高中生物《核酸的结构和功能》课件3（66张PPT）（中图版必修1）

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欢迎进入生物课堂核酸的结构和功能 StructureandFunctionofNucleicAcid 核酸 nucleicacid 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子携带和传递遗传信息一核酸的发现和研究工作进展 1868年FridrichMiescher从脓细胞中提取核素 1944年Avery等人证实DNA是遗传物质1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构1968年Nirenberg发现遗传密码1975年Temin和Baltimore发现逆转录酶1981年Gilbert和Sanger建立DNA测序方法1985年Mullis发明PCR技术1990年美国启动人类基因组计划 HGP 1994年中国人类基因组计划启动2001年美英等国完成人类基因组计划基本框架二核酸的分类及分布第一节核酸的化学组成及其一级结构TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid 核酸的化学组成 1 元素组成C H O N P 9 10 嘌呤 purine 腺嘌呤 adenine A 鸟嘌呤 guanine G 碱基嘧啶 pyrimidine 胞嘧啶 cytosine C 尿嘧啶 uracil U 胸腺嘧啶 thymine T 戊糖核苷 AR GR UR CR脱氧核苷 dAR dGR dTR dCR 一核苷酸的结构核苷酸 AMP GMP UMP CMP脱氧核苷酸 dAMP dGMP dTMP dCMP 体内重要的游离核苷酸及其衍生物含核苷酸的生物活性物质 NAD NADP CoA SH FAD等都含有AMP 多磷酸核苷酸 NMP NDP NTP 环化核苷酸 cAMP cGMP AMP ADP ATP cAMP C G A 二核酸的一级结构定义核酸中核苷酸的排列顺序由于核苷酸间的差异主要是碱基不同所以也称为碱基序列书写方法 5 pApCpTpGpCpT OH3 5 ACTGCT3 目录第二节DNA的空间结构与功能DimensionalStructureandFunctionofDNA DNA的二级结构双螺旋结构DNA双螺旋结构的研究背景和历史意义DNA双螺旋结构模型要点DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装DNA的超螺旋结构原核生物DNA的高级结构DNA在真核生物细胞核内的组装DNA的功能一 DNA的二级结构双螺旋结构一 DNA双螺旋结构的研究背景目录二 DNA双螺旋结构模型要点 Watson Crick 1953 DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成两链以脱氧核糖磷酸为骨架以右手螺旋方式绕同一公共轴盘螺旋直径为2nm 形成大沟 majorgroove 及小沟 minorgroove 相间目录二 DNA双螺旋结构模型要点 Watson Crick 1953 碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側与对側碱基形成氢键配对互补配对形式 A T G C 相邻碱基平面距离0 34nm 螺旋一圈螺距3 4nm 一圈10对碱基目录碱基互补配对 T A G C 二 DNA双螺旋结构模型要点 Watson Crick 1953 氢键维持双链横向稳定性碱基堆积力维持双链纵向稳定性目录三 DNA双螺旋结构的多样性目录二 DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装一 DNA的超螺旋结构超螺旋结构 superhelix或supercoil DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构正超螺旋 positivesupercoil 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同负超螺旋 negativesupercoil 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反意义DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用二原核生物DNA的高级结构三 DNA在真核生物细胞核内的组装真核生物染色体由DNA和蛋白质构成其基本单位是核小体 nucleosome 核小体的组成DNA 约200bp组蛋白 H1H2A H2BH3H4 三 DNA的功能 DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息并作为基因复制和转录的模板它是生命遗传的物质基础也是个体生命活动的信息基础基因从结构上定义是指DNA分子中的特定区段其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能第三节RNA的结构与功能 StructureandFunctionofRNA RNA的种类分布功能一信使RNA的结构与功能内含子 intron mRNA成熟过程外显子 exon 目录 mRNA结构特点 1 大多数真核mRNA的5 末端均在转录后加上一个7 甲基鸟苷同时第一个核苷酸的C 2也是甲基化形成帽子结构 m7GpppNm 2 大多数真核mRNA的3 末端有一个多聚腺苷酸 polyA 结构称为多聚A尾帽子结构 mRNA核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系翻译起始的调控帽子结构和多聚A尾的功能 mRNA的功能把DNA所携带的遗传信息按碱基互补配对原则抄录并传送至核糖体用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序 tRNA的一级结构特点含10 20 稀有碱基如DHU3 末端为 CCA OH5 末端大多数为G具有T C 二转运RNA的结构与功能 N N二甲基鸟嘌呤 N6 异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶 4 巯尿嘧啶稀有碱基 tRNA的二级结构三叶草形氨基酸臂DHU环反密码环额外环T C环氨基酸臂额外环 tRNA的三级结构倒L形 tRNA的功能活化搬运氨基酸到核糖体参与蛋白质的翻译 rRNA的结构三核蛋白体RNA的结构与功能 rRNA的功能参与组成核蛋白体作为蛋白质生物合成的场所 rRNA的种类根据沉降系数真核生物5SrRNA28SrRNA5 8SrRNA18SrRNA 原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA 核蛋白体的组成四其他小分子RNA及RNA组学除了上述三种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mRNA小RNA smallnon messengerRNAs snmRNAs snmRNAs 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 RNA组学研究细胞中snmRNAs的种类结构和功能同一生物体内不同种类的细胞同一细胞在不同时间不同状态下snmRNAs的表达具有时间和空间特异性 RNA组学核酸的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid 第四节目录 1 DNA或RNA的定量OD260 1 0相当于50 g ml双链DNA40 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 OD260 OD280 1 8RNA纯品 OD260 OD280 2 0 OD260的应用目录二 DNA的变性 denaturation 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变性后其它理化性质变化 OD260增高粘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目录 DNA变性的本质是双链间氢键的断裂例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OD260增高的现象目录热变性解链曲线如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260 absorbance A A260代表溶液在260nm处的吸光率值作图所得的曲线称为解链曲线目录 Tm 变性是在一个相当窄的温度范围内完成在这一范围内紫外光吸收值达到最大值的50 时的温度称为DNA的解链温度又称融解温度 meltingtemperature Tm 其大小与G C含量成正比目录三 DNA的复性与分子杂交 DNA复性 renaturation 的定义在适当条件下变性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OD260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 目录在DNA变性后的复性过程中如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系在适宜的条件温度及离子强度下就可以在不同的分子间形成杂化双链 heteroduplex 这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成这种现象称为核酸分子杂交核酸分子杂交 hybridization DNA DNA杂交双链分子不同来源的DNA分子核酸分子杂交的应用研究DNA分子中某一种基因的位置定两种核酸分子间的序列相似性检测某些专一序列在待检样品中存在与否是基因芯片技术的基础第五节核酸酶Nuclease 核酸酶是指所有可以水解核酸的酶依据底物不同分类DNA酶 deoxyribonuclease DNase 专一降解DNA RNA酶 ribonuclease RNase 专一降解RNA 依据切割部位不同核酸内切酶分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶核酸外切酶 5 3 或3 5 核酸外切酶参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程负责清除多余的结构和功能异常的核酸同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收体外重组DNA技术中的重要工具酶生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解核酸酶的功能核酶催化性DNA DNAzyme 人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段也能序列特异性降解RNA 催化性RNA ribozyme 作为序列特异性的核酸内切酶降解mRNA 同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全

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