核苷酸和核酸学案

1、核苷酸和核酸学案discovering nucleic acid1869年，瑞士科学家Miescher在外科绷带上得到一种含磷酸很高的酸性化合物，命名为“核质”。1889年，Altmann制备了不含蛋白质的核酸制品，首先使用了核酸这个名称。19281932年，确立了核酸在生命现象中的地位。1953年，Waston和Crick建立了双螺旋模型，这是核酸发展史上的重要里程碑。2Discovery of nucleic acid1869年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取到一种富含磷元素的酸性物质，因存在于细胞核中故称为“核素”nuclein, 20年后正式命名为核酸nucleic

2、acids。早期的研究仅将核酸看成是细胞中的一般化学成分，逐步证明核酸是一种线状聚合物。1944年 Avery等人证实DNA是遗传物质3Chemical composition element:C、H、O、N、P（9%10%） Molecule: base：purin ，pyridine pentose：ribose，deoxylribose phosphate4Overview of nucleic acid56-氨基嘌呤 2-氨基-6-酮基嘌呤62，4-二酮基嘧啶75-甲基尿嘧啶82-酮基-4-氨基嘧啶9Ribose and Deoxyribose10Features in ribose共

3、同点： 大多是呋喃糖 与碱基连接都是-构型，C-1位的构型为-羟基；不同点： RNA是D-核糖，DNA是D-2-脱氧核糖 种类 4种， 部分RNA还有D-2-O-甲基核糖 还发现有几个己糖 如RNA中有甘露糖、半乳糖 ，DNA中有葡萄糖。11bases嘌呤嘧碇12Nucleoside13Nucleotide腺嘌呤脱氧核苷一磷酸 dAMP14Levels of phosphate15Important derivatives NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD NMP，NDP，NTP16Cyclic nucleotidecAMPcGMP1718Primary structureThe s

4、equence of nucleotideThe sequence of the base。19Two kinds of nucleic acids核糖核酸 脱氧核糖核酸RNA DNA单链多聚核糖核苷酸 单链或双链多聚脱氧核糖核酸组成成分核糖 组成成分脱氧核糖功能 功能20Waston和CrickDNA double helix model Chargaff rules：A = TG CDNA纤维的X-线衍射图谱分析 212223Hydrogen bonds in base pair forming2425 不同类型的DNA双螺旋结构 2627超螺旋结构(superhelix 或superco

5、il)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双螺旋方同相同 负超螺旋(negative supercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反 28DNA superhelix原核生物的DNA可以形成超螺旋。真核生物中DNA的三级结构与蛋白质有关。和DNA结合的蛋白质有组蛋白和非组蛋白。组蛋白H2A、H2B、H3和H4各两个分子形成八聚体，被两圈140-145碱基对的DNA所围绕。形成核小体。H1位于核小体之间的连接区，组成串珠状结构。29Circular DNA30nucleosomeConsists ofDNA： 200bp H

6、istones：H1H2A，H2BH3H431三、 DNA functionsGene：A unit or a fragment in DNA molecules, which is able to be replicated and transcripted. Gene acts as a genetic basic unit.是生物遗传繁殖的物质基础。32DNA functionsDNA and gene carry genetic information as its basic function. The sequence in its molecule can be used as

7、template for replication and transcription. DNA is genetic material and therefore varies individually. 33RNA34General features in structure组成RNA分子的4种核苷酸A、G、C、U;核糖2位都有羟基;一般分子较小，核苷酸数目变异多，70-几千个，人的DNA 280万kb;大多数RNA分子都成线状单链，局部单链折叠形成双螺旋，类似于A-DNA双螺旋，形成发夹结构，三叶草结构；总量多于DNA，哺乳细胞RNA10pg,而DNA至多6.38pg。35General

8、features相同点4种核苷酸也通过3，5-磷酸二酯键相连接36General features in function遗传信息的传递体也是遗传信息的储存体远古时生命可能起源于RNA,因为RNA可以自身复制；RNA还具有某些蛋白质的功能参与基因的调控。37CappingType 0：m7G5ppp5NpType 1：m7G5ppp5NmpNpType 2：m7G5ppp5NmpNmpNp38帽子结构功能保护mRNA不被核酸外切酶水解与核糖体识别结合，与翻译起始相关39帽子结构功能mRNA的帽结构可以与一类称为帽结合蛋白（cap binding proteins, CBPs）的分子结合。这种m

9、RNA和CBPs复合物对于mRNA从细胞核向细胞质的转运、与核蛋白体的结合、与翻译起始因子的结合以及mRNA稳定性的维持等均有重要作用。402、Poly A tail大多数真核mRNA的3末端有一个20-200腺苷酸聚合区，称为多聚A (polyA)尾部结构。41多聚A尾功能与mRNA寿命有关，使其保持相对稳定性Poly(A)在细胞内与Poly(A)结合蛋白（PABP)相结合而存在，每1020个碱基结合一个PABP单体。所以，真核细胞的mRNA的3-端实际上是一个Poly(A)和蛋白质多聚体形成的复合物。423、Other featuresThere are modified bases in

10、 the molecules.主要是甲基化 m6AThe molecule contains both coding and none coding regions.可有编码区和非编码区43hnRNA是成熟mRNA的前体(不均一核RNA)hnRNA成熟mRNA的前体, 有内含子序列intronExon44mRNA functionstriplet code 三联体密码或密码子(codon)。open reading frame，ORF:由AUG及其后的连续三联体密码(无终止信号)组成的核苷酸序列称为开放阅读框，是多肽链的编码序列。CDS45tRNA structural featuresSma

11、ll single chain molecule consisting of 70-90 nt；containing 1020% rare bases，如 DHU，mG, mA甲基化使分子疏水 TC ；3末端为 CCA-OH，为氨基酸臂； 5末端总是磷酸化，大多数为pG； 分子中大约半数碱基相互配对，成双螺旋，构成三叶草结构46tRNA secondary stuctureD环：含有2个二氢尿嘧啶修饰碱基 不同长度的碱基形成的D环可适合不 同的氨基酰tRNATc环：处在54-56位， 与rRNA结合， 维持tRNA的高级结构起作用；反密码子环：一般由7个碱基组成， 中间3各构成反密码子47tR

12、NA三级结构特点一端是CCA, 另一端是反密码子环；D环和T c环处在L的转角上，空间位置上比较接近。48tRNA functions活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。起始tRNA延长tRNA校正tRNA，结构基因发生变异时，可使第二次变异消除。49rRNA structureAll rRNAs consist of both large and small subunits as they work. Proeukaryote :原核细胞 70S 大 50S: 23S +5S + 31种蛋白质 小 30S: 16S + 21种蛋白质Eukaryote: 80S 大 60S: 28S

13、 +5.8S +5S +49种蛋白质 小 40S: 18S +33种蛋白质 5051rRNA function52rRNA function原核细胞 16S rRNA 3端有一保守序列 ACCUCC与mRNA的翻译起始区相互补，是mRNA的识别结合点。5SrRNA 第40-50位之间有 5CGAAC3与tRNA T c环中的5GT CG3识别53Other RNA molecules 核内小RNAsnRNA参与hnRNA的剪接、转运 U含量高，约100-200碱基 5种 U1, U2, U4, U5, U6 核仁小RNAsnoRNArRNA的加工和修饰 胞质小RNAscRNA 蛋白质内质网定位

14、合成信等 与蛋白质组成信号肽识别颗粒催化性小RNAsi RNAmiRNA54（一）snRNAsnRNA长度（nt）剪接hnRNA的靶位点U1U2U4U5 U6U7165189145115106635-端 内含子腺苷酸分支点 5端，补充分支点转酯化反应，3剪接点，使外显子连接转酯化反应组蛋白H3前体的mRNA3末端裂解55（二）catalytic RNA involved in RNA splicing 核酶(ribozyme)或催化性RNA (catalytic RNA) 。56其他小分子RNA（三）核仁小RNA参与rRNA中核苷酸残基的修饰（四）interference RNA regula

15、tion post transcription（五）microRNA regulation of protein expression57RNA组学研究细胞中RNAs的种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下RNAs的表达具有时间和空间特异性。 RNA组学58第四节 DNA的理化性质及其应用变性复性增色效应减色效应解链温度杂交探针59核酸是两性化合物 互变异构 碱基在体液环境中以碱性解离为主 核酸分子是酸性化合物酮式烯醇氨基亚氨基60共轭双键260nm波长的紫外吸收强。核酸的紫外吸收（A260） 单核苷酸 ssDNA（或RNA） dsDNA611. quan

16、tificationA260=1.0相当于50g/ml双链DNA40g/ml单链DNA（或RNA）20g/ml寡核苷酸2. Judgement of the purityDNA: A260/A280 = 1.8RNA: A260/A280 = 2.0A260 Application62Denaturation双链分开和重新形成双链这样的过程称为变性和复性。破坏氢键形成的因素都可能使DNA变性，如过量的酸、碱或加热。63The process of denaturation64Hyper- and hypo-chromic effects单核苷酸单链DNA双链DNADNA变性，使溶液A260增高

17、，称为增色效应。在解链曲线中的中点称为中点解链温度，或解链温度(Tm)。变性和复性是可逆的。65melting temperature, TmTm：变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一范围内，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度(影响因素：1DNA均一性决定熔解温度范围大小；2G-C碱基对含量决定熔解温度高低；3介质中的离子强度影响变性。6667DNA renaturationDNARecovery of the double helix structure.复性。The process of DNA renaturation after heated denaturation. 退火(annealing) 。减色效应 Hypochromic affectDNA复性时，其溶液A260降低。68hybridization杂交：不同的DNA链放在同一溶液中作变性处理，或把单链DNA和RNA放在一起，局部的碱基配对，就可以形成局部双链，在不同的分子间形成杂化双链（heteroduplex）。 这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成，也可以在DNA和RNA分子之间或者RNA和RNA分子之间形成。这一过程称为核酸分子杂交。69Probe探针：a