生命中的化學市公開課獲獎課件

1、1、核酸是生命遺傳信息攜帶者和傳遞者；2、對生命延續(xù)、生物物種遺傳特性保持、生長發(fā)育和細胞分化等起主要作用，并且對生物變異（腫瘤、遺傳病、代謝病等）密切相關。3、是當代生物化學、分子生物學和醫(yī)學主要物質(zhì)基礎之一。生命中化學物質(zhì)核酸第1頁第1頁第2頁第2頁核酸分類和構(gòu)成 脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。 DNA含有生物物種所有遺傳信息，分子量很大。人細胞核中DNA分子至少含9千萬個核苷酸。DNA為雙鏈分子，大部分為鏈狀，少部分為環(huán)狀。 RNA負責DNA遺傳信息翻譯和表示，分子量小多。單鏈分子。依據(jù)功效，可分為mRNA(信使） tRNA（轉(zhuǎn)移）rRNA（核糖體）。一、核酸分類第3頁第3

2、頁核酸分類和構(gòu)成二、核酸構(gòu)成核酸（和）是一個線形多聚核苷酸，基本結(jié)構(gòu)單元是核苷酸。第4頁第4頁核酸分類和構(gòu)成二、核酸構(gòu)成、核酸結(jié)構(gòu)單元核苷酸（）堿基腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（T）第5頁第5頁核酸分類和構(gòu)成（）堿基紫外吸?。ǎ┪焯敲撗鹾颂呛秃颂呛塑账嶙贤馕。骄逯?60 nm (pH 7.0)第6頁第6頁核酸分類和構(gòu)成（）核苷糖苷鍵（堿基近似垂直于糖平面）第7頁第7頁核苷酸核苷核酸分類和構(gòu)成（）核苷酸磷酸脫氧核糖核苷核糖核苷第8頁第8頁核酸分類和構(gòu)成、核苷酸衍生物（）ATP（腺嘌呤核糖核苷三磷酸）第9頁第9頁核酸分類和構(gòu)成（）ATP（腺嘌呤核糖核苷三磷酸）含有

3、兩個高能磷酸鍵，水解時釋放出大量自由能。生物體內(nèi)大部分需能反應能量起源。較好磷?；瘎?，底物能夠是有機分子或酶。磷?；沟玫孜锓肿雍休^高能量，是許多生化反應激活環(huán)節(jié)。ATP性質(zhì)結(jié)構(gòu)機制：靜電效應三聚磷酸根在pH7.4（生理）四個質(zhì)子所有解離，共帶四個負電荷，負電荷間靜電排斥使磷酸酯鍵處于高能。共振穩(wěn)定作用ATP解離成ADP（焦磷酸根）和磷酸，共振穩(wěn)定性大大增長。 第10頁第10頁三聚磷酸鈉作為一個優(yōu)良洗滌劑助劑已為人類服務了半個世紀，對清潔人類生存環(huán)境，提升洗滌劑去污效果起到了巨大作用。 （1）用于軟化水。由于它有螯合鈣、鎂、鐵等金屬離子性質(zhì)； （2）作膠溶劑、乳化劑。它對蛋白質(zhì)有膨潤、增溶作

4、用，因而有解膠效果，對脂肪物質(zhì)起增進乳化作用，對砂土、塵土等固體污垢增長分散作用，它能增強表面活性劑表面活性，減少臨界膠束濃度，起到減少表面活性劑用量和增強去污力雙重作用； （3）作緩沖劑。即使有酸性污垢存在，它也能使洗滌液保持一定堿度，有助于酸性污垢清除； （4）作干燥劑。它含有吸取水分預防洗滌劑結(jié)塊作用，它能保持合成洗滌劑制品始終成為干爽粒狀。 Na5P3O10第11頁第11頁核酸分類和構(gòu)成（2）GTP（鳥嘌呤核糖核苷三磷酸） 與ATP類似；較好磷?；瘎?；第12頁第12頁核酸分類和構(gòu)成（3）cAMP和cGMP環(huán)狀核苷酸，細胞間傳遞信息信使。第13頁第13頁核酸分類和構(gòu)成3、多聚核苷酸第14

5、頁第14頁核酸分類和構(gòu)成3、多聚核苷酸第15頁第15頁核酸結(jié)構(gòu)一、DNA結(jié)構(gòu)小溝大溝1953年，J. Watson 和F.Crick 提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并對其生物學意義作出科學解釋和預測。1962年諾貝爾獎。英國英國英國美國第16頁第16頁核酸結(jié)構(gòu)1、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)特點雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA二級結(jié)構(gòu)基本形式。（1）DNA分子兩條多聚脫氧核糖核苷酸鏈（DNA單鏈）沿同一根軸平行盤繞，形成右手雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩條鏈方向相反。第17頁第17頁核酸結(jié)構(gòu)（2）堿基位于螺旋內(nèi)側(cè)，磷酸和脫氧核糖基位于螺旋外側(cè)（表面）。堿基平面與螺旋軸垂直，糖基環(huán)平面與堿基環(huán)平面垂直。（3）螺旋截面直徑為2nm，每條鏈相鄰

6、兩個堿基平面間距0.34 nm，每10個核苷酸形成一個螺旋，螺距高度為3.4 nm。第18頁第18頁核酸結(jié)構(gòu)（4）雙螺旋間堿基嚴格配對：第19頁第19頁核酸結(jié)構(gòu)2、DNA雙螺旋穩(wěn)定性 生理環(huán)境下穩(wěn)定。 維持穩(wěn)定原因：兩條鏈間氫鍵；內(nèi)部疏水區(qū)，消除了介質(zhì)水分子對堿基間氫鍵影響；介質(zhì)中陽離子（Na+, K+ , Mg2+）中和了磷酸基團負電荷，減少了鏈間排斥力；范德華引力。 改變介質(zhì)條件和溫度，將影響雙螺旋穩(wěn)定性。第20頁第20頁核酸結(jié)構(gòu)二、RNA結(jié)構(gòu) 單鏈分子，豐富二級結(jié)構(gòu)。1、mRNA結(jié)構(gòu)(messenger RNA) 信使RNA，約占總RNA5%，但種類諸多，體內(nèi)代謝不久，細菌mRNA平均半

7、衰期2min，真核細胞平均5hrs。功效：將DNA遺傳信息傳遞到蛋白質(zhì)合成基地核糖核蛋白體。 第21頁第21頁 第二節(jié) 核酸結(jié)構(gòu)1、mRNA結(jié)構(gòu) （1）尾結(jié)構(gòu)3 末端一段200個核苷酸結(jié)構(gòu)poly(A)。與mRNA從細胞核到細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移、mRNA半衰期（壽命）相關。 （2）帽結(jié)構(gòu)5端有一個甲基化鳥苷酸。保護mRNA免受核酸酶對它從5端水解；并且在翻譯中起主要作用。5-端（7-甲基-鳥苷酸）帽結(jié)構(gòu)第22頁第22頁第23頁第23頁核酸結(jié)構(gòu)2、rRNA(核糖體RNA）結(jié)構(gòu) 約占所有RNA80%，它們與核糖體蛋白構(gòu)成核糖體（ribosome)。核糖體是合成蛋白質(zhì)細胞器，其唯一功效是按照mRNA指令由氨基

8、酸高效且準確地合成多肽鏈。（蛋白質(zhì)合成工廠） 第24頁第24頁核酸結(jié)構(gòu)2、rRNA(核糖體RNA）結(jié)構(gòu)：(a) E.coli 16S rRNA；（紅色為高度保守區(qū)）(b) 酵母菌18S rRNA，它們都含有類似40個臂環(huán)結(jié)構(gòu)(圖中140)，其長度和位置往往非常保守；第25頁第25頁核酸結(jié)構(gòu)3、tRNA(轉(zhuǎn)移RNA）結(jié)構(gòu) 約占所有RNA1015%，種類較多。大小在7378個核苷酸之間。在蛋白質(zhì)生物合成中起翻譯氨基酸信息、并將相應氨基酸轉(zhuǎn)移到核糖核蛋白體作用。每一個氨基酸至少有一個相應tRNA。 第26頁第26頁核酸結(jié)構(gòu)3、tRNA(轉(zhuǎn)移RNA）結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)“三葉草”形狀；五臂四環(huán)五區(qū)結(jié)構(gòu)；（1）

9、氨基酸接受區(qū)（2）反密碼子區(qū)（3）二氫脲嘧啶區(qū)（4）TC區(qū)（5）可變區(qū)第27頁第27頁核酸結(jié)構(gòu)3、tRNA(轉(zhuǎn)移RNA）結(jié)構(gòu)倒“L”型三級結(jié)構(gòu)第28頁第28頁 DNA是遺傳信息存儲和傳遞載體； RNA是將DNA中遺傳信息進行翻譯物質(zhì)； （翻譯 = 蛋白質(zhì)生物合成） mRNA信使，傳令兵，工程師； rRNA蛋白質(zhì)裝配工廠，生產(chǎn)線，車間； tRNA原材料運送者、送貨員生命過程兩大環(huán)節(jié)繁衍（遺傳信息復制）生長發(fā)育（蛋白質(zhì)合成）RNADNA第29頁第29頁粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體高爾基體線粒體細胞核第30頁第30頁一、核酸兩性性質(zhì)及等電點 核酸含：酸性基團（磷酸基中強酸），堿性基團（堿基弱堿）。含有

10、兩性和等電點。DNA等電點為44.5 RNA等電點為22.5。核酸性質(zhì)OPOHOOOHRNADNA第31頁第31頁核酸性質(zhì)二、核酸水解1、酸或堿水解核酸分子磷酸二酯鍵能夠在酸性或堿性條件下水解切斷。仍然是RNA比DNA分子容易發(fā)生水解。 兩者穩(wěn)定性差別生物學意義DNA作為遺傳信息攜帶者，要求其結(jié)構(gòu)有高度穩(wěn)定性。RNA作為信使時，經(jīng)常需要其快速代謝。第32頁第32頁核酸性質(zhì)二、核酸水解2、酶水解核酸水解酶催化多聚核苷酸鏈中磷酸二酯鍵水解。 依據(jù)水解對象分為：DNA水解酶（DNases）和RNA水解酶（RNases）。 依據(jù)水解作用方式分為：核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶。 核酸外切酶從多聚核苷酸一端開始

11、，逐一切除核苷酸； 核酸內(nèi)切酶從多聚核苷酸鏈中間開始，在某個位點切斷磷酸二酯鍵。第33頁第33頁核酸性質(zhì)二、核酸水解2、酶水解核酸水解酶催化多聚核苷酸鏈中磷酸二酯鍵水解。 限制性核酸內(nèi)切酶：能夠特異性水解核酸中一些特定堿基順序部位，有嚴格堿基專一性，在降解DNA時能夠辨認46個脫氧核苷酸順序?；蚬こ獭笆中g刀”。第34頁第34頁遺傳信息傳遞與表示 Crick中心法則（Francis Crick，英國，1958年）ReplicationTranscriptionTranslation or ExpressionReverse Transcription第35頁第35頁 以密碼形式由親代傳遞給子代

12、DNA復制（Replication)； 自DNA傳遞給mRNA轉(zhuǎn)錄（Transcription)； 依據(jù)mRNA遺傳信息合成出特異蛋白質(zhì)翻譯（Translation）或表示（Expression）； RNA病毒以本身核酸分子為模板進行復制； 致癌RNA病毒能通過逆轉(zhuǎn)錄（Reverse transcription）方式將遺傳信息傳遞給DNA。Crick中心法則遺傳信息傳遞與表示 第36頁第36頁DNA復制半保留復制親代DNA分子有二分之一保留在子代DNA分子中。第一代第二代第37頁第37頁DNA復制半不連續(xù)復制復制叉移動方向連續(xù)復制，前導鏈岡崎片段合成不連續(xù)復制，滯后鏈第38頁第38頁DNA聚合酶b-亞基（夾子）岡崎片段5335533535第39頁第39頁DNA信息轉(zhuǎn)錄合成方向是53，RN