核酸的结构与功能-课件

2020/11/291核核 酸酸(nucleic acid)以以核苷酸核苷酸为基本组成单位的生为基本组成单位的生物物大分子大分子，携带和传递，携带和传递遗传信息遗传信息.2020/11/292精品资料2020/11/293你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早”2020/11/294l18681868年年 Fridrich MiescherFridrich Miescher 从脓细胞中提取核素。从脓细胞中提取核素。l19441944年年 AveryAvery等人证实等人证实DNADNA是遗传物质。是遗传物质。l19531953年年 WatsonWatson和和CrickCrick发现发现DNADNA的双螺旋结构。的双螺旋结构。l19681968年年 NirenbergNirenberg发现遗传密码。发现遗传密码。l19751975年年 TeminTemin和和BaltimoreBaltimore发发现逆转录酶。现逆转录酶。l19811981年年 GilbertGilbert和和SangerSanger建建立立DNADNA测序方法。测序方法。l19851985年年 MullisMullis发明发明PCRPCR技术。技术。l19901990年年 美国启动人类基因组计划美国启动人类基因组计划(HGPHGP)。l19941994年年 中国人类基因组计划启动。中国人类基因组计划启动。l20012001年年 美英等国完成人类基因组计划。美英等国完成人类基因组计划。核酸研究的发展简史核酸的分类及分布 存在存在于细胞核和于细胞核和线粒体线粒体 分布于细胞核、细胞质、分布于细胞核、细胞质、线粒体线粒体(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，并通过复制传递给下携带遗传信息，并通过复制传递给下一代。一代。是是DNADNA转录的产物，参与遗传信息的复转录的产物，参与遗传信息的复制与表达。某些病毒制与表达。某些病毒RNARNA也可作为遗传也可作为遗传信息的载体信息的载体2020/11/296核酸的化学组成核酸的分子结构核酸的理化性质DNARNA 主要内容：主要内容：2020/11/297核酸核酸(DNA和和RNA)核苷酸核苷酸核苷和脱氧核苷核苷和脱氧核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖核酸组成 DNA的组成单位是的组成单位是脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide）RNA的组成单位是的组成单位是核糖核苷酸核糖核苷酸（ribonucleotide）。）。2020/11/298分子组成碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位碱基碱基(base)是含氮的杂环化合物。是含氮的杂环化合物。碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶存在于存在于DNA和和RNA中中仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中碱基2020/11/2910嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)2020/11/2911嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)2020/11/2912分子组成碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位戊糖（构成（构成RNA）12345-D-核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）-D-2脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)2020/11/2914分子组成碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位核核苷苷脱氧核苷嘌呤嘌呤N-9 与脱氧核糖与脱氧核糖C-1 通过通过-N-糖苷糖苷键键相连形成相连形成脱氧核苷脱氧核苷(deoxyribonucleoside)。2020/11/2916 嘧啶嘧啶N-9-9与核糖与核糖C-1C-1 通过通过-N-糖苷键糖苷键相连形成相连形成核苷核苷(ribonucleoside)。核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷键糖苷键2020/11/2917分子组成碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位核核苷苷核苷或脱氧核苷与磷酸通过核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键酯键结合构成结合构成核苷酸核苷酸(ribonucleotide)(ribonucleotide)或脱氧核苷酸或脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)(deoxyribonucleotide)。核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO-HOO糖苷键糖苷键酯键酯键2020/11/2919多磷酸核苷酸环化核苷酸：环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信是细胞信号转导中的第二信使。号转导中的第二信使。cAMP核苷酸衍生物2020/11/2921烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，nicotinamide nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+adenine dinucleotide,NAD+）生物氧化体系的重要成分，在传递质子或生物氧化体系的重要成分，在传递质子或电子的过程中具有重要的作用。电子的过程中具有重要的作用。2020/11/2922二、二、DNADNA通过通过3 3,5,5-磷酸二酯键连磷酸二酯键连接接一一个个脱脱氧氧核核苷苷酸酸3 3 的的羟羟基基与与另另一一个个核核苷苷酸酸5 5 的的-磷磷酸酸基基团团缩缩合合形形成成磷磷酸酸二二酯酯键键(phosphodiester bond)。多多个个脱脱氧氧核核苷苷酸酸通通过过磷磷酸酸二二酯酯键键构构成成了了具具有有方方向向性性的的线线性性分分子子，称称为为多多聚聚脱脱氧氧核核苷苷酸酸(polydeoxynucleotide)，即，即DNA链。链。2020/11/29235-末端末端3-末端末端CGA磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键2020/11/2924交交替替的的磷磷酸酸基基团团和和戊戊糖糖构构成成了了DNA的的骨骨架架 (backbone)。DNA链的方向是链的方向是5 5 3 3 2020/11/2925三、三、RNARNA具具3 3,5,5-磷酸二酯键的线性大分磷酸二酯键的线性大分子子RNARNA也也是是多多个个核核苷苷酸酸分分子子通通过过3 3,5,5-磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接形形成成的的线线性性大大分分子子，也也具具有有5 5 33 方方向性向性;RNARNA的戊糖是核糖；的戊糖是核糖；RNARNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。构构成成RNARNA的的四四种种基基本本核核苷苷酸酸是是AMPAMP、GMPGMP、CMPCMP和和UMPUMP。2020/11/2926核核酸酸中中核核苷苷酸酸的的排列顺序。排列顺序。由由于于核核苷苷酸酸间间的的差差异异主主要要是是碱碱基基不不同同，所以也称为所以也称为碱基序列碱基序列。5 5 端端3 3 端端CGA四、核酸的一级结构是四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序核苷酸的排列顺序2020/11/2927A G P5 P T PG PC PT P OH 3 核酸的一级结构5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 A C T G C T2020/11/2928单单链链DNA和和RNA分分子子的的大大小小常常用用核核苷苷酸酸数数目目（nucleotide，nt）表表示示；双双链链核核酸酸分分子子的的大大小常用小常用碱基碱基(base或或kilobase)数目数目来表示。来表示。小小的的核核酸酸片片段段(80)。rRNA与与核核糖糖体体蛋蛋白白结结合合组组成成核核糖糖体体(ribosome)，为蛋白质的合成提供场所。，为蛋白质的合成提供场所。三、三、rRNA为组分的核糖体是蛋白质为组分的核糖体是蛋白质合成的场所合成的场所2020/11/2957n核糖体的组成核糖体的组成原核生物（大肠杆菌）原核生物（大肠杆菌）真核生物（小鼠肝）真核生物（小鼠肝）小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质21种种占总重量的占总重量的40%33种种占总重量的占总重量的50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质31种种占总重量的占总重量的30%49种种占总重量的占总重量的35%2020/11/2958核酸的化学组成核酸的分子结构核酸的理化性质DNARNA 主要内容：主要内容：2020/11/2959核酸在波长核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，处有强烈的吸收，是由是由碱基的共轭双键碱基的共轭双键所决定的。这一特所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。性常用作核酸的定性和定量分析。一、核酸分子具有强烈的紫外吸收一、核酸分子具有强烈的紫外吸收2020/11/2960DNA或或RNA的定量的定量A260=1.0 相当于相当于 50g/ml 双链双链DNA(dsDNA)40g/ml 单链单链DNA(ssDNA or RNA)20g/ml 寡核苷酸寡核苷酸确定样品中核酸的纯度确定样品中核酸的纯度 纯纯 DNA:A260/A280=1.8纯纯 RNA:A260/A280=2.0n紫外吸收的应用紫外吸收的应用2020/11/2961二、二、DNA变性是双链解离为单链的过程变性是双链解离为单链的过程某些理化因素导致某些理化因素导致DNADNA双链互补碱基双链互补碱基对之间的氢键发生断裂，对之间的氢键发生断裂，DNADNA双链解离为双链解离为单链单链的过程。的过程。n定义定义DNA变性的本质是双链间变性的本质是双链间氢键氢键的断裂。的断裂。2020/11/2962部分解链部分解链双链双链DNAnDNA的变性的变性2020/11/2963增增色色效效应应(hyperchromic effect)：DNA变变性性时时其其溶溶液液OD260增高增高的现象。的现象。nDNA解链时的解链时的紫紫外吸收变化外吸收变化2020/11/2964nDNA的解的解链链曲线曲线连连续续加加热热DNA的的过过程程中中以以温温度度相相对对于于A260值值作作图图，所所得得的的曲线称为曲线称为解链曲线解链曲线。解解链链过过程程中中，紫紫外外吸吸光光度度的的变变化化达达到到最最大大变变化化值值的的一一半半时时所所对对应应的温度。的温度。解链温度解链温度(melting temperature，Tm)2020/11/2965G+C 含量越高，解链温度就越高。含量越高，解链温度就越高。n解链解链曲线曲线的变化的变化2020/11/2966三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链当当变变性性条条件件缓缓慢慢地地除除去去后后，两两条条解解离离的的互互补补链链可可重重新新配配对对，恢恢复复原原来来的的双双螺螺旋旋结结构构，这这一现象称为一现象称为DNA复性复性(renaturation)。减色效应：减色效应：DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热热变变性性的的DNA经经缓缓慢慢冷冷却却后后即即可可复复性性，这这一一过程称为过程称为退火退火(annealing)。2020/11/2967不不同同种种类类的的DNA单单链链分分子子或或RNA分分子子放放在在同同一一溶溶液液中中，只只要要两两种种单单链链分分子子之之间间存存在在着着一一定定程程度度的的碱碱基基配配对对关关系系，在在适适宜宜的的条条件件可可以以在在不不同同的的分分子子间间形形成成杂化双链杂化双链(heteroduplex)。这这种种杂杂化化双双链链可可以以在在不不同同的的DNA与与DNA之之间间形形成成，也也可可以以在在DNA和和RNA分分子子间间或或者者RNA与与RNA分分子子间间形成。这种现象称为形成。这种现象称为核酸分子杂交核酸分子杂交。n核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)2020/11/2968n核酸分子复性和杂交核酸分子复性和杂交2020/11/2969研究研究DNA分子中某一种基因的位置。分子中某一种基因的位置。监定两种核酸分子间的序列相似性。监定两种核酸分子间的序列相似性。检测靶基因在待检样品中存在与否。检测靶基因在待检样品中存在与否。n核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用2020/11/2970