核酸的化學(xué)ppt課件

1、核酸的化學(xué)核酸的化學(xué) 核酸的根本構(gòu)造單位核酸的根本構(gòu)造單位核苷酸核苷酸 DNA的分子構(gòu)造與功能的分子構(gòu)造與功能 RNA的分子構(gòu)造與功能的分子構(gòu)造與功能 核酸的理化性質(zhì)核酸的理化性質(zhì)第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述核酸核酸(nucleic acid)的分類的分類DNA（脫氧核糖核酸）（脫氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）（核糖核酸）分布分布細(xì)胞核、線粒體細(xì)胞核、線粒體細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)功能功能遺傳信息的貯存和攜帶遺傳信息的貯存和攜帶者者參與遺傳信息的表參與遺傳信息的表達(dá)達(dá) 核酸是遺傳的物質(zhì)根底核酸是遺傳的物質(zhì)根底 核酸的發(fā)現(xiàn)核酸的發(fā)現(xiàn) 核酸的發(fā)現(xiàn)核酸的發(fā)現(xiàn) 1868年年 瑞士外科醫(yī)生瑞士外科醫(yī)生F

2、riedrich Miesher 從膿從膿細(xì)胞的核中分別出的一類含磷的化合物，呈酸性，細(xì)胞的核中分別出的一類含磷的化合物，呈酸性，命名為核酸命名為核酸 nucleic acid 遺傳性的研討遺傳性的研討 肺炎球菌：肺炎球菌：S型型-致病致病 不致病不致病 R型型-不致病不致病 噬菌體：噬菌體：32P標(biāo)志核酸標(biāo)志核酸 35S標(biāo)志蛋白質(zhì)標(biāo)志蛋白質(zhì)滅活滅活第二節(jié)第二節(jié) 核酸的根本組成單位核酸的根本組成單位核苷酸核苷酸核酸的化學(xué)組成核酸的化學(xué)組成 元素組成元素組成 主要元素：主要元素：C、H、O、N、P 特點：普通不含特點：普通不含S P含量比較恒定：含量比較恒定：9-10% 運(yùn)用：核酸的定量分析運(yùn)用

3、：核酸的定量分析 留意：與蛋白質(zhì)相區(qū)別留意：與蛋白質(zhì)相區(qū)別核酸的分子組成核酸的分子組成 核酸 核苷酸 nucleotide 磷酸 核苷 戊糖 堿基 一、堿一、堿 基基 含氮雜環(huán)化合物含氮雜環(huán)化合物 分類：嘌呤分類：嘌呤purine-腺嘌呤腺嘌呤A、鳥嘌呤、鳥嘌呤G 嘧啶嘧啶pyrimidine-胞嘧啶胞嘧啶C、尿嘧啶、尿嘧啶U/胸腺嘧胸腺嘧啶啶T DNA- A, G, C,T RNA- A, G, C,U 稀有堿基：正常堿基的衍生物，甲基化、羥基化稀有堿基：正常堿基的衍生物，甲基化、羥基化 含量低含量低 堿基的互變異構(gòu)堿基的互變異構(gòu) 酮式酮式烯醇式、氨基烯醇式、氨基亞氨基亞氨基氨氨式式亞亞氨氨

4、式式互互變變異異構(gòu)構(gòu)酮酮式式烯烯醇醇式式互互變變異異構(gòu)構(gòu)二、戊糖二、戊糖 呋喃型呋喃型 核糖核糖ribose、脫氧核糖、脫氧核糖deoxyribose RNA中：中：,D 核糖核糖 DNA中：中：,D,2 脫氧核糖脫氧核糖三、三、 核苷核苷 戊糖戊糖C1C1與嘧啶與嘧啶N1N1或嘌呤或嘌呤N9N9構(gòu)成構(gòu)成N-CN-C糖糖苷鍵苷鍵胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鳥嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2四、核苷酸四、核苷酸 戊糖戊糖C5羥基與磷酸縮合構(gòu)成酯鍵羥基

5、與磷酸縮合構(gòu)成酯鍵 (d)NMP、dNDP、dNTP 環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸 如：如：cAMP、cGMP O-POO-NNNNNH2OHHOHHOHHOCH2O-POO-O-POO-三磷酸腺苷 (ATP)五、多核苷酸的銜接五、多核苷酸的銜接3,5-磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵多聚核苷酸是經(jīng)過一分子核苷酸的多聚核苷酸是經(jīng)過一分子核苷酸的C3-OH與另一分子核苷酸的與另一分子核苷酸的5-磷酸基構(gòu)成磷酸基構(gòu)成磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。由脫氧核糖核苷酸聚合而成的稱為由脫氧核糖核苷酸聚合而成的稱為DNA鏈；鏈；由核糖核苷酸聚合而成的那么稱為由核糖核苷酸聚合而成的那么稱為RNA

6、鏈鏈多核苷酸鏈的方向性多核苷酸鏈的方向性: 5 磷酸末端、磷酸末端、3 羥羥基末端基末端表示方法表示方法PP5335PP53P53ACGT5PAPCPGPCPTPGPTPA 3 或5 ACGCTGTA 3DNA與與RNA構(gòu)造對比構(gòu)造對比DNADNARNARNA堿基堿基A A、G G、C C、T TA A、G G、C C、U U戊糖戊糖,D,2 ,D,2 脫氧核糖脫氧核糖,D ,D 核糖核糖核苷核苷 脫氧腺苷、鳥苷、脫氧腺苷、鳥苷、胞苷、胸苷胞苷、胸苷腺苷、鳥苷、胞腺苷、鳥苷、胞苷、尿苷苷、尿苷核苷核苷酸酸dAMPdAMP、dGMPdGMP、dCMPdCMP、dTMPdTMPAMPAMP、GMP

7、GMP、CMPCMP、UMPUMP第三節(jié)第三節(jié) DNA分子的構(gòu)造與功能分子的構(gòu)造與功能一、一級構(gòu)造一、一級構(gòu)造核苷酸的陳列順序，即堿基序列核苷酸的陳列順序，即堿基序列遺傳信息儲存于一級構(gòu)造中遺傳信息儲存于一級構(gòu)造中穩(wěn)定要素：穩(wěn)定要素： 3,5-磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵二、二級構(gòu)造二、二級構(gòu)造 1. 1953年年, Watson&Crick, DNA雙螺旋構(gòu)造雙螺旋構(gòu)造兩條多核苷酸鏈，反向平行，右手螺旋兩條多核苷酸鏈，反向平行，右手螺旋 直徑約直徑約2nm，每個螺旋構(gòu)造含，每個螺旋構(gòu)造含10對堿基，螺距對堿基，螺距3.4nm，大溝與小溝，大溝與小溝 脫氧核糖和磷酸交替出如今雙螺旋外側(cè)，組成脫

8、氧核糖和磷酸交替出如今雙螺旋外側(cè)，組成DNA骨架，堿基位于內(nèi)部骨架，堿基位于內(nèi)部兩條鏈之間，堿基互補(bǔ)配對兩條鏈之間，堿基互補(bǔ)配對 A-T G-C，方向垂，方向垂直長軸直長軸構(gòu)成大溝和小溝構(gòu)成大溝和小溝(有助于有助于DNA結(jié)合蛋白與之識別結(jié)合蛋白與之識別和結(jié)合和結(jié)合)維系雙螺旋穩(wěn)定：氫鍵、堿基堆積力維系雙螺旋穩(wěn)定：氫鍵、堿基堆積力 2. DNA構(gòu)造的多樣性構(gòu)造的多樣性右手螺旋：右手螺旋：B型主要、型主要、A型、型、C型、型、D型型左手螺旋：左手螺旋：Z型型三、三級構(gòu)造三、三級構(gòu)造雙螺旋進(jìn)一步折疊、盤曲構(gòu)成超螺旋正、負(fù)雙螺旋進(jìn)一步折疊、盤曲構(gòu)成超螺旋正、負(fù)生物體閉環(huán)生物體閉環(huán)DNA均以超螺旋方式存

9、在病毒、均以超螺旋方式存在病毒、細(xì)菌、細(xì)菌、 線粒體線粒體DNA構(gòu)造構(gòu)造真核生物基因組真核生物基因組DNA構(gòu)造構(gòu)造 真核生物染色體真核生物染色體DNA呈線性，染色呈線性，染色體的根本構(gòu)造單位是核小體體的根本構(gòu)造單位是核小體nucleosome 中心組蛋白中心組蛋白(H2A、H2B、H3、H4 核小體中心顆粒核小體中心顆粒 串珠樣核串珠樣核小體小體 超螺旋的生物學(xué)意義超螺旋的生物學(xué)意義 便于包裝便于包裝 影響與調(diào)理分子的作用影響與調(diào)理分子的作用DNAH1、DNA第四節(jié)第四節(jié) RNA的分子構(gòu)造與功能的分子構(gòu)造與功能RNARNA分子構(gòu)造特點：分子構(gòu)造特點：四種四種NMPNMP經(jīng)過經(jīng)過3 3,5,5-

10、 -磷酸二酯鍵構(gòu)成的多核苷酸鏈磷酸二酯鍵構(gòu)成的多核苷酸鏈主要為單鏈，可部分互補(bǔ)主要為單鏈，可部分互補(bǔ)A-UA-U、C-GC-G構(gòu)成雙鏈構(gòu)成雙鏈發(fā)卡構(gòu)造發(fā)卡構(gòu)造RNARNA的種類的種類: :mRNA mRNA 信使信使RNARNAtRNA tRNA 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNARNArRNA rRNA 核糖體核糖體RNARNAhnRNA hnRNA 核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNARNAsnRNA snRNA 小分子核內(nèi)小分子核內(nèi)RNARNA一、信使一、信使RNA messenger RNA, mRNA 功能：轉(zhuǎn)錄遺傳信息，蛋白質(zhì)翻譯的模功能：轉(zhuǎn)錄遺傳信息，蛋白質(zhì)翻譯的模板板 占總量的占總量的1-5% 種類多，分子

11、大小差別大種類多，分子大小差別大 不穩(wěn)定不穩(wěn)定,壽命短壽命短真核細(xì)胞真核細(xì)胞mRNA構(gòu)造特點構(gòu)造特點 5端帽子構(gòu)造端帽子構(gòu)造 5端第一個核苷酸都是甲基化端第一個核苷酸都是甲基化G (m7G), 5-5三磷酸酯鍵三磷酸酯鍵. 維護(hù)維護(hù)5端免受降解，并在翻譯中起作用端免受降解，并在翻譯中起作用 3端尾巴構(gòu)造端尾巴構(gòu)造 多聚腺苷酸多聚腺苷酸 (poly A), 20-200個個 維持穩(wěn)定和翻譯活性維持穩(wěn)定和翻譯活性 堿基修飾堿基修飾 存在編碼區(qū)和非編碼區(qū)存在編碼區(qū)和非編碼區(qū)(UTR) 單順反子單順反子: 一條一條mRNA只為一種蛋白質(zhì)編碼只為一種蛋白質(zhì)編碼.5端帽子構(gòu)造端帽子構(gòu)造原核細(xì)胞原核細(xì)胞mR

12、NA構(gòu)造特點構(gòu)造特點 多順反子：一分子多順反子：一分子mRNA含有多個蛋白含有多個蛋白質(zhì)的遺傳信息質(zhì)的遺傳信息, 為多種蛋白質(zhì)編碼為多種蛋白質(zhì)編碼. 無帽子、尾巴構(gòu)造無帽子、尾巴構(gòu)造 無堿基修飾無堿基修飾二、轉(zhuǎn)運(yùn)二、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA transfer RNA, tRNA 功能：轉(zhuǎn)運(yùn)特異氨基酸至核糖體功能：轉(zhuǎn)運(yùn)特異氨基酸至核糖體,參與蛋白質(zhì)生參與蛋白質(zhì)生物合成物合成 占總量的占總量的15% 種類多，每種氨基酸至少一種相應(yīng)的種類多，每種氨基酸至少一種相應(yīng)的tRNA與之結(jié)與之結(jié)合合 一級構(gòu)造特點一級構(gòu)造特點 1. 單鏈小分子，堿基組成恒定：單鏈小分子，堿基組成恒定：73-93個核苷酸個核苷酸 2. 較多稀

13、有堿基較多稀有堿基 3. 5端磷酸化，端磷酸化， 5 pG常見常見 4. 3端端CCA-OH：攜帶氨基酸部位：攜帶氨基酸部位二級構(gòu)造二級構(gòu)造-三葉草形三葉草形 部分互補(bǔ)配對構(gòu)成雙鏈構(gòu)造莖環(huán)部分互補(bǔ)配對構(gòu)成雙鏈構(gòu)造莖環(huán)樣構(gòu)造具有四環(huán)四臂樣構(gòu)造具有四環(huán)四臂 4 4個環(huán)：個環(huán)： DHU DHU環(huán)環(huán) ( (二氫尿嘧啶環(huán)二氫尿嘧啶環(huán)) ) 反密碼環(huán)反密碼環(huán) TC TC環(huán)環(huán) 可變環(huán)附可變環(huán)附加叉加叉 4 4個臂：個臂： 氨基酸臂接納活化的氨基氨基酸臂接納活化的氨基酸酸三級構(gòu)造三級構(gòu)造倒倒L L形形 結(jié)合氨基酸部位、反密碼子環(huán)結(jié)合氨基酸部位、反密碼子環(huán)三、核糖體三、核糖體RNA ribosomal RNA

14、，rRNA功能：與蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體功能：與蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體(ribosome)，是，是蛋白質(zhì)生物合成的場所蛋白質(zhì)生物合成的場所細(xì)胞內(nèi)含量最豐富，細(xì)胞內(nèi)含量最豐富，80%核糖體核糖體:大亞基大亞基接受氨基酸接受氨基酸 小亞基小亞基結(jié)合結(jié)合mRNA原核生物原核生物70S 小亞基小亞基30S (16S rRNA) 大亞基大亞基50S (5S 23S rRNA)真核生物真核生物80S 小亞基小亞基40S (18S rRNA) 大亞基大亞基60S (28S 5.8S 5S rRNA)四、其它四、其它RNA一一 核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNAhnRNA真核細(xì)胞真核細(xì)胞mRNA的前體的前體 加工：加帽，加尾，修

15、飾，剪接，編輯加工：加帽，加尾，修飾，剪接，編輯 10%二小分子核內(nèi)二小分子核內(nèi)RNAsnRNA 與蛋白質(zhì)組裝成小分子核內(nèi)核蛋白顆粒與蛋白質(zhì)組裝成小分子核內(nèi)核蛋白顆粒snRNPs) 參與參與mRNA的剪接、加工的剪接、加工三小分子胞漿三小分子胞漿RNA, scRNA 與蛋白質(zhì)組裝成小分子胞漿內(nèi)蛋白顆粒與蛋白質(zhì)組裝成小分子胞漿內(nèi)蛋白顆粒 功能不清功能不清五、核酶五、核酶ribozyme)具有催化活性的具有催化活性的RNA第五節(jié)第五節(jié) 核酸的理化性質(zhì)核酸的理化性質(zhì)一、普通理化性質(zhì)一、普通理化性質(zhì)生物大分子生物大分子較強(qiáng)酸性較強(qiáng)酸性 酸性條件下穩(wěn)定酸性條件下穩(wěn)定黏度黏度 DNARNADNA易斷裂，易

16、斷裂，RNA易降解易降解二、紫外吸收性質(zhì)二、紫外吸收性質(zhì)堿基中含有共軛雙鍵，最大吸收峰堿基中含有共軛雙鍵，最大吸收峰260nm，OD260可用于核酸的定性、定量分析可用于核酸的定性、定量分析OD260 / OD2801OD=50g DNA雙鏈雙鏈/40g RNA/33g DNA單鏈單鏈三、變性、復(fù)性與雜交三、變性、復(fù)性與雜交一變性一變性 (denaturation)概念：理化要素，破壞氫鍵、堿基堆積力，導(dǎo)致概念：理化要素，破壞氫鍵、堿基堆積力，導(dǎo)致DNA二級構(gòu)造破壞，二級構(gòu)造破壞，DNA雙連解離成為兩條單鏈雙連解離成為兩條單鏈變性后理化性質(zhì)的改動：變性后理化性質(zhì)的改動：黏度降低黏度降低增色效應(yīng)

17、增色效應(yīng)(hyperchromic effect)吸光度：天然吸光度：天然DNA變性后變性后DNA游離核苷酸混合物游離核苷酸混合物吸光度之和吸光度之和融解溫度融解溫度(melting temperature Tm) 50%雙螺旋構(gòu)造被破壞雙螺旋構(gòu)造被破壞影響影響Tm值的要素值的要素影響要素：堿基組成影響要素：堿基組成(GC含量含量)、分子長度、變性條、分子長度、變性條件件二復(fù)性二復(fù)性renaturation)/ 退火退火annealing)同源的兩條同源的兩條DNA鏈在適宜條件下可自動退火鏈在適宜條件下可自動退火, 重新構(gòu)成雙鏈的過程重新構(gòu)成雙鏈的過程. 理化性質(zhì)得到恢復(fù)理化性質(zhì)得到恢復(fù)發(fā)生于

18、變性分開的互補(bǔ)序列之間發(fā)生于變性分開的互補(bǔ)序列之間適宜條件適宜條件分子根底：堿基互補(bǔ)配對分子根底：堿基互補(bǔ)配對兩個階段兩個階段三雜交三雜交hybridization)不同來源的核苷酸鏈之間的復(fù)性。不同來源的核苷酸鏈之間的復(fù)性。DNA-DNA,RNA-DNA, RNA-RNA之間雜交之間雜交. 分子根底：堿基互補(bǔ)配對分子根底：堿基互補(bǔ)配對分子探針技術(shù)分子探針技術(shù) 探針探針: 經(jīng)同位素標(biāo)志的知序列的核酸片斷經(jīng)同位素標(biāo)志的知序列的核酸片斷第六節(jié)第六節(jié) 核酸酶與核酸序列測定核酸酶與核酸序列測定一、核酸酶一、核酸酶nuclease)水解核酸水解核酸分類：分類：按底物：按底物：DNA酶、酶、RNA酶酶按催化部位：外切核酸酶按催化部位：外切核酸酶(exonuclease) 內(nèi)切核酸酶內(nèi)切核酸酶 endonuclease)二、核苷酸序列測定二、核苷酸序列測定普通核酸內(nèi)切酶普通核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶本章要點本章要點核酸元素組成特點核酸元素組成特點. 各種堿基各種堿基, 核苷和核苷酸核苷和核苷酸的中文稱號及英文縮寫符號的中文稱號及英文縮寫符號.DNA與與RNA分分