背景和歷史意義DNA雙螺旋結構模型要點DNA的超螺旋結構及其在染色質中的組裝DNA的超螺旋結構原核生物DNA的高級結構DNA在真核生物細胞核內的組裝DNA的功能 19 一 DNA的二級結構 雙螺旋結構 20 一 DNA雙螺旋結構的研究背景和歷史意義 目錄 21 Chargaff規(guī)則任何一種生物中各堿基相對比例相同即 A T G C 不同生物的DNA 其堿基組成不同 同一個體不同器官 組織的DNA 其堿基組成相同 DNA雙螺旋結構發(fā)現(xiàn)的歷史意義 揭示了生物體遺傳信息儲存及表達的分子機制開創(chuàng)了現(xiàn)代分子生物學是生物學發(fā)展史上的里程碑 22 二 DNA雙螺旋結構模型要點 Watson Crick 1953 DNA分子由兩條相互平行但走向相反的脫氧多核苷酸鏈組成 兩鏈以 脫氧核糖 磷酸 為骨架 以右手螺旋方式繞同一公共軸盤 螺旋直徑為2nm 形成大溝 majorgroove 及小溝 minorgroove 相間 目錄 23 二 DNA雙螺旋結構模型要點 Watson Crick 1953 堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內側 與對側堿基形成氫鍵配對 互補配對形式 A T G C 相鄰堿基平面距離0 34nm 螺旋一圈螺距3 4nm 一圈10對堿基 目錄 24 堿基互補配對 T A G C 25 26 27 二 DNA雙螺旋結構模型要點 Watson Crick 1953 氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性 堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性 目錄 28 三 DNA雙螺旋結構的多樣性 目錄 29 B 30 31 32 33 二 DNA的超螺旋結構及其在染色質中的組裝 一 DNA的超螺旋結構 超螺旋結構 superhelix或supercoil DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結構 正超螺旋 positivesupercoil 盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同 負超螺旋 negativesupercoil 盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反 34 意義DNA超螺旋結構整體或局部的拓撲學變化及其調控對于DNA復制和RNA轉錄過程具有關鍵作用 35 二 原核生物DNA的高級結構 36 三 DNA在真核生物細胞核內的組裝 真核生物染色體由DNA和蛋白質構成 其基本單位是核小體 nucleosome 核小體的組成DNA 約200bp組蛋白 H1H2A H2BH3H4 37 38 39 三 DNA的功能 DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息 并作為基因復制和轉錄的模板 它是生命遺傳的物質基礎 也是個體生命活動的信息基礎 基因從結構上定義 是指DNA分子中的特定區(qū)段 其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能 40 第三節(jié)RNA的結構與功能 StructureandFunctionofRNA 41 RNA的種類 分布 功能 42 一 信使RNA的結構與功能 內含子 intron mRNA成熟過程 外顯子 exon 目錄 43 mRNA結構特點 1 大多數(shù)真核mRNA的5 末端均在轉錄后加上一個7 甲基鳥苷 同時第一個核苷酸的C 2也是甲基化 形成帽子結構 m7GpppNm 2 大多數(shù)真核mRNA的3 末端有一個多聚腺苷酸 polyA 結構 稱為多聚A尾 44 帽子結構 45 mRNA核內向胞質的轉位mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調控 帽子結構和多聚A尾的功能 帽結合蛋白 CBPs polyA結合蛋白 PAB 46 mRNA的功能把DNA所攜帶的遺傳信息 按堿基互補配對原則 抄錄并傳送至核糖體 用以決定其合成蛋白質的氨基酸排列順序 47 tRNA的一級結構特點含10 20 稀有堿基 如DHU3 末端為 CCA OH5 末端大多數(shù)為G具有T C 二 轉運RNA的結構與功能 48 N N二甲基鳥嘌呤 N6 異戊烯腺嘌呤 雙氫尿嘧啶 4 巰尿嘧啶 稀有堿基 49 tRNA的二級結構 三葉草形氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)額外環(huán)T C環(huán) 氨基酸臂 額外環(huán) 50 tRNA的三級結構 倒L形 tRNA的功能活化 搬運氨基酸到核糖體 參與蛋白質的翻譯 51 rRNA的結構 三 核蛋白體RNA的結構與功能 rRNA的功能參與組成核蛋白體 作為蛋白質生物合成的場所 52 rRNA的種類 根據(jù)沉降系數(shù) 真核生物5SrRNA28SrRNA5 8SrRNA18SrRNA 原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA 53 核蛋白體的組成 54 四 其他小分子RNA及RNA組學 除了上述三種RNA外 細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA 統(tǒng)稱為非mRNA小RNA smallnon messengerRNAs snmRNAs snmRNAs 55 snmRNAs的種類核內小RNA核仁小RNA胞質小RNA催化性小RNA小片段干涉RNA snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的加工和轉運 56 RNA組學研究細胞中snmRNAs的種類 結構和功能 同一生物體內不同種類的細胞 同一細胞在不同時間 不同狀態(tài)下snmRNAs的表達具有時間和空間特異性 RNA組學 57 核酸和蛋白質的比較 58 核酸的理化性質ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid 第四節(jié) 目錄 59 60 1 DNA或RNA的定量OD260 1 0相當于50 g ml雙鏈DNA40 g ml單鏈DNA 或RNA 20 g ml寡核苷酸2 判斷核酸樣品的純度DNA純品 OD260 OD280 1 8RNA純品 OD260 OD280 2 0 OD260的應用 目錄 61 二 DNA的變性 denaturation 定義 在某些理化因素作用下 DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程 方法 過量酸 堿 加熱 變性試劑如尿素 酰胺以及某些有機溶劑如乙醇 丙酮等 變性后其它理化性質變化 OD260增高粘度下降比旋度下降浮力密度升高酸堿滴定曲線改變生物活性喪失 目錄 62 DNA變性的本質是雙鏈間氫鍵的斷裂 63 例 變性引起紫外吸收值的改變 DNA的紫外吸收光譜 增色效應 DNA變性時其溶液OD260增高的現(xiàn)象 目錄 64 熱變性 解鏈曲線 如果在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對A260 absorbance A A260代表溶液在260nm處的吸光率 值作圖 所得的曲線稱為解鏈曲線 目錄 65 Tm 變性是在一個相當窄的溫度范圍內完成 在這一范圍內 紫外光吸收值達到最大值的50 時的溫度稱為DNA的解鏈溫度 又稱融解溫度 meltingtemperature Tm 其大小與G C含量成正比 目錄 66 三 DNA的復性與分子雜交 DNA復性 renaturation 的定義在適當條件下 變性DNA的兩條互補鏈可恢復天然的雙螺旋構象 這一現(xiàn)象稱為復性 減色效應DNA復性時 其溶液OD260降低 熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復性 這一過程稱為退火 annealing 目錄 67 在DNA變性后的復性過程中 如果將不同種類的DNA單鏈分子或RNA分子放在同一溶液中 只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對關系 在適宜的條件 溫度及離子強度 下 就可以在不同的分子間形成雜化雙鏈 heteroduplex 這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與DNA之間形成 也可以在DNA和RNA分子間或者RNA與RNA分子間形成 這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交 核酸分子雜交 hybridization 68 69 DNA DNA雜交雙鏈分子 不同來源的DNA分子 70 71 核酸分子雜交的應用 研究DNA分子中某一種基因的位置定兩種核酸分子間的序列相似性檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否是基因芯片技術的基礎 72 探針 在核酸雜交的基礎上發(fā)展起來的一種用于研究核酸和基因診斷的新技術稱為探針技術 探針 單鏈的核苷酸聚合體標記后 就可以稱為探針 73 第五節(jié)核酸酶Nuclease 74 核酸酶是指所有可以水解核酸的酶依據(jù)底物不同分類DNA酶 deoxyribonuclease DNase 專一降解DNA RNA酶 ribonuclease RNase 專一降解RNA 依據(jù)切割部位不同核酸內切酶 分為限制性核酸內切酶和非特異性限制性核酸內切酶 核酸外切酶 5 3 或3 5 核酸外切酶 75 參與DNA的合成與修復及RNA合成后的剪接等重要基因復制和基因表達過程負責清除多余的 結構和功能異常的核酸 同時也可以清除侵入細胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收體外重組DNA技術中的重要工具酶 生物體內的核酸酶負責細胞內外催化核酸的降解 核酸酶的功能 76 核酶 催化性DNA DNAzyme 人工合成的寡聚脫氧核苷酸片段 也能序列特異性降解RNA 催化性RNA ribozyme 作為序列特異性的