[医学]第2章-核酸化学.ppt

1、1,第二章 核酸化学,2,第一节 概述,核酸(nucleic acid),定义：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。 DNA：生命遗传信息的携带者 RNA：生命遗传信息的传递者,3,“格里菲斯之谜”,Frederic Griffith 18791941,1928年，英国科学家格里菲思在肺炎球菌实验中首次发现了基因是一类特殊生物分子的证据。,4,R型菌 S型菌,R型细菌无毒,S型细菌有毒,肺炎双球菌转化实验,无荚膜型,荚膜型,5,S型细菌被杀死,肺炎双球菌转化实验,加热杀死S型菌,6,肺炎双球菌转化实验,R型菌+加热杀死S型,怎么来的呢？,？,7,1944年，加拿大生物化学

2、家艾弗里在实验中发现：死去的S型菌并未复活，而是S型菌的DNA进入了R型菌，使其转化为新的S型致病肺炎双球菌。在世界上第一次证明基因就在DNA上。,Oswald Theodore Avery （ 18771955 ）,8,分离S型死菌的提取液分别检测各分离组分（蛋白质、类脂、多糖、RNA和DNA）的转化活性只有DNA具有转化因子活性,9,核酸的分类,核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA） 细胞核：染色质，与组蛋白结合（98%） 细胞质：线粒体 核糖核酸（Ribonucleic Acid，RNA） 细胞核（10） 细胞质（90）,10,元素组成 核酸

3、的基本结构单位核苷酸,第二节 核酸的基本结构单位核苷酸,11,核酸的分子组成,元素组成 C、H、O、N、P等 平均磷含量 P含量约为910%。各种核酸中P接近和恒定。 故在测定组织中的核酸含量时常通过测定P的含量计算生物组织中核酸的含量。,12,核酸的基本结构单位核苷酸,核酸（DNA和RNA）：是由数十个到数十万个核苷酸连接而成的高分子化合物。所以也叫多聚核苷酸。,13,核酸,水解,水解,水解,单核苷酸 （B-R-P）,磷酸（P）,戊糖（R）,碱基（B）,核苷（B-R）,14,核苷酸,磷酸,核苷,HO,戊糖,碱基,15,一 碱基,嘌呤： 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 嘧啶： 胸腺嘧啶（T） 胞嘧

4、啶（C） 尿嘧啶（U) 稀有碱基：在某些RNA分子中，特别是tRNA还 含有微量的其他碱基称或微量碱 基。如黄嘌呤、二氢尿嘧啶等, DNA和 RNA,DNA,RNA,16,嘌呤(purine),腺嘌呤(adenine, A),鸟嘌呤(guanine, G),17,嘧啶(pyrimidine),胞嘧啶(cytosine, C),尿嘧啶(uracil, U),胸腺嘧啶(thymine, T),18,二、 戊 糖,H,19,三 、核苷,碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。,2,H,H,20,核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸： dAMP, dGMP, d

5、TMP, dCMP,四 核苷酸,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）。,5,21,DNA与RNA结构相似，但在组成成份上略有不同：,22,五 多核苷酸的连接及表示方式,核酸中核苷酸间的连接： 核苷酸戊糖3位碳上的OH基与另一个核苷酸戊糖5位上的磷酸缩合 核苷酸间的连接方式：3,5磷酸二酯键,23,5磷酸端：在多核苷酸链中，一端核苷酸的5磷酸未形成磷酸二酯键，称，或5末端。 3羟基端：另一端核苷酸3羟基未被酯化，称为，或3末端。,5端,3端,核苷酸链的方向性,24,25,核酸结构的表示方式：,26,互补链,3 T G A C G A 5,27,第三节 DNA分子的结构与功

6、能,一 DNA一级结构,DNA分子中核苷酸排列顺序、连接方式称为DNA的一级结构。连接方式：磷酸二酯键,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 ACTGCATAGCTCGA 3 4n,生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。,28,二 DNA的二级结构双螺旋结构,1953年，Watson和Crick ，,29,（一）DNA双螺旋结构的研究背景,30,（二） DNA双螺旋结构模型要点 （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。

7、螺旋直径为2nm，形成大沟(major groove)及小沟(minor groove)相间。,31,（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。,32,（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。,33,Watson和Crick所提出的模型称为B-DNA。,不同构型的DNA,B型是最稳定的构型，是细胞内DNA存在的主

8、要形式,（二） 其它类型的DNA二级结构,34,碱基互补配对,5 ACTGCATAGCTCGA 3,DNA双链的反向互补配对,3 TGACGTATCGAGCT 5,35,三 DNA三级结构,指DNA双螺旋通过弯曲和扭转所形成的特定构象即 DNA的三级结构,原核生物/真核线粒体,正超螺旋 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同,负超螺旋盘绕方向与DNA双螺旋方向相反,36,染色体的基本单位是核小体(nucleosome) 核小体：由DNA和组蛋白共同构成。,染色体的基本单位是核小体(nucleosome),真核生物，线性DNA盘绕在组蛋白上。,37,第四节 RNA的结构与功能,DNA与RNA结构相似，但

9、在组成成份上略有不同：,38,RNA的结构特点,RNA是单链分子。RNA分子中，并不遵守碱基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。 RNA分子中，单链部分区域自身回折，如果碱基互补也能形成双螺旋结构，不能形成双螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以形象地称为“发夹型”结构。 在RNA的双螺旋结构中，碱基的配对情况不象DNA中严格。G 除了可以和C 配对外，也可以和U 配对。不同类型的RNA, 其二级结构有明显的差异。,39,RNA局部形成“发卡”结构,40,RNA一级结构,RNA的一级结构是指碱基的排列顺序、数量。 RNA 信使RNA(mRNA） 核糖体RNA(rR

10、NA ) 转运RNA（tRNA),41,一 信使RNA,* mRNA的功能 蛋白质合成的模板。,42,* mRNA结构特点,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。,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C2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。,43,44,3 编码区：mRNA有编码区和非编码区，编码区是所有mRNA分子的主要结构部分，决定蛋白质分子的 一级结构。非编码区与蛋白质生物合成调控有关。,45,二 转运RNA,* tRNA的功能 活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。,1 单链分子

11、2 含 1020% 稀有碱基，如 DHU 3 3末端为 CCA-OH 4 5末端大多数为G，而且是磷酸化的,46,* tRNA的二级结构 三叶草形 氨基酸臂 DHU环 反密码环 额外环 TC环,氨基酸臂,DHU环,反密码子环,TC环,额外环,47,在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的tRNA的三级结构均为倒L型,tRNA的三级结构,氨基酸臂,反密码子环,48,三 核糖体RNA,1 细胞内含量最丰富的RNA. 2 与核糖体蛋白组成核糖体 3 蛋白合成的场所,真核生物（80S) 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S Rrna(

12、小亚基）,原核生物(70S) 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA（小亚基）,49,核糖体,50,RNA分类及特点,57,51,第五节、核酸理化性质,一 酸性：由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性（氨基）是一个弱碱，通常表现为酸性。 由于在中性或偏碱性溶液中，常带负电荷，故可电泳分离。,52,在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，一般在260nm左右有最大吸收峰，作为核酸及其组份定性和定量测定的依据。,二 核酸的紫外吸收,53,三 核酸的变性、复性与杂交,（1）核酸的变性 在理化因素作用下，核酸分子中的氢键断裂，双螺旋结构松散分开，形成无规则单链结构的过程。

13、变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。 核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂，其一级结构(碱基顺序)保持不变。 核酸变性的因素：加热、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。,54,增色效应：天然状态的DNA在完全变性后，紫外吸收(260 nm)值升高, 即。 粘度降低 沉降速度增加,DNA变性后，性质也随之发生变化,55,Tm ：随DNA变性增加，260nm处的紫外光吸收值逐渐增加，该值达到最大值50时的温度称为核酸的解链温度或变性温度，用“Tm” 表示融解温度。,56,Tm值影响因素： 1 与分子中的G和C的含量有关。G和C的含量高，Tm高（因G- C之间有三个氢键，A-T有两个氢键，故G-C较A-T稳固）。 2 与核酸分子长度有关，核酸分子越长，解链时所需能量越高，Tm值越大。,57,复性：变性DNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为。,（2）核酸的复性,58,不同来源的DNA、DNA与RNA、RNA和RNA之间都可以发生杂交。,59,核酸的杂交的应用： 在分子生物学和