03 第三章 核酸的结构与功能课件

1、第 三 章核酸的结构和功能Structure and Function of Nucleic Acid护理学专业本科教材核 酸(nucleic acid) 以核苷酸为基本组成单位，通过35-磷酸二酯键链接，含磷元素的酸性生物大分子化合物，携带和传递遗传信息护理学专业本科教材核酸的分类及分布 90%以上分布于细胞核携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型分布于胞核、胞液参与细胞内DNA遗传信息的表达(ribonucleic acid, RNA)(deoxyribonucleic acid, DNA)脱氧核糖核酸 核糖核酸分类护理学专业本科教材第一节核酸的分子组成The Molecular Organ

2、ization of Nucleic Acid核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脱氧核苷磷酸戊糖碱基嘌呤嘧啶核糖脱氧核糖DNA的组成单位是脱氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide）RNA的组成单位是核糖核苷酸（ribonucleotide）。护理学专业本科教材核酸的化学组成 1. 元素组成C、H、O、N、P（9 % 10%）2. 分子组成 - 核苷酸 碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖 磷酸(phosphate)护理学专业本科教材嘌呤(purine) 腺嘌呤(adenine, A)鸟嘌呤(guanine, G)护理学专业本科教材嘧啶(pyrim

3、idine)胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶(uracil, U)胸腺嘧啶(thymine, T)护理学专业本科教材核苷：AR, GR, UR, CR脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR三、核苷、核苷酸与多核苷酸1. 核苷(ribonucleoside)的形成碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）11脱氧核苷嘌呤N-9 与脱氧核糖C-1通过-N-糖苷键相连形成脱氧核苷(deoxyribonucleoside)。 嘧啶N-1与核糖C-1通过-N-糖苷键相连形成核苷(ribonucleoside)。 核 苷NNNH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷键O1护理学

4、专业本科教材核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸） 2. 核苷酸的结构与命名核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸(ribonucleotide)或脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸 (ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO-HOO糖苷键酯键3.多磷酸核苷酸 构成RNA的碱基、核苷以及核苷酸碱基 核苷 核苷酸A 腺苷adenosine 腺苷一磷酸adenosine monophosphate, AMP

5、G 鸟苷guanosine 鸟苷一磷酸guanosine monophosphate, GMPC 胞苷cytidine 胞苷一磷酸cytidine monophosphate, CMPU 尿苷uridine 尿苷一磷酸uridine monophosphate, UMP构成DNA的碱基、核苷、核苷酸碱基脱氧核苷脱氧核苷酸A脱氧腺苷 deoxyadenosine脱氧腺苷一磷酸deoxyadenosine monophosphate, dAMPG脱氧鸟苷deoxyguanosine脱氧鸟苷一磷酸deoxyguanosine monophosphate, dGMPC脱氧胞苷deoxycytidine

6、脱氧胞苷一磷酸deoxycytidine monophosphate, dCMPT脱氧胸苷deoxythymidine或thymidine脱氧胸苷一磷酸deoxythymidine monophosphate, dTMP环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信号转导中的第二信使。cAMP4. 一些核苷酸衍生物生物氧化体系的重要成分，在传递质子或电子的过程中具有重要的作用。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+）护理学专业本科教材第三节DNA的结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA

7、 DNA是脱氧核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接形成的大分子一个脱氧核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5的-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键(phosphodiester bond)。 多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA链。5-末端3-末端CGA磷酸二酯键磷酸二酯键交替的磷酸基团和戊糖构成了DNA的骨架 (backbone)。DNA链的方向是5 3护理学专业本科教材一、核酸的一级结构核酸中核苷酸从5末端到3末端的排列顺序核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列5端3端CGA护理学专业本科教材A G P5 P

8、T PG PC PT P OH 3 核酸的书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 单链DNA和RNA分子的大小常用核苷酸数目（nucleotide，nt）表示；双链核酸分子的大小常用碱基(base或kilobase)数目来表示。小的核酸片段(80)。rRNA与核糖体蛋白结合组成核糖体(ribosome)，为蛋白质的合成提供场所。三、核糖体RNA护理学专业本科教材核糖体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸18S1874个核苷酸蛋白质21种占总重量的40%33种占总重量的50%大亚基50S6

9、0SrRNA23S5S2940个核苷酸120个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸160个核苷酸120个核苷酸蛋白质31种占总重量的30%49种占总重量的35%大肠杆菌的核蛋白体护理学专业本科教材18s rRNA的二级结构护理学专业本科教材四 、其他RNA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，统称为非编码小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs) snmRNAs长链非编码RNA（long non-coding RNA ）lncRNA护理学专业本科教材snmRNAs的种类核内小RNA核仁小RNA胞质小RNA催化性小RNA小

10、片段干涉 RNA snmRNAs的功能参与hnRNA和rRNA的加工和转运核内小RNA（small nuclear RNA, snRNA）位于细胞核内。snRNA有5种，分别称为U1、U2、U4、U5、U6，它们与多种蛋白形成复合体，参与真核细胞hnRNA的内含子加工剪接。核仁小RNA（small nucleolar RNA, snoRNA）：定位于核仁，主要参与rRNA的加工和修饰。胞质小RNA（small cytoplasmic RNA, scRNA）：存在于细胞质中，参与形成信号识别颗粒，引导含有信号肽的蛋白质进入内质网定位合成。 催化性小RNA亦被称为核酶（ribozyme）。是细胞内

11、具有催化功能的一类小分子RNA，具有催化特定RNA降解的活性，在RNA的剪接修饰中具有重要作用。小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）是生物宿主对于外源侵入基因表达的双链RNA进行切割所产生的具有特定长度（2123 bp）和特定序列的小片段RNA。这些siRNA可以单链形式与外源基因表达的mRNA相结合，并诱导相应mRNA降解。 护理学专业本科教材 lncRNA 功能 lncRNA在结构上类似于mRNA，但序列中不存在开放读框。lncRNA具有复杂的生物学功能，并与一些疾病的发病机制密切相关。有的lncRNA能使基因沉默，有的则激活基因的表达。 护理学专业本科教

12、材RNA组学是研究细胞中全部RNA基因和RNA的分子结构和功能 RNA组学护理学专业本科教材核 酸 的 理 化 性 质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第 五 节护理学专业本科教材一、核酸的一般理化性质护理学专业本科教材1. DNA或RNA的定量A260相当于50g/ml双链DNA40g/ml单链DNA（或RNA）20g/ml寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度DNA纯品: A260/A280 RNA纯品: A260/A280 A260的应用护理学专业本科教材二、DNA的变性、复性定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单

13、链的过程。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乙醇、丙酮等。1. DNA的变性(denaturation)护理学专业本科教材DNA变性的本质是双链间氢键的断裂护理学专业本科教材变性后其他理化性质变化：A260增高 黏度下降比旋度下降浮力密度升高酸碱滴定曲线改变生物活性丧失护理学专业本科教材变性引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱增色效应：DNA变性时其溶液A260增高的现象护理学专业本科教材热变性解链曲线：如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260值作图，所得的曲线称为解链曲线护理学专业本科教材 Tm：DNA分子达到50%解链时的温度称为解链温度，又称熔解温度(melting temperature, Tm)；其大小与G+C含量成正比。护理学专业本科教材2. DNA的复性 DNA复性(renaturation)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，这一现象称为复性减色效应DNA复性时，其溶液A260降低热变性的DNA经缓慢冷却后即可