生物化学课件—核酸DNA的结构RNA的结构与功能.ppt
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- 生物化学 课件 核酸 DNA 结构 RNA 功能
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1、目录上一页下一页退出(一)核酸的一级结构(一)核酸的一级结构核酸分子的基本构成单位是核苷酸,核酸分核酸分子的基本构成单位是核苷酸,核酸分子是核苷酸的多聚体,是无分支的直线形或子是核苷酸的多聚体,是无分支的直线形或环形多核苷酸长链。(与蛋白质进行比较)环形多核苷酸长链。(与蛋白质进行比较)定义:核酸的一级结构指组成核酸的各核苷定义:核酸的一级结构指组成核酸的各核苷酸之间连接键的性质及各核苷酸残基沿多核酸之间连接键的性质及各核苷酸残基沿多核苷酸链排列的顺序。苷酸链排列的顺序。DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于子形式。生物界物种
2、的多样性即寓于DNA分分子中四种脱氧核苷酸千变万化的不同排列组子中四种脱氧核苷酸千变万化的不同排列组合之中。合之中。目录上一页下一页退出DNADNA的碱基组成(的碱基组成(ChargaffChargaff定则):定则):(1 1)在所有的)在所有的DNADNA中,中,A=TA=T,G=C G=C 即即A+G=T+CA+G=T+C (2 2)DNADNA的碱基组成具有种的特异性,的碱基组成具有种的特异性,即不同生物物种的即不同生物物种的DNADNA具有自己独具有自己独特的碱基组成,但没有组织和器官特的碱基组成,但没有组织和器官的特异性。的特异性。目录上一页下一页退出1 1、核苷酸的连接方式、核苷
3、酸的连接方式n许多单核苷酸通过许多单核苷酸通过33、5-5-磷酸二酯键就连成磷酸二酯键就连成了多核苷酸链,核苷了多核苷酸链,核苷酸的戊糖和磷酸通过酸的戊糖和磷酸通过33、5-5-二酯键构成了二酯键构成了多 核 苷 酸 链 的 主 链多 核 苷 酸 链 的 主 链(结构骨架),并在(结构骨架),并在主链上不断重复。多主链上不断重复。多核苷酸的碱基作为侧核苷酸的碱基作为侧链从主链向外伸出。链从主链向外伸出。目录上一页下一页退出1 1、核苷酸的连接方式、核苷酸的连接方式n核酸分子非常象一串念珠,每个念珠叫核苷酸,核酸分子非常象一串念珠,每个念珠叫核苷酸,由三个小分子组成:一个糖分子,一个磷酸分由三个
4、小分子组成:一个糖分子,一个磷酸分子,一个碱基分子。在碱基上,更正确地说,子,一个碱基分子。在碱基上,更正确地说,在碱基的序列上,携带着信息,复制的秘诀就在碱基的序列上,携带着信息,复制的秘诀就在于此。在于此。n 核酸分子或一段多核苷酸链都有核酸分子或一段多核苷酸链都有两个末端。两个末端。3-3-羟基不再参与构成磷酸二酯键的一端叫羟基不再参与构成磷酸二酯键的一端叫3-3-末端,末端,C5-C5-磷酸基不再参与构成磷酸二酯键的磷酸基不再参与构成磷酸二酯键的一端叫一端叫5-5-末端。末端。目录上一页下一页退出2.DNA2.DNA一级结构的表示方法一级结构的表示方法(1 1)结构式表示法:)结构式表
5、示法:(2 2)线条式表示法:)线条式表示法:(3 3)字母式表示法:)字母式表示法:书与文献中书与文献中目录上一页下一页退出2.DNA2.DNA一级结构的表示方法一级结构的表示方法 注意:碱基顺序是从注意:碱基顺序是从5 35 3,代表,代表特定的化合物,不允许颠倒,各简化特定的化合物,不允许颠倒,各简化式的书写或读,从左到右应与碱基的式的书写或读,从左到右应与碱基的从从5 35 3的顺序一致。的顺序一致。目录上一页下一页退出nDNADNA测序的生物学意义测序的生物学意义 DNADNA是遗传信息的储存者和发布者,遗传信是遗传信息的储存者和发布者,遗传信息是由碱基序列体现的,碱基序列略有改变,
6、息是由碱基序列体现的,碱基序列略有改变,即可引起遗传信息的显著改变。所以即可引起遗传信息的显著改变。所以DNADNA测测序是研究序是研究DNADNA功能的基础,非常重要。功能的基础,非常重要。nDNADNA测序的实验方法测序的实验方法(2020世纪世纪7070年代三大进年代三大进展促进了展促进了DNADNA的测序工作的测序工作限制性核酸内限制性核酸内切酶的发现;改进多核苷酸片段的电泳分离切酶的发现;改进多核苷酸片段的电泳分离法;法;DNADNA的克隆技术的克隆技术)酶法和酶法和化学法化学法(SangerSanger和和GilbertGilbert法)法)3.3.核酸一级结构的研究方法:核酸一级
7、结构的研究方法:目录上一页下一页退出1 1、DNADNA的空间结构的空间结构DNADNA的空间结构:指的空间结构:指DNADNA多核苷酸链内或链多核苷酸链内或链与链之间通过氢键折叠卷曲而成的构象。与链之间通过氢键折叠卷曲而成的构象。包括二级结构与三级结构。包括二级结构与三级结构。目录上一页下一页退出1 1、DNADNA的二级结构的二级结构DNADNA的二级结构指的二级结构指DNADNA的双螺旋结构。的双螺旋结构。目录上一页下一页退出1 1、DNADNA的二级结构的二级结构(1 1)、关于)、关于DNADNA结构的发现结构的发现n 19531953年,年,J.WatsonJ.Watson和和F.
8、Crick F.Crick 在前人研究工作的基础上,根据在前人研究工作的基础上,根据DNADNA纤维和纤维和DNADNA结晶的结晶的X-X-衍射图谱衍射图谱分析及分析及DNADNA碱基组成的定量分析以碱基组成的定量分析以及及DNADNA中碱基的物化数据测定,提中碱基的物化数据测定,提出了著名的出了著名的DNADNA双螺旋结构模型,双螺旋结构模型,并对模型的生物学意义作出了科并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。学的解释和预测。n由于这一科学成果,沃森、克里克和威尔金斯共同获得由于这一科学成果,沃森、克里克和威尔金斯共同获得1962年度诺贝尔医学和生理学奖。年度诺贝尔医学和生理学奖。195
9、3年沃森年沃森25岁,克里岁,克里克克37岁。沃森和克里克岁。沃森和克里克1953年提出的年提出的DNA分子结构模可以分子结构模可以与达尔文的进化论、孟德尔的遗传定律相媲美,为探讨遗传与达尔文的进化论、孟德尔的遗传定律相媲美,为探讨遗传学的化学基础开辟了一个新纪元,引起了生物学的一场伟大学的化学基础开辟了一个新纪元,引起了生物学的一场伟大革命。革命。目录上一页下一页退出(2 2)DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点1 1、DNADNA的二级结构的二级结构DNADNA分子由两条多聚分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链脱氧核糖核苷酸链(简称简称DNADNA单链单链)组成。组成。两条链沿着同一根轴
10、两条链沿着同一根轴平行盘绕,形成右手平行盘绕,形成右手双螺旋结构。螺旋中双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反,的两条链方向相反,即其中一条链的方向即其中一条链的方向为为5353,而另一,而另一条 链 的 方 向 为条 链 的 方 向 为3535,螺旋结构,螺旋结构上有大沟和小沟。上有大沟和小沟。目录上一页下一页退出嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧,磷酸和脱氧核旋的内侧,磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧,彼此糖基位于螺旋外侧,彼此以以3-5 3-5 磷酸二酯键连磷酸二酯键连接,形成接,形成DNADNA分子的骨架分子的骨架。碱基环平面与螺旋轴垂直,碱基环平面与螺旋轴垂直,糖基环平面与
11、碱基环平面糖基环平面与碱基环平面成成9090角。角。(2 2).DNADNA双螺旋双螺旋结构的要点结构的要点各个碱基对之间保持相等的距离,各个碱基对之间保持相等的距离,并以平行钻台互相重叠,重叠的碱并以平行钻台互相重叠,重叠的碱基对之间由于纵向的范德华力(碱基对之间由于纵向的范德华力(碱基堆积力)使螺旋更加稳定。基堆积力)使螺旋更加稳定。目录上一页下一页退出螺旋横截面的螺旋横截面的直径约为直径约为2 2 nmnm,每条链相邻两每条链相邻两个碱基平面之个碱基平面之间的距离为间的距离为0.34 0.34 nmnm,每每1010个核苷酸形个核苷酸形成一个螺旋,成一个螺旋,其螺矩(即螺其螺矩(即螺旋旋
12、转一圈)旋旋转一圈)高度为高度为3.4 3.4 nmnm。2.2.DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点目录上一页下一页退出2.2.DNADNA双螺旋结构双螺旋结构的要点的要点双螺旋内部的碱基按规双螺旋内部的碱基按规则配对则配对,碱基的相互结,碱基的相互结合具有严格的配对规律,合具有严格的配对规律,即腺嘌呤(即腺嘌呤(A A)与胸腺与胸腺嘧啶(嘧啶(T T)结合,鸟嘌结合,鸟嘌呤(呤(G G)与胞嘧啶(与胞嘧啶(C C)结合,这种配对关系,结合,这种配对关系,称为称为碱基互补碱基互补。A A和和T T之之间形成两个氢键,间形成两个氢键,G G与与C C之间形成三个氢键。之间形成三个氢键。
13、双螺旋的两条链是互补双螺旋的两条链是互补关系。关系。目录上一页下一页退出DNA的双螺旋结构的形成的双螺旋结构的形成53535353磷酸磷酸核糖核糖碱基碱基T-A碱基对碱基对C-G碱基对碱基对目录上一页下一页退出DNADNA双螺旋结构提出的生物学意义双螺旋结构提出的生物学意义n第一次阐述了遗传信息的储存方式及第一次阐述了遗传信息的储存方式及DNADNA复制的机理,以准确的语言回答了复制的机理,以准确的语言回答了DNADNA是是如何成为遗传物质的。大大推动了分子生如何成为遗传物质的。大大推动了分子生物学和分子遗传学的发展,被誉为物学和分子遗传学的发展,被誉为2020世纪世纪最伟大的发现之一。最伟大
14、的发现之一。目录上一页下一页退出(3 3)DNADNA双螺旋的稳定因素双螺旋的稳定因素nDNADNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。n维持这种稳定性的主要因素包括:两条维持这种稳定性的主要因素包括:两条DNADNA链链之间碱基配对形成的之间碱基配对形成的氢键和碱基堆积力氢键和碱基堆积力;n另外,存在于另外,存在于DNADNA分子中的一些弱键在维持双分子中的一些弱键在维持双螺旋结构的稳定性上也起一定的作用。即磷酸螺旋结构的稳定性上也起一定的作用。即磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子间形成的离基团上的负电荷与介质中的阳离子间形成的离子键及范德华力。子键及范德华力
15、。n改变介质条件和环境温度,将影响双螺旋的稳改变介质条件和环境温度,将影响双螺旋的稳定性。定性。目录上一页下一页退出(4 4)DNADNA双螺旋结构的几种构象双螺旋结构的几种构象n几种几种DNA螺旋结构的参数螺旋结构的参数类类 型型 碱基倾角碱基倾角 碱基间距碱基间距(nm)每圈碱基数每圈碱基数 螺螺 距距(nm)螺旋直径螺旋直径(nm)B-DNA Z-DNA 0-1 19-20 9 0.34 0.23 0.37 10 11 123.32-3.4 2.46-2.53 4.56 2.0-2.37 2.55 1.8-1.84C-DNAD-DNAtsDNA A-DNAA-DNAB-DNA:在相对湿度
16、为在相对湿度为92%92%时的时的DNADNA钠盐。接近钠盐。接近DNADNA在细胞中的构象。在细胞中的构象。A-DNA:在相对湿度为在相对湿度为75%75%以下时的以下时的DNADNA纤维。纤维。Z-DNAZ-DNA:左手螺旋(左手螺旋(A.RichA.Rich的工作)的工作).tsts-DNA-DNA:三股螺旋三股螺旋(在分子内或分子间在分子内或分子间形成形成,分子内形成时需要低分子内形成时需要低 pHpH下胞嘧啶质子化下胞嘧啶质子化,故称故称H-DNA)H-DNA)目录上一页下一页退出Z-DNAZ-DNAB-DNAB-DNAP P原子走向原子走向锯齿形、左手螺旋锯齿形、左手螺旋平滑、右手
17、螺平滑、右手螺旋旋每圈碱基数每圈碱基数12121010碱基对平面间碱基对平面间距离距离0.37nm0.37nm0.34nm0.34nm直径直径1.8nm1.8nm2nm2nm碱基对平面倾碱基对平面倾角角20200 00 00 0形态形态中心轴不穿过碱基对平面中心轴不穿过碱基对平面穿过穿过碱基对在螺旋外侧碱基对在螺旋外侧靠近中心靠近中心只有一条小沟只有一条小沟一大沟、一小一大沟、一小沟沟G G上的上的C C8 8、N N7 7外露、易外露、易受攻击受攻击否否目录上一页下一页退出目录上一页下一页退出(三)(三)DNADNA的三级结构的三级结构定义定义:DNADNA的三级结构指的三级结构指DNADN
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