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1、关于生物化学核酸的结构与功能第1页，讲稿共43张，创作于星期二核酸的分类、分布及功能核酸的分类、分布及功能 分分布布于于细细胞胞核核，线线粒粒体体，叶绿体，质粒等叶绿体，质粒等分布于胞核、胞液分布于胞核、胞液(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸是生物体遗传信息的携带者是生物体遗传信息的携带者参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息遗传信息的表达的表达第2页，讲稿共43张，创作于星期二第第1 1节节 核酸的化学组成核酸的化学组成一、核酸的组成元素和组成成分一、核酸的组成元素和组成成分元素组成元素组成
2、 C C、H H、O O、N N、P P（9 9 10%10%）核酸的基本单位是核酸的基本单位是核苷酸。核苷酸。第3页，讲稿共43张，创作于星期二（一）戊糖（一）戊糖图图3-1 核酸中戊糖的结构核酸中戊糖的结构第4页，讲稿共43张，创作于星期二（二）（二）碱基碱基图图3-2 核酸中主要碱基的结构核酸中主要碱基的结构第5页，讲稿共43张，创作于星期二（三）（三）磷酸磷酸图图3-3 磷酸磷酸H3PO4的结构的结构第6页，讲稿共43张，创作于星期二两类核酸分子组成的异同点两类核酸分子组成的异同点组组 分分RNARNADNADNA磷磷 酸酸磷磷 酸酸戊戊 糖糖核核 糖糖脱氧核糖脱氧核糖碱碱基基嘌嘌呤呤
3、A GA G嘧啶嘧啶U UC CT T第7页，讲稿共43张，创作于星期二二、核酸的基本组成单位二、核酸的基本组成单位核苷酸核苷酸核苷酸：核苷酸：核苷与磷酸通过磷酸酯键相连而成的化合物核苷与磷酸通过磷酸酯键相连而成的化合物图图3-4 构成核酸的构成核酸的8种核苷酸结构图种核苷酸结构图第8页，讲稿共43张，创作于星期二三、体内重要的核苷酸与功能三、体内重要的核苷酸与功能（一）多磷酸核苷（一）多磷酸核苷图图3-5 AMP、ADP、ATP的结构关系示意图的结构关系示意图第9页，讲稿共43张，创作于星期二（二）环核苷酸（二）环核苷酸图图3-6 环化核苷酸结构式环化核苷酸结构式第10页，讲稿共43张，创作
4、于星期二（三）辅酶中的核苷酸（三）辅酶中的核苷酸n核苷酸还可通过辅酶而参与物质代谢，如核苷酸还可通过辅酶而参与物质代谢，如NAD+、FAD、CoA等辅酶分子中都含有腺等辅酶分子中都含有腺苷酸。苷酸。第11页，讲稿共43张，创作于星期二第第2 2节节 DNADNA的分子结构与功能的分子结构与功能一、一、DNA的一级结构的一级结构nDNA的一级结构即的一级结构即4种脱氧核糖核苷酸（种脱氧核糖核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP和和dTMP）的排列顺序。）的排列顺序。n连接两个核苷酸的化学键是连接两个核苷酸的化学键是3，5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。n多个核苷酸借多个核苷酸借3，5-磷酸二酯键连接成多
5、核苷酸链，也磷酸二酯键连接成多核苷酸链，也就是核酸。就是核酸。第12页，讲稿共43张，创作于星期二二、二、DNA的空间结构的空间结构nDNA“双螺旋结构双螺旋结构”要点如下：要点如下：n由两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴形成的右手螺由两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴形成的右手螺旋结构。旋结构。n两条多核苷酸链通过碱基间的氢键连接，配对方式为碱基互补规则。两条多核苷酸链通过碱基间的氢键连接，配对方式为碱基互补规则。n磷酸和脱氧核糖基骨架位于螺旋的外侧，各碱基在螺旋的内磷酸和脱氧核糖基骨架位于螺旋的外侧，各碱基在螺旋的内侧。碱基平面侧。碱基平面垂直垂直于螺旋的纵轴。于螺旋的纵轴。(一一
6、)DNA的二级结构的二级结构-双螺旋结构双螺旋结构 第13页，讲稿共43张，创作于星期二螺旋每旋转一周含螺旋每旋转一周含螺旋每旋转一周含螺旋每旋转一周含1010个碱基对，螺旋的直径为个碱基对，螺旋的直径为2nm2nm，螺距为，螺距为3.4nm3.4nm。两个相邻碱基之间堆砌的距离为。两个相邻碱基之间堆砌的距离为。两个相邻碱基之间堆砌的距离为。两个相邻碱基之间堆砌的距离为0.34nm0.34nm，其旋转的夹角为，其旋转的夹角为，其旋转的夹角为，其旋转的夹角为3636。维持维持维持维持DNADNA双螺旋结构稳定性的因素主要是碱基对之间双螺旋结构稳定性的因素主要是碱基对之间双螺旋结构稳定性的因素主要
7、是碱基对之间双螺旋结构稳定性的因素主要是碱基对之间的氢键和碱基平面之间的碱基堆积力。的氢键和碱基平面之间的碱基堆积力。的氢键和碱基平面之间的碱基堆积力。的氢键和碱基平面之间的碱基堆积力。第14页，讲稿共43张，创作于星期二图图3-8 DNA的双螺旋结构模型的双螺旋结构模型(A)及碱基互补规则示意图及碱基互补规则示意图(B)第15页，讲稿共43张，创作于星期二（二）（二）DNA的超螺旋结构的超螺旋结构 DNA分子在双螺旋结构的基础上进一步盘曲所形成的空分子在双螺旋结构的基础上进一步盘曲所形成的空间构象，称为超螺旋结构。间构象，称为超螺旋结构。图图3-9 原核生物原核生物DNA的超螺旋结构模式图（
8、的超螺旋结构模式图（A）真核生物的核小体结构示意图（真核生物的核小体结构示意图（B）第16页，讲稿共43张，创作于星期二DNADNA的超螺旋结构（三级结构）的超螺旋结构（三级结构）超螺旋结构超螺旋结构(superhelix(superhelix 或或supercoil)supercoil)DNADNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)(negative
9、supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 第17页，讲稿共43张，创作于星期二意义意义DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于化及其调控对于DNA复制和复制和RNA转录过程具转录过程具有关键作用。有关键作用。第18页，讲稿共43张，创作于星期二1.原核生物原核生物DNA的环状超级结构的环状超级结构第19页，讲稿共43张，创作于星期二第20页，讲稿共43张，创作于星期二n天然的天然的DNADNA都呈负超螺旋都呈负超螺旋n超螺旋的生物学意义超螺旋的生物学意义：使使DNADNA高度致密从而得以压缩容纳在有限的空间内；高度
10、致密从而得以压缩容纳在有限的空间内；能够引起结构的改变以满足功能上的需要。能够引起结构的改变以满足功能上的需要。第21页，讲稿共43张，创作于星期二2.真核生物真核生物DNA分子的高级结构分子的高级结构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，其其基基本单位是本单位是 核小体核小体(nucleosome)。核小体的组成：核小体的组成：DNA ：约：约200bp 组蛋白：组蛋白：H2A H2B H3 H4 各各2个个第22页，讲稿共43张，创作于星期二三、三、DNA的功能的功能nDNA的遗传信息以基因的形式存在的遗传信息以基因的形式存在n基因（基因（gene）：）：DNA分
11、子中的特定区段，其中的核分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。苷酸排列顺序决定了基因的功能。n基因组（基因组（genome）：一个生物的全部基因序列。）：一个生物的全部基因序列。第23页，讲稿共43张，创作于星期二第第3 3节节 RNARNA的分子结构与功能的分子结构与功能nRNA的一级结构：的一级结构：4种核糖核苷酸（种核糖核苷酸（AMP、GMP、CMP和和UMP）的排列顺序。）的排列顺序。第24页，讲稿共43张，创作于星期二RNA分子结构特点：分子结构特点：1.分子较小，一般以单链形式存在，可以通过回折形分子较小，一般以单链形式存在，可以通过回折形成局部双螺旋结构；成局部
12、双螺旋结构；2.碱基配对原则：A与与U配对，配对，G与与C配对；配对；3.回折处不能配对的碱基膨出呈环状回折处不能配对的碱基膨出呈环状（这种短的双螺（这种短的双螺旋结构区域和环被形象称为茎环结构或发夹结构）。旋结构区域和环被形象称为茎环结构或发夹结构）。第25页，讲稿共43张，创作于星期二RNA根据结构特点和在遗传信息的表达过程中的作用不同根据结构特点和在遗传信息的表达过程中的作用不同可分为三类：可分为三类：n是是DNA遗传信息的传递着，将遗传信息的传递着，将DNA遗传信息从遗传信息从细胞核细胞核带到带到细胞质细胞质，并作为蛋白质合成的模板，并作为蛋白质合成的模板指导蛋白质的生物合成。指导蛋白
13、质的生物合成。一、信使一、信使RNA（messenger RNA，mRNA）第26页，讲稿共43张，创作于星期二nmRNA结构特点有：结构特点有：n（一）含量少，种类多（一）含量少，种类多（约占（约占3%，种类达，种类达105种）种）n（二）（二）5端的端的“帽子结构帽子结构”（与蛋白质生物（与蛋白质生物合成的起始有关）合成的起始有关）n（三）（三）3端的端的“尾巴结构尾巴结构”（与（与mRNA的稳定的稳定性有关）性有关）第27页，讲稿共43张，创作于星期二图图3-10 真核真核mRNA 5端甲基化的帽子结构端甲基化的帽子结构第28页，讲稿共43张，创作于星期二二、转运二、转运RNA（tran
14、sfer RNA，tRNA）tRNAtRNA是分子量最小的是分子量最小的RNARNA，一般由，一般由70709090个核苷个核苷酸组成。占总酸组成。占总RNA15%RNA15%。含有的稀有碱基：含有的稀有碱基：二氢尿嘧啶（二氢尿嘧啶（DHUDHU）、假尿嘧啶）、假尿嘧啶（）、次黄嘌呤（）、次黄嘌呤（I I）、胸腺嘧啶（）、胸腺嘧啶（T T）第29页，讲稿共43张，创作于星期二tRNA二级结构为三叶草形二级结构为三叶草形结构，包括结构，包括四个双螺旋四个双螺旋区、区、三个环三个环及一个及一个附加叉。附加叉。第30页，讲稿共43张，创作于星期二tRNA分子的三级结构分子的三级结构n在二级结构的基础
15、上进一步盘曲在二级结构的基础上进一步盘曲折叠而成折叠而成n倒倒“L”型，一端为氨基酸臂，另型，一端为氨基酸臂，另一端为反密码环。一端为反密码环。第31页，讲稿共43张，创作于星期二ntRNA的主要功能：的主要功能：将转运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的生将转运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的生物合成。物合成。n一种一种tRNA一般只转运某一特定的氨基酸，但一般只转运某一特定的氨基酸，但一种氨基酸可由几种一种氨基酸可由几种tRNA转运。转运。第32页，讲稿共43张，创作于星期二三、核糖体三、核糖体RNA （ribosomal RNA，rRNA）nrRNA是细胞中含量最多的一类是细胞中含量最多的一类RNA
16、。n核糖体由大小两个亚基组成。核糖体由大小两个亚基组成。nrRNA的主要功能：与多种蛋白质结合成核糖体，核糖体为蛋的主要功能：与多种蛋白质结合成核糖体，核糖体为蛋白质的合成提供场所。白质的合成提供场所。第33页，讲稿共43张，创作于星期二四、核内小四、核内小RNARNA和核酶和核酶n核内小核内小RNA（small nuclear RNA，snRNA):真核细胞内存在的一类碱基数小于真核细胞内存在的一类碱基数小于300的小分子的小分子RNAn核酶（核酶（ribozyme）:具有自身催化作用的具有自身催化作用的RNA第34页，讲稿共43张，创作于星期二第第4 4节节 核酸的理化性质核酸的理化性质n
17、DNA是线性高分子，粘度极大，而是线性高分子，粘度极大，而RNA分子远小于分子远小于DNA，粘度也小很多。粘度也小很多。n核酸分子中有酸性的磷酸基及含氮碱基，为两性电解质。核酸分子中有酸性的磷酸基及含氮碱基，为两性电解质。n因磷酸基的酸性很强，故核酸具有较强的酸性。因磷酸基的酸性很强，故核酸具有较强的酸性。n各种核酸分子大小不同，所带电荷也不同。各种核酸分子大小不同，所带电荷也不同。一、核酸的一般性质一、核酸的一般性质第35页，讲稿共43张，创作于星期二二、核酸的紫外吸收性质二、核酸的紫外吸收性质n核酸、核苷酸、核苷核酸、核苷酸、核苷都具有紫外吸收特性，都具有紫外吸收特性，最大吸收峰在最大吸收
18、峰在260nm附近。附近。各种碱基的紫外吸收光谱（各种碱基的紫外吸收光谱（pH7.0）第36页，讲稿共43张，创作于星期二三、核酸的变性和复性三、核酸的变性和复性n核酸的变性核酸的变性：在某些理化因素作用下，：在某些理化因素作用下，DNA分子中互补分子中互补碱基对之间的氢键断裂，使碱基对之间的氢键断裂，使DNA双螺旋结构解开变成单双螺旋结构解开变成单链的过程。链的过程。加加加加 温温温温缓慢缓慢缓慢缓慢降温降温降温降温（变变变变 性性性性 ）（复复复复 性性性性 ）第37页，讲稿共43张，创作于星期二nDNA的增色效应：的增色效应：DNA变性时，随着解链程度逐渐增大，变性时，随着解链程度逐渐增
19、大，DNA的紫外吸光度值也随之增加，这种现象称为的紫外吸光度值也随之增加，这种现象称为DNA的的增色效应。增色效应。n解链温度（解链温度（melting temperature，Tm）：紫外吸收达到紫外吸收达到最大吸收值最大吸收值50%时的温度，称熔点或解链温度。时的温度，称熔点或解链温度。第38页，讲稿共43张，创作于星期二nDNA的复性：的复性：DNA发生热变性后，经缓慢降温，如放置发生热变性后，经缓慢降温，如放置室温逐渐冷却，解开的互补链之间对应的碱基对再次形成室温逐渐冷却，解开的互补链之间对应的碱基对再次形成氢键，恢复完整的双螺旋结构。氢键，恢复完整的双螺旋结构。n减色效应：减色效应：
20、核酸复性时紫外吸光度值下降。核酸复性时紫外吸光度值下降。n退火：退火：DNA热变性后缓慢冷却处理的过程。热变性后缓慢冷却处理的过程。第39页，讲稿共43张，创作于星期二n核酸分子杂交：核酸分子杂交：当不同来源的核酸分子变性后一起复性当不同来源的核酸分子变性后一起复性时，只要核酸单链含有一定的互补碱基序列，即可通过时，只要核酸单链含有一定的互补碱基序列，即可通过碱基配对，形成杂化双链的现象。碱基配对，形成杂化双链的现象。加加加加 温温温温缓慢缓慢缓慢缓慢降温降温降温降温第40页，讲稿共43张，创作于星期二变性变性复性复性复性复性第41页，讲稿共43张，创作于星期二核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用研究研究DNA分子中某一种基因的位置分子中某一种基因的位置比较两种核酸分子间的序列相似性比较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检测某些专一序列在待检样品中存在与否基因芯片技术的基础基因芯片技术的基础 第42页，讲稿共43张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第43页，讲稿共43张，创作于星期二