第五章核酸化学课件

第五章核酸化学课件导导 学学1.掌握核酸的分子组成和一级结构概念；掌握核酸的分子组成和一级结构概念；DNA双螺旋碱基配对规则；维持双螺旋结构稳定双螺旋碱基配对规则；维持双螺旋结构稳定的主要因素。的主要因素。2.熟悉核酸的理化性质和各类熟悉核酸的理化性质和各类RNA的结构特点的结构特点3.了解了解DNA双螺旋模型要点和三级结构。双螺旋模型要点和三级结构。2006-92第五章 核酸化学第一节第一节 核苷酸的组成与结构核苷酸的组成与结构核酸的基本组成单位：核苷酸核酸的基本组成单位：核苷酸主要组成元素：主要组成元素：C、H、O、N、PP平均含量：平均含量：9%10%2006-95第五章 核酸化学一、核苷酸的组成一、核苷酸的组成核酸核酸核苷酸核苷酸 核苷核苷磷酸磷酸 碱基碱基 戊糖戊糖2006-96第五章 核酸化学（一）戊糖（一）戊糖RNA DNA2006-97第五章 核酸化学二、碱基二、碱基腺嘌呤腺嘌呤 (adenine,A)A)鸟嘌呤鸟嘌呤 (guanine,G)胞嘧啶胞嘧啶 (cytosine,C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)尿嘧啶尿嘧啶 (uracil,U)嘌呤嘌呤(purine)嘧啶嘧啶(pyrimidine)2006-98第五章 核酸化学 腺嘌呤（腺嘌呤（A A）（6-6-氨基嘌呤）氨基嘌呤）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）（2-2-氨基氨基-6-6-氧嘌呤）氧嘌呤）嘌呤嘌呤2006-99第五章 核酸化学嘧啶嘧啶 胞嘧啶（胞嘧啶（C C）（2-2-氧氧,4-,4-氨基嘧啶）氨基嘧啶）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）（5-5-甲基尿嘧啶）甲基尿嘧啶）尿嘧啶（尿嘧啶（U U）（2 2，4-4-二氧嘧啶）二氧嘧啶）2006-910第五章 核酸化学（三）磷（三）磷 酸酸2006-911第五章 核酸化学RNARNA和和DNADNA组成组成A G CA G C U UA G CA G C T TD-D-核糖核糖D-2-D-2-脱氧核糖脱氧核糖磷酸磷酸磷酸磷酸胞质胞质胞核胞核主要碱基主要碱基戊糖戊糖磷酸磷酸部位部位RNARNADNADNA2006-912第五章 核酸化学二、核苷酸的结构二、核苷酸的结构（一）核苷与脱氧核苷（碱基（一）核苷与脱氧核苷（碱基+戊糖）戊糖）2006-913第五章 核酸化学（二）核苷酸和脱氧核苷酸（核苷（二）核苷酸和脱氧核苷酸（核苷+磷酸）磷酸）碱碱基基|磷酸磷酸 戊糖戊糖糖苷键磷酸酯键核苷核苷酸磷酸通常连在戊糖的第磷酸通常连在戊糖的第5位碳原子上位碳原子上2006-914第五章 核酸化学核苷酸或脱氧核苷酸核苷酸或脱氧核苷酸2006-915第五章 核酸化学（三）二磷酸或三磷酸核苷（三）二磷酸或三磷酸核苷2006-916第五章 核酸化学cAMP cGMP2006-917第五章 核酸化学第四节第四节 核酸的结构核酸的结构2006-918第五章 核酸化学一、一、3，5-磷酸二酯键和多聚核苷酸链磷酸二酯键和多聚核苷酸链单核苷酸之间的连接键：单核苷酸之间的连接键：3 3,5,5 -磷酸二酯键磷酸二酯键 核酸链的二个游离末端核酸链的二个游离末端:5:5 磷酸基末端磷酸基末端 3 3 羟基末端羟基末端书写方向：书写方向：5 5 3 3（一）核酸的连接方式（一）核酸的连接方式2006-919第五章 核酸化学核核酸酸的的连连接接方方式式5 磷酸基末端磷酸基末端3 羟基末端羟基末端3,5 -磷酸二酯磷酸二酯键键2006-920第五章 核酸化学5 p G pC pA pT pT-OH 35 G C A T T 3 OH5 3PPPPP G C A T TG C A T T（二）核酸的表示简式（二）核酸的表示简式2006-921第五章 核酸化学二、二、DNA的分子结构的分子结构（一）（一）DNA的一级结构的一级结构 由由dAMP、dGMP、dCMP、dTMP四种脱氧四种脱氧核苷酸通过核苷酸通过3，5-磷酸二酯键磷酸二酯键按一定顺序排列而按一定顺序排列而成的高分子化合物。成的高分子化合物。即：即：DNA分子中脱氧核苷酸残基的排列顺序分子中脱氧核苷酸残基的排列顺序2006-922第五章 核酸化学（二）（二）DNA的二级结构的二级结构1、DNA的碱基组成规律的碱基组成规律Chargaff 规则规则n 不同物种的不同物种的DNA碱基组成不同碱基组成不同n 同一生物体的不同组织的同一生物体的不同组织的DNA的碱基的碱基 组成相同组成相同n A=T，G=C，A+G=T+C2006-923第五章 核酸化学DNA 的碱基配对的碱基配对2006-924第五章 核酸化学2 2、DNADNA的二级结构的二级结构双螺旋结构双螺旋结构19531953年，年，WatsonWatson和和CrickCrick提出双螺旋结构模型提出双螺旋结构模型2006-925第五章 核酸化学2006-926第五章 核酸化学DNADNA双螺旋结构特点双螺旋结构特点反向平行，右手螺旋反向平行，右手螺旋碱基在螺旋内侧，磷酸核糖的骨架在外侧碱基在螺旋内侧，磷酸核糖的骨架在外侧直径直径2 2nmnm，螺距螺距3.43.4nmnm，1010碱基对碱基对/圈圈A=TA=T，GCGC稳定双螺旋：氢键（横向）稳定双螺旋：氢键（横向）碱基堆砌力（纵向）碱基堆砌力（纵向）2006-927第五章 核酸化学（三）（三）DNADNA的三级结构的三级结构DNADNA在二级结构基础上双螺旋进一步扭曲或盘绕形在二级结构基础上双螺旋进一步扭曲或盘绕形成更加复杂的超螺旋结构成更加复杂的超螺旋结构2006-928第五章 核酸化学真核生物：真核生物：DNADNA分子多层分子多层次压缩包装次压缩包装2006-929第五章 核酸化学核核小小体体2006-930第五章 核酸化学真核生物真核生物DNADNA中基因的排布特点中基因的排布特点n生物体的遗传特征主要由生物体的遗传特征主要由DNADNA决定，细胞内每一种决定，细胞内每一种蛋白质的氨基酸序列以及每一种蛋白质的氨基酸序列以及每一种RNARNA的核苷酸序列的核苷酸序列都是由都是由DNADNA的核苷酸序列编码的的核苷酸序列编码的n基因基因(gene)gene)：是编码有功能的蛋白质多肽链或：是编码有功能的蛋白质多肽链或RNARNA所必需的全部核酸序列所必需的全部核酸序列n基因组：基因组：一一个细胞或病毒携带的全部遗传信息，个细胞或病毒携带的全部遗传信息，或整套基因或整套基因2006-931第五章 核酸化学三、三、RNARNA的种类和分子结构的种类和分子结构四种核糖核苷酸通过四种核糖核苷酸通过33，5-5-磷酸二酯键连接磷酸二酯键连接而成的多聚核糖核苷酸链而成的多聚核糖核苷酸链RNARNA一级结构一级结构三类：三类：mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA2006-932第五章 核酸化学（一）（一）tRNAtRNA功能：功能：多肽链合成中选择性转运氨基酸多肽链合成中选择性转运氨基酸1、tRNA的一级结构的一级结构单链分子单链分子含有稀有碱基，含有稀有碱基，3/末端为末端为CCA-OH结构（连接结构（连接 氨基酸部位）氨基酸部位）2006-933第五章 核酸化学2.2.tRNAtRNA的的二二级级结结构构三叶草型三叶草型2006-934第五章 核酸化学tRNA二级结构特点：二级结构特点：4个局部螺旋区和个局部螺旋区和4个环个环氨基酸接受臂：氨基酸接受臂：3/末端为末端为-CCA-OHCCA-OH，连接连接AAAADHU环环反密码环（与反密码环（与mRNA的密码子互补配对）的密码子互补配对）TC环环可变环（可变环（tRNA分类的依据）分类的依据）2006-935第五章 核酸化学3 3、tRNAtRNA的三级结构的三级结构连接氨基酸连接氨基酸与密码子配对与密码子配对2006-936第五章 核酸化学（二）（二）mRNAmRNAm7Gppp AUG GUG UAA AAA An535 帽子结构帽子结构 密码子密码子 3 多聚多聚A尾尾1、结构：、结构：2006-937第五章 核酸化学mRNA的的5 帽子结构帽子结构m7GpppN2006-938第五章 核酸化学“帽子结构帽子结构”的作用：的作用：l 防止mRNA被降解l 蛋白质生物合成时被起始因子识别的标志Poly A的作用：引导的作用：引导mRNA由胞核转移到胞质由胞核转移到胞质2006-939第五章 核酸化学2、功能：、功能：蛋白质生物合成的膜板蛋白质生物合成的膜板mRNA分子中每三个相邻的碱基代表分子中每三个相邻的碱基代表1个氨基个氨基酸酸密码子密码子2006-940第五章 核酸化学功能：功能：与蛋白质结合形成核蛋白体，是蛋白质生物合成场所与蛋白质结合形成核蛋白体，是蛋白质生物合成场所结构：结构：核蛋白体有大、小两个亚基组成核蛋白体有大、小两个亚基组成（三）（三）rRNArRNA2006-941第五章 核酸化学70S80S50S30S60S40S31 proteins23S RNA5S RNA21 proteins16S RNA49 proteins28S RNA5.8S RNA33 proteins18S RNA原核原核真核真核大亚基大亚基小亚基小亚基大亚基大亚基小亚基小亚基2006-942第五章 核酸化学2006-943第五章 核酸化学（四）其他小分子（四）其他小分子RNA核内小核内小RNA（snRNA）胞质小胞质小RNA（scRNA）小片段干扰小片段干扰RNA（siRNA）催化性小催化性小RNA（small catalytic RNA）核酶：具有催化活性的核酶：具有催化活性的RNA2006-944第五章 核酸化学第三节第三节 核酸的理化性质核酸的理化性质一、核酸的紫外吸收一、核酸的紫外吸收 最大吸收峰最大吸收峰：260nm2006-945第五章 核酸化学二、变性与复性二、变性与复性1.1.核酸的变性：核酸的变性：在某些理化因素作用下（温度、酸碱、在某些理化因素作用下（温度、酸碱、有机溶剂、尿素等），核酸分子互补双链之间氢键有机溶剂、尿素等），核酸分子互补双链之间氢键断裂，使双螺旋结构松散变成单链的过程。断裂，使双螺旋结构松散变成单链的过程。2.2.核酸的复性：核酸的复性：又称又称退火退火，变性核酸在一定条件下如，变性核酸在一定条件下如温度逐步恢复到生理范围内，两条互补链重新恢复温度逐步恢复到生理范围内，两条互补链重新恢复天然的双螺旋构象。天然的双螺旋构象。2006-946第五章 核酸化学核酸的变性 核酸的复性2006-947第五章 核酸化学增色效应：增色效应：核酸在变性过程中核酸在变性过程中260260nmnm波长吸收波长吸收值（值（A260 A260）增加增加减色效应：减色效应：核酸在核酸在复复性过程中性过程中260260nmnm波长吸收波长吸收值（值（A260 A260）减小减小2006-948第五章 核酸化学DNA加热加热50%DNA发生变性发生变性此时的温度此时的温度熔点熔点 Tm2006-949第五章 核酸化学分子探针分子探针:带有某种标记物的分子，如核苷酸链片段带有某种标记物的分子，如核苷酸链片段 退火退火加热加热2006-950第五章 核酸化学三、三、核酸分子杂交核酸分子杂交 退火退火不同来源的核酸经变性和复性的过程，其中一些局部不同来源的核酸经变性和复性的过程，其中一些局部碱基互补片段在复性时形成杂化双链，此过程称分子碱基互补片段在复性时形成杂化双链，此过程称分子杂交。杂交。加热加热2006-951第五章 核酸化学核酶：有催化活性的核酶：有催化活性的RNA1982年，美国年，美国Thomas Cech 在研究四膜虫在研究四膜虫rRNA自我剪自我剪接时发现，同时加拿大的接时发现，同时加拿大的Sidney Altman 发现发现RNase P分子中的分子中的RNA组分有催化活性；组分有催化活性；1989年分享了年分享了Noble 化化学奖。学奖。不仅拓宽了生物催化剂的领域，而且对不仅拓宽了生物催化剂的领域，而且对RNA的生物学功能的生物学功能开创了一种历史性的新认识：开创了一种历史性的新认识：RNA不仅具有不仅具有储存和传递遗储存和传递遗传信息传信息的功能，而且还具有的功能，而且还具有生物催化剂生物催化剂的功能，在一定程的功能，在一定程度上可以说，度上可以说，RNA一身兼有一身兼有DNA和蛋白质两大类生物大和蛋白质两大类生物大分子的功能。分子的功能。2006-952第五章 核酸化学核酶的二级结构对于催化活性很重要。核酶的二级结构对于催化活性很重要。Symons提出提出“锤头锤头”（hammerhead）状二）状二级结构。级结构。三个螺旋区；三个螺旋区；13（或（或11）个保守核苷酸序列。）个保守核苷酸序列。2006-953第五章 核酸化学2006-954第五章 核酸化学The Double Helix(1953)The foundation of molecular biology Francis H.Crick James D.Watson 2006-955第五章 核酸化学