第二章核酸结构和功能课件

1、第二章 核酸的结构与功能核核 酸酸(nucleic acid) 是由核苷酸组成的生物大分子，是由核苷酸组成的生物大分子，携带和传递遗传信息。携带和传递遗传信息。 概述概述核酸的分类及分布核酸的分类及分布 主要在主要在细胞核细胞核存在存在于胞核、胞液于胞核、胞液中中。脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸核糖核酸(RNA)生物遗传的物质基础生物遗传的物质基础核酸的分类及分布核酸的分类及分布 存在存在于细胞核于细胞核和线粒体内。和线粒体内。存在存在于胞核、胞液于胞核、胞液和线粒体和线粒体。(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱

2、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，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的遗传型体的遗传型(genotype)。参与遗传信息的复制与表达。参与遗传信息的复制与表达。某些病毒某些病毒RNA也可作为遗传信也可作为遗传信息的载体。息的载体。RNA的分类和功能信使信使RNARNA（mRNAmRNA） 携带携带DNADNA遗传信息遗传信息转运转运RNARNA（tRNAtRNA） 通过反密码子识别通过反密码子识别mRNAmRNA的的 密码子，使氨基酸对号入座密码子，使氨基酸对号入座核蛋白体核蛋白体 (rRNA) (rRNA) 与核糖体蛋白形成核与核糖体蛋白形成核糖体，糖体， 是蛋白质

3、合成的是蛋白质合成的场所场所核酸的分子组成核酸的分子组成主要元素组成： C、H、O、N、P(910%) 平 均为9.5%定磷法：样品中的磷酸含量=样品中磷的含量 核酸的基本组成单位是核苷酸核酸的基本组成单位是核苷酸 碱基碱基戊糖戊糖磷酸磷酸核苷酸核苷酸核苷核苷核酸核酸DNA的基本组成单位是的基本组成单位是脱氧脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸 。RNA的基本组成单位是核糖核苷酸的基本组成单位是核糖核苷酸 。嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 碱基碱基腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（尿嘧啶（U）DNA、RNA均有均有DNA有有RNA有有核苷酸的结构核苷酸的结构每

4、种核酸都含有四种碱基每种核酸都含有四种碱基 。戊戊 糖糖（构成（构成RNA） 核糖核糖 （构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖12453OOHOHHHHCH2OHHOHOHOHHHHCH2OHHOH12345嘌呤嘌呤NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)碱碱 基基NNH132456嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3核苷核苷（或脱氧核苷）：碱基和核糖（或脱（或脱氧核苷）：碱

5、基和核糖（或脱氧核糖）通过氧核糖）通过糖苷键糖苷键连接形成。连接形成。OHH糖苷键糖苷键HHN2O112OHOHHCH2ONNHHH脱氧胞嘧啶核苷脱氧胞嘧啶核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷键糖苷键腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷酸核苷酸（脱氧核苷酸）：核苷（脱氧核苷）（脱氧核苷酸）：核苷（脱氧核苷）和磷酸以和磷酸以酯键酯键连接形成。连接形成。 糖苷键酯键腺苷酸NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO- -HOO5l 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸： N

6、MP，NDP，NTPNNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1 2 OPO- -OOPOO- -OPO- - -OO一 磷 酸 腺 苷 （ A M P ）二 磷 酸 腺 苷 （ A D P ）三 磷 酸 腺 苷 （ A T P ）l 环化核苷酸环化核苷酸: cAMP，cGMPNNNNNH2OOHOHHHCH2HOPHOOcAMPDNA的合成原料： dATP, dGTP, dCTP, dTTP. RNA的合成原料： ATP, GTP, CTP, TTP. 第三节第三节 核苷酸的生理功能核苷酸的生理功能1. 1. 是核酸的基本组成单位是核酸的基本组成单位2. ATP2. ATP是生物体能量的直接供

7、应体是生物体能量的直接供应体： ATP ADP+Pi+ATP ADP+Pi+能量能量3. 3. 物质代谢调节中的第二信使物质代谢调节中的第二信使生长激素生长激素 第二信第二信使（使（cAMPcAMP、胰岛素胰岛素（第一信使）（第一信使） cGMPcGMP）第四节第四节 核酸的分子结构核酸的分子结构一，一，DNADNA的分子结构的分子结构 （一）（一）DNADNA的一级结构：的一级结构： 定义定义核酸中核苷酸的排列顺序。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，所由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为以也称为碱基序列碱基序列。5 端端3 端端核苷酸之核苷酸之间以间以3 ,

8、5 -磷磷酸二酯键酸二酯键连接连接形成多核苷酸形成多核苷酸链，即核酸。链，即核酸。CGAo书写方法书写方法PPAPCPCPTPGOHCPTPAPA53pApCpTpGpCpTpApApC-OH 35 ACTGCTAAC35 DNA DNA 与与RNARNA的区别的区别核酸核酸碱基碱基戊糖戊糖DNAA、G、C、T脱氧脱氧核糖核糖RNAA、G、C、U核糖核糖（二）（二） DNA的二级结构的二级结构 双螺旋结构双螺旋结构DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 1.两条链反向，平行，碱基互补两条链反向，平行，碱基互补A = T G C 。 2.围绕同一中心轴构成围绕同一中心轴构成右手双螺右手双螺旋

9、旋 。螺旋。螺旋直径直径2nm，表面有，表面有大沟和小沟（蛋白质结合部大沟和小沟（蛋白质结合部位）位）。3. 碱基在碱基在内侧内侧。每圈螺旋含。每圈螺旋含10个个碱基对碱基对 (bp)，螺距为螺距为3.4nm。4. 维持双螺旋稳定的因素：维持双螺旋稳定的因素：横向为氢键，纵向为碱横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力。基间的堆积力。碱基互补配对碱基互补配对 （一）原核生物（一）原核生物DNA的高级结构的高级结构（三）（三）DNA的的三级三级结构结构（二）真核生物（二）真核生物DNA的高级结构的高级结构真核生物染色体由真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，和蛋白质构成，其基本单位是其基本单位是 核小体核

10、小体。核小体的组成核小体的组成DNA：约约200bp 组蛋白：组蛋白：H1H2A，H2BH3H4八聚体八聚体DNADNA的功能：基因是的功能：基因是DNADNA分子中的某一段核苷分子中的某一段核苷酸排列顺序，编码特定的蛋白质。酸排列顺序，编码特定的蛋白质。 如果人体有如果人体有10101414个体细胞，每个细胞的个体细胞，每个细胞的DNADNA长度为长度为6.46.410109 9个个bpbp。试计算人体。试计算人体DNADNA的总的总长度是多少？是太阳长度是多少？是太阳- -地球之间距离地球之间距离（ 2.22.210109 9 km km）的多少倍？）的多少倍？例题例题 解答解答 ：1 1

11、、每个体细胞的、每个体细胞的DNADNA的总长度为：的总长度为： 6.46.410109 9 0.34nm=2.176 0.34nm=2.17610109 9nm=2.176mnm=2.176m。2 2、人体内所有体细胞的、人体内所有体细胞的DNADNA的总长度为：的总长度为： 2.1762.176 10 101414 m= 2.176 m= 2.176 10 101111kmkm。3 3、这个长度与太阳、这个长度与太阳- -地球的距离相比：地球的距离相比： 2.1762.176 10 101111 / 2.2 / 2.210109 9 =99 =99倍。倍。 二、二、RNARNA的种类和分子

12、结构的种类和分子结构RNARNA的一级结构：多核糖核苷酸链中核苷酸的的一级结构：多核糖核苷酸链中核苷酸的排列顺序排列顺序RNARNA为一条多核苷酸链，有的碱基配对，有的为一条多核苷酸链，有的碱基配对，有的不配对，可以螺旋，也可以不螺旋。不配对，可以螺旋，也可以不螺旋。RNARNA通常以单链形式存在，局部可有二、三级通常以单链形式存在，局部可有二、三级结构结构动物细胞内主要动物细胞内主要RNA的种类及功能的种类及功能核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA功功能能核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA细

13、胞核和胞液细胞核和胞液功功能能rRNAmRNA tRNA核蛋白体组分核蛋白体组分二、二、RNA的种类和分子结构的种类和分子结构核蛋白体核蛋白体RNA（一（一 ）信使）信使RNAhnRNA 内含子内含子(intron)mRNA * mRNA成熟过程成熟过程 外显外显子子(exon)mRNA的功能：的功能：作为蛋白质合成的模板。作为蛋白质合成的模板。* mRNA结构特点结构特点1. 大多数真核大多数真核mRNA的的5 末端形成帽子结末端形成帽子结构：构：m7GpppNm-。2. 大多数真核大多数真核mRNA的的3 末端有多聚末端有多聚A尾。尾。* * tRNAtRNA的一级结构特点的一级结构特点

14、含稀有碱基较多含稀有碱基较多 3 3 末端为末端为 CCA-OH CCA-OH 5 5 末端大多数为末端大多数为G G 由由70907090个核苷酸组成个核苷酸组成（二）转运（二）转运RNA* tRNA的功能的功能选择性搬运氨基酸到核糖体，参与蛋选择性搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。白质的翻译。* tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环* tRNA的三级结构的三级结构 倒倒L形形* rRNA的结构的结构（三）核蛋白体（三）核蛋白体RNA* rRNA的功能的功能参与组成核蛋白参与组成核蛋白体（体（ rRNA+pr） ，作，作为蛋白质生物合成的为蛋白质生物合

15、成的场所。场所。核蛋白体包括大核蛋白体包括大亚基和小亚基亚基和小亚基核酸的理化性质核酸的理化性质第第 五五 节节一、紫外吸收一、紫外吸收 在在260nm波长有最大吸收峰，是由波长有最大吸收峰，是由碱碱基的共轭双键基的共轭双键决定的。这一特性常用决定的。这一特性常用作核酸的定性、定量分析。作核酸的定性、定量分析。二、二、DNA的变性的变性定义定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解开双链解开成两条单链的过程。成两条单链的过程。变性因素：变性因素：过量酸，碱，加热等。过量酸，碱，加热等。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例：变性引起紫外吸收值的改变例：变性引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱增色效应：增色效应：DNA变性时其溶液变性时其溶液OD260增高的现象。增高的现象。目目 录录 Tm：DNA 解解链链50%时的温时的温度称为度称为DNA的的解链温度解链温度，又，又称 融 解 温 度称 融 解 温 度(Tm)。其大小。其大小与与G+C含量成含量成正比。正比。三、三、DNA的复性的复性 DNA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DNA的两条互补链可的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性复性。减