核酸結(jié)構(gòu)與功能ppt課件.ppt

第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能 StructureandFunctionofNucleicAcid 1 核酸 nucleicacid 是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子 攜帶和傳遞遺傳信息 2 一 核酸的發(fā)現(xiàn)和研究工作進(jìn)展 1868年FridrichMiescher從膿細(xì)胞中提取 核素 1944年Avery等人證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1965年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼1970年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶1981年Gilbert和Sanger建立DNA測(cè)序方法1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)1990年美國(guó)啟動(dòng)人類(lèi)基因組計(jì)劃 HGP 1994年中國(guó)人類(lèi)基因組計(jì)劃啟動(dòng)2001年美 英等國(guó)完成人類(lèi)基因組計(jì)劃基本框架 3 二 核酸的分類(lèi)及分布 4 第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid 5 核酸的化學(xué)組成 1 元素組成C H O N P 9 10 6 嘌呤 purine 腺嘌呤 adenine A 鳥(niǎo)嘌呤 guanine G 堿基 7 嘧啶 pyrimidine 胞嘧啶 cytosine C 尿嘧啶 uracil U 胸腺嘧啶 thymine T 8 堿基的互變異構(gòu) 酮式 烯醇C OC OHNN氨基 亞氨基C NH2C NH2 HNHN受介質(zhì)pH影響 9 戊糖 10 核苷 AR GR UR CR脫氧核苷 dAR dGR dTR dCR 一 核苷酸的結(jié)構(gòu) 11 核苷酸 AMP GMP UMP CMP脫氧核苷酸 dAMP dGMP dTMP dCMP 12 電腦模型圖簡(jiǎn)化式 酯鍵 糖苷鍵 13 體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物 含核苷酸的生物活性物質(zhì) NAD NADP CoA SH FAD等都含有AMP 多磷酸核苷酸 NMP NDP NTP 環(huán)化核苷酸 cAMP cGMP AMP ADP ATP cAMP 14 C G A 15 二 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu) 定義核酸中核苷酸的排列順序 由于核苷酸間的差異主要是堿基不同 所以也稱(chēng)為堿基序列 16 書(shū)寫(xiě)方法 5 pApCpTpGpCpT OH3 5 ACTGCT3 目錄 17 第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA 18 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu) 雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝DNA的功能 19 一 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu) 雙螺旋結(jié)構(gòu) 20 一 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義 目錄 21 Chargaff規(guī)則任何一種生物中各堿基相對(duì)比例相同即 A T G C 不同生物的DNA 其堿基組成不同 同一個(gè)體不同器官 組織的DNA 其堿基組成相同 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的歷史意義 揭示了生物體遺傳信息儲(chǔ)存及表達(dá)的分子機(jī)制開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代分子生物學(xué)是生物學(xué)發(fā)展史上的里程碑 22 二 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) Watson Crick 1953 DNA分子由兩條相互平行但走向相反的脫氧多核苷酸鏈組成 兩鏈以 脫氧核糖 磷酸 為骨架 以右手螺旋方式繞同一公共軸盤(pán) 螺旋直徑為2nm 形成大溝 majorgroove 及小溝 minorgroove 相間 目錄 23 二 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) Watson Crick 1953 堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè) 與對(duì)側(cè)堿基形成氫鍵配對(duì) 互補(bǔ)配對(duì)形式 A T G C 相鄰堿基平面距離0 34nm 螺旋一圈螺距3 4nm 一圈10對(duì)堿基 目錄 24 堿基互補(bǔ)配對(duì) T A G C 25 26 27 二 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) Watson Crick 1953 氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性 堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性 目錄 28 三 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性 目錄 29 B 30 31 32 33 二 DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝 一 DNA的超螺旋結(jié)構(gòu) 超螺旋結(jié)構(gòu) superhelix或supercoil DNA雙螺旋鏈再盤(pán)繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu) 正超螺旋 positivesupercoil 盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方同相同 負(fù)超螺旋 negativesupercoil 盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方向相反 34 意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過(guò)程具有關(guān)鍵作用 35 二 原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu) 36 三 DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝 真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成 其基本單位是核小體 nucleosome 核小體的組成DNA 約200bp組蛋白 H1H2A H2BH3H4 37 38 39 三 DNA的功能 DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息 并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板 它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ) 也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ) 基因從結(jié)構(gòu)上定義 是指DNA分子中的特定區(qū)段 其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能 40 第三節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能 StructureandFunctionofRNA 41 RNA的種類(lèi) 分布 功能 42 一 信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能 內(nèi)含子 intron mRNA成熟過(guò)程 外顯子 exon 目錄 43 mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1 大多數(shù)真核mRNA的5 末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)7 甲基鳥(niǎo)苷 同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C 2也是甲基化 形成帽子結(jié)構(gòu) m7GpppNm 2 大多數(shù)真核mRNA的3 末端有一個(gè)多聚腺苷酸 polyA 結(jié)構(gòu) 稱(chēng)為多聚A尾 44 帽子結(jié)構(gòu) 45 mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位mRNA的穩(wěn)定性維系翻譯起始的調(diào)控 帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能 帽結(jié)合蛋白 CBPs polyA結(jié)合蛋白 PAB 46 mRNA的功能把DNA所攜帶的遺傳信息 按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 抄錄并傳送至核糖體 用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序 47 tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)含10 20 稀有堿基 如DHU3 末端為 CCA OH5 末端大多數(shù)為G具有T C 二 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能 48 N N二甲基鳥(niǎo)嘌呤 N6 異戊烯腺嘌呤 雙氫尿嘧啶 4 巰尿嘧啶 稀有堿基 49 tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu) 三葉草形氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)額外環(huán)T C環(huán) 氨基酸臂 額外環(huán) 50 tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu) 倒L形 tRNA的功能活化 搬運(yùn)氨基酸到核糖體 參與蛋白質(zhì)的翻譯 51 rRNA的結(jié)構(gòu) 三 核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能 rRNA的功能參與組成核蛋白體 作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所 52 rRNA的種類(lèi) 根據(jù)沉降系數(shù) 真核生物5SrRNA28SrRNA5 8SrRNA18SrRNA 原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA 53 核蛋白體的組成 54 四 其他小分子RNA及RNA組學(xué) 除了上述三種RNA外 細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類(lèi)的小分子RNA 統(tǒng)稱(chēng)為非mRNA小RNA smallnon messengerRNAs snmRNAs snmRNAs 55 snmRNAs的種類(lèi)核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)小RNA催化性小RNA小片段干涉RNA snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn) 56 RNA組學(xué)研究細(xì)胞中snmRNAs的種類(lèi) 結(jié)構(gòu)和功能 同一生物體內(nèi)不同種類(lèi)的細(xì)胞 同一細(xì)胞在不同時(shí)間 不同狀態(tài)下snmRNAs的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性 RNA組學(xué) 57 核酸和蛋白質(zhì)的比較 58 核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid 第四節(jié) 目錄 59 60 1 DNA或RNA的定量OD260 1 0相當(dāng)于50 g ml雙鏈DNA40 g ml單鏈DNA 或RNA 20 g ml寡核苷酸2 判斷核酸樣品的純度DNA純品 OD260 OD280 1 8RNA純品 OD260 OD280 2 0 OD260的應(yīng)用 目錄 61 二 DNA的變性 denaturation 定義 在某些理化因素作用下 DNA雙鏈解開(kāi)成兩條單鏈的過(guò)程 方法 過(guò)量酸 堿 加熱 變性試劑如尿素 酰胺以及某些有機(jī)溶劑如乙醇 丙酮等 變性后其它理化性質(zhì)變化 OD260增高粘度下降比旋度下降浮力密度升高酸堿滴定曲線改變生物活性喪失 目錄 62 DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂 63 例 變性引起紫外吸收值的改變 DNA的紫外吸收光譜 增色效應(yīng) DNA變性時(shí)其溶液OD260增高的現(xiàn)象 目錄 64 熱變性 解鏈曲線 如果在連續(xù)加熱DNA的過(guò)程中以溫度對(duì)A260 absorbance A A260代表溶液在260nm處的吸光率 值作圖 所得的曲線稱(chēng)為解鏈曲線 目錄 65 Tm 變性是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)完成 在這一范圍內(nèi) 紫外光吸收值達(dá)到最大值的50 時(shí)的溫度稱(chēng)為DNA的解鏈溫度 又稱(chēng)融解溫度 meltingtemperature Tm 其大小與G C含量成正比 目錄 66 三 DNA的復(fù)性與分子雜交 DNA復(fù)性 renaturation 的定義在適當(dāng)條件下 變性DNA的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象 這一現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)性 減色效應(yīng)DNA復(fù)性時(shí) 其溶液OD260降低 熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性 這一過(guò)程稱(chēng)為退火 annealing 目錄 67 在DNA變性后的復(fù)性過(guò)程中 如果將不同種類(lèi)的DNA單鏈分子或RNA分子放在同一溶液中 只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對(duì)關(guān)系 在適宜的條件 溫度及離子強(qiáng)度 下 就可以在不同的分子間形成雜化雙鏈 heteroduplex 這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與DNA之間形成 也可以在DNA和RNA分子間或者RNA與RNA分子間形成 這種現(xiàn)象稱(chēng)為核酸分子雜交 核酸分子雜交 hybridization 68 69 DNA DNA雜交雙鏈分子 不同來(lái)源的DNA分子 70 71 核酸分子雜交的應(yīng)用 研究DNA分子中某一種基因的位置定兩種核酸分子間的序列相似性檢測(cè)某些專(zhuān)一序列在待檢樣品中存在與否是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ) 72 探針 在核酸雜交的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種用于研究核酸和基因診斷的新技術(shù)稱(chēng)為探針技術(shù) 探針 單鏈的核苷酸聚合體標(biāo)記后 就可以稱(chēng)為探針 73 第五節(jié)核酸酶Nuclease 74 核酸酶是指所有可以水解核酸的酶依據(jù)底物不同分類(lèi)DNA酶 deoxyribonuclease DNase 專(zhuān)一降解DNA RNA酶 ribonuclease RNase 專(zhuān)一降解RNA 依據(jù)切割部位不同核酸內(nèi)切酶 分為限制性核酸內(nèi)切酶和非特異性限制性核酸內(nèi)切酶 核酸外切酶 5 3 或3 5 核酸外切酶 75 參與DNA的合成與修復(fù)及RNA合成后的剪接等重要基因復(fù)制和基因表達(dá)過(guò)程負(fù)責(zé)清除多余的 結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸 同時(shí)也可以清除侵入細(xì)胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收體外重組DNA技術(shù)中的重要工具酶 生物體內(nèi)的核酸酶負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)外催化核酸的降解 核酸酶的功能 76 核酶 催化性DNA DNAzyme 人工合成的寡聚脫氧核苷酸片段 也能序列特異性降解RNA 催化性RNA ribozyme 作為序列特異性的