核酸的研究发现史课件.ppt
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- 核酸 研究 发现 课件
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1、9 核酸核酸核酸的研究发现史核酸的研究发现史 18691869年,年,F.MiescherF.Miescher从细胞核中分离得从细胞核中分离得到一种酸性物质,即现在被称为核酸的到一种酸性物质,即现在被称为核酸的物质。物质。磷磷酸酸含磷高含磷高,呈酸性呈酸性 核酸是一类重要的生物大分子,担负着生核酸是一类重要的生物大分子,担负着生命信息的储存与传递。命信息的储存与传递。核酸是现代生物化学、分子生物学的重要核酸是现代生物化学、分子生物学的重要研究领域,是基因工程操作的核心分子。研究领域,是基因工程操作的核心分子。98 98核中(染色体中)核中(染色体中)真核真核 线粒体(线粒体(mDNAmDNA)
2、核外核外 叶绿体(叶绿体(ctDNActDNA)DNA DNA 拟核拟核 原核原核 核外:质粒(核外:质粒(plasmidplasmid)病毒:病毒:DNADNA病毒病毒核酸的种类和分布核酸的种类和分布 核酸分为两大类:核酸分为两大类:脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid Deoxyribonucleic Acid(DNADNA)核糖核酸核糖核酸 Ribonucleic AcidRibonucleic Acid(RNARNA)核酸的分类核酸的分类 脱氧核糖核酸(脱氧核糖核酸(DNA)核糖体核糖体RNA 核糖核酸(核糖核酸(RNA)转运转运RNA 信使信使RNA核
3、酸的生物功能核酸的生物功能 脱氧核糖核酸(脱氧核糖核酸(DNA):遗传信息的载体):遗传信息的载体 核糖体核糖体RNA:蛋白质合成场所:蛋白质合成场所 核糖核酸(核糖核酸(RNA)转运转运RNA:转运氨基酸:转运氨基酸 信使信使RNA:转录遗传信息,:转录遗传信息,指导蛋白质合成指导蛋白质合成 核苷酸由三部分组成:一个弱碱性的含氮化合物(称为碱核苷酸由三部分组成:一个弱碱性的含氮化合物(称为碱基),一个五碳糖(戊糖)和一个磷酸基团。基),一个五碳糖(戊糖)和一个磷酸基团。含氮碱基是嘧啶和嘌呤;戊糖为核糖(含氮碱基是嘧啶和嘌呤;戊糖为核糖(D-呋喃核糖)或脱呋喃核糖)或脱氧核糖(氧核糖(2-脱氧
4、脱氧-D-呋喃核糖)。这两种糖的嘧啶或嘌呤的呋喃核糖)。这两种糖的嘧啶或嘌呤的N-糖糖苷称为核苷。苷称为核苷。含有核糖的核苷酸称为。含有核糖的核苷酸称为核糖核苷酸,而含有脱氧核糖的核苷酸称为脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸,而含有脱氧核糖的核苷酸称为脱氧核糖核苷酸。核苷酸含有两类碱基核苷酸含有两类碱基 在核苷酸中发现的所有碱基或是在核苷酸中发现的所有碱基或是嘧啶的衍生物嘧啶的衍生物,或是,或是嘌呤嘌呤的衍生物的衍生物。两种类型的碱基都是不饱和的,即都含有共轭双键。两种类型的碱基都是不饱和的,即都含有共轭双键。这一特性使得环呈平面,也说明它们具有这一特性使得环呈平面,也说明它们具有吸收紫外光的能力吸收紫
5、外光的能力(max260nm)。)。嘧啶的衍生物嘧啶的衍生物嘌呤的衍生物嘌呤的衍生物 嘌呤碱和嘧嘌呤碱和嘧啶碱分子中啶碱分子中都含有共轭都含有共轭双键体系,双键体系,在紫外区有在紫外区有吸收(吸收(260 260 nmnm左右)。左右)。一些合成的嘌呤和嘧啶具有临床应用价值,它们可以取代某一些合成的嘌呤和嘧啶具有临床应用价值,它们可以取代某些酶活性部位中的天然嘧啶和嘌呤底物。例如些酶活性部位中的天然嘧啶和嘌呤底物。例如5-氟尿嘧啶和氟尿嘧啶和6-巯巯基嘌呤就常用于治疗某些类型的癌症。基嘌呤就常用于治疗某些类型的癌症。5-氟尿嘧啶相应的核苷酸氟尿嘧啶相应的核苷酸类似于胸苷酸,是一种潜在的胸苷酸合
6、成酶的抑制剂,胸苷酸合类似于胸苷酸,是一种潜在的胸苷酸合成酶的抑制剂,胸苷酸合成酶是成酶是DNA合成所必需的酶。合成所必需的酶。每一个杂环碱存在着两种每一个杂环碱存在着两种互变异构形式。互变异构形式。腺嘌呤和胞嘧啶既可以以腺嘌呤和胞嘧啶既可以以氨氨的形式存在也可以以的形式存在也可以以亚亚胺胺的形式存在;的形式存在;鸟嘌呤、胸腺嘧啶和尿嘧鸟嘌呤、胸腺嘧啶和尿嘧啶可以以啶可以以酮式酮式存在,也可存在,也可以以以以醇式醇式存在。存在。9.1.2 核苷核苷 在每一种核苷中,糖都是通过糖的异头碳和嘧啶的在每一种核苷中,糖都是通过糖的异头碳和嘧啶的N-1或嘌呤的或嘌呤的N-9之间之间形成的形成的-N-糖苷
7、键与碱基连接的。核糖中的碳原子的编号都带有糖苷键与碱基连接的。核糖中的碳原子的编号都带有“”以区以区别于碱基中的原子编号。别于碱基中的原子编号。核糖核苷核糖核苷脱氧核糖核苷脱氧核糖核苷 核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷含有核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷含有3个可以被磷酸酯化的个可以被磷酸酯化的羟基羟基(2、3和和5),而脱氧核苷含有,而脱氧核苷含有2个这样的羟基个这样的羟基(3和和5)。通常都是连接在通常都是连接在5-羟基的氧原子上,因此不作特别羟基的氧原子上,因此不作特别指定时,提到一个核苷酸指的都是指定时,提到一个核苷酸指的都是5-磷酸酯。磷酸酯。例如腺苷的例如腺苷的5-单磷酸酯就称之腺苷一磷酸(单
8、磷酸酯就称之腺苷一磷酸(AMP),也),也可简称之腺苷酸。同样,脱氧胞苷的可简称之腺苷酸。同样,脱氧胞苷的5-磷酸酯可以称之脱氧磷酸酯可以称之脱氧胞苷一磷酸(胞苷一磷酸(dCMP),简称之脱氧胞苷酸。胸腺嘧啶的脱氧),简称之脱氧胞苷酸。胸腺嘧啶的脱氧核苷的核苷的5-磷酸酯常称之胸苷酸,但有时为了避免混淆,也称磷酸酯常称之胸苷酸,但有时为了避免混淆,也称之脱氧胸苷酸。之脱氧胸苷酸。下图给出了出现在下图给出了出现在DNA和和RNA中的主要的脱氧核糖核苷中的主要的脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸,它们都是相应酸和核糖核苷酸,它们都是相应核苷的核苷的5 5-磷酸酯磷酸酯。核苷一磷酸可以进一步磷酸化,形成核苷
9、二磷酸和核苷三核苷一磷酸可以进一步磷酸化,形成核苷二磷酸和核苷三磷酸。下图给出了腺苷一磷酸(磷酸。下图给出了腺苷一磷酸(AMP)、腺苷二磷酸()、腺苷二磷酸(ADP)和腺苷三磷酸(和腺苷三磷酸(ATP)的结构。)的结构。ATP在腺苷酸环化酶的作用下可以生成在腺苷酸环化酶的作用下可以生成,同样同样GTP在鸟苷酸环化酶催化下也可生成在鸟苷酸环化酶催化下也可生成3,5-环鸟环鸟苷酸(苷酸(cGMP)。通常把激素称之第一信使,把)。通常把激素称之第一信使,把。交替的戊糖和磷酸基团形成多核苷酸链的共价骨架。连接交替的戊糖和磷酸基团形成多核苷酸链的共价骨架。连接在戊糖单位上的碱基给出了核酸序列上的变化。聚
10、合酶催化细在戊糖单位上的碱基给出了核酸序列上的变化。聚合酶催化细胞中的胞中的RNA和和DNA的合成。的合成。核苷三磷酸核苷三磷酸ATP、GTP、CTP、UTP 是是RNA合成的底物(或称原料),而合成的底物(或称原料),而dATP、dGTP、dCTP和和dTTP是是DNA合成的底物(或称原料),合成的底物(或称原料),。聚合酶通过催化一个核苷酸的聚合酶通过催化一个核苷酸的3-OH与另一个核苷酸的与另一个核苷酸的5-磷酸之间形成磷酸之间形成将核苷单磷酸加到生长的多核苷将核苷单磷酸加到生长的多核苷酸链上,下图给出了酸链上,下图给出了DNA分子的延长反应。分子的延长反应。由核糖核苷酸聚合形成的多核苷
11、酸链是由核糖核苷酸聚合形成的多核苷酸链是核糖核酸核糖核酸(RNA);由脱氧核糖核苷酸聚合的多核苷酸链是由脱氧核糖核苷酸聚合的多核苷酸链是脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)。聚合酶聚合酶 核酸的一级结构是核酸的一级结构是通过通过3,5-磷酸二酯键连磷酸二酯键连接的核苷酸序列。接的核苷酸序列。DNA和和RNA的生物的生物合成都是按照合成都是按照53方向方向进行的,进行的,。右图右图DNA片段可缩写为片段可缩写为pdApdTpdGpdCpdA可以简写为可以简写为 ATGCA 磷酸二磷酸二酯键酯键 1944年年O.T.Avery等人通过实验证明等人通过实验证明DNA是一个携带遗是一个携带遗传信息的分子
12、,几年之后,传信息的分子,几年之后,A.Hershy和和M.Chase通过噬菌通过噬菌体感染实验也证实体感染实验也证实DNA是遗传物质。是遗传物质。肺炎病菌有二种,一种是光滑型肺炎双球菌:有荚膜、肺炎病菌有二种,一种是光滑型肺炎双球菌:有荚膜、菌落光滑且有毒。这种菌通常外包有一层黏性发光的多糖菌落光滑且有毒。这种菌通常外包有一层黏性发光的多糖荚膜,它是细菌致病性的必要成分,引起肺炎;另一种是荚膜,它是细菌致病性的必要成分,引起肺炎;另一种是粗糙型肺炎双球菌:无荚膜、菌落粗糙且无毒。下图给出粗糙型肺炎双球菌:无荚膜、菌落粗糙且无毒。下图给出了了O.T.Avery等人具体的等人具体的过程。过程。(
13、a)将光滑型肺炎双球菌注入小鼠体内,)将光滑型肺炎双球菌注入小鼠体内,使小鼠致死。使小鼠致死。(b)将粗糙型肺炎双球菌注入小鼠体内,)将粗糙型肺炎双球菌注入小鼠体内,对小鼠无害。对小鼠无害。(c)将光滑型肺炎双球菌加热杀死后,)将光滑型肺炎双球菌加热杀死后,再注入小鼠体内,对小鼠无害。再注入小鼠体内,对小鼠无害。(d)将加热杀死的光滑型肺炎双球菌与)将加热杀死的光滑型肺炎双球菌与粗糙型肺炎双球菌一起注入小鼠体内,小粗糙型肺炎双球菌一起注入小鼠体内,小鼠死掉。鼠死掉。(e)从加热杀死的光滑型肺炎双球菌中)从加热杀死的光滑型肺炎双球菌中提取提取DNA,并尽可能将混在,并尽可能将混在DNA中的蛋中的
14、蛋白质除去,然后将白质除去,然后将DNA与粗糙型肺炎双与粗糙型肺炎双球菌混合后,再注入小鼠体内,小鼠死掉。球菌混合后,再注入小鼠体内,小鼠死掉。B.噬菌体感染实验噬菌体感染实验 用用32P标记噬菌体标记噬菌体DNA,使标记的噬菌体感染大肠杆菌,使标记的噬菌体感染大肠杆菌,经短期保温后,噬菌体就附着在细菌上。然后用搅拌器经短期保温后,噬菌体就附着在细菌上。然后用搅拌器(10000转转/分)搅拌几分钟,使噬菌体与大肠杆菌分开,再分)搅拌几分钟,使噬菌体与大肠杆菌分开,再用高速离心机使细菌沉淀,分析沉淀和上清中的放射性。用用高速离心机使细菌沉淀,分析沉淀和上清中的放射性。用35S标记噬菌体的蛋白质外
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