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1、第2章核酸结构与功能1现在学习的是第1页，共38页本章主要内容本章主要内容 核酸的种类核酸的种类 核酸的分子组成（核苷酸、磷酸、戊糖、碱基）核酸的分子组成（核苷酸、磷酸、戊糖、碱基）DNADNA和和RNARNA分子组成的异同分子组成的异同 DNADNA双螺旋结构双螺旋结构 三类三类RNARNA的结构特点及功能的结构特点及功能 核酸的理化性质核酸的理化性质现在学习的是第2页，共38页v 核酸的发现：核酸的发现：1868，瑞士外科医生瑞士外科医生Fridrich Miescher从脓细胞的从脓细胞的 核中分离，称核酸；核中分离，称核酸；19391952，研究核酸的功能研究核酸的功能 Oswald
2、Avery研究小组发现：研究小组发现：第一节第一节 核酸的一般概述核酸的一般概述+非致病性肺炎球菌非致病性肺炎球菌致病性肺炎球菌的致病性肺炎球菌的DNA非致病性肺炎球菌均有致病性非致病性肺炎球菌均有致病性现在学习的是第3页，共38页证实证实DNADNA为遗传信息携带者的相关实验为遗传信息携带者的相关实验现在学习的是第4页，共38页现在学习的是第5页，共38页v 核酸的种类：核酸的种类：DNA（脱氧核糖核酸）（脱氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）（核糖核酸）v 核酸的分布：核酸的分布：DNA：细胞核，细胞核，线粒体线粒体 RNA：细胞核，细胞核，细胞质细胞质v 核酸的功能：核酸的功能：DNA：遗传信
3、息的贮存：遗传信息的贮存 RNA：遗传信息的表达：遗传信息的表达现在学习的是第6页，共38页第二节第二节 核酸的分子组成核酸的分子组成 一、元素组成一、元素组成 CH O N P (9-10%)二、核酸的基本结构单位二、核酸的基本结构单位-核苷酸核苷酸（一）核酸的水解产物（一）核酸的水解产物核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷DNA RNA戊糖（核糖、脱氧核糖）戊糖（核糖、脱氧核糖）碱基（嘌呤、嘧啶）碱基（嘌呤、嘧啶）现在学习的是第7页，共38页现在学习的是第8页，共38页（二）核苷酸中的碱基成分（二）核苷酸中的碱基成分 嘌呤嘌呤(purine)：腺嘌呤（：腺嘌呤（adenine,A）鸟嘌呤（
4、鸟嘌呤（guanine,G）嘧啶嘧啶(pyrimidine)：胞嘧啶（：胞嘧啶（cytosine,C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（thymine,T）(DNA)尿嘧啶（尿嘧啶（uracil,U）(RNA)嘌呤和嘧啶环中含共轭双键，嘌呤和嘧啶环中含共轭双键，A260定量定量稀有碱基：稀有碱基：黄嘌呤（黄嘌呤（X）次黄嘌呤（次黄嘌呤（I）5-甲基胞嘧啶（甲基胞嘧啶（m5C）双氢尿嘧啶（双氢尿嘧啶（DHU）现在学习的是第9页，共38页嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶现在学习的是第10页，共38页（三）戊糖与核苷（三）戊糖与核苷OOHHHOH HOHHOCH2H12345核核 糖糖OOHH HH HOHHOCH2H12345
5、脱氧核糖脱氧核糖OHHOH HOHHOCH2H碱基碱基OHHH HOHHOCH2H碱基碱基核核 苷苷脱氧核苷脱氧核苷糖苷键糖苷键糖苷键糖苷键现在学习的是第11页，共38页（四）核苷酸（四）核苷酸OHHOH HOH OCH2H碱基碱基POHHH HOH OCH2H碱基碱基P5-核苷酸核苷酸5-脱氧核苷酸脱氧核苷酸核苷一磷酸核苷一磷酸 NMP核苷二磷酸核苷二磷酸 NDP核苷三磷酸核苷三磷酸 NTP脱氧核苷一磷酸脱氧核苷一磷酸 dNMP脱氧核苷二磷酸脱氧核苷二磷酸 dNDP脱氧核苷三磷酸脱氧核苷三磷酸 dNTP酯键酯键酯键酯键现在学习的是第12页，共38页碱基碱基核苷核苷5核苷酸核苷酸AGCU腺苷腺
6、苷鸟苷鸟苷胞苷胞苷尿苷尿苷腺苷酸（腺苷酸（AMP）鸟苷酸（鸟苷酸（GMP）胞苷酸（胞苷酸（CMP）尿苷酸（尿苷酸（UMP）RNA碱基碱基核苷核苷5脱氧核苷酸脱氧核苷酸AGCT脱氧腺苷脱氧腺苷脱氧鸟苷脱氧鸟苷脱氧胞苷脱氧胞苷胸胸 苷苷脱氧腺苷酸（脱氧腺苷酸（dAMP）脱氧鸟苷酸（脱氧鸟苷酸（dGMP）脱氧胞苷酸（脱氧胞苷酸（dCMP）胸胸 苷苷 酸（酸（dTMP）DNA核苷酸的命名核苷酸的命名现在学习的是第13页，共38页核苷酸名称中的缩写符号核苷酸名称中的缩写符号脱氧碱基磷酸基数目磷酸dAMPGDTTCUN现在学习的是第14页，共38页三、体内重要的游离核苷酸及其衍生物三、体内重要的游离核苷酸
7、及其衍生物（一）多磷酸核苷酸（一）多磷酸核苷酸 NDP NTP (A，G,C,U)dNDP dNTP (A，G,C,T)功能功能 能量物质能量物质 ATP GTP CTP UTP 合成核酸的原料合成核酸的原料 NTP dNTPHCH2NH2OHHHOHXHO-P-O-P-O-P-O-OH OH OHOOO现在学习的是第15页，共38页（二）环化核苷酸（二）环化核苷酸3，5-环化腺苷酸环化腺苷酸 cAMP 3，5-环化鸟苷酸环化鸟苷酸 cGMP第二信使第二信使35-环化腺苷酸环化腺苷酸35-环化鸟苷酸环化鸟苷酸现在学习的是第16页，共38页第三节第三节 核酸的分子结构核酸的分子结构一、核酸的一级
8、结构：一、核酸的一级结构：DNA或或RNA中核苷酸的排列顺序中核苷酸的排列顺序v 核苷酸的连接方式核苷酸的连接方式 3，5磷酸二酯键磷酸二酯键v 书写方式书写方式 OHHH HO CH2H碱基碱基1POOHHH HO CH2H碱基碱基2POOHHH HOH CH2H碱基碱基3PO53PAPGPCPTPAPT5OH 35 pA pG pC pT pA pT 35 A G C T A T 3(1)(3)(2)(4)A G C T A T现在学习的是第17页，共38页二、二、DNA的分子结构的分子结构（一）（一）DNA的碱基组成的碱基组成 A G C Tv 特点特点（Chargaff 法则）法则）1
9、、所有、所有DNA分子中，分子中，A=T，G=CA/T=G/CA+G=T+C2、DNA的碱基组成具有种属特异性的碱基组成具有种属特异性 不同种属生物的不同种属生物的DNA其碱基组成不同其碱基组成不同3、DNA的碱基组成无组织或器官特异性的碱基组成无组织或器官特异性 同一生物体的各种不同器官或组织同一生物体的各种不同器官或组织DNA的的 碱基组成基本相同碱基组成基本相同4、生物体内的碱基组成一般不受年龄、生长状况、生物体内的碱基组成一般不受年龄、生长状况、营养状况和环境等条件的影响营养状况和环境等条件的影响现在学习的是第18页，共38页（二）（二）DNA的一级结构的一级结构DNA中脱氧核糖核苷酸
10、的排列顺序中脱氧核糖核苷酸的排列顺序 DNA分子的一级结构储存了大量的遗传信息分子的一级结构储存了大量的遗传信息 人类基因组计划：人类基因组计划：测定人的所有测定人的所有DNA分子的一级结构分子的一级结构 1991年启动年启动 1994年我国加入（年我国加入（3号染色体，号染色体，1%）2000年年6月草图月草图 2003年精细图年精细图 现在学习的是第19页，共38页1953年，年，James Watson&Francis Crick 特点：特点：1、互补双链，反向平行；、互补双链，反向平行；2、磷酸、戊糖为骨架，碱基向内；、磷酸、戊糖为骨架，碱基向内；3、A T,G C；4、每个碱基对处于
11、同一平面，碱基平、每个碱基对处于同一平面，碱基平 面垂直于中心轴；面垂直于中心轴；5、右手螺旋，、右手螺旋，10bp/螺旋，螺旋，直径直径2nm，螺距，螺距3.4nm；6、大沟、小沟、大沟、小沟三、三、DNA的空间结构的空间结构1、DNA的二级结构的二级结构 双螺旋结构双螺旋结构B现在学习的是第20页，共38页James WatsonFrancis Crick现在学习的是第21页，共38页DNADNA分子双螺旋结构分子双螺旋结构现在学习的是第22页，共38页碱碱基基配配对对及及氢氢键键形形成成现在学习的是第23页，共38页 2、DNA的三级结构的三级结构DNA双螺旋进一步盘曲所形成的更加复杂的
12、结构双螺旋进一步盘曲所形成的更加复杂的结构 线粒体线粒体DNA 细菌质粒细菌质粒DNA 病毒病毒DNA超螺旋超螺旋环形双螺旋环形双螺旋超螺旋超螺旋现在学习的是第24页，共38页 核心颗粒：核心颗粒：2(H2AH2B H3 H4)；DNA(146bp)真核生物核小体结构真核生物核小体结构H1核心颗粒核心颗粒H1核心颗粒核心颗粒H1核心颗粒核心颗粒现在学习的是第25页，共38页染色质纤维染色质纤维现在学习的是第26页，共38页三、三、RNA的分子结构的分子结构（一）（一）RNA的种类的种类核蛋白体核蛋白体RNA ribosomal RNA (rRNA)80%信使信使RNA messenger RN
13、A (mRNA)1%5%转运转运RNA transfer RNA (tRNA)15%（二）（二）RNA的一级结构的一级结构RNA分子中核糖核苷酸的排列顺序分子中核糖核苷酸的排列顺序v 核糖核苷酸的种类：核糖核苷酸的种类：AMP、GMP、CMP、UMPv 连接方式：连接方式：3，5磷酸二酯键磷酸二酯键现在学习的是第27页，共38页v RNA的结构特点：的结构特点：基本组成单位：基本组成单位：AMP、GMP、CMP、UMP（NMP）核糖核苷酸按一定顺序相连核糖核苷酸按一定顺序相连 （3，5-磷酸二酯键）磷酸二酯键）主要为单链，但局部区域可主要为单链，但局部区域可 因碱基互补而形成双链结构因碱基互补
14、而形成双链结构（三）三种（三）三种RNA的分子结构与功能的分子结构与功能现在学习的是第28页，共38页1、mRNA的结构与功能：的结构与功能：前体：不均一核前体：不均一核RNA （heterogeneous nuclear RNA,hnRNA)5帽：帽：m7Gppp（7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸）甲基鸟嘌呤核苷三磷酸）3尾：尾：polyA编码区、非编码区编码区、非编码区m7Gppp-AAAA.A535非编码区非编码区3非编码区非编码区编码区编码区v 功能：功能：合成蛋白质的模板（密码子）合成蛋白质的模板（密码子）v 结构特点：结构特点：现在学习的是第29页，共38页2、tRNA的结构与功能：的结构
15、与功能：v 结构特点：结构特点：1、含、含1020%的稀有碱基（的稀有碱基（DHU，假尿苷，假尿苷，mG、mA）；）；2、二级结构为、二级结构为三叶草形；三叶草形；3、三级结构为倒、三级结构为倒“L”形；形；4、3端为端为CCA-OH结构，与氨基酸相连结构，与氨基酸相连v 功能：功能：转运氨基酸至蛋白质合成场所转运氨基酸至蛋白质合成场所CCADHU环TC环反密码环5额外环现在学习的是第30页，共38页三叶草型结构特点三叶草型结构特点（1）氨基酸臂：）氨基酸臂：由由7个碱基对组成，含个碱基对组成，含G较多，较多，3-CCA-OH 连接氨基酸；连接氨基酸；（2）双氢尿嘧啶环（）双氢尿嘧啶环（DHU
16、环）：环）：由由811个核苷酸组成；含个核苷酸组成；含 DHU；（3）反密码环：）反密码环：由由7个核苷酸组成，中间个核苷酸组成，中间3个相邻的核苷酸个相邻的核苷酸 组成反密码子，与组成反密码子，与mRNA上密码子配对；上密码子配对；（4）额外环（可变环）：）额外环（可变环）：由由318个核苷酸组成，不同的个核苷酸组成，不同的 tRNA此环大小不等，是此环大小不等，是tRNA的分类标志；的分类标志；（5）T C环：环：由由7个核苷酸组成，含胸苷、假尿苷、胞苷个核苷酸组成，含胸苷、假尿苷、胞苷现在学习的是第31页，共38页氨基酸臂氨基酸臂T C环环反密码环反密码环额外环额外环DHU环环现在学习的
17、是第32页，共38页3、rRNA的结构与功能：的结构与功能：21种种原核原核真核真核小亚基小亚基rRNA蛋白质蛋白质rRNA蛋白质蛋白质大亚基大亚基16 S18 S33种种5S，23S5S，5.8S，28S49种种34种种大大 小小30 S40 S大大 小小50 S60 S核蛋白体核蛋白体大大 小小70 S80 SrRNA+蛋白质蛋白质 核蛋白体（核糖体）核蛋白体（核糖体）v 核蛋白体的组成核蛋白体的组成v 核蛋白体的功能：核蛋白体的功能：蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所现在学习的是第33页，共38页（四）其它小分子（四）其它小分子RNA 小核小核RNA (snRNA)小核仁小核仁RNA (s
18、noRNA)小胞质小胞质RNA (scRNA)功能：参与功能：参与hnRNA和和rRNA的转运和加工的转运和加工（五）核酶（五）核酶(ribozyme)某些某些RNA分子具有自我催化能力，可以完成分子具有自我催化能力，可以完成 rRNA的剪接，称核酶的剪接，称核酶1982，T.R.Cech，四膜虫，四膜虫rRNA加工加工现在学习的是第34页，共38页第四节第四节 核酸的理化性质和应用核酸的理化性质和应用一、核酸的酸碱性质一、核酸的酸碱性质核酸通常显酸性，在中性或偏碱性条件下带负电荷核酸通常显酸性，在中性或偏碱性条件下带负电荷电泳：由负极向正极泳动电泳：由负极向正极泳动沉淀：盐溶液中金属离子中和
19、负电荷沉淀：盐溶液中金属离子中和负电荷二、核酸的高分子性质二、核酸的高分子性质粘度大粘度大核酸发生变性或水解时，粘度变小核酸发生变性或水解时，粘度变小不同种类的核酸分子其分子量不同，形状不同不同种类的核酸分子其分子量不同，形状不同 分离：电泳、凝胶过滤、超速离心分离：电泳、凝胶过滤、超速离心现在学习的是第35页，共38页三、核酸的紫外吸收三、核酸的紫外吸收 核酸分子中的碱基都有共轭双键，具有紫外吸收性质核酸分子中的碱基都有共轭双键，具有紫外吸收性质 吸收峰在吸收峰在260nm,可用于核酸的定量可用于核酸的定量四、四、DNA的变性的变性在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA分子互补碱
20、基对之间氢键断裂，分子互补碱基对之间氢键断裂，DNA双螺旋打开，变为单链。双螺旋打开，变为单链。概念概念因素因素加热、酸、碱、有机溶剂加热、酸、碱、有机溶剂理化性质改变理化性质改变 高色效应（高色效应（A260增加）增加）粘度降低粘度降低 沉降速度增加沉降速度增加变性变性现在学习的是第36页，共38页DNA的热变性的热变性加热引起的加热引起的DNA变性变性DNA解链或溶解解链或溶解v 溶解温度（溶解温度（melting temperature,Tm）DNA加热变性时，加热变性时，A260为最大值的一半时的解链温度。为最大值的一半时的解链温度。Tm=69.3+0.41(%G+C)Tm=4(G+C)+2(A+T)(20bp)A260解链温度（解链温度（oC）Tm现在学习的是第37页，共38页v Tm的高低与的高低与DNA分子中分子中G+C的含量有关的含量有关 G+C的含量越高，则的含量越高，则Tm越高越高现在学习的是第38页，共38页