三核酸1优秀PPT课件

1、核酸是存在于细胞中的一类大分子酸性 物质，包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核 酸（DNA）两大类。 一、一、Whats nucleic acid? 二、核酸的分类及分布二、核酸的分类及分布 90%以上分布于细胞核，其余分 布于核外如线粒体，叶绿体，质 粒等。 分布于胞核、胞液。 (DNA) (RNA) 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸 携带遗传信息，决定细胞携带遗传信息，决定细胞 和个体的基因型和个体的基因型(genotype)。 参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息遗传信息 的表达。某些病毒的表达。某些病毒RNA也也 可作为遗传信息的载体。可作为遗传信息的载体。 RNA和DNA都是以

2、单核苷酸为基本 单位所组成的多核苷酸长链。 Section 1 The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid 第一节 核酸的化学组成 及一级结构 核酸的水解产物：核酸的水解产物： 核酸核酸核苷酸核苷酸 磷酸磷酸 核苷核苷 戊糖戊糖 含氮碱含氮碱 核糖核糖 脱氧核糖脱氧核糖 嘌呤碱嘌呤碱 嘧啶碱嘧啶碱 嘧啶碱: 一、核苷酸中的碱基与戊糖 尿嘧啶尿嘧啶 胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 Uracil，U Cytosine，C Thymine，T 3 1 2 4 5 6 N N O N N O H H N N O H NH2

3、N N O O H H CH3 嘌呤碱： 3 1 2 4 5 6 7 8 9 腺嘌呤(adenine, A)鸟嘌呤(guanine, G) N N N N H NH2 N N N N H N N N N H NH 2 O H 戊糖： 1 （构成（构成RNA） -D-核糖核糖(ribose) （构成DNA） OH O CH 2 OH OH -D-脱氧核糖(deoxyribose) 2 3 4 5 OH O CHOH OHOH 2 核苷： 核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而 生成的化合物。 在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧 核糖的C1 -羟基与嘧啶碱N1或嘌呤 碱N9进行缩合，生成的化学键称为糖

4、 苷键。 腺苷腺苷(AR) 脱氧胞苷脱氧胞苷(dCR) 1 1 N9N1 OH 核苷：AR, GR, UR, CR 脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR P O O OH OH O CH2 OHOH N N NH2 O OH O CH2 OHOH N N NH2 O 核苷酸：核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸：脱氧核苷酸： dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷酸的结构与命名核苷酸的结构与命名 核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸 酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 3,5-3,5-磷酸二酯键的形成磷酸二酯键的形成 核苷酸的命名及缩写符号核苷酸的命名及缩写

5、符号 脱氧脱氧碱基碱基磷酸基数目磷酸基数目磷酸磷酸 dAMP GD TT C U 体内重要的游离核苷酸及其衍生物 含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有等都含有 AMP l 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP l 环化核苷酸: cAMP，cGMP N O CH2O OHOH N N N NH2 P O OH OHN O CH2O OHOH N N N NH2 P O OH OP O OH OH N O CH2O OHOH N N N NH2 P O OH OP O OH OP O OH OH N O CH2O OH

6、O N N N NH2 PO OHNADP+ NAD+ 多核苷酸链多核苷酸链 核酸就是由许多核苷酸 单位通过3 ,5 -磷酸二酯 键连接起来形成的不含 侧链的长链状化合物。 核酸是具有方向性的长 链状化合物，多核苷酸 链的两端，一端称为5 - 端，另一端称为3 -端。 5端端 3端端 C G A 二、核酸的一级结构 定义 核酸中核苷酸的排列 顺序。由于核苷酸间 的差异主要是碱基不 同，所以也称为碱基 序列。 55端端 3端端 C G A A G P5 P T P G P C P T P OH 3 书写方法 5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 第二节第二节 D

7、NADNA的空间结构与功的空间结构与功 能能 Section 2 Dimensional Structure and Function of DNA 一、一、DNADNA的二级结构的二级结构双螺旋结构模双螺旋结构模 型型 DNA双螺旋结构是 DNA二级结构的一种 重要形式，它是 Watson和Crick两位 科学家于1953年提出 来的一种结构模型 （获1962年度诺贝尔 奖）。 James Watson (L) and Francis Crick (R), and the model they built of the structure of DNA Chargaff Chargaff 研

8、究小组的贡献研究小组的贡献 19501953，Chargaff研究小组对DNA 的化学组成进行了分析研究，发现： DNA碱基组成有物种差异，且物种亲缘 关系越远，差异越大； 相同物种，不同组织器官中DNA碱基组 成相同，而且不因年龄、环境及营养而改变； DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有 一定的规律性，即A=T、G=C、 A+G=T+C。这一规律被称为Chargaff规 则。 B B型型DNADNA双螺旋结构模式图双螺旋结构模式图 碱基配对及氢键形成碱基配对及氢键形成 B B型双螺旋型双螺旋DNADNA的结构特征的结构特征 1. 为右手、反平行双螺旋，形成大沟及小沟相 间。 2. 主链位于螺

9、旋外侧，碱基位于内侧； 3. 两条链间存在碱基互补：A与T或G与C配对 形成氢键，称为碱基互补原则（A与T为两个 氢键，G与C为三个氢键）； 4. 螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力； 5. 螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm。 B型双螺旋型双螺旋DNA的结构特点：的结构特点： “大沟”、“小沟”的功能 沟状结构与DNA、蛋白质间的 相互识别有关。 目前已知DNA双螺旋结构可分为A、B、 C、D及Z型等数种，除Z型为左手双螺旋 外，其余均为右手双螺旋。 （二）（二）DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性 （二）（二）DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性 A-DNA B-DNA Z-D

10、NA 二、二、DNADNA的超螺旋结构的超螺旋结构及其在染色质中及其在染色质中 的组装的组装 超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结 构。 正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相同。 负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。 绝大多数原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋。如果再进一步盘绕 则形成麻花状的超螺旋结构。 （一）原核生物DNA的高级结构： （二）（二）DNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装 真核生物染色体由真核生物染色体由DNAD

11、NA和蛋白质构和蛋白质构 成，其基本单位是成，其基本单位是核小体核小体(nucleosome)(nucleosome)。 核小体的组成核小体的组成 DNADNA：约约200bp200bp 组蛋白：组蛋白：H1H1 H2A H2A，H2BH2B H3 H3 H4 H4 核小体的结构核小体的结构 核小体、染色质与染色体核小体、染色质与染色体 三、三、DNADNA的功能的功能 DNA的基本功能是 作为遗传信息的载体， 为生物遗传信息复制 以及基因信息的转录 提供模板。 DNA分子中具有特定生物学功能的片 段称为基因（gene）。 一个生物体的全部DNA序列称为基因 组（genome）。 第三节第三节

12、 RNARNA的结构与功能的结构与功能 Section 3 Structure and Function of RNA RNA通常以单链形式存在，但也可 形成局部的双螺旋结构。 RNA分子的种类较多，分子大小变 化较大，功能多样化。 主要的RNA种类有rRNA、mRNA、 tRNA、HnRNA。 RNARNA的种类、分布与功能的种类、分布与功能 一、一、mRNAmRNA的结构与功能的结构与功能 mRNA可形成局部双螺旋结构的二级结构。 mRNA在真核生物中的初级产物称为HnRNA。 hnRNA 内含子 (intron)编码 序列 mRNA 外显子 (exon)编码 序列 大多数真核成熟的mRN

13、A分子具有典 型的5 -端的7-甲基鸟苷二磷酸 （m7GTP）帽子结构和3 -端的多聚腺 苷酸(polyA)尾巴结构。 真核生物真核生物mRNA 3mRNA 3 - -端的端的polyApolyA结构结构 mRNA分子中每三个相邻的核苷酸组成 一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特 定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗 传密码（coden)。 mRNA分子中带有遗传密码，其功能是 为蛋白质的合成提供模板(templet)。 细胞质细胞质 细胞核细胞核 DNA 内含子内含子 外显子外显子 转录转录 转录后剪接转录后剪接 转运转运 mRNA hnRNA 翻译翻译 蛋白蛋白 真核细胞真核细胞 二、二、tR

14、NAtRNA的结构与功能的结构与功能 tRNA是分子最小，但含有稀有碱基最多 的RNA，其稀有碱基的含量可多达20%。 tRNA是单链核酸，但其分子中的某些局 部也可形成双螺旋结构。 （二）tRNA的二级结构(三叶草形) 二、转运RNA的结构与功能 氨基酸氨基酸臂臂 附加叉附加叉 u DHU环环 u 反密码反密码环环 u TC环环 u 附加叉附加叉 u 氨基酸臂氨基酸臂 三环四臂一叉三环四臂一叉 （三）（三）tRNA的三级结构的三级结构 倒倒L形形 （四）tRNA的功能 活化、搬运氨基酸到核糖体，参 与蛋白质的翻译。 （二）tRNA的三级结构： 三、三、rRNArRNA的结构与功能的结构与功能

15、 rRNA与蛋白质一起构成核蛋白体， 作为蛋白质生物合成的场所。 * rRNA的种类（根据沉降系数）的种类（根据沉降系数） 真核生物真核生物 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA 原核生物原核生物 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA 大肠杆菌大肠杆菌16S rRNA16S rRNA的二级结构的二级结构 四、其他小分子四、其他小分子RNARNA及及RNARNA组学组学 第四节第四节 核酸的理化性质、变性和复核酸的理化性质、变性和复 性性 Section 4 The Physical and Chemical Characters, Denatur

16、ation and Renaturation of Nucleic Acid, 需要解决的问题：需要解决的问题： 1.核酸具有哪些理化性质？ 2.什么是核酸的变性和复性？ 3.什么是核酸的分子杂交？ 核酸具有酸性；能吸收 紫外光，最大吸收峰为 260nm。 故常用紫外分光光度法 测定核酸的含量。 一、核酸的一般理化性质 二、二、DNA的变性的变性 引起DNA变性的因素主要有：高温， 强酸强碱，有机溶剂等。 定义定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA 双链双链解开成两条解开成两条单链单链的过程。的过程。 DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂 增色

17、效应：指DNA变性后对260nm紫 外光的光吸收度增加的现象； DNA变性后的性质改变：变性后的性质改变： 加热DNA溶液，使其 对260nm紫外光的吸 收度突然增加，达到 其最大值一半时的温 度，就是DNA的解链 温度（熔点， melting t e m p e r a t u r e , Tm）。 DNA的解链温度 Tm的高低与DNA分子中G+C的含量有 关，G+C的含量越高，则Tm越高。 三、三、DNADNA的复性与分子杂交的复性与分子杂交 DNADNA复性的定义复性的定义 在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNADNA的两条互补的两条互补 链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称链可恢复

18、天然的双螺旋构象，这一现象称 为为复性复性。 减色效应 DNA复性时，其溶液OD260降低。 热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性， 这一过程称为退火。 不同来源的DNA变性后，在一起复性， 只要核酸分子的核苷酸序列含有可以形 成碱基互补的片段，彼此间就可以形成 局部双链，即形成杂化双链，这一过程 称为杂交。 核酸杂交可以是DNA-DNA，也可以 是DNA-RNA杂交。 DNA 分子的变性、复性与杂交分子的变性、复性与杂交 DNA-DNA 杂交双链分子杂交双链分子 变性变性 复性 不同来源的不同来源的 DNA分子分子 DNA-DNADNA-DNA杂交示意图杂交示意图 DNA-RNADNA-RNA

19、杂交示意图杂交示意图 掌握 1DNA和RNA分子组成的异同； 2掌握核苷酸之间的连接方式及多核苷 酸链的方向性； 3掌握DNA双螺旋结构模型要点 4掌握核酸的紫外吸收性、DNA变性、 Tm、复性及杂交的概念。 熟悉 1核酸的分类、细胞分布及生物学功能； 2熟记常见的核苷酸的缩写符号； 3熟悉mRNA、tRNA的结构特点及功能。 蛋白质与核酸结构比较 蛋白质蛋白质 核酸核酸 DNADNARNARNA 元素组成元素组成C H O NC H O NC H O N PC H O N P 基本单位基本单位 L-L-a a- -氨基酸氨基酸 （2020种）种） 脱氧核苷酸脱氧核苷酸 A T G CA T G C 核苷酸核苷酸 A U G CA U G C 连接方式连接方式肽键肽键3,5-3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键 方向方向N N C C5 5 33 一级结构一级结构 氨基酸排列氨基酸排列 顺序顺序 核苷酸排列顺序核苷酸排列顺序 空间结构空间结构 二、三、四二、三、四 级结构级结构 二级结构、二级结构、 超螺旋结构超螺旋结构 （多样性）（多样性） 核酸的水解产物：核酸的水解产物： 核酸核酸核苷酸核苷酸 磷酸磷酸 核苷核苷 戊糖戊糖 含氮碱含氮碱 核糖核糖 脱氧核糖脱氧核糖 嘌呤碱嘌呤碱 嘧啶碱嘧啶碱 多核苷酸链