03 第三章 核酸的结构与功能课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,生物化学,护理学专业本科教材,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,生物化学,护理学专业本科教材,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第 三 章,核酸的结构和功能,Structure and Function of Nucleic Acid,护理学专业本科教材,核 酸,(nucleic acid),以核苷酸为基本组成单位，通过,35-,磷酸二酯键链接，含磷元素的酸性生物大分子化合物，携带和传递遗传信息,护理学专业本科教材,核酸的分类及分布,90%,以上分布于细胞核,携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型,分布于胞核、胞液,参与细胞内,DNA,遗传信息的表达,(,ribonucleic acid,RNA,),(,deoxyribonucleic acid,DNA,),脱氧核糖核酸,核糖核酸,分类,护理学专业本科教材,第一节,核酸的分子组成,The Molecular Organization of Nucleic Acid,核酸,(,DNA,和,RNA,),核苷酸,核苷和脱氧核苷,磷酸,戊糖,碱基,嘌呤,嘧啶,核糖,脱氧核糖,DNA,的组成单位是脱氧核糖核苷酸（,deoxyribonucleotide,）,RNA,的组成单位是核糖核苷酸（,ribonucleotide,）。,护理学专业本科教材,核酸的化学组成,1.,元素组成,C,、,H,、,O,、,N,、,P,（,9 % 10%,）,2.,分子组成,-,核苷酸,碱基,(base),：嘌呤碱，嘧啶碱,戊糖,(ribose),：核糖，脱氧核糖,磷酸,(phosphate),护理学专业本科教材,嘌呤,(purine),腺嘌呤,(adenine, A),鸟嘌呤,(guanine, G),护理学专业本科教材,嘧啶,(pyrimidine),胞嘧啶,(cytosine, C),尿嘧啶,(uracil, U),胸腺嘧啶,(thymine, T),护理学专业本科教材,核苷：,AR, GR, UR, CR,脱氧核苷：,dAR, dGR, dTR, dCR,三、核苷、核苷酸与多核苷酸,1.,核苷,(ribonucleoside),的形成,碱基和核糖（脱氧核糖）通过,糖苷键,连接形成核苷（脱氧核苷）,1,1,脱氧核苷,嘌呤,N-9,与脱氧核糖,C-1,通过,-N-,糖苷键,相连形成,脱氧核苷,(deoxyribonucleoside),。,嘧啶,N,-1,与核糖,C-1,通过,-,N,-,糖苷键,相连形成,核苷,(ribonucleoside),。,核 苷,N,N,N,H,2,O,O,H,O,H,H,H,H,C,H,2,O,H,H,1,2,糖苷键,O,1,护理学专业本科教材,核苷酸：,AMP, GMP, UMP, CMP,脱氧核苷酸：,dAMP, dGMP, dTMP, dCMP,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）,2.,核苷酸的结构与命名,核苷或脱氧核苷与磷酸通过,酯键,结合构成,核苷酸,(ribonucleotide),或,脱氧核苷酸,(deoxyribonucleotide),。,核苷酸,(ribonucleotide),N,N,N,N,9,N,H,2,O,O,H,O,H,H,H,H,C,H,2,H,1,2,O,P,O,-,H,O,O,糖苷键,酯键,3.,多磷酸核苷酸,构成,RNA,的碱基、核苷以及核苷酸,碱基,核苷,核苷酸,A,腺苷,adenosine,腺苷一磷酸,adenosine monophosphate, AMP,G,鸟苷,guanosine,鸟苷一磷酸,guanosine monophosphate, GMP,C,胞苷,cytidine,胞苷一磷酸,cytidine monophosphate, CMP,U,尿苷,uridine,尿苷一磷酸,uridine monophosphate, UMP,构成,DNA,的碱基、核苷、核苷酸,碱基,脱氧核苷,脱氧核苷酸,A,脱氧腺苷,deoxyadenosine,脱氧腺苷一磷酸,deoxyadenosine monophosphate, dAMP,G,脱氧鸟苷,deoxyguanosine,脱氧鸟苷一磷酸,deoxyguanosine monophosphate, dGMP,C,脱氧胞苷,deoxycytidine,脱氧胞苷一磷酸,deoxycytidine monophosphate, dCMP,T,脱氧胸苷,deoxythymidine,或,thymidine,脱氧胸苷一磷酸,deoxythymidine monophosphate, dTMP,环化核苷酸：,cAMP,、,cGMP,，是细胞信号转导中的第二信使。,cAMP,4.,一些核苷酸衍生物,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。,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，,nicotinamide adenine dinucleotide, NAD,+,）,护理学专业本科教材,第三节,DNA,的结构与功能,Dimensional Structure and Function of DNA,DNA,是脱氧核苷酸通过,3,5,-,磷酸二酯键连接形成的大分子,一个脱氧核苷酸,3,的,羟基,与另一个核苷酸,5,的,-,磷酸,基团缩合形成,磷酸二酯键,(phosphodiester bond),。,多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有,方向性,的线性分子，称为,多聚脱氧核苷酸,(polydeoxynucleotide),，,即,DNA,链,。,5-,末端,3-,末端,C,G,A,磷酸二酯键,磷酸二酯键,交替的磷酸基团和戊糖构成了,DNA,的骨架,(backbone),。,DNA,链的方向是,5,3,护理学专业本科教材,一、核酸的一级结构,核酸中核苷酸从,5,末端到,3,末端的排列顺序,核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为,碱基序列,5,端,3,端,C,G,A,护理学专业本科教材,A,G,P,5,P,T,P,G,P,C,P,T,P,OH 3,核酸的书写方法,5,p,A,p,C,p,T,p,G,p,C,p,T,-OH,3,5,A C T G C T,3,单链,DNA,和,RNA,分子的大小常用核苷酸数目,（,nucleotide,，,nt,）,表示；双链核酸分子的大小常用碱基,(base,或,kilobase),数目来表示。,小的核酸片段,(80,),。,rRNA,与核糖体蛋白结合组成,核糖体,(ribosome),，为蛋白质的合成提供场所。,三、核糖体,RNA,护理学专业本科教材,核糖体的组成,原核生物（以大肠杆菌为例）,真核生物（以小鼠肝为例）,小亚基,30S,40S,rRNA,16S,1542,个核苷酸,18S,1874,个核苷酸,蛋白质,21,种,占总重量的,40%,33,种,占总重量的,50%,大亚基,50S,60S,rRNA,23S,5S,2940,个核苷酸,120,个核苷酸,28S,5.85S,5S,4718,个核苷酸,160,个核苷酸,120,个核苷酸,蛋白质,31,种,占总重量的,30%,49,种,占总重量的,35%,大肠杆菌的核蛋白体,护理学专业本科教材,18s rRNA,的二级结构,护理学专业本科教材,四 、其他,RNA,除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为,非编码小,RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs),snmRNAs,长链非编码,RNA,（,long non-coding RNA,）,lncRNA,护理学专业本科教材,snmRNAs,的,种类,核内小,RNA,核仁小,RNA,胞质小,RNA,催化性小,RNA,小片段干涉,RNA,snmRNAs,的,功能,参与,hnRNA,和,rRNA,的加工和转运,核内小,RNA,（,small nuclear RNA, snRNA,）位于细胞核内。,snRNA,有,5,种，分别称为,U1,、,U2,、,U4,、,U5,、,U6,，它们与多种蛋白形成复合体，参与真核细胞,hnRNA,的内含子加工剪接。,核仁小,RNA,（,small nucleolar RNA, snoRNA,）：定位于核仁，主要参与,rRNA,的加工和修饰。,胞质小,RNA,（,small cytoplasmic RNA, scRNA,）：存在于细胞质中，参与形成信号识别颗粒，引导含有信号肽的蛋白质进入内质网定位合成。,催化性小,RNA,亦被称为核酶（,ribozyme,）。是细胞内具有催化功能的一类小分子,RNA,，具有催化特定,RNA,降解的活性，在,RNA,的剪接修饰中具有重要作用。,小干扰,RNA,（,small interfering RNA,，,siRNA,）是生物宿主对于外源侵入基因表达的双链,RNA,进行切割所产生的具有特定长度（,21,23 bp,）和特定序列的小片段,RNA,。这些,siRNA,可以单链形式与外源基因表达的,mRNA,相结合，并诱导相应,mRNA,降解。,护理学专业本科教材,lncRNA,功能,lncRNA,在结构上类似于,mRNA,，但序列中不存在开放读框。,lncRNA,具有复杂的生物学功能，并与一些疾病的发病机制密切相关。有的,lncRNA,能使基因沉默，有的则激活基因的表达。,护理学专业本科教材,RNA,组学是研究细胞中全部,RNA,基因和,RNA,的分子结构和功能,RNA,组学,护理学专业本科教材,核 酸 的 理 化 性 质,The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid,第 五 节,护理学专业本科教材,一、核酸的一般理化性质,护理学专业本科教材,1. DNA,或,RNA,的定量,A,260,相当于,50,g/ml,双链,DNA,40,g/ml,单链,DNA,（或,RNA,）,20,g/ml,寡核苷酸,2.,判断核酸样品的纯度,DNA,纯品,: A,260,/A,280,RNA,纯品,:,A,260,/A,280,A,260,的应用,护理学专业本科教材,二、,DNA,的变性,、复性,定义,：,在某些理化因素作用下，,DNA,双链解开成两条单链的过程。,方法：,过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。,1. DNA,的变性,(denaturation),护理学专业本科教材,DNA,变性的本质是双链间氢键的断裂,护理学专业本科教材,变性后其他理化性质变化：,A,260,增高 黏度下降,比旋度下降浮力密度升高,酸碱滴定曲线改变生物活性丧失,护理学专业本科教材,变性引起紫外吸收值的改变,DNA,的紫外吸收光谱,增色效应：,DNA,变性时其溶液,A,260,增高的现象,护理学专业本科教材,热变性,解链曲线：,如果在连续加热,DNA,的过程中以温度对,A,260,值作图，所得的曲线称为解链曲线,护理学专业本科教材,T,m,：,DNA,分子达到,50%,解链时的温度称为解链温度，又称熔解温度,(melting temperature, Tm),；其大小与,G+C,含量成正比。,护理学专业本科教材,2. DNA,的复性,DNA,复性,(renaturation),在适当条件下，变性,DNA,的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为,复性,减色效应,DNA,复性时，其溶液,A,260,降低,热变性的,DNA,经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为,退火,(annealing),护理学专业本科教材,核酸分子杂交,(hybridization),在核酸变性后的复性过程中，具有一定互补序列的不同,DNA,单链，或,DNA,单链与同源,RNA,序列，在一定条件下按碱基互补原则结合在一起，形成异源双链的过程称为核酸分子杂交,三、分子杂交与探针技术,护理学专业本科教材,研究,DNA,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。,检测靶基因在待检样品中存在与否。,核酸分子杂交的应用,