第三章核酸的结构与功能详解

第三章核酸的结构与功能详解演示文稿本文档共74页；当前第1页；编辑于星期六\9点49分优选第三章核酸的结构与功能本文档共74页；当前第2页；编辑于星期六\9点49分一、核酸的发现和研究工作进展1868年FridrichMiescher从脓细胞中提取“核素”1944年Avery等人证实DNA是遗传物质1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构1968年Nirenberg发现遗传密码1975年Temin和Baltimore发现逆转录酶1981年Gilbert和Sanger建立DNA测序方法1985年Mullis发明PCR技术1990年美国启动人类基因组计划(HGP)

1994年中国人类基因组计划启动2001年美、英等国完成人类基因组计划基本框架本文档共74页；当前第3页；编辑于星期六\9点49分二、核酸的分类及分布90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。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。本文档共74页；当前第4页；编辑于星期六\9点49分第一节核酸的化学组成及其一级结构TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid本文档共74页；当前第5页；编辑于星期六\9点49分核酸的化学组成1.元素组成C、H、O、N、P（9~10%）2.分子组成——碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱——戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖——磷酸(phosphate)本文档共74页；当前第6页；编辑于星期六\9点49分嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)碱基本文档共74页；当前第7页；编辑于星期六\9点49分嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)本文档共74页；当前第8页；编辑于星期六\9点49分稀有碱基嘌呤——次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、N2、N2-二甲基鸟嘌呤。嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶、4-巯尿嘧啶都是基本碱基的化学修饰型。本文档共74页；当前第9页；编辑于星期六\9点49分鸟嘌呤次黄嘌呤1-甲基次黄嘌呤本文档共74页；当前第10页；编辑于星期六\9点49分戊糖（构成RNA）1´2´3´4´5´核糖(ribose)（构成DNA）脱氧核糖(deoxyribose)本文档共74页；当前第11页；编辑于星期六\9点49分核苷：AR,GR,UR,CR脱氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR一、核苷酸的结构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）。1´1本文档共74页；当前第12页；编辑于星期六\9点49分核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

2.核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。

本文档共74页；当前第13页；编辑于星期六\9点49分例如：AMPadenosinemonophosphate腺苷一磷酸或一磷酸腺苷简称：腺苷酸dAMPdeoxyadenosinemonophosphate脱氧一磷酸腺苷/一磷酸脱氧腺苷简称：脱氧腺苷酸默认情况下核苷酸均为5'-核苷酸本文档共74页；当前第14页；编辑于星期六\9点49分体内重要的游离核苷酸及其衍生物多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP能量的直接共体能量直接共体本文档共74页；当前第15页；编辑于星期六\9点49分

环化核苷酸:cAMP，cGMP细胞内的第二信使本文档共74页；当前第16页；编辑于星期六\9点49分含核苷酸的生物活性物质：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMPNADP+NAD+本文档共74页；当前第17页；编辑于星期六\9点49分核苷酸的生物学功用作为核酸合成的原料体内能量的利用形式参与代谢和生理调节组成辅酶活化中间代谢物本文档共74页；当前第18页；编辑于星期六\9点49分5´端3´端3.核苷酸的连接核苷酸之间以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。CGA本文档共74页；当前第19页；编辑于星期六\9点49分二、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。5′端3′端CGA方向本文档共74页；当前第20页；编辑于星期六\9点49分AGP5PTPGPCPTPOH3书写方法5pApCpTpGpCpT-OH

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ACTGCT

3本文档共74页；当前第21页；编辑于星期六\9点49分第二节DNA的空间结构与功能DimensionalStructureandFunctionofDNA本文档共74页；当前第22页；编辑于星期六\9点49分一、DNA的二级结构——双螺旋结构本文档共74页；当前第23页；编辑于星期六\9点49分（一）DNA双螺旋结构的研究背景碱基组成分析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-线衍射图谱分析本文档共74页；当前第24页；编辑于星期六\9点49分A.DNA碱基互补原则腺嘌呤胸腺嘧啶鸟嘌呤胞嘧啶其他组合易相互排斥例如G:T＊因此，DNA的双股系藉著A:T

和G

:

C的配对关系互相结合。本文档共74页；当前第25页；编辑于星期六\9点49分DNA一股的核苷酸序列与另一股的序列

互补（A-T、G-C）。本文档共74页；当前第26页；编辑于星期六\9点49分B.二级结构—B型双螺旋结构大部分DNA所具有的双螺旋结构，亦称为B型小沟大沟1.反向、平行、右手螺旋5`3`5`3`2.链间碱基配对相连3.每10个碱基对螺旋上升一周本文档共74页；当前第27页；编辑于星期六\9点49分C.双螺旋结构的稳定因素DNA双螺旋在生理状态下十分稳定，结构不发生变化。提问：起稳定作用的有哪些力呢？答案：疏水作用力（主要）

（又称碱基堆积力）

氢键

范德华力本文档共74页；当前第28页；编辑于星期六\9点49分（二）DNA双螺旋结构模型要点

（Watson,Crick,1953）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。本文档共74页；当前第29页；编辑于星期六\9点49分碱基互补配对TAGC本文档共74页；当前第30页；编辑于星期六\9点49分（二）DNA双螺旋结构模型要点

（Watson,Crick,1953）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。本文档共74页；当前第31页；编辑于星期六\9点49分（三）DNA双螺旋结构的多样性Z型DNAB型DNAA型DNA本文档共74页；当前第32页；编辑于星期六\9点49分二、DNA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双螺旋方同相同负超螺旋(negativesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反本文档共74页；当前第33页；编辑于星期六\9点49分原核生物以及真核生物细胞器环状DNA的超螺旋三级结构叶绿体中含有环状DNA线粒体中含有环状DNA细菌等原核生物质粒染色体本文档共74页；当前第34页；编辑于星期六\9点49分固定负超螺旋（右手拓扑结构）反之，则为正超螺旋自然界通常为负超螺旋。提问：DNA形成三级结构及染色体的意义何在？答案：压缩分子空间人体每个体细胞DNA长2m,细胞直径0.1mm,细胞核0.05mm环状DNA右旋本文档共74页；当前第35页；编辑于星期六\9点49分DNA的三级结构：DNA双螺旋结构进一步盘曲形成的复杂结构。以超螺旋最为常见负超螺旋模型（多见）正超螺旋本文档共74页；当前第36页；编辑于星期六\9点49分意义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。本文档共74页；当前第37页；编辑于星期六\9点49分（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)。核小体的组成DNA：约200bp组蛋白：H1H2A，H2BH3H4本文档共74页；当前第38页；编辑于星期六\9点49分本文档共74页；当前第39页；编辑于星期六\9点49分串珠状核小体结构本文档共74页；当前第40页；编辑于星期六\9点49分串珠状核小体DNA双螺旋片段染色质纤维伸展形染色质片段密集形染色质片段整个染色体本文档共74页；当前第41页；编辑于星期六\9点49分核小体螺线管真核生物染色体DNA组装本文档共74页；当前第42页；编辑于星期六\9点49分.真核细胞染色体的DNA念珠状三级结构本文档共74页；当前第43页；编辑于星期六\9点49分三、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。本文档共74页；当前第44页；编辑于星期六\9点49分第三节

RNA的结构与功能StructureandFunctionofRNA本文档共74页；当前第45页；编辑于星期六\9点49分RNA的种类、分布、功能本文档共74页；当前第46页；编辑于星期六\9点49分一、信使RNA的结构与功能hnRNA内含子(intron)mRNA*mRNA成熟过程

外显子(exon)本文档共74页；当前第47页；编辑于星期六\9点49分*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：m7GpppNm-。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。本文档共74页；当前第48页；编辑于星期六\9点49分帽子结构本文档共74页；当前第49页；编辑于星期六\9点49分mRNA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尾的功能本文档共74页；当前第50页；编辑于星期六\9点49分*mRNA的功能把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。DNAmRNA蛋白转录翻译原核细胞细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核细胞本文档共74页；当前第51页；编辑于星期六\9点49分*

tRNA的一级结构特点含10~20%稀有碱基，如DHU3´末端为—CCA-OH5´末端大多数为G

具有TC二、转运RNA的结构与功能本文档共74页；当前第52页；编辑于星期六\9点49分N,N二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶4-巯尿嘧啶稀有碱基本文档共74页；当前第53页；编辑于星期六\9点49分*tRNA的二级结构——三叶草形

氨基酸臂DHU环反密码环额外环TΨC环氨基酸臂额外环本文档共74页；当前第54页；编辑于星期六\9点49分*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。本文档共74页；当前第55页；编辑于星期六\9点49分*rRNA的结构三、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。本文档共74页；当前第56页；编辑于星期六\9点49分*rRNA的种类（根据沉降系数）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA本文档共74页；当前第57页；编辑于星期六\9点49分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%本文档共74页；当前第58页；编辑于星期六\9点49分四、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本文档共74页；当前第59页；编辑于星期六\9点49分snmRNAs的种类核内小RNA核仁小RNA胞质小RNA催化性小RNA小片段干涉RNA

snmRNAs的功能参与hnRNA和rRNA的加工和转运。本文档共74页；当前第60页；编辑于星期六\9点49分RNA组学研究细胞中snmRNAs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snmRNAs的表达具有时间和空间特异性。RNA组学本文档共74页；当前第61页；编辑于星期六\9点49分核酸的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四节目录本文档共74页；当前第62页；编辑于星期六\9点49分本文档共74页；当前第63页；编辑于星期六\9点49分1.DNA或RNA的定量OD260=1.0相当于50μg/ml双链DNA40μg/ml单链DNA（或RNA）20μg/ml寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度DNA纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品:OD260/OD280=2.0OD260的应用目录本文档共74页；当前第64页；编辑于星期六\9点49分二、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。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。变性后其它理化性质变化：OD260增高 粘度下降比旋度下降 浮力密度升高酸碱滴定曲线改变 生物活性丧失目录本文档共74页；当前第65页；编辑于星期六\9点49分DNA变性的本质是双链间氢键的断裂本文档共74页；当前第66页；编辑于星期六\9点49分例：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。目录本文档共74页；当前第67页；编辑于星期六\9点49分热变性解链曲线：如果在连续加