mdm核酸结构专题知识培训课件

mdm核酸结构专题知识核酸(nucleicacid)

是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第一章2mdm核酸结构专题知识FriedrichMiescher(1844～1895)第一章核酸的化学3mdm核酸结构专题知识米歇尔FriedrichMiescher（1844－1895）瑞士生物学家,生前工作于巴塞尔大学的生理学研究室。以发现核酸而闻名世界米歇尔小时候有严重的听力障碍,因此在童年时代,尽管他非常聪明,但总是害羞并很内向。他酷爱音乐,与其父亲一样是一个天才歌手,在学校的学习成绩很好。1865年米歇尔成为一名医学生,1868年获医学博士学位。但听力问题是他成为临床医生的障碍

第一章核酸的化学4mdm核酸结构专题知识1868年,米歇尔感兴趣研究白细胞。为了得到足够的白细胞,他从医院的外科绷带中洗脱脓液的白细胞,分离细胞核,得到一些粘稠的物质,并经实验证明含有含磷和氮,称为核素。随后的研究证明这一物质具有酸性,故称为核酸。这是米歇尔首次发现了重要的生命物质之一--核酸第一章核酸的化学5mdm核酸结构专题知识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发现逆转录酶架第一章核酸的化学6mdm核酸结构专题知识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核酸的发现和研究工作进展7mdm核酸结构专题知识核酸的种类、分布、含量和功能(一)种类DNA(DeoxyribonucleicacidDNA):脱氧核糖核酸RNA(RibonucleicacidRNA）:核糖核酸（二）分布概述第一章核酸的化学8mdm核酸结构专题知识（四）核酸的功能1.核酸是生物体遗传变异的物质基础，DNA是大多数生物体的遗传物质。2.RNA主要参与蛋白质的生物合成。第一章核酸的化学DNA含量恒定，RNA含量与细胞生长状态有关（三）含量9mdm核酸结构专题知识一、元素组成

C、H、O、N、P

含磷量：9～10%1gP相当于10.5g核酸第一节核酸的化学组成第一章核酸的化学10mdm核酸结构专题知识核酸核苷酸磷酸核苷戊糖碱基水解二、核酸完全水解的产物(分子组成)第一节核酸的化学组成11mdm核酸结构专题知识1.碱基（含氮碱）

（1）嘌呤碱腺嘌呤:ADNA、RNA中均含鸟嘌呤：GDNA、RNA中均含（2）嘧啶碱胞嘧啶：CDNA、RNA中均含尿嘧啶:U仅存于RNA中胸腺嘧啶:T仅存于DNA中第一节核酸的化学组成二、核酸完全水解的产物(分子组成)12mdm核酸结构专题知识嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)二、核酸完全水解的产物(分子组成)13mdm核酸结构专题知识嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)二、核酸完全水解的产物(分子组成)14mdm核酸结构专题知识二、核酸完全水解的产物(分子组成)15mdm核酸结构专题知识2.戊糖脱氧核糖

核糖二、核酸完全水解的产物(分子组成)16mdm核酸结构专题知识3.磷（H3PO4）OHOPOHOH

P磷酰基（H2PO3）二、核酸完全水解的产物(分子组成)17mdm核酸结构专题知识二、核酸完全水解的产物(分子组成)18mdm核酸结构专题知识核苷：A,G,U,C核苷(ribonucleoside)的形成脱氧核苷：dA,dG,dT,dC

三、组成核酸的基本单位—核苷酸（一）核苷糖苷键19mdm核酸结构专题知识胞嘧啶核苷腺嘌呤核苷戊糖与嘧啶碱或嘌呤碱以糖苷键连接就称为核苷，通常是戊糖的C1′与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接

三、组成核酸的基本单位—核苷酸20mdm核酸结构专题知识RNA中含有哪几种核苷？腺苷:A鸟苷：G胞苷：C尿苷：UDNA中含有哪几种核苷？脱氧腺苷:dA脱氧鸟苷：dG脱氧胞苷：dC脱氧胸苷：dT21mdm核酸结构专题知识（二）核苷酸：核苷戊糖上的羟基与磷酸之间脱水酯化形成的核苷磷酸酯

三、组成核酸的基本单位—核苷酸22mdm核酸结构专题知识糖苷键磷酸酯键腺苷酸（AMP）

三、组成核酸的基本单位—核苷酸23mdm核酸结构专题知识戊糖（脱氧核糖）糖苷键磷酸酯键脱氧腺苷酸（dAMP）

三、组成核酸的基本单位—核苷酸24mdm核酸结构专题知识（三）核苷酸的结构式如下图

三、组成核酸的基本单位—核苷酸25mdm核酸结构专题知识

三、组成核酸的基本单位—核苷酸26mdm核酸结构专题知识核苷酸（对DNA为H）碱基连接（核苷键）酯键1'2'3'4'5'

三、组成核酸的基本单位—核苷酸27mdm核酸结构专题知识1.列表总结RNA、DNA中各含有的核苷？2.RNA中含哪几种核苷酸？3.DNA中含哪几种核苷酸？

28mdm核酸结构专题知识四、细胞内重要游离的核苷酸1.多磷核苷酸：ADP、ATP是生物体中重要的能量转换体。G第一节核酸的化学组成29mdm核酸结构专题知识cAMP、cGMP:被称为第二信使，有放大激素的作用

G2.环化核苷酸：四、细胞内重要游离的核苷酸30mdm核酸结构专题知识第二节核酸的分子结构一、磷酸二酯键Base:ACGUT磷酸酯键31mdm核酸结构专题知识磷酸二酯键在核酸分子中，一个核苷酸通过磷酰基以两条磷酸酯键连接两个核苷酸，其中一条连接在上个核苷酸戊糖3’C位，另一条连接下一个核苷酸戊糖5’C位，统称3’、5’磷酸二酯键（磷酸二酯键）第二节核酸的分子结构32mdm核酸结构专题知识多核苷酸链：在核酸分子中由多个核苷酸以磷酸二酯键相连形成的链叫多核苷酸链第二节核酸的分子结构33mdm核酸结构专题知识二、核酸的一级结构：图示：DNA的一级结构RNA的一级结构？在核酸分子中核苷酸的排列顺序维系力：磷酸二酯键第二节核酸的分子结构34mdm核酸结构专题知识第二节核酸的分子结构35mdm核酸结构专题知识DNA一级结构的简写形式3`-OHA核苷酸（脱氧腺苷酸）5`3`PPPPPP

AGCTGCOH核酸一级结构的书写方向：5`3`

P5`5`3`二、核酸的一级结构：36mdm核酸结构专题知识AGP5PTPGPCPTPOH3书写方法AGTGCTRNA一级结构的简写形式？53二、核酸的一级结构：37mdm核酸结构专题知识三、DNA的空间结构本世纪20年代，Levene研究了核酸的化学结构并提出四核苷酸假说；40年代末，Avery,Hershey和Chase的实验严密地证实了DNA就是遗传物质；50年代初，Chargaff应用紫外分光光度法结合纸层析等简单技术，对多种生物DNA作碱基定量分析，发现碱基组成有如下规律：第二节核酸的分子结构DNA双螺旋结构的研究背景38mdm核酸结构专题知识不同生物来源的DNA四种碱基比例关系DNA来源腺嘌呤（A）胸腺嘧啶（T）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）（A+T）/（G+C）大肠杆菌25.425.824.124.71.01小麦27.327.122.822.71.21鼠28.628.421.421.51.33猪肝29.429.720.520.51.43猪胸腺30.028.920.420.7猪脾29.629.220.420.8酵母31.332.918.717.51.79三、DNA的空间结构39mdm核酸结构专题知识（一）碱基组成分析—Chargaff规则：1.[A]=[T]，[G][C][A]+[G]=[T]+[C2.有种属特异性3.无组织、器官特异性4.不受年龄、营养、性别及其他环境等影响5.不同生物来源的DNA碱基组成不同，表现在A＋T/G＋C比值的不同。这些结果后来为DNA的双螺旋结构模型提供了一个有力的佐证三、DNA的空间结构40mdm核酸结构专题知识（一）碱基组成分析—Chargaff规则：41mdm核酸结构专题知识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-线衍射图谱分析碱基组成分析Chargaff规则：[A]=[T][G][C]（一）碱基组成分析—Chargaff规则：42mdm核酸结构专题知识碱基配对的结构如图所示:（一）碱基组成分析—Chargaff规则：43mdm核酸结构专题知识（一）碱基组成分析—Chargaff规则：44mdm核酸结构专题知识1953年Watson(美)与Crick(英)提出DNA分子的双螺旋结构模型，1962年共获诺贝尔奖弗朗西斯·克里克（FrancisH.Crick）詹姆斯·沃森（JamesD.Watson）三、DNA的空间结构45mdm核酸结构专题知识（二）

DNA的二级结构DNA右手双螺旋结构模型特点：3′5′3′5′1.DNA双螺旋中的两股链走向是反向平行的，一股链是5′→3′走向，另一股链是3′→5′走向2.磷酰基和脱氧核糖基位于双螺旋结构的外侧；碱基位于内侧三、DNA的空间结构46mdm核酸结构专题知识3.两股DNA链围绕一假想的中心轴形成一右手螺旋结构4.双螺旋的螺距为3.4nm，10个碱基对平面。直径为2.0nm5.表面形成一条大沟，一条小沟。

大沟与小沟是蛋白质识别DNA的碱基序列，与其发生作用的基础5′3′5′3′DNA右手双螺旋结构模型特点：47mdm核酸结构专题知识DNA的双螺旋结构如图所示:5'

3'3'5'

（二）

DNA的二级结构48mdm核酸结构专题知识天然存在的DNA分子最显著的特点是很长，分子质量很大，一般在106～1010大肠杆菌染色体由400万碱基对(basepair，bp)组成的双螺旋DNA单分子。其长度为1.4×106nm，相当于1.4mm，而直径为20nm。分子质量2.6×106

黑腹果蝇最大染色体由6.2×107bp组成，长21mm多瘤病毒的DNA由5100bp组成，长1.7mm（二）

DNA的二级结构49mdm核酸结构专题知识DNA结构双螺旋结构，被认为是本世纪生命科学史最重要的贡献之一，同时也是自然科学史上的重大贡献。它直接解释了生物遗传信息的传递与表达的规律，使生命科学从此进入一个崭新的时代即分子生物学时代（二）

DNA的二级结构50mdm核酸结构专题知识DNA结构双螺旋结构：

在DNA二级结构中，由两条相互平行而走向相反的多核苷酸连，按照碱基配对的原则共同围绕着一个假想的中心轴，以右手螺旋式盘绕形成的螺旋状空间结构（二）

DNA的二级结构51mdm核酸结构专题知识（三）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1、疏水作用力（主要）

（又称碱基堆积力）：维持双链纵向稳定性2、氢键：维持双链横向稳定性提问：起稳定作用的有哪些力呢？52mdm核酸结构专题知识DNA双螺旋的不同构型：1.B-DNA螺旋：标准的

Watson,Crick双螺旋，细胞正常状态下DNA存在的构型2.A-DNA螺旋：DNA在75%相对湿度的钠盐中的构型3.Z-DNA螺旋：左手的DNA螺旋，这种螺旋可能在基因表达或遗传重组中起作用（四)DNA二级结构的多态性53mdm核酸结构专题知识（四)DNA二级结构的多态性54mdm核酸结构专题知识（五）DNA的三级结构1.双螺旋进一步扭曲,形成一种比双螺旋更高层次的空间构象。包括：线状DNA形成的纽结、超螺旋和多重螺旋、环状DNA形成的结、超螺旋和连环等55mdm核酸结构专题知识正超螺旋(positivesupercoil):盘绕方向与双螺旋方同相同负超螺旋(negativesupercoil):盘绕方向与双螺旋方向相反（五）DNA的三级结构56mdm核酸结构专题知识2.真核细胞染色体的组装

染色体的基本结构单位是核小体(nucleosome)

核小体：由DNA和组蛋白构成

组蛋白核心：H2A,H2B,H3,H4

各两个构成一个八聚体，其外再由双螺旋DNA绕旋1.75圈(为DNA的三级结构)，约含140bp。称为核小体的核心颗粒两个核心颗粒间由一段DNA链(约60bp)相连，称为连接部。组蛋白H1结合在连接部（五）DNA的三级结构57mdm核酸结构专题知识两个核心颗粒间由一段DNA链(约60bp)相连，称为连接部。组蛋白H1结合在连接部。若干个核小体再螺旋形成核小体纤维，再进一步螺旋形成染色体。DNA总共压缩了约8000～10000倍（五）DNA的三级结构58mdm核酸结构专题知识（五）DNA的三级结构59mdm核酸结构专题知识（五）DNA的三级结构60mdm核酸结构专题知识（五）DNA的三级结构61mdm核酸结构专题知识小结一、核酸的一级结构多个核苷酸由磷酸二酯键相连形成的多核苷酸链二、DNA的二级结构

（一）碱基组成和配对

（二）DNA的双螺旋结构（三）双螺旋结构的维系力62mdm核酸结构专题知识作业题1、DNA和RNA在化学组成上、分子结构上、生物学功能上各有何特点？2、简述DNA二级结构的特点及维系力3、名词解释：核苷、核苷酸、磷酸二脂键、核酸的一级结构、DNA的二级结构63mdm核酸结构专题知识

四、RNA的分子结构

(一)RNA的分类

信使RNA:（mRNA）转移RNA：（tRNA）核糖体RNA:（rRNA）第二节核酸的分子结构

RNA的功能：参与蛋白质的生物合成分子量400-400073-93大小不一定106含量2%-5%10%-25%80%空间结构一条线型三叶草型复杂双螺旋区

很少40～50%50%以上64mdm核酸结构专题知识（二）RNA二级结构

单链RNA自行盘绕形成局部双螺旋的多“茎”多“环”结构，螺旋部分称为“茎”或“臂”，非螺旋部分称为“环”，在螺旋区，A与U配对，G与C配对

四、RNA的分子结构

65mdm核酸结构专题知识A-U

G-C双螺旋区双螺旋区结构特点：(1)必须是4～6对以上碱基配对时双螺旋区才稳定(2)双螺旋区不一定完全配对(3)双螺旋区旋转方向不一定5'3'1.发夹式结构：（二）RNA二级结构66mdm核酸结构专题知识2.tRNA的二级结构—三叶草型氨基酸臂

DHU环反密码环额外环

TΨC环氨基酸臂额外环（二）RNA二级结构67mdm核酸结构专题知识1.tRNA的

三级结构:倒"L"形（三

）RNA的

三级结构所有的tRNA折叠后形成大小相似及三维构象相似的三级结构，这有利于携带的氨基酸的tRNA进入核糖体的特定部位。69mdm核酸结构专题知识（三

）RNA的

三级结构70mdm核酸结构专题知识2.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（三

）RNA的

三级结构71mdm核酸结构专题知识3.rRNA结构特点（三

）RNA的

三级结构72mdm核酸结构专题知识第三节核酸的理化性质一、物理性质：1.分子量大：DNA108～12RNA1062.溶解性：微溶于水，不溶于有机溶剂

3.黏度：DNA黏度大RNA黏度小得多DNA白色纤维状固体，在50%的乙醇中易沉淀RNA白色粉末状固体，在75%的乙醇中易沉淀73mdm核酸结构专题知识二、化学性质：1.两性性质：2.核酸降解：①酸水解②碱水解③酶水解3.颜色反应：①磷酸反应钼蓝反应②戊糖反应RNA+HCL苔黑酚+FeCL3绿色化合物DNA+二苯胺H+△蓝色化合物③嘌呤碱+AgNO3嘌呤银白色絮状沉淀第三节核酸的理化性质74mdm核酸结构专题知识三、紫外吸收嘌呤碱和嘧啶碱具有很强的紫外吸收能力，因此核酸在260nm波长有最大吸收峰第三节核酸的理化性质75mdm核酸结构专题知识四、核酸的变性复性和杂交（一）DNA的变性加热、酸、碱、尿素、乙醇的影响下，DNA分子中的氢键断裂，双螺旋结构松开形成无规则的线团状分子这个过程称变性第三节核酸的理化性质76mdm核酸结构专题知识热变性**由温度