生物化学6核酸ppt课件

1、核苷酸磷酸核苷 核糖或脱氧核糖碱基嘧啶: 胞嘧啶(C),尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T)嘌呤: 腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G)戊糖核酸是以核苷酸 核酸分为DNA和RNA1二 DNA双螺旋构造模型要点 Watson, Crick, 19533.54 nm2碱基互补配对 3 DNA紧缩7倍紧缩6倍紧缩40倍紧缩5倍合计紧缩8400倍4第三节第三节 RNARNA的构造与功能的构造与功能Structure and Function of RNA5 大多数天然大多数天然RNARNA是一条单链，经过本身回折构成部分螺旋区，部分非螺旋区。是一条单链，经过本身回折构成部分螺旋区，部分非螺旋区。 少数病毒少数病毒RNA

2、RNA如水稻矮缩病毒、呼肠孤病毒、伤瘤病毒等如水稻矮缩病毒、呼肠孤病毒、伤瘤病毒等RNARNA是双链螺旋，类是双链螺旋，类 似于似于DNADNA的双螺旋构造。的双螺旋构造。 6RNA一级构造分子组成：A、U、C、GU H7二级构造根本元件89RNA的种类、分布、功能核糖体核糖体RNA信使信使 RNA转运转运 RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞质细胞核和胞质线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成

3、熟 mRNA的前体的前体参与参与 hnRNA的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNA信使信使 RNA转运转运 RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞质细胞核和胞质线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mtrRNAtRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核糖体组分核糖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成熟成熟 mRNA的前体的前体参与参与 hnRNA的剪接、转运的剪接、转运r

4、RNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNA10mRNA：是携带从DNA编码链得到的遗传信息，并以三联体密码子的方式指点蛋白质生物合成的RNA，由5 非翻译区、编码区和3非翻译区组成。 一 、信使RNA的构造与功能5非翻译区 3非翻译区 编码区 原核细胞的mRNA 11hnRNA 内含子(intron)mRNA * 真核细胞mRNA成熟过程 外显子(exon)12* mRNA构造特点1. 大多数真核mRNA的5末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C2也是甲基化，构成帽子构造：m7GpppNm-。首

5、尾修饰13帽子构造145-cap：m7G(5)pppNmp 5-cap cap0: m7G(5)pppNp cap1: m7G(5)pppNmpNp cap2: m7G(5)pppNmpNmpNp 帽子构造的类型帽子构造的类型15* mRNA构造特点大多数真核mRNA的3末端有一个多聚腺苷酸(polyA)构造，称为多聚A尾。通常polyA长度从几十到几百个核苷酸不等，是由polyA转移酶加上去的。16mRNA核内向胞质的转移mRNA的稳定性维系翻译起始的调控 帽子构造和多聚A尾的功能eIF4A帽结合蛋白CBPs)polyA结合蛋白(PAB)17* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱

6、基互补配对原那么，抄录并传送至核糖体，指点蛋白质的合成。DNAmRNA蛋白转录翻译原核细胞 细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核细胞 18* tRNA的一级构造特点的一级构造特点分子量较小，普通由分子量较小，普通由7393个核苷酸组成个核苷酸组成各种各种tRNA的的3一端为一端为CCA；5一端大多数为一端大多数为pG，少数为，少数为pC 含含 1020% 稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU， 等等二、转运RNA的构造与功能19NNHNHNNOCH3CH3NNNHNNHCH2CHCCH3CH3NHNHOOHHHHNHNHSON,N二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺

7、嘌呤双氢尿嘧啶4-巯尿嘧啶 稀有碱基 20* tRNA的二级构造三叶草形 氨基酸臂 DHU环 反密码环 TC环额外环氨基酸臂额外环21 1980 1980年牛心线粒体年牛心线粒体tRNAsertRNAser只需只需6363个核苷酸，沉降常数个核苷酸，沉降常数3S3S，短少，短少D D环和环和D D臂，呈二叶草臂，呈二叶草型。型。 近年来发现近年来发现2 2种线虫线粒体种线虫线粒体tRNAtRNA也不是规范的三叶草构造。也不是规范的三叶草构造。 22* tRNA的三级构造 倒L形* tRNA的功能活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。TC环额外环DHU环23small subunitlar

8、ge subunitmRNAlocationEF-GtRNAtRNA functions as a amino acid transfer in protein biosynthesis. 24* rRNA的构造的构造三、核蛋白体三、核蛋白体RNA的构造与功能的构造与功能* rRNA的功能参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。25原原核核生生物物真核真核生物生物26* rRNA的种类根据沉降系数真核生物60S+40S5S rRNA5.8S rRNA28S rRNA原核生物50S+30S5S rRNA23S rRNA18S rRNA16S rRNA大亚基小亚基27大肠杆菌大肠杆菌16S，5

9、S rRNA的二级构造的二级构造16S rRNA5S rRNA28核糖体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质21种种占总重量的占总重量的40%33种种占总重量的占总重量的50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质31种种占总重量的占总重量的30%49种种占总重量的占总重量的

10、35%29The crystal structure of a 23S ribosme 30四 、其他小分子RNA及RNA组学除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 snmRNAs31snmRNAs的种类核内小RNA核仁小RNA胞质小RNA催化性小RNA小片段干涉 RNA snmRNAs的功能参与hnRNA和rRNA的加工和转运。32RNA组学研讨细胞中snmRNAs的种类、构造和功能。同终身物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同形状下snmRNAs的表达具有

11、时间和空间特异性。 RNA组学33核酸和蛋白质的比较核酸和蛋白质的比较34核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 四四 节节目目 录录35一、核酸分子具有剧烈的紫外吸收效应一、核酸分子具有剧烈的紫外吸收效应361. DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相当于相当于50g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA或或RNA20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判别核酸样品的纯度判别核酸样品的纯度DNA纯品纯品: OD260/OD280 = 1.8RNA纯品纯品: OD260/OD

12、280 = 2.0OD260的运用的运用目目 录录37二、核酸的变性二、核酸的变性(denaturation)(denaturation)定义：在某些理化要素作用下，核酸双螺旋区域的氢键断裂，变成单链的过程。定义：在某些理化要素作用下，核酸双螺旋区域的氢键断裂，变成单链的过程。方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如甲醛等。酰胺以及某些有机溶剂如甲醛等。变性后其它理化性量变化：变性后其它理化性量变化：OD260增高增高粘度下降粘度下降比旋度下降比旋度下降浮力密度升高浮力密度升高酸碱滴定曲线改动酸碱滴定曲线改动生物活性丧失生物活性丧

13、失目目 录录38DNADNA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39例：变性引起紫外吸收值的改动例：变性引起紫外吸收值的改动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增高的景象。增高的景象。40热变性热变性解链曲线：假设在延续加热解链曲线：假设在延续加热DNADNA的过程中以温度对的过程中以温度对A260A260absorbanceabsorbance，A A，A260A260代代表溶液在表溶液在260nm260nm处的吸光率值作图，所得的曲线称为解链曲线处的吸光率值作图，所得的曲线称为解链曲线(melting curve

14、) (melting curve) 。目目 录录41 Tm：解链过程中，紫外光吸收值变化：解链过程中，紫外光吸收值变化A260到达最大变化值的到达最大变化值的50%时的温度称时的温度称为为DNA的解链温度，又称融解温度的解链温度，又称融解温度(melting temperature, Tm)。Tm与与G+C含量含量成正相关。成正相关。目目 录录42三、三、DNA的复性与分子杂交的复性与分子杂交 DNA复性复性(renaturation)的定义的定义在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一景象称为复性。的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一景象称为复性

15、。减色效应减色效应DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing) 。目目 录录43影响复性的要素影响复性的要素 样品的性质样品的性质 DNA DNA片段的大小片段的大小 DNA DNA的浓度的浓度 温度温度 离子强度离子强度 44在在DNA变性后的复性过程中，假设将不同种类的变性后的复性过程中，假设将不同种类的DNA单链分子或单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只需两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，分子放在同一溶液中，只需两种单链分子之间存在着一定程度的

16、碱基配对关系，在复性时就可以构成杂化双链在复性时就可以构成杂化双链(heteroduplex)。这种杂化双链可以在不同的这种杂化双链可以在不同的DNA与与DNA之间构成，也可以在之间构成，也可以在DNA和和RNA分子间或者分子间或者RNA与与RNA分子间构成。这种景象称为核酸分子杂交。分子间构成。这种景象称为核酸分子杂交。核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization) 45DNA-DNA杂交双链分子杂交双链分子变性变性 复性复性 不同来源的不同来源的DNA分子分子464748核酸分子杂交的运用核酸分子杂交的运用研讨研讨DNADNA分子中某一种基因的位置分子中某一种基因的位置测定两种核酸

17、分子间的序列类似性测定两种核酸分子间的序列类似性检测某些专注序列在待检样品中存在与否检测某些专注序列在待检样品中存在与否是基因芯片技术的根底是基因芯片技术的根底49单链单链DNADNA与与 DNA DNA杂交杂交DNA-DNADNA-DNASouthern blotSouthern blot利用核酸杂交可检测特定的核苷酸片段或研讨同源性等。利用核酸杂交可检测特定的核苷酸片段或研讨同源性等。单链单链DNADNA与与 RNA RNA杂交杂交DNA-RNADNA-RNANouthern blotNouthern blotRNARNA与与RNARNA杂交杂交RNA-RNARNA-RNA50Southe

18、rn Blotting 1975 1975年英国年英国E. M. SouthernE. M. Southern首创的首创的Southern blottingSouthern blottingSouthernSouthern印迹印迹51探针探针探针：单链的核苷酸聚合体标志后，就可以称为探针。在核酸杂交的根底上开展起来的一种用于研讨核酸和基因诊断的新技术称为探针技术。52第第 五五 节节 核核 酸酸 酶酶 Nuclease Nuclease53核酸酶是指一切可以水解核酸的酶核酸酶是指一切可以水解核酸的酶根据底物不同分类根据底物不同分类DNA酶酶(deoxyribonuclease, DNase)：

19、专注降解专注降解DNA。RNA酶酶 (ribonuclease, RNase)：专注降解专注降解RNA。根据切割部位不同根据切割部位不同核酸外切酶：核酸外切酶：53或或35核酸外切酶。核酸外切酶。核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。54u消化降解食物中的核酸以利吸收消化降解食物中的核酸以利吸收 u担任去除多余的、构造和功能异常的核酸，同时也可以去除侵入细胞的外源担任去除多余的、构造和功能异常的核酸，同时也可以去除侵入细胞的外源性核酸性核酸 u参与参与DNADNA的合成与修复及的合成与修复及RNARNA合成后的剪

20、接等重要基因复制和基因表达过程合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程 u体外重组体外重组DNADNA技术中的重要工具酶技术中的重要工具酶 生物体内的核酸酶担任细胞内外催化核酸的降解生物体内的核酸酶担任细胞内外催化核酸的降解 核酸酶的功能核酸酶的功能 55 核核 酶酶发现发现美国科学家美国科学家T.CechT.Cech和和S.AltmanS.Altman发现了核酶发现了核酶(ribozyme)(ribozyme)。最早发现大肠杆菌。最早发现大肠杆菌RNasePRNaseP的蛋的蛋白质部分除去后，在体外高浓度白质部分除去后，在体外高浓度Mg2+Mg2+存在下，留下的存在下，留下的RNARNA部分

21、具有与全酶一样的部分具有与全酶一样的催化活性。催化活性。 后来发现四膜虫后来发现四膜虫L19 RNAL19 RNA在一定条件下能专注地催化寡聚核苷酸底物的切割与衔接，在一定条件下能专注地催化寡聚核苷酸底物的切割与衔接，具有核糖核酸酶具有核糖核酸酶(Rnase)(Rnase)和和RNARNA聚合酶的活性。聚合酶的活性。核酶核酶(ribozyme)(ribozyme)指具有催化活性的指具有催化活性的RNA, RNA, 即化学本质是核糖核酸即化学本质是核糖核酸(RNA), (RNA), 却具有酶却具有酶的催化功能。的催化功能。56核酶的详细作用主要有：核酶的详细作用主要有：1. 核苷酸转移作用核苷酸

22、转移作用2. 水解反响，即磷酸二酯酶作用水解反响，即磷酸二酯酶作用3. 磷酸转移反响，类似磷酸转移酶作用磷酸转移反响，类似磷酸转移酶作用4. 脱磷酸作用，即酸性磷酸酶作用脱磷酸作用，即酸性磷酸酶作用5. RNA内切反响，即内切反响，即RNA限制性内切酶作用限制性内切酶作用57 核酶发现的意义核酶发现的意义长时间以来，人们以为酶都是蛋白质。核长时间以来，人们以为酶都是蛋白质。核酶的发现，证明了核酸既是信息分子，又酶的发现，证明了核酸既是信息分子，又是功能分子，对于研讨生命的来源，了解是功能分子，对于研讨生命的来源，了解核酸新功能核酸新功能, , 以及重新认识酶的概念等都以及重新认识酶的概念等都具

23、有重要意义。具有重要意义。58小小 结结DNA的组成与构造及性质 一级：碱基序列 二级：双螺旋构造 三级：核小体、超螺旋等RNA的组成与构造 mRNA：密码子、5帽子、3poly尾 tRNA：三叶草、倒L型构造、反密码子 rRNA：大、小亚基的组装DNA与RNA的区别：组成、构造、功能59DNA和和RNA的比较的比较 DNADNA RNARNA 组成组成 AGCTAGCT 脱氧核糖脱氧核糖 AGCUAGCU 核糖核糖 一级构造一级构造 碱基序列碱基序列 碱基序列碱基序列 空间构造空间构造 双螺旋、超螺旋、蛋白质双螺旋、超螺旋、蛋白质核酸的非共价结合等核酸的非共价结合等 部分双螺旋部分双螺旋 m

24、RNA: 5mRNA: 5 - -帽子帽子,3 ,3 - -polyA,polyA, rRNA:rRNA:大、小亚基组成核糖体大、小亚基组成核糖体 tRNA:tRNA:三叶草、倒三叶草、倒 L L 型构造型构造 功能功能 遗传信息的储存遗传信息的储存 遗传信息的遗传信息的 表达表达 60核酸的理化性质核酸的理化性质OD260/OD280OD260/OD280变性与复性变性与复性增色效应与减色效应增色效应与减色效应解链曲线与解链温度解链曲线与解链温度分子杂交与探针技术分子杂交与探针技术61小检验1. 1.热变性的热变性的DNADNA具有以下哪种特征：具有以下哪种特征： A. A.核苷酸间的磷酸二

25、酯键断裂核苷酸间的磷酸二酯键断裂 B. B.构成三股螺旋构成三股螺旋 C. 260nm C. 260nm处的光吸收下降处的光吸收下降 D. GC D. GC对的含量直接影响对的含量直接影响TmTm值值 E. E. 生物活性丧失，且不能复性生物活性丧失，且不能复性2. 2.以下关于蛋白质分子中肽键的表达哪个不是正确的：以下关于蛋白质分子中肽键的表达哪个不是正确的： A. A.能自在旋转能自在旋转 B. B.比通常的比通常的C-NC-N单键短单键短 C. C.通常有一个反式构造通常有一个反式构造 D. D.具有部分双键性质具有部分双键性质 E.Pro E.Pro中氮原子与侧链相连中氮原子与侧链相连 623. 3.关于关于HbSHbS引起的镰刀状贫血症，以下说法正确的选项是：引起的镰刀状贫血症，以下说法正确的选项是： A. A.由单氨基酸交换所致由单氨基酸交换所致 B. B.位于位于HbA HbA 链的第六位链的第六位GluGlu交换为交换为ValVal C.HbS C.HbS以脱氧的方式发生聚合，导致毛细血堵塞以脱