核酸基础知识.ppt

二十世纪是二十一世纪是二十一世纪是物理学物理学生命科学生命科学 的世纪的世纪的世纪的世纪生命是生命生命 =核酸核酸 +蛋白质蛋白质二十一世纪是核酸、蛋白质的世纪二十一世纪是核酸、蛋白质的世纪？核酸、蛋白质酸、蛋白质 谁更谁更“牛牛”?”?目的要求：目的要求：目的要求：目的要求：介介绍绍核核酸酸的的分分类类、化化学学组组成成、结结构构特特征征和和理理化化性性质质，并并在在此此基基础础上上介介绍绍核核酸酸在在体体内内的的变变化化。初初步步认认识识核核酸酸与与遗遗传传的的关关系系。了解核酸类药物。了解核酸类药物。第五章 核酸基础知识授课顺序授课顺序第一节第一节 核酸的概述核酸的概述第二节第二节 核酸的化学组成核酸的化学组成第三节第三节 核酸的分子结构核酸的分子结构第四节第四节 核酸的理化性质核酸的理化性质第五节第五节 核苷酸代谢核苷酸代谢第六节第六节 核酸与遗传核酸与遗传第一节 核酸的概述一、核酸的一、核酸的发现和研究简史发现和研究简史二、二、核酸的种类核酸的种类三、三、核酸的分布核酸的分布四、四、核酸的概念和重要性核酸的概念和重要性五、核酸在医药上的应用五、核酸在医药上的应用一、核酸的发现和研究简史一、核酸的发现和研究简史n1869 1869 MiescherMiescher从脓细胞的细胞核中分离出了一从脓细胞的细胞核中分离出了一 种种含磷酸的有机物，当时称为核素（含磷酸的有机物，当时称为核素（nucleinnuclein）,后称为后称为核酸（核酸（nucleic acidnucleic acid）n19351935年，年，KosselKossel和和LeveneLevene等确定核酸的组分是等确定核酸的组分是DNADNA和和RNARNA，提出，提出“四核苷酸假说四核苷酸假说n19441944年年AveryAvery 等人通过肺炎球菌转化试验证明等人通过肺炎球菌转化试验证明DNADNA是是遗传物质遗传物质n19531953年年WatsonWatson和和CrickCrick提出提出DNADNA结构的双螺旋模型结构的双螺旋模型n19581958年年CrickCrick提出遗传信息传递的中心法则提出遗传信息传递的中心法则n7070年代年代 建立建立DNADNA重组技术重组技术n8080年代以后，分子生物学、分子遗传学等学科突飞年代以后，分子生物学、分子遗传学等学科突飞猛进发展，猛进发展，n9090年代以后，实施人类基因组计划（年代以后，实施人类基因组计划（HGPHGP）二、核酸的种类二、核酸的种类1 1、脱氧核糖核酸、脱氧核糖核酸（DNADNA，细胞核）细胞核）Deoxyribonucleic Deoxyribonucleic AcidAcid2 2、核糖核酸、核糖核酸（RNARNA，胞质），胞质）Ribonucleic AcidRibonucleic Acid1 1、脱氧核糖核酸（、脱氧核糖核酸（DNADNA）nDNADNA为双链分子，其中为双链分子，其中大多数是线形结构大大多数是线形结构大分子，也有少部分呈分子，也有少部分呈环状结构环状结构二、核酸的种类二、核酸的种类2 2、核糖核酸（、核糖核酸（RNARNA）nRNARNA为单链分子。主要是负责为单链分子。主要是负责DNADNA遗传信息的翻译和表达，分子量遗传信息的翻译和表达，分子量要比要比DNADNA小得多。小得多。n根据根据RNARNA的功能，可以分为的功能，可以分为lmRNAmRNA 信使信使RNARNAltRNAtRNA 转运转运RNARNAlrRNArRNA 核糖体核糖体RNARNA二、核酸的种类二、核酸的种类mRNAmRNA、tRNAtRNA和和rRNArRNAnmRNAmRNA：约占全部：约占全部RNARNA的的5%5%，可以作，可以作为合成蛋白质的直接模板。为合成蛋白质的直接模板。ntRNAtRNA：约占全部：约占全部RNARNA的的15%15%，在蛋白，在蛋白质合成中起转运氨基酸的功能。质合成中起转运氨基酸的功能。nrRNArRNA：约占全部：约占全部RNARNA的的80%80%，是构成，是构成核糖体的成分。核糖体的成分。2 2、核糖核酸（、核糖核酸（RNARNA）二、核酸的种类二、核酸的种类 真核生物真核生物 原核生物原核生物 病毒病毒DNADNA 细细胞核（胞核（98%98%）核核质质 病毒病毒DNADNA 细细胞胞质质（少量）（少量）质质粒粒DNADNA 线线粒体（少量）粒体（少量）叶叶绿绿体（少量）体（少量）RNARNA 细细胞胞质质（90%90%）细细胞胞质质 病毒病毒RNARNA 核仁（少量）核仁（少量）三、核酸的分布三、核酸的分布四、核酸的概念和重要性四、核酸的概念和重要性n核酸包括核酸包括DNA和和RNA，它们都是，它们都是由核苷酸组成的具有复杂三维结由核苷酸组成的具有复杂三维结构的大分子物质。构的大分子物质。（一）概念（一）概念（二）重要性（二）重要性1、核酸是遗传物质、核酸是遗传物质2、核酸参与蛋白质的生物合成、核酸参与蛋白质的生物合成五、核酸在医药上的应用五、核酸在医药上的应用1、RNA：n可用于改善精神迟缓，记忆衰退，刺激造血，可用于改善精神迟缓，记忆衰退，刺激造血，促进白细胞再生，治疗初级癌症。促进白细胞再生，治疗初级癌症。2、DNA：n可用于改善疲劳，提高抗癌疗效。可用于改善疲劳，提高抗癌疗效。3、免疫核糖核酸：、免疫核糖核酸：n用于肿瘤的免疫治疗。用于肿瘤的免疫治疗。4、多聚核苷酸：、多聚核苷酸：n作为干扰素的诱导剂。作为干扰素的诱导剂。5、核苷酸：、核苷酸：nCMP；治疗肝炎、肾炎、白血球、血小板升高；治疗肝炎、肾炎、白血球、血小板升高第二节 核酸的化学组成一、核酸的元素组成一、核酸的元素组成二、核酸的结构组成二、核酸的结构组成三、核苷酸的衍生物三、核苷酸的衍生物四、核苷酸的生物学功能四、核苷酸的生物学功能五、核苷酸的连接方式五、核苷酸的连接方式一、核酸的元素组成一、核酸的元素组成n组成核酸的基本元素：组成核酸的基本元素：C C、H H、O O、N N、其中其中P P 的含量比较稳定，占的含量比较稳定，占9%-10%9%-10%，通过测定通过测定P P 的含量来推算核酸的含量（的含量来推算核酸的含量（定磷法定磷法）。）。nDNA平均含磷量为平均含磷量为9.9%，RNA为为9.4%。n任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。二、核酸的结构组成二、核酸的结构组成（一）化学组成（一）化学组成核酸核酸核苷酸核苷酸 磷酸磷酸核苷核苷 戊糖戊糖(pentose(pentose)碱碱 基基(base(base)1 1、戊糖、戊糖（pentose）RNA中的戊糖为中的戊糖为 D-核糖（核糖（D-ribose）DNA中的戊糖为中的戊糖为 D-2-脱氧核糖脱氧核糖(D-2-deoxyribose)RiboseDeoxyribose213452二、核酸的结构组成二、核酸的结构组成（一）化学组成（一）化学组成2 2、碱基（氮碱）碱基（氮碱）核酸中的碱基分为两类，即嘌呤碱和嘧啶碱。核酸中的碱基分为两类，即嘌呤碱和嘧啶碱。（1 1 1 1）.嘌呤碱（嘌呤碱（嘌呤碱（嘌呤碱（purine purine purine purine）：）：）：）：为嘌呤的衍生物，两种：为嘌呤的衍生物，两种：v 腺嘌呤（腺嘌呤（adenine Ade or adenine Ade or A A A A）v 鸟嘌呤（鸟嘌呤（guanine Gua or guanine Gua or G G G G ）（2 2 2 2）.嘧啶碱（嘧啶碱（嘧啶碱（嘧啶碱（pyrimidine pyrimidine pyrimidine pyrimidine）：）：）：）：为嘧啶的衍生物，三种：为嘧啶的衍生物，三种：v 胞嘧啶胞嘧啶 （cytosine Cyt or cytosine Cyt or C C C C ）v 尿嘧啶尿嘧啶 （uracil Ura or uracil Ura or U U U U）v 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 （thymine Thy or thymine Thy or T T T T ）二、核酸的结构组成二、核酸的结构组成（一）化学组成（一）化学组成基本碱基结构和命名基本碱基结构和命名嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶Adenine (A)Guanine (G)Cytosine (C)Uracil (U)Thymine (T)3.3.稀有碱基（修饰碱基、微量碱基）稀有碱基（修饰碱基、微量碱基）含量甚少的碱基，多数为主要碱基的修饰物。含量甚少的碱基，多数为主要碱基的修饰物。主要存在于主要存在于RNARNA分子中。分子中。二、核酸的结构组成二、核酸的结构组成（一）化学组成（一）化学组成两类核酸分子组成的比较两类核酸分子组成的比较磷酸磷酸D-D-核糖核糖C UC UA GA GRNARNA磷酸磷酸D-2-D-2-脱氧脱氧核糖核糖C TC TA GA GDNADNA酸酸核糖核糖嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤1 1、核苷核苷二、核酸的结构组成二、核酸的结构组成（二）核苷与核苷酸（二）核苷与核苷酸5533磷酸与核苷磷酸与核苷5位位-OH脱水形成磷酸酯键脱水形成磷酸酯键2、核苷酸、核苷酸核苷酸种类vRNA RNA 中含有中含有 腺苷酸腺苷酸 AMPAMP，鸟鸟苷酸苷酸 GMPGMP，胞苷酸胞苷酸 CMPCMP，尿苷酸尿苷酸 UMPUMP，vDNA DNA 中含有中含有 脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸 dAMPdAMP脱氧脱氧鸟鸟苷酸苷酸 dGMPdGMP脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸 dCMPdCMP脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸 dTMPdTMP2 2、核苷酸、核苷酸三、核苷酸的衍生物三、核苷酸的衍生物（一）多磷酸核苷 5-NMP 5-NDP 5-NTPN=A、G、C、U 5-dNMP 5-dNDP 5-dNTP N=A、G、C、T腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（AMP）二磷酸腺苷二磷酸腺苷 ADP三磷酸腺苷三磷酸腺苷 ATP构成构成DNADNA及及RNARNA的碱基、核苷和常见核苷酸的碱基、核苷和常见核苷酸碱基碱基核苷核苷核苷酸核苷酸DNA腺嘌呤腺嘌呤(A)(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)(G)胞嘧啶胞嘧啶(C)(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)(T)脱氧腺苷脱氧腺苷脱氧鸟苷脱氧鸟苷脱氧胞苷脱氧胞苷脱氧胸苷脱氧胸苷脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸(dAMP)(dAMP)、dADPdADP、dATPdATP脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸(dGMP(dGMP）、）、dGDPdGDP、dGTPdGTP脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸(dCMP)(dCMP)、dCDPdCDP、dCTPdCTP脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸(dTMP)(dTMP)、dTDPdTDP、dTTPdTTPRNA腺嘌呤腺嘌呤(A)(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)(G)胞嘧啶胞嘧啶(C)(C)尿嘧啶尿嘧啶(U)(U)腺苷腺苷鸟苷鸟苷胞苷胞苷尿苷尿苷腺苷酸腺苷酸(AMP)(AMP)、ADPADP、ATPATP鸟苷酸鸟苷酸(GMP(GMP）、）、GDPGDP、GTPGTP胞苷酸胞苷酸(CMP)(CMP)、CDPCDP、CTPCTP尿苷酸尿苷酸(UMP)(UMP)、UDPUDP、UTPUTP1 1、3 3，5-5-环化腺苷酸（环化腺苷酸（cAMP cAMP）三、核苷酸的衍生物三、核苷酸的衍生物（二）环核苷酸（二）环核苷酸放大激素信号2 2、3 3，5-5-环化鸟苷酸（环化鸟苷酸（cGMP cGMP）三、核苷酸的衍生物三、核苷酸的衍生物（二）环核苷酸（二）环核苷酸缩小激素信号三、核苷酸的衍生物三、核苷酸的衍生物（三）辅酶类核苷酸（三）辅酶类核苷酸1、作为核酸的单体、作为核酸的单体2、细胞中的携能物质（如细胞中的携能物质（如ATP、GTP、CTP、UTP）3、酶的辅助因子的结构成分（如、酶的辅助因子的结构成分（如NAD+）4、细胞通讯的媒介（如、细胞通讯的媒介（如cAMP、cGMP）四、四、核苷酸的生物学功能核苷酸的生物学功能五、核苷酸的连接方式五、核苷酸的连接方式2 2、核酸一级结构的简写：、核酸一级结构的简写：n n 5-pGpApCpTpTpApC-OH-3n 5-GACTTAC-3 不同的核苷酸在核酸长链上的排列顺序。也称为不同的核苷酸在核酸长链上的排列顺序。也称为核苷酸序列核苷酸序列或或碱基序列碱基序列。五、核苷酸的连接方式五、核苷酸的连接方式1、核酸的一级结构：第三节 核酸的分子结构一、一、DNA DNA的分子结构的分子结构uDNADNA的分子组成的分子组成：ChargaffChargaff规律规律uDNADNA的空间结构的空间结构二、二、RNA RNA的分子结构的分子结构uRNARNA的分子组成的分子组成uRNARNA的空间结构的空间结构一、DNADNA的分子结构1 1、四种碱基：、四种碱基：A A、G G、C C、T T2 2、A+G=C+TA+G=C+T ，A=TA=T G=CG=C3 3、DNA DNA的碱基组成有物种的特异性的碱基组成有物种的特异性4 4、DNA DNA的碱基组成无组织的特异性的碱基组成无组织的特异性DNADNA的二级结构的二级结构qWatson Watson 和和 Crick Crick 于于19531953年提出了年提出了DNA DNA 双螺旋双螺旋结构模型，说明了结构模型，说明了DNA DNA 的二级结构。的二级结构。DNADNA的空间结构DNA双螺旋结构模型要点1、反平行的两条多核苷酸链形成右手双股螺旋、反平行的两条多核苷酸链形成右手双股螺旋2、外侧：磷酸与脱氧核糖、外侧：磷酸与脱氧核糖 内侧：嘌呤与嘧啶碱内侧：嘌呤与嘧啶碱 碱基互补规律：碱基互补规律：A-T，G-C3、碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行、碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行 横向作用力：氢键横向作用力：氢键 纵向作用力：碱基平面间的堆积力纵向作用力：碱基平面间的堆积力4、每圈螺旋：、每圈螺旋：10个核苷酸个核苷酸 碱基堆积距：碱基堆积距：0.34nm 双螺旋直径：双螺旋直径：2nm 两条反平行的多核苷酸链绕同一中心轴相缠绕，形成右手双股螺旋，一条53，另一条35 磷酸与脱氧核糖彼此通过3、5-磷酸二酯键相连接，构成DNA分子的骨架。磷酸与脱氧核糖在双螺旋外侧，嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧。碱基互补规律：A-T，G-C碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行 两条核苷酸链之间依靠碱基间的氢键结合在一起。螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持u每圈螺旋10个核苷酸 u碱基堆积距0.34nmu双螺旋平均直径2nmDNADNA的三级结构的三级结构1 1、定义：双螺旋、定义：双螺旋DNADNA分子通过扭曲分子通过扭曲和折叠所形成的和折叠所形成的特定构象特定构象超超螺旋结构。螺旋结构。螺螺旋旋和和超超螺螺旋旋电电话话线线螺旋螺旋超螺旋超螺旋2 2、DNADNA的存在形式的存在形式-核小体核小体DNADNADNADNA的三级结构的三级结构的三级结构的三级结构组蛋白组蛋白八聚体八聚体核小体核小体H1组蛋白组蛋白（一）、RNA分子的组成1 1、碱基、碱基组成：成：基本碱基：基本碱基：A A、G G、C C、U U 稀有碱基：稀有碱基：6060多种，主要由碱基多种，主要由碱基修饰而来修饰而来2 2、戊糖：、戊糖：D-D-核糖核糖3 3、磷酸、磷酸4 4、基本、基本单位：核苷酸位：核苷酸二、RNA的分子结构1 1、定义：、定义：RNARNA的多核苷链在某些部的多核苷链在某些部分弯曲折叠形成的双螺旋区。分弯曲折叠形成的双螺旋区。2 2、特点：、特点：双螺旋区的碱基有配对规律双螺旋区的碱基有配对规律双螺旋区不能参加配对的碱基仍双螺旋区不能参加配对的碱基仍以单链形式存在以单链形式存在3 3、以以tRNAtRNA为例讲述其结构特点为例讲述其结构特点二级结构二、RNA的分子结构DHU环环IGC反密码子反密码子反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂可变环可变环TC环环CCA35tRNAtRNA的二的二级结构特点构特点-三叶草型三叶草型定义：指定义：指tRNAtRNA的三叶草型结构进一步扭曲折叠的三叶草型结构进一步扭曲折叠形成一种形状象形成一种形状象倒倒L L型字母的三维结构。型字母的三维结构。三级结构二、RNA的分子结构第四节 核酸的理化性质一、酸碱性质一、酸碱性质二、溶解性和粘度二、溶解性和粘度三、紫外吸收三、紫外吸收四、变性、复性与杂交四、变性、复性与杂交一、酸碱性质两性电解质两性电解质：含酸性的磷酸基团，：含酸性的磷酸基团，又含弱碱性的碱基，通常表现为又含弱碱性的碱基，通常表现为较强的酸性。较强的酸性。pHpH大于大于4 4时，呈阴离子状态。时，呈阴离子状态。二、溶解性和粘度1 1、溶解性：微溶于水，不溶于有机溶剂、溶解性：微溶于水，不溶于有机溶剂2 2、粘度：、粘度：DNA DNARNA RNA DNADNA粘度很大，可作为变性指标粘度很大，可作为变性指标RNARNA粘度很小粘度很小三、紫外吸收碱碱基基、核核苷苷、核核苷苷酸酸和和核核酸酸在在240240290nm290nm的的紫外波段有强烈的光吸收，紫外波段有强烈的光吸收，maxmax=260nm=260nm天然天然DNA变性变性DNA核苷酸总吸收值核苷酸总吸收值1232202402602800.10.20.30.4波长（波长（nmnm）光光吸吸收收123鉴定纯度：鉴定纯度：纯纯DNADNA的的A A260260/A/A280280应为应为1.81.81.81.8纯纯RNARNA的的A A260260/A/A280280应为应为2.02.02.02.0五、变性、复性和分子杂交1 1、变性、变性 在物化因素影响下，核酸互补在物化因素影响下，核酸互补碱基之间的氢键断裂的现象。碱基之间的氢键断裂的现象。DNADNA：双链变成两条单链：双链变成两条单链RNARNA：局部双螺旋被破坏，失去原有的空间构象：局部双螺旋被破坏，失去原有的空间构象五、变性、复性和分子杂交2 2、复性、复性 变性变性DNADNA在一定条件下，两条互在一定条件下，两条互补的单链重新缔合而恢复天然的双螺补的单链重新缔合而恢复天然的双螺旋结构，其物理性质和生物活性随之旋结构，其物理性质和生物活性随之恢复的过程。恢复的过程。热变性的热变性的DNADNA在缓慢冷却后在缓慢冷却后可以复性，也称为可以复性，也称为退火退火。五、变性、复性和分子杂交3 3、分子杂交、分子杂交 在变性的在变性的DNADNA溶液中加入外源溶液中加入外源DNADNA单链分子或单链分子或RNARNA单链分子，去掉变性条件后复性形成双螺旋结单链分子，去掉变性条件后复性形成双螺旋结构的过程。构的过程。DNADNA杂交：杂交：DNA-DNADNA-DNARNARNA杂交：杂交：DNA-RNADNA-RNA意义：意义：基因诊断最常用的基本技术，是定性、定量基因诊断最常用的基本技术，是定性、定量检测特异检测特异DNADNA或或RNARNA片段的有力工具。片段的有力工具。第五节 核苷酸代谢一、体内核苷酸分布情况及来源一、体内核苷酸分布情况及来源二、核苷酸的分解代谢二、核苷酸的分解代谢三、核苷酸的合成代谢三、核苷酸的合成代谢一、体内核苷酸分布情况及来源1 1、分布情况、分布情况体内核苷酸主要是体内核苷酸主要是5 5-核苷酸，核糖核核苷酸，核糖核苷酸浓度（苷酸浓度（mmolmmol）远大于脱氧核糖核苷酸）远大于脱氧核糖核苷酸（molmol）。）。ATPATP最多。最多。2 2、体内核苷酸的来源、体内核苷酸的来源食物核酸消化吸收食物核酸消化吸收体内核酸的降解体内核酸的降解体内生物合成：完全能够满足机体需要体内生物合成：完全能够满足机体需要1、嘌呤核苷酸的分解、嘌呤核苷酸的分解过程：AMP GMP 次黄嘌呤 黄嘌呤 尿酸二、核苷酸的分解代谢黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶腺嘌呤脱氨酶腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶AG正常：正常：119357mol/L痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶-脲基丙酸脲基丙酸-脲基异丁酸脲基异丁酸CO2+NH3H2N-CH2-CH2-COOH -丙氨酸丙氨酸H2N-CH2-CH-COOH CH3 -氨基异丁酸氨基异丁酸2 2、嘧啶核苷酸的分解、嘧啶核苷酸的分解二、核苷酸的分解代谢二、核苷酸的合成代谢二、核苷酸的合成代谢l从头合成途径从头合成途径(de novo synthesis pathway)l补救合成途径补救合成途径(salvage synthesis pathway)利用磷酸核糖、利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单氨基酸、一碳单位及位及CO2等简单物等简单物质为原料，经过质为原料，经过一系列酶促反应，一系列酶促反应，合成核苷酸的途合成核苷酸的途径径利用体内游离利用体内游离的嘌呤或嘌呤的嘌呤或嘌呤核苷，经过简核苷，经过简单的反应，合单的反应，合成核苷酸的过成核苷酸的过程程（一）（一）嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成1、从头合成途径：、从头合成途径：原料原料：天冬氨酸天冬氨酸、甘氨酸甘氨酸、谷氨酰胺、谷氨酰胺、一碳单位、一碳单位、COCO2 2、5-5-磷酸核糖磷酸核糖场所场所：肝脏（主要）、小肠粘膜、胸腺：肝脏（主要）、小肠粘膜、胸腺CCCCCNNNN过程：5-磷酸核糖+ATP PRPP+AMP IMP AMP GMPPRPP合成酶合成酶天冬氨酸甘氨酸谷氨酰胺一碳单位CO2腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶合成酶AMPADPATPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶2、补救合成途径：、补救合成途径：原料原料：体内游离的嘌呤和嘌呤核苷：体内游离的嘌呤和嘌呤核苷场所场所：脾脏、脑、骨髓等胞液：脾脏、脑、骨髓等胞液过程过程腺嘌呤+PRPP AMP+PPi 次黄嘌呤 IMP 鸟嘌呤 GMP嘌呤核苷的再利用嘌呤核苷的再利用：腺嘌呤核苷 AMPAPRT+PRPPHGPRT腺苷激酶ATPADP（一）（一）嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成（二）嘧啶核苷酸的合成（二）嘧啶核苷酸的合成1、从头合成途径、从头合成途径原料原料：氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸、天门冬氨酸天门冬氨酸、5-磷酸核糖磷酸核糖场所场所：肝细胞胞液：肝细胞胞液过程过程：先合成嘧啶环，再与在先合成嘧啶环，再与在PRPP相连，首先相连，首先合成合成合成合成UMPUMP再由再由UMP转化为转化为UDP、UTP、CMPUMP的合成：UMP合成原料：谷氨酰胺谷氨酰胺、CO2、（谷氨酰胺+CO2+ATP+氨基甲酰磷酸）、天、天冬氨酸、冬氨酸、5-磷酸核糖磷酸核糖。O C HN CH C CH N R-5-POUTP、CTP的合成：UMP UDP UTPUTP+Gln+ATP CTP+Glu+ADP+Pi尿苷酸激酶尿苷酸激酶ATPATPADPADPCTP合成酶合成酶 C CH CH N NH2 N OCR-5-PPP2、补救合成途径、补救合成途径由嘧啶碱合成嘧啶核苷酸：由嘧啶碱合成嘧啶核苷酸：嘧啶磷酸核糖嘧啶磷酸核糖转移酶转移酶可催化可催化U、C合成相应核苷酸。合成相应核苷酸。嘧啶嘧啶+PRPP嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸+PPi嘧啶与嘧啶与1-磷酸核苷合成嘧啶核苷，后者在磷酸核苷合成嘧啶核苷，后者在嘧啶核苷激酶嘧啶核苷激酶催化下生成嘧啶核苷酸。催化下生成嘧啶核苷酸。（二）嘧啶核苷酸的合成（二）嘧啶核苷酸的合成（三）脱氧核糖核苷酸的生成（三）脱氧核糖核苷酸的生成脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸（包括嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸）（包括嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸）是在二磷酸核苷（是在二磷酸核苷（NDP）水平还原生成水平还原生成的。的。第六节 核酸与遗传一、遗传中心法则一、遗传中心法则二、二、DNA的合成的合成三、三、RNA的生物合成的生物合成DNA的转录的转录四、蛋白质的合成四、蛋白质的合成基因基因、染色体染色体、DNA 三者有什么关系呢？三者有什么关系呢？染色体是染色体是DNA的载体的载体基因是有遗传效应的基因是有遗传效应的DNA片断片断v一个一个DNA上可能有上可能有很多个基因很多个基因；通过复制传给后代；通过复制传给后代基因在染色体上呈直线排列基因在染色体上呈直线排列v基因基因在后代的个体发育过程中在后代的个体发育过程中表达表达，控制后代，控制后代 的性状，这就是的性状，这就是基因的表达基因的表达基因基因蛋白质的合成蛋白质的合成控制控制以以RNARNA为媒介为媒介一、遗传中心法则一、遗传中心法则基因基因：决定生物性状的基本单位，是：决定生物性状的基本单位，是有遗传效应的有遗传效应的DNA片段。片段。DNA转录转录翻译翻译复制复制逆转录逆转录RNA复制复制RNA蛋白质蛋白质中心法则中心法则：遗传信息的流向是从遗传信息的流向是从DNA传递给传递给RNA，再从，再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译过程，传递给蛋白质的转录和翻译过程，以及遗传信息从以及遗传信息从DNA传递给传递给DNA的复制过程。的复制过程。规则的双螺旋结构规则的双螺旋结构通常呈单链结构通常呈单链结构脱氧核苷酸脱氧核苷酸核糖核苷酸核糖核苷酸腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖磷酸磷酸磷酸磷酸DNA与与RNA分子的比较分子的比较二、二、DNA的合成的合成1、DNA半保留复制半保留复制半保留复制半保留复制-在在 DNA复复制过程中，双螺旋结构解制过程中，双螺旋结构解开而成为单链，分别以开而成为单链，分别以DNA双螺旋中的一条链为双螺旋中的一条链为模板，按碱基互补配对的模板，按碱基互补配对的原则合成两条新的互补链。原则合成两条新的互补链。这样新合成的这样新合成的DNA双链中双链中一股单链是从亲代完整地一股单链是从亲代完整地接受过来的，另一股单链接受过来的，另一股单链完全重新合成。完全重新合成。二、二、DNA的合成的合成2、DNA复制的条件复制的条件模板模板：DNA其中任意一条单链其中任意一条单链原料原料：四种脱氧核苷三磷酸：四种脱氧核苷三磷酸能量能量：ATP酶酶：拓扑异构酶和解链酶：拓扑异构酶和解链酶：使使DNA解离为两条单链。解离为两条单链。引物酶：引物酶：是是RNA聚合酶，合成一段聚合酶，合成一段RNA引物。引物。单链结合蛋白：单链结合蛋白：保护单链的完整。保护单链的完整。DNA聚合酶：聚合酶：最重要的酶，催化脱氧核苷酸链形最重要的酶，催化脱氧核苷酸链形成。成。DNA连接酶：连接酶：催化催化3、5-磷酸二酯键形成。磷酸二酯键形成。二、二、DNA的合成的合成3、DNA的复制过程的复制过程引发引发延伸延伸终止终止三、三、RNA的生物合成（转录）的生物合成（转录）定义定义：以：以DNA为模板，为模板，在在DNA的的RNA聚合酶聚合酶 的的催化下，以催化下，以4种种核糖核苷酸核糖核苷酸为原料，合成为原料，合成RNA的的过程。过程。合成部位合成部位：细胞核：细胞核条件条件：模板模板：DNA的一条链的一条链酶酶：解旋酶解旋酶、RNA聚合酶聚合酶原料原料：四种核糖核苷酸：四种核糖核苷酸能量能量：ATP结果结果：形成一条形成一条mRNAAG T AC T A A T DNA的的一条链一条链AGCUGACGGUUU游离的核糖核苷酸游离的核糖核苷酸 (原料）原料）DNA DNA 解旋，以一条链为模板合成解旋，以一条链为模板合成RNARNA细细胞胞核核中中过程：过程：AG T AC T A A T AGCUGACGGUUU DNA与与RNA的碱基互补配对：的碱基互补配对：AU；TA；CG；GCRNA RNA 聚合酶聚合酶细细胞胞核核中中AG T AC T A A T AGCGACGGUUU U 组成组成 RNA 的核糖核苷酸一个个连接起来的核糖核苷酸一个个连接起来细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGACGGUUU UA细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGACGUUGU UA细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGACGUGU UAA细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGACGGU UAA U细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGACGGU UAA UA细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GCGCGGU UAA UA U细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GGCGGU UAA UA U C细细胞胞核核中中AG T AC T A A T GGCGGU UAA UA U CDNADNA上的遗传信息就传递到上的遗传信息就传递到mRNAmRNA上上mRNADNA细细胞胞核核中中a.DNA a.DNA 解旋，以一条链为模板合成解旋，以一条链为模板合成RNARNAb.DNA与与RNA的碱基互补配对：的碱基互补配对：AU;TA；CG；GCc.组成组成 RNA 的的核糖核苷酸核糖核苷酸一个个连接起来一个个连接起来过程：过程：三、三、RNA的生物合成（转录）的生物合成（转录）AG T AC T A A T DNA的的一条链一条链U U AGAUAU C思考：与思考：与DNA复制的异同点？复制的异同点？mRNAAG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核 核孔核孔DNAmRNAmRNA在细胞核中合成在细胞核中合成AG T AC T A A T UCAUG A UUAmRNA 细胞质细胞质 细胞核细胞核mRNAmRNA通过核孔进入细胞质通过核孔进入细胞质UCAUG A UUAmRNA四、蛋白质的合成四、蛋白质的合成1、RNA在蛋白质生物合成中的作用在蛋白质生物合成中的作用mRNA:信使，模板信使，模板tRNA:搬运氨基酸的工具搬运氨基酸的工具rRNA:合成蛋白质的场所合成蛋白质的场所四、蛋白质的合成四、蛋白质的合成2、翻译、翻译定义：在细胞质中定义：在细胞质中,以以mRNA为模板为模板,合成合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。思考：思考：基因中的碱基如何控制氨基酸的种类？基因中的碱基如何控制氨基酸的种类？信使上只有四种碱基，如何决定信使上只有四种碱基，如何决定20种氨基酸？种氨基酸？四、蛋白质的合成四、蛋白质的合成3、遗传密码、遗传密码定义：排列在定义：排列在DNA或或mRNA链上为蛋白质氨基酸链上为蛋白质氨基酸编码的核苷酸序列。编码的核苷酸序列。密码子密码子：遗传学上把：遗传学上把mRNA上决定一个氨基酸的上决定一个氨基酸的3个相邻的碱基叫做一个密码子。个相邻的碱基叫做一个密码子。UCAUG A UUAmRNA（模板）模板）密码子密码子 密码子密码子 密码子密码子 a、一种一种氨基酸可以和氨基酸可以和多个多个密码子相对应。密码子相对应。b、一个一个密码子只和密码子只和一一种种氨基酸相对应氨基酸相对应 c、密码子共密码子共61个，其个，其中含有两个起始密码中含有两个起始密码子。分别是子。分别是AUG、GUG。d、另外还有三个终止另外还有三个终止密码子密码子UAA、UAG、UGA运载工具运载工具：转运转运 RNARNA（tRNA)tRNA)ACU天冬氨天冬氨酸酸AUG 异亮异亮氨酸氨酸 反密码子反密码子注意：一种注意：一种tRNA只能携带一种氨基酸只能携带一种氨基酸三、蛋白质的合成三、蛋白质的合成4、蛋白质的生物合成、蛋白质的生物合成场所：细胞质的场所：细胞质的核糖体核糖体上上翻译者：翻译者：tRNA条件：条件：过程：过程：模板模板：mRNA原料原料：20种氨基酸种氨基酸能量能量：ATP结果结果：多肽多肽A A UAC UAUG转运转运 RNARNA（tRNA)tRNA)（运载工具）（运载工具）亮氨酸亮氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 异亮氨酸异亮氨酸 氨基酸氨基酸（原料）（原料）A A U 亮氨酸亮氨酸AC U天冬氨酸天冬氨酸AUG 异亮氨酸异亮氨酸 tRNAtRNA的一端运载着氨基酸的一端运载着氨基酸 反密码子反密码子UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸 核糖体核糖体细胞质中的细胞质中的mRNA 与核糖体结合与核糖体结合.细细胞胞质质中中UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸 tRNA tRNA 上的反密码子与上的反密码子与 mRNAmRNA上的密码子互补配对上的密码子互补配对.细细胞胞质质中中UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸AUG 异亮氨酸异亮氨酸细细胞胞质质中中 tRNA tRNA 将氨基酸转运到将氨基酸转运到 mRNAmRNA上的上的 相应位置相应位置.UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸AUG 异亮氨酸异亮氨酸缩合缩合细细胞胞质质中中 两个氨基酸分子缩合两个氨基酸分子缩合UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸AUG 异亮氨酸异亮氨酸 核糖体随着核糖体随着 mRNAmRNA滑动滑动.另一个另一个 tRNA tRNA 上的碱基与上的碱基与mRNAmRNA上的上的 密码子配对密码子配对.细细胞胞质质中中UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸AUG 异亮氨酸异亮氨酸 一个个氨基酸分子缩合成链状结构一个个氨基酸分子缩合成链状结构细细胞胞质质中中UCAUG A UUAA A U 亮氨酸亮氨酸AC U 天冬氨天冬氨酸酸AUG 异亮氨酸异亮氨酸 t tRNARNA离开，再去转运新的氨基酸离开，再去转运新的氨基酸细细胞胞质质中中UCAUG A UUAAUG 亮氨酸亮氨酸 天冬氨天冬氨酸酸 异亮氨酸异亮氨酸以以mRNAmRNA为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质为模板形成了有一定氨基酸顺序的蛋白质 .细细胞胞质质中中信息传递信息传递DNA上的遗传信息上的遗传信息（脱氧核苷酸的排列顺序）（脱氧核苷酸的排列顺序）转录转录细胞核细胞核mRNA(核糖核苷核糖核苷酸的排列顺序酸的排列顺序)翻译翻译细胞质细胞质蛋白质蛋白质（特定的氨基（特定的氨基酸顺序）酸顺序）遗传信息的传递只有这种模式吗？遗传信息的传递只有这种模式吗？中心法则中心法则DNA转录转录RNA翻译翻译蛋白质蛋白质逆转录逆转录基因对性状的控制基因对性状的控制控制酶的合成来控制酶的合成来间接间接控制代谢过程而控制性状控制代谢过程而控制性状控制蛋白质分子的结构而直接影响性状控制蛋白质分子的结构而直接影响性状又结束一章了！又结束一章了！名词解释 1.磷酸二酯键磷酸二酯键 2.核酸的一级结构核酸的一级结构3.碱基互补规律碱基互补规律 4.核酸的变性核酸的变性5.核酸的复性核酸的复性6.分子杂交分子杂交 填空 1.DNA双螺旋结构模型是于双螺旋结构模型是于1953年提出的。年提出的。2.核酸的基本结构单位是核酸的基本结构单位是_核苷酸核苷酸_。3.脱氧核糖核酸在糖环脱氧核糖核酸在糖环_位置不带羟基。位置不带羟基。4.核酸的特征元素核酸的特征元素_P_。5.DNA在水溶解中热变性之后，如果将溶液迅速冷在水溶解中热变性之后，如果将溶液迅速冷却，则却，则DNA保持保持_状态；若使溶液缓慢冷却，状态；若使溶液缓慢冷却，则则DNA重新形成重新形成_复性复性_。6.常见的环化核苷酸有常见的环化核苷酸有_和和_。其作用是。其作用是_。7.DNA双螺旋的两股链的顺序是双螺旋的两股链的顺序是_关系。关系。8.DNA变性后，紫外吸收变性后，紫外吸收_ _，粘度，粘度_ _、生物活、生物活性将性将_ _。9.胞嘧啶和尿嘧啶经脱氨、还原和水解产生的终产胞嘧啶和尿嘧啶经脱氨、还原和水解产生的终产物为物为 。10.参与嘌呤核苷酸合成的氨基酸有参与嘌呤核苷酸合成的氨基酸有 、和和 。选择题 1、ATP分子中各组分的连接方式是：分子中各组分的连接方式是：AR-A-P-P-P BA-R-P-P-P CP-A-R-