優(yōu)選生物化學(xué)簡明教程第四核酸課件(112頁P(yáng)PT)

1、生物化學(xué)簡明教程第四核酸第1頁，共112頁。2作業(yè)第2頁，共112頁。3第3頁，共112頁。4第4頁，共112頁。5第5頁，共112頁。6第6頁，共112頁。7第7頁，共112頁。8類別 nucleic acid ribonucleic acid, RNA deoxyribonucleic acid, DNA 第8頁，共112頁。9 DNA （ deoxyribonucleic acid）：大部分在核中 RNA （ ribonucleic acid ）：核,質(zhì)均有分布 三種 RNA ：tRNA , mRNA, rRNA （ 15% （ 5% ）（ 80% ）分布第9頁，共112頁。10 98

2、核中（染色體中） 真核 線粒體（ mDNA ） 核外 葉綠體（ ctDNA ）DNA 擬核 原核 核外：質(zhì)粒（質(zhì)體） 病毒： DNA 病毒 第10頁，共112頁。11核蛋白 磷酸 核苷 堿基 戊糖 蛋白質(zhì) 核酸是由幾十個甚至幾千萬個核苷酸聚合而成的具有一定空間結(jié)構(gòu)的大分子化合物。 核酸核苷酸 3.1 核酸的組成成分 第11頁，共112頁。123.1.1 堿基（base）：又稱含氮堿 （1）嘧啶堿（pyrimidine, Py） 第12頁，共112頁。13第13頁，共112頁。14（2）嘌呤堿（purine, Pu） 其它嘌呤（核酸的代謝產(chǎn)物）：黃嘌呤、次黃嘌呤、尿酸等 第14頁，共112頁。1

3、53.1.2 戊糖（pentose） （1）結(jié)構(gòu) -D-核糖-D-2-脫氧核糖-D-2-O-甲基核糖第15頁，共112頁。163.1.3 核苷 核苷：含N苷，-苷 第16頁，共112頁。17核苷中戊糖與堿基的連接方式： 腺嘌呤核苷 （adenosine）胞嘧啶脫氧核苷 （deoxycytidne）第17頁，共112頁。18核苷 核糖核苷（核苷）：A、G、C、U 脫氧核糖核苷（脫氧核苷）：dA、dG、dC、dT 第18頁，共112頁。19修飾核苷或稀有核苷第19頁，共112頁。20修飾核苷包括三種情況: （1）由修飾堿基和糖組成的核苷 （2）由非修飾堿基和2-O-甲基核糖組成的核苷 （3）由堿基

4、與糖連接方式特殊的核苷 第20頁，共112頁。21（1）（2）第21頁，共112頁。22()第22頁，共112頁。23修飾核苷的簡寫符號 少數(shù)修飾核苷用單字符號如D、I；但大多數(shù)修飾核苷是將堿基取代基、取代位置和取代數(shù)目寫在核苷單字符號的左邊，用小寫英文字母代表取代基。 第23頁，共112頁。24取代基用下列小寫英文字母表示 :甲基m 乙?；鵤c 氨基n 甲硫基ms 羥基o或h 硫基s 異戊烯基i 羧基c 第24頁，共112頁。25例：第25頁，共112頁。26注意：例: 2-O-甲基腺苷 Am 含修飾核糖的核苷即2-O-甲基核苷的表示方法，在核苷符號的右下方注上一個小寫m。第26頁，共112

5、頁。272，3，5一核糖核苷酸(2-AMP)(3-AMP)(5-AMP)3.1.4 核苷酸（1）核苷酸的結(jié)構(gòu)和功能第27頁，共112頁。28第28頁，共112頁。29第29頁，共112頁。303，5一脫氧核糖核苷酸Deoxyadenosine 3- monphosphate (3- dAMP)Deoxyadenosine 5- monphosphate (5- dAMP)第30頁，共112頁。31第31頁，共112頁。32第32頁，共112頁。33核苷酸的重要衍生物 ATP類的高能磷酸化合物 AMPADPATP第33頁，共112頁。34第34頁，共112頁。35核苷酸是許多酶的輔因子的結(jié)構(gòu)成分

6、 NAD、NADP、CoA、FAD第35頁，共112頁。36環(huán)狀核苷酸 第36頁，共112頁。37細(xì)胞內(nèi) :ATP cAMP + PPi 磷酸二酯酶 5-AMP 腺苷酸環(huán)化酶 （AC）第37頁，共112頁。38核苷多磷酸類 第38頁，共112頁。39(2)核苷酸性質(zhì) 核苷酸紫外吸收性質(zhì) 第39頁，共112頁。40核苷酸兩性解離性質(zhì) 第40頁，共112頁。41第41頁，共112頁。42OCH2HHOHHOHHONNONH2POOHOCMPpKa2=4.5-OCH2HHOHHOHHONNONH2POOOCMPpKa3=6.4-pI =CMPpKa1+pKa22=0.8+4.52= 2.65pI =

7、CMPpKa1+pKa22=0.8+4.52= 2.65pI =CMPpKa1+pKa22=0.8+4.52= 2.65OCH2HHOHHOHHONNONH2POOHOCMPpKa1=0.80H+-OCH2HHOHHOHHONNONH2POOHOCMPpKa1=0.80H+-OCH2HHOHHOHHONNONH2POOHHOCMP+H+（4核苷酸的兩性解離和等電點(diǎn)第42頁，共112頁。43第43頁，共112頁。44第44頁，共112頁。453.2 核酸的一級結(jié)構(gòu) 1核酸分子中核苷酸的連接方式 3 , 5 磷酸二酯鍵第45頁，共112頁。46RNA第46頁，共112頁。5-磷酸端（常用5-P表示

8、）；3-羥基端（常用3-OH表示）方向性:注明它的方向是53或是35。多聚核苷酸的表示方式DNA RNA 5pdApdCpdGpdTOH 3 5pApCpGpUOH 5pACGTGCGT 3 5pACGUAUGU 3 d（ pACGTGCGT） pACGUAUGUT53U53 OH OH OH OH 第47頁，共112頁。483.3 DNA的二級結(jié)構(gòu) 3.3.1 提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的根據(jù) （1）x-光衍射分析 第48頁，共112頁。49（2）DNA堿基組成的定量分析 DNA堿基組成有種的特異性，但沒有組織、器官特異性。 A=T；G=C；A+G=T+C 20世紀(jì)40年代chargaff規(guī)則

9、 第49頁，共112頁。50（3）DNA的滴定曲線第50頁，共112頁。513.3.2 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)1953年Watson和Crick提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。 第51頁，共112頁。DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成53535353磷酸核糖堿基第52頁，共112頁。53第53頁，共112頁。54DNA 雙螺旋模型主要特征兩條反向平行的多聚核苷酸鏈沿同一中心軸右旋相互盤繞而形成。磷酸和脫氧核糖單位作為不變的骨架組成位于外側(cè)，糖環(huán)平面與中軸平行，作為可變成分的堿基位于內(nèi)側(cè)，堿基平面與中軸垂直鏈間堿基按AT，GC配對（堿基配對原則，Chargaff定律），形成堿基堆積力。螺旋直徑2nm，相鄰堿基

10、平面垂直距離0.34nm,兩核苷酸夾角為36，每一圈10個核苷酸，螺距為3.4nm。第54頁，共112頁。55DNA 雙螺旋模型主要特征4.DNA分子表面形成大溝和小溝。5.大多數(shù)天然DNA屬雙鏈DNA（dsDNA），某些病毒為單鏈DNA(ssDNA)。6.雙鏈DNA分子主鏈上的化學(xué)鍵受堿基配對等因素影響旋轉(zhuǎn)受到限制，使DNA分子比較剛硬，呈比較伸展的結(jié)構(gòu)。第55頁，共112頁。氫鍵 DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素2.堿基堆集力（base-stacking forces） 3.磷酸基上負(fù)電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和4.堿基處于疏水環(huán)境中第56頁，共112頁。57DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義 該模型揭示

11、了脫氧核糖核酸作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有價值的是確認(rèn)了堿基配對原則，這是脫氧核糖核酸復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞和表達(dá)的分子基礎(chǔ)。該模型的提出是20世紀(jì)生命科學(xué)的重大突破之一，它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個生命科學(xué)飛速發(fā)展的基石。第57頁，共112頁。583.3.3 DNA二級結(jié)構(gòu)的其他類型 Watson Crick DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（B-DNA） 當(dāng)DNA鈉鹽纖維相對濕度和鹽的種類改變時， DNA的構(gòu)象發(fā)生改變。 不同DNA纖維的空間結(jié)構(gòu) 類型結(jié)晶狀態(tài)ANa鹽，相對濕度75%時結(jié)晶BNa鹽，相對濕度92%時結(jié)晶C鋰鹽，相對濕度66%時結(jié)晶第58頁，共112頁。59

12、Z-DNA 1979年美國ARich等人發(fā)現(xiàn)了左旋DNA（左手DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)）晶體X-光衍射分析 d(CpGpCpGpCpGp)第59頁，共112頁。60第60頁，共112頁。三種 DNA 雙螺旋構(gòu)象比較A B Z外型 粗短 適中 細(xì)長螺旋方向 右手 右手 左手螺旋直徑 2.3nm 2.0nm 1.8nm堿基直升 0.26nm 0.34nm 0.38nm每圈堿基數(shù) 11 10 12螺距 2.8nm 3.4nm 4.5nm堿基傾角 20 1 7大溝 很窄很深 很寬較深 平坦小溝 很寬、淺 窄、深 較窄很深第61頁，共112頁。62Z-DNA的生物功能：與基因表達(dá)、基因調(diào)控有關(guān)。 第62頁，共1

13、12頁。63二重對稱結(jié)構(gòu)（回文結(jié)構(gòu)也稱反向重復(fù)）第63頁，共112頁。64第64頁，共112頁。65鏡像重復(fù)與三螺旋DNA 第65頁，共112頁。66第66頁，共112頁。673.4 DNA的高級結(jié)構(gòu) 噬菌體T2DNA長約50m E-coli DNA 長約1mm 人生殖細(xì)胞DNA長約1m 第67頁，共112頁。68動態(tài)中DNA超螺旋結(jié)構(gòu)第68頁，共112頁。69生物中，DNA與組蛋白八聚體形成核小體結(jié)構(gòu)時，存在著負(fù)超螺旋。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶可導(dǎo)致產(chǎn)生DNA超螺旋或消除超螺旋。不同形狀的DNA分子在瓊脂糖中的遷移率DNA分子的瓊脂糖凝膠電泳圖譜3.4.1 環(huán)狀DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)第69頁，共112頁

14、。70生物中，DNA與組蛋白八聚體形成核小體結(jié)構(gòu)時，存在著負(fù)超螺旋。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶可導(dǎo)致產(chǎn)生DNA超螺旋或消除超螺旋。不同形狀的DNA分子在瓊脂糖中的遷移率3.4.1 環(huán)狀DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)第70頁，共112頁。螺旋和超螺旋電話線螺旋超螺旋第71頁，共112頁。超螺旋狀態(tài)的定量描述公式1： L=T+W L連環(huán)數(shù)（linking number），DNA雙螺旋中一條鏈以右手螺旋與另一條鏈纏繞的次數(shù)。 TDNA分子中的螺旋數(shù)（twisting number） W超螺旋數(shù)或纏繞數(shù)（writhing number）L=25,T=25,W=0松弛環(huán)形1152010523L=23,T=25,W=2負(fù)超螺旋

15、12148231613第72頁，共112頁。L=25,T=25,W=0松弛環(huán)形1152010523L=23,T=23,W=0解鏈環(huán)形15101520231510152025L=23,T=25,W=2負(fù)超螺旋121482316131510152023右手旋轉(zhuǎn)擰松兩匝后的線形DNADNA 超螺旋的形成超螺旋的拓?fù)鋵W(xué)公式：L=T+W或=+例1第73頁，共112頁。74不切開DNA分子的拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)的變化。假定某環(huán)狀分子的長度為5500個堿基對，在B-DNA的松弛狀態(tài)下，則T=5500/10=550L=T+W L=T=550當(dāng)分子轉(zhuǎn)入70%酒精溶液時， 分子由B DNA轉(zhuǎn)為A DNA L=550 T=5

16、500/11=500W=L-T=+50例2第74頁，共112頁。75第75頁，共112頁。763.4.2 真核生物染色體結(jié)構(gòu)第76頁，共112頁。77第77頁，共112頁。78第78頁，共112頁。DNA （2nm）核小體鏈（ 11nm，每個核小體200bp）纖絲（ 30nm，每圈6個核小體）突環(huán)（ 150nm，每個突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（ 300nm ，6個突環(huán)）螺旋圈（ 700nm，每圈30個玫瑰花）染色體（ 1400nm， 每個染色體單體含10個螺旋圈）第79頁，共112頁。803.5 DNA和基因組3.5.1 基因和基因組的概念基因（Gene）：也稱為遺傳因子。是指攜帶有遺傳

17、信息的DNA序列，是控制性狀的基本遺傳單位。（結(jié)構(gòu)基因，調(diào)節(jié)基因，間隔序列）基因組（Genome）：一般的定義是單倍體細(xì)胞中的全套染色體為一個基因組，或是單倍體細(xì)胞中的全部基因為一個基因組。第80頁，共112頁。813.5 DNA和基因組3.5.2 病毒和細(xì)菌基因組的特點(diǎn)（1）共同點(diǎn)基因組較小，只有一個環(huán)狀或線形的DNA分子?；蚪M的大部分序列是用來編碼的，基因之間的間隔序列很短。功能相關(guān)的基因常常串聯(lián)在一起，由共同的調(diào)控元件調(diào)控，并轉(zhuǎn)錄成同一mRNA分子，指導(dǎo)多種蛋白質(zhì)的合成。第81頁，共112頁。823.5 DNA和基因組3.5.3 真核生物基因組的特點(diǎn)基因組較大，復(fù)制有多個起始點(diǎn)。不存在

18、操縱子結(jié)構(gòu)。存在大量的重復(fù)序列。第82頁，共112頁。83OHOHOH53 RNA與DNA的差異 DNA RNA糖 脫氧核糖 核糖堿基 AGCT AGCU 不含稀有堿基 含稀有堿基3.6 RNA的結(jié)構(gòu)和功能RNA的概述3,5-磷酸二酯鍵 第83頁，共112頁。84RNA 的類別信使 RNA （mRNA ）：在蛋白質(zhì)合成中起模板作用；核糖體 RNA （ rRNA ）：與蛋白質(zhì)結(jié)合構(gòu)成核糖體，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所；轉(zhuǎn)移 RNA （ tRNA ）：在蛋白質(zhì)合成時起著攜帶活化氨基酸的作用。hnRNA(核內(nèi)不均一RNA); snRNA(小核RNA); scRNA（細(xì)胞質(zhì)小RNA）;asRAN(反義R

19、NA)第84頁，共112頁。Ala85（ 1 ） 氨基酸臂（ 3 ）反密碼環(huán)（ 4 ）T C 環(huán)（ 5 ）額外環(huán)DHU環(huán)IGC反密碼子反密碼環(huán)氨基酸臂可變環(huán)TC環(huán)CCA（ 2）二氫尿嘧啶環(huán)（DHU 環(huán)）3.6.1 tRNA第85頁，共112頁。863.6.1 tRNA第86頁，共112頁。87tRNA 的三級結(jié)構(gòu)第87頁，共112頁。883.6.2 rRNA原核細(xì)胞真核細(xì)胞(哺乳動物細(xì)胞)沉降常數(shù)近似分子量沉降常數(shù)近似分子量核蛋白體70S2.710680S4.6106小亞基30S0.910640S1.5106rRNA16S0.610618S0.7106蛋白質(zhì)21種0.3106約30種0.781

20、06大亞基50S2.010660S3.0106rRNA23S1.210628S1.71065.8S4.01045S3.21045S3.2104蛋白質(zhì)34種0.7106約50種1.37104原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的核糖體組成第88頁，共112頁。89第89頁，共112頁。90第90頁，共112頁。913.6.3 mRNA和 hnRNA原核細(xì)胞mRNA真核細(xì)胞mRNA5端無帽子結(jié)構(gòu)5端有帽子結(jié)構(gòu)（翻譯活性有關(guān)）3端沒有或僅有少于10個聚腺苷酸3端有約200個聚腺苷酸（轉(zhuǎn)移到核糖體的過程有關(guān)）第91頁，共112頁。92 mRNA 的分子結(jié)構(gòu)原核生物 mRNA 特征： 先導(dǎo)區(qū) +翻譯區(qū)（多順反子）+ 末端

21、序列真核生物 mRNA 特征： 帽子 （ m7G-5 ppp5 -N-3 p ） +單順反子+尾巴 （polyA）第92頁，共112頁。原核細(xì)胞 mRNA 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)53順反子順反子順反子插入順序插入順序先導(dǎo)區(qū)末端順序第93頁，共112頁。真核細(xì)胞 mRNA 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)AAAAAAA-OH5 “帽子”PolyA 3 順反子m7G5 ppp5 Nm-3 p第94頁，共112頁。953.7 核酸及核苷酸的性質(zhì)分子大小: DNA Mr: 106 109 或更大性狀： DNA 為白色纖維狀固體，而 RNA 為白色粉末。溶解度： DNA 和 RNA 均不溶于一般的有機(jī)溶劑，微溶于水，但它們的鈉鹽在水中溶

22、解度較大。 RNA Mr :104 106 或更大3.7.1 一般的理化性質(zhì)黏度： DNA的極高， RNA的黏度較小。水解性： RNA 能被稀堿水解（與2 -OH 有關(guān)）；在酸性條件下，磷酸酯鍵比糖苷鍵更穩(wěn)定，酸水解DNA首先生成無嘌呤酸 。第95頁，共112頁。963.7.2 紫外吸收性質(zhì) 由于核酸中堿基的共軛雙鍵，所以對紫外光有強(qiáng)烈吸收，最大吸收峰在260nm附近，利用這一特性可進(jìn)行核酸的定量測定。 第96頁，共112頁。97首先根據(jù)A260/A280的比值判斷核酸樣品的純度純DNA：A260/A280=1.8 純RNA：A260/A280=2.0（若樣品中含有雜蛋白或苯酚，則A260/A

23、280比值明顯降低）純的核酸樣品可根據(jù)260nm的光吸收值算出其含量若260nm光吸收值為1相當(dāng)于:50g/ml雙螺旋DNA40g/ml單鏈DNA或RNA20g/ml寡核苷酸。第97頁，共112頁。981cm光徑比色杯，260nm光吸收值:1g/mL DNA:0.0201g/mL RNA:0.024第98頁，共112頁。氫鍵 堿基堆集力（base-stacking forces） 磷酸基上負(fù)電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和堿基處于疏水環(huán)境中3.7.3 核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性第99頁，共112頁。1003.7.4 變性作用 1變性（denaturation） 核酸變性:是指核酸的空間構(gòu)象被破壞,氫鍵斷裂, 生物活性喪失的現(xiàn)象。DNA分子變性： DNA分子由雙鏈結(jié)構(gòu)解鏈成單鏈的過程。 引起核酸變性的因素 ：熱、酸堿和光輻射等熱變性：因加熱而導(dǎo)致核酸的變性?；瘜W(xué)變性：因加入化學(xué)試劑而引起的變性。第100頁，共112頁。101（1）熱變性 結(jié)構(gòu)：螺旋線團(tuán) 理化性質(zhì)：紫外吸收 黏度浮力密度生物活性：生物活性或喪失 DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂第101頁，共112頁。102（