生化核酸结构与功能.pptx

生化核酸结构与功能二、核酸得分类及分布二、核酸得分类及分布 90%90%以以上上分分布布于于细细胞胞核核，其其余余分分布布于于核外核外如线粒体，叶绿体，质粒等。如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。(DNA)(RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型体的基因型(genotype)。参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表遗传信息的表达。某些病毒达。某些病毒RNA也可作为遗也可作为遗传信息的载体。传信息的载体。第一节第一节核酸得化学组成及一级结构核酸得化学组成及一级结构The Chemical ponent and Primary Structure of Nucleic Acid一、核酸得化学组成一、核酸得化学组成 1、元素组成元素组成C、H、O、N、P2.分子组成分子组成 碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸(phosphate)嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)碱碱 基基嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)PentoseNucleosideNucleotide11大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流二、核酸得一级结构二、核酸得一级结构定义定义核核酸酸中中核核苷苷酸酸得得排排列列顺顺序序,也称为碱基序列。也称为碱基序列。55端端3端端CGAA G P5 P T PG PC PT P OH 3 书写方法书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 第二节第二节DNA得空间结构与功能得空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA一、一、DNA得二级结构得二级结构双螺旋结构双螺旋结构WATSONCRICK(一一)DNA双螺旋结构得研究背景双螺旋结构得研究背景 碱基组成分析碱基组成分析Chargaff 规则：规则：A=TG C 碱基的理化数据分析碱基的理化数据分析A-T、G-C以以氢键氢键配对较合理配对较合理 DNA纤维的纤维的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析 (二二)DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点(Watson,Crick,1953)uDNADNA分分子子由由两两条条相相互互平平行行但但走走向向相相反反得得脱脱氧氧多多核核苷苷酸酸链链组组成成,以以右右手手螺螺旋旋方方式式绕绕同同一一公公共共轴轴盘盘。螺螺旋旋直直径径为为2 2、3737nm。u碱碱基基垂垂直直螺螺旋旋轴轴居居双双螺螺旋旋内内側側,与与对对側側碱碱基基形形成成氢氢键键配配对对(互互补补配配对对形形式式:A=T;G C)。u相邻碱基平面距离相邻碱基平面距离0、34nm,螺旋一圈螺距螺旋一圈螺距3、54nm,一圈一圈10、5对碱基。对碱基。(二二)DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点(Watson,Crick,1953)u氢氢键键维维持持双双链链横横向向稳稳定定性性,碱碱基基堆堆积积力力维维持持双双链链纵纵向向稳稳定定性。性。(二二)DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点(Watson,Crick,1953)(三三)DNA双螺旋结构得多样性双螺旋结构得多样性二、二、DNA得超螺旋结构及其在染色质得超螺旋结构及其在染色质中得组装中得组装(一一)DNA得超螺旋结构得超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构DNA双螺旋链再盘绕形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕形成超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋 盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 负超螺旋负超螺旋 盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 (二二)原核生物原核生物DNA得高级结构得高级结构(三三)DNA在真核生物细胞核内得组装在真核生物细胞核内得组装真真核核生生物物染染色色体体由由DNA和和蛋蛋白白质质构构成成,其其基本单位就是基本单位就是 核小体核小体(nucleosome)。核小体得组成核小体得组成DNA:约约200bp 组蛋白组蛋白:H1H2A,H2BH3H4三、三、DNA得功能得功能DNA得得基基本本功功能能就就是是以以基基因因得得形形式式荷荷载载遗传信息遗传信息,并作为基因复制和转录得模板。并作为基因复制和转录得模板。就就是是生生命命遗遗传传得得物物质质基基础础,也也就就是是个个体体生生命活动得信息基础。命活动得信息基础。基基因因:指指DNA分分子子中中得得特特定定区区段段,其其中中得得核苷酸排列顺序决定了基因得功能。核苷酸排列顺序决定了基因得功能。基因组基因组 第三节第三节 RNA得结构与功能得结构与功能Structure and Function of RNARNA得种类、分布、功能得种类、分布、功能一一、信使、信使RNA得结构与功能得结构与功能hnRNA 内含子内含子(intron)mRNA *mRNA成熟过程成熟过程 外显外显子子(exon)*mRNA结构特点结构特点1、大大多多数数真真核核mRNA得得5末末端端均均在在转转录录后后加加上上一一个个7-甲甲基基鸟鸟苷苷,同同时时第第一一个个核核苷苷酸酸得得C2也也就就是甲基化是甲基化,形成帽子结构形成帽子结构:m7GpppNm-。2、大多数真核大多数真核mRNA得得3末端有一个多聚腺苷末端有一个多聚腺苷酸酸(polyA)结构结构,称为多聚称为多聚A尾。尾。帽子结构帽子结构mRNA核内向胞质得转位核内向胞质得转位mRNA得稳定性维系得稳定性维系翻译起始得调控翻译起始得调控 帽子结构和帽子结构和多聚多聚A尾得功能尾得功能DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译*mRNA得功能得功能 把把DNA所所携携带带得得遗遗传传信信息息,按按碱碱基基互互补补配配对对原原则则,抄抄录录并并传传送送至至核核糖糖体体,用用以以决决定定其其合合成成蛋蛋白白质得氨基酸排列顺序。质得氨基酸排列顺序。*tRNA得一级结构特点得一级结构特点核苷酸残基数在核苷酸残基数在6090之间之间;含含 1020%稀有碱基稀有碱基,如如 DHU 3末端为末端为 CCA-OH 5末端大多数为末端大多数为pG二、转运二、转运RNA得结构与功能得结构与功能 稀有碱基稀有碱基 *tRNA得二级结构得二级结构三叶草形三叶草形 氨基酸臂氨基酸臂 DHU环环 反密码环反密码环 额外环额外环 TC环环*tRNA得三级结构得三级结构 倒倒L形形*tRNA得功能得功能活活化化、搬搬运运氨氨基基酸酸到到核核糖糖体体,参参与与蛋蛋白白质得翻译。质得翻译。*rRNA得结构得结构三、核蛋白体三、核蛋白体RNA得结构与功能得结构与功能*rRNA得功能得功能参参与与组组成成核核蛋蛋白白体体,作作为为蛋蛋白白质质生生物物合成得场所。合成得场所。*rRNA得种类得种类(根据沉降系数根据沉降系数)真核生物真核生物5S rRNA28S rRNA5、8S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA四四、其她非编码、其她非编码RNA除除了了上上述述三三种种RNA外外,细细胞胞得得不不同同部部位位存存在在得得许许多多其其她她种种类类得得小小分分子子RNA,统统称称为为非非编编码码RNA(non-coding RNAs,nmRNAs)。ncRNAs核核 酸酸 得得 理理 化化 性性 质质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 四四 节节一一、核酸得紫外吸收核酸得紫外吸收1、DNA或或RNA得定量得定量OD260=1、0相当于相当于50 g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA(或或RNA)20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2、判断核酸样品得纯度判断核酸样品得纯度DNA纯品纯品:OD260/OD280=1、8RNA纯品纯品:OD260/OD280=2、0OD260得应用得应用二、二、DNA得变性得变性(denaturation)定义定义:在某些理化因素作用下在某些理化因素作用下,DNA双链解开成两双链解开成两条单链得过程。条单链得过程。理化因素理化因素:过量酸过量酸,碱碱,加热加热,变性试剂如尿素以及某变性试剂如尿素以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其她理化性质变化变性后其她理化性质变化:OD260增高增高粘度下降粘度下降比旋度下降比旋度下降浮力密度升高浮力密度升高酸碱滴定曲线改变酸碱滴定曲线改变生物活性丧失生物活性丧失DNADNA变性得本质就是双链间氢键得断裂变性得本质就是双链间氢键得断裂例例:变性引起紫外吸收值得改变变性引起紫外吸收值得改变DNA得紫外吸收光谱得紫外吸收光谱增色效应增色效应:DNA变性时其溶液变性时其溶液OD260增高得现象。增高得现象。Tm:紫紫外外光光吸吸收收值值达达到到最最大大变变化化值值得得50%时时得得温温度度称称为为DNA得得解解链链温温度度,又又称称融融解解温温度度(Tm)。其其 大大 小小 与与G+C含量成正比。含量成正比。三、三、DNA得复性与分子杂交得复性与分子杂交 DNA复性复性(renaturation)在适当条件下在适当条件下,变性变性DNADNA得两条互补链可恢复天然得双螺旋构象得两条互补链可恢复天然得双螺旋构象,称为复性。称为复性。减色效应减色效应DNA复性时复性时,其溶液其溶液OD260降低。降低。热变性得热变性得DNA经缓慢冷却后即可复性经缓慢冷却后即可复性,称称为退火为退火(annealing)。在在DNA变变性性后后得得复复性性过过程程中中,将将不不同同种种类类得得DNA单单链链分分子子或或RNA分分子子放放在在同同一一溶溶液液中中,只只要要两两种种单单链链分分子子之之间间存存在在着着一一定定程程度度得得碱碱基基配配对对关关系系,在在适适宜宜得得条条件件(温温度度及及离离子子强强度度)下下,就就可可以以在在不不同同得得分分子子间间形形成成杂杂化化双双链链(heteroduplex)。核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)DNA-DNA杂交双链分子杂交双链分子变性变性 复性复性 不同来源得不同来源得DNA分子分子核酸分子杂交得应用核酸分子杂交得应用研究研究DNA分子中某一种基因得位置分子中某一种基因得位置测定两种核酸分子间得序列相似性测定两种核酸分子间得序列相似性检测某些专一序列在待检样品中存在与否检测某些专一序列在待检样品中存在与否就是基因芯片技术得基础就是基因芯片技术得基础 第第 五五 节节 核核 酸酸 酶酶 Nuclease核酸酶就是指所有可以水解核酸得酶核酸酶就是指所有可以水解核酸得酶依据底物不同分类依据底物不同分类DNA酶酶(DNase):专一降解专一降解DNA。RNA酶酶(RNase):专一降解专一降解RNA。依据切割部位不同依据切割部位不同核酸内切酶核酸内切酶:分为限制性核酸内切酶和非特异性限分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。制性核酸内切酶。核酸外切酶核酸外切酶:53或或35核酸外切酶。核酸外切酶。u参参与与DNADNA得得合合成成与与修修复复及及RNARNA合合成成后后得得剪剪接接等等重重要要基因复制和基因表达过程基因复制和基因表达过程 u负负责责清清除除多多余余得得、结结构构和和功功能能异异常常得得核核酸酸,同同时时也也可可以清除侵入细胞得外源性核酸以清除侵入细胞得外源性核酸 u在消化液中降解食物中得核酸以利吸收在消化液中降解食物中得核酸以利吸收 u体外重组体外重组DNADNA技术中得重要工具酶技术中得重要工具酶 核酸酶得功能核酸酶得功能