第二章核酸的結構與功能

1、商洛職業(yè)技術學院教案教案首頁課程名稱生物化學序次3專業(yè)班級2009級護理授課教師王文玉職稱副教授類型理論學時2授課題目（章,節(jié)）第二章核酸的結構與功能第一節(jié)核酸的化學組成第二節(jié)DNA的結構與功能第三節(jié)RNA的結構與功能第四節(jié)DNA的理化性質教學目的與要求1. 掌握兩類核酸化學組成的異同和核酸的基本結構單位。2. 掌握核酸的基本單位、單核苷酸在核酸中的連接方式。3. 熟悉多磷酸核苷酸的結構特點。4. 掌握核酸一級結構的概念和DNA雙螺旋結構的要點。5. 了解DNA勺三級結構和功能。6. 掌握細胞內RNA勺主要種類及mRNAtRNArRNA的功能。7. 核酸變性、復性及分子雜交的概念。8. 熟悉核

2、酸一般的理化性質；核酸酶。教學重點1. 核酸的化學組成和基本單位，DNA勺各級結構。2. 細胞內RNA的主要種類及mRNAtRNArRNA的功能；3. 核酸變性、復性教學難點1. DNA的雙螺旋結構及核小體結構。2. 核酸變性、復性及分子雜交教學方法和手段課堂講述和多媒體教學相結合復習內容1. 蛋白質的各級結構及維持各級結構的化學鍵。2. 蛋白質的兩性電離和等電點、蛋白質變性。（5分鐘）。使用教材全國醫(yī)藥類高職高專“十二五”規(guī)劃教材生物化學邱烈王文玉主編，第四軍醫(yī)大學衛(wèi)生出版社，2010年1月第1版。實驗指導為本校自編生物化學實驗指導。教案續(xù)頁基本內容輔助手段和時間分配第二章核酸的結構與功能核

3、酸分為脫氧核糖核酸（DNA和核糖核酸（RNA）。DNA存在于細胞核和線粒體內，是遺傳信息的載體；RNA存在于細胞核和細胞質內，參與細胞內遺傳物質的表達。病毒的RNA也可作為遺傳信息的載體。第一節(jié)核酸的化學組成25分鐘核酸的元素組成：C、H、ON、P。核酸水解產生核苷酸。核苷酸完全水解可釋放出等量的堿基、戊糖和磷酸。因此，核酸的基本組成單位是核苷酸。而核苷酸則由堿基、戊糖和磷酸3種成分連接而成。一、堿基嘌呤：A、G;嘧啶：C、U、T。胸腺嘧啶只存在于DNA分子中，掛圖或幻燈尿嘧啶只存在于RNA分子中。核酸分子中除含有A、GC、U或T等片：嘌呤和堿基外，某些核酸中還含有其它堿基，稱為稀有堿基，如黃

4、嘌呤、次嘧啶的化學黃嘌呤、二氫尿嘧啶、甲基胞嘧啶等。結構嘌呤和嘧啶環(huán)中都有共軛雙鍵，對260nm左右的紫外光有較強的吸收，這一重要特性被用于核酸、核苷酸、核苷和堿基的定性和定量分析。IH2OIIN、N八廠NHINNH2腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)精品O胞嘧啶(C)7A。尿嘧啶Uracil,U)尿嘧啶(U)皿。胸腺嘧啶ymine,T)胸腺嘧啶(T)掛圖或幻燈片：核苷和、戊糖脫氧核苷核酸中的戊糖有兩類，即B-D-核糖和B-D-2-脫氧核糖。D-核糖存在于RNA中，D-2-脫氧核糖存在于DNA中。為了和堿基的碳原子相區(qū)別，戊糖中的碳原子順序用“C-1/,C-2/”表示。D

5、-核糖D-2-脫氧核糖掛圖或幻燈片：構成核酸的堿基、核苷與相應三、核苷核苷酸的代號核甘根據(jù)所含的堿基和戊糖來命名。H。_犬2。掛圖或幻燈片：核甘酸和環(huán)腺甘酸的結構核苷是堿基與戊糖以糖苷鍵相連接所形成的化合物。糖苷鍵是由戊糖的第1位碳原子上的羥基和嘧啶的第1位氮原子或嘌呤的第9位氮原子的氫脫水縮合而成。核苷：AR,GR,UR,CR脫氧核苷:dAR,dGR,dTR,dCROHOH四、核苷酸核苷與磷酸通過磷酸酯鍵相連形成的化合物稱為核苷酸。核苷酸可分為兩大類：即核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸。NH2核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMPOiiuHOPO-

6、CH2NOHO-IOHOH體內重要的游離核苷酸及其衍生物核苷酸除參與構成核酸外，還具有多種重要的生理功能。多磷酸核苷酸：NMPNDPNTR含1個磷酸基團的核苷酸為核苷一磷酸（NMP,含2個或3個磷酸基團的核苷酸分別為核苷二磷酸（NDP或核苷三磷酸（NTP）。環(huán)化核苷酸：cAMPcGMP是重要的調節(jié)因子。含核苷酸的生物活性物質：NAD+、NADP、CoA-SHFAD等都含有AMP五、核酸中核苷酸的連接方式核苷酸之間是通過5,磷酸二酯鍵連接的，即前一個核苷酸的3/羥基與后一個核苷酸的5,磷酸基脫水形成的化學鍵。許多核苷酸借助3/5,磷酸二酯鍵連接形成了沒有分支的線性大分子的多核苷酸鏈。構成多核苷酸

7、鏈主鏈的是戊糖和磷酸。20分鐘第二節(jié)DNA的結構與功能一、DNA的一級結構DNA勺一級結構是指DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序。由于脫氧核苷酸彼此的差別在于堿基部分，因此DNA的一級結構即為DNA分子中堿基的排列順序。DNA分子的每條多核苷酸鏈有兩個末端，具有游離磷酸基的一端為5，末端，有游離羥基的一端為3，末端，書寫時是從5,末端到3,末端。二、DNA的二級結構DNA勺堿基組成具有以下特點： 腺嘌呤與胸腺嘧啶及鳥嘌呤與胞嘧啶的摩爾數(shù)相等； 嘌呤堿和嘧啶堿的摩爾數(shù)相等（A+G=T+C） 不同種屬的生物堿基組成不同； 同一個體的不同器官、不同組織的DNA堿基組成相同。上述稱為Chargaff規(guī)則

8、。DNA的二級結構為雙螺旋結構。1953年Watson和Crick提出了著名的DNA雙螺旋結構模型，其要點是：1. DNA分子是由兩條反向平行的多核苷酸鏈以右手螺旋方式圍繞同一中心軸盤繞而成的雙螺旋結構。2. 在兩條鏈中，磷酸與脫氧核糖鏈位于螺旋外側，堿基位于螺旋內側。兩條鏈之間的堿基處在同一平面，構成堿基平面，堿基平面彼此平行、互相重疊，并垂直于雙螺旋的中心軸，螺旋表面形成大溝和小溝。3. 雙螺旋的直徑為2nm每兩個相鄰堿基對之間的距離為0.34nm,其旋轉夾角為36°，螺旋每旋轉一周含10對堿基，螺距為3.4nm。4. 兩條多核苷酸鏈之間的堿基通過氫鍵配對，A-T之間形成2個氫鍵

9、，G-C之間形成3個氫鍵。雙螺旋結構的穩(wěn)定靠氫鍵和堿基堆積力維系。掛圖或幻燈片：DNA雙螺旋結構掛圖或幻燈片：DNA的超螺旋結構、DNA的超級結構超螺旋結構DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結構。正超螺旋盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同負超螺旋盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反意義：DNA超螺旋結構整體或局部的拓撲學變化及其調控對于DNA復制和RNA專錄過程具有關鍵作用。真核生物染色體DNA是線性雙螺旋結構，染色質DNA與組蛋白組成核小體。許多核小體形成的串珠樣線性結構再進一步盤曲成直徑為30nm的纖維樣結構，再經過幾次卷曲，形成染色體結構。四、DNA勺功能DNA是遺傳信息的載體，是復制和轉錄的模版。

10、“基因”就是DNA中的堿基序列。一個生物體的全部基因序列稱為基因組?！盎蛑蠨NA的堿基序列決定了其表達的蛋白質的氨基酸的序列。20分鐘第三節(jié)RNA結構與功能RNA在生命活動中具有重要作用，它和蛋白質共同負責基因的表達過程的調控。、mRNA細胞核內初合成的是不均一核RNAhnRNA是mRNA勺前體,hnRNA經過剪切加工轉變?yōu)槌墒斓膍RNA1. 添加帽子結構2. 添加多聚腺苷酸尾巴掛圖或幻燈片：細胞內主要RNA的分布與功能ftSIZJ乍noIJ5掛圖或幻燈片:mRNA5帽子結構帽子結構和多聚A尾的功能：mRN舷內向胞質的轉位。mRNA的穩(wěn)定性維系。翻譯起始的調控、tRNAmRNA勺功能：把DN

11、A所攜帶的遺傳信息，按堿基互補配對原則,抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質的氨基酸排列順序。掛圖或幻燈占細胞總RNA的15%由70-90個核苷酸組成的一類小分子RNA片：tRNA的其主要功能是在蛋白質合成過程中作為各種氨基酸的載體，并按mRNA稀有堿基上的遺傳密碼順序“對號入座”地將其轉給蛋白質tRNA的結構特點1. 稀有堿基含1020%稀有堿基，如DHU2.3'末端為一CCA-OH5'末端大多數(shù)為G3.二級結構呈三葉早型結構4.DHU環(huán)、TWC環(huán)和反密碼子環(huán)5. 三級結構呈倒L型幻燈片：tRNA的二級結構與三級結構CIGCIGCIGACGCAGuucIMCCAeAGSC

12、一二一一CUCUCGUAGDHU環(huán)CGCAAGAG能ADDG%樽母tRNA的一級緒構與二級結構tRNA的功能：活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質的翻譯掛圖或幻燈片：生物18SrRNA的二級結構三、rRNA核糖體RNA是細胞內含量最多的RNA占細胞總RNA的80%以上。rRNA與蛋白質結合形成的核糖體是蛋白質合成的場所。原核生物含有三種rRNA真核生物含有四種rRNA在蛋白質合成過程中，各種rRNA本身并無單獨執(zhí)行功能的能力，必須與多種蛋白質結合成核糖體后才能發(fā)揮作用。rRNA的功能：參與組成核蛋白體，作為蛋白質生物合成的場所。起著裝配機的作用。錘頭核酶的結構四、小分子核內RNAsnRNA是一

13、類堿基數(shù)目小于300的小分子RNA參與mRNA勺剪切加工。除了上述三種RNA外細胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA統(tǒng)稱為非mRN/小RNA(snmRNAs)snmRNAS勺種類：核內小RNA、核仁小RNA、胞質小RNA、催化性小RNA、小片段干涉RNA。15分鐘snmRNA的功能：參與hnRNA和rRNA的加工和轉運。五、核酶概念：核酶（ribozyme）是指一類具有催化作用的RNA種類：（1）內含子的自我剪接型（2）異體催化的剪切型（3）自體催化的剪切型（4）催化肽鍵的形成有些rRNA具有催化功能，具有酶的性質。核酶一級結構沒有規(guī)律，二級結構呈錘頭狀。第三節(jié)核酸的理化性質一、核酸的

14、一般性質核酸是兩性電解質，真核生物核酸多呈線性大分子。核酸溶液的黏度比較大，核酸粘度降低或消失，即意味著變性或降解。DNA分子的長度與直徑之比達到107,極易在機械力的作用下發(fā)生斷裂。核酸的沉降特性。二、核酸的紫外吸收核酸分子中的堿基含有共軛雙鍵，有紫外吸收的性質，其最大吸收峰值在260nm利用核酸的紫外吸收特性，可以用紫外分光光度法對DNA和RNA進行定性和定量分析。220240260280300320nm波廉各種腿的紫外吸收光譜(pH7.0)掛圖或幻燈片:DNA解鏈溫度三、核酸的變性與復性(一)DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過

15、程。方法：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、酰胺以及某些有機溶劑如乙醇、丙酮等。變性后其它理化性質變化：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。增色效應：DNA變性時其溶液OD26C增高的現(xiàn)象。熱變性解鏈曲線：如果在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對A260(A260代表溶液在260nm處的吸光率)值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。Tm值：變性是在一個相當窄的溫度范圍內完成，在這一范圍內，紫外光吸收值達到最大值的50%寸的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(Tm)。其大小與G+C含量成正比。(二)DNA的復性與分子雜交1. DNA復性(renatura

16、tion)定義：在適當條件下，變性DNA的兩條互補鏈可恢復天然的雙螺旋構象，這一現(xiàn)象稱為復性。熱變性的DNA經緩慢冷卻后即可復性，這一過程稱為退火。減色效應：DNA復性時，其溶液OD260筆低。2. 核酸分子雜交(hybridization)在DNA變性后的復性過程中，如果將不同種類的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關系，在適宜的條件(溫度及離子強度)下，就可以在不同的分子間形成雜化雙鏈。這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交。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。核酸分子雜交的應用：（1）研究DNA分子中某一種基因的位置（2）定兩種核酸分子間的序列相似性（3）檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否（4）是基因芯片技術的基礎教案末頁小結5分鐘通過這一課的學習，重點掌握DNA勺化學組成，基本單位，核酸的一級結構，掌握DNA勺雙螺旋結構，了解核小體和DNA勺三級結構。重點掌握mRNAtRNArRNA的結構特點和功能。掌握核酸變性、復性及分子雜交的概念；核酸一般的理化性質。復習思考題及作業(yè)題1. 組成核酸的基本成分有哪些？2. 組成核酸的基本單位是什么？他們是如何連接的？3. 組成兩類核酸的主要核苷酸有哪些？4. DNA雙螺旋結構的要點有哪些？5. 核酸分子雜交