核酸化学医学宣教课件.ppt
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- 核酸 化学 医学 宣教 课件
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1、资料仅供参考,不当之处,请联系改正。1869年瑞士科学家年瑞士科学家Miescher从外科绷带上的脓从外科绷带上的脓细胞中分离出了称为细胞中分离出了称为“核素核素”的有机物,被证明是的有机物,被证明是脱氧核糖核蛋白。脱氧核糖核蛋白。1944年美国科学家年美国科学家Avery在离体条在离体条件下完成了肺炎球菌的转化实验,证明件下完成了肺炎球菌的转化实验,证明DNA是遗传是遗传的物质基础。的物质基础。20世纪世纪50年代,前苏联科学家年代,前苏联科学家Chargaff发现发现DNA碱基配对规律:碱基配对规律:A=T,G=C;A+G=T+C。1953年年Watson和和Crick提出了提出了DNA的
2、双的双螺旋结构模型。螺旋结构模型。1960年年Crick提出了中心法则。有关提出了中心法则。有关核酸研究领域方面,有人核酸研究领域方面,有人30多人次荣获诺贝尔奖。多人次荣获诺贝尔奖。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。核酸分为脱氧核糖核酸核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸和核糖核酸(RNA)。DNA主要集中在细胞核内主要集中在细胞核内,线粒体、叶绿线粒体、叶绿体、质体中也含有体、质体中也含有 DNA。RNA主要分布在细胞质主要分布在细胞质中,核内含有部分中,核内含有部分RNA的前体。的前体。RNA主要分为主要分为:rRNA(80%),tRNA(15%),mRNA(5%)。DNA是主要的
3、遗传物质,在生物体内具有自是主要的遗传物质,在生物体内具有自体和异体催化功能,即自我复制和指导蛋白质的体和异体催化功能,即自我复制和指导蛋白质的生物合成。生物合成。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。DNARNA嘌呤碱嘌呤碱腺嘌呤腺嘌呤(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)腺嘌呤腺嘌呤(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)嘧啶碱嘧啶碱胞嘧啶胞嘧啶(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)胞嘧啶胞嘧啶(C)尿嘧啶尿嘧啶(U)戊糖戊糖D-2-脱氧核糖脱氧核糖D-核糖核糖 酸酸磷酸磷酸磷酸磷酸两种核酸的基本化学组成两种核酸的基本化学组成资料仅供参考,不当之处,请联系改正。HNNNNHNNHHNNNNHOH2NNNNHNNH2NHHNOOHN
4、NHOOCH3NNHONH2嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶资料仅供参考,不当之处,请联系改正。OHHOOHOHHHHHHOCH2OOHOHHHHHHOCH2D-核糖D-2-脱氧核糖资料仅供参考,不当之处,请联系改正。1 核苷酸核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸H2O3POCH2OHHOHHOHHNNNNOHH2NH2O3POCH2OHHOHHOHHNNNH2NN鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸资料仅供参考,不当之处,请联系改正。核苷酸由核苷中的戊糖核苷酸由核苷中的戊糖C5原子或原子或C3原子上的羟基与原子上的羟基与磷酸连接而成。有核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两类。磷酸连接而成。有核糖核苷酸和脱氧核
5、糖核苷酸两类。H2O3POCH2OHHOHHOHHNNNH2HOH2O3POCH2OHHOHHOHHNNOHHO胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸资料仅供参考,不当之处,请联系改正。ATP 是产能与耗能过程的中间媒介。是产能与耗能过程的中间媒介。UTP 参与参与单糖的相互置换和多糖的合成。单糖的相互置换和多糖的合成。CTP参与磷脂合成。参与磷脂合成。GTP参与蛋白质合成。参与蛋白质合成。ATP ADP+30.5 kJ/molOCH2OHHOHHOHHNNNH2NNHOOHPOPOPOOHOHOOATP资料仅供参考,不当之处,请联系改正。cAMP(3,5-环腺嘌呤核苷一磷酸环腺嘌呤
6、核苷一磷酸)和和cGMP(3,5-环鸟嘌呤核苷一磷酸环鸟嘌呤核苷一磷酸)的主要功能是作为细胞之间的主要功能是作为细胞之间 传递信息的信使。传递信息的信使。cAMP和和cGMP的环的环状磷酯键是一个高能键。状磷酯键是一个高能键。在在pH7.4条件下条件下,cAMP 和和cGMP的水解能约为的水解能约为43.9kj/mol,比比ATP水解水解能高得多。能高得多。OHPOONNNH2NNCH2OHHHOHHOcAMP资料仅供参考,不当之处,请联系改正。RNA有三类,各具不同的生物学功能。有三类,各具不同的生物学功能。RNA分分子的基本结构是一条线性的多核苷酸链,由四种核子的基本结构是一条线性的多核苷
7、酸链,由四种核糖核苷酸以糖核苷酸以3,5-磷酸二酯键连接而成。磷酸二酯键连接而成。RNA分子分子中的核苷酸数目比中的核苷酸数目比DNA少得多。少得多。mRNA以以DNA为模板转录产生的,本身又是合为模板转录产生的,本身又是合成蛋白质的模板,将遗传信息从成蛋白质的模板,将遗传信息从DNA传递给蛋白质。传递给蛋白质。其平均长度为其平均长度为10001500个核苷酸,一级结构包括个核苷酸,一级结构包括RNA链上核苷酸顺序及各个功能部位的排列顺序。链上核苷酸顺序及各个功能部位的排列顺序。1 RNA的一级结构的一级结构资料仅供参考,不当之处,请联系改正。原核原核mRNA一般为多顺反子,一条一般为多顺反子
8、,一条mRNA链含有链含有指导合成几种蛋白质分子的信息,能作为翻译出几种指导合成几种蛋白质分子的信息,能作为翻译出几种蛋白质的模板。在原核蛋白质的模板。在原核mRNA分子的两端均无特殊的分子的两端均无特殊的结构,在分子内部,一个顺反子的编码区是从起始密结构,在分子内部,一个顺反子的编码区是从起始密码码AUG开始,到终止密码开始,到终止密码UAG为止。各个顺反子的为止。各个顺反子的编码区段之间均含有一段非编码区。在每个顺反子编编码区段之间均含有一段非编码区。在每个顺反子编码区码区AUG前有段多嘌呤区,称为前有段多嘌呤区,称为SD序列,在蛋白质序列,在蛋白质合成时与核糖体结合,起到在核糖体上定位的
9、作用。合成时与核糖体结合,起到在核糖体上定位的作用。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。真核真核mRNA为单顺反子,结构模式为为单顺反子,结构模式为5-帽子帽子-5 非编码区非编码区-编码区编码区-3 非编码区非编码区-多聚多聚A(polyA)。帽子的结构简式为帽子的结构简式为m7GpppNmpNmpNp-。在帽子。在帽子结构中,结构中,m7G与与mRNA链形成链形成5,5-磷酸二酯键磷酸二酯键的反式连接,使的反式连接,使mRNA的的5 末端没有游离的磷酸末端没有游离的磷酸基基,而只有而只有2-OH和和3-OH,这种这种RNA的的5 端能对端能对核酸外切酶的降解表现出抗性。核酸外切酶的降解表现
10、出抗性。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。CH3OH2NHNNNNHHOCH2OHOHHHOOHPOOOOOHPOOHPOHNNNNNH2CH2OCH3OHHHHCH2OCH3HHHNNNNNH2OOOOHPOOOHPOO存在于所有的帽子中存在于所有的帽子中存在于帽子存在于帽子1中中存在于帽子存在于帽子2中中资料仅供参考,不当之处,请联系改正。帽子结构还可能具有协助核糖体与帽子结构还可能具有协助核糖体与mRNA结结合,促使核糖体在起始密码合,促使核糖体在起始密码AUG处正确起始翻处正确起始翻译的作用。译的作用。大多数真核大多数真核mRNA的的3 末端具有多聚腺苷酸末端具有多聚腺苷酸结构,称结
11、构,称PolyA尾。尾。PolyA的长度为的长度为20 200个腺个腺苷酸。其作用是延长苷酸。其作用是延长mRNA的寿命,有助于的寿命,有助于mRNA穿过核膜,进入细胞质执行其模板功能。穿过核膜,进入细胞质执行其模板功能。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。1)tRNA的二级结构的二级结构 RNA的二级结构是指的二级结构是指RNA分子自身回折,链分子自身回折,链内的互补碱基配对形成的局部双螺旋区与非配对内的互补碱基配对形成的局部双螺旋区与非配对顺序的突环相间分布的花形结构。每个局部双螺顺序的突环相间分布的花形结构。每个局部双螺旋区至少有旋区至少有46对碱基才能保持稳定。对碱基才能保持稳定。RN
12、A分子分子中的双螺旋构象与中的双螺旋构象与A型型DNA相类似,一般双螺旋相类似,一般双螺旋区约占分子碱基数量的区约占分子碱基数量的40%70%。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。反密码环反密码环 环上含有三联体反密码子。由环上含有三联体反密码子。由79个个核苷酸组成,在蛋白质合成时,其反密码子是核苷酸组成,在蛋白质合成时,其反密码子是tRNA识别识别mRNA上密码子的功能部位。上密码子的功能部位。tRNA一般由一般由7090个核苷酸组成,多种个核苷酸组成,多种tRNA的一级结构碱基顺序和二级结构被测定。的一级结构碱基顺序和二级结构被测定。tRNA的的二级结
13、构均呈三叶草形,三个双螺旋区成为三叶草二级结构均呈三叶草形,三个双螺旋区成为三叶草的三个叶柄,三个突环形成三个小叶。的三个叶柄,三个突环形成三个小叶。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环 环上含有稀有碱基二氢尿嘧啶,环上含有稀有碱基二氢尿嘧啶,又称又称 D 环,由环,由8 12个核苷酸组成。个核苷酸组成。Ty yC环环 环上含有稀有碱基环上含有稀有碱基T和和y y(假尿嘧啶假尿嘧啶),由由7个核苷酸组成。个核苷酸组成。氨基酸臂氨基酸臂 由由7对碱基组成对碱基组成,其其3 末端为末端为CCAOH,为氨基酸结合部位。,为氨基酸结合部位。额外环额外环 由由318个核苷酸组成。
14、不同的个核苷酸组成。不同的tRNA具有不同的碱基数,故又称为额外环。具有不同的碱基数,故又称为额外环。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。3 RNA的三级结构的三级结构 RNA的二级花型结构的二级花型结构进一步回折扭曲,使分子进一步回折扭曲,使分子内部自由能最小。在二级内部自由能最小。在二级结构中突环上未配对的碱结构中突环上未配对的碱基,由于基,由于RNA链的扭曲而链的扭曲而与另一环上的碱基形成新与另一环上的碱基形成新的氢键配对关系,形成立的氢键配对关系,形成立体花型结构。体花型结构。tRNA的三的三级结构为一个倒级结构为一个倒L型。型。L型的一端为型的一端为3-CCA末端,另一端是反密码环,
15、末端,另一端是反密码环,D环和环和Ty yC环会合,构成环会合,构成L形的拐角。形的拐角。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。核酸的一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列核酸的一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺序顺序(碱基顺序碱基顺序),以及核苷酸之间的连接方式。,以及核苷酸之间的连接方式。DNA分子的多核苷酸链是以数量不等的四种脱氧核苷酸分子的多核苷酸链是以数量不等的四种脱氧核苷酸通过通过3-5 磷酸二酯键连接起来的。磷酸二酯键连接起来的。DNA主链骨架是主链骨架是磷酸和脱氧核糖相间排列成的长链,碱基挂在戊糖磷酸和脱氧核糖相间排列成的长链,碱基挂在戊糖的另一侧。的另一侧。DNA分子有两个游离末
16、端:脱氧核糖分子有两个游离末端:脱氧核糖5-OH末端末端(称称5-末端末端)和脱氧核糖和脱氧核糖3-OH末端末端(称称3-末末端端)。一级结构的书写方向为。一级结构的书写方向为5 末端末端3 末端。末端。1 DNA的一级结构的一级结构资料仅供参考,不当之处,请联系改正。不同的不同的DNA分子具有不同的一级分子具有不同的一级结构,即脱氧核苷酸数目不同,四种结构,即脱氧核苷酸数目不同,四种碱基的比例不同,排列顺序也不同。碱基的比例不同,排列顺序也不同。DNA分子中的核苷酸排列顺序是生物分子中的核苷酸排列顺序是生物遗传信息的贮藏和表现形式,决定生遗传信息的贮藏和表现形式,决定生物遗传性状的多样性和复
17、杂性。物遗传性状的多样性和复杂性。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。1953年,年,Watson和和Crick在前人研究工作的基础在前人研究工作的基础上,根据上,根据DNA结晶的结晶的X-衍射图谱和分子模型,提出衍射图谱和分子模型,提出了著名的了著名的DNA双螺旋结构模型,并对模型的生物学双螺旋结构模型,并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。意义作出了科学的解释和预测。1)DNA双螺旋结构的特点:双螺旋结构的特点:DNA分子由两条分子由两条DNA单链组成。单链组成。DNA的双螺旋结构是分子中两条的双螺旋结构是分子中两条DNA单链之间基单链之间基 团相互识别和作用的结果。团相互识别和作用
18、的结果。双螺旋结构是双螺旋结构是DNA二级结构的最基本形式。二级结构的最基本形式。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。DNA分子由两条多聚脱氧核分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链糖核苷酸链(简称简称DNA单链单链)组成。两组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕,形成条链沿着同一根轴平行盘绕,形成右手双螺旋结构。其中两条链方向右手双螺旋结构。其中两条链方向相反,即一条链的方向为相反,即一条链的方向为5-3,而,而另一条链的方向为另一条链的方向为3-5。含氮碱基位于螺旋的内侧,含氮碱基位于螺旋的内侧,磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直,糖基环碱基环平面与螺旋轴
19、垂直,糖基环平面与碱基环平面成平面与碱基环平面成90角。角。2)DNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点资料仅供参考,不当之处,请联系改正。螺旋横截面的直径约为螺旋横截面的直径约为2 nm,每条链相邻两,每条链相邻两个碱基平面之间的距离为个碱基平面之间的距离为0.34 nm,每,每10个核苷酸形个核苷酸形成一个螺旋,其螺距高度为成一个螺旋,其螺距高度为3.4 nm。两条两条DNA链相互结合以及形成双螺旋的力是链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有链间的碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有严格的配对规律,即腺嘌呤严格的配对规律,即腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶与胸腺嘧
20、啶(T)结合,结合,鸟嘌呤鸟嘌呤(G)与胞嘧啶与胞嘧啶(C)结合,这种配对关系,称为碱结合,这种配对关系,称为碱基互补。基互补。A和和T之间形成两个氢键之间形成两个氢键(A=T),G与与C之间之间形成三个氢键形成三个氢键(CG)。在在DNA分子中,嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基分子中,嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等的总数相等(A+G=C+T)。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。DNA三级结构是双螺旋三级结构是双螺旋DNA的扭曲或再螺旋。的扭曲或再螺旋。一个环形双螺旋一个环形双螺旋DNA分子,如果通过细胞内旋转酶分子,如果通过细胞内旋转酶的作用,或体外的作用,
21、或体外EB染料作用,即可在环形分子的内染料作用,即可在环形分子的内部引进张力。这种新产生的张力不能释放到分子外部引进张力。这种新产生的张力不能释放到分子外部,只能在部,只能在DNA分子内部促使原子的位置重排,造分子内部促使原子的位置重排,造成双螺旋的再螺旋成双螺旋的再螺旋(称超螺旋称超螺旋)。如引进张力的方向与。如引进张力的方向与原先右手螺旋的方向相同,则超螺旋的螺旋方向是原先右手螺旋的方向相同,则超螺旋的螺旋方向是左手螺旋,称正超螺旋。如引进张力的方向与原先左手螺旋,称正超螺旋。如引进张力的方向与原先右手螺旋的方向相反,则超螺旋的螺旋方向是右手右手螺旋的方向相反,则超螺旋的螺旋方向是右手螺旋
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