分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成

1、分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成一、核酸分子的基本組成(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脫氧核糖核酸 核糖核酸核苷酸核苷堿基磷酸戊糖核糖脫氧核糖嘌呤嘧啶分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(一) 堿 基1、特性： 共軛性分子結(jié)構(gòu)，共軛雙鍵，260nm處有最大吸收嘌呤(purine) 弱堿性，低PH值時(shí)可接受質(zhì)子嘧啶(pyrimidine)堿基間存在疏水堆積力分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成2、種類(lèi)和結(jié)構(gòu)： 嘌呤腺嘌呤(adenine, A)鳥(niǎo)嘌呤(guanine, G)分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成嘧啶胞嘧啶(cyt

2、osine, C)尿嘧啶(uracil, U)胸腺嘧啶(thymine, T)分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(二) 戊 糖（構(gòu)成DNA）2、脫氧核糖(deoxyribose)（構(gòu)成RNA）123451、核糖(ribose)2OH 親水極性集團(tuán) 易水解 易受攻擊RNA不穩(wěn)定性無(wú)2OH，DNA相對(duì)穩(wěn)定分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(三) 核 苷戊糖C1嘌呤N9嘧啶N1糖苷鍵/糖甙鍵核糖核苷脫氧核糖核苷11分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(四) 核苷酸1、核苷酸 核苷+磷酸 磷酸酯鍵 戊糖+堿基+磷酸分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成2、游離核苷酸ADPATPAMP分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(五) 核酸的一級(jí)結(jié)

3、構(gòu)1、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。5端3端CGA2、核苷酸鏈的方向性：PO4OH5端3端分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成3、一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示方法 結(jié)構(gòu)式/線(xiàn)條式/字母式A G P5 P T PG PC PT P OH 3 5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 5端3端CGA磷酸基團(tuán)35磷酸二酯鍵羥基分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)4種dNTP以3、5磷酸二酯鍵相連構(gòu)成一個(gè)沒(méi)有分枝的線(xiàn)性大分子。它們的兩個(gè)末端分別稱(chēng)5末端（游離磷酸基）和3末端（游離羥基）。分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(六) DN

4、A與RNA在組成上的區(qū)別DNARNA堿基 A G C T A G C U戊糖 脫氧核糖 核糖結(jié)構(gòu) 雙鏈 大多單鏈，局部雙鏈配對(duì) AT AU G C G C 分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成二、DNA的空間結(jié)構(gòu)(一) DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu) 雙螺旋結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成1、特征反向平行的雙螺旋反向平行配對(duì)規(guī)律疏水堿基平面處于內(nèi)側(cè)，親水戊糖與磷酸骨架處于外測(cè)分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成右手螺旋右手螺旋每周10個(gè)堿基，每對(duì)堿基36，堿基平面距離存在大溝、小溝(大溝和小溝分別指雙螺旋表面凹下去的較大溝槽和較小溝槽。 )穩(wěn)定因素橫向：氫鍵縱向：堿基疏水堆積力分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

5、和基本組成2、雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性ABZ分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(二) DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu) 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(positive supercoil)盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方同相同 負(fù)超螺旋(negative supercoil)盤(pán)繞方向與DNA雙螺旋方向相反 分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成多級(jí)螺旋模型壓縮倍數(shù) 7 6 40 5 （8400） DNA 核小體 螺線(xiàn)管 超螺線(xiàn)管 染色單體 2nm 10nm 30(10)nm 400nm 210m 一級(jí)包裝 二級(jí)包裝 三級(jí)包裝

6、四級(jí)包裝分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成三、DNA的功能(一)DNA的基本功能:以基因的形式荷載遺傳信息，作為基因復(fù)制的模板，是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。是轉(zhuǎn)錄的模板，是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)。(二)基本概念:基因(gene)：攜帶遺傳信息的一段特定的核苷酸序列，可自我復(fù)制并指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄?；蚪M(genomic)：一個(gè)生物體所包含的全部遺傳信息的總和，即全部DNA序列。遺傳密碼(genetic code)：DNA堿基序列與蛋白質(zhì)的氨基酸序列之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系。起始密碼(ATG)AUG 終止密碼：UAA UAG UGA分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成四、RNA的結(jié)構(gòu)(一) RNA的結(jié)構(gòu)特征:組成：核糖 堿基A U

7、 C G單鏈，局部形成雙鏈。含稀有堿基較多DHU(二氫尿嘧啶)，T（假尿嘧啶），甲基化，甲羥化，乙?；确肿由飳W(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(二) RNA的種類(lèi):1、參與基因表達(dá)的RNA信使RNA（mRNA）：遺傳信息的傳遞，翻譯模板轉(zhuǎn)運(yùn)RNA （tRNA）：氨基酸載體核糖體RNA （rRNA）：提供蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所2、核不均一RNA（hnRNA）:mRNA的前體3、核內(nèi)小RNA （snRNA）：參與hnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)4、 核仁小RNA（snoRNA）：參與rRNA的加工修飾 5、胞質(zhì)小RNA （hnRNA）: 運(yùn)輸新合成的Pr到高爾基體加工6、小片段干擾RNA（siRNA）：誘發(fā)外源mRNA的降

8、解分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成五、核酸的理化性質(zhì)及應(yīng)用(一) 一般理化性質(zhì)1、粘度 DNA RNA2、沉降系數(shù) DNA RNA3、酸堿性質(zhì) DNA pI 44.5 ，pH 4.0 11.0 穩(wěn)定，提取 RNA pI 22.5 提取左右，混有很少DNA污染分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(二) 紫外吸收特征1、堿基的行為表現(xiàn) 共軛雙鍵在260nm有最大吸收分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成2、應(yīng)用 測(cè)定濃度 OD260 = 1.0 相當(dāng)于雙鏈DNA 50g/mL 單鏈DNA（或RNA） 40g/mL 寡核苷酸 20g/mL 判斷核酸樣品的純度 DNA純品 RNA純品 測(cè)定是否變性 （增色效應(yīng)） DNA完全

9、變性 增加 2540 RNA變性 增加 左右分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成增色效應(yīng) (hyperchromic effect) 由于DNA變性引起的光吸收增加稱(chēng)增色效應(yīng),也就是變性后 DNA 溶液的紫外吸收作用增強(qiáng)的效應(yīng)。 DNA 分子中堿基間電子的相互作用是紫外吸收的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)， 但雙螺旋結(jié)構(gòu)有序堆積的堿基又 “ 束縛 ” 了這種作用。變性DNA的雙鏈解開(kāi)，堿基中電子的相互作用更有利于紫外吸收，故而產(chǎn)生增色效應(yīng)。 分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成4、復(fù)性：變性的DNA在適當(dāng)?shù)臏囟?、一定離子強(qiáng)度條件下，給以足夠的時(shí)間重新締合形成雙螺旋的過(guò)程，稱(chēng)為復(fù)性。5、影響復(fù)性的因素： T：Tm 2026 離子強(qiáng)度

10、：降低帶同種電荷單鏈間的排斥 DNA濃度 DNA復(fù)雜程度6、分子雜交：不同來(lái)源的具有互補(bǔ)序列的兩條核酸單鏈，在一定條件下可以按堿基互補(bǔ)原則形成雙鏈的過(guò)程。分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成六、遺傳中心法則轉(zhuǎn)錄翻譯DNARNA蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄基因表型控制分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成基因經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯，產(chǎn)生具有特異生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)分子的過(guò)程?；虮磉_(dá)(gene expression)translationDNAmRNAproteintranscriptionDNARNAtranscriptionDNA無(wú)組織特異性基因表達(dá)有組織特異性分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成核酸生物合成的一般規(guī)律1 按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則

11、，以DNA為模板，逆轉(zhuǎn)錄以RNA為模板2 5 3方向，通過(guò)磷酸二酯鍵連接3 特異的聚合酶催化4 聚合酶的底物核苷酸要求是5核糖或脫氧核糖5 RNA聚合酶進(jìn)行聚合反應(yīng)時(shí)，可從頭合成RNA DNA聚合酶進(jìn)行聚合反應(yīng)時(shí)，要有3-OH末端分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(一) DNA的復(fù)制復(fù)制(replication)是指遺傳物質(zhì)的傳代，以親代DNA為模板，以dNTP為原料，按照堿基互補(bǔ)原則合成子鏈DNA的過(guò)程。分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成15N鏈14N鏈重氮環(huán)境15N輕氮環(huán)境14N分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成3535解鏈方向35335領(lǐng)頭鏈(leading strand)隨從鏈(lagging stra

12、nd)分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成1、復(fù)制的方式：母鏈雙螺旋解鏈，以母鏈的兩條單鏈為模板，半保留復(fù)制以四種dNTP為原料堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律子代DNA雙鏈與母鏈堿基序列一致5 3方向，通過(guò)磷酸二酯鍵連接分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成2、復(fù)制的條件：substrate: dATP, dGTP, dCTP, dTTPtemplate : 解開(kāi)成單鏈的DNA母鏈模板primer: 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合enzyme： a、DNA聚合酶 b、DNA連接酶 c、引物酶 d、解螺旋酶和拓?fù)洚悩?gòu)酶分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(三) 轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄 (transcription) 生物體以DNA為模板合成

13、RNA的過(guò)程 。mRNA把遺傳信息從染色體內(nèi)貯存的狀態(tài)轉(zhuǎn)送至胞質(zhì)，作為蛋白質(zhì)合成的直接模板。 轉(zhuǎn)錄RNADNA 分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成七、氨基酸蛋白質(zhì)是生物功能的主要載體，而氨基酸是蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子。自然界存在的成千上萬(wàn)種蛋白質(zhì)，在結(jié)構(gòu)和功能上的驚人的多樣性主要由氨基酸的內(nèi)在性質(zhì)造成的。分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(一) 氨基酸的分類(lèi):生物體中發(fā)現(xiàn)的氨基酸180多種，大多數(shù)是不參加蛋白質(zhì)組成，這些稱(chēng)為非蛋白質(zhì)氨基酸。蛋白質(zhì)組成的常見(jiàn)氨基酸或稱(chēng)基本氨基酸只有20種，稱(chēng)為蛋白質(zhì)氨基酸。存在某些蛋白質(zhì)的不常見(jiàn)氨基酸都是肽鏈上由常見(jiàn)氨基酸修飾轉(zhuǎn)化而來(lái)。分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基

14、酸蘇氨酸 ThreonineThr T半胱氨酸 Cystine CysC蛋氨酸 MethionineMetM天冬酰胺Asparagine Asn N谷氨酰胺 Glutarnine GlnQ天冬氨酸 AsparticacidAspD谷氨酸Glutamicacid Glu E賴(lài)氨酸LysineLysK精氨酸ArginineArgR組氨酸HistidineHisH中文名稱(chēng)英文名稱(chēng)三字母縮寫(xiě)單字母符號(hào)甘氨酸Glycine Gly G丙氨酸 AlanineAlaA纈氨酸ValineValV亮氨酸LeucineLeuL異亮氨酸 Isoleucine IleI脯氨酸ProlineProP苯丙氨酸 Pheny

15、lalanine PheF酪氨酸TyrosineTyrY色氨酸Tryptophan TrpW絲氨酸 Serine SerS中文名稱(chēng)英文名稱(chēng)三字母縮寫(xiě)單字母符號(hào)分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成按R基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi) 1.脂肪族aa （1）中性aa 甘氨酸 丙氨酸 纈氨酸 亮氨酸 異亮氨酸分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成含羥基或硫aa 絲氨酸 半胱氨酸 蘇氨酸 甲硫氨酸分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成胱氨酸由兩個(gè)半胱氨酸通過(guò)側(cè)鏈上的-SH基氧化成共價(jià)的二硫鍵連接而成分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成（）酸性aa及其酰胺 天冬氨酸 谷氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成（）堿性aa 賴(lài)氨酸 精氨酸分子生

16、物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成 、芳香族aa 苯丙氨酸 絡(luò)氨酸 色氨酸分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成、雜環(huán)aa 組氨酸 脯氨酸分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(三) 氨基酸的酸堿性質(zhì): 如果AA在晶體或水中主要以兼性離子（偶極離子)形式存在，不帶電荷的中性分子為數(shù)極少，就很好解釋這個(gè)問(wèn)題了。 靜電吸引 范德華力 兼性離子形式的AA是強(qiáng)極性分子分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成(四) AA的光學(xué)活性和光譜性質(zhì)的光學(xué)活性和立體化學(xué) a-氨基酸的a-碳是一個(gè)不對(duì)稱(chēng)原子（除了甘氨酸），因此具有旋光性。也分為兩種構(gòu)型D型和L型分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成蘇氨酸，異亮氨酸，羥脯氨酸和羥賴(lài)氨酸除了a-碳原子外，還有第二個(gè)不對(duì)稱(chēng)碳原子。因此有四種光學(xué)異構(gòu)體。它們分別稱(chēng)為L(zhǎng)-，D-，L-別-，D-別-氨基酸。 L-蘇氨酸 D-蘇氨酸 L-別-蘇氨酸 D-別-蘇氨酸分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成氨基酸的旋光性氨基酸的旋光符號(hào)和大小取決于它的R基性質(zhì)，并且與測(cè)定的溶液pH有關(guān)，這是因?yàn)樵诓煌膒H條件下氨基和羧基的解離狀況不同。 pH對(duì)L-亮氨酸（藍(lán)）和L-組氨酸（紅）的aD25值的影響 比旋是a-氨基酸的物理常數(shù)之一，是鑒別氨基酸的一種根據(jù)分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本組成2.氨基