优选生物化学简明教程第四核酸课件(112页PPT)

1、生物化学简明教程第四核酸第1页，共112页。2作业第2页，共112页。3第3页，共112页。4第4页，共112页。5第5页，共112页。6第6页，共112页。7第7页，共112页。8类别 nucleic acid ribonucleic acid, RNA deoxyribonucleic acid, DNA 第8页，共112页。9 DNA （ deoxyribonucleic acid）：大部分在核中 RNA （ ribonucleic acid ）：核,质均有分布 三种 RNA ：tRNA , mRNA, rRNA （ 15% （ 5% ）（ 80% ）分布第9页，共112页。10 98

2、核中（染色体中） 真核 线粒体（ mDNA ） 核外 叶绿体（ ctDNA ）DNA 拟核 原核 核外：质粒（质体） 病毒： DNA 病毒 第10页，共112页。11核蛋白 磷酸 核苷 碱基 戊糖 蛋白质 核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合而成的具有一定空间结构的大分子化合物。 核酸核苷酸 3.1 核酸的组成成分 第11页，共112页。123.1.1 碱基（base）：又称含氮碱 （1）嘧啶碱（pyrimidine, Py） 第12页，共112页。13第13页，共112页。14（2）嘌呤碱（purine, Pu） 其它嘌呤（核酸的代谢产物）：黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等 第14页，共112页。1

3、53.1.2 戊糖（pentose） （1）结构 -D-核糖-D-2-脱氧核糖-D-2-O-甲基核糖第15页，共112页。163.1.3 核苷 核苷：含N苷，-苷 第16页，共112页。17核苷中戊糖与碱基的连接方式： 腺嘌呤核苷 （adenosine）胞嘧啶脱氧核苷 （deoxycytidne）第17页，共112页。18核苷 核糖核苷（核苷）：A、G、C、U 脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dA、dG、dC、dT 第18页，共112页。19修饰核苷或稀有核苷第19页，共112页。20修饰核苷包括三种情况: （1）由修饰碱基和糖组成的核苷 （2）由非修饰碱基和2-O-甲基核糖组成的核苷 （3）由碱基

4、与糖连接方式特殊的核苷 第20页，共112页。21（1）（2）第21页，共112页。22()第22页，共112页。23修饰核苷的简写符号 少数修饰核苷用单字符号如D、I；但大多数修饰核苷是将碱基取代基、取代位置和取代数目写在核苷单字符号的左边，用小写英文字母代表取代基。 第23页，共112页。24取代基用下列小写英文字母表示 :甲基m 乙酰基ac 氨基n 甲硫基ms 羟基o或h 硫基s 异戊烯基i 羧基c 第24页，共112页。25例：第25页，共112页。26注意：例: 2-O-甲基腺苷 Am 含修饰核糖的核苷即2-O-甲基核苷的表示方法，在核苷符号的右下方注上一个小写m。第26页，共112

5、页。272，3，5一核糖核苷酸(2-AMP)(3-AMP)(5-AMP)3.1.4 核苷酸（1）核苷酸的结构和功能第27页，共112页。28第28页，共112页。29第29页，共112页。303，5一脱氧核糖核苷酸Deoxyadenosine 3- monphosphate (3- dAMP)Deoxyadenosine 5- monphosphate (5- dAMP)第30页，共112页。31第31页，共112页。32第32页，共112页。33核苷酸的重要衍生物 ATP类的高能磷酸化合物 AMPADPATP第33页，共112页。34第34页，共112页。35核苷酸是许多酶的辅因子的结构成分

6、 NAD、NADP、CoA、FAD第35页，共112页。36环状核苷酸 第36页，共112页。37细胞内 :ATP cAMP + PPi 磷酸二酯酶 5-AMP 腺苷酸环化酶 （AC）第37页，共112页。38核苷多磷酸类 第38页，共112页。39(2)核苷酸性质 核苷酸紫外吸收性质 第39页，共112页。40核苷酸两性解离性质 第40页，共112页。41第41页，共112页。42OCH2HHOHHOHHONNONH2POOHOCMPpKa2=4.5-OCH2HHOHHOHHONNONH2POOOCMPpKa3=6.4-pI =CMPpKa1+pKa22=0.8+4.52= 2.65pI =

7、CMPpKa1+pKa22=0.8+4.52= 2.65pI =CMPpKa1+pKa22=0.8+4.52= 2.65OCH2HHOHHOHHONNONH2POOHOCMPpKa1=0.80H+-OCH2HHOHHOHHONNONH2POOHOCMPpKa1=0.80H+-OCH2HHOHHOHHONNONH2POOHHOCMP+H+（4核苷酸的两性解离和等电点第42页，共112页。43第43页，共112页。44第44页，共112页。453.2 核酸的一级结构 1核酸分子中核苷酸的连接方式 3 , 5 磷酸二酯键第45页，共112页。46RNA第46页，共112页。5-磷酸端（常用5-P表示

8、）；3-羟基端（常用3-OH表示）方向性:注明它的方向是53或是35。多聚核苷酸的表示方式DNA RNA 5pdApdCpdGpdTOH 3 5pApCpGpUOH 5pACGTGCGT 3 5pACGUAUGU 3 d（ pACGTGCGT） pACGUAUGUT53U53 OH OH OH OH 第47页，共112页。483.3 DNA的二级结构 3.3.1 提出DNA双螺旋结构模型的根据 （1）x-光衍射分析 第48页，共112页。49（2）DNA碱基组成的定量分析 DNA碱基组成有种的特异性，但没有组织、器官特异性。 A=T；G=C；A+G=T+C 20世纪40年代chargaff规则

9、 第49页，共112页。50（3）DNA的滴定曲线第50页，共112页。513.3.2 DNA双螺旋结构模型的要点1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构。 第51页，共112页。DNA 双螺旋结构的形成53535353磷酸核糖碱基第52页，共112页。53第53页，共112页。54DNA 双螺旋模型主要特征两条反向平行的多聚核苷酸链沿同一中心轴右旋相互盘绕而形成。磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，糖环平面与中轴平行，作为可变成分的碱基位于内侧，碱基平面与中轴垂直链间碱基按AT，GC配对（碱基配对原则，Chargaff定律），形成碱基堆积力。螺旋直径2nm，相邻碱基

10、平面垂直距离0.34nm,两核苷酸夹角为36，每一圈10个核苷酸，螺距为3.4nm。第54页，共112页。55DNA 双螺旋模型主要特征4.DNA分子表面形成大沟和小沟。5.大多数天然DNA属双链DNA（dsDNA），某些病毒为单链DNA(ssDNA)。6.双链DNA分子主链上的化学键受碱基配对等因素影响旋转受到限制，使DNA分子比较刚硬，呈比较伸展的结构。第55页，共112页。氢键 DNA的双螺旋结构稳定因素2.碱基堆集力（base-stacking forces） 3.磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和4.碱基处于疏水环境中第56页，共112页。57DNA 双螺旋结构的意义 该模型揭示

11、了脱氧核糖核酸作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是脱氧核糖核酸复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是20世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。第57页，共112页。583.3.3 DNA二级结构的其他类型 Watson Crick DNA双螺旋结构（B-DNA） 当DNA钠盐纤维相对湿度和盐的种类改变时， DNA的构象发生改变。 不同DNA纤维的空间结构 类型结晶状态ANa盐，相对湿度75%时结晶BNa盐，相对湿度92%时结晶C锂盐，相对湿度66%时结晶第58页，共112页。59

12、Z-DNA 1979年美国ARich等人发现了左旋DNA（左手DNA双螺旋结构）晶体X-光衍射分析 d(CpGpCpGpCpGp)第59页，共112页。60第60页，共112页。三种 DNA 双螺旋构象比较A B Z外型 粗短 适中 细长螺旋方向 右手 右手 左手螺旋直径 2.3nm 2.0nm 1.8nm碱基直升 0.26nm 0.34nm 0.38nm每圈碱基数 11 10 12螺距 2.8nm 3.4nm 4.5nm碱基倾角 20 1 7大沟 很窄很深 很宽较深 平坦小沟 很宽、浅 窄、深 较窄很深第61页，共112页。62Z-DNA的生物功能：与基因表达、基因调控有关。 第62页，共1

13、12页。63二重对称结构（回文结构也称反向重复）第63页，共112页。64第64页，共112页。65镜像重复与三螺旋DNA 第65页，共112页。66第66页，共112页。673.4 DNA的高级结构 噬菌体T2DNA长约50m E-coli DNA 长约1mm 人生殖细胞DNA长约1m 第67页，共112页。68动态中DNA超螺旋结构第68页，共112页。69生物中，DNA与组蛋白八聚体形成核小体结构时，存在着负超螺旋。DNA拓扑异构酶可导致产生DNA超螺旋或消除超螺旋。不同形状的DNA分子在琼脂糖中的迁移率DNA分子的琼脂糖凝胶电泳图谱3.4.1 环状DNA的超螺旋结构第69页，共112页

14、。70生物中，DNA与组蛋白八聚体形成核小体结构时，存在着负超螺旋。DNA拓扑异构酶可导致产生DNA超螺旋或消除超螺旋。不同形状的DNA分子在琼脂糖中的迁移率3.4.1 环状DNA的超螺旋结构第70页，共112页。螺旋和超螺旋电话线螺旋超螺旋第71页，共112页。超螺旋状态的定量描述公式1： L=T+W L连环数（linking number），DNA双螺旋中一条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数。 TDNA分子中的螺旋数（twisting number） W超螺旋数或缠绕数（writhing number）L=25,T=25,W=0松弛环形1152010523L=23,T=25,W=2负超螺旋

15、12148231613第72页，共112页。L=25,T=25,W=0松弛环形1152010523L=23,T=23,W=0解链环形15101520231510152025L=23,T=25,W=2负超螺旋121482316131510152023右手旋转拧松两匝后的线形DNADNA 超螺旋的形成超螺旋的拓扑学公式：L=T+W或=+例1第73页，共112页。74不切开DNA分子的拓扑学参数的变化。假定某环状分子的长度为5500个碱基对，在B-DNA的松弛状态下，则T=5500/10=550L=T+W L=T=550当分子转入70%酒精溶液时， 分子由B DNA转为A DNA L=550 T=5

16、500/11=500W=L-T=+50例2第74页，共112页。75第75页，共112页。763.4.2 真核生物染色体结构第76页，共112页。77第77页，共112页。78第78页，共112页。DNA （2nm）核小体链（ 11nm，每个核小体200bp）纤丝（ 30nm，每圈6个核小体）突环（ 150nm，每个突环大约75000bp）玫瑰花结（ 300nm ，6个突环）螺旋圈（ 700nm，每圈30个玫瑰花）染色体（ 1400nm， 每个染色体单体含10个螺旋圈）第79页，共112页。803.5 DNA和基因组3.5.1 基因和基因组的概念基因（Gene）：也称为遗传因子。是指携带有遗传

17、信息的DNA序列，是控制性状的基本遗传单位。（结构基因，调节基因，间隔序列）基因组（Genome）：一般的定义是单倍体细胞中的全套染色体为一个基因组，或是单倍体细胞中的全部基因为一个基因组。第80页，共112页。813.5 DNA和基因组3.5.2 病毒和细菌基因组的特点（1）共同点基因组较小，只有一个环状或线形的DNA分子。基因组的大部分序列是用来编码的，基因之间的间隔序列很短。功能相关的基因常常串联在一起，由共同的调控元件调控，并转录成同一mRNA分子，指导多种蛋白质的合成。第81页，共112页。823.5 DNA和基因组3.5.3 真核生物基因组的特点基因组较大，复制有多个起始点。不存在

18、操纵子结构。存在大量的重复序列。第82页，共112页。83OHOHOH53 RNA与DNA的差异 DNA RNA糖 脱氧核糖 核糖碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基 含稀有碱基3.6 RNA的结构和功能RNA的概述3,5-磷酸二酯键 第83页，共112页。84RNA 的类别信使 RNA （mRNA ）：在蛋白质合成中起模板作用；核糖体 RNA （ rRNA ）：与蛋白质结合构成核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所；转移 RNA （ tRNA ）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。hnRNA(核内不均一RNA); snRNA(小核RNA); scRNA（细胞质小RNA）;asRAN(反义R

19、NA)第84页，共112页。Ala85（ 1 ） 氨基酸臂（ 3 ）反密码环（ 4 ）T C 环（ 5 ）额外环DHU环IGC反密码子反密码环氨基酸臂可变环TC环CCA（ 2）二氢尿嘧啶环（DHU 环）3.6.1 tRNA第85页，共112页。863.6.1 tRNA第86页，共112页。87tRNA 的三级结构第87页，共112页。883.6.2 rRNA原核细胞真核细胞(哺乳动物细胞)沉降常数近似分子量沉降常数近似分子量核蛋白体70S2.710680S4.6106小亚基30S0.910640S1.5106rRNA16S0.610618S0.7106蛋白质21种0.3106约30种0.781

20、06大亚基50S2.010660S3.0106rRNA23S1.210628S1.71065.8S4.01045S3.21045S3.2104蛋白质34种0.7106约50种1.37104原核细胞和真核细胞的核糖体组成第88页，共112页。89第89页，共112页。90第90页，共112页。913.6.3 mRNA和 hnRNA原核细胞mRNA真核细胞mRNA5端无帽子结构5端有帽子结构（翻译活性有关）3端没有或仅有少于10个聚腺苷酸3端有约200个聚腺苷酸（转移到核糖体的过程有关）第91页，共112页。92 mRNA 的分子结构原核生物 mRNA 特征： 先导区 +翻译区（多顺反子）+ 末端

21、序列真核生物 mRNA 特征： 帽子 （ m7G-5 ppp5 -N-3 p ） +单顺反子+尾巴 （polyA）第92页，共112页。原核细胞 mRNA 的结构特点53顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序先导区末端顺序第93页，共112页。真核细胞 mRNA 的结构特点AAAAAAA-OH5 “帽子”PolyA 3 顺反子m7G5 ppp5 Nm-3 p第94页，共112页。953.7 核酸及核苷酸的性质分子大小: DNA Mr: 106 109 或更大性状： DNA 为白色纤维状固体，而 RNA 为白色粉末。溶解度： DNA 和 RNA 均不溶于一般的有机溶剂，微溶于水，但它们的钠盐在水中溶

22、解度较大。 RNA Mr :104 106 或更大3.7.1 一般的理化性质黏度： DNA的极高， RNA的黏度较小。水解性： RNA 能被稀碱水解（与2 -OH 有关）；在酸性条件下，磷酸酯键比糖苷键更稳定，酸水解DNA首先生成无嘌呤酸 。第95页，共112页。963.7.2 紫外吸收性质 由于核酸中碱基的共轭双键，所以对紫外光有强烈吸收，最大吸收峰在260nm附近，利用这一特性可进行核酸的定量测定。 第96页，共112页。97首先根据A260/A280的比值判断核酸样品的纯度纯DNA：A260/A280=1.8 纯RNA：A260/A280=2.0（若样品中含有杂蛋白或苯酚，则A260/A

23、280比值明显降低）纯的核酸样品可根据260nm的光吸收值算出其含量若260nm光吸收值为1相当于:50g/ml双螺旋DNA40g/ml单链DNA或RNA20g/ml寡核苷酸。第97页，共112页。981cm光径比色杯，260nm光吸收值:1g/mL DNA:0.0201g/mL RNA:0.024第98页，共112页。氢键 碱基堆集力（base-stacking forces） 磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和碱基处于疏水环境中3.7.3 核酸结构的稳定性第99页，共112页。1003.7.4 变性作用 1变性（denaturation） 核酸变性:是指核酸的空间构象被破坏,氢键断裂, 生物活性丧失的现象。DNA分子变性： DNA分子由双链结构解链成单链的过程。 引起核酸变性的因素 ：热、酸碱和光辐射等热变性：因加热而导致核酸的变性。化学变性：因加入化学试剂而引起的变性。第100页，共112页。101（1）热变性 结构：螺旋线团 理化性质：紫外吸收 黏度浮力密度生物活性：生物活性或丧失 DNA变性的本质是双链间氢键的断裂第101页，共112页。102（