蛋白質(zhì)與核酸PPT課件

1、第一節(jié)、蛋白質(zhì)的基本組成單位 第二節(jié)、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 第三節(jié)、蛋白質(zhì)的分類(lèi)及性質(zhì) 第四節(jié)、核酸的化學(xué)組成 第五節(jié)、核酸分子的結(jié)構(gòu) 第六節(jié)、核酸的理化性質(zhì)和分離提純,第五章 蛋白質(zhì)與核酸,第四節(jié)、核酸的化學(xué)組成,核酸(nucleic acid)是由堿基（嘌呤和嘧啶）、戊糖和磷酸組成的高分子物質(zhì)，是生物體的基本組成。 種類(lèi)及分布 DNA （脫氧核糖核酸）：主要在細(xì)胞核中，是染色體的主 要成分。此外在線(xiàn)粒體、葉綠體、質(zhì)粒及細(xì)胞膜上. RNA（核糖核酸）：細(xì)胞核核仁； 細(xì)胞質(zhì)核糖體及上清液中,核酸,核苷酸,水 解,核酸的化學(xué)組成 除含C、H、O、N外，還含有較多的磷和少量的硫，含磷量在910,核酸是

2、一種線(xiàn)形多聚核苷酸(polynucleotide), 其基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸(nucleotide)。,核苷酸的基本結(jié)構(gòu),堿基是一類(lèi)含氮的有機(jī)小分子（五種） 嘌呤(purine）：腺嘌呤 adenine (A)、鳥(niǎo)嘌呤 guanine (G) 嘧啶(pyrimidine ）：胞嘧啶 cytosine (C)DNA/RNA、尿嘧啶 uracil (U)RNA、胸腺嘧啶 thymine (T)DNA 構(gòu)成核酸的五種堿基中的酮基和氨基位于雜環(huán)上氮原子鄰位，受介質(zhì)PH值的影響，形成酮式和烯醇式，氨基或亞氨基互變異構(gòu)體。,一、堿基（nitrogenous base）,腺嘌呤,鳥(niǎo)嘌呤,尿嘧啶,胞嘧啶,胸腺

3、嘧啶,二、戊糖（pentose）,2-deoxy-D-ribose,D-ribose,三、核苷（nucleoside） 核苷是核糖與堿基(嘌呤堿或嘧啶堿)結(jié)合物。 嘌呤核苷是嘌呤的第9位N與核糖或脫氧核糖第1位碳連接； 嘧啶核苷是嘧啶的的第1位N與核糖或脫氧核糖第1位碳連接；,胞嘧啶脫氧核苷（dC),胸腺嘧啶脫氧核苷(dT),尿嘧啶核苷（U）,胞嘧啶核苷 (C),核苷：戊糖與堿基縮合而成，并以糖苷鍵相連接。 糖苷鍵：二者的連接是C-N鍵，稱(chēng)N-糖苷鍵。,四、核苷酸（nucleotide）結(jié)構(gòu)與命名,磷酸,堿基,戊糖,H2O,H2O,堿基,磷酸,戊糖,核苷鍵,脂鍵,核苷酸： AMP、 GMP C

4、MP UMP 脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dCMP, dTMP 修飾核苷： 如5-甲基 胞嘧啶：m5dCMP。,核苷酸：核苷的磷酸酯,堿基連接（核苷鍵）,脂 鍵,（對(duì)DNA為H）,1,2,3,4,5,核糖核苷酸 (2 、3和5 位)； 脫氧核糖核苷酸（3和5位)。,八種核苷酸如下表所示,M-單(D-二、T三） ；P-磷酸 RNA的名稱(chēng)為某（單、二、三）苷酸，DNA在某（單、二、三）前加脫氧兩字。如AMP稱(chēng)腺苷磷酸(或腺苷酸），dAMP稱(chēng)為脫氧腺苷磷酸（脫氧腺苷酸）。 稀有核苷酸與上類(lèi)似；,3 5 環(huán)化腺苷酸 （cAMP）,許多激素是通過(guò)cAMP發(fā) 揮功能的，所以它被稱(chēng) 為激素作用的第二

5、信使，激素是第一信使。,一、DNA的分子結(jié)構(gòu) （一）核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu) 核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指單核苷酸之間的連接方式。 DNA、RNA都是由許多核苷酸通過(guò)3、5磷酸二酯鍵將前一個(gè)核苷酸與后一個(gè)核苷酸連接起來(lái)，形成無(wú)分支的多核苷酸鏈。 在鏈的一端的一個(gè)戊糖的3位上OH是游離存在的，另一端的戊糖其5位上連有一個(gè)磷酸基團(tuán)呈單磷酸酯狀態(tài)，這兩個(gè)末端分別稱(chēng)為3末端及5末端。,第五節(jié) 核酸的分子結(jié)構(gòu),DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)寫(xiě)形式,核苷酸順序又稱(chēng)堿基順序，是蛋白質(zhì)與RNA結(jié)構(gòu)的生物語(yǔ)言。,A,核苷酸,首端,末端,多核苷酸鏈的表達(dá)方式,（二）DNA的空間結(jié)構(gòu) 1、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu) DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn) (1) DN

6、A分子是由兩條反平行的多聚脫氧核苷酸鏈，繞同一中心軸盤(pán)旋形成的右手螺旋結(jié)構(gòu)； (2) 每條主鏈由脫氧核糖與磷酸通過(guò)3、5磷酸二酯鍵連接而成，并位于螺旋外側(cè)。堿基位于螺旋內(nèi)側(cè)，堿基平面與螺旋中心軸垂直。螺旋表面有兩條螺旋形的凹槽大溝和小溝。,(3) 雙螺旋的直徑是2nm，沿中心軸，每一個(gè)螺旋周期有10個(gè)核苷酸對(duì)，螺距是3.4nm，堿基對(duì)之間的距離為0.34nm。 (4) 兩鏈間的堿基以氫鍵互相配對(duì)。A與T配有兩個(gè)氫鍵，G與C配有三個(gè)氫鍵。 DNA分子所含嘌呤堿基的總數(shù)等于嘧啶堿基的總數(shù)(即A+G=T+C)堿基當(dāng)量定律。,DNA堿基組成的Chargaff規(guī)則（1950年） （1）腺嘌呤和胸腺嘧啶的

7、摩爾數(shù)相等，即AT （2）鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶的摩爾數(shù)也相等，即GC （3）含氨基的堿基(腺嘌呤和胞嘧啶)總數(shù)等于含酮基的堿基(鳥(niǎo)嘌呤和胸腺嘧啶)總數(shù)，即A+C=G+T （4）嘌呤的總數(shù)等于嘧啶的總數(shù)，即A+ G= C+ T 所有DNA中堿基組成必定是A=T，G=C這一規(guī)律暗示A與T, G與C相互配對(duì)的可能性，為Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提供了重要根據(jù)。,A.DNA堿基互補(bǔ)原則,其他組合易相互排斥 例 如 G:T,因 此 ， DNA 的 雙 股 系 藉 著 A:T 和 G : C的 配 對(duì) 關(guān) 系 互 相 結(jié) 合 。,DNA 一 股 的 核 苷 酸 序 列 與 另 一 股 的 序

8、列 互 補(bǔ)（A-T、G-C）。,二級(jí)結(jié)構(gòu)B型雙螺旋結(jié)構(gòu),大 部 分 DNA 所 具 有 的 雙 螺 旋 結(jié) 構(gòu) ， 亦 稱(chēng) 為 B 型,1.反向、平行、右手螺旋,2.鏈間堿基配對(duì)相連 3.每10個(gè)堿基對(duì)螺旋上升一周 4.一條鏈為主動(dòng)鏈，另一條為被動(dòng)鏈；,雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素,DNA雙螺旋在生理狀態(tài)下十分穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。 提問(wèn)：起穩(wěn)定作用的有哪些力呢？,答案：疏水作用力（主要） （又稱(chēng)堿基堆積力） 氫鍵 范德華力,穩(wěn)定DNA雙螺旋的力,堿基堆積力(每條鏈上相鄰堿基平面之間的疏水作用) 堿基間的氫鍵,A-DNA B-DNA(右旋DNA) C-DNA Z-DNA(左旋DNA),DNA雙螺旋的種

9、類(lèi),DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,不同型的DNA,不同型的DNA,2、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu) （1）DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指雙螺旋DNA的扭曲或再螺旋。 如開(kāi)環(huán)形-由直鏈雙螺旋DNA分子兩端連接而成，其中一條鏈留有一個(gè)小缺口。 閉環(huán)超螺旋形-是雙鏈環(huán)形DNA扭曲成麻花狀。 發(fā)夾形-DNA變性后在反相重復(fù)序列時(shí)，可形成發(fā)夾形。 （2）DNA也可聚合成二聚體和三聚體。,二、RNA（核糖核酸） 天然RNA是單鏈線(xiàn)形分子，只有局部區(qū)域?yàn)殡p螺旋結(jié)構(gòu)。 rRNA (Ribosomal RNAs ，核糖體RNA)，占80%以上：與蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體，催化肽鍵的形成 mRNA (Messenger RNAs ，信使RNA) ，占

10、5%：是以DNA為模板合成的，又是合成蛋白質(zhì)的模板 tRNA (Transfer RNAs ，轉(zhuǎn)運(yùn)RNA)，占15%：在蛋白質(zhì)合成中轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸和識(shí)別密碼子,RNA的結(jié)構(gòu),（一）RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)(以mRNA為例) RNA分子的基本結(jié)構(gòu)是一條線(xiàn)性的多核苷酸鏈，由四種核糖核苷酸以3，5-磷酸二酯鍵連接而成。 1、原核mRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 在5末端和3末端無(wú)特殊結(jié)構(gòu)，原核mRNA一般為多順?lè)醋印?順?lè)醋邮侵竚RNA上對(duì)應(yīng)于DNA上一個(gè)完整基因的一段核苷酸序列。,在mRNA分子內(nèi)部，每一個(gè)順?lè)醋拥木幋a區(qū)是從起始密碼(AUG)開(kāi)始，到終止密碼(UAG)為止。各個(gè)順?lè)醋拥木幋a區(qū)之間、5端的第一個(gè)順?lè)醋拥?/p>

11、編碼區(qū)之前以及3端的最后一個(gè)順?lè)醋泳幋a區(qū)之后，都含有一段非編碼區(qū)。,2、真核mRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 真核的mRNA一般為單順?lè)醋?，即一條mRNA鏈只翻譯產(chǎn)生一條多肽鏈。 其結(jié)構(gòu)模式為 5-帽子-5非編碼區(qū)-編碼區(qū)-3非編碼區(qū)-多聚A 多聚腺苷酸（多聚A)尾的作用是延長(zhǎng)mRNA的壽命，從而可以增加蛋白質(zhì)合成的數(shù)量。此外，還有助于mRNA穿過(guò)核膜，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)執(zhí)行其模板功能,5-帽子結(jié)構(gòu),5，5-磷酸二酯鍵，有抗5-核酸外切酶的降解作用，在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中，有助于核糖體對(duì)mRNA的識(shí)別和結(jié)合。,（二）RNA的空間結(jié)構(gòu)(以tRNA為例) 1、RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指單鏈RNA分子自身回折，鏈內(nèi)的互補(bǔ)堿基

12、配對(duì)，形成局部雙螺旋區(qū)，未配對(duì)的部分則形成突環(huán)相間分布成花形結(jié)構(gòu)。,局部雙螺旋,回折產(chǎn)生莖環(huán)結(jié)構(gòu)（stem-loop），即二級(jí)結(jié)構(gòu)。,tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)呈三葉草形 三葉草形結(jié)構(gòu)由氨基酸臂、二氫尿嘧啶環(huán)、反密碼環(huán)、額外環(huán)和TC環(huán)等5個(gè)部分組成,tRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,（1）、分子量在25kd左右，由7090個(gè)核苷酸組成，沉降系數(shù)在4S左右； （2）、堿基組成中有較多的稀有堿基； （3）、 3末端都為CpCpAOH用來(lái)接受活化的 氨基酸。所以這個(gè)末端稱(chēng)接受末端； （4）、5末端大多為pG,也有pC的； （5）、tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)都呈三葉草形。雙螺旋區(qū)構(gòu)成了葉柄，突環(huán)區(qū)好象是三葉草形的三片小葉。,tR

13、NA的二級(jí)結(jié)構(gòu)都呈三葉草形。雙螺旋區(qū)構(gòu)成了葉柄，突環(huán)區(qū)好像是三葉草的三片小葉。 由于雙螺旋結(jié)構(gòu)所占比例甚高，tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定。 三葉草形結(jié)構(gòu)由氨基酸臂、二氫尿嘧啶環(huán)、反密碼環(huán)、額外環(huán)和TC環(huán)等5個(gè)部分組成。,（1）、氨基酸臂（amino acid arm）由7對(duì)堿基組成，富含鳥(niǎo)嘌呤，末端為CCA，接受活化的氨基酸。 （2）、二氫尿嘧啶環(huán)(dihydrouridine loop)由8一12個(gè)核苷酸組成，具有兩個(gè)二氫尿嘧啶，故得名。通過(guò)由34對(duì)堿基組成的雙螺旋區(qū)(也稱(chēng)二氫尿嘧啶臂)與tRNA分子的其余部分相連。 （3）、反密碼環(huán)(anticodon loop)由7個(gè)核苷酸組成。環(huán)中部為反

14、密碼子，由3個(gè)堿基組成。次黃嘌呤核苷酸(也稱(chēng)肌苷酸，縮寫(xiě)成I)常出現(xiàn)于反密碼子中。反密碼環(huán)通過(guò)由5對(duì)堿基組成的雙螺旋區(qū)(反密碼臂)與tRNA的其余部分相連。反密碼子可識(shí)別信使RNA的密碼子。,（4）額外環(huán)（extra loop ）由3一18個(gè)核苷酸組成。不同的tRNA具有不同大小的額外環(huán)，所以是tRNA分類(lèi)的重要指標(biāo)。 （5）假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷環(huán)(TC環(huán))由7個(gè)核苷酸組成，通過(guò)由5對(duì)堿基組成的雙螺旋區(qū)(TC臂)與tRNA的其余部分相連。除個(gè)別例外，幾乎所有tRNA在此環(huán)中都含有TC 。,2、tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu) RNA的二級(jí)花形結(jié)構(gòu)在細(xì)胞中進(jìn)一步回折扭曲，使分子內(nèi)部的自由能達(dá)到最小，在

15、二級(jí)結(jié)構(gòu)中突環(huán)上未配對(duì)的堿基由于RNA鏈的再度扭曲與另一突環(huán)上的未配對(duì)堿基相遇，形成新的氫鍵配對(duì)關(guān)系，其結(jié)果是平面花形結(jié)構(gòu)變成立體花形結(jié)構(gòu)。,RNA的三級(jí)結(jié)構(gòu),莖環(huán)結(jié)構(gòu)間的相互作用形成三級(jí)結(jié)構(gòu)。,第六節(jié)、核酸的性質(zhì),一、一般理化性質(zhì) 1、兩性電解質(zhì)： 2、溶解性：微溶于水，不溶于一般有機(jī)試 劑（乙醇沉淀核酸），鈉鹽易溶于水。 3、粘度高：一般DNA比RNA粘度高。 4、水解性：可被酸、堿或酶水解，DNA比 RNA對(duì)稀堿穩(wěn)定。 5、顏色反應(yīng)： 1）核糖與濃鹽酸和苔酚藍(lán)共熱呈綠色，在 670nm處可測(cè)RNA； 2）2-脫氧核糖與酸和二苯胺共熱呈藍(lán)紫色，在595nm處可測(cè)DNA。 二種反應(yīng)可作定性試

16、驗(yàn)，定量試驗(yàn)靈敏度低、準(zhǔn)確性差，但快、簡(jiǎn)便。,二、紫外吸收性質(zhì),堿基具共軛雙鍵強(qiáng)烈吸收260-290nm波段 紫外光，最大吸收峰在260nm附近。 應(yīng)用： 1、不同核苷酸有不同吸收特性，可用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行定性、定量測(cè)定。 1 OD相當(dāng)于：50g/ml DNA 40g/ml RNA 20g/ml Nt(核苷酸）,2、確定所提取的核酸是否純品。 1）DNA： 1.8 純品 OD260/OD290 1.8 RNA 污染 1.8 pro 污染 2）RNA： OD260/OD290 2.0 純品,3、紫外可使相鄰T T間形成共價(jià)結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體，引起基因突變。,A = T C = G T = A

17、 T = A,紫外,A = T C = G T A T A,三、核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,1、堿基堆積力：雙螺旋內(nèi)部堿基形成的疏 水區(qū)； 2、堿基間的氫鍵： 3、磷酸基與介質(zhì)中陽(yáng)離子形成的離子鍵 4、范德華力。,四、核酸的變性,1、變性的概念 1）現(xiàn)象：雙螺旋DNA和具雙螺旋區(qū)的RNA氫鍵 斷裂，空間結(jié)構(gòu)被破壞，形成單鏈無(wú)規(guī) 則線(xiàn)團(tuán)狀的過(guò)程。,四、核酸的性質(zhì),2）結(jié)果：A、增色效應(yīng)： 260nm紫外吸收增加； B、粘度下降、浮力密度上升； C、生物學(xué)性能部分或全部喪失。 3）引起變性的因素： 溫度、pH、尿素、甲醛等。,2、熱變性與Tm,Tm：在熱變性中，紫外吸收增加的中點(diǎn)值所對(duì)應(yīng)的溫度，稱(chēng)該DNA的

18、熔解溫度（melting temperature,Tm);又稱(chēng)熱解鏈溫度。,四、核酸的性質(zhì),3、影響Tm的因素：,1）DNA的均一性； 2）G-C含量：Tm與G-C含量成正比。 3）介質(zhì)中的離子強(qiáng)度：離子強(qiáng)度低，Tm低，熔解溫度范圍窄。,鹽濃度對(duì)DNA變性的影響,五、核酸的復(fù)性,概念：變性DNA在適當(dāng)條件下（緩慢降溫），可 使兩條彼此分開(kāi)的鏈重新締合成雙螺旋結(jié) 構(gòu)的過(guò)程。 復(fù)性后，許多物化性質(zhì)可得到恢復(fù)， 生物學(xué)活性部分恢復(fù)。 影響因素：溫度、DNA片段大小、DNA濃 度、堿基重復(fù)序列多少、離子濃度。,四、核酸的性質(zhì),DNA變性與復(fù)性,六、核酸的提取,方法：先破碎細(xì)胞，提取核蛋白；再使核酸與蛋白質(zhì)分離；最后沉淀核酸，進(jìn)行純化。,1、蛋白質(zhì)作為生物功能的主要載體，承擔(dān)著哪些主要生物學(xué)功能？ 2、蛋白質(zhì)這個(gè)重要的生物大分子的化學(xué)組成是什么？其基本組成單位在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上有何特點(diǎn)？ 3、蛋白質(zhì)的基本組成單位-氨基酸是如何形成大分子蛋白質(zhì)的？蛋白質(zhì)生物大分子的空間結(jié)構(gòu)是如何來(lái)描述的？ 4、為什么要了解蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)？蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能之間有何關(guān)系？決定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的因素是什么？,課后思考,1、 組成蛋白質(zhì)的氨基酸的結(jié)構(gòu)是如何影響蛋白質(zhì)的？ 2、 氨基酸除了作為蛋白質(zhì)的基本組成單位，它還有那些其他功能？ 3、 什么是肽？它們有那些