生物化學(xué)課件6核酸PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1生物化學(xué)課件生物化學(xué)課件6核酸核酸 概述 核酸的一級結(jié)構(gòu)與序列分析 DNA的高級結(jié)構(gòu) DNA遺傳物質(zhì) DNA的性質(zhì)主要內(nèi)容第1頁/共96頁核酸是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，在生物體內(nèi)負(fù)責(zé)生命信息的儲存和傳遞。分類：按其所含戊糖不同分為DNA和RNA。重要性：DNA是主要遺傳物質(zhì)，負(fù)責(zé)遺傳信息的貯存和發(fā)布。 RNA的功能多樣性，參與遺傳信息的表達(dá)。1. 核酸的概念及研究進(jìn)展第2頁/共96頁核酸研究史上的大事件 1868年，瑞士青年科學(xué)家 F.Miescher 從外科繃帶上膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離得到一種含磷較高的酸性物質(zhì)，稱之為核素（nuclein）。 1889年, Altmann

2、將其純化，把不含蛋白質(zhì)的物質(zhì)稱為核酸第3頁/共96頁核酸研究史上的大事件1943年 E .Chargaff 的工作推理出堿基配對的理論1944年 Avery等肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì) 1953年 Watson-Crick 建立了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型1958年 Crick 提出遺傳信息傳遞的中心法則1968年 M.W.Niberg 發(fā)現(xiàn)遺傳密碼 1975年 H.M.Temin 和 D.Baltimore 發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶 1981年 W.Gilbert 和 F.Sanger 建立 DNA測序方法 1985年 PCR技術(shù)的發(fā)明 1990年 美國啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃( HGP ) 1994年

3、 中國人類基因組計(jì)劃啟動(dòng) 2001年 美、英等國完成人類基因組計(jì)劃基本框架第4頁/共96頁DNA：-D-2-脫氧核糖 A、G、C、TRNA：-D-核糖 A、G、C、U 核 酸（RNA、DNA）核苷酸磷酸核苷戊糖堿基核糖（RNA）脫氧核糖（DNA）嘌呤嘧啶腺嘌呤 鳥嘌呤 胞嘧啶 胸腺嘧啶 尿嘧啶 第5頁/共96頁戊 糖OHHOHHOHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHHOHHD-核糖D-2-脫氧核糖DNA含脫氧核糖RNA含核糖第6頁/共96頁NNH132456 嘧 啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶(thy

4、mine, T)NHNHOOCH3第7頁/共96頁嘌 呤(purine)NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鳥嘌呤(guanine, G)第8頁/共96頁 核酸中除了5類基本的堿基外，還有一些含量甚少的堿基，稱為稀有堿基。組成核酸的稀有堿基：Im5Chm5CDHUNNNNONNNH2OCH3次黃嘌呤5-甲基胞嘧啶5-羥甲基胞嘧啶二氫尿嘧啶 第9頁/共96頁正常生理?xiàng)l件下，主要以酮式結(jié)構(gòu)形式存在。第10頁/共96頁核 苷 (ribonucleoside)堿基和核糖（脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）;糖環(huán)上的第 1位C原子與嘌呤

5、第9位N原子或嘧啶第1位N原子相連，堿基平面與戊糖平面互相垂直。OHOCH2OHOHNNNH2O11第11頁/共96頁胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2第12頁/共96頁嘧啶核甘中嘧啶堿基對核糖的取向只有反式構(gòu)象嘌呤核甘中嘌呤堿基對核糖的取向有順式和反式兩種構(gòu)象第13頁/共96頁核苷酸 (ribonucleotide)POOOHOHOCH2OHOHNNNH2O第14頁/共96頁核糖核苷的糖環(huán)上有三個(gè)（5、3、2）游離的羥

6、基，可以形成三種核苷酸；脫氧核糖核苷酸有兩個(gè)（5、3）游離羥基，形成兩種核苷酸。但天然的只發(fā)現(xiàn)5連接磷酸的核苷酸， 5 -核苷酸是核酸的基本單位。OBOH OHOH2CPOHHOOB=腺嘌呤，鳥嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶或胸腺密啶核糖核苷酸 OH2CPOHHOOOBOH脫氧核糖核苷酸第15頁/共96頁核苷酸：AMP、GMP、UMP、CMP脫氧核苷酸：dAMP、dGMP、dTMP、dCMP 第16頁/共96頁 ADPAMPATPNNNCHCCHNCOPOOPPOOOHHHOHOHHCCHOHOOHOHOHOCH2NH212354第17頁/共96頁第18頁/共96頁第19頁/共96頁核酸的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第20

7、頁/共96頁3, 5 磷酸二酯鍵第21頁/共96頁自由的 5 磷酸基團(tuán)自由的3 OH第22頁/共96頁A G P5 P T PG PC PT P OH 3 5 pApGpTpGpCpT-OH 3 5 A G T G C T 3 書寫及閱讀方向：從5端（左側(cè)）到3端（右側(cè)），ApG 表示(A-3)- P (5-G) 。第23頁/共96頁 第24頁/共96頁DNA(脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸)RNA（核糖核酸）（核糖核酸）分布分布98%于細(xì)胞核中，于細(xì)胞核中，少量存于線粒體和少量存于線粒體和葉綠體中葉綠體中90%cell質(zhì)中，質(zhì)中，10%細(xì)胞細(xì)胞核中，核中，tRNA 15%，mRNA 5%, rRN

8、A 80%生物生物功能功能遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，儲遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，儲存和傳遞遺傳信息存和傳遞遺傳信息基因表達(dá)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)基因表達(dá)，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，生物催化合成，生物催化,有時(shí)有時(shí)RNA也是遺傳物質(zhì)也是遺傳物質(zhì)核糖核糖D2脫氧核糖脫氧核糖D核糖核糖堿基堿基A、C、G、TA、C、G、U磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸核酸的分布及功能第25頁/共96頁核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞漿小胞漿小RNA 細(xì)胞核和胞液細(xì)胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/

9、7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNA核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA核內(nèi)小核內(nèi)小RNA胞漿小胞漿小RNA 細(xì)胞核和胞液細(xì)胞核和胞液線粒體線粒體功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質(zhì)

10、合成模板蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸成熟成熟mRNA的前體的前體參與參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)rRNA的加工、修飾的加工、修飾蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成的信號識別體的組分的信號識別體的組分核仁小核仁小RNARNA的分類及功能第26頁/共96頁紫外吸收特性可以鑒定核酸樣品的純度第27頁/共96頁 2 第28頁/共96頁1. DNA一級結(jié)構(gòu)：4種脫氧核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMP按照一定的排列順序通過磷酸二酯鍵連接而成的沒有分支的多核苷酸鏈。第29頁/共96頁 DNA堿基組成的特點(diǎn):v 具有種的特異性;v 沒有器官和組織的特異性；v 年齡、營養(yǎng)狀況、環(huán)

11、境的改變不影響DNA的堿基組成；v DNA的堿基組成符合堿基摩爾比例規(guī)律。第30頁/共96頁 DNA堿基摩爾比例規(guī)律第31頁/共96頁第32頁/共96頁Sanger法的程序第33頁/共96頁第34頁/共96頁第35頁/共96頁第36頁/共96頁第37頁/共96頁vmRNA的穩(wěn)定性維系：作為一種保護(hù)裝置將mRNA 5端封閉起來，可使mRNA免受核酸外切酶的水解破壞；v翻譯起始的調(diào)控：作為蛋白質(zhì)合成起始的辨認(rèn)信號，啟動(dòng)和加速翻譯過程。v mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位第38頁/共96頁帽子結(jié)構(gòu)第39頁/共96頁第40頁/共96頁 2. tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第41頁/共96頁第42頁/共96頁第43頁/

12、共96頁第44頁/共96頁1. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景 堿基組成分析 Chargaff 規(guī)則：A = T G C 堿基的理化數(shù)據(jù)分析 A-T、G-C以氫鍵配對較合理 DNA纖維的X-射線衍射圖譜分析 第45頁/共96頁2. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) DNA分子由兩條方向相反多聚脫氧核糖核苷酸鏈沿著同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)。其中一條鏈的方向?yàn)?3，而另一條鏈的方向?yàn)?5。第46頁/共96頁2. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) 疏水堿基于螺旋的內(nèi)側(cè)，親水的磷酸基和脫氧核糖以磷酸二酯鍵相連成的骨架位于外側(cè)；雙螺旋的直徑為2nm，沿中心軸形成大溝和小溝交替出現(xiàn)第47頁/共96頁2. DNA雙

13、螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) 堿基呈平面狀，與中心軸垂直；相鄰堿基平面間的距離為 0.34nm，夾角為36；每10對核苷酸繞中心軸旋轉(zhuǎn)一圈，故螺旋的螺距為 3.4nm。第48頁/共96頁2. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) 兩條鏈堿基對之間形成氫鍵，堿基的相互結(jié)合具有嚴(yán)格的配對規(guī)律，即AT、GC配對。A和T之間形成兩個(gè)氫鍵，G與C之間形成三個(gè)氫鍵。第49頁/共96頁第50頁/共96頁堿基配對第51頁/共96頁v兩條DNA鏈之間形成的氫鍵。v堿基堆積力：由于雙螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成的疏水區(qū)，消除了介質(zhì)中水分子對堿基之間氫鍵的影響。v介質(zhì)中的陽離子（如Na+、K+和Mg2+）中和了磷酸基團(tuán)的負(fù)電荷，降低了DNA鏈之間的排

14、斥力、范德華力等。v改變介質(zhì)條件和環(huán)境溫度，將影響雙螺旋的穩(wěn)定性。第52頁/共96頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) DNA，雙螺旋，正反向，互補(bǔ)鏈。 A對T，GC連， 配對時(shí)， 成氫鍵。 十堿基，轉(zhuǎn)一圈，螺距34點(diǎn)中間。 堿基力和氫鍵，維持螺旋結(jié)構(gòu)堅(jiān)。 第53頁/共96頁DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性Watson和Crick所提出的模型稱為B-DNA, B型是最穩(wěn)定的構(gòu)型第54頁/共96頁第55頁/共96頁1957年發(fā)現(xiàn)在基因的調(diào)控區(qū)或染色質(zhì)的 重組部位有DNA的三螺旋結(jié)構(gòu)第56頁/共96頁第57頁/共96頁螺旋。第58頁/共96頁第59頁/共96頁第60頁/共96頁三種環(huán)狀分子具有相同結(jié)構(gòu)，但L值不同，稱為拓?fù)?/p>

15、異構(gòu)體。自然界存在的所有超螺旋DNA分子都是最初纏繞不足形成的負(fù)超螺旋第61頁/共96頁真核生物內(nèi)，DNA以致密形式存在于細(xì)胞核的染色體中。染色體的基本單位是核小體核小體：DNA和組蛋白共同構(gòu)成核心組蛋白：4種組蛋白(H2A , H2B , H3 ,H4)形成的8聚體DNA：以負(fù)超螺旋纏繞在核心組蛋白上H1在核小體之間起連接作用染色體的基本單位是核小體(nucleosome)第62頁/共96頁核小體的串珠狀結(jié)構(gòu) 第63頁/共96頁第64頁/共96頁發(fā)夾式結(jié)構(gòu) A-U, C-G配對 RNA分子中，部分區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，不能形成雙螺旋的部分，則形成突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)可以形象地稱為“發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)。

16、第65頁/共96頁v 呈“三葉草” 形狀，一般可將其分為四臂四環(huán)：大致分為氨基酸臂、二氫尿嘧啶環(huán)、反密碼子環(huán)、額外環(huán)和TC環(huán)五部分 。 第66頁/共96頁tRNA三葉草結(jié)構(gòu)進(jìn)一步扭曲、折疊形成倒寫“”字母的三維結(jié)構(gòu)。第67頁/共96頁tRNA的二級結(jié)構(gòu)與倒結(jié)構(gòu)三葉草結(jié)構(gòu)第68頁/共96頁 rRNA的種類（根據(jù)沉降系數(shù)）：真核生物： 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA原核生物： 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA第69頁/共96頁第70頁/共96頁第71頁/共96頁v 特定的組織細(xì)胞的DNA數(shù)量是穩(wěn)定的，隨著組織的復(fù)雜，其數(shù)量逐漸增加;v 年齡

17、、營養(yǎng)狀況和環(huán)境的改變不影響DNA的數(shù)量和組成;v DNA堿基的組成具有種的特異性。第72頁/共96頁第73頁/共96頁第74頁/共96頁l基因組較小，形式多樣，可能是DNA，也可能是RNA，可能是單鏈,雙鏈的，閉環(huán)分子，線性分子；細(xì)菌染色體為環(huán)狀雙鏈DNA分子，與RNA和支架蛋白構(gòu)成致密區(qū)域，稱類核(nucleoid)。l功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因常常串連在一起，并轉(zhuǎn)錄在同一個(gè)mRNA分子中，稱為多順反子(polycistron)。lDNA分子絕大部分用于編碼蛋白質(zhì)，非編碼區(qū)通常包含控制基因表達(dá)的順序。l基因重疊是病毒基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。第75頁/共96頁真核生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單順反子(monocis

18、tron)，即一個(gè)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄、翻譯成一個(gè)mRNA分子，一條多肽鏈;存在大量重復(fù)序列，包括衛(wèi)星DNA、反向重復(fù)序列和較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)序列;基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域基因是不連續(xù)的，在真核生物結(jié)構(gòu)基因的內(nèi)部存在許多不編碼蛋白質(zhì)的間隔序列(intervening sequences)，稱為內(nèi)含子(intron)，編碼區(qū)則稱為外顯子(exon)?；蚪M遠(yuǎn)大于原核生物的基因組，具有許多復(fù)制起點(diǎn)，而每個(gè)復(fù)制子的長度較小。第76頁/共96頁核酸的降解指通過核酸酶或物理、化學(xué)的方法使核酸的3, 5磷酸二酯鍵斷裂，多聚核甘酸鏈變成小段寡聚核甘酸鏈。1. 降解與變性振蕩、攪拌、反復(fù)凍融等易導(dǎo)致DNA的降解第77頁/共96頁DNA的變性第78頁/共96頁第79頁/共96頁DNA的變性第80頁/共96頁v 低或高的pH值條件趨向影響DNA雙螺旋中氫鍵的形成，導(dǎo)致DNA的變性。 低離子濃度v 雙鏈DNA濃度過低，帶正電荷的物質(zhì)減少導(dǎo)致DNA 上帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)部分脫防護(hù)，使相連的磷酸基團(tuán)相互斥力增加，使DNA雙鏈分離。第81頁/共96頁 Tm：變性是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度范