生物化学核酸的结构与功能课件.ppt
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- 生物化学 核酸 结构 功能 课件
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1、主主 要要 内内 容容n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n第二节第二节 DNA的空间结构与功能的空间结构与功能n第三节第三节 RNA的结构与功能的结构与功能n第四节第四节 核酸的理化性质核酸的理化性质n第五节第五节 核酸酶核酸酶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 Acidn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
2、息。核酸是遗传信息的载体核酸是遗传信息的载体(Appendix 1:)l1868年年 Fridrich Miescher 从脓细胞中提取核素。从脓细胞中提取核素。 l1944年年 Avery等人证实等人证实DNA是遗传物质。是遗传物质。l1953年年 Watson和和Crick发现发现DNA的双螺旋结构。的双螺旋结构。l1968年年 Nirenberg发现遗传密码。发现遗传密码。l1975年年 Temin和和Baltimore发发现逆转录酶。现逆转录酶。l1981年年 Gilbert和和Sanger建建立立DNA测序方法。测序方法。l1985年年 Mullis发明发明PCR技术。技术。l199
3、0年年 美国启动人类基因组计划美国启动人类基因组计划(HGP)。l1994年年 中国人类基因组计划启动。中国人类基因组计划启动。l2001年年 美英等国完成人类基因组计划。美英等国完成人类基因组计划。n核酸研究的发展简史核酸研究的发展简史n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于细胞核和线粒体线粒体 分布于细胞核、细胞质、分布于细胞核、细胞质、线粒体线粒体(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,并通过复制传递携带遗传信息,并通过复制传递给下一代。给下一代。是是DNA
4、转录的产物,参与遗传信转录的产物,参与遗传信息的复制与表达。某些病毒息的复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体也可作为遗传信息的载体一、核酸分子(一、核酸分子(DNA和和RNA)的化学组成)的化学组成 Nucleic Acid (NA) Polynucleotide chain (poly Nt)Nucleotide (Nt) basic unitMono-phosphate (Mp)Nucleoside (Ns)Deoxy-ribose ( Ribose )BasePurin (pu) Pyrimidine (py)Adenine (A) Thymine (T) Guanine (
5、G) Uracil (U) Cytosine (C) DNA与与RNA结构相似,结构相似,但在组成成份上略有不同。但在组成成份上略有不同。核酸(核酸(DNA和和RNA)是一种线性多聚核是一种线性多聚核苷酸,它的基本结苷酸,它的基本结构单元是核苷酸。构单元是核苷酸。核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸(脱氧)核苷(脱氧)核苷戊糖戊糖碱基碱基脱氧核糖(核糖)脱氧核糖(核糖)嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶n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,脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)核苷酸是构成核酸的基本组成单位核苷酸是构成核酸的基本组成单位碱基
6、碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶存在于存在于DNA和和RNA中中仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中碱基碱基(base)是含氮的杂环化合物。是含氮的杂环化合物。n碱基碱基嘌呤嘌呤(purine,Pu) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine,Py)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)
7、NHNHOOCH3仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中D-2-脱氧核糖脱氧核糖D-核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)(构成(构成DNA)核糖核糖(ribose)(构成(构成RNA)n戊糖戊糖嘌呤嘌呤N-9或嘧啶或嘧啶N-1与(脱氧)与(脱氧)核糖核糖C-1 通过通过-N-糖苷键相连形成糖苷键相连形成 (脱氧)(脱氧) 核苷核苷(deoxy)ribonucleosiden(脱氧)核苷(脱氧)核苷NNNN9N H2O(O)HOHHHHCH2OHH12糖苷键糖苷键n核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO-H
8、OO糖苷键糖苷键酯键酯键核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸键结合构成核苷酸(ribonucleotide)或脱氧核苷酸或脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸(ribonucleotide)或脱氧核苷酸或脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。n核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO-HOO糖苷键糖苷键酯键酯键n多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸环化核苷酸:环化核苷酸:cAMP、cGMP,是细胞信,
9、是细胞信号转导中的第二信使。号转导中的第二信使。NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPn核苷酸衍生物核苷酸衍生物Adenine Nucleotides Are Components of Many Enzyme CofactorsCoenzyme A (CoA) functions in acyl group transfer reactions.二、二、DNA是脱氧核苷酸通过是脱氧核苷酸通过3,5-磷酸磷酸二酯键连接形成的大分子二酯键连接形成的大分子一个脱氧核苷酸一个脱氧核苷酸3 的的羟基与另一个核苷酸羟基与另一个核苷酸5 的的 - 磷 酸 基 团 缩 合 形 成 磷 酸 二 酯 键
10、磷 酸 基 团 缩 合 形 成 磷 酸 二 酯 键(phosphodiester bond)。 多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子,称为多聚脱氧核苷具有方向性的线性分子,称为多聚脱氧核苷酸酸(polydeoxynucleotide),即,即DNA链。链。5-末端末端3-末端末端CGA磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键交替的磷酸基团和戊交替的磷酸基团和戊糖构成了糖构成了DNA的骨架的骨架 (backbone)。DNA链的方向是链的方向是5 3 三、三、RNA也是具有也是具有3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键的线性大分子的线性大分子 RNA也是
11、多个核苷酸分子通过酯化反应形也是多个核苷酸分子通过酯化反应形成的线性大分子,并且具有方向性;成的线性大分子,并且具有方向性; RNA的戊糖是核糖;的戊糖是核糖; RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。n定义定义核酸中核苷酸的排核酸中核苷酸的排列顺序。列顺序。由于核苷酸间的差由于核苷酸间的差异主要是碱基不同,所异主要是碱基不同,所以也称为以也称为碱基序列碱基序列。5端端3端端CGA四、核酸的一级结构是四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序核苷酸的排列顺序DNA一级结构:核苷酸排列顺序一级结构:核苷酸排列顺序 组成:4种dNMP( dAMP,dGMP,dCMP,dTMP ) 连接方式
12、:3,5-磷酸二酯键连接5-ACGTA-3,ACGTA, 或或5 pApCpGpTpA-OH 3 形态: 4种dNMP排列为特定的多核苷酸长链n书写方法:书写方法: 核酸分子大小表示:碱基核酸分子大小表示:碱基 (base或或kilobase)数目。数目。l 小 的 核 酸 片 段小 的 核 酸 片 段 ( 80)。rRNA与核蛋白体蛋白结合组成核蛋白体与核蛋白体蛋白结合组成核蛋白体(ribosome),为蛋白质的合成提供场所。,为蛋白质的合成提供场所。三、以三、以rRNA为组分的核蛋白体是为组分的核蛋白体是蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所n核蛋白体的组成核蛋白体的组成原核生物(以大肠杆菌为例
13、)原核生物(以大肠杆菌为例)真核生物(以小鼠肝为例)真核生物(以小鼠肝为例)小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质21种种占总重量的占总重量的40%33种种占总重量的占总重量的50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质31种种占总重量的占总重量的30%49种种占总重量的占总重量的35%70S ribosome50S large subunit23S rRNA5S rRNA31 p
14、roteins16S rRNA21 proteins30S small subunitn大肠杆菌的核蛋白体大肠杆菌的核蛋白体n18S rRNA的二级结构的二级结构n蛋白质合成时形成的复合体蛋白质合成时形成的复合体RNA组学是研究细胞内组学是研究细胞内snmRNA的种类、结的种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时空状态下同一细胞在不同时空状态下snmRNAs表达表达谱的变化,以及与功能之间的关系。谱的变化,以及与功能之间的关系。 四、四、snmRNA参与了基因表达的调控参与了基因表达的调控细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分细胞的不
15、同部位存在的许多其他种类的小分子子RNA,统称为,统称为非非mRNA小小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 nsnmRNAsl核内小核内小RNAl核仁小核仁小RNAl胞质小胞质小RNAl催化性小催化性小RNAl小片段干涉小片段干涉 RNA 参与参与hnRNA的加工剪接的加工剪接nsnmRNAs的种类的种类nsnmRNAs的功能的功能n核酶核酶某些小某些小RNA分子具有催化特定分子具有催化特定RNA降解降解的活性,这种具有催化作用的小的活性,这种具有催化作用的小RNA亦被称亦被称为核酶为核酶(ribozyme)或催化性或催化性RNA(catalytic
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