生物化学6核酸2.ppt

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1、,核苷酸,磷酸,核苷, 核糖或脱氧核糖,碱基,嘧啶: 胞嘧啶(C),尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T),嘌呤: 腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G),戊糖,核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子,核酸分为DNA和RNA,（二） DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）,3.54 nm,碱基互补配对,DNA,核小体,螺线管,超螺线管,染色单体,压缩7倍,压缩6倍,压缩40倍,压缩5倍,共计压缩8400倍,第三节 RNA的结构与功能,Structure and Function of RNA,大多数天然RNA是一条单链，通过自身回折形成部分螺旋区，部分非螺旋区。,少数病毒RNA如水稻

2、矮缩病毒、呼肠孤病毒、伤瘤病毒等RNA是双链螺旋，类 似于DNA的双螺旋结构。,RNA一级结构分子组成：A、U、C、G,H,二级结构基本元件,RNA的种类、分布、功能,mRNA：是携带从DNA编码链得到的遗传信息，并以三联体密码子的方式指导蛋白质生物合成的RNA，由5 非翻译区、编码区和3非翻译区组成。,一 、信使RNA的结构与功能,5非翻译区,3非翻译区,编码区,原核细胞的mRNA,内含子 (intron),* 真核细胞mRNA成熟过程,外显子 (exon),* 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C2也是甲基化，形成帽子结构：

3、m7GpppNm-。,首尾修饰,帽子结构,5-cap：m7G(5)pppNmp,5-cap,cap0: m7G(5)pppNp,cap1: m7G(5)pppNmpNp,cap2: m7G(5)pppNmpNmpNp,帽子结构的类型,* mRNA结构特点,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。 通常polyA长度从几十到几百个核苷酸不等，是由polyA转移酶加上去的。,mRNA核内向胞质的转移 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,帽结合蛋白（CBPs),polyA结合蛋白(PAB),* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，

4、按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，指导蛋白质的合成。,* tRNA的一级结构特点 分子量较小，一般由7393个核苷酸组成 各种tRNA的3一端为CCA；5一端大多数为pG，少数为pC 含 1020% 稀有碱基，如 DHU， 等,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 TC环 额外环,氨基酸臂,额外环,1980年牛心线粒体tRNAser只有63个核苷酸，沉降常数3S，缺少D环和D臂，呈二叶草型。,近年来发现2种线虫线粒体tRNA也不是标准的三叶草结构。,* tRN

5、A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。,TC环,额外环,DHU环,tRNA functions as a amino acid transfer in protein biosynthesis.,* 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。,原核生物,真核生物,* rRNA的种类（根据沉降系数）,真核生物（60S+40S） 5S rRNA 5.8S rRNA 28S rRNA,原核生物（50S+30S） 5S rRNA 23S rRNA,18S rRNA,16S rRNA,大

6、亚基,小亚基,大肠杆菌16S，5S rRNA的二级结构,16S rRNA,5S rRNA,核糖体的组成,The crystal structure of a 23S ribosme,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(small non-messenger RNAs, 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

7、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,核酸和蛋白质的比较,核 酸 的 理 化 性 质 The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid,第 四 节,目 录,一、核酸分子具有强烈的紫外吸收效应,1. DNA或RNA的定量 OD260=1.0相当于 50g/ml双链DNA 40g/ml单链DNA（或RNA） 20g/ml寡核苷酸 2.判断核酸样品的纯度 DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8 RNA纯品: OD260/OD280 = 2.0

8、,OD260的应用,目 录,二、核酸的变性(denaturation),定义：在某些理化因素作用下，核酸双螺旋区域的氢键断裂，变成单链的过程。,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甲醛等。,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。,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）

9、值作图，所得的曲线称为解链曲线(melting curve) 。,目 录,Tm：解链过程中，紫外光吸收值变化A260达到最大变化值的50%时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度(melting temperature, Tm)。Tm与G+C含量成正相关。,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,影响复性的因素, 样品的性质, DNA片段

10、的大小, DNA的浓度, 温度, 离子强度,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，在复性时就可以形成杂化双链(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 测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

11、片技术的基础,单链DNA与 DNA杂交（DNA-DNA）Southern blot,利用核酸杂交可检测特定的核苷酸片段或研究同源性等。,单链DNA与 RNA杂交（DNA-RNA）Nouthern blot,RNA与RNA杂交（RNA-RNA）,Southern Blotting,1975年英国E. M. Southern首创的Southern blotting（Southern印迹）,探针,探针：单链的核苷酸聚合体标记后，就可以称为探针。 在核酸杂交的基础上发展起来的一种用于研究核酸和基因诊断的新技术称为探针技术。,第 五 节 核 酸 酶 Nuclease,核酸酶是指所有可以水解核酸的酶 依据

12、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 核酸外切酶：53或35核酸外切酶。 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。,消化降解食物中的核酸以利吸收 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 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 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,发现 美国科学家T.Cech和S.Al

13、tman发现了核酶(ribozyme)。最早发现大肠杆菌RNaseP的蛋白质部分除去后，在体外高浓度Mg2+存在下，留下的RNA部分具有与全酶相同的催化活性。 后来发现四膜虫L19 RNA在一定条件下能专一地催化寡聚核苷酸底物的切割与连接，具有核糖核酸酶(Rnase)和RNA聚合酶的活性。,核酶(ribozyme)指具有催化活性的RNA, 即化学本质是核糖核酸(RNA), 却具有酶的催化功能。,核酶的具体作用主要有： 1. 核苷酸转移作用 2. 水解反应，即磷酸二酯酶作用 3. 磷酸转移反应，类似磷酸转移酶作用 4. 脱磷酸作用，即酸性磷酸酶作用 5. RNA内切反应，即RNA限制性内切酶作用

14、,核酶发现的意义,长时间以来，人们认为酶都是蛋白质。核酶的发现，证明了核酸既是信息分子，又是功能分子，对于研究生命的起源，了解核酸新功能, 以及重新认识酶的概念等都具有重要意义。,小 结,DNA的组成与结构及性质 一级：碱基序列 二级：双螺旋结构 三级：核小体、超螺旋等 RNA的组成与结构 mRNA：密码子、5帽子、3poly尾 tRNA：三叶草、倒L型结构、反密码子 rRNA：大、小亚基的组装 DNA与RNA的区别：组成、结构、功能,DNA和RNA的比较,DNA,RNA,组成,AGCT,脱氧核糖,AGCU,核糖,一级结构,碱基序列,碱基序列,空间结构,双螺旋、超螺旋、蛋白质,核酸的非共价结合

15、等,局部双螺旋,mRNA: 5,-,帽子,3,-,polyA,rRNA:,大、小亚基组成核糖体,tRNA:,三叶草、倒,L,型结构,功能,遗传信息的储存,遗传信息的,表达,核酸的理化性质,OD260/OD280 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,小测验,1.热变性的DNA具有下列哪种特征： A.核苷酸间的磷酸二酯键断裂 B.形成三股螺旋 C. 260nm处的光吸收下降 D. GC对的含量直接影响Tm值 E. 生物活性丧失，且不能复性 2.下列关于蛋白质分子中肽键的叙述哪个不是正确的： A.能自由旋转 B.比通常的C-N单键短 C.通常有一个反式结构 D.具

16、有部分双键性质 E.Pro中氮原子与侧链相连,3.关于HbS引起的镰刀状贫血症，下列说法正确的是： A.由单氨基酸替换所致 B.位于HbA 链的第六位Glu替换为Val C.HbS以脱氧的形式发生聚合，导致毛细血堵塞 D.蛋白质所有氨基酸替换均引起蛋白质功能的改变 E.这种替换改变蛋白核心区域的亲水性性质 4.关于tRNA的结构描述错误的是： A. 含有较多的修饰成分, 含 1020% 稀有碱基 B.单链结构，二级结均具有三叶草结构特征 C. 3一端为CCA；5一端大多数为pG，少数为pC D.具有活化转运氨基酸的作用，参与蛋白质翻译 E.每个tRNA仅能转运一种氨基酸,5.根据Watson-

17、Crick模型，求得每一微米DNA双螺旋含核苷酸对的平均数为： A25400 B2540 C29411 D2941 E3505 6.通过下述那种方法，可根据体积大小分离蛋白质： A.等电聚焦 B.聚丙烯酰胺凝胶电泳 C.离子交换层析 D.分子扩散层析 E.亲和层析,填空题,7.蛋白质分子的二级结构包括 、 、 和 。 8.构成蛋白质的氨基酸中含有亚氨基的 是 。而 没有旋光性。 9.参与蛋白合成的核糖核酸（RNA）主要分为 、 和 三种类型。 10.蛋白质和核酸的最大紫外吸收波长分别是 、 。,问答题,11. 请说明DNA和RNA在组成、结构、功能上的不同之处。 12. 简述蛋白质的一、二、三、四级结构的特点以及主要作用力。,