生物化学基础第02章核酸的结构与功能课件.ppt
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- 生物化学 基础 02 核酸 结构 功能 课件
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1、 生物化学基础生物化学基础 电电 子子 课课 件件鄂东职业技术学院医药学系鄂东职业技术学院医药学系湖湖 北北 省省 黄黄 冈冈 卫卫 生生 学学 校校 高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社周剑周剑涛涛第二章第二章 核酸的结构和功能核酸的结构和功能 第二章第二章 核酸的结构和功能核酸的结构和功能n第一节第一节 核酸的化学组成与一级结构核酸的化学组成与一级结构n第二节第二节 DNADNA的空间结构与功能的空间结构与功能 n第三节第三节 RNARNA的结构与功能的结构与功能 n第四节第四节 核酸的主要理化性质核酸的主要理化性质 n第五节第五节 核酸的变性、复性与
2、杂交核酸的变性、复性与杂交核酸(核酸(nucleic acid)种类)种类v核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物信息大分子。信息大分子。v根据分子中戊糖的不同,核酸分为:根据分子中戊糖的不同,核酸分为:脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid,DNA)核糖核酸核糖核酸 (ribonucleic acid,RNA)。核酸的分布与生物学作用核酸的分布与生物学作用n核酸是生命的物质基础。核酸是生命的物质基础。n真核细胞中,约真核细胞中,约98%的的DNA存在于存在于核染色质核染色质中,少量存在中,少量存在线粒体线粒体内。内。DNA携带生物
3、遗传携带生物遗传信息,决定生物的遗传型(信息,决定生物的遗传型(genotype)。)。约约90%的的RNA存在于存在于细胞质细胞质,参与传递,参与传递DNA的遗传信息,决定蛋白质的合成,表达的遗传信息,决定蛋白质的合成,表达各种生命现象。各种生命现象。第一节第一节 核酸的化学组成与一级结构核酸的化学组成与一级结构一、核酸的化学组成一、核酸的化学组成l核酸是多聚核苷酸(核酸是多聚核苷酸(polynucleotide)。核酸的。核酸的降解:降解:核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 磷酸磷酸 核苷核苷 碱基碱基 戊糖戊糖 磷酸磷酸戊糖戊糖 (核糖或脱氧核糖)(核糖或脱氧核糖)碱基碱基
4、(嘌呤碱和嘧啶碱)(嘌呤碱和嘧啶碱)核苷酸核苷酸(碱基(碱基-戊糖戊糖-磷酸)磷酸)核苷核苷 (碱基(碱基-戊糖)戊糖)核酸核酸 (多核苷酸)(多核苷酸)核酸水解产物核酸水解产物核酸分子的戊糖核酸分子的戊糖D-D-核糖核糖RNA D-RNA D-脱氧核糖脱氧核糖DNADNA 核酸分子的碱基核酸分子的碱基核酸分子的主要碱基核酸分子的主要碱基 DNA与与RNA化学化学组成的异同点组成的异同点 组成成分组成成分DNADNARNARNA磷酸磷酸H3PO4H3PO4戊糖戊糖D-2-D-2-脱氧核糖脱氧核糖D-D-核糖核糖碱基碱基 腺嘌呤(腺嘌呤(A A)、鸟嘌呤()、鸟嘌呤(G G)、)、胞嘧啶(胞嘧啶
5、(C C)、)、胸腺嘧啶(胸腺嘧啶(T T)腺嘌呤(腺嘌呤(A A)、鸟嘌呤()、鸟嘌呤(G G)胞嘧啶(胞嘧啶(C C)、)、尿嘧啶(尿嘧啶(U U)二、核苷二、核苷(nucleoside)与核苷酸与核苷酸碱基和核糖形成的糖苷称为碱基和核糖形成的糖苷称为核苷核苷。碱基碱基与脱氧核糖连接成与脱氧核糖连接成脱氧核苷脱氧核苷。糖苷键糖苷键n嘌呤核苷嘌呤核苷含嘌呤环第含嘌呤环第9 9位氮原子(位氮原子(N9N9)与核)与核糖第糖第1 1位碳原子(位碳原子(C1C1)形成的)形成的 N9-C1N9-C1糖糖苷键苷键。n嘧啶核苷嘧啶核苷含嘧啶第含嘧啶第1 1位氮原子(位氮原子(N1N1)与核糖)与核糖第
6、第1 1位碳原子(位碳原子(C1C1)形成的)形成的 N1-C1N1-C1糖苷糖苷键。键。核苷酸核苷酸 核苷的磷酸酯称为核苷的磷酸酯称为核苷酸核苷酸。5-核苷酸核苷酸 核苷酸分子中的磷酸主要连接在核苷酸分子中的磷酸主要连接在C5位上,位上,如:如:5-腺苷酸(腺苷酸(AMP););3-核苷酸核苷酸 核苷酸分子中的磷酸主要连接在核苷酸分子中的磷酸主要连接在C3位上,位上,如:如:3-腺苷酸(腺苷酸(3 AMP););多多磷酸核苷磷酸核苷 如如二磷酸核苷和三磷酸核苷;二磷酸核苷和三磷酸核苷;环环磷酸核苷磷酸核苷 如如3,5-环腺苷酸(环腺苷酸(cAMP)和)和3,5-环鸟苷酸(环鸟苷酸(cGMP)
7、。)。几种形式的腺嘌呤核苷酸几种形式的腺嘌呤核苷酸 核糖核苷酸和脱氧核苷酸核糖核苷酸和脱氧核苷酸n核糖核苷酸核糖核苷酸 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)n脱氧核苷酸脱氧核苷酸 脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸 脱氧鸟苷酸脱氧鸟苷酸 (dAMP)(dGMP)脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸 脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸 (dCMP)(dTMP)RNA与与DNA的基本组成单位的基本组成单位 RNADNA腺苷酸腺苷酸(一磷酸腺苷,(一磷酸腺苷,AMP)脱氧腺苷酸脱氧腺苷酸(一磷酸脱氧腺苷,(一磷酸脱氧腺苷,dAMP)鸟苷酸鸟苷酸(一磷酸鸟苷,(一磷酸鸟苷,GMP)脱氧
8、鸟苷酸脱氧鸟苷酸(一磷酸脱氧鸟苷,(一磷酸脱氧鸟苷,dGMP)胞苷酸胞苷酸(一磷酸胞苷,(一磷酸胞苷,CMP)脱氧胞苷酸脱氧胞苷酸(一磷酸脱氧胞苷,(一磷酸脱氧胞苷,dCMP)尿苷酸尿苷酸(一磷酸尿苷,(一磷酸尿苷,UMP)脱氧胸苷酸脱氧胸苷酸(一磷酸脱氧胸苷,(一磷酸脱氧胸苷,dTMP)三、核酸的一级结构三、核酸的一级结构v核酸的一级结构是指核酸分子中核酸的一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列核苷酸的排列顺序顺序,也称为核苷酸序列或,也称为核苷酸序列或碱基序列碱基序列。v一个核苷酸一个核苷酸C3上的羟基与另一核苷酸上的羟基与另一核苷酸C5上的上的磷酸脱水缩合形成磷酸脱水缩合形成3,5-磷酸二酯
9、键磷酸二酯键。v4 种种脱氧核苷酸脱氧核苷酸按照一定顺序以磷酸二酯键相按照一定顺序以磷酸二酯键相连形成的多聚脱氧核苷酸链称为连形成的多聚脱氧核苷酸链称为DNA。v4 种种核苷酸核苷酸按照一定顺序以磷酸二酯键相连形按照一定顺序以磷酸二酯键相连形成的多聚核苷酸链则称为成的多聚核苷酸链则称为RNA。脱氧核苷酸链片段脱氧核苷酸链片段 核苷酸链方向性核苷酸链方向性脱氧核苷酸或核苷酸的连接具有严格的方向性,脱氧核苷酸或核苷酸的连接具有严格的方向性,由前一个核苷酸的由前一个核苷酸的3-OH与下一个核苷酸的与下一个核苷酸的5-磷酸基之间形成磷酸基之间形成3,5-磷酸二酯键,从而构成磷酸二酯键,从而构成一个没有
10、分支的线性大分子。一个没有分支的线性大分子。核苷酸链两末端分别称为核苷酸链两末端分别称为5末端末端和和3末端。末端。多核苷酸链的书写习惯:多核苷酸链的书写习惯:从从5末端写到末端写到3末端末端(5 3)。第二节第二节 DNA的空间结构与功能的空间结构与功能q核酸的空间结构是指核酸分子中的原子核酸的空间结构是指核酸分子中的原子和基团在空间中的排列。和基团在空间中的排列。qDNADNA的空间结构包括的空间结构包括:二级结构二级结构 三级结构三级结构DNA双双螺旋结构要点螺旋结构要点u两条反向平行的多聚脱氧核苷酸链绕同一中心两条反向平行的多聚脱氧核苷酸链绕同一中心轴,以轴,以右手螺旋右手螺旋方式盘旋
11、成方式盘旋成双螺旋结构双螺旋结构。u双螺旋的平均直径为双螺旋的平均直径为2 nm,相邻碱基之间的,相邻碱基之间的距离为距离为 0.34 nm,两个核苷酸之间的夹角是,两个核苷酸之间的夹角是36。因此,沿中心轴每。因此,沿中心轴每旋转一周有旋转一周有10 个碱个碱基对基对,螺距为,螺距为 3.4 nm。u两条链是互补链。一条链的碱基与另一链的两条链是互补链。一条链的碱基与另一链的碱基通过氢键形成碱基通过氢键形成碱基对碱基对(base pair,bp)。)。A=T G C 这种配对规律称为这种配对规律称为碱基互补规律碱基互补规律。每一碱。每一碱基对中的两个碱基称为基对中的两个碱基称为互补碱基互补碱
12、基,每个,每个DNA分分子的两条链称为子的两条链称为互补链互补链。u碱基对之间的碱基对之间的氢键氢键和碱基平面之间的和碱基平面之间的碱基堆碱基堆积力积力是维系是维系DNA双螺旋结构的稳定。双螺旋结构的稳定。二、二、DNA的超螺旋结构的超螺旋结构nDNA双螺旋结构在细胞内进一步旋转折叠,在蛋双螺旋结构在细胞内进一步旋转折叠,在蛋白质参与下组装成致密结构白质参与下组装成致密结构超螺旋结构。超螺旋结构。n真核细胞染色质真核细胞染色质:DNA双螺旋双螺旋 核小体核小体 串珠状染色质细串珠状染色质细丝丝 线圈状螺旋管线圈状螺旋管(染色质染色质纤维纤维)染色单体。染色单体。核小体核小体核小体由核小体核心和
13、连接区两部分组成核小体由核小体核心和连接区两部分组成:核小体核心核小体核心由组蛋白由组蛋白 H2A、H2B、H3、H4 各两分子组成的八聚体,各两分子组成的八聚体,DNA双螺旋链双螺旋链 缠绕在这一核心上形成缠绕在这一核心上形成核小体核心颗粒核小体核心颗粒。核小体连接区核小体连接区是由组蛋白是由组蛋白H1和大约和大约20 80 bp DNA链相连接构成。链相连接构成。由核小体核心和连接区构成的核小体彼此相由核小体核心和连接区构成的核小体彼此相连形成连形成串珠状染色质细丝串珠状染色质细丝。核小体结构示意图核小体结构示意图 三、三、DNA的功能的功能qDNA是是携带遗传信息、复制和转录的模板。携带
14、遗传信息、复制和转录的模板。q基因基因(gene)是指)是指DNA分子中的特定区段,分子中的特定区段,是遗传物质的结构和功能单位。是遗传物质的结构和功能单位。q基因组基因组(genome)代表一个生物体内全部基)代表一个生物体内全部基因和染色体组成。包含所有编码因和染色体组成。包含所有编码RNA和蛋白和蛋白质的序列以及所有的非编码序列。质的序列以及所有的非编码序列。DNA经过复制经过复制 将遗传信息传递给子代,将遗传信息传递给子代,在体内通过转录和翻译,在体内通过转录和翻译,有序合成各种有序合成各种RNA和蛋白质。和蛋白质。真核细胞基因组的结构特点真核细胞基因组的结构特点v基因有大量基因有大量
15、重复顺序重复顺序,如人,如人DNA中重复顺中重复顺序至少占序至少占20%30%;v基因基因转录产物为单顺反子转录产物为单顺反子mRNA,即一个结,即一个结构基因转录一个构基因转录一个mRNA分子,翻译成一条多分子,翻译成一条多肽链;肽链;v基因是不连续的基因是不连续的,即基因编码序列,即基因编码序列(外显子,(外显子,exon)被非编码序列被非编码序列(内含子,(内含子,intron)分分隔。例如,卵清蛋白基因有隔。例如,卵清蛋白基因有7个内含子,细个内含子,细胞色素胞色素b基因有基因有4个内含子。个内含子。DNADNA 内含子(内含子(intron)外显子(外显子(exon)真核生物断裂基因
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