优选生物化学简明教程第四核酸课件.ppt
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- 优选 生物化学 简明 教程 第四 核酸 课件
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1、生物化学简明教程第四核酸2作业345678类别类别 nucleic acid ribonucleic acid, RNA deoxyribonucleic acid, DNA 9 DNA ( deoxyribonucleic acid):):大部分在大部分在核核中中 RNA ( ribonucleic acid ):):核核,质质均有分布均有分布 三种三种 RNA :tRNA , mRNA, rRNA ( 15% ( 5% )()( 80% )分布分布10 98 98 核中(染色体中)核中(染色体中) 真核真核 线粒体(线粒体( mDNA mDNA ) 核外核外 叶绿体(叶绿体( ctDNA
2、ctDNA )DNA DNA 拟核拟核 原核原核 核外:质粒(质体)核外:质粒(质体) 病毒:病毒: DNA DNA 病毒病毒 11核蛋白核蛋白 磷酸磷酸 核苷核苷 碱基碱基 戊糖戊糖 蛋白质蛋白质 核酸是由几十个甚至几千万个核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸核苷酸聚合聚合而成的而成的具有一定空间结构具有一定空间结构的大分子化合物。的大分子化合物。 核酸核酸核苷酸核苷酸 3.1 3.1 核酸的组成成分核酸的组成成分 123.1.1 碱基(碱基(base):又称含氮碱):又称含氮碱 (1)嘧啶碱()嘧啶碱(pyrimidine, Py) 1314(2)嘌呤碱()嘌呤碱(purine, Pu) 其它
3、嘌呤(核酸的代谢产物):其它嘌呤(核酸的代谢产物):黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等 153.1.2 3.1.2 戊糖(戊糖(pentosepentose) (1 1)结构)结构 OHOH2CHOHHOHOHHHOHOH2CHOHHHOHHHOHOH2CHOHHOCH3OHHH-D-核糖核糖-D-2-脱氧核糖脱氧核糖-D-2-O-甲基核糖甲基核糖163.1.3 3.1.3 核苷核苷 核苷:含核苷:含N N苷,苷,-苷苷 OHOH2CHHHbaseHOHOH17核苷中戊糖与碱基的连接方式:核苷中戊糖与碱基的连接方式: OHOH2CHHHHOHOHNNNNNH291 腺嘌呤核苷 (
4、adenosine)胞嘧啶脱氧核苷 (deoxycytidne)OHOH2CHHHHOHHN1NONH2118核苷核苷 核糖核苷(核苷):核糖核苷(核苷):A A、G G、C C、U U 脱氧核糖核苷(脱氧核苷):脱氧核糖核苷(脱氧核苷):dAdA、dGdG、dCdC、dT dT 19修饰核苷或稀有核苷修饰核苷或稀有核苷20修饰核苷包括三种情况修饰核苷包括三种情况: (1)由)由修饰碱基修饰碱基和糖组成的核苷和糖组成的核苷 (2)由非修饰碱基和)由非修饰碱基和2-O-甲基核糖甲基核糖组成的核苷组成的核苷 (3)由碱基与糖)由碱基与糖连接方式特殊连接方式特殊的核苷的核苷 21NNNNNHCH3d
5、RN6-Methyl-dA(1)HNNHO5,6-dihydrouridineORHHH(D or hU)(2)OCH2HHOHHOCH3HHO2-O-甲基腺苷Ade(Am)NNCH3NH25-Methyl-dCOdR22OCH2HHOHHOHHHO (pseudouridine)HNNHOO51假尿嘧啶核苷()23修饰核苷的简写符号修饰核苷的简写符号 少数修饰核苷用单字符号如少数修饰核苷用单字符号如D、I;但大多数;但大多数修饰核苷是将碱基取代基、取代位置和取代数目写在修饰核苷是将碱基取代基、取代位置和取代数目写在核苷单字符号的左边,用小写英文字母代表取代基。核苷单字符号的左边,用小写英文字
6、母代表取代基。 m N22取代位置核苷取代基的数目取代基24取代基用下列小写英文字母表示取代基用下列小写英文字母表示 :甲基甲基m 乙酰基乙酰基ac 氨基氨基n 甲硫基甲硫基ms 羟基羟基o或或h 硫基硫基s 异戊烯基异戊烯基i 羧基羧基c 25例:例:HNNORSHNNOROCH2OHs4 Uom5 U或hm5 U26注意:注意:例例: 2-O-甲基腺苷甲基腺苷 Am 含修饰核糖的核苷即含修饰核糖的核苷即2-O-甲基核苷的表示方法,甲基核苷的表示方法,在核苷符号的右下方注上一个小写在核苷符号的右下方注上一个小写m。272,3,5一核糖核苷酸一核糖核苷酸(2 -AMP)(3 -AMP)(5 -
7、AMP)3.1.4 核苷酸核苷酸(1)核苷酸的结构和功能)核苷酸的结构和功能2829303,5一脱氧核糖核苷酸一脱氧核糖核苷酸Deoxyadenosine 3- monphosphate (3- dAMP)Deoxyadenosine 5- monphosphate (5- dAMP)313233核苷酸的重要衍生物核苷酸的重要衍生物 ATP类的高能磷酸化合物类的高能磷酸化合物 AMPADPATP3435核苷酸是许多酶的辅因子的结构成分核苷酸是许多酶的辅因子的结构成分 NADNAD、NADPNADP、CoACoA、FADFAD36环状核苷酸环状核苷酸 37细胞内细胞内 :ATP cAMP + P
8、Pi 磷酸二酯酶磷酸二酯酶 5 -AMP 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 (AC)38核苷多磷酸类核苷多磷酸类 39(2)核苷酸性质核苷酸性质 核苷酸紫外吸收性质核苷酸紫外吸收性质 40 碱碱基基的的解解离离核苷酸两性解离性质核苷酸两性解离性质 4142OC H2HHO HHO HHONNON H2POOH OC M PpKa2=4.5-OC H2HHO HHO HHONNON H2POOOC M PpKa3=6.4-pI =C MPpKa1+pKa22=0.8+4.52= 2.65pI =C MPpKa1+pKa22=0.8+4.52= 2.65pI =C MPpKa1+pKa22=0.8+4.5
9、2= 2.65OC H2HHO HHO HHONNON H2POOH OC M PpKa1=0.80H+-OC H2HHO HHO HHONNON H2POOH OC M PpKa1=0.80H+-OC H2HHO HHO HHONNON H2POO HH OC M P+H+(4核苷酸的两性解离和等电点核苷酸的两性解离和等电点4344453.2 核酸的一级结构核酸的一级结构 1核酸分子中核苷酸的连接方式核酸分子中核苷酸的连接方式 3 , 5 磷酸二酯键磷酸二酯键46RNA5-5-磷酸端(常用磷酸端(常用5 5-P-P表示);表示);3-3-羟基端(常用羟基端(常用3 3-OH-OH表示)表示)
10、方向性方向性: :注明它的方向是注明它的方向是5353或是或是3535。多聚核苷酸的表示方式多聚核苷酸的表示方式DNA RNA 5pdApdCpdGpdTOH 3 5pApCpGpUOH 5pACGTGCGT 3 5pACGUAUGU 3 d( pACGTGCGT) pACGUAUGUT553U553 OH OH OH OH 483.3 DNA的二级结构的二级结构 3.3.1 提出提出DNA双螺旋结构模型的根据双螺旋结构模型的根据 (1)x-光衍射分析光衍射分析 49(2)DNA碱基组成的定量分析碱基组成的定量分析 DNA碱基组成有种的特异性,但没有组织、器官特异性。碱基组成有种的特异性,但没
11、有组织、器官特异性。 A=T;G=C;A+G=T+C 20世纪世纪40年代年代chargaff规则规则 50(3)DNA的滴定曲线的滴定曲线513.3.2 DNA双螺旋结构模型的要点双螺旋结构模型的要点1953年年Watson和和Crick提出了提出了DNA双螺旋结构。双螺旋结构。 DNA DNA 双螺旋结构的形成双螺旋结构的形成5 3 5 3 5 3 5 3 磷酸磷酸核糖核糖碱基碱基5354DNA 双螺旋模型主要特征双螺旋模型主要特征1.1. 两条反向平行的多聚核苷酸链沿同一中心轴两条反向平行的多聚核苷酸链沿同一中心轴右旋右旋相互盘绕而形成相互盘绕而形成。2.2. 磷酸和脱氧核糖单位作为不变
12、的骨架组成位于外磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧,糖环平面与中轴平行,作为可变成分的碱基侧,糖环平面与中轴平行,作为可变成分的碱基位于内侧,碱基平面与中轴垂直链间碱基按位于内侧,碱基平面与中轴垂直链间碱基按A AT T,G GC C配对(碱基配对原则,配对(碱基配对原则,ChargaffChargaff定律),定律),形成碱基堆积力。形成碱基堆积力。3.3. 螺旋直径螺旋直径2nm2nm,相邻碱基平面垂直距离,相邻碱基平面垂直距离0.34nm,0.34nm,两两核苷酸夹角为核苷酸夹角为3636,每一圈,每一圈1010个核苷酸,螺距为个核苷酸,螺距为3.4nm3.4nm。55DNA
13、双螺旋模型主要特征双螺旋模型主要特征4.DNA4.DNA分子表面形成大沟和小沟。分子表面形成大沟和小沟。5.5.大多数天然大多数天然DNADNA属双链属双链DNADNA(dsDNAdsDNA),某些病毒),某些病毒为单链为单链DNA(ssDNA)DNA(ssDNA)。6.6.双链双链DNADNA分子主链上的化学键受碱基配对等因素分子主链上的化学键受碱基配对等因素影响旋转受到限制,使影响旋转受到限制,使DNADNA分子比较刚硬,呈比分子比较刚硬,呈比较伸展的结构。较伸展的结构。1.1. 氢键氢键 DNA的双螺旋结构稳定因素的双螺旋结构稳定因素2.2.碱基堆集力碱基堆集力(base-stackin
14、g forces) 3.3.磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和中和4.4.碱基处于疏水环境中碱基处于疏水环境中57DNA DNA 双螺旋结构的意义双螺旋结构的意义 该模型揭示了脱氧核糖核酸作为遗传物质的稳该模型揭示了脱氧核糖核酸作为遗传物质的稳定性特征,最有价值的是确认了碱基配对原则,这定性特征,最有价值的是确认了碱基配对原则,这是脱氧核糖核酸复制、转录和反转录的分子基础,是脱氧核糖核酸复制、转录和反转录的分子基础,亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是出是2020世纪生命科学的重大突破之一,它奠定了生
15、世纪生命科学的重大突破之一,它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。基石。583.3.3 DNA二级结构的其他类型二级结构的其他类型 Watson Crick DNA双螺旋结构(双螺旋结构(B-DNA) 当当DNA钠盐纤维钠盐纤维相对湿度相对湿度和和盐的种类盐的种类改变时,改变时, DNA的构象发生改变。的构象发生改变。 不同不同DNA纤维的空间结构纤维的空间结构 类型类型结晶状态结晶状态ANa盐,相对湿度盐,相对湿度75%时结晶时结晶BNa盐,相对湿度盐,相对湿度92%时结晶时结晶C锂盐,相对湿度锂盐,相对湿度66%时结晶时结晶
16、59Z-DNA 1979年美国年美国ARich等人发现了左旋等人发现了左旋DNA(左手(左手DNA双螺旋结构)双螺旋结构)晶体晶体X-光衍射分析光衍射分析 d(CpGpCpGpCpGp)60三种三种 DNA 双螺旋构象比较双螺旋构象比较A B Z外型外型 粗短粗短 适中适中 细长细长螺旋方向螺旋方向 右手右手 右手右手 左手左手螺旋直径螺旋直径 2.3nm 2.0nm 1.8nm 2.3nm 2.0nm 1.8nm碱基直升碱基直升 0.26nm 0.34nm 0.38nm 0.26nm 0.34nm 0.38nm每圈碱基数每圈碱基数 11 10 12 11 10 12螺距螺距 2.8nm 3.
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