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1、目目 录录关于核酸的结构与功能(5)第1页，讲稿共68张，创作于星期二核核 酸酸(nucleic acid)是以是以核苷酸核苷酸为基本组成单位的生物大分为基本组成单位的生物大分子，子，携带携带和和传递传递遗传信息。遗传信息。第2页，讲稿共68张，创作于星期二核酸的分类及分布核酸的分类及分布及功能及功能 90%90%以以上上分分布布于于细细胞胞核核内内，其其余余分分布布于核外于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于细胞质中。分布于细胞质中。(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核
2、糖核酸携带遗传信息，携带遗传信息，兼具存储和传递兼具存储和传递遗传信息的双重功能遗传信息的双重功能。将将DNA的遗传信息翻译和表达成的遗传信息翻译和表达成具有各种功能的蛋白质具有各种功能的蛋白质。某些病。某些病毒毒RNA也可作为遗传信息的载体。也可作为遗传信息的载体。第3页，讲稿共68张，创作于星期二（1）复制：复制：将亲代将亲代DNA进行复制，得到遗传信息完全保留到进行复制，得到遗传信息完全保留到子代子代DNA的过程。的过程。（2）转录转录：转录：转录DNA所携带的遗传信息，并将它从细胞核所携带的遗传信息，并将它从细胞核转运到蛋白质的合成场所。转运到蛋白质的合成场所。（3）翻译和表达翻译和表
3、达：遗传信息被翻译成氨基酸序列信息，并用于：遗传信息被翻译成氨基酸序列信息，并用于合成蛋白质的过程。合成蛋白质的过程。核酸与生命遗传核酸与生命遗传第4页，讲稿共68张，创作于星期二第一节第一节核酸的化学组成及其一级结构核酸的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid第5页，讲稿共68张，创作于星期二核酸的化学组成核酸的化学组成 1.元素组成元素组成C、H、O、N、P（910%）2.分子组成分子组成 碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖
4、，脱氧核糖 磷酸磷酸(phosphate)第6页，讲稿共68张，创作于星期二嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)碱碱 基基第7页，讲稿共68张，创作于星期二嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)第8页，讲稿共68张，创作于星期二戊戊 糖糖（构成（构成RNA）12345核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)第9页，讲稿共68张，创作于星期二核苷：核苷：AR,GR,UR,CR脱氧核苷：脱氧核苷：d
5、AR,dGR,dTR,dCR一、核苷酸的结构一、核苷酸的结构1.核苷核苷(ribonucleoside)的形成的形成碱基和核糖（脱氧核糖）通过碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖糖苷键苷键连接形连接形成的化合物成的化合物。11第10页，讲稿共68张，创作于星期二核苷酸：核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP 2.核苷酸核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名的结构与命名核苷（脱氧核苷）和磷酸以核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。第11页，讲稿共68张，创作于星期二5端
6、端3端端3.3.核苷酸的连接核苷酸的连接 核苷酸之间以核苷酸之间以磷酸二酯键磷酸二酯键连接形连接形成多核苷酸链，即成多核苷酸链，即核酸。核酸。CGA寡聚核苷酸：核苷酸寡聚核苷酸：核苷酸50多聚核苷酸：核苷酸多聚核苷酸：核苷酸50方向：方向：5端端 3端端第12页，讲稿共68张，创作于星期二稀有核苷酸稀有核苷酸修饰成分修饰成分l核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的种类很多，大部分是上述碱基的有碱基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。甲基化产物。第13页，讲稿共68张，创作于星期二第14页，讲稿共68张，创作于星期二体内重要的游离核苷酸及其衍生物体
7、内重要的游离核苷酸及其衍生物l含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有等都含有 AMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 环化核苷酸环化核苷酸:cAMP，cGMPAMPADPATPcAMPNADP+NAD+第15页，讲稿共68张，创作于星期二二、核酸的一级结构二、核酸的一级结构定义定义核核酸酸中中核核苷苷酸酸的的排排列列顺序。顺序。由由于于核核苷苷酸酸间间的的差差异异主主要要是是碱碱基基不不同同，所所以以也称为也称为碱基序列碱基序列。55端端3端端CGA第16页，讲稿共68张，创作于星期二一级结构（一级结构（pr
8、imary structure）一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序及连接方一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序及连接方式。核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。式。核苷酸的排列顺序代表了遗传信息。1、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2、核酸的基本结构形式：多核苷酸链、核酸的基本结构形式：多核苷酸链n信息量：信息量：4nn末端：末端：5 端、端、3 端端n多核苷酸链的方向：多核苷酸链的方向：5端端3端端(由左至右由左至右)3、表示方法：结构式、线条式、文字缩写、表示方法：结构式、线条式、文字缩写第17页，讲稿共68张，创作于星期二A G P5 P T PG PC
9、 PT P OH 3 书写方法书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 目目 录录第18页，讲稿共68张，创作于星期二第二节第二节DNA的空间结构与功能的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA第19页，讲稿共68张，创作于星期二一、一、DNA的二级结构的二级结构双螺旋结构双螺旋结构第20页，讲稿共68张，创作于星期二DNADNA分分子子由由两两条条DNADNA单单链链组组成。成。DNADNA的的双双螺螺旋旋结结构构是是分分子子中中两两条条DNADNA单单链链之之间间基基团相互识别和作用的结果。团相互
10、识别和作用的结果。双双螺螺旋旋结结构构是是DNADNA二二级级结结构的最基本形式。构的最基本形式。DNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点double helix model第21页，讲稿共68张，创作于星期二DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点（1 1）DNADNA分分子子由由两两条条多多聚聚脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸链链(简简称称DNADNA单单链链)组组成成。两两条条链链沿沿着着同同一一根根轴轴平平行行盘盘绕绕，形形成成右右手手双双螺螺旋旋结结构构。螺螺旋旋中中的的两两条条链链方方向向相相反反，即即其其中中一一条条链链的的方方向向为为5 5 端端3 3 端端，而而另另一一条
11、条链链的的方方向向为为3 3 端端5 5 端。端。第22页，讲稿共68张，创作于星期二55端端3端端CGA第23页，讲稿共68张，创作于星期二（2 2）嘌嘌呤呤和和嘧嘧啶啶碱碱基基位位于于螺螺旋旋的的内内侧侧，磷磷酸酸和和脱脱氧氧核核糖糖基基位位于于螺螺旋旋外外侧侧。碱碱基基环环平平面面与与螺螺旋旋轴轴垂垂直直，糖糖基基环环平平面面与与碱碱基基环环平平面面成成9090角。角。第24页，讲稿共68张，创作于星期二（3 3）螺旋横截面的）螺旋横截面的直径约为直径约为2nm2nm，每，每条链相邻两个碱基条链相邻两个碱基平面之间的距离为平面之间的距离为0.34 nm0.34 nm，每，每1010个个核
12、苷酸形成一个螺核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈的高度）旋旋转一圈的高度）为为3.4 nm3.4 nm。第25页，讲稿共68张，创作于星期二（4 4）维持两条）维持两条DNADNA链相互链相互结合的力是链间碱基对结合的力是链间碱基对形成的氢键。碱基结合形成的氢键。碱基结合具有严格的配对规律具有严格的配对规律:A:A与与T T结合，结合，G G与与C C结合，这结合，这种配对关系，称为碱基互种配对关系，称为碱基互补。补。A A和和T T之间形成两个氢之间形成两个氢键，键，G G与与C C之间形成三个之间形成三个氢键。氢键。在在DNADNA分分子子中中，嘌嘌呤呤碱碱基基的的
13、总总数数与与嘧嘧啶啶碱碱基基的的总总数数相相等。等。第26页，讲稿共68张，创作于星期二第27页，讲稿共68张，创作于星期二（5 5）螺旋表面形成大）螺旋表面形成大沟沟(major groove)(major groove)及及小沟小沟(minor groove)(minor groove)，彼此相间排列。小，彼此相间排列。小沟较浅；大沟较深，沟较浅；大沟较深，是蛋白质识别是蛋白质识别DNADNA碱基碱基序列的基础。序列的基础。（6 6）氢键）氢键维持双链维持双链横横向稳定性向稳定性，碱基堆积碱基堆积力力维持双链维持双链纵向稳定纵向稳定性性。第28页，讲稿共68张，创作于星期二第29页，讲稿共
14、68张，创作于星期二（二）二级结构：（二）二级结构：双螺旋结构模型双螺旋结构模型(double helix model)1、Watson-Crick双螺旋结构模型双螺旋结构模型(B-DNA)（1）反平行双链：脱氧核糖）反平行双链：脱氧核糖-磷酸骨架位于外侧，碱磷酸骨架位于外侧，碱基对位于内侧基对位于内侧（2）碱基互补配对：）碱基互补配对：AT配对（两个氢键），配对（两个氢键），GC配对配对（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴（3）右手双螺旋：螺距为）右手双螺旋：螺距为3.4 nm，直径为，直径为2.0 nm，10bp/圈圈第30页，讲稿共68张，创作于星期二（4）表
15、面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋白质识）表面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋白质识别别DNA碱基序列的基础碱基序列的基础（5）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向稳）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向稳定，碱基堆积力维持螺旋纵向稳定定，碱基堆积力维持螺旋纵向稳定3、其他螺旋形式、其他螺旋形式n Z-DNA（左手双螺旋）（左手双螺旋）n A-DNA第31页，讲稿共68张，创作于星期二（三）（三）DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性目目 录录第32页，讲稿共68张，创作于星期二第33页，讲稿共68张，创作于星期二DNADNA双螺旋的稳定性双螺旋的稳定性DNADNA双螺旋结构在生理条件下很
16、稳定。双螺旋结构在生理条件下很稳定。维持这种稳定性的因素包括：两条维持这种稳定性的因素包括：两条DNADNA链之间形成链之间形成的的氢键，碱基堆积力氢键，碱基堆积力。双螺旋结构双螺旋结构内部形成的疏水区内部形成的疏水区，消除了介质中水，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；分子对碱基之间氢键的影响；介质中的介质中的阳离子阳离子（如（如NaNa+、K K+和和MgMg2+2+）中和了磷酸基团）中和了磷酸基团的负电荷，降低了的负电荷，降低了DNADNA链之间的排斥力等。链之间的排斥力等。改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。第34页，讲稿共6
17、8张，创作于星期二（二）（二）DNADNA的三级结构的三级结构双螺旋进一步扭曲双螺旋进一步扭曲,形成一种比双螺旋更高层次形成一种比双螺旋更高层次的空间构象。包括：线状的空间构象。包括：线状DNADNA形成的纽结、超螺形成的纽结、超螺旋和多重螺旋、环状旋和多重螺旋、环状DNADNA形成的结、超螺旋和连形成的结、超螺旋和连环等环等第35页，讲稿共68张，创作于星期二大多数原核生物大多数原核生物：1 1）共价封闭的环状双螺）共价封闭的环状双螺旋分子旋分子2 2）超螺旋结构：双螺）超螺旋结构：双螺旋基础上的螺旋化旋基础上的螺旋化正超螺旋正超螺旋(positive(positive supercoil)
18、:supercoil):盘绕方向与盘绕方向与双螺旋方同相同双螺旋方同相同负超螺旋负超螺旋(negative(negative supercoil):supercoil):盘绕方向与盘绕方向与双螺旋方向相反双螺旋方向相反 第36页，讲稿共68张，创作于星期二第37页，讲稿共68张，创作于星期二第三节第三节 RNA的结构与功能的结构与功能Structure and Function of RNA第38页，讲稿共68张，创作于星期二RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能第39页，讲稿共68张，创作于星期二*mRNA结构特点结构特点1.大大多多数数真真核核mRNA的的5末末端端均均在在转转录录后后
19、加加上上一一个个7-甲甲基基鸟鸟苷苷，同同时时第第一一个个核核苷苷酸酸的的C2也也是是甲甲基基化化，形成帽子结构：形成帽子结构：m7GpppNm-。2.大多数真核大多数真核mRNA的的3末端有一个多聚腺苷酸末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚结构，称为多聚A尾。尾。第40页，讲稿共68张，创作于星期二帽子结构帽子结构第41页，讲稿共68张，创作于星期二mRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系的稳定性维系翻译起始的调控翻译起始的调控 帽子结构和多聚帽子结构和多聚A尾的功能尾的功能第42页，讲稿共68张，创作于星期二*mRNA的功能的功能 把把DNA所所携携带带的的
20、遗遗传传信信息息，按按碱碱基基互互补补配配对对原原则则，抄抄录录并并传传送送至至核核糖糖体体，用用以以决决定定其其合合成成蛋白质的氨基酸排列顺序。蛋白质的氨基酸排列顺序。DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细胞原核细胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 第43页，讲稿共68张，创作于星期二*tRNA的一级结构特点的一级结构特点 含含 1020%稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU 3末端为末端为 CCA-OH 5末端大多数为末端大多数为G二、转运二、转运RNA的结构与功能的结构与功能第
21、44页，讲稿共68张，创作于星期二N,N二甲基鸟嘌呤二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶双氢尿嘧啶4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶 稀有碱基稀有碱基 第45页，讲稿共68张，创作于星期二*tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形 氨基酸臂氨基酸臂 DHU环环 反密码环反密码环 额外环额外环 TC环环氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环第46页，讲稿共68张，创作于星期二*tRNA的三级结构的三级结构 倒倒L形形*tRNA的功能的功能活活化化、搬搬运运氨氨基基酸酸到到核核糖糖体体，参参与与蛋蛋白白质质的翻译。的翻译。第47页，讲稿共68张，创作于星期二*rRNA的结构的结构三、核蛋白体三、核蛋白
22、体RNA的结构与功能的结构与功能*rRNA的功能的功能参参与与组组成成核核蛋蛋白白体体，作作为为蛋蛋白白质质生生物物合合成成的的场所。场所。第48页，讲稿共68张，创作于星期二核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 四四 节节目目 录录第49页，讲稿共68张，创作于星期二第50页，讲稿共68张，创作于星期二1.DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相当于相当于50 g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度
23、判断核酸样品的纯度DNA纯品纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品纯品:OD260/OD280=2.0OD260的应用的应用目目 录录第51页，讲稿共68张，创作于星期二二、二、DNA的变性的变性(denaturation)定义定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解开成双链解开成两条单链的过程。两条单链的过程。方法：方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其它理化性质变化：变性后其它理化性质变化：OD260增高增高粘度下降粘度下降比旋度下降比旋度下降浮
24、力密度升高浮力密度升高酸碱滴定曲线改变酸碱滴定曲线改变生物活性丧失生物活性丧失目目 录录第52页，讲稿共68张，创作于星期二DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂第53页，讲稿共68张，创作于星期二DNADNA变性变性第54页，讲稿共68张，创作于星期二例：变性引起紫外吸收值的改变例：变性引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱增色效应：增色效应：DNA变性时其溶液变性时其溶液OD260增高的现象。增高的现象。目目 录录第55页，讲稿共68张，创作于星期二解解链链曲曲线线：如如果果在在连连续续加加热热DNADNA的的过过程程中中以以温温度度对对A26
25、0A260（absorbanceabsorbance，A A，A260A260代代表表溶溶液液在在260nm260nm处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线。目目 录录实验室常用的方法实验室常用的方法实验室常用的方法实验室常用的方法热变性热变性第56页，讲稿共68张，创作于星期二当当DNADNA的稀盐溶液加热到的稀盐溶液加热到80-10080-100时，双螺旋结构即发生时，双螺旋结构即发生解体，两条链彼此分开，形成无规线团。解体，两条链彼此分开，形成无规线团。80 90 100 100%50%OD260（254）Tm 变性温度范围变性温度范围融融解
26、解温温度度（melting melting temperature,Tmtemperature,Tm）：DNADNA热热变变性性过过程程中中，紫紫外外吸吸收收达达到到最最大大值值的的一一半半时时溶溶液液的的温温度度称称为为融融解解温温度（度（TmTm）或解链温度、变性温度。）或解链温度、变性温度。第57页，讲稿共68张，创作于星期二影响影响TmTm值的因素值的因素(1)(1)溶液的性质溶液的性质(2)DNA(2)DNA的性质和组成的性质和组成大肠杆菌大肠杆菌DNADNA在不同浓度在不同浓度KClKCl溶液溶液下的熔融温度曲线下的熔融温度曲线第58页，讲稿共68张，创作于星期二三、三、DNA的复
27、性与分子杂交的复性与分子杂交 DNA复性复性(renaturation)的定义的定义在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNADNA的两条互补链可恢复天的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为然的双螺旋构象，这一现象称为复性复性。减色效应减色效应DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为过程称为退火退火(annealing)。目目 录录第59页，讲稿共68张，创作于星期二DNADNA复性复性第60页，讲稿共68张，创作于星期二在在DNA变变性性后后的的复复性性过过程程中中，如如果果将将不不同
28、同种种类类的的DNA单单链链分分子子或或RNA分分子子放放在在同同一一溶溶液液中中，只只要要两两种种单单链链分分子子之之间间存存在在着着一一定定程程度度的的碱碱基基配配对对关关系系，在在适适宜宜的的条条件件（温温度度及及离离子子强强度度）下下，就就可可以在不同的分子间形成以在不同的分子间形成杂化双链杂化双链(heteroduplex)。这这种种杂杂化化双双链链可可以以在在不不同同的的DNA与与DNA之之间间形形成成，也也可可以以在在DNA和和RNA分分子子间间或或者者RNA与与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。核酸分子杂交核酸分子杂交(hybri
29、dization)第61页，讲稿共68张，创作于星期二核核酸酸的的杂杂交交第62页，讲稿共68张，创作于星期二第63页，讲稿共68张，创作于星期二第64页，讲稿共68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定两种核酸分子间的序列相似性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检测某些专一序列在待检样品中存在与否是基因芯片技术的基础是基因芯片技术的基础 第65页，讲稿共68张，创作于星期二第第 五五 节节 核核 酸酸 酶酶 Nuclease第66页，讲稿共68张，创作于星期二核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶是指所有可以水解核酸的酶依据底物不同分类依据底物不同分类DNA酶酶(deoxyribonuclease,DNase)：专一降解专一降解DNA。RNA酶酶(ribonuclease,RNase)：专一降解专一降解RNA。依据切割部位不同依据切割部位不同核酸内切酶：核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。限制性核酸内切酶。核酸外切酶：核酸外切酶：53或或35核酸外切酶。核酸外切酶。第67页，讲稿共68张，创作于星期二目目 录录感谢大家观看第68页，讲稿共68张，创作于星期二