核酸的结构与功能2

核酸的结构与功能演示文稿现在是1页\一共有94页\编辑于星期五1（优选）第核酸的结构与功能现在是2页\一共有94页\编辑于星期五2在1869年，F.Mischer从细胞核中分离得到一种含磷很高的强酸性物质，即现在被称为核酸的物质。1944年Avery等人通过细菌转化试验证明了DNA是遗传物质。1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构1958Crick提出遗传信息传递的中心法则1968年Nirenberg发现遗传密码1981年Gilbert和Sanger建立DNA测序方法1985年Mullis发明PCR技术现在是3页\一共有94页\编辑于星期五3核酸(nucleicacid)

是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，起携带和传递遗传信息的作用。现在是4页\一共有94页\编辑于星期五4核酸的分类及分布存在于细胞核(90%)和线粒体内。存在于胞核、胞液和线粒体。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的遗传型(genotype)。参与遗传信息的复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。现在是5页\一共有94页\编辑于星期五5第一节核酸的化学组成及一级结构TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid现在是6页\一共有94页\编辑于星期五6核酸的基本组成单位是核苷酸

(nucleotide)。碱基戊糖磷酸核苷酸核苷核酸DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸。RNA的基本组成单位是核糖核苷酸。现在是7页\一共有94页\编辑于星期五7嘌呤嘧啶碱基腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有一、核苷酸的结构每种核酸都含有四种碱基。现在是8页\一共有94页\编辑于星期五8嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)碱基游离氢：可形成糖苷键现在是9页\一共有94页\编辑于星期五9嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)现在是10页\一共有94页\编辑于星期五10

五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨基的互变异构。这两种异构体的平衡关系受介质酸碱环境的影响。

现在是11页\一共有94页\编辑于星期五11戊糖（构成RNA）核糖(ribose)（构成DNA）脱氧核糖(deoxyribose)现在是12页\一共有94页\编辑于星期五12碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷(nucleoside)

（或脱氧核苷）。现在是13页\一共有94页\编辑于星期五13核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

核苷（脱氧核苷）和磷酸以酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。

现在是14页\一共有94页\编辑于星期五14多磷酸核苷酸：

NMP，NDP，NTP现在是15页\一共有94页\编辑于星期五15环化核苷酸:cAMP，cGMP含核苷酸的生物活性物质：NAD+、NADP+、CoASH、FAD等都含有AMP现在是16页\一共有94页\编辑于星期五16二、核酸的一级结构定义核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。现在是17页\一共有94页\编辑于星期五175´端3´端核苷酸之间以3,5-磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。CGA现在是18页\一共有94页\编辑于星期五18书写方法现在是19页\一共有94页\编辑于星期五19

DNA与RNA的区别核酸碱基戊糖DNAA、G、C、T脱氧核糖RNAA、G、C、U核糖现在是20页\一共有94页\编辑于星期五20第二节DNA的空间结构与功能DimensionalStructureandFunctionofDNA现在是21页\一共有94页\编辑于星期五21一、DNA的二级结构——双螺旋结构现在是22页\一共有94页\编辑于星期五22要点（1）两条链反向平行，绕同一轴相互缠绕成右手螺旋；（2）磷酸和戊糖交替处于螺旋外围，碱基处于内部，形成碱基对；(3)双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm；（4）一条链的核苷酸序列可以决定另一条互补链的核苷酸序列。现在是23页\一共有94页\编辑于星期五23（一）DNA双螺旋结构的研究背景B.碱基组成分析Chargaff规则：[A]=[T][G]=[C]C.碱基的理化数据分析A-T、G-C以氢键配对较合理

A.DNA纤维的X-线衍射图谱分析现在是24页\一共有94页\编辑于星期五24(1)衍射斑点呈交叉状分布(2)衍射点之间的距离与层次表明有0.34nm和3.4nm的周期性(3)图的顶上和底部是最强的衍射斑点，呈带状DNA双螺旋结构的研究背景A.DNA的X-射线衍射图：现在是25页\一共有94页\编辑于星期五25M.H.F.Wilkins&RosalindFrankin

X~rayphotographofDNAwithhighquality

1952年现在是26页\一共有94页\编辑于星期五26罗莎林德﹒弗兰克林RosalindFranklin（1920-1958）现在是27页\一共有94页\编辑于星期五27罗莎林德﹒弗兰克林RosalindFranklin（1920-1958）

英国物理化学家。1920年生于伦敦，15岁就立志要当科学家。她早年毕业于剑桥大学，专业是物理化学。1945年，获得博士学位之后，她前往法国学习X射线衍射技术。1951年，她回到英国，在伦敦大学国王学院取得了一个职位。此后，弗兰克林加入到了研究DNA结构的行列并加盟到威尔金斯小组。她凭着独特的思维，设计了更能从多方面了解物质不同现象的实验方法，获取了在不同温度下的DNA的X射线衍射图。她把这些各种局部的结构形状汇总，使得DNA的衍射图片越来越全面。1952年5月她终于获得了一张清晰的DNA的X光衍射照片。因此，弗兰克林与威尔金斯提出了DNA的结构可能是双螺旋结构的假设。为Crick和Watson进一步论证DNA的双螺旋结构奠定了基础。现在是28页\一共有94页\编辑于星期五28

1951年Franklin和Wilkins利用X-射线衍射方法分析了DNA的晶体，得到了DNAX-射线衍射图。从衍射图推测出DNA的结构是一个螺旋结构，螺旋沿着螺旋的长轴有两个周期性，第一个周期出现在0.34nm，第二个周期出现在3.4nm。这对于确定DNA的结构是至关重要的线索。

DNA晶体X-射线衍射图现在是29页\一共有94页\编辑于星期五2920世纪40年代末50年代初，ErwinChargaff等科学家应用纸层析和紫外分光光度技术研究多种生物的DNA分子的碱基成分，结果发现：(1)所有DNA分子中A=T，G=C(2)不同物种的DNA组成不同；(3)同一物种不同组织和器官的DNA碱基组成一样，与生长、发育、营养状况和环境条件无关。DNA双螺旋结构的研究背景B.DNA的碱基组成分析：（Chargaff定则）现在是30页\一共有94页\编辑于星期五30现在是31页\一共有94页\编辑于星期五31C、DNA的碱基物化数据如碱基的几何大小、键长键角数据、酸碱滴定等。DNA双螺旋结构的研究背景现在是32页\一共有94页\编辑于星期五32已知的核酸化学数据现在是33页\一共有94页\编辑于星期五33（二）DNA双螺旋结构模型要点1.两条链反向平行，围绕同一中心轴构成右手双螺旋(doublehelix)。螺旋直径2nm，表面有大沟和小沟。2.磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧，碱基垂直于螺旋轴而伸入内侧。每圈螺旋含10个碱基对

(bp)，螺距为3.4nm。现在是34页\一共有94页\编辑于星期五343.两条链通过碱基间的氢键相连，A对T有两个氢键，C对G有三个氢键，这种A-T、C-G配对的规律，称为碱基互补规则。4.维持双螺旋稳定的因素：横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力。现在是35页\一共有94页\编辑于星期五35碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行现在是36页\一共有94页\编辑于星期五36碱基互补配对TAGC现在是37页\一共有94页\编辑于星期五37B型DNA双螺旋是核酸二级结构的重要形式。当改变了溶液的离子强度和相对湿度时，DNA螺旋结构可以改变，除B型外，还有Z型及A型。在体内，不同构象的DNA可能与基因表达的调控有关。（三）DNA双螺旋结构的多样性现在是38页\一共有94页\编辑于星期五38Z型DNAB型DNAA型DNA现在是39页\一共有94页\编辑于星期五39三种类型DNA双螺旋的比较类型螺旋方向螺距nm每圈bp数螺旋直径骨架走行存在条件A型右手螺旋2.311变宽平滑体外脱水B型右手螺旋3.4102nm平滑随机DNA生理条件下Z型左手螺旋4.512变窄锯齿型CG间隔排列区段现在是40页\一共有94页\编辑于星期五40二、三级结构定义：

DNA的三级结构指DNA分子（双螺旋）通过扭曲和折叠所形成的特定构象。包括不同二级结构单元间、单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征。超螺旋是DNA三级结构的一种类型。超螺旋即DNA双螺旋的螺旋。

现在是41页\一共有94页\编辑于星期五41DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装（一）DNA的超螺旋结构超螺旋结构(superhelix或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋(positivesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方同相反负超螺旋(negativesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相同生物体内大多数DNA分子处于负超螺旋结构现在是42页\一共有94页\编辑于星期五42现在是43页\一共有94页\编辑于星期五43

向左捻向右捻松弛型正超螺旋负超螺旋现在是44页\一共有94页\编辑于星期五44意义DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。现在是45页\一共有94页\编辑于星期五45（二）原核生物DNA的高级结构现在是46页\一共有94页\编辑于星期五46（三）DNA在真核生物细胞核内的组装真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是核小体(nucleosome)。真核生物染色质（chromatin）DNA是线性双螺旋，它缠绕在组蛋白的八聚体上形成核小体。核小体结构属于DNA的三级结构。现在是47页\一共有94页\编辑于星期五47串珠状核小体结构核小体的组成DNA：约200bp组蛋白：富含Lys和Arg的碱性蛋白质

H1H2A，H2BH3H4现在是48页\一共有94页\编辑于星期五48现在是49页\一共有94页\编辑于星期五49真核生物中的核小体结构现在是50页\一共有94页\编辑于星期五50真核生物染色体DNA组装不同层次的结构

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，每个染色体含10个玫瑰花200bp）现在是51页\一共有94页\编辑于星期五51螺线管再经几次卷曲才能形成染色单体。人类细胞核中有46条染色体，这些染色体的DNA总长达1.7m，经过这样的折叠压缩，46条染色体总长亦不过200nm左右。现在是52页\一共有94页\编辑于星期五52三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。现在是53页\一共有94页\编辑于星期五53肺炎双球菌的转化实验OswaldAvery(1944)DNA、蛋白质、荚膜1928年，格里菲斯现在是54页\一共有94页\编辑于星期五54肺炎双球菌的转化实验

1928年，格里菲斯：实验表明加热杀死的S型细菌把某些R型细菌转化为S型细菌，S型细菌有一种物质或转化因素进入了R型细菌，使之产生了荚膜，从而具备了毒性。1944年，艾弗里和他的同事经过10年努力，在离体条件下完成了转化过程，证明了引起R型细菌转化为S型细菌的转化因子是DNA。

现在是55页\一共有94页\编辑于星期五55实验二，噬菌体的标记实验T2噬菌体是一种专门寄生在细菌体内的病毒，约由60％的蛋白质和40％的DNA组成。蛋白质构成它的外壳，DNA藏在头部，当一个T2噬菌体感染细菌后，在菌体内形成大量噬菌体，菌体裂解，释放几十个至几百个跟原来一样的噬菌体。那么T2噬菌体的遗传物质究竟是蛋白质还是DNA呢?现在是56页\一共有94页\编辑于星期五56噬菌体T2结构头部颈圈尾部基板尾丝尖钉DNA现在是57页\一共有94页\编辑于星期五57现在是58页\一共有94页\编辑于星期五58第三节

RNA的结构与功能StructureandFunctionofRNA现在是59页\一共有94页\编辑于星期五59动物细胞内主要RNA的种类及功能现在是60页\一共有94页\编辑于星期五60一、信使RNA的结构与功能hnRNA内含子(intron)mRNA*mRNA成熟过程

外显子(exon)现在是61页\一共有94页\编辑于星期五61*mRNA结构特点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C´2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm2。2.大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。现在是62页\一共有94页\编辑于星期五62帽子结构现在是63页\一共有94页\编辑于星期五63mRNA核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系翻译起始的调控帽子结构和多聚A尾的功能mRNA的功能：作为蛋白质合成的模板。现在是64页\一共有94页\编辑于星期五64*

tRNA的一级结构特点含稀有碱基较多

3´末端为—CCA-OH5´末端大多数为G

由70~90个核苷酸组成二、转运RNA的结构与功能现在是65页\一共有94页\编辑于星期五65稀有碱基现在是66页\一共有94页\编辑于星期五66*tRNA的二级结构——三叶草形氨基酸臂额外环5’3’现在是67页\一共有94页\编辑于星期五67*tRNA的三级结构——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。现在是68页\一共有94页\编辑于星期五68

tRNA的三级结构—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。现在是69页\一共有94页\编辑于星期五69三、rRNA的结构与功能

rRNA是细胞中含量最多的RNA，占总量的80%。rRNA与蛋白质一起构成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。现在是70页\一共有94页\编辑于星期五70核糖体的组成原核生物真核生物小亚基30S40SrRNA16S18S蛋白质21种33种大亚基50S60S

rRNA23S5S28S5.8S5S蛋白质33种49种核糖体70S80S现在是71页\一共有94页\编辑于星期五71rRNA的结构右图：真核生物18SrRNA的二级结构三、核蛋白体RNA的结构与功能*rRNA的功能参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。现在是72页\一共有94页\编辑于星期五72四、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(smallnon-messengerRNAs，snmRNAs)。

snmRNAs现在是73页\一共有94页\编辑于星期五73snmRNAs的种类核内小RNA(snRNA)核仁小RNA(snoRNA)胞质小RNA(scRNA)催化性小RNA小片段干扰RNA(siRNA)snmRNAs的功能参与hnRNA和rRNA的转录后加工和转运以及基因表达过程的调控等。核酶现在是74页\一共有94页\编辑于星期五74是研究细胞中snmRNAs的种类、结构和功能的科学。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snmRNAs的表达具有时间和空间特异性。RNA组学(RNomics)现在是75页\一共有94页\编辑于星期五75核酸的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四节现在是76页\一共有94页\编辑于星期五76一、核酸的一般理化性质核酸为多元酸，具有较强的酸性；DNA是线性高分子，粘度极大；在260nm波长有最大吸收峰，是由碱基的共轭双键决定的。这一特性常用作核酸的定性、定量分析。现在是77页\一共有94页\编辑于星期五77现在是78页\一共有94页\编辑于星期五78二、DNA的变性(denaturation)定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。变性因素：过量酸，碱，加热；尿素、甲醛等试剂。变性后理化性质的主要改变：OD260增高 粘度下降现在是79页\一共有94页\编辑于星期五79DNA变性的本质是双链间氢键的断裂现在是80页\一共有94页\编辑于星期五80DNA的紫外吸收光谱增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。现在是81页\一共有94页\编辑于星期五81解链曲线：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。现在是82页\一共有94页\编辑于星期五82

Tm：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(meltingtemperature,Tm)。其大小与G+C含量成正比。现在是83页\一共有94页\编辑于星期五83三、DNA的复性与分子杂交

DNA复性(renaturation)的定义在适当条件下，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OD260降低。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing)。现在是84页\一共有94页\编辑于星期五84

热变性的DNA在复性过程中，具有碱基序列部分互补的不同的DNA之间或DNA与RNA之间形成杂化双链的现象。核酸分子杂交(hybridization)：现在是85页\一共有94页\编辑于星期五85变性复性复性现在是86页\一共有94页\编辑于星期五86核酸分子杂交的应用研究DNA分子中某一种基因的位置定两种核酸分子间的序列相似性检测某些专一序列在待检