核酸结构和功能课件

1、 1第第 二二 章章核酸的结构和功能核酸的结构和功能核酸：核酸：是以核苷酸为基本组成单是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗位的生物大分子，携带和传递遗传信息。传信息。 2核酸的发现和研究工作进展 1868年年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取从脓细胞中提取“核核素素” 1944年年 Avery等人等人证实证实DNA是遗传物质是遗传物质 1953年年 Watson和和Crick发现发现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构 1968年年 Nirenberg发现发现遗传密码遗传密码 1975年年 Temin和和Baltimore发发现现逆转录酶逆转录酶 1981年年 Gilb

2、ert和和Sanger建建立立DNA 测序方法测序方法 1985年年 Mullis发明发明PCR 技术技术 1990年年 美国启动美国启动人类基因组计划人类基因组计划(HGP) 1994年年 中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动 2001年年 美、英等国美、英等国完成人类基因组计划基本框架完成人类基因组计划基本框架 3二、核酸的分类及分布二、核酸的分类及分布 90% 90%以上分布于细胞核，其余分布于以上分布于细胞核，其余分布于核外核外如线粒体，叶绿体，质粒等。如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于胞核、胞液。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

3、携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型体的基因型(genotype)。参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表遗传信息的表达。某些病毒达。某些病毒RNA也可作为遗也可作为遗传信息的载体。传信息的载体。 4核酸的化学组成核酸的化学组成 1. 元素组成元素组成: C、H、O、N、P（910%）2. 分子组成分子组成 碱基：嘌呤碱，嘧啶碱碱基：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖：核糖，脱氧核糖戊糖：核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸第一节第一节核酸的化学组成及一级结构核酸的化学组成及一级结构一、核苷酸的结构一、核苷酸的结构 5两类核酸的基本化学组成比较两类核酸的基本化学组成比较 嘌呤碱嘌呤碱 腺嘌呤腺

4、嘌呤 (A ) 腺嘌呤腺嘌呤 (A) 鸟嘌呤鸟嘌呤 (G) 鸟嘌呤鸟嘌呤 (G) 嘧啶碱嘧啶碱 胞嘧啶胞嘧啶 (C) 胞嘧啶胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶尿嘧啶 (U)碱碱基基戊糖戊糖D-2-脱氧核糖脱氧核糖 D-核糖核糖酸酸磷酸磷酸 磷酸磷酸DNA RNA 6嘌呤嘌呤NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(G)碱碱 基基 7NNH132456嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶(C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)NHNHOOCH3 8戊戊 糖糖（构成（构成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHO

5、HOH核糖核糖（构成（构成DNA）OHOCH2OHOH脱氧核糖脱氧核糖 9核苷：核苷：AR, GR, UR, CR脱氧核苷：脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR 核苷的形成核苷的形成碱基和核糖（脱氧核糖）通过碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖糖苷键苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。连接形成核苷（脱氧核苷）。OHOCH2OHOHNNNH2O11 10POOOHOHOCH2OHOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2O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核苷（脱氧核苷

6、）和磷酸以脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 11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 AMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 环化核苷酸环化核苷酸: : cAMP，cGMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOHNADP+NAD+ 12二、核酸的一

7、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由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为基不同，所以也称为碱基序列碱基序列。55端端3端端CGA 135 端端3 端端 核苷酸的连接核苷酸的连接 核苷酸之间以核苷酸之间以磷酸二酯键磷酸二酯键连接形连接形成多核苷酸链，即成多核苷酸链，即核酸。核酸。CGA 14A G P5 P T PG PC PT P OH 3 书写方法书写方法5 pApGpTpGpCpT-OH 3 5 A G T G C T 3 15与与DNA的差别在于：的差别在于：1、戊糖是核糖而非脱氧核糖、戊糖是核糖而非脱氧核糖2、嘧啶成分是胞嘧啶

8、（、嘧啶成分是胞嘧啶（C）和尿）和尿嘧啶（嘧啶（U），），无胸腺嘧啶（无胸腺嘧啶（T） 核酸分子的大小常用碱基数目或核酸分子的大小常用碱基数目或碱基对数目来表示。核酸片段碱基对数目来表示。核酸片段RNA-DNA 杂化分子杂化分子DNA分子分子 60三、三、DNA的复性与分子杂交的复性与分子杂交 变性的变性的DNA在去除变性因素并处于适在去除变性因素并处于适当的条件下，彼此分离的双链又可重新结当的条件下，彼此分离的双链又可重新结合恢复天然的双螺旋结构这一过程称为合恢复天然的双螺旋结构这一过程称为复复性性。1.概念概念2. 复性速度受温度的影响复性速度受温度的影响热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后

9、即可复经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为性，这一过程称为退火退火。 61复性后复性后DNADNA分子性质分子性质一系列的理化性质随即恢复一系列的理化性质随即恢复d. 生物活性部分恢复生物活性部分恢复a. 260nm处的处的紫外吸收值下降紫外吸收值下降b. 粘度上升粘度上升c. 浮力、密度降低浮力、密度降低（减色效应）（减色效应） 62在在DNA变性后的复性过程中，如果将不变性后的复性过程中，如果将不同种类的同种类的DNA单链分子或单链分子或RNA分子放在同一分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度程度的碱基配

10、对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成成杂化双链杂化双链。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之间形成，也可以在之间形成，也可以在DNA和和RNA分子间或者分子间或者RNA与与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。分子杂交。核酸分子杂交 63 64DNA-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 65 66 核酸分子杂交的应用（1）研究）研究DNA分子中某一种基因的位置分子中某一种基因的位置（2）确定两种核酸分子间的序列相似

11、性）确定两种核酸分子间的序列相似性（3）检测某些专一序列在待检样品中存在与否）检测某些专一序列在待检样品中存在与否（4）是基因芯片技术的基础）是基因芯片技术的基础 可发生杂交的核酸分子可发生杂交的核酸分子(1)两条同源的两条同源的DNA链链(2)两条同源的两条同源的RNA链链(3)一条一条DNA链一条链一条RNA链链 67核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶是指所有可以水解核酸的酶依据底物不同分类依据底物不同分类DNA酶：酶：专一降解专一降解DNA。RNA酶：酶：专一降解专一降解RNA。依据切割部位不同依据切割部位不同核酸内切酶：核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特分为限制性核酸内切酶和非特

12、异性限制性核酸内切酶。异性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：核酸外切酶：5 3 或或3 5 核酸外切酶。核酸外切酶。第第 五五 节节 核核 酸酸 酶酶 68u参与参与DNA的合成与修复及的合成与修复及RNA合成后的剪合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程接等重要基因复制和基因表达过程 u负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸 u在消化液中降解食物中的核酸以利吸收在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 u体外重组体外重组DNA技术中的重要工具酶技术中的重要工具酶 生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核

13、酸的降解生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解 核酸酶的功能 69 核核 酶酶u 催化性催化性DNA 人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段，人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解也能序列特异性降解RNA。 u 催化性催化性RNA 作为序列特异性的核酸内切酶降作为序列特异性的核酸内切酶降解解mRNA。 70核酸的发现和研究工作进展 1868年年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取从脓细胞中提取“核核素素” 1944年年 Avery等人等人证实证实DNA是遗传物质是遗传物质 1953年年 Watson和和Crick发现发现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构 1968年年 Niren

14、berg发现发现遗传密码遗传密码 1975年年 Temin和和Baltimore发发现现逆转录酶逆转录酶 1981年年 Gilbert和和Sanger建建立立DNA 测序方法测序方法 1985年年 Mullis发明发明PCR 技术技术 1990年年 美国启动美国启动人类基因组计划人类基因组计划(HGP) 1994年年 中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动 2001年年 美、英等国美、英等国完成人类基因组计划基本框架完成人类基因组计划基本框架 71（二）（二） DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）uDNADNA分子由两条分子由两条相互平行

15、但相互平行但走向相反走向相反的脱氧多核苷酸链的脱氧多核苷酸链组成，两链以组成，两链以- -脱氧核糖脱氧核糖- -磷磷酸酸- -为骨架，以为骨架，以右手螺旋右手螺旋方方式绕同一公共轴盘。螺旋直式绕同一公共轴盘。螺旋直径为径为2 2nm，形成大沟及小沟，形成大沟及小沟相间。相间。 72 73H2AH2A、H2BH2B、H3H3和和H4H4各两分各两分子组成组蛋白八聚体，构成子组成组蛋白八聚体，构成核核心组蛋白。心组蛋白。双螺旋双螺旋DNADNA以左以左手超螺旋的方式绕手超螺旋的方式绕核心颗粒核心颗粒1.751.75圈，圈，缠绕在缠绕在核心组蛋白核心组蛋白表面，构成表面，构成核心颗核心颗粒。粒。核心颗粒核心颗粒和和 连接区连接区DNADNA及附着在连接区及附着在连接区DNADNA上的上的 组蛋白组蛋白H1H1构成构成核小体。核小体。 74 75帽子结构 76二、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。方法：方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其它理化性质变化：变性后其它理化性质变化：OD260增高增高粘度下降粘度下降比旋度下降比旋度下降浮