生化第二章核酸的结构与功能(医本)课件

绚丽绚丽多彩的生物世界是多彩的生物世界是怎么产怎么产生的生的？成千上万？成千上万种种不同性不同性状状和和习习性生物性生物间间有有什什么关么关系？系？这这是自古以是自古以来来，人，人们们追追问问的的问题问题。DNA DNA.1第第 二二 章章核酸的核酸的结构结构和功能和功能Structure and Function of Nucleic Structure and Function of Nucleic AcidAcid.2以以核核苷苷酸酸为为基本基本组组成成单单位位生物大分子生物大分子储储存、携存、携带带和和传递传递遗传遗传信息信息核酸核酸(nucleic acid)nucleic acid).3脱氧脱氧核糖核酸核糖核酸/DNA/DNA(deoxyribonucleic acid,)(deoxyribonucleic acid,)核糖核酸核糖核酸/RNA/RNA(ribonucleic acid,)(ribonucleic acid,)细胞胞核核、线粒粒体体、叶叶绿体体质粒等粒等胞液、胞核胞液、胞核遗传信息、信息、决决定基因型定基因型DNADNA遗传信息的表信息的表达达l核酸的分核酸的分类类、分布分布及作用：及作用：.4第第 一一 节节核酸的化核酸的化学组学组成及其一成及其一级结构级结构The Chemical Component and The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic AcidPrimary Structure of Nucleic Acid.5l元素元素组组成成:C、H、O、N、P（9%10%）l分子分子组组成成三部分三部分碱碱基基(base)：嘌呤嘌呤碱碱，嘧啶碱嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)：核糖，核糖，脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸(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.6（一）（一）碱碱 基基嘌呤嘌呤(purinepurine)2 2种种 嘧啶嘧啶(pyrimidinepyrimidine)3 3种种对对对对碱碱基的基的说说明：明：.7（二）（二）2 2种种戊糖戊糖（RNA成分）成分）核糖核糖(ribose)（DNA成分）成分）1122334455脱氧脱氧核糖核糖(deoxyribose)原子原子编号编号：1 1、22.8核核苷苷脱氧脱氧核核苷苷（三）核（三）核苷苷(ribonucleoside)ribonucleoside)碱碱基基种类种类及名及名称称：核核苷苷嘌呤嘌呤9 9位位N/N/嘧啶嘧啶1 1位位N N与与糖糖1 1 C C形成形成糖糖苷键苷键1 1O ON NN NN NH H2 211O OH HO OCHCH2 2O OH HO OH H核糖核糖.9（四）（四）核核苷苷酸酸(ribonucleotide)ribonucleotide)O ON NN NN NH H2 2O OCHCH2 2O OH HO OH HP PO OO OO OH HO OH Hl结构举结构举例例核核苷苷/脱氧脱氧核核苷苷磷酸磷酸酯键酯键l核核苷苷酸酸的的结构结构：磷酸磷酸.10l核核苷苷酸酸种类种类和名和名称称：常常见碱见碱基部分可基部分可为为5 5种碱种碱基的一基的一种种核糖部分可核糖部分可为为核糖或核糖或脱氧脱氧核糖核糖酸的部分可酸的部分可为为一磷酸、二磷酸、三磷酸一磷酸、二磷酸、三磷酸或或环环磷酸中的一磷酸中的一种种根据三根据三个个组组成部分成部分.11l核核苷苷酸酸的主要功能：的主要功能：核核苷苷三三磷酸磷酸是合成核酸是合成核酸原料原料，又能提供，又能提供能量能量。核核苷苷二二磷酸磷酸活化中活化中间间代代谢谢物物,如如UDP-葡萄糖等。葡萄糖等。核核苷苷一一磷酸磷酸是是核酸的核酸的组组分分,还还是一些是一些辅辅酶的成分酶的成分。核核苷苷环环磷酸磷酸在在细细胞信胞信号转导号转导中起重要作用。中起重要作用。.12小结：两类核酸的基本成分区别 RNA DNA 磷酸磷酸 磷酸磷酸 磷酸磷酸 戊糖戊糖 D-核糖核糖 D-2-脱氧核糖脱氧核糖 嘌呤碱嘌呤碱 腺腺(A)、鸟、鸟(G)腺腺(A)、鸟、鸟(G)嘧啶碱嘧啶碱 胞胞(C)、尿尿(U)胞胞(C)、胸腺胸腺(T).13小结：两类核酸的基本组成单位 RNA DNA AMPGMPCMPUMP dAMPdGMPdCMPdTMP.14二、二、DNA是脱氧核苷酸通过是脱氧核苷酸通过3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键连接形成的大分子连接形成的大分子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。一一个个脱脱氧氧核核苷苷酸酸3 3 的的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 缩 合合 形形 成成 磷磷 酸酸 二二 酯酯 键键(phosphodiester bond)。.15三、三、RNA也是具有也是具有3,5-磷酸二酯键的磷酸二酯键的线性大分子线性大分子RNA也也是是多多个个核核苷苷酸酸分分子子通通过过酯酯化化反反应应形形成的线性大分子，成的线性大分子，并并且且具有方向性具有方向性；RNA的戊糖是核糖；的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和的嘧啶是胞嘧啶和尿尿嘧啶。嘧啶。.16.17核酸中核核酸中核苷苷酸的酸的排列排列顺顺序序/碱碱基序列。基序列。l连连接接键键：3 3，5 5 磷酸二磷酸二酯键酯键l方向性：方向性：5 5 33 l定定义义：四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序.18A G P5 P T PG PC PT P OH 3 l书写书写方法方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 简简化：化：再再简简化：化：.19l核酸分子大小表示法：核酸分子大小表示法：碱基数目表示碱基数目表示 basebase、kilobasekilobase、用于单链用于单链DNADNA或或RNARNA碱基对数目碱基对数目 base base pair(bppair(bp),),kilobasekilobase pair(kbppair(kbp)用于用于双链双链DNADNA或或RNARNA小的核酸片断（小于小的核酸片断（小于5050bpbp）称寡核苷酸称寡核苷酸.20l DNADNA一一级结构级结构的意的意义义：编码编码生命的生命的遗传遗传信息信息 简单简单而又完美四而又完美四个个字字“A A 、G G 、C C 、T”T”！惊叹惊叹：具有强大具有强大编码编码能力能力 DNADNA计计算机算机神奇：神奇：演化整演化整个个生物界生物界 生命生命语语言言蛋白蛋白质质一一级结构级结构DNADNA一一级结构级结构计计算机二算机二进进制制编码编码符符号号2020种氨氨基酸基酸A/G/C/TA/G/C/T0/10/1语语言言蛋白蛋白质语言言核酸核酸语言言智能智能语言言.21第第 二二 节节DNADNA的空的空间结构与间结构与功能功能Dimensional Structure and Function of Dimensional Structure and Function of DNADNA.2219621962 Nobel Prize in Physiology or Medicine Nobel Prize in Physiology or Medicine一、一、DNADNA的二的二级结构级结构double helix.23（一）（一）DNA双双螺旋螺旋结构结构的的研研究背景究背景 Chargaff Chargaff 规则规则的的碱碱基基组组成分析成分析 DNADNA纤维纤维的的X-X-线线衍射衍射图谱图谱分析分析 （19511951）A A =T T；G G=C C 血血红红蛋白多蛋白多肽链为肽链为 螺旋螺旋链链的的发现发现 （19511951）背景知背景知识识：.24争论争论焦点：焦点：DNADNA是是双双螺旋、三螺旋，螺旋、三螺旋，还还是四螺旋呢是四螺旋呢？磷酸磷酸与与戊糖戊糖组组成的骨架成的骨架处处在外在外侧侧，还还是是在在内侧内侧呢？呢？碱碱基配基配对对:A-A :A-A 、T-T T-T，还还是是A-TA-T呢呢？.25 碱碱基的理化基的理化数数据分析（据分析（19521952）A-TA-T、G-CG-C以以氢键氢键配配对较对较合理合理研研究方法：究方法：拼图拼图法（象法（象“搭搭积积木木”游游戏戏一一样样）.26（二）B-DNA(Watson-Crick)结构结构要点：要点：l先分析先分析结构图结构图l要点小要点小结结：19531953年年4 4月月2525日日NatureNature杂杂志志发发表了表了WatsonWatson与与CrickCrick的的DNADNA双双螺旋螺旋结构结构假假说说的短文的短文 .27（三）三）DNA双双螺旋螺旋结构结构的多的多样样性性 研研究意究意义义 DNADNA双双螺旋螺旋结构结构模型完美地模型完美地说说明了明了遗传遗传物物质质的的遗传遗传、生化和、生化和结构结构的主要特征的主要特征，它它的提出是生物的提出是生物学学史上史上划时划时代的事件。代的事件。从从此，此，遗传学遗传学的的历历史和史和生物生物学学的的历历史正式史正式从细从细胞胞阶阶段段进进入了分子入了分子阶阶段。段。.28l超螺旋超螺旋结构结构l意意义义:DNADNA双双螺旋螺旋链链再再盘盘绕绕即形成超螺旋即形成超螺旋结结构构 DNADNA超螺旋超螺旋结构结构整体或局部的拓扑整体或局部的拓扑学变学变化及其化及其调调控控对对于于DNADNA复复制和制和RNARNA转录过转录过程具有程具有关键关键作用。作用。二、二、DNA的高级结构是超螺旋结构的高级结构是超螺旋结构.29大多原核生物的大多原核生物的DNADNA是共价封是共价封闭闭的的环环形形DNADNA双双螺螺旋旋，在在细细胞胞内进内进一步一步盘绕盘绕成成类类核核。环状环状和超螺旋和超螺旋DNA结构结构示意示意图图（一）原核生物（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构的环状超螺旋结构.30 研研究表明：究表明：DNADNA若完全展若完全展开开的的话话，有，有将将近近2 2米，米，而而细细胞的尺寸是微米胞的尺寸是微米级级的。那的。那么么DNADNA是如何存在于是如何存在于细细胞胞内内部的呢？部的呢？（二）真核生物（二）真核生物DNA的高度有序和高度致密的高度有序和高度致密的结构的结构.31l l核小体核小体的的构构成成核心核心核心核心颗颗颗颗粒粒粒粒 连连连连接接接接区区区区 核心核心核心核心组组组组蛋白：蛋白：蛋白：蛋白：组组组组蛋白八聚体蛋白八聚体蛋白八聚体蛋白八聚体H HH H2 2 2 2A A A A、H HH H2 2 2 2B B B B、H HH H3 3 3 3、H HH H4 4 4 4各各各各2 2 2 2分子分子分子分子DNADNADNADNA双双双双螺旋分子螺旋分子螺旋分子螺旋分子(150bp)(150bp)(150bp)(150bp)在核心在核心在核心在核心组组组组蛋白蛋白蛋白蛋白缠绕缠绕缠绕缠绕 1.75 1.75 1.75 1.75圈圈圈圈DNADNADNADNA（60bp60bp60bp60bp）组组组组蛋白蛋白蛋白蛋白H HH H1 1 1 1 连连连连接核心接核心接核心接核心颗颗颗颗粒粒粒粒l核小体核小体由由DNA和和蛋白蛋白质质构构成成是是真真核生物核生物染色染色质质的基本的基本单单位位.32l核小体的折核小体的折叠叠及染色体及染色体组组装装2nm 11nm30nm300nm1400nm700nm逐逐级盘级盘曲折曲折叠叠.33DNADNA压缩压缩了了800080001000010000倍倍核小体核小体螺螺线线管管染色染色质纤维质纤维超螺超螺线线管管.34三、三、DNADNA的功能的功能是是DNADNA分分子子中中特特定定区区段段核核苷苷酸酸的的排排列列顺顺序序，即即碱碱基序列基序列信息，信息，它决它决定了基因的功能。定了基因的功能。l基因：基因：l基因基因组组：一一个遗传个遗传体系所有体系所有基因基因总总和和的一整套的一整套遗遗传传信息。信息。l以以基因基因的形式的形式储储存、携存、携带带和和传递遗传传递遗传信息。信息。.35第三第三节节 RNARNA的的结构与结构与功能功能Structure and Function of RNAStructure and Function of RNA.36n RNA特点：特点：n RNA种类种类、分布、功能：、分布、功能：.375 3 AUGUAAUGUAA A密密码码子子编码区编码区5 5 非翻非翻译译区区3 非翻非翻译译区区m7GpppAAAAn帽子帽子结构结构多聚多聚A尾尾1.哺乳哺乳类动类动物物mRNA结构结构示意示意图图：一、一、mRNA是蛋白质合成中的模板是蛋白质合成中的模板.382.真真核核细细胞胞mRNA结构结构特点：特点：55帽子帽子结构结构：m7Gpppm2Npm2Np33末端末端多聚多聚A A尾尾polyA编码区编码区hnRNA剪掉剪掉内内含子，含子，外外显显子子拼拼接。接。.393.mRNA的功能的功能 把把DNA的的遗传遗传信息信息，转录转录成成mRNA的的密密码码、指指导导蛋白蛋白质质合成的合成的氨氨基酸排列基酸排列顺顺序序。DNA（遗传遗传信息）信息）转录转录mRNA（密（密码载码载体）体）翻翻译译蛋白蛋白质质(氨氨基酸序列基酸序列).401.tRNA的二的二级结构级结构三叶草形三叶草形2.tRNA的三的三级结构级结构 倒倒L形形二、二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体是蛋白质合成中的氨基酸载体.413.tRNA的功能：的功能：把把活活化化的的aaaa搬搬运运到到核核糖糖体体，tRNA的的反反密密码码子子与与mRNA的的密密码码子子特特异异性性结结合，使合，使氨氨基酸基酸对号对号入座入座。mRNA353 2 1 3aa5氨氨基基酰酰-tRNA.421.1.rRNA的的结构结构：参与组参与组成核蛋白体，成核蛋白体，为为蛋白蛋白质质生物合成的生物合成的场场所所。2.2.rRNA的的种类种类：3.3.rRNA的功能：的功能：多多个茎环结构组个茎环结构组成成三、以三、以rRNA为组分的核蛋白体是蛋白为组分的核蛋白体是蛋白 质合成的场所质合成的场所.43局部局部双链双链tRNArRNAmRNA三叶草形、倒三叶草形、倒L L形形含稀有含稀有碱碱基多基多反密反密码码子子CCAOH 3CCAOH 3呈花呈花状状55mm7 7GpppNGpppNmm、3 polyA3 polyA编码编码序列序列单链单链局部局部双链双链结结构构蛋白蛋白质质合成的模板合成的模板搬搬运运活化的活化的aaaa到核糖体到核糖体组组成核蛋白体成核蛋白体分子大小不一分子大小不一,量量10%80%80%,稳稳定定三三种种RNA内内容小容小结结功功能能.44细细胞胞的的不不同同部部位位存存在在的的其其他他种种类类的的小小分分子子RNARNA，统称为统称为非非mRNA小小RNA/snmRNAs.lsnmRNAs核核内内小小RNA、核仁小、核仁小RNA胞胞质质小小RNA、催化性小、催化性小RNA小片段干小片段干扰扰RNA microRNA lsnmRNAs的的种类种类:四、四、snmRNA参与了基因表达的调控参与了基因表达的调控.45l snmRNAs的的功能功能:参与参与hnRNA和和rRNA的加工、的加工、转运转运及表及表达调达调控。控。某某些些小小RNA分分子子具具有有催催化化特特定定RNA降降解解的的活活性性，这 种种 具具 有有 催催 化化 作作 用用 的的 小小 RNARNA亦亦 被被 称称 为为 核核 酶酶(ribozyme)或催化性或催化性RNA(catalytic RNA)。n 核酶核酶:.46研研究究细细胞中胞中snmRNAs的的种类种类、结构结构和功能。和功能。同同一一生生物物体体内内不不同同种种类类的的细细胞胞、同同一一细细胞胞在在不不同同时时间间、不不同同状状态态下下snmRNAs的的表表达达具具有有时时间间和和空空间间特特异异性。性。l RNA组学组学.47The Physical and Chemical Characters The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acidof Nucleic Acid第第 四四 节节核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质.48lDNA变变性的性的图图示：示：理化因素，理化因素，DNADNA双链间双链间氢氢键断键断裂裂，成，成两条单链两条单链。l定定义义：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二、二、DNADNA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.49lDNA热变热变性：性：特点特点 骤骤然、突然、突发发式式融解融解温温度度Tm(melting temperature)Tm与与G+C含量成正比含量成正比l增（高）色效增（高）色效应应：DNA变变性性时时其溶液其溶液OD260增高的增高的现现象象.501.DNA复复性性(renaturation)/退火退火(annealing)定定义义复复性的性的条条件件三、变性的核酸可以复性或形成三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链杂交双链.512.减减（低）色效（低）色效应应：3.核酸分子核酸分子杂杂交交(hybridization)DNA复复性性时时，其溶液，其溶液OD260降低。降低。定定义义应应用用.52第第 五五 节节核核 酸酸 酶酶（NucleaseNuclease）指所有可以水解核酸的酶指所有可以水解核酸的酶.53l依据底物不同分依据底物不同分类类：l功能：功能：DNA酶酶(deoxyribonuclease,DNase)RNA酶酶(ribonuclease,RNase)l依据切割部位不同分依据切割部位不同分类类：核酸核酸内内切酶切酶 核酸核酸外外切酶切酶.54 核核 酶酶催化性催化性DNA(DNAzyme)人工合成的寡聚人工合成的寡聚脱脱氧氧核核苷苷酸片段，也能序列特酸片段，也能序列特异异性降解性降解RNA。催化性催化性RNA(ribozyme)作作为为序列序列特特异异性的核酸性的核酸内内切酶降解切酶降解mRNA。.55第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能13下述有关蛋白质一级结构的叙述，不正确的是（）A多肽链中氨基酸的排列顺序B氨基酸分子间通过去水缩合形成肽链C蛋白质一级结构并不包括各原子的空间位置D从N一端至C一端氨基酸残基排列顺序E蛋白质一级结构的化学键除肽键外，还有二硫键参与。.56n14维系蛋白质一级结构的化学键是（）nA盐键 B疏水键 C氢键nD二硫键 E肽键n38对于蛋白质沉淀，变性和凝固的关系，下面哪种说法不恰当（）n A蛋白质沉淀后不一定变性n B蛋白质变性后不一定沉淀n C凝固的蛋白质一定已变性n D蛋白质变性后必然发展为凝固n E以上说话都错误以上说话都错误.57n40从多种蛋白质混合液中分离纯化某种蛋白质，且不能变性，用下列哪种方法较好（）n A加有机溶剂使蛋白质沉淀n B加中性盐使蛋白质沉淀n C用生物碱试剂沉淀蛋白质n D用电泳分离n E加重金属离子.58n14下列关于片层结构的论述哪些是正确的（）nA是一种伸展的肽链结构nB肽键平面折叠成锯齿状nC也可由两条以上多肽链顺向或逆向平行排列而成nD肽链中氨基酸侧链R基团伸向锯齿上上侧n E两链间形成离子键以使结构稳定.59n23蛋白质分子在电场中移动的方向方向(速速度度)取决于（）nA蛋白质分子的形状 nB蛋白质的分子量nC蛋白质分子所带的净电荷 nD蛋白质所在溶液的pH nE蛋白质分子的大小.60第二章第二章 核酸的结构与功能核酸的结构与功能n1、熔解温度（Tm）是指（）nA.260达到最大值时的温度 B.260达到最大最大(变化变化)值的50%时的温度 nC.DNA开始解链时所需要的温度 D.DAN完全解链时所需要的温度 nE.以上都不对n5、RNA分子中分子量最小的是（）nA5S-rRNA Bsn-RNA CtRNA Dhn-RNA EmRNAn120b 100-130b 70-95b.61n13、绝大多数真核生物tRNA的5端有（）nApoly A B帽子结构 C起始密码 D终止密码 nEPribnow 盒n35、维持DNA双螺旋结构的最重要的作用力是（）nA氢键 B盐键 C碱基堆积力 D磷酸二酯键 E以上都不对.62n39、下列哪些理化性质是核酸所不具备的（）nA具有较强的酸性 B溶液的黏性较大 C在机械力的作用下易于断裂 nD为线性分子为线性分子 E以上均是n9、DNA水解得到的产物包括（）nA磷酸 B核糖核糖 C腺嘌呤、鸟嘌呤 D胞嘧啶、尿嘧啶nE胞嘧啶、胸腺嘧啶.63n14、维持DNA分子双螺旋结构稳定的作用力包括（）nA碱基间的氢键位 B磷酸二酯键 C碱基堆积力 D磷酸残基间的离子键 nE以上都是.64