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1、关于核酸结构与功能(4)第1页，讲稿共73张，创作于星期二核核 酸酸(nucleic acid)是以核苷酸为基本组成单位的生物大是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。分子，携带和传递遗传信息。第2页，讲稿共73张，创作于星期二核酸的分类及分布核酸的分类及分布 存在存在于细胞核和线粒体内。于细胞核和线粒体内。存在存在于胞核、胞液和线粒体。于胞核、胞液和线粒体。(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的遗携带遗传信息，决定细胞和个体的遗传型传型(gen
2、otype)。参与遗传信息的复制与表达。某些病参与遗传信息的复制与表达。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73张，创作于星期二第一节第一节核酸的化学组成及一级结构核酸的化学组成及一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid第4页，讲稿共73张，创作于星期二核酸的基本组成单位是核苷酸核酸的基本组成单位是核苷酸(nucleotide)。碱基碱基戊糖戊糖磷酸磷酸核苷酸核苷酸核苷核苷核酸核酸DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸。RNA的基本组成单
3、位是核糖核苷酸的基本组成单位是核糖核苷酸。第5页，讲稿共73张，创作于星期二嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 碱基碱基腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（尿嘧啶（U）DNA、RNA均有均有DNA有有RNA有有一、核苷酸的结构一、核苷酸的结构每种核酸都含有四种碱基每种核酸都含有四种碱基。第6页，讲稿共73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73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
4、腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)第8页，讲稿共73张，创作于星期二 五种碱基都能形成酮式五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基烯醇式或氨基-亚氨基亚氨基的互变异构。这两种异构体的平衡关系受介质酸碱的互变异构。这两种异构体的平衡关系受介质酸碱环境的影响。环境的影响。第9页，讲稿共73张，创作于星期二戊戊 糖糖（构成（构成RNA）核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)第10页，讲稿共73张，创作于星期二碱基和核糖（或脱氧核糖）通过碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键糖苷键连接连接形成形成核苷核苷(nucleoside)（或脱氧核苷）。（或脱氧核苷）。第
5、11页，讲稿共73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 核苷（脱氧核苷）和磷酸以核苷（脱氧核苷）和磷酸以酯键酯键连接形成连接形成核苷酸核苷酸（脱氧核苷酸）。（脱氧核苷酸）。第12页，讲稿共73张，创作于星期二l 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP第13页，讲稿共73张，创作于星期二l 环化核苷酸环化核苷酸:cAMP，cGMP第14页，讲稿共73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酸中核苷酸的排列顺序。核酸中核苷酸的排列顺序。由由于于核核苷苷酸酸间间的的差差异异主主要
6、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。第15页，讲稿共73张，创作于星期二5端端3端端核苷酸之间以核苷酸之间以3 ,5 -磷酸二酯键磷酸二酯键连接形成多核苷连接形成多核苷酸链，即核酸。酸链，即核酸。CGA第16页，讲稿共73张，创作于星期二书写方法书写方法第17页，讲稿共73张，创作于星期二 DNA 与与RNA的区别的区别核酸碱基戊糖DNAA、G、C、T脱氧核糖RNAA、G、C、U核糖第18页，讲稿共73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73
7、张，创作于星期二第20页，讲稿共73张，创作于星期二第21页，讲稿共73张，创作于星期二第22页，讲稿共73张，创作于星期二（一）（一）DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析碱基组成分析Chargaff 规则：规则：A=T G=C 碱基的理化数据分析碱基的理化数据分析A-T、G-C以以氢键配对较合理氢键配对较合理 DNA纤维的纤维的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析 第23页，讲稿共73张，创作于星期二已知的核酸化学数据已知的核酸化学数据第24页，讲稿共73张，创作于星期二（二）（二）DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点 1.两条链反向平行，围绕同一两条链反向平行，围
8、绕同一中心轴构成中心轴构成右手双螺旋右手双螺旋(double helix)。螺旋。螺旋直径直径2nm，表面有，表面有大沟和小沟大沟和小沟。2.磷酸磷酸-脱氧核糖骨架位于螺脱氧核糖骨架位于螺旋旋外侧外侧，碱基垂直于螺旋，碱基垂直于螺旋轴而伸入轴而伸入内侧内侧。每圈螺旋含。每圈螺旋含10个碱基对个碱基对(bp)，螺距为螺距为3.4nm。第25页，讲稿共73张，创作于星期二碱基平面与纵轴碱基平面与纵轴垂直垂直，糖环平面与纵轴，糖环平面与纵轴平行平行第26页，讲稿共73张，创作于星期二3.两条链通过碱基间的氢键两条链通过碱基间的氢键相连，相连，A对对T有两个氢键，有两个氢键，C对对G有三个氢键，这种有
9、三个氢键，这种A-T、C-G配对的规律，称为配对的规律，称为碱基碱基互补规则互补规则。4.维持双螺旋稳定的因素：维持双螺旋稳定的因素：横向为氢键，纵向为碱基横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力。间的堆积力。第27页，讲稿共73张，创作于星期二碱基互补配对碱基互补配对 TAGC第28页，讲稿共73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Z型型DNAB型型DNAA型型DNA第29页，讲稿共73张，创作于星期二第30页，讲稿共73张，创作于星期二二、二、DNA的超螺旋结构及其在染色质的超螺旋结构及其在染色质中的组装中的组装（一）（一）DNA的超螺旋结构的超螺旋结构超螺旋结构
10、超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA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)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 第31页，讲稿共73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转录过程具有转录过程具有关键作用。关键作用。第32页，讲稿共73张，创作于星期二第33
11、页，讲稿共73张，创作于星期二（三）（三）DNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装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：H1H2A，H2BH3H4第34页，讲稿共73张，创作于星期二串珠状核小体结构串珠状核小体结构第35页，讲稿共73张，创作于星期二Apoptosis(凋亡）and Chromatin degradation-DNA ladders凋亡(apoptosis)或程序化死亡的显著特征是细胞内出现凋亡小体(apopto
12、tic body)。凋亡小体的出现是由染色质染色质DNA断裂断裂所致。染色体DNA断裂后形成许多长度约为n x(180-200)bp(n=1,2,3,4)的DNA片断的电泳照相显示为阶梯状，成为调亡DNA Ladder，是细胞调亡的无可争辩的特征。第36页，讲稿共73张，创作于星期二160-200bp160-200bp第37页，讲稿共73张，创作于星期二DNA laddersNucleosomes cut by Enzyme第38页，讲稿共73张，创作于星期二串珠状核小体串珠状核小体DNA双螺旋片段双螺旋片段染色质纤维染色质纤维伸展形染色质片段伸展形染色质片段密集形染色质片段密集形染色质片段整
13、个染色体整个染色体第39页，讲稿共73张，创作于星期二核小体核小体螺线管螺线管真核生物染色体真核生物染色体DNA组装组装第40页，讲稿共73张，创作于星期二三、三、DNA的功能的功能DNA的的基基本本功功能能是是以以基基因因的的形形式式荷荷载载遗遗传传信信息息，并并作作为为基基因因复复制制和和转转录录的的模模板板。它它是是生生命命遗传的物质基础遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。，也是个体生命活动的信息基础。基基因因从从结结构构上上定定义义，是是指指DNA分分子子中中的的特特定定区区段段，其其中中的的核核苷苷酸酸排排列列顺顺序序决决定定了了基基因因的的功功能。能。第41页，讲稿共73张
14、，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42页，讲稿共73张，创作于星期二动物细胞内主要动物细胞内主要RNA的种类及功能的种类及功能第43页，讲稿共73张，创作于星期二一一、信使、信使RNA的结构与功能的结构与功能hnRNA 内含子内含子(intron)mRNA *mRNA成熟过程成熟过程 外显子外显子(exon)第44页，讲稿共73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
15、也也是是甲甲基基化化，形形成帽子结构：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45页，讲稿共73张，创作于星期二帽子结构帽子结构第46页，讲稿共73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 帽子结构和帽子结构和多聚多聚A尾的功能尾的功能mRNA的功能：的功能：作为蛋白质合成的模板。作为蛋白质合成的模板。第47页，讲稿共73张，创作于星期二*tRNA的一级结构特点的一级结构特点 含稀有碱基较多含稀有
16、碱基较多 3末端为末端为 CCA-OH 5末端大多数为末端大多数为G 由由7090个核苷酸组成个核苷酸组成二、转运二、转运RNA的结构与功能的结构与功能第48页，讲稿共73张，创作于星期二 稀有碱基稀有碱基 第49页，讲稿共73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氨基酸臂臂额外环额外环第50页，讲稿共73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体，参与蛋白质的翻译。糖体，参与蛋白质的翻译。第51页，讲稿共73张，创作于星期二*rRNA的结构的结构三、核蛋白体三、核蛋白体RNA的结构与
17、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成的场所。合成的场所。第52页，讲稿共73张，创作于星期二核糖体的组成核糖体的组成原核生物真核生物小亚基30S40SrRNA16S18S蛋白质21种33种大亚基50S60SrRNA23S5S28S5.8S5S蛋白质33种49种核糖体70S80S第53页，讲稿共73张，创作于星期二四四、其他小分子、其他小分子RNA及及RNA组学组学除除了了上上述述三三种种RNA外外，细细胞胞的的不不同同部部位位存存在在的的许许多多其其他他种种类类的的小小分分子子RNA，统统称称为为非非mRNA小小RNA(sma
18、ll non-messenger RNAs，snmRNAs)。snmRNAs第54页，讲稿共73张，创作于星期二snmRNAs的的种类种类核内小核内小RNA(snRNA)核仁小核仁小RNA(snoRNA)胞质小胞质小RNA(scRNA)催化性小催化性小RNA小片段干扰小片段干扰 RNA(siRNA)snmRNAs的的功能功能参与参与hnRNA和和rRNA的转录后加工和转运以的转录后加工和转运以及基因表达过程的调控等。及基因表达过程的调控等。第55页，讲稿共73张，创作于星期二是是研研究究细细胞胞中中snmRNAs的的种种类类、结结构构和和功功能能的的科科学学。同同一一生生物物体体内内不不同同种
19、种类类的的细细胞胞、同同一一细细胞胞在在不不同同时时间间、不不同同状状态态下下snmRNAs的的表表达达具有时间和空间特异性。具有时间和空间特异性。RNA组学组学(RNomics)第56页，讲稿共73张，创作于星期二核酸的理化性质核酸的理化性质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第 四四 节节第57页，讲稿共73张，创作于星期二一、核酸的一般理化性质一、核酸的一般理化性质核酸为多元酸，具有较强的核酸为多元酸，具有较强的酸性酸性；DNA是线性高分子，是线性高分子，粘度极大粘度极大；在在260nm波长有最大吸收峰，是由波长有最大
20、吸收峰，是由碱基的共碱基的共轭双键轭双键决定的。这一特性常用作核酸的定性、定决定的。这一特性常用作核酸的定性、定量分析。量分析。第58页，讲稿共73张，创作于星期二第59页，讲稿共73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DNA40 g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20 g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度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的应用的应用第60页，讲稿共73张，创作于星期二二、二、DNA的变性的变性(denaturat
21、ion)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双链解开成两双链解开成两条单链的过程。条单链的过程。变性因素：变性因素：过量酸，碱，加热等。过量酸，碱，加热等。变性后理化性质的主要改变：变性后理化性质的主要改变：OD260增高增高粘度下降粘度下降第61页，讲稿共73张，创作于星期二DNA变性的本质变性的本质是双链间氢键的是双链间氢键的断裂断裂第62页，讲稿共73张，创作于星期二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。第63页，讲稿共73张，创作于星期二解解链链曲曲线线：在在连连续续加加热热DNA的
22、的过过程程中中以以温温度度对对A260值作图，所得的曲线称为解链曲线值作图，所得的曲线称为解链曲线。第64页，讲稿共73张，创作于星期二 Tm：紫紫外外光光吸吸收收值值达达到到最最大大值值的的50%时时的的温温度度称称为为DNA的的解解链链温温度度，又又称称融融解解温温度度(melting temperature,Tm)。其其大大小小与与G+C含量成正比。含量成正比。第65页，讲稿共73张，创作于星期二三、三、DNA的复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DNA的两条互补链可恢复的两条互补链可恢复天然的双螺旋构
23、象，这一现象称为天然的双螺旋构象，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)。第66页，讲稿共73张，创作于星期二 热变性的热变性的DNA在复性过程中，具有碱基在复性过程中，具有碱基序列部分互补的不同的序列部分互补的不同的DNA之间或之间或DNA与与RNA之间形成杂化双链的现象。之间形成杂化双链的现象。核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)：第67页，讲稿共73张，创作于星期二变性变性复性复性复性复性第68页
24、，讲稿共73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69页，讲稿共73张，创作于星期二第五节第五节 核核 酸酸 酶酶 Nuclease第70页，讲稿共73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)RNA酶酶(ribonuclease
25、,RNase)依据切割部位不同分类依据切割部位不同分类核酸内切酶：核酸内切酶：限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 非特异性核酸内切酶非特异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71页，讲稿共73张，创作于星期二u参参与与DNA的的合合成成与与修修复复及及RNA合合成成后后的的剪剪接接等等重要基因复制和基因表达过程重要基因复制和基因表达过程 u负负责责清清除除多多余余的的、结结构构和和功功能能异异常常的的核核酸酸，同同时时也也可以清除侵入细胞的外源性核酸可以清除侵入细胞的外源性核酸 u在消化液中降解食物中的核酸以利吸收在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 u体外重组体外重组DNA技术中的重要工具酶技术中的重要工具酶 生物体内的核酸酶负责催化细胞内外核酸的降解生物体内的核酸酶负责催化细胞内外核酸的降解 核酸酶的功能核酸酶的功能 第72页，讲稿共73张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第73页，讲稿共73张，创作于星期二