核酸結(jié)構(gòu)與功能

1、關(guān)于核酸的結(jié)構(gòu)與功能 第一張，PPT共八十頁(yè)，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。第二張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展 1868年 Fridrich Miescher從膿細(xì)胞中提取“核素” 1944年 Avery等人證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)1953年 Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1968年 Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼1975年 Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶1981年 Gilbert和Sanger建立DNA 測(cè)序方法1985年 Mullis發(fā)明PCR

2、技術(shù)1990年 美國(guó)啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃(HGP) 1994年 中國(guó)人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)2001年 美、英等國(guó)完成人類基因組計(jì)劃基本框架第三張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、核酸的分類及分布 90%以上分布于細(xì)胞核，其余分布于核外如線粒體，葉綠體，質(zhì)粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脫氧核糖核酸 核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型(genotype)。參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。第四張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其

3、一級(jí)結(jié)構(gòu)The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid第五張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月核酸的化學(xué)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)第六張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月嘌呤(purine) 腺嘌呤(adenine, A)鳥(niǎo)嘌呤(guanine, G)堿 基第七張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶(uraci

4、l, U)胸腺嘧啶(thymine, T)第八張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月稀有堿基嘌呤次黃嘌呤、1-甲基次黃嘌呤、N2、N2-二甲基鳥(niǎo)嘌呤。嘧啶5-甲基胞嘧啶、5-羥甲基胞嘧啶、二氫尿嘧啶、4-巰尿嘧啶都是基本堿基的化學(xué)修飾型。第九張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月鳥(niǎo)嘌呤次黃嘌呤1-甲基次黃嘌呤第十張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月戊 糖（構(gòu)成RNA）12345核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)第十一張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月核苷：AR, GR, UR, CR脫氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR一、核苷酸的結(jié)構(gòu)1

5、. 核苷(ribonucleoside)的形成堿基和核糖（脫氧核糖）通過(guò)糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。11第十二張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 2. 核苷酸(ribonucleotide)的結(jié)構(gòu)與命名核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。 第十三張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例如：AMP adenosine monophosphate 腺苷一磷酸 或 一磷酸腺苷 簡(jiǎn)稱：腺苷酸dAMP deoxyadenosine monophosphate 脫氧一磷

6、酸腺苷/一磷酸脫氧腺苷 簡(jiǎn)稱：脫氧腺苷酸默認(rèn)情況下核苷酸均為5-核苷酸第十四張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物 多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP能量的直接共體能量直接共體第十五張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 環(huán)化核苷酸: cAMP，cGMP細(xì)胞內(nèi)的第二信使第十六張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月含核苷酸的生物活性物質(zhì)： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有 AMPNADP+NAD+第十七張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月核苷酸的生物學(xué)功用作為核酸合成的原料體內(nèi)能量的利用形式參與代謝和生理調(diào)節(jié)組成輔酶活化中間代謝物第十

7、八張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5端3端3. 核苷酸的連接 核苷酸之間以磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA第十九張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)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。5端3端CGA方向第二十張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月A G P5 P T PG PC PT P OH 3 書(shū)寫(xiě)方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 第二十一張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能Dimensional Structure and F

8、unction of DNA第二十二張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)第二十三張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景 堿基組成分析Chargaff 規(guī)則：A = TG C 堿基的理化數(shù)據(jù)分析A-T、G-C以氫鍵配對(duì)較合理 DNA纖維的X-線衍射圖譜分析 第二十四張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月A.DNA堿基互補(bǔ)原則腺嘌呤胸腺嘧啶鳥(niǎo)嘌呤胞嘧啶其他組合易相互排斥例 如 G:T因 此 ， DNA 的 雙 股 系 藉 著 A:T 和 G : C的 配 對(duì) 關(guān) 系 互 相 結(jié) 合 。第二十五張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022

9、年6月DNA 一 股 的 核 苷 酸 序 列 與 另 一 股 的 序 列 互 補(bǔ)（A-T、G-C）。 第二十六張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月B.二級(jí)結(jié)構(gòu)B型雙螺旋結(jié)構(gòu)大 部 分 DNA 所 具 有 的 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) ， 亦 稱 為 B 型 小溝大溝1.反向、平行、右手螺旋53532.鏈間堿基配對(duì)相連3.每10個(gè)堿基對(duì)螺旋上升一周第二十七張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月C.雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素DNA雙螺旋在生理狀態(tài)下十分穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。提問(wèn)：起穩(wěn)定作用的有哪些力呢？答案：疏水作用力（主要） （又稱堿基堆積力） 氫鍵 范德華力第二十八張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022

10、年6月（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對(duì)側(cè)堿基形成氫鍵配對(duì)（互補(bǔ)配對(duì)形式：A=T; GC） 。相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10對(duì)堿基。第二十九張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月堿基互補(bǔ)配對(duì) TAGC第三十張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （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。第三十一張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性Z型DNAB型DNAA型DNA第三十二

11、張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝（一）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix 或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。 正超螺旋(positive supercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同 負(fù)超螺旋(negative supercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反 第三十三張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月原核生物以及真核生物細(xì)胞器環(huán)狀DNA的超螺旋三級(jí)結(jié)構(gòu)葉綠體中含有環(huán)狀DNA線粒體中含有環(huán)狀DNA細(xì)菌等原核生物質(zhì)粒染色體第三十四張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月固定負(fù)超螺旋（右手拓?fù)?/p>

12、結(jié)構(gòu)）反之，則為正超螺旋自然界通常為負(fù)超螺旋。提問(wèn)：DNA形成三級(jí)結(jié)構(gòu)及染色體的意義何在？答案：壓縮分子空間人體每個(gè)體細(xì)胞DNA長(zhǎng)2m,細(xì)胞直徑0.1mm,細(xì)胞核0.05mm環(huán)狀DNA右旋第三十五張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)一步盤曲形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。以超螺旋最為常見(jiàn) 負(fù)超螺旋模型（多見(jiàn)）正超螺旋第三十六張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用。 第三十七張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)

13、構(gòu)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第三十八張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三十九張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月串珠狀核小體結(jié)構(gòu)第四十張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月串珠狀核小體DNA雙螺旋片段染色質(zhì)纖維伸展形染色質(zhì)片段密集形染色質(zhì)片段整個(gè)染色體第四十一張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月核小體螺線管真核生物染色體DNA組裝第四十二張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月.真核細(xì)胞染色體的DNA念珠狀三級(jí)結(jié)構(gòu)第四十三張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、DNA的功能DNA的

14、基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)。基因從結(jié)構(gòu)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。 第四十四張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)與功能Structure and Function of RNA第四十五張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月RNA的種類、分布、功能第四十六張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一 、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能hnRNA 內(nèi)含子(intron)mRNA * mRNA成熟過(guò)程 外顯子(exon)第四十七張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于

15、2022年6月* mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1. 大多數(shù)真核mRNA的5末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)7-甲基鳥(niǎo)苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C2也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。2. 大多數(shù)真核mRNA的3末端有一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾。第四十八張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月帽子結(jié)構(gòu)第四十九張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控 帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能第五十張，PPT共八十頁(yè)，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(bǔ)配對(duì)原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列

16、順序。DNAmRNA蛋白轉(zhuǎn)錄翻譯原核細(xì)胞 細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核DNA內(nèi)含子外顯子轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄后剪接轉(zhuǎn)運(yùn)mRNAhnRNA翻譯蛋白真核細(xì)胞 第五十一張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月* tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 含 1020% 稀有堿基，如 DHU 3末端為 CCA-OH 5末端大多數(shù)為G 具有 TC 二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能第五十二張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月N,N二甲基鳥(niǎo)嘌呤N6-異戊烯腺嘌呤雙氫尿嘧啶4-巰尿嘧啶 稀有堿基 第五十三張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月* tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)三葉草形 氨基酸臂 DHU環(huán) 反密碼環(huán) 額外環(huán) TC環(huán)氨基酸臂額外環(huán)第五十四張，PPT共八十

17、頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月* tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu) 倒L形* tRNA的功能活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。第五十五張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月* rRNA的結(jié)構(gòu)三、核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能* rRNA的功能參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。第五十六張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月* rRNA的種類（根據(jù)沉降系數(shù)）真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA第五十七張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月核蛋白體的組成第五十八張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月四 、其

18、他小分子RNA及RNA組學(xué)除了上述三種RNA外，細(xì)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(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 snmRNAs第五十九張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月snmRNAs的種類核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)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(zhuǎn)運(yùn)。第六十張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月RNA組學(xué)研究細(xì)胞中snmRNAs的種類、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類的細(xì)胞、同一細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下snmRNAs的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異

19、性。 RNA組學(xué)第六十一張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月核 酸 的 理 化 性 質(zhì)The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第 四 節(jié)目 錄第六十二張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第六十三張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1. DNA或RNA的定量OD260=1.0相當(dāng)于50g/ml雙鏈DNA40g/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 = 1.8RNA純品: OD260/OD280 = 2.0OD260的應(yīng)用目 錄第六十四張，PPT共八十頁(yè)，

20、創(chuàng)作于2022年6月二、DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開(kāi)成兩條單鏈的過(guò)程。方法：過(guò)量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、 酰胺以及某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。變性后其它理化性質(zhì)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 錄第六十五張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂第六十六張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)其溶液OD260增高的現(xiàn)象。目 錄第六十七張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月熱變性解鏈曲線

21、：如果在連續(xù)加熱DNA的過(guò)程中以溫度對(duì)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 錄第六十八張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 Tm：變性是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達(dá)到最大值的50%時(shí)的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(melting temperature, Tm)。其大小與G+C含量成正比。目 錄第六十九張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三、DNA的復(fù)性與分子雜交 DNA復(fù)性(renaturation)的定義在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)

22、象稱為復(fù)性。減色效應(yīng)DNA復(fù)性時(shí)，其溶液OD260降低。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過(guò)程稱為退火(annealing) 。目 錄第七十張，PPT共八十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在DNA變性后的復(fù)性過(guò)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(duì)關(guān)系，在適宜的條件（溫度及離子強(qiáng)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) 第七十一張，P