第章核酸的结构与功能课件.ppt

1、第二章第二章核酸的结构与功能核酸的结构与功能Structure and Function of Nucleic Acidn核核 酸酸(nucleic acid)(nucleic acid)是以核苷酸为基本组成单位的生物大是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。分子，携带和传递遗传信息。n核酸的分类及分布核酸的分类及分布存在存在于于细胞核细胞核和和线粒体线粒体 分布于分布于细胞核细胞核、细胞质细胞质、线粒体线粒体(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，并通过复制传递

2、给下一携带遗传信息，并通过复制传递给下一代代是是DNADNA转录的产物，参与遗传信息的转录的产物，参与遗传信息的复制与表达。某些病毒复制与表达。某些病毒RNARNA也可作为遗也可作为遗传信息的载体传信息的载体第一节第一节核酸的化学组成及其一级结构核酸的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid核酸核酸(DNA和和RNA)核苷酸核苷酸核苷和脱氧核苷核苷和脱氧核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖n核酸组成核酸组成 n分子组成分子组成碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：

3、嘌呤碱，嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位碱基碱基(base)(base)是含氮的杂环化合物是含氮的杂环化合物碱基碱基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶存在于存在于DNA和和RNA中中仅存在于仅存在于RNA中中仅存在于仅存在于DNA中中n碱基碱基核苷或脱氧核苷与磷酸通过核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键酯键结合构成结合构成核苷酸核苷酸(ribonucleotide)或或脱氧核苷酸脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)

4、。n核苷酸核苷酸(ribonucleotide)NNNN9NH2OO HO HHHHCH2H1 2OPO-HOO糖苷键糖苷键酯键酯键n多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸环化核苷酸：环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信号转导中的第二信使。是细胞信号转导中的第二信使。NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPn核苷酸衍生物核苷酸衍生物二、二、DNADNA是脱氧核苷酸通过是脱氧核苷酸通过3,5-3,5-磷磷酸二酯键连接形成的大分子酸二酯键连接形成的大分子一个脱氧核苷酸一个脱氧核苷酸3 3 的的羟基羟基与另一个核苷酸与另一个核苷酸5 5 的的-磷酸磷酸基团缩合形成基团缩合形成磷酸二酯键磷酸二酯键(pho

5、sphodiester bond)。多个脱氧核苷酸通过多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键磷酸二酯键构成了具有构成了具有方方向 性向 性 的 线 性 分 子，称 为的 线 性 分 子，称 为 多 聚 脱 氧 核 苷 酸多 聚 脱 氧 核 苷 酸(polydeoxynucleotide)，即即DNA链链。三、三、RNARNA是具有是具有3,5-3,5-磷酸二酯磷酸二酯键的线性大分子键的线性大分子 RNA也是多个核苷酸分子通过酯化反应形成的线也是多个核苷酸分子通过酯化反应形成的线性大分子，并且具有方向性；性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。的嘧啶是胞嘧

6、啶和尿嘧啶。n定义定义核酸中核苷酸的排列顺序。核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基不同，所以也称为碱基序列碱基序列。55端端3端端CGA四、核酸的一级结构是四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序核苷酸的排列顺序 核酸分子的大小常用碱基核酸分子的大小常用碱基(base或或kilobase)数目来表示。数目来表示。小 的 核 酸 片 段小 的 核 酸 片 段(80)。rRNA与核蛋白体蛋白结合组成与核蛋白体蛋白结合组成核蛋白体核蛋白体(ribosome)，为蛋白质的合成提供场所。为蛋白质的合成提供场所。三、以三、以rRNA为组分的核蛋白体是

7、蛋为组分的核蛋白体是蛋白质合成的场所白质合成的场所RNA组学组学 是研究细胞内是研究细胞内snmRNA的种类、结构和功能。同一的种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时空状态下生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时空状态下snmRNAs表达谱的变化，以及与功能之间的关系。表达谱的变化，以及与功能之间的关系。四、四、snmRNA参与了基因表达的调控参与了基因表达的调控细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非统称为非mRNA小小RNA(small non-messenger RNAs,snmRNAs)。nsnmRNAs

8、l核内小核内小RNAl核仁小核仁小RNAl胞质小胞质小RNAl催化性小催化性小RNAl小片段干涉小片段干涉 RNA 参与参与hnRNA的加工剪接的加工剪接nsnmRNAssnmRNAs的的种类种类nsnmRNAssnmRNAs的的功能功能n核酶核酶某些小某些小RNA分子具有催化特定分子具有催化特定RNA降解的活性，降解的活性，这种具有催化作用的小这种具有催化作用的小RNARNA亦被称为亦被称为核酶核酶(ribozyme)或催化性或催化性RNA(catalytic RNA)。核酸的理化性质核酸的理化性质The Physical and Chemical Characters of Nucleic

9、 Acid第四节第四节核酸的酸碱及溶解度性质核酸的酸碱及溶解度性质l核酸为多元酸，具有较强的酸性。核酸为多元酸，具有较强的酸性。核酸的高分子性质核酸的高分子性质l粘度：粘度：DNARNA dsDNA ssDNAl沉降行为沉降行为:不同构象的核酸分子的沉降的速率有不同构象的核酸分子的沉降的速率有很大差异，这是超速离心法提取和纯化核酸的理很大差异，这是超速离心法提取和纯化核酸的理论基础。论基础。核酸在波长核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，是由处有强烈的吸收，是由碱基碱基的共轭双键的共轭双键所决定的。这一特性常用作核酸的定性和所决定的。这一特性常用作核酸的定性和定量分析。定量分析。一、核酸分子

10、具有强烈的紫外吸收一、核酸分子具有强烈的紫外吸收DNA或或RNA的定量的定量A260=1.0 相当于相当于 50g/ml 双链双链DNA(dsDNA)40g/ml 单链单链DNA(ssDNA or RNA)20g/ml 寡核苷酸寡核苷酸确定样品中核酸的纯度确定样品中核酸的纯度 纯纯 DNA:A260/A280=1.8纯纯 RNA:A260/A280=2.0n紫外吸收的应用紫外吸收的应用二、二、DNADNA变性是双链解离为单链的过程变性是双链解离为单链的过程在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解双链解开成两条单链开成两条单链的过程。的过程。n定义定义DNA变性的本质是双链间氢键

11、的断裂。变性的本质是双链间氢键的断裂。增色效应增色效应(hyperchromic effect)：DNA变性时其溶变性时其溶液液OD260增高增高的现象。的现象。nDNADNA解链时的解链时的紫紫外吸收变化外吸收变化nDNADNA的解的解链链曲线曲线连续加热连续加热DNA的过程中的过程中以温度相对于以温度相对于A260值作图，值作图，所得的曲线称为所得的曲线称为解链曲线解链曲线。解链过程中，紫外吸解链过程中，紫外吸光度的变化达到最大变化值光度的变化达到最大变化值的一半时所对应的温度。的一半时所对应的温度。解链温度解链温度(melting temperature，Tm)三、变性的核酸可以复性或形

12、成三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链杂交双链当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为DNA复复性性(renaturation)。减色效应：减色效应：DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为为退火退火(annealing)。不同种类的不同种类的DNA单链分子或单链分子或RNA分子放在同一溶液中，分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关只

13、要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件可以在不同的分子间形成系，在适宜的条件可以在不同的分子间形成杂化双链杂化双链(heteroduplex)。这种杂化双链可以在不同的这种杂化双链可以在不同的DNA与与DNA之间形成，也之间形成，也可以在可以在DNA和和RNA分子间或者分子间或者RNA与与RNA分子间形成。分子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。这种现象称为核酸分子杂交。n核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)研究研究DNA分子中某一种基因的位置。分子中某一种基因的位置。鉴定两种核酸分子间的序列相似性。鉴定两种核酸分子间的序列相似性。检测某些专一序列在待检样

14、品中存在与否。检测某些专一序列在待检样品中存在与否。n核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用思考题 试述试述DNA的分子结构特点的分子结构特点 试述试述DNA的生物学功能的生物学功能 试述三种主要试述三种主要RNA的生物学功能的生物学功能 试述核酸分子杂交技术的实际应用试述核酸分子杂交技术的实际应用名词解释名词解释 ribonucleotide phosphodiester bond double helix complementary base pair nucleosome hnRNA anticodon open reading frame,ORF melting temperature，Tm