核酸结构与功能专家讲座.pptx

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 二 章,核酸结构和功效,Structure and Function of Nucleic Acid,核酸结构与功能专家讲座,第1页,核 酸,(nucleic acid),是以核苷酸为基本组成单位生物大分子，携带和传递遗传信息。,核酸结构与功能专家讲座,第2页,一、核酸发觉和研究工作进展,1868,年,Fridrich Miescher,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,发觉,DNA,双螺旋结构,1965,年,Nirenberg,发觉,遗传密码,1970,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,创造,PCR,技术,1990,年 美国开启,人类基因组计划,(,HGP,),1994,年 中国人类基因组计划开启,年 美、英等国,完成人类基因组计划基本框架,核酸结构与功能专家讲座,第3页,二、核酸分类及分布,90%,以上分布于细胞核，其余分布于核外,如线粒体，叶绿体，质粒等。,分布于胞核、胞液。,(deoxyribonucleic acid,DNA),(ribonucleic acid,RNA),脱氧核糖核酸,核糖核酸,携带遗传信息，决定细胞和个体基因型,(genotype),。,参加细胞内,DNA,遗传信息表示。一些病毒,RNA,也可作为遗传信息载体。,核酸结构与功能专家讲座,第4页,第一节,核酸化学组成及其一级结构,The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid,核酸结构与功能专家讲座,第5页,核酸化学组成,1.,元素组成,C,、,H,、,O,、,N,、,P,（,910%,）,2.,分子组成,碱基,(base),：嘌呤碱，嘧啶碱,戊糖,(ribose),：核糖，脱氧核糖,磷酸,(phosphate),核酸结构与功能专家讲座,第6页,嘌呤,(purine),腺嘌呤,(adenine,A),鸟嘌呤,(guanine,G),碱 基,核酸结构与功能专家讲座,第7页,嘧啶,(pyrimidine),胞嘧啶,(cytosine,C),尿嘧啶,(uracil,U),胸腺嘧啶,(thymine,T),核酸结构与功能专家讲座,第8页,碱基互变异构,酮式烯醇,C=O C-OH,N N,氨基亚氨基,C-NH,2,C=NH,2,+,+,HN HN,受介质,pH,影响,核酸结构与功能专家讲座,第9页,戊 糖,（组成,RNA,）,1,2,3,4,5,核糖,(ribose),（组成,DNA,）,脱氧核糖,(deoxyribose),H,核酸结构与功能专家讲座,第10页,核苷：,AR,GR,UR,CR,脱氧核苷：,dAR,dGR,dTR,dCR,一、核苷酸结构,1.,核苷,(ribonucleoside),形成,碱基和核糖（脱氧核糖）经过,糖苷键,连接形成核苷（脱氧核苷）。,1,1,核酸结构与功能专家讲座,第11页,核苷酸：,AMP,GMP,UMP,CMP,脱氧核苷酸：,dAMP,dGMP,dTMP,dCMP,2.,核苷酸,(ribonucleotide),结构与命名,核苷（脱氧核苷）和磷酸以,磷酸酯键,连接形成核苷酸（脱氧核苷酸核酸结构与功能专家讲座,第12页,电 脑 模 型图 简化式,酯键,糖苷键,核酸结构与功能专家讲座,第13页,体内主要游离核苷酸及其衍生物,含核苷酸生物活性物质：,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,NADP,+,NAD,+,核酸结构与功能专家讲座,第14页,5,端,3,端,3.,核苷酸连接,核苷酸之间以,磷酸二酯键,连接形成多核苷酸链，即核酸。,C,G,A,核酸结构与功能专家讲座,第15页,二、核酸一级结构,定义,核酸中核苷酸排列次序。,因为核苷酸间差异主要是碱基不一样，所以也称为,碱基序列,。,5,端,3,端,C,G,A,核酸结构与功能专家讲座,第16页,A,G,P,5,P,T,P,G,P,C,P,T,P,OH 3,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,目 录,核酸结构与功能专家讲座,第17页,第二节,DNA,空间结构与功效,Dimensional Structure and Function of DNA,核酸结构与功能专家讲座,第18页,DNA,二级结构,-,双螺旋结构,DNA,双螺旋结构研究背景和历史意义,DNA,双螺旋结构模型关键点,DNA,超螺旋结构及其在染色质中组装,DNA,超螺旋结构,原核生物,DNA,高级结构,DNA,在真核生物细胞核内组装,DNA,功效,核酸结构与功能专家讲座,第19页,一、,DNA,二级结构,双螺旋结构,核酸结构与功能专家讲座,第20页,（一）,DNA,双螺旋结构研究背景和历史意义,碱基组成份析,Chargaff,规则,：,A,=,T,G,C,碱基理化数据分析,A-T,、,G-C,以,氢键,配对较合理,DNA,纤维,X-,线衍射图谱分析,目 录,核酸结构与功能专家讲座,第21页,Chargaff,规则,任何一个生物中各碱基相对百分比相同,即：,A=T,，,G=C,；,不一样生物,DNA,其碱基组成不一样；,同一个体不一样器官、组织,DNA,其碱基组成相同。,DNA,双螺旋结构发觉历史意义：,揭示了生物体遗传信息储存及表示分子机制,开创了当代分子生物学,是生物学发展史上里程碑,核酸结构与功能专家讲座,第22页,（二）,DNA,双螺旋结构模型关键点,（,Watson,Crick,1953,）,DNA,分子由两条,相互平行但走向相反,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,2,nm,，形成大沟,(major groove),及小沟,(minor groove),相间。,目 录,核酸结构与功能专家讲座,第23页,（二）,DNA,双螺旋结构模型关键点,（,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,核酸结构与功能专家讲座,第24页,碱基互补配对,T,A,G,C,核酸结构与功能专家讲座,第25页,核酸结构与功能专家讲座,第26页,核酸结构与功能专家讲座,第27页,（二）,DNA,双螺旋结构模型关键点,（,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,核酸结构与功能专家讲座,第28页,（三）,DNA,双螺旋结构多样性,目 录,核酸结构与功能专家讲座,第29页,B-,核酸结构与功能专家讲座,第30页,核酸结构与功能专家讲座,第31页,核酸结构与功能专家讲座,第32页,核酸结构与功能专家讲座,第33页,二、,DNA超螺旋结构及其在染色质中组装,（一）,DNA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,(positive supercoil),盘绕方向与,DNA,双螺旋方同相同,负超螺旋,(negative supercoil),盘绕方向与,DNA,双螺旋方向相反,核酸结构与功能专家讲座,第34页,意义,DNA,超螺旋结构整体或局部拓扑学改变及其调控对于,DNA,复制和,RNA,转录过程具相关键作用。,核酸结构与功能专家讲座,第35页,（二）原核生物,DNA,高级结构,核酸结构与功能专家讲座,第36页,（三）,DNA,在真核生物细胞核内组装,真核生物染色体由,DNA,和蛋白质组成，其基本单位是,核小体,(nucleosome),。,核小体组成,DNA,：,约,200bp,组蛋白：,H1,H2A,，,H2B,H3,H4,核酸结构与功能专家讲座,第37页,核酸结构与功能专家讲座,第38页,核酸结构与功能专家讲座,第39页,三、,DNA,功效,DNA,基本功效是以,基因,形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录模板。它是生命遗传物质基础，也是个体生命活动信息基础。,基因从结构上定义，,是指,DNA,分子中特定区段，其中核苷酸排列次序决定了基因功效。,核酸结构与功能专家讲座,第40页,第三节,RNA,结构与功效,Structure and Function of RNA,核酸结构与功能专家讲座,第41页,RNA,种类、分布、功效,核酸结构与功能专家讲座,第42页,一、信使,RNA,结构与功效,hnRNA,内含子,(,intron,),mRNA,*mRNA,成熟过程,外显子,(,exon,),目 录,核酸结构与功能专家讲座,第43页,*,mRNA,结构特点,1.,大多数真核,mRNA,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,C,2,也是甲基化，形成帽子结构：,m,7,GpppN,m,-,。,2.,大多数真核,mRNA,3,末端有一个多聚腺苷酸,(polyA),结构，称为多聚,A,尾。,核酸结构与功能专家讲座,第44页,帽子结构,核酸结构与功能专家讲座,第45页,mRNA,核内向胞质转位,mRNA,稳定性维系,翻译起始调控,帽子结构和,多聚,A,尾功效,eIF4A,帽结合蛋白（,CBPs),polyA,结合蛋白,(PAB),核酸结构与功能专家讲座,第46页,*mRNA,功效,把DNA所携带遗传信息，按碱基互补配对标准，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质氨基酸排列次序。,DNA,mRNA,蛋白,转录,翻译,原核细胞,细胞质,细胞核,DNA,内含子,外显子,转录,转录后剪接,转运,mRNA,hnRNA,翻译,蛋白,真核细胞,核酸结构与功能专家讲座,第47页,*,tRNA,一级结构特点,含,10,20%,稀有碱基，如,DHU,3,末端为,CCA-OH,5,末端大多数为,G,含有,T,C,二、转运,RNA,结构与功效,核酸结构与功能专家讲座,第48页,N,N,二甲基鸟嘌呤,N,6,-,异戊烯腺嘌呤,双氢尿嘧啶,4-,巯尿嘧啶,稀有碱基,核酸结构与功能专家讲座,第49页,*,tRNA,二级结构,三叶草形,氨基酸臂,DHU,环,反密码环,额外环,TC,环,氨基酸,臂,额外环,核酸结构与功能专家讲座,第50页,*tRNA,三级结构,倒,L,形,*,t,RNA,功效,活化、搬运氨基酸到核糖体，参加蛋白质翻译。,核酸结构与功能专家讲座,第51页,*rRNA,结构,三、核蛋白体,RNA,结构与功效,*,rRNA,功效,参加组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成场所。,核酸结构与功能专家讲座,第52页,*rRNA,种类（依据沉降系数）,真核生物,5S rRNA,28S rRNA,5.8S rRNA,18S rRNA,原核生物,5S rRNA,23S rRNA,16S rRNA,核酸结构与功能专家讲座,第53页,核蛋白体组成,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40%,33,种,占总重量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30%,49,种,占总重量35%,核酸结构与功能专家讲座,第54页,四、其它小分子,RNA,及,RNA,组学,除了上述三种RNA外，细胞不一样部位存在许多其它种类小分子RNA，统称为,非,mRNA,小,RNA(small non-messenger RNAs,snmRNAs),。,snmRNAs,核酸结构与功能专家讲座,第55页,snmRNAs,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,功效,参加,hnRNA,和,rRNA,加工和转运。,核酸结构与功能专家讲座,第56页,RNA,组学研究细胞中,snmRNAs,种类、结构和功效。同一生物体内不一样种类细胞、同一细胞在不一样时间、不一样状态下,snmRNAs,表示含有时间和空间特异性。,RNA,组学,核酸结构与功能专家讲座,第57页,核酸和蛋白质比较,核酸结构与功能专家讲座,第58页,核 酸 理 化 性 质,The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid,第 四 节,目 录,核酸结构与功能专家讲座,第59页,核酸结构与功能专家讲座,第60页,1.DNA,或,RNA,定量,OD,260,=1.0,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.,判断核酸样品纯度,DNA,纯品,:,OD,260,/OD,280,=1.8,RNA,纯品,:,OD,260,/OD,280,=2.0,OD,260,应用,目 录,核酸结构与功能专家讲座,第61页,二、,DNA,变性,(denaturation),定义,：,在一些理化原因作用下，,DNA,双链解开成两条单链过程。,方法：,过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、酰胺以及一些有机溶剂如乙醇、丙酮等。,变性后其它理化性质改变：,OD,260,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,核酸结构与功能专家讲座,第62页,DNA,变性本质是双链间氢键断裂,核酸结构与功能专家讲座,第63页,例：变性引发紫外吸收值改变,DNA,紫外吸收光谱,增色效应：,DNA,变性时其溶液,OD,260,增高现象。,目 录,核酸结构与功能专家讲座,第64页,热变性,解链曲线：,假如在连续加热,DNA,过程中以温度对,A260,（,absorbance,，,A,，,A260,代表溶液在,260nm,处吸光率）值作图，所得曲线称为解链曲线,。,目 录,核酸结构与功能专家讲座,第65页,Tm,：,变性是在一个相当窄温度范围内完成，在这一范围内，紫外光吸收值到达最大值,50%,时温度称为,DNA,解链温度，又称融解温度,(melting temperature,Tm),。其大小与,G+C,含量成正比。,目 录,核酸结构与功能专家讲座,第66页,三、,DNA,复性与分子杂交,DNA,复性,(renaturation),定义,在适当条件下，变性,DNA,两条互补链可恢复天然双螺旋构象，这一现象称为,复性,。,减色效应DNA,复性时，其溶液,OD,260,降低。,热变性,DNA,经迟缓冷却后即可复性，这一过程称为,退火,(annealing),。,目 录,核酸结构与功能专家讲座,第67页,在,DNA,变性后复性过程中，假如将不一样种类,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碱基配对关系，在适宜条件（温度及离子强度）下，就能够在不一样分子间形成,杂化双链,(heteroduplex),。,这种杂化双链能够在不一样,DNA,与,DNA,之间形成，也能够在,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),核酸结构与功能专家讲座,第68页,核酸结构与功能专家讲座,第69页,DNA-DNA,杂交双链分子,变性,复性,不一样起源,DNA,分子,核酸结构与功能专家讲座,第70页,核酸结构与功能专家讲座,第71页,核酸分子杂交应用,研究,DNA,分子中某一个基因位置,定两种核酸分子间序列相同性,检测一些专一序列在待检样品中存在是否,是基因芯片技术基础,核酸结构与功能专家讲座,第72页,探针,在核酸杂交基础上发展起来一个用于研究核酸和基因诊疗新技术称为,探针技术,。,探针,：单链核苷酸聚合体标识后，就能够称为探针。,核酸结构与功能专家讲座,第73页,第 五 节 核 酸 酶,Nuclease,核酸结构与功能专家讲座,第74页,核酸酶,是指全部能够水解核酸酶,依据底物不一样分类,DNA,酶,(deoxyribonuclease,DNase),：,专一降解,DNA,。,RNA,酶,(ribonuclease,RNase),：,专一降解,RNA,。,依据切割部位不一样,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：,53,或,35,核酸外切酶。,核酸结构与功能专家讲座,第75页,参加,DNA,合成与修复及,RNA,合成后剪接等主要基因复制和基因表示过程,负责去除多出、结构和功效异常核酸，同时也能够去除侵入细胞外源性核酸,在消化液中降解食物中核酸以利吸收,体外重组,DNA,技术中主要工具酶,生物体内核酸酶负责细胞内外催化核酸降解,核酸酶功效,核酸结构与功能专家讲座,第76页,核 酶,催化性,DNA(DNAzyme),人工合成寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解,RNA,。,催化性,RNA(ribozyme),作为序列特异性核酸内切酶降解,mRNA,。,核酸结构与功能专家讲座,第77页,小 结,DNA,组成与结构及,性质,一级：碱基序列,二级：双螺旋结构,三级：核小体、超螺旋等,RNA,组成与结构,mRNA,：密码子、,5,帽子、,3poly,尾,tRNA,：三叶草、倒,L,型结构、反密码子,rRNA,：大、小亚基组装,DNA,与,RNA,区分,：组成、结构、功效,核酸结构与功能专家讲座,第78页,核酸性质,OD,260,/OD,280,变性与复性,增色效应与减色效应,解链曲线与解链温度,分子杂交与探针技术,核酸结构与功能专家讲座,第79页,