核酸高級結構

1、關于核酸的高級結構第一張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 概 述第二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究歷程 第三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1868年，瑞士的一位年輕的科學家 Fridrich Miescher（1844-1895） 從外科繃帶上膿細胞的細胞核中分 離出一種有機物質，它的含磷量超 過了當時發(fā)現(xiàn)的任何有機化合物，并有很強的酸性，由于該物質是從細胞核中分離出來的，因此當時就稱它為“核素”（nuclein），Miescher所分離到的核素就是我們今天所指的脫氧核糖核蛋白。 1889年， Altmann首先制備了不含

2、蛋白質的核酸制品，因為是從細胞核中分離出來的酸性物質，所有叫核酸（nucleic acid）。 第四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月后來，研究發(fā)現(xiàn)細胞質、線粒體、葉綠體、無核結構的細菌和沒有細胞結構的病毒都含有核酸，從此“核酸”這一名稱保留并一直沿用至今。核酸作為生物體的一種化學物質，早期的研究僅限于它的化學組成。雖然早在20世紀40年代，人們已經知道DNA是由四種核苷酸組成的多聚體長鏈，但也只是將它看作細胞中的一般化學成分，且由于這四種核苷酸比較相像，化學結構看來也十分簡單，因此也沒有人注意到它的生物學功能。當時普遍認為，決定遺傳特性的物質是蛋白質。第五張，PPT共一百五十三頁

3、，創(chuàng)作于2022年6月1944年， Avery等人著名的肺炎雙球菌轉化實驗證實核酸是主要遺傳物質。見圖1952年，Hershey等人用同位素標記法研究T2噬菌體的感染作用，他們用32P標記噬菌體的DNA，用35S標記蛋白質，然后感染大腸桿菌。結果發(fā)現(xiàn)只有32P-DNA進入細菌細胞，35S蛋白質留在細胞外，進一步肯定了DNA的遺傳作用。1953年，Watson和Crick確定了DNA的雙螺旋結構，發(fā)現(xiàn)堿基互補配對原理，同時提出了DNA半保留復制假說。第六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月基礎知識野生型肺炎雙球菌(Strep-tococcus pneumoniae)菌落為光滑型，一種突

4、變型為粗糙型，兩者根本差異在于莢膜形成；莢膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性；不同抗原型是遺傳的、穩(wěn)定的，一般情況下不發(fā)生互變。莢膜菌落毒性類型光滑型S發(fā)達光滑有I, II, III粗糙型R無粗糙無I, II第七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1944年，Avery的轉換轉化實驗orand可分離第八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1968年， Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼。1975年， Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉錄酶。1981年， Gilbert和Sanger建立DNA 測序方法。同年，Cech發(fā)現(xiàn)四膜蟲rRNA前體能夠通過自我拼接切除內含子，表明RN

5、A也具有催化功能，稱為核酶(ribozyme),這是對“酶一定是蛋白質”傳統(tǒng)觀點的一次大的沖擊。1983年，Simons和Mizuno等分別發(fā)現(xiàn)了反義RNA(antisense RNA)，表明RNA還具有調節(jié)功能。第九張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1985年， Mullis發(fā)明PCR(Polymerase Chain Reaction)技術,即聚合酶鏈式反應。此項技術是模仿DNA在生物體內的自然復制過程,來擴增DNA片段。1986年，Gilbert提出“RNA世界”的假說。這一假說認為，在40億年前的太古代，地球上就已經誕生了RNA自我復制系統(tǒng)“RNA世界”。之后，RNA不但能

6、進行有機物合成，而且還能與原始地球上出現(xiàn)的蛋白質相互作用，迎來了它們的共生時代“RNA-蛋白質世界”，最終逐漸形成原始生命。第十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月后來，RNA將大多數(shù)催化功能交給更高活性的蛋白質，將遺傳信息傳遞功能交給了在化學性質上更穩(wěn)定的DNA，久而久之，才演變成現(xiàn)在的生物世界，也就是“DNA世界”。1990年， 美國政府出資30億美元，用15年的時間完成人類基因組計劃(human genome project,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。2003年4月14日，人類基因組計劃勝利完成。第十一張，P

7、PT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 核酸（nucleic acid）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。二、核酸的概念第十二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月三、核酸的種類與分布根據(jù)核酸的化學組成可分為：1.脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid，DNA）部位：細胞核（98%）、線粒體、葉綠體功能：是遺傳的物質基礎。能攜帶遺傳信息，決定C和個體的基因型。2. 核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）部位：主要細胞質 功能：參與C內DNA遺傳信息的表達。在少數(shù)物種如某些病毒中也可作為遺傳信息的載體。 第十三張，PPT共一百五十

8、三頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA又可根據(jù)分子大小和生物學功能不同，分為:信使核糖核酸（messenger RNA，mRNA）轉運核糖核酸（Transfer RNA，tRNA）核糖體核糖核酸（Ribosomal RNA，rRNA）第十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月rRNAtRNAmRNA比例8082151635沉降系數(shù)原核：5S、16S、23S；真核：5S、18S、28S、5.8S4S625S代謝穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定不穩(wěn)定存在形式與多種蛋白質形成核糖核蛋白體，位于粗面內質網(wǎng)上或以單體形式存在與氨基酸結合或以游離狀態(tài)存在與核糖體結合或單獨存在存在部位細胞質細胞質細胞質生理功能蛋白質合成

9、的場所在蛋白質合成過程中運輸活化的氨基酸蛋白質合成的模板第十五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié)核酸的化學組成The Chemical Component of Nucleic Acid第十六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月戊糖含N堿基一、 核酸的水解核酸核苷酸 水解 磷酸嘧啶堿嘌呤堿核苷核糖 （戊糖）脫氧核糖 (脫氧戊糖)1、核酸的徹底水解：第十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月核酸的基本構成核酸Nucleic acid核苷酸Nucleotide核苷Nucleoside 堿基Base 核糖Ribose 脫氧核糖Deoxyribose 嘧啶堿Pur

10、ine bases胸腺嘧啶thymine胞嘧啶cytosine尿嘧啶uracil嘌呤堿Pyrimidine bases腺嘌呤adenine鳥嘌呤guanine磷酸phosphoric acid戊糖pentose第十八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2、核酸的化學組成 1）元素組成C、H、O、N、P（910%）2）分子組成 堿基(base)：嘌呤堿、嘧啶堿 戊糖(ribose)：核糖、脫氧核糖 磷酸(phosphate)第十九張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月二. 戊糖和堿基的結構第二十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 (一) 戊糖DNA：戊糖為-D-2脫

11、氧核糖RNA：戊糖為-D-核糖。第二十一張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（構成RNA）12345核糖(ribose)（構成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)第二十二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(二) 堿基（base）第二十三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1.嘌呤 (purine) 腺嘌呤(adenine, A)鳥嘌呤(guanine, G)第二十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶(uracil, U)胸腺嘧啶(thymine, T)第二十五張，PPT共一百

12、五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月含氧的堿基有烯醇式和酮式兩種互變異構體，在生理 pH條件下主要以酮式存在。體內核酸大分子中的堿基也以酮式存在。尿嘧啶的互變異構作用如下：酮式烯醇式OHOH第二十六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月注意：嘌呤和嘧啶中均含有共軛雙鍵，因此對 260nm波長的紫外線有特異吸收峰。第二十八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月三、核苷的形成核苷是由戊糖與含氮堿基經脫水縮合而生成的化合物（糖苷）。由堿基和核糖或脫氧核糖通過糖苷鍵連接而成。連接部位：糖的C-1，嘌呤-N9，嘧啶-N1。第二十九張，PPT

13、共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月核苷：用單字符號（A, G, U, C）表示脫氧核苷：在單字符號前加一小寫得d （dA, dG, dT, dC）在大多數(shù)情況下，核苷是由核糖或脫氧核糖的C1-羥基與嘧啶堿N1或嘌呤堿N9進行縮合，故生成的化學鍵稱為，N糖苷鍵由堿基和核糖（脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。11 核苷的表示方法第三十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月嘧啶堿： C1 N1，嘌呤堿： C1 N9。核酸中的核苷與脫氧核苷均為-型堿基平面與核糖平面互相垂直第三十一張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月腺苷(A) 脫氧胞苷(dC)1,N9-糖苷鍵 1,N1

14、-糖苷鍵11N-9N-1第三十二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月四、 核苷酸的結構與命名第三十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1.核苷酸: 核苷（脫氧核苷）和磷酸脫水縮合后生成的磷酸酯類化合物，以磷酸酯鍵連接形成。即核苷的磷酸酯。包括核苷酸和脫氧核苷酸。 H磷酸脫氧胞苷(dC) H2O磷酸酯鍵第三十五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月核苷酸的分子結構第三十六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.生物體內多為5，- 核苷酸，即P基團位于糖的C-5，上。第三十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作

15、于2022年6月3. 5-核苷酸又可按其在5位縮合的磷酸基的多少，分為一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。 第三十八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十九張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4.有些核酸中還含有稀有堿基，這些堿基大多是在上述嘌呤或嘧啶堿的不同部位甲基化或進行其它的化學修飾而形成的衍生物。，第四十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月核苷酸與脫氧核苷酸第四十一張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5.核苷酸還有環(huán)化的形式。它們主要是3，5環(huán)化腺苷酸 (cAMP, adenosine 3, 5cyclic monophosphat

16、e)3，5環(huán)化鳥苷酸 (cGMP, guanosine 3，5cyclic monophosphate)環(huán)化核苷酸在細胞內代謝的調節(jié)和跨細胞膜信號中起著十分重要的作用。第四十二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5端3端6、核苷酸的連接 核酸是由許多單核苷酸聚合形成的多核苷酸鏈，沒有分支。核苷酸之間以3，5磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈。核苷酸鏈的方向是53。CGA第四十三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 3，5- 磷酸二酯鍵 3，5- 磷酸二酯鍵是由一個核苷酸的5位磷酸與另一個核苷酸的3-OH 形成的。5端3端CGA第四十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月

17、由相間排列的戊糖和磷酸構成核酸大分子的主鏈。代表其特性的堿基則可以看成是有次序的鏈接在其主鏈上的側鏈基團。主鏈上的磷酸基是酸性的，在細胞的pH條件下帶負電荷；而嘌呤和嘧啶堿基相對不溶于水而具有疏水性質。5端3端CGA第四十五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月注意：1.由于生物體中主要為游離的5-磷酸核糖 (即用于合成核酸的單核苷酸為5核苷酸)，因此，核苷酸鏈的合成方向是由5 3。2.DNA、RNA均構成不分支的線性大分子，其中磷酸基和(脫氧)戊糖基構成DNA、RNA鏈的骨架，可變部分是堿基排列順序。5端3端CGA5端3端CGA第四十六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第

18、四十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) DNA的結構Structure of DNA第四十八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA的一級結構: 基本結構DNA的二級結構 空間結構DNA的三級結構第四十九張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月一、 DNA的一級結構概念： 核酸中4種核苷酸的連接及排列順序。 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。第五十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(一)基因和基因組基因：DNA分子中的某一區(qū)段，經復制可傳給子代，經轉錄和翻譯往往可合成蛋白質?；蚪M（genome）：一個生物體的全部基因序列。

19、人的基因組約有30億bp。第五十一張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(二)原核生物和真核生物DNA一級結構的比較第五十二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1.原核生物DNA一級結構的特點(1)原核生物的基因組??；(2)結構相對簡單；(3)基因為連續(xù)的DNA片段。第五十三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2.真核生物DNA一級結構的特點第五十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(1)大量重復序列：根據(jù)重復次數(shù)的多少分為：高度重復序列：可重復幾百萬次，多數(shù)為小于10bp的短序列。一般位于異染色質上，多數(shù)不編碼蛋白質或RNA，可能與染色體結構的形成及基

20、因表達的調控有關。中度重復序列：在DNA分子中可重復幾十次到幾千次，主要rRNA、tRNA基因和某些蛋白質基因屬于此類。單考貝序列：在整個DNA分子中質出現(xiàn)一次或少數(shù)幾次，主要是編碼蛋白質的結構基因，主要轉錄mRNA。在人體細胞中約占DNA總數(shù)的一半。第五十五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(2)基因的不連續(xù)性真核結構基因的兩側，存在一些不被轉錄的非編碼序列，它們多為調控區(qū)。而基因內部也有很多非編碼序列，稱內含子。相應的，編碼序列稱外顯子。第五十六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月斷裂基因-真核生物結構基因，由若干個編碼區(qū)和非編碼區(qū)互相間隔開但又連續(xù)鑲嵌而成，去除非編

21、碼區(qū)再連接后，可翻譯出由連續(xù)氨基酸組成的完整蛋白質，這些基因稱為斷裂基因(splite gene) 。 CABD編碼區(qū) A、B、C、D(外顯子)非編碼區(qū)(內含子)第五十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月外顯子(exon)和內含子(intron) 外顯子在斷裂基因及其初級轉錄產物上出現(xiàn)，并表達為成熟RNA的核酸序列。內含子隔斷基因的線性表達而在剪接過程中被除去的核酸序列。 第五十八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月二、DNA的二級結構 DNA的二級結構是指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋結構。第五十九張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月研究背景: DN

22、A雙螺旋結構模型的提出，揭示了生物界遺傳性狀得以世代相傳的分子奧秘，標志著當代分子生物學的誕生，是科學史上最偉大的事件之一。（一） Watson和Crick 提出的雙螺旋結構第六十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 Watson和Crick將當時人們對于DNA分子特性的認識和獲得的各種數(shù)據(jù)在理論上綜合分析計算，經過刻苦努力，并充分發(fā)揮出超凡想象力，終于推論出這一模型。所以，他們在1962年獲諾貝爾獎時引用了牛頓的名言“我（們）之所以看得遠些，只因為站在巨人的肩膀上”。因此，這一模型也稱為“Watson-Crick結構模型”。他們主要的依據(jù)是什么呢？是下列三點：第六十一張，PPT共一

23、百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1. Chargaff規(guī)則：應用層析法對多種生物DNA的堿基組成進行了分析，發(fā)現(xiàn)：（1）在DNA中 A=T G=C。 這是Chargaff規(guī)則的主要內容。（2）不同生物種屬的DNA堿基組成不同。（3）同一個體不同器官、不同組織的DNA具有相同的堿基組成。2. 堿基間可以形成氫鍵 A、T之間可以生成兩個氫鍵，G、C之間可以生成三個氫鍵。研究氫鍵，可以幫助判斷DNA的構象，如當時已經了解的-螺旋。第六十三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第六十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA雙螺

24、旋結構模型主要內容：1.DNA分子是由兩條多核苷酸鏈圍繞一個共同的軸而形成的螺旋體；2.兩條鏈都是右手螺旋，它們的骨架均由脫氧核糖和磷酸組成；3.堿基對在螺旋內側，通過大溝和小溝可接近它們，脫氧核糖基和P基骨架在骨架外側；第六十五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4.整個螺旋體的直徑為2nm，螺距3.4nm，堿基平面距離0.34nm，即每個螺圈含10個螺旋。單股DNA鏈的方向取決于核苷酸單體間磷酸二酯鍵的走向，習慣上走向常是5 3，與之相對應的鏈必為由3 5 ，因此DNA分子中的兩條鏈反向平行。第六十六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 兩條鏈以堿基間氫鍵而連結。

25、A-T配對、形成二個氫鍵。 G-C配對、形成三個氫鍵。 -這稱為“堿基互補規(guī)律”。第六十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月堿基互補配對 TAGC第六十八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月6.DNA雙螺旋的維系： 橫向穩(wěn)定- 由互補堿基間氫鍵維系 縱向穩(wěn)定- 堿基平面間的疏水的堿基堆積力維系（通過相鄰堿基 - 電子形成的疏水作用）。注：從總能量上說，堿基堆積力占的能量比例更大些。 第六十九張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十一張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十二張，PPT共一百五十三頁

26、，創(chuàng)作于2022年6月（二）其它類型的DNA雙螺旋結構 DNA的Watson-Crick結構模型是最常見的，也是最穩(wěn)定的，稱為B-DNA。另外，還少量A-DNA及左旋的Z-DNA等。 在體內，不同構象的DNA在功能上有所差異，可能參與基因表達的調節(jié)和控制。 第七十三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月B-DNA：在相對濕度為92%時所得到的DNA鈉鹽纖維，這種DNA稱為-。A-DNA：在相對濕度為75%時所得到的DNA鈉鹽纖維，這種DNA稱為-。主要區(qū)別：B-DNA的堿基由脫氧核糖-磷酸骨架伸向螺旋的中心軸，堿基平面和軸垂直。A-

27、DNA的堿基平面相對于中心軸約有25的傾斜。第七十五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月Z-DNA的發(fā)現(xiàn)1979年Rich和Wang對帶有簡單交替順序的DNA片段作了研究，發(fā)現(xiàn)該晶體中的兩分子可通過Watson-Crick堿基配對，形成一種明顯而獨特的左旋雙螺旋規(guī)則結構，而且通過相鄰片段頂端的相互銜接，可形成無限長度的反向平行雙股左手螺旋，因為其核糖-磷酸骨架中磷酸基走向呈“Z”字形鋸齒狀結構，故定名為Z-DNA。第七十六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月Z-DNA的結構特征B-DNA是一個整齊的螺旋結構，Z-DNA卻近似圓柱形。在B-DNA中，堿基對沿螺旋軸的平均距離為

28、3.4A，每隔10個堿基對螺旋上升一圈，螺距為34A，而Z-DNA中，堿基對雖仍以3.4A的間距進行堆砌，但由于它們相對于螺旋軸有7的傾斜，致使堿基對沿軸的間距變成3.7A，而螺旋圈里包含著12個堿基對，所以其螺距為44.6A。B-DNA的直徑為20A，而Z-DNA得只有18A。 Z-DNA具有更為細長的結構。第七十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月Z-DNA的結構特征從螺旋頂上往下看，Z-DNA的鳥嘌呤堿基呈六角對稱，鳥嘌呤殘基的咪唑部位和磷酸根構成圓柱形分子的外壁；與B-DNA不同的是：其磷酸根雖然位于螺旋外壁，但鳥嘌呤的位置靠近分子的中心，呈五角對稱。 與B-DNA相比，Z

29、-DNA的特征為：Z-DNA為左旋； 磷酸根的Z字形走向；Z-DNA的大溝消失，小溝加深。第七十八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月B-DNA螺旋結構的周圍是由糖基和磷酸基組成的雙螺旋骨架，大溝、小溝交替出現(xiàn)，大、小溝均有著光滑而連續(xù)的磷酸基組成的邊緣，溝的底部是堿基組成的凹面。Z-DNA不僅沒有大溝，而且由于鳥嘌呤的咪唑基和磷酸基構成一個圓形的凸面，致使這一部分還多少有些外翻，大溝相應消失；而在對應于B-DNA小溝的地方則形成一條深溝，順著分子軸延伸下去，這條溝有鋸齒形的磷酸根邊緣，溝兩邊磷酸根之間的間 距8.5A，深約9A，直達中心軸，小溝加 深。第七十九張，PPT共一百五十三

30、頁，創(chuàng)作于2022年6月Z-DNA的研究概況1981年，Rich等人用溴取代鳥嘌呤的第8位氫原子，使溴代的多聚CG穩(wěn)定地處于左旋狀態(tài)，并以其作為誘導物，從兔和鼠身上取得了左旋DNA抗體，將這種抗體用熒光化合物進行標記，發(fā)現(xiàn)它與果蠅唾腺染色體的許多部位結合，在顯微鏡下可看到染色體上有許多明亮的條帶，這說明在天然DNA中確有DNA處于左旋，后來發(fā)現(xiàn)在某些植物的細胞核及人類胎兒球蛋白基因等數(shù)十種基因中，也發(fā)現(xiàn)Z-DNA的存在，但含量很少，約占DNA總量的5%。第八十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月研究表明，Z-DNA構象出現(xiàn)在基因5端的調控區(qū)。如人類C-MYC（肌動蛋白基因）表達時，就

31、會在C-MYC基因的啟動子附近出現(xiàn)三個Z-DNA區(qū)域。因此，推出Z-DNA與基因的表達調控相關，但如果C-MYC轉錄停止，這些區(qū)域將快速回復到B-DNA。此外，發(fā)現(xiàn)組成Z-DNA的序列在原核生物中較為少見。Z-DNA的研究概況第八十一張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）DNA的可變構象除Z-DNA外，研究表明，因環(huán)境因素的改變、蛋白質的結合以及超螺旋張力的作用，某些特定的DNA片段還可能想出其他的可變DNA構型。如：十字形結構（cruciforms)三鏈DNA(intramolecular triplexes)四鏈DNA(quadruplexes)脫鏈DNA(slipped-s

32、trand DNA)平行鏈DNA(parallelstranded DNA)非配對DNA結構(unpaired DNA structures)第八十二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月十字形結構反向重復（5-3方向）部位兩條鏈之間的氫鍵斷開，鏈內互補的堿基之間重新形成氫鍵，形成兩個類似發(fā)夾的臂，臂的頂端有3-4個非配對堿基。十字形結構包含兩條特別長的DNA臂和 兩個相對較短的發(fā)夾形臂， 這樣構成“十字花”。第八十三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月這種形狀只有在低鹽條件下才能維持，因為低鹽條件下，磷酸根之間的靜電排斥將四條臂都分開了。在生理鹽溶液下，磷酸根被部分屏蔽，排

33、斥力有所下降，所以十字形結構變成了X型結構，臂與臂之間的角度也各有不同。十字形結構的形成條件第八十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月脫鏈DNA（簡稱S-DNA）形成部位：DNA的一個區(qū)域內有幾個核苷酸片段多次重復，就有機會用“滑脫”的方式形成堿基配對。形成過程：當序列重復部位解旋時，一個直接重復序列同另一個重復序列形成Watson-Crick堿基配對，這樣在對應鏈上就形成了兩個突出的環(huán)，堿基配對更有可能“滑脫”。影響因素：當直接重復區(qū)域被阻斷時，將明顯減少。第八十五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(CAG)n(CAG)n5533脫鏈結構第八十六張，PPT共一百五十三

34、頁，創(chuàng)作于2022年6月三、DNA的三級結構第八十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（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(positive supercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同 負超螺旋(negative supercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反 第八十八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月意義: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。 第八十九張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(二)原核生物

35、的超螺旋結構絕大多數(shù)原核生物DNA為雙鏈閉合環(huán)，并在此基礎上再次螺旋形成超螺旋。超螺旋結構：在雙螺旋的基礎上再盤繞成為麻花狀的超螺旋結構。第九十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十一張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）在真核生物染色質DNA的高級結構真核生物染色體由DNA和蛋白質構成，其基本單位是 核小體(nucleosome)。在真核生物中，雙螺旋的DNA分子圍繞蛋白質八聚體進行盤繞，從而形成特殊的串珠狀結構，稱為核小體。核小體結構屬于DNA的三級結構。第九十二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月組蛋白：H2A、H2B、H3、H4各兩分子 八聚體，直

36、徑約10nmDNA鏈：DNA鏈盤繞于八聚體表面1.75圈，約146bp第九十三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月四、DNA的功能基本功能：作為生物遺傳信息復制的模板和基因轉錄的模板，它是生命遺傳繁殖的物質基礎,也是個體生命活動的基礎?；颍篋NA分子中的某一區(qū)段，經復制可傳給子代，經轉錄和翻譯往往可合成蛋白質?；蚪M（genome）：一個生物體的全部基因序列。人的基因組約有30億bp。第九十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作

37、于2022年6月第四節(jié) RNA的結構Structure of RNA第九十八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月一、 RNA與DNA結構的比較1. RNA堿基組成特點是含有尿嘧啶(U)而不含胸腺嘧啶(T) ；2. 連接鍵及鏈的方向與DNA類似。3. 一般以單股鏈存在，但可以有局部二級結構及三級結構。在配對時，也遵守反向、互補等規(guī)則。 堿基配對發(fā)生于C和G與U和A之間。第九十九張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4. RNA堿基組成之間無一定的比例關系，且稀有堿基較多。如假尿嘧啶核苷及甲基化堿基等。5.RNA種類多，含量高，但分子量相對較小，僅有幾十指幾千個核苷酸。第一百張，

38、PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月螺旋的環(huán)狀突起第一百零一張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第一百零二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月二、各類RNA的結構特點第一百零三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(一) mRNA（信使RNA ）mRNA約占細胞總RNA的3%-5%，代謝活躍，壽命較短。作為蛋白質合成的(模板)，mRNA一般由結構基因轉錄而來。原核與真核的mRNA結構和生成有較大差異。第一百零四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月原核生物的mRNA是多順反子。順反子是通過順反測驗鑒定的遺傳功能單位，相當于一個編碼蛋白質的DNA序列加上

39、翻譯的起始和終止信號，也就是一個蛋白質的基因。通常將一種蛋白質的基因稱為結構基因。原核生物的結構基因無內含子，因此是連續(xù)的。真核生物的結構基因一般含有內含子，為不連續(xù)基因。目前研究過的真核生物的mRNA都是單順反子，只編碼一種蛋白質，其5端和3端各有一段非編碼區(qū).第一百零五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月原核生物的mRNA 是很不穩(wěn)定的。如大腸桿菌的mRNA的半衰期一般只有幾分鐘。因此原核生物的mRNA在其3端尚未完全合成之前，便開始從5端降解，或是在轉譯完畢之后，便立即降解。由于沒有形成細胞膜，mRNA的轉錄和轉譯是相互緊密配合，偶聯(lián)在一起的，當mRNA尚未轉錄完畢之前，就已經

40、開始轉譯，而且當有足夠的信息可供利用時，核蛋白體還要沿著增長的多核苷酸鏈移動，以合成蛋白質。一般認為，原核的mRNA轉錄之后，無需經過特殊的加工處理，而天然的mRNA即具有充分的生物學功能.第一百零六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月絕大多數(shù)真核細胞mRNA3端都有一段長約200個核苷酸的poly(A)。poly(A)(polyadenylic acid)是在轉錄后經poly(A)聚合酶的作用添加上去的。poly(A)聚合酶對mRNA專一,不作用于tRNA和rRNA.poly(A)的功能：與mRNA從細胞核到細胞質的轉移有關；與mRNA的半衰期有關,新合成的mRNA的ploy(A)

41、鏈較長,而衰老的mRNA則poly(A)鏈較短.第一百零七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第一百零八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月真核細胞mRNA5端還有一個特殊的5-m7G-5ppp5-Nm-3-P結構，稱為5端帽子結構(cap)，此中5端的鳥嘌呤N7被甲基化，鳥嘌呤核苷酸經焦磷酸與相鄰的一個核苷酸相連，形成5,5-磷酸二酯鍵。帽子結構的功能：它為與核糖體的結合提供了一個識別位點?？梢员ＷomRNA，防止它遭受來自5端外切核酸酶的水解。帽子結構可能是蛋白質合成的起始識別信號的一部分，與蛋白質合成的正確起始有關。第一百零九張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6

42、月在真核細胞中，初合成的mRNA和成熟的mRNA是不一樣的。前者是一種分子量很不均一的mRNA前體稱為不均一核RNA（hnRNA），在C內需經裂解、拼接和修飾才能成為成熟的mRNA進到細胞質中，發(fā)揮模板作用，指導蛋白質的生物合成。第一百一十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月mRNA與hnRNA在真核生物中，最初轉錄生成的RNA稱為不均一核RNA(hnRNA)，然而在細胞質中起作用，作為蛋白質的氨基酸序列合成模板的是mRNA。hnRNA是mRNA的未成熟前體。也就是說，hnRNA在轉變?yōu)閙RNA的過程中經過剪接，被去掉了一些片段，余下的片段被重新連接在一起。第一百一十一張，PPT共一

43、百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月hnRNA 內含子(intron)mRNA * mRNA成熟過程 外顯子(exon)目 錄第一百一十二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月三聯(lián)體密碼mRNA分子中每三個核苷酸為一組，決定一種氨基酸，稱為遺傳密碼(genetic code)或三聯(lián)體密碼。不同的mRNA堿基組成和排列順序都不同，但都只有A，G，C，U 4種堿基。如果一個堿基就可以決定一個氨基酸，則只有四種變化方式，如果兩個堿基決定一個氨基酸，則只有16種變化方式，都不能滿足20種氨基酸的需要。1961年Crick和Brenner的實驗得出了三個核苷酸編碼一個氨基酸的結論，并將這種三位一體的

44、核苷酸編碼稱做遺傳密碼或三聯(lián)體密碼。第一百一十三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月* 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。DNAmRNA蛋白轉錄翻譯原核細胞 細胞質細胞核DNA內含子外顯子轉錄轉錄后剪接轉運mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細胞 第一百一十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(二) tRNA（轉運RNA ）:約占細胞RNA總量的15%功能：在蛋白質合成中，作為將細胞中游離氨基酸轉移到蛋白質裝配鏈的一種載體。結構特點：1.含稀有堿基較多。2.二級結構為“三葉草”型。3.三級結構

45、為“倒L”型。第一百一十五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1、tRNA的一級結構tRNA的一級結構：是指tRNA分子中核苷酸的排列順序。第一百一十六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月tRNA的一級結構的特征：分子量在25Da左右，有74-93個核苷酸組成，大多數(shù)76個核苷酸組成的單鏈，沉降系數(shù)4S左右；堿基組成中有較多稀有堿基，每個tRNA 分子中至少有2個，多則19個；3端都為-pCpCpAOH,用來接受活化的氨基酸，稱為接受臂。5端大多為pG-，也有pC-。有十幾個位置上的核苷酸在幾乎所有的tRNA中都是不變的，為恒定核苷酸，在進化中極具保守性。如第8位的U，第1

46、8、19位的G等。這些恒定核苷酸對于維系三級結構和實現(xiàn)其生物功能起著重要的作用。第一百一十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月*特征：分子中由A-U、G-C堿基對構成的雙螺旋區(qū)稱臂，不能配對的部分為環(huán)，tRNA一般有四環(huán)四臂組成。 5端1-7為與近3端的67-72為形成7bp的反平行雙鏈稱氨基酸臂，3端共同的-CCA-OH結構，其羥基可與該tRNA所攜帶的氨基酸形成共價鍵。 第10-25位形成3-4bp的臂和8-14b的環(huán)，由于環(huán)上有二氫尿嘧啶（D），故稱D環(huán)，相應的臂為D臂。2、tRNA的二級結構三葉草形第一百一十八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第27-43為有5

47、bp的反密碼子臂和7b的反密碼子環(huán),其中34-36為是與mRNA相互作用的反密碼子.第44-48位為可變環(huán)，80%的tRNA由4-5b組成，20%的有13-21b組成。第49-65位為5bp的TC臂，和7b的TC環(huán)，因環(huán)中有TC序列而得名。tRNA分子中含有多少不等的修飾堿基，某些位置上的核苷酸在不同的tRNA分子中很少變化，稱不變核苷酸。第一百一十九張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月變化最大是額外臂，根據(jù)它的特性可將tRNA分為兩類：一類是含有一條僅為3-5個核苷酸的額外臂，占tRNA的75%；第二類是含有較大的額外臂。其生物學功能尚不清楚。氨基酸受體臂：主要由鏈兩端序列堿基配對

48、形成的桿狀結構和3端未配對的3-4個堿基組成，其3端的最后三個堿基序列永遠是CCA最后一個堿基的3自由羥基可以被氨?；?。反密碼子臂：是根據(jù)位于套索中央的三聯(lián)反密碼子命名的。TC臂：是根據(jù)3個核苷酸命名的，其中表示假尿嘧啶，是tRNA分子所擁有的不常見核苷酸.是根據(jù)它含有二氫尿嘧啶命名的。變化最大是額外臂，根據(jù)它的特性可將tRNA分為兩類：一類是含有一條僅為3-5個核苷酸的額外臂，占tRNA的75%；第二類是含有較大的額外臂。其生物學功能尚不清楚。第一百二十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第一百二十一張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月* 3、tRNA的三級結構 倒L形*

49、 tRNA的功能活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質的翻譯。第一百二十二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月受體臂和反密碼子環(huán)位于L構型的兩端，T環(huán)和D環(huán)以復雜的方式纏繞在一起，排布在倒L構型的拐角上，占據(jù)一些特殊位置。組成L 構型的兩根相互垂直的堆砌柱均存在螺旋區(qū)與非螺旋區(qū)，由氫鍵維系的臂相對應的是螺旋區(qū)，環(huán)是非螺旋區(qū)。其中的兩個螺旋區(qū)各由10個左右 的堿基對組成，相當于雙螺旋的 一周，其堿基互補類型與DNA雙螺 旋中的相同。第一百二十三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月(三) rRNArRNA是細胞內含量最多的RNA，約占RNA總量的80%以上，是蛋白質合成機器-核蛋

50、白體(核糖體) 的組成成分。與其它RNA不同，rRNA(60%)必須與蛋白質(40%)結合成核蛋白體（核糖體） 才能發(fā)揮作用。核糖體蛋白有數(shù)十種，大多是分子量不大的多肽類物質。第一百二十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月核蛋白體的大、小亞基核蛋白體由易于解聚的大、小亞基組成。注意：蛋白質、核酸等的質量單位S S是大分子物質在超速離心沉降中的一個物理學單位，可反映分子量的大小。第一百二十五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月原核生物核蛋白體以大腸桿菌為例：共有三種rRNA5S rRNA23S rRNA16S rRNA小亞基由16SrRNA和21種蛋白質構成；大亞基由5S、

51、23s rRNA和31種蛋白質構成。第一百二十六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月真核生物核蛋白體以小鼠肝細胞為例：共有四種rRNA5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA小亞基含18S rRNA和30多種蛋白質；大亞基含28S、5.8S、5S三種rRNA，近50種蛋白質。第一百二十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第五節(jié)核酸的理化性質The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第一百二十八張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月一、核酸的一般理化性質第一百二十九張，PPT共一百

52、五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1、大分子性質： 核酸的分子量很大，一般為1061010。核酸溶液粘度大(抗剪切力差)。 粘度：DNARNA2、溶解性： DAN為白色纖維狀固體，RNA為白色粉末；都微溶于水，不溶于一般有機溶劑。常用乙醇從溶液中沉淀核酸。3、核酸的酸堿性質: 核酸中的磷酸和堿基均能發(fā)生兩性解離。核酸是兩性電解質。因磷酸的酸性強，通常表現(xiàn)為酸性。 DNA等電點 44.5；RNA等電點 22.5。第一百三十張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4、紫外吸收在核酸分子中，由于嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵體系，因而具有獨特的紫外線吸收光譜，一般在260nm左右有最大吸收峰，可以作為

53、核酸及其組份定性和定量測定的依據(jù)。第一百三十一張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月第一百三十二張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1. DNA或RNA的定量OD260=1.0相當于 50g/ml雙鏈DNA 40g/ml單鏈DNA（或RNA） 20g/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品: OD260/OD280 = 1.8 RNA純品: OD260/OD280 = 2.0若溶液中含有雜蛋白或苯酚，則A260/A280比值明顯降低。3、判斷DNA是否變性在DNA的變性過程中，摩爾吸光系數(shù)增大（增色效應）在DNA的復性過程中，摩爾吸光系數(shù)減?。p色效應）OD260的應用第一百三十三張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月二、DNA變性和復性第一百三十四張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月1、概念：在某些理化因素作用下，DNA的分子量不變，二級結構中的氫鍵遭到破壞，使DNA雙螺旋結構部分解體；或維系DNA分子二級結構的氫鍵全部破壞，雙螺旋解旋分離成兩條DNA單鏈，即分子量二分化的過程。(一)DNA變性兩條單鏈繼續(xù)迅速冷卻第一百三十五張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA變性的本質是雙鏈間氫鍵的斷裂第一百三十六張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 實質： 破壞DNA的空間結構第一百三十七張，PPT共一百五十三頁，創(chuàng)