《蛋白质与核酸》课件.ppt

1、第一节、蛋白质的基本组成单位 第二节、蛋白质的分子结构 第三节、蛋白质的分类及性质 第四节、核酸的化学组成 第五节、核酸分子的结构 第六节、核酸的理化性质和分离提纯,第五章 蛋白质与核酸,第四节、核酸的化学组成,核酸(nucleic acid)是由碱基（嘌呤和嘧啶）、戊糖和磷酸组成的高分子物质，是生物体的基本组成。 种类及分布 DNA （脱氧核糖核酸）：主要在细胞核中，是染色体的主 要成分。此外在线粒体、叶绿体、质粒及细胞膜上. RNA（核糖核酸）：细胞核核仁； 细胞质核糖体及上清液中,核酸,核苷酸,水 解,核酸的化学组成 除含C、H、O、N外，还含有较多的磷和少量的硫，含磷量在910,核酸是

2、一种线形多聚核苷酸(polynucleotide), 其基本结构单位是核苷酸(nucleotide)。,核苷酸的基本结构,碱基是一类含氮的有机小分子（五种） 嘌呤(purine）：腺嘌呤 adenine (A)、鸟嘌呤 guanine (G) 嘧啶(pyrimidine ）：胞嘧啶 cytosine (C)DNA/RNA、尿嘧啶 uracil (U)RNA、胸腺嘧啶 thymine (T)DNA 构成核酸的五种碱基中的酮基和氨基位于杂环上氮原子邻位，受介质PH值的影响，形成酮式和烯醇式，氨基或亚氨基互变异构体。,一、碱基（nitrogenous base）,腺嘌呤,鸟嘌呤,尿嘧啶,胞嘧啶,胸腺

3、嘧啶,二、戊糖（pentose）,2-deoxy-D-ribose,D-ribose,三、核苷（nucleoside） 核苷是核糖与碱基(嘌呤碱或嘧啶碱)结合物。 嘌呤核苷是嘌呤的第9位N与核糖或脱氧核糖第1位碳连接； 嘧啶核苷是嘧啶的的第1位N与核糖或脱氧核糖第1位碳连接；,胞嘧啶脱氧核苷（dC),胸腺嘧啶脱氧核苷(dT),尿嘧啶核苷（U）,胞嘧啶核苷 (C),核苷：戊糖与碱基缩合而成，并以糖苷键相连接。 糖苷键：二者的连接是C-N键，称N-糖苷键。,四、核苷酸（nucleotide）结构与命名,磷酸,碱基,戊糖,H2O,H2O,碱基,磷酸,戊糖,核苷键,脂键,核苷酸： AMP、 GMP C

4、MP UMP 脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dCMP, dTMP 修饰核苷： 如5-甲基 胞嘧啶：m5dCMP。,核苷酸：核苷的磷酸酯,碱基连接（核苷键）,脂 键,（对DNA为H）,1,2,3,4,5,核糖核苷酸 (2 、3和5 位)； 脱氧核糖核苷酸（3和5位)。,八种核苷酸如下表所示,M-单(D-二、T三） ；P-磷酸 RNA的名称为某（单、二、三）苷酸，DNA在某（单、二、三）前加脱氧两字。如AMP称腺苷磷酸(或腺苷酸），dAMP称为脱氧腺苷磷酸（脱氧腺苷酸）。 稀有核苷酸与上类似；,3 5 环化腺苷酸 （cAMP）,许多激素是通过cAMP发 挥功能的，所以它被称 为激素作用的第二

5、信使，激素是第一信使。,一、DNA的分子结构 （一）核酸的一级结构 核酸的一级结构是指单核苷酸之间的连接方式。 DNA、RNA都是由许多核苷酸通过3、5磷酸二酯键将前一个核苷酸与后一个核苷酸连接起来，形成无分支的多核苷酸链。 在链的一端的一个戊糖的3位上OH是游离存在的，另一端的戊糖其5位上连有一个磷酸基团呈单磷酸酯状态，这两个末端分别称为3末端及5末端。,第五节 核酸的分子结构,DNA一级结构的简写形式,核苷酸顺序又称碱基顺序，是蛋白质与RNA结构的生物语言。,A,核苷酸,首端,末端,多核苷酸链的表达方式,（二）DNA的空间结构 1、DNA的二级结构 DNA双螺旋结构模型的要点 (1) DN

6、A分子是由两条反平行的多聚脱氧核苷酸链，绕同一中心轴盘旋形成的右手螺旋结构； (2) 每条主链由脱氧核糖与磷酸通过3、5磷酸二酯键连接而成，并位于螺旋外侧。碱基位于螺旋内侧，碱基平面与螺旋中心轴垂直。螺旋表面有两条螺旋形的凹槽大沟和小沟。,(3) 双螺旋的直径是2nm，沿中心轴，每一个螺旋周期有10个核苷酸对，螺距是3.4nm，碱基对之间的距离为0.34nm。 (4) 两链间的碱基以氢键互相配对。A与T配有两个氢键，G与C配有三个氢键。 DNA分子所含嘌呤碱基的总数等于嘧啶碱基的总数(即A+G=T+C)碱基当量定律。,DNA碱基组成的Chargaff规则（1950年） （1）腺嘌呤和胸腺嘧啶的

7、摩尔数相等，即AT （2）鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数也相等，即GC （3）含氨基的碱基(腺嘌呤和胞嘧啶)总数等于含酮基的碱基(鸟嘌呤和胸腺嘧啶)总数，即A+C=G+T （4）嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+ G= C+ T 所有DNA中碱基组成必定是A=T，G=C这一规律暗示A与T, G与C相互配对的可能性，为Watson和Crick提出DNA双螺旋结构提供了重要根据。,A.DNA碱基互补原则,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 。,DNA 一 股 的 核 苷 酸 序 列 与 另 一 股 的 序

8、列 互 补（A-T、G-C）。,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,1.反向、平行、右手螺旋,2.链间碱基配对相连 3.每10个碱基对螺旋上升一周 4.一条链为主动链，另一条为被动链；,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,稳定DNA双螺旋的力,碱基堆积力(每条链上相邻碱基平面之间的疏水作用) 碱基间的氢键,A-DNA B-DNA(右旋DNA) C-DNA Z-DNA(左旋DNA),DNA双螺旋的种

9、类,DNA双螺旋结构模型,不同型的DNA,不同型的DNA,2、DNA的三级结构 （1）DNA的三级结构是指双螺旋DNA的扭曲或再螺旋。 如开环形-由直链双螺旋DNA分子两端连接而成，其中一条链留有一个小缺口。 闭环超螺旋形-是双链环形DNA扭曲成麻花状。 发夹形-DNA变性后在反相重复序列时，可形成发夹形。 （2）DNA也可聚合成二聚体和三聚体。,二、RNA（核糖核酸） 天然RNA是单链线形分子，只有局部区域为双螺旋结构。 rRNA (Ribosomal RNAs ，核糖体RNA)，占80%以上：与蛋白质构成核糖体，催化肽键的形成 mRNA (Messenger RNAs ，信使RNA) ，占

10、5%：是以DNA为模板合成的，又是合成蛋白质的模板 tRNA (Transfer RNAs ，转运RNA)，占15%：在蛋白质合成中转运氨基酸和识别密码子,RNA的结构,（一）RNA的一级结构(以mRNA为例) RNA分子的基本结构是一条线性的多核苷酸链，由四种核糖核苷酸以3，5-磷酸二酯键连接而成。 1、原核mRNA的一级结构的特点 在5末端和3末端无特殊结构，原核mRNA一般为多顺反子。 顺反子是指mRNA上对应于DNA上一个完整基因的一段核苷酸序列。,在mRNA分子内部，每一个顺反子的编码区是从起始密码(AUG)开始，到终止密码(UAG)为止。各个顺反子的编码区之间、5端的第一个顺反子的

11、编码区之前以及3端的最后一个顺反子编码区之后，都含有一段非编码区。,2、真核mRNA的一级结构的特点 真核的mRNA一般为单顺反子，即一条mRNA链只翻译产生一条多肽链。 其结构模式为 5-帽子-5非编码区-编码区-3非编码区-多聚A 多聚腺苷酸（多聚A)尾的作用是延长mRNA的寿命，从而可以增加蛋白质合成的数量。此外，还有助于mRNA穿过核膜，进入细胞质执行其模板功能,5-帽子结构,5，5-磷酸二酯键，有抗5-核酸外切酶的降解作用，在蛋白质合成过程中，有助于核糖体对mRNA的识别和结合。,（二）RNA的空间结构(以tRNA为例) 1、RNA的二级结构是指单链RNA分子自身回折，链内的互补碱基

12、配对，形成局部双螺旋区，未配对的部分则形成突环相间分布成花形结构。,局部双螺旋,回折产生茎环结构（stem-loop），即二级结构。,tRNA的二级结构呈三叶草形 三叶草形结构由氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码环、额外环和TC环等5个部分组成,tRNA的结构特点：,（1）、分子量在25kd左右，由7090个核苷酸组成，沉降系数在4S左右； （2）、碱基组成中有较多的稀有碱基； （3）、 3末端都为CpCpAOH用来接受活化的 氨基酸。所以这个末端称接受末端； （4）、5末端大多为pG,也有pC的； （5）、tRNA的二级结构都呈三叶草形。双螺旋区构成了叶柄，突环区好象是三叶草形的三片小叶。,tR

13、NA的二级结构都呈三叶草形。双螺旋区构成了叶柄，突环区好像是三叶草的三片小叶。 由于双螺旋结构所占比例甚高，tRNA的二级结构十分稳定。 三叶草形结构由氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码环、额外环和TC环等5个部分组成。,（1）、氨基酸臂（amino acid arm）由7对碱基组成，富含鸟嘌呤，末端为CCA，接受活化的氨基酸。 （2）、二氢尿嘧啶环(dihydrouridine loop)由8一12个核苷酸组成，具有两个二氢尿嘧啶，故得名。通过由34对碱基组成的双螺旋区(也称二氢尿嘧啶臂)与tRNA分子的其余部分相连。 （3）、反密码环(anticodon loop)由7个核苷酸组成。环中部为反

14、密码子，由3个碱基组成。次黄嘌呤核苷酸(也称肌苷酸，缩写成I)常出现于反密码子中。反密码环通过由5对碱基组成的双螺旋区(反密码臂)与tRNA的其余部分相连。反密码子可识别信使RNA的密码子。,（4）额外环（extra loop ）由3一18个核苷酸组成。不同的tRNA具有不同大小的额外环，所以是tRNA分类的重要指标。 （5）假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环(TC环)由7个核苷酸组成，通过由5对碱基组成的双螺旋区(TC臂)与tRNA的其余部分相连。除个别例外，几乎所有tRNA在此环中都含有TC 。,2、tRNA的三级结构 RNA的二级花形结构在细胞中进一步回折扭曲，使分子内部的自由能达到最小，在

15、二级结构中突环上未配对的碱基由于RNA链的再度扭曲与另一突环上的未配对碱基相遇，形成新的氢键配对关系，其结果是平面花形结构变成立体花形结构。,RNA的三级结构,茎环结构间的相互作用形成三级结构。,第六节、核酸的性质,一、一般理化性质 1、两性电解质： 2、溶解性：微溶于水，不溶于一般有机试 剂（乙醇沉淀核酸），钠盐易溶于水。 3、粘度高：一般DNA比RNA粘度高。 4、水解性：可被酸、碱或酶水解，DNA比 RNA对稀碱稳定。 5、颜色反应： 1）核糖与浓盐酸和苔酚蓝共热呈绿色，在 670nm处可测RNA； 2）2-脱氧核糖与酸和二苯胺共热呈蓝紫色，在595nm处可测DNA。 二种反应可作定性试

16、验，定量试验灵敏度低、准确性差，但快、简便。,二、紫外吸收性质,碱基具共轭双键强烈吸收260-290nm波段 紫外光，最大吸收峰在260nm附近。 应用： 1、不同核苷酸有不同吸收特性，可用紫外分光光度计进行定性、定量测定。 1 OD相当于：50g/ml DNA 40g/ml RNA 20g/ml Nt(核苷酸）,2、确定所提取的核酸是否纯品。 1）DNA： 1.8 纯品 OD260/OD290 1.8 RNA 污染 1.8 pro 污染 2）RNA： OD260/OD290 2.0 纯品,3、紫外可使相邻T T间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体，引起基因突变。,A = T C = G T = A

17、 T = A,紫外,A = T C = G T A T A,三、核酸结构的稳定性,1、碱基堆积力：双螺旋内部碱基形成的疏 水区； 2、碱基间的氢键： 3、磷酸基与介质中阳离子形成的离子键 4、范德华力。,四、核酸的变性,1、变性的概念 1）现象：双螺旋DNA和具双螺旋区的RNA氢键 断裂，空间结构被破坏，形成单链无规 则线团状的过程。,四、核酸的性质,2）结果：A、增色效应： 260nm紫外吸收增加； B、粘度下降、浮力密度上升； C、生物学性能部分或全部丧失。 3）引起变性的因素： 温度、pH、尿素、甲醛等。,2、热变性与Tm,Tm：在热变性中，紫外吸收增加的中点值所对应的温度，称该DNA的

18、熔解温度（melting temperature,Tm);又称热解链温度。,四、核酸的性质,3、影响Tm的因素：,1）DNA的均一性； 2）G-C含量：Tm与G-C含量成正比。 3）介质中的离子强度：离子强度低，Tm低，熔解温度范围窄。,盐浓度对DNA变性的影响,五、核酸的复性,概念：变性DNA在适当条件下（缓慢降温），可 使两条彼此分开的链重新缔合成双螺旋结 构的过程。 复性后，许多物化性质可得到恢复， 生物学活性部分恢复。 影响因素：温度、DNA片段大小、DNA浓 度、碱基重复序列多少、离子浓度。,四、核酸的性质,DNA变性与复性,六、核酸的提取,方法：先破碎细胞，提取核蛋白；再使核酸与蛋白质分离；最后沉淀核酸，进行纯化。,1、蛋白质作为生物功能的主要载体，承担着哪些主要生物学功能？ 2、蛋白质这个重要的生物大分子的化学组成是什么？其基本组成单位在结构和性质上有何特点？ 3、蛋白质的基本组成单位-氨基酸是如何形成大分子蛋白质的？蛋白质生物大分子的空间结构是如何来描述的？ 4、为什么要了解蛋白质的空间结构？蛋白质的结构与功能之间有何关系？决定蛋白质结构的因素是什么？,课后思考,1、 组成蛋白质的氨基酸的结构是如何影响蛋白质的？ 2、 氨基酸除了作为蛋白质的基本组成单位，它还有那些其他功能？ 3、 什么是肽？它们有那些