生命中的化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1 1、核酸是生命、核酸是生命遗传信息遗传信息携带者和传递者携带者和传递者；2 2、对生命延续、生物物种、对生命延续、生物物种遗传特征保持、生遗传特征保持、生长发育和细胞分化等起主要作用，而且对生长发育和细胞分化等起主要作用，而且对生物变异（肿瘤、遗传病、代谢病等）物变异（肿瘤、遗传病、代谢病等）亲密相亲密相关。关。3 3、是、是当代生物化学、分子生物学和医学当代生物化学、分子生物学和医学主要主要物质基础物质基础之一。之一。生命中化学物质核酸第1页第2页核酸分类和组成核酸分类和组成 脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA）和和核糖核酸（核糖核酸（RNA）。DNA含有生物物种全部遗传信息，分子量很大。人细含有生物物种全部遗传信息，分子量很大。人细胞核中胞核中DNA分子最少含分子最少含9千万个核苷酸。千万个核苷酸。DNA为双链分为双链分子，大部分为链状，少部分为环状。子，大部分为链状，少部分为环状。RNA负责负责DNA遗传信息翻译和表示，分子量小多。单遗传信息翻译和表示，分子量小多。单链分子。依据功效，可分为链分子。依据功效，可分为mRNA(信使）信使）tRNA（转移）（转移）rRNA（核糖体）（核糖体）。一、核酸分类一、核酸分类第3页核酸分类和组成核酸分类和组成二、核酸组成二、核酸组成核酸（和）是一个核酸（和）是一个线形多聚核苷酸线形多聚核苷酸，基本结构单元是基本结构单元是核苷酸核苷酸。第4页核酸分类和组成核酸分类和组成二、核酸组成二、核酸组成、核酸结构单元、核酸结构单元核苷酸核苷酸（）（）碱基碱基腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）第5页核酸分类和组成核酸分类和组成（）（）碱基碱基紫外吸收紫外吸收（）（）戊糖戊糖脱氧核糖和核糖脱氧核糖和核糖核苷酸紫外吸收，平均峰值核苷酸紫外吸收，平均峰值260 nm(pH 7.0)第6页核酸分类和组成核酸分类和组成（）（）核苷核苷糖苷键糖苷键（碱基近似垂直于糖平面）（碱基近似垂直于糖平面）第7页核苷酸核苷酸核苷核苷核酸分类和组成核酸分类和组成（）（）核苷酸核苷酸磷酸脱氧核糖核磷酸脱氧核糖核苷苷核糖核苷核糖核苷第8页核酸分类和组成核酸分类和组成、核苷酸衍生物、核苷酸衍生物（）（）ATPATP（腺嘌呤核糖核苷三磷酸）（腺嘌呤核糖核苷三磷酸）第9页核酸分类和组成核酸分类和组成（）（）ATPATP（腺嘌呤核糖核苷三磷酸）（腺嘌呤核糖核苷三磷酸）含有两个高能磷酸键，水解时释放出大量自由能。含有两个高能磷酸键，水解时释放出大量自由能。生物体内生物体内大部分需能反应能量起源。大部分需能反应能量起源。很好磷酰化剂，底物能够是有机分子或酶很好磷酰化剂，底物能够是有机分子或酶。磷酰化使得底物。磷酰化使得底物分子含有较高能量，是许多生化反应激活步骤。分子含有较高能量，是许多生化反应激活步骤。ATPATP性质结构机制：性质结构机制：静电效应静电效应三聚磷酸根三聚磷酸根在在pH7.4pH7.4（生理）（生理）四个质子四个质子全部解全部解离，共带四个负电荷，负电荷间静电排斥使磷酸酯键处于高离，共带四个负电荷，负电荷间静电排斥使磷酸酯键处于高能。能。共振稳定作用共振稳定作用ATPATP解离成解离成ADPADP（焦磷酸根焦磷酸根）和磷酸，共振）和磷酸，共振稳定性大大增加。稳定性大大增加。第10页三聚磷酸钠三聚磷酸钠作为一个优良洗涤剂助剂已为人类服务了半个世纪，对清洁人类生存环境，提升洗涤剂去污效果起到了巨大作用。（1）用于软化水。因为它有螯合钙、镁、铁等金属离子性质；（2）作胶溶剂、乳化剂。它对蛋白质有膨润、增溶作用，因而有解胶效果，对脂肪物质起促进乳化作用，对砂土、尘土等固体污垢增加分散作用，它能增强表面活性剂表面活性，降低它能增强表面活性剂表面活性，降低临界胶束浓度，起到降低表面活性剂用量和增强去污力双重作临界胶束浓度，起到降低表面活性剂用量和增强去污力双重作用；用；（3）作缓冲剂。即使有酸性污垢存在，它也能使洗涤液保持一定碱度，有利于酸性污垢去除；（4）作干燥剂。它含有吸收水分预防洗涤剂结块作用，它能保持合成洗涤剂制品一直成为干爽粒状。Na5P3O10第11页核酸分类和组成核酸分类和组成（2 2）GTPGTP（鸟嘌呤核糖核苷三磷酸）（鸟嘌呤核糖核苷三磷酸）与与ATPATP类似；很好磷酰化剂；类似；很好磷酰化剂；第12页核酸分类和组成核酸分类和组成（3 3）cAMPcAMP和和cGMPcGMP环状核苷酸，细胞间传递信环状核苷酸，细胞间传递信息信使。息信使。第13页核酸分类和组成核酸分类和组成3 3、多聚核苷酸、多聚核苷酸第14页核酸分类和组成核酸分类和组成3 3、多聚核苷酸、多聚核苷酸第15页核酸结构核酸结构一、一、DNADNA结构结构小沟小沟大沟大沟19531953年，年，J.Watson J.Watson 和和F.Crick F.Crick 提出提出DNADNA双螺旋结构模型，并对其生物学意义作出双螺旋结构模型，并对其生物学意义作出科学解释和预测。科学解释和预测。19621962年诺贝尔奖。年诺贝尔奖。英国英国英国英国英国英国美国美国第16页核酸结构核酸结构1 1、DNADNA双螺旋结构特点双螺旋结构特点双螺旋结构是双螺旋结构是DNADNA二级结二级结构基本形式。构基本形式。（1 1）DNADNA分子两条多聚脱氧核糖核苷酸链（分子两条多聚脱氧核糖核苷酸链（DNADNA单链）单链）沿同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构，两条链沿同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构，两条链方向相反。方向相反。第17页核酸结构核酸结构（2 2）碱基位于螺旋内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外）碱基位于螺旋内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧（表面）。碱基平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基侧（表面）。碱基平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面垂直。环平面垂直。（3 3）螺旋截面直径为）螺旋截面直径为2nm2nm，每条链相邻两个碱基平面间距，每条链相邻两个碱基平面间距0.34 nm0.34 nm，每，每1010个核苷酸形成一个螺旋，螺距高度为个核苷酸形成一个螺旋，螺距高度为3.4 3.4 nmnm。第18页核酸结构核酸结构（4 4）双螺旋间碱基严格配对：）双螺旋间碱基严格配对：第19页核酸结构核酸结构2 2、DNADNA双螺旋稳定性双螺旋稳定性 生理环境下稳定。生理环境下稳定。维持稳定原因：两条链间氢键；内部疏水区，消除了维持稳定原因：两条链间氢键；内部疏水区，消除了介质水分子对碱基间氢键影响；介质中阳离子（介质水分子对碱基间氢键影响；介质中阳离子（NaNa+,K,K+,MgMg2+2+）中和了磷酸基团负电荷，降低了链间排斥力；范德）中和了磷酸基团负电荷，降低了链间排斥力；范德华引力。华引力。改变介质条件和温度，将影响双螺旋稳定性。改变介质条件和温度，将影响双螺旋稳定性。第20页核酸结构核酸结构二、二、RNARNA结构结构 单链分子，丰富二级结构。单链分子，丰富二级结构。1 1、mRNAmRNA结构结构(messenger RNA)(messenger RNA)信使信使RNARNA，约占总，约占总RNA5%RNA5%，但种类很多，体内，但种类很多，体内代谢很快，细菌代谢很快，细菌mRNAmRNA平均半衰期平均半衰期2min2min，真核细胞，真核细胞平均平均5hrs5hrs。功效：。功效：将将DNADNA遗传信息传递到蛋白质合遗传信息传递到蛋白质合成基地成基地核糖核蛋白体核糖核蛋白体。第21页 第二节第二节 核酸结构核酸结构1 1、mRNAmRNA结构结构 （1 1）尾结构尾结构3 3 末端一段末端一段200200个核苷酸结构个核苷酸结构poly(A)poly(A)。与与mRNAmRNA从细胞核到细胞质转移、从细胞核到细胞质转移、mRNAmRNA半衰期半衰期（寿命）相关（寿命）相关。（2 2）帽结构帽结构55端有一个甲基化鸟苷酸。保护端有一个甲基化鸟苷酸。保护mRNAmRNA免受核酸酶对它从免受核酸酶对它从55端水解；而且在翻译中起主要端水解；而且在翻译中起主要作用。作用。5-端（端（7-甲基甲基-鸟苷酸）鸟苷酸）帽结构帽结构第22页第23页核酸结构核酸结构2 2、rRNA(rRNA(核糖体核糖体RNARNA）结构结构 约占全部约占全部RNA80%RNA80%，它们与核糖体蛋白组成核糖体，它们与核糖体蛋白组成核糖体（ribosome)ribosome)。核糖体是合成蛋白质细胞器核糖体是合成蛋白质细胞器，其唯一功，其唯一功效是按照效是按照mRNAmRNA指令由氨基酸高效且准确地合成多肽链。指令由氨基酸高效且准确地合成多肽链。（蛋白质合成工厂）（蛋白质合成工厂）第24页核酸结构核酸结构2 2、rRNA(rRNA(核糖体核糖体RNARNA）结构）结构：(a)(a)E.coliE.coli 16S rRNA 16S rRNA；（红色为高度保守区）；（红色为高度保守区）(b)(b)酵母菌酵母菌18S rRNA18S rRNA，它们都含有类似，它们都含有类似4040个臂环结个臂环结构构(图中图中1 140)40)，其长度和位置往往非常保守；，其长度和位置往往非常保守；第25页核酸结构核酸结构3 3、tRNA(tRNA(转移转移RNARNA）结构结构 约占全部约占全部RNA10RNA1015%15%，种类较多。大小在，种类较多。大小在73737878个核苷酸之间。在蛋白质生物合成中起个核苷酸之间。在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信息、并将对应氨基酸转移到核糖翻译氨基酸信息、并将对应氨基酸转移到核糖核蛋白体作用核蛋白体作用。每一个氨基酸最少有一个对应。每一个氨基酸最少有一个对应tRNAtRNA。第26页核酸结构核酸结构3 3、tRNA(tRNA(转移转移RNARNA）结构）结构二级结构二级结构“三叶草三叶草”形状；形状；五臂四环五区结构；五臂四环五区结构；（1 1）氨基酸接收区）氨基酸接收区（2 2）反密码子区）反密码子区（3 3）二氢脲嘧啶区）二氢脲嘧啶区（4 4）T TC C区区（5 5）可变区）可变区第27页核酸结构核酸结构3 3、tRNA(tRNA(转移转移RNARNA）结构）结构倒倒“L”“L”型型三级结三级结构构第28页 DNADNA是遗传信息是遗传信息存放和传递存放和传递载体；载体；RNARNA是将是将DNADNA中遗传信息进行中遗传信息进行翻译翻译物质；物质；（翻译（翻译=蛋白质生物合成）蛋白质生物合成）mRNAmRNA信使，传令兵，工程师；信使，传令兵，工程师；rRNA rRNA蛋白质装配工厂，生产线，车间；蛋白质装配工厂，生产线，车间；tRNA tRNA原材料运输者、送货员原材料运输者、送货员生命过程生命过程两大步骤两大步骤繁衍（遗传繁衍（遗传信息复制）信息复制）生长发育（蛋生长发育（蛋白质合成）白质合成）RNARNADNADNA第29页粗面内质网粗面内质网光面内质网光面内质网核糖体核糖体高尔基体高尔基体线粒体线粒体细胞核细胞核第30页一、核酸两性性质及等电点一、核酸两性性质及等电点 核酸含：酸性基团（磷酸基核酸含：酸性基团（磷酸基中强酸），碱性基团（碱基中强酸），碱性基团（碱基弱碱）。含有弱碱）。含有两性和等电点两性和等电点。DNADNA等电点为等电点为4 44.5 4.5 RNARNA等电点为等电点为2 22.52.5。核酸性质核酸性质OPOHOOOHRNADNA第31页核酸性质核酸性质二、核酸水解二、核酸水解1 1、酸或碱水解、酸或碱水解核酸分子磷酸二酯键能够在酸性或碱性条核酸分子磷酸二酯键能够在酸性或碱性条件下水解切断。依然是件下水解切断。依然是RNARNA比比DNADNA分子轻易发生水解。分子轻易发生水解。二者二者稳定性差异生物学意义稳定性差异生物学意义DNADNA作为遗传信息携带者，作为遗传信息携带者，要求其结构有高度稳定性要求其结构有高度稳定性。RNARNA作为信使时，经常需要其快速作为信使时，经常需要其快速代谢代谢。第32页核酸性质核酸性质二、核酸水解二、核酸水解2 2、酶水解、酶水解核酸水解酶催化多聚核苷酸链中磷酸二酯键核酸水解酶催化多聚核苷酸链中磷酸二酯键水解。水解。依据水解对象分为：依据水解对象分为：DNADNA水解酶水解酶（DNasesDNases）和）和RNARNA水解酶水解酶（RNasesRNases）。依据水解作用方式分为：依据水解作用方式分为：核酸外切酶核酸外切酶和和核酸内切酶核酸内切酶。核酸外切酶核酸外切酶从多聚核苷酸一端开始，逐一切除核从多聚核苷酸一端开始，逐一切除核苷酸；苷酸；核酸内切酶核酸内切酶从多聚核苷酸链中间开始，在某个位从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。点切断磷酸二酯键。第33页核酸性质核酸性质二、核酸水解二、核酸水解2 2、酶水解酶水解核酸水解酶催化多聚核苷酸链中磷酸二酯核酸水解酶催化多聚核苷酸链中磷酸二酯键水解。键水解。限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶：能够特异性水解核酸中一些特：能够特异性水解核酸中一些特定碱基次序部位，有严格碱基专一性，在降解定碱基次序部位，有严格碱基专一性，在降解DNADNA时能够时能够识别识别4 46 6个脱氧核苷酸次序。基因工程个脱氧核苷酸次序。基因工程“手术刀手术刀”。第34页遗传信息传递与表示遗传信息传递与表示 Crick中心法则（中心法则（Francis Crick，英国，英国，1958年年）ReplicationTranscriptionTranslation or ExpressionReverse Transcription第35页 以密码形式由亲代传递给子代以密码形式由亲代传递给子代DNA复制复制（Replication)；自自DNA传递给传递给mRNA转录（转录（Transcription)；依据依据mRNA遗传信息合成出特异蛋白质遗传信息合成出特异蛋白质翻译翻译（Translation）或表示（）或表示（Expression）；）；RNA病毒以本身核酸分子为模板进行复制；病毒以本身核酸分子为模板进行复制；致癌致癌RNA病毒能经过逆转录（病毒能经过逆转录（Reverse transcription）方式将遗传信息传递给）方式将遗传信息传递给DNA。Crick中心法则中心法则遗传信息传递与表示遗传信息传递与表示 第36页DNADNA复制复制半保留复制半保留复制亲代亲代DNA分子有二分之一保留在子代分子有二分之一保留在子代DNA分子中。分子中。第一代第一代第二代第二代第37页DNADNA复制复制半不连续复制半不连续复制复制叉移动方向复制叉移动方向连续复制，前导链连续复制，前导链冈崎片段合成冈崎片段合成不连续复制，滞后链不连续复制，滞后链第38页DNADNA聚合酶聚合酶b b-亚基（夹子）亚基（夹子）冈崎片段冈崎片段5335533535第39页DNA信息转录信息转录合成方向是合成方向是5353，RNARNA聚合酶沿聚合酶沿DNADNA链链3535方向移动。方向移动。DNADNA本身本身终止信号序列终止信号序列能够能够被被RNARNA聚合酶识别聚合酶识别，mRNAmRNA和和RNARNA聚合酶一起脱落；另一些信号聚合酶一起脱落；另一些信号被蛋白质被蛋白质r r因子识别因子识别，使使mRNAmRNA脱落，不过脱落，不过RNARNA聚合酶不脱落。聚合酶不脱落。第40页Trp遗传密码遗传密码mRNAmRNA四种四种碱基碱基以特定次序排成以特定次序排成三个一组三联三个一组三联体（密码子）体（密码子），6464个密码中，个密码中，6161个为氨基酸编码，三个个为氨基酸编码，三个终止终止密码密码，一个（甲硫氨酸密码子）为，一个（甲硫氨酸密码子）为起始密码起始密码子。子。第41页第42页