绪论核酸的结构与功能真核基因与基因组详解演示文稿

绪论核酸的结构与功能真核基因与基因组详解演示文稿现在是1页\一共有89页\编辑于星期日优选绪论核酸的结构与功能真核基因与基因组现在是2页\一共有89页\编辑于星期日

绪论课程内容一、介绍分子生物学的定义。二、介绍分子生物学的发展历史。现在是3页\一共有89页\编辑于星期日一、分子生物学的定义

分子生物学是生物化学的重要组成部分，通常将研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构、功能及基因结构、表达与调控的内容，称为分子生物学。现在是4页\一共有89页\编辑于星期日二、分子生物学发展过程中的

一些重要历史事件

现在是5页\一共有89页\编辑于星期日1944年确认了遗传的物质基础是DNA。1953年JWatson和FCrick提出了DNA双螺旋结构模型。重要的里程碑：双螺旋结构的确立1958年MMesselson和FWStahl证实了DNA半保留复制的机制，揭示了生物界遗传性状能世代遗传的分子奥秘。现在是6页\一共有89页\编辑于星期日JamesDeweyWatson（1928～）

FrancisHarryComptonCrick

（1916～）

1953年，DNA双螺旋结构模型被提出来了，两位创立者是美国生物化学家沃森（JamesDeweyWatson，1928～）和英国生物物理学家克里克（FrancisHarryComptonCrick，1916～）。获1962年的诺贝尔生理学医学奖。

现在是7页\一共有89页\编辑于星期日1962年WSzybalski和ESzybalski用人类DNA去转化人类细胞，发现Ca2+有刺激DNA转移入细胞的作用，是人工转移遗传物质给其它细胞的第1次尝试。1965年Jacobf基因操纵子.1967年Nirenberg提出遗传工程可用于人类的基因治疗。1968年NirenbergM遗传密码.60年代分子生物学作为一门独立学科正式出现现在是8页\一共有89页\编辑于星期日70年代初Graessmann和Dicumako莫定了用显微注射法转移基因。

1972年Grahant等对磷酸钙介导的DNA转移过程进行了详细的研究，使这技术能被普遍接受和应用。1972年，P.Berg:构建第一个DNA重组分子。1973年，S.S.Cohen:第一个基因克隆实验。1977年，基因工程产品的出现。

H.W.Boyer,第一个基因工程产品(SS)somatostatin生长素释放抑素70年代出现基因工程并有初步成果现在是9页\一共有89页\编辑于星期日80年代的代表性研究领域

基因工程产品的开发应用

定点突变的研究与应用

癌基因的发现

DNA-蛋白质分子相互辨认

PCR技术的出现

人类基因组计划开始酝酿现在是10页\一共有89页\编辑于星期日90年代

基因诊断技术渐趋成熟

基因治疗合法化人类基因计划的启动分子生物学各分支学科的建立与发展从20世纪50年代起，分子生物学领域的研究成果共获得40项诺贝尔医学-生理科学奖，说明分子生物学在生命科学研究中的重要性现在是11页\一共有89页\编辑于星期日

人类基因组计划要测定的是人体23对染色体中的所有DNA的序列，它由31.647亿个碱基对组成，共有2.5万个基因。换句话说，生命天书是由30多亿个字写成的，如果将这30多亿字排版到一张报纸上，那么大约需要20万页纸才能排完这部巨著。由此可以想见，读取这部巨著所要耗费的时间将是如何的惊人。解读生命的“天书”---人类基因组计划现在是12页\一共有89页\编辑于星期日第二章核酸的结构与功能现在是13页\一共有89页\编辑于星期日课程内容一、核酸的化学组成以及一级结构二、DNA的空间结构与功能三、RNA的结构与功能四、核酸的理化性质五、核酸酶现在是14页\一共有89页\编辑于星期日

1868年，瑞典青年外科医生Fridrich

Miescher从脓细胞中提取“核素”。以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。核酸(nucleicacid)

现在是15页\一共有89页\编辑于星期日核酸的分类及分布90%以上分布于细胞核

分布于胞核、胞液(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸

核糖核酸遗传信息的载体，决定细胞和个体的基因型。参与细胞内DNA遗传信息的表达，某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。现在是16页\一共有89页\编辑于星期日

第一节核酸的化学组成及一级结构现在是17页\一共有89页\编辑于星期日核酸的化学组成

元素组成

C、H、O、N、P2.

核酸的基本组成单位是核苷酸(nucleotide)现在是18页\一共有89页\编辑于星期日一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位核酸（DNA和RNA）核苷酸磷酸核苷碱基（嘌呤和嘧啶）核糖或脱氧核糖现在是19页\一共有89页\编辑于星期日嘌呤(purine)

腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)碱基现在是20页\一共有89页\编辑于星期日嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)现在是21页\一共有89页\编辑于星期日戊糖（构成RNA）1´2´3´4´5´核糖(ribose)（构成DNA）脱氧核糖(deoxyribose)现在是22页\一共有89页\编辑于星期日核苷：AR,GR,UR,CR脱氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR核苷碱基和戊糖通过糖苷键连接形成的化合物现在是23页\一共有89页\编辑于星期日现在是24页\一共有89页\编辑于星期日核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

核苷酸核苷（脱氧核苷）中戊糖的自由羟基与磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。

现在是25页\一共有89页\编辑于星期日核苷酸与环腺苷酸的结构现在是26页\一共有89页\编辑于星期日二、DNA是脱氧核糖核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键连接形成的大分子三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯键的线性大分子现在是27页\一共有89页\编辑于星期日5´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（DNA和RNA)。CGA现在是28页\一共有89页\编辑于星期日四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序

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29页\一共有89页\编辑于星期日AGP5PTPGPCPTPOH3书写方式5pApCpTpGpCpT-OH

35

ACTGCT

3现在是30页\一共有89页\编辑于星期日

第二节DNA的空间结构与功能现在是31页\一共有89页\编辑于星期日一、DNA的二级结构是双螺旋结构现在是32页\一共有89页\编辑于星期日JamesDeweyWatson（1928～）

FrancisHarryComptonCrick

（1916～）

1953年，DNA双螺旋结构模型被提出来了，两位创立者是美国生物化学家沃森（JamesDeweyWatson，1928～）和英国生物物理学家克里克（FrancisHarryComptonCrick，1916～）。获1962年的诺贝尔生理学医学奖。

现在是33页\一共有89页\编辑于星期日（一）DNA双螺旋结构的实验基础

碱基组成分析Chargaff规则：[A]=

[T][G]

[C]

碱基的理化数据分析A-T、G-C以氢键配对较合理

DNA纤维的X-线衍射图谱分析现在是34页\一共有89页\编辑于星期日富兰克林拍摄的DNA晶体的X射线衍射照片，这张照片正是发现DNA结构的关键

现在是35页\一共有89页\编辑于星期日（二）DNA双螺旋结构模型的要点（Watson,Crick,1953）DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成，两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘。螺旋直径为2nm，形成大沟(majorgroove)及小沟(minorgroove)相间。现在是36页\一共有89页\编辑于星期日碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T;GC）。相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。现在是37页\一共有89页\编辑于星期日氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。现在是38页\一共有89页\编辑于星期日碱基互补配对TAGC现在是39页\一共有89页\编辑于星期日（三）DNA双螺旋结构的多样性现在是40页\一共有89页\编辑于星期日二、DNA的高级结构是超螺旋结构（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构现在是41页\一共有89页\编辑于星期日（二）真核生物DNA以核小体为单位形成高度致密结构

现在是42页\一共有89页\编辑于星期日三、DNA是遗传信息的物质基础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43页\一共有89页\编辑于星期日

第三节RNA的结构与功能现在是44页\一共有89页\编辑于星期日RNA的种类、分布、功能现在是45页\一共有89页\编辑于星期日hnRNA内含子(intron)mRNA*mRNA成熟过程

外显子(exon)一、mRNA是蛋白质合成中的模板现在是46页\一共有89页\编辑于星期日mRNA结构特点真核mRNA的5´末端有特殊的帽结构

大部分的真核细胞mRNA的5’末端有一个7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷（m7Gppp），被称为5’-帽结构。可以与一类称为帽结合蛋白的分子结合形成复合体，这种复合体有助于维持mRNA的稳定性，协同mRNA从细胞核向细胞质的转运，以及在蛋白质生物合成中促进核糖体和翻译起始因子的结合。现在是47页\一共有89页\编辑于星期日真核生物5’端帽子结构现在是48页\一共有89页\编辑于星期日2.真核mRNA的3´末端有多聚腺苷酸(polyA)

尾3.mRNA的碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列

mRNA为蛋白质的生物合成提供模板。从成熟mRNA的5’-端起的第一个AUG至终止密码子之间的核苷酸序列称为开放读框（ORF，openreadingframe），决定多肽链的氨基酸序列。

和5’-帽结构共同负责mRNA从细胞核向细胞质的转运、维持mRNA的稳定性以及翻译起始的调控。现在是49页\一共有89页\编辑于星期日

转运RNA（transferRNA,tRNA)作为氨基酸的载体参与蛋白质的生物合成。tRNA占细胞总RNA的15%，已知的tRNA都由74-95个核苷酸组成，具有较好的稳定性。二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体现在是50页\一共有89页\编辑于星期日tRNA的结构特点1、tRNA含较多的稀有碱基如双氢尿嘧啶（DHU）、假尿嘧啶（）、次黄嘌呤（I）和甲基化的嘌呤、嘧啶等。现在是51页\一共有89页\编辑于星期日N,N二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶4-巯尿嘧啶

稀有碱基

现在是52页\一共有89页\编辑于星期日2、tRNA含有茎环结构氨基酸臂

DHU环反密码环额外环

TΨC环氨基酸臂额外环现在是53页\一共有89页\编辑于星期日3、tRNA的3’端可连接氨基酸4、tRNA的反密码子能够识别mRNA密码子一端为氨基酸臂，一端为反密码环，L形的拐角处为DHU环和TΨC环现在是54页\一共有89页\编辑于星期日*rRNA的结构三、rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所*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55页\一共有89页\编辑于星期日*rRNA的种类（根据沉降系数）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA现在是56页\一共有89页\编辑于星期日核蛋白体的组成原核生物（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50S60SrRNA23S5S2940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%现在是57页\一共有89页\编辑于星期日四、其他非编码RNA是参与基因表达的调控五、核酸在真核细胞和原核细胞中表现出不同的时空特性现在是58页\一共有89页\编辑于星期日第四节核酸的理化性质现在是59页\一共有89页\编辑于星期日一、核酸分子具有强烈的紫外吸收现在是60页\一共有89页\编辑于星期日判断核酸样品的纯度DNA纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品:OD260/OD280=2.0

OD260的应用现在是61页\一共有89页\编辑于星期日二、DNA变性是双链解离为单链的过程定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。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。变性后理化性质变化：OD260增高、粘度下降变性现在是62页\一共有89页\编辑于星期日

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OD260增高的现象。现在是63页\一共有89页\编辑于星期日热变性

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。

Tm：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(meltingtemperature,Tm)。其大小与G+C含量成正比。现在是64页\一共有89页\编辑于星期日三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链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65页\一共有89页\编辑于星期日在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，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（温度及离子强度）下，就可以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分子间或者RNA与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。核酸杂交(hybridization)现在是66页\一共有89页\编辑于星期日DNA-DNA杂交双链分子变性

复性不同来源的DNA分子现在是67页\一共有89页\编辑于星期日现在是68页\一共有89页\编辑于星期日第五节核酸酶现在是69页\一共有89页\编辑于星期日核酸酶(ribozyme)1982年，ThomasCech在研究四膜虫26S大核rRNA前体的加工时发现rRNA前体本身具有自我催化作用，提出了核酸酶(ribozyme)的概念；核酸酶是所有可以水解核酸的酶，根据核酸酶底物的不同，可以将其分为DNA酶和RNA酶两类。现已发现几十种核酶；根据对底物二级结构的专一性，还有单连酶和双链酶之分。现在是70页\一共有89页\编辑于星期日核酶的一级结构无特殊性，但某些二级结构对催化活性很重要；

最简单的核酶二级结构——锤头状结构(hammerheadstructure)底物部分通常为60个核苷酸左右同一分子上包括有催化部份和底物部份催化部份和底物部份组成锤头结构现在是71页\一共有89页\编辑于星期日核酸酶研究的意义核酸酶的发现，对中心法则作了重要补充；核酸酶的发现是对传统酶学的挑战；利用核酸酶的结构设计合成人工核酸酶。

现在是72页\一共有89页\编辑于星期日第十三章真核基因与基因组现在是73页\一共有89页\编辑于星期日课程内容第一节、真核基因的结构与功能一、真核基因的基本结构二、基因编码区编码多肽链和特定的DNA分子三、调控序列参与真核基因表达调控第二节、真核基因组的结构与功能一、真核基因组具有独特的结构二、真核基因组中存在大量重复序列现在是74页\一共有89页\编辑于星期日基因的概念基因（gene）是指能够编码蛋白质或RNA等具有特定功能产物的、负载遗传信息的基本单位，除了某些以RNA为基因组的RNA病毒外，通常是指染色体或基因组的一段DNA序列。基因包括编码序列（外显子）和编码区前后对基因表达具有调控作用的序列和单个编码序列间的间隔序列（内含子）。基因组的概念基因组（genome）是指一个生物体内所有遗传信息的总和。人类基因组包含了细胞核染色体DNA（常染色体和性染色体）及线粒体DNA所携带的所有遗传物质。现在是75页\一共有89页\编辑于星期日分子生物学的中心法则第一节真核基因的结构与功能现在是76页\一共有89页\编辑于星期日一、真核基因的基本结构

基因的基本结构包含编码蛋白质或RNA的编码序列（codingsequence）及其与之相关的非编码序列，包括编码区两侧对于基因表达具有调控作用的调控序列和单个编码序列间的间隔序列。现在是77页\一共有89页\编辑于星期日

基因的编码序列在DNA分子上是不连续排列的，被不编码的序列所隔开。称为断裂基因。编码的序列称为外显子，对应于mRNA序列的区域，是一个基因表达为多肽链的部分。不编码的间隔序列称为内含子，内含子只转录，在前mRNA（pre-mRNA）时被剪切掉。真核生物的基因为不连续基因（interrupted或discontinuousgene）或断裂基因（splitgene）。现在是78页\一共有89页\编辑于星期日外显子内含子外显子外显子外显子内含子内含子现在是79页\一共有89页\编辑于星期日二、基因编码区编码多肽链和特定的RNA分子

结构基因中的DNA序列决定了一个特定的成熟RNA分子的序列，换句话说DNA的一级结构决定着其转录产物RNA分子的一级结构，这一段DNA称为结构基因。有的结构基因仅为一些有特定功能的RNA编码，如核糖体RNA（rRNA)、转运RNA（tRNA)等，而大多数结构基因则通过信使RNA（mRNA)进一步为蛋白质编码。现在是80页\一共有89页\编辑于星期日顺式作用元件:一个基因的调控区和结构基因位于同一个DNA分子中的相邻部位，这种调节方式称为顺式调节，相应的调控序列称为顺式调控元件或称顺式作用元件（cis-actingelement）。主要包括启动子、增强子、加尾信号和一些细胞信号反应元件等。三、调控序列参与真核基因表达调控现在是81页\一共有89页\编辑于星期日1、启动子提供转录起始信号。(1)I类启动子富含GC碱基对

RNA聚合酶I和转录因子I(TFI)识别和结合的启动子。主要是rRNA基因。例人rRNA启动子核心元件（coreelement),-