生物化學(xué)核酸課件

1、關(guān)于生物化學(xué)核酸課件第一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月核 酸(nucleic acid) 是由核苷酸組成的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。第一節(jié) 概述第二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月核酸是一類重要的生物大分子，擔(dān)負著生命信息的儲存與傳遞。核酸是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)的重要研究領(lǐng)域，是基因工程操作的核心分子。第三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 核酸是遺傳物質(zhì)的載體一、核酸的研究發(fā)現(xiàn)史1868年，科學(xué)家從細胞核中分離得到一種酸性物質(zhì)，即現(xiàn)在被稱為核酸的物質(zhì)。第四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月核酸的分類及分布 主要在細胞核存在于胞核、胞液中。

2、脫氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸(RNA)生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)第五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月核酸的分類及分布 存在于細胞核和線粒體內(nèi)。存在于胞核、胞液和線粒體。(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脫氧核糖核酸 核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的遺傳型(genotype)。參與遺傳信息的復(fù)制與表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體。第六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月RNA的分類和功能信使RNA（mRNA） 攜帶DNA遺傳信息轉(zhuǎn)運RNA（tRNA） 通過反密碼子識別mRNA的 密碼子，使氨基酸對號入

3、座核蛋白體 (rRNA) 與核糖體蛋白形成核糖體， 是蛋白質(zhì)合成的場所第七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 98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（plasmid） 病毒：DNA病毒二、核酸的種類和分布 核酸分為兩大類： 脫氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid （DNA） 核糖核酸 Ribonucleic Acid（RNA）第八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié)核酸的分子組成第九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月核酸核苷酸核苷磷酸堿基戊糖元素組成： C H O N P 核酸完全水

4、解產(chǎn)生嘌呤和嘧啶等堿性物質(zhì)、戊糖（核糖或脫氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解則產(chǎn)生核苷和核苷酸。每個核苷分子含一分子堿基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除產(chǎn)生核苷外，還有一分子磷酸。核酸的各種水解產(chǎn)物可用層析或電泳等方法分離鑒定。第十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月核酸的基本組成單位是核苷酸 堿基戊糖磷酸核苷酸核苷核酸DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸 。RNA的基本組成單位是核糖核苷酸 。第十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月嘌呤 嘧啶 堿基腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有核苷酸的結(jié)構(gòu)每種核酸都含有四

5、種堿基 。第十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月戊 糖（構(gòu)成RNA） 核糖 （構(gòu)成DNA）脫氧核糖第十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月嘌呤腺嘌呤(adenine, A)鳥嘌呤(guanine, G)堿 基第十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶(uracil, U)胸腺嘧啶(thymine, T)第十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物。第十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月核苷（或脫氧核苷）：堿基和核糖（或脫氧核糖）通過

6、糖苷鍵連接形成。OHH糖苷鍵HHN2O112OHOHHCH2ONNHHH脫氧胞嘧啶核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷鍵腺嘌呤核苷第十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷酸（脫氧核苷酸）：核苷（脫氧核苷）和磷酸以酯鍵連接形成。 第十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 多磷酸核苷酸： NMP，NDP，NTP第二十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 環(huán)化核苷酸: cAMP，cGMP第二十一張，PPT共

7、七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 肌苷酸及鳥苷酸(強力味精) 輔酶 NAD、NADP、FMNIMP GMP第二十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 多聚核苷酸（核酸）多聚核苷酸是通過一個核苷酸的C3-OH 與另一分子核苷酸的5-磷酸基形成3,5-磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。5533第二十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月5-磷酸端（常用5-P表示）；3-羥基端（常用3-OH表示）多聚核苷酸鏈具有方向性，當(dāng)表示一個多聚核苷酸鏈時，必須注明它的方向是53或是35。多聚核苷酸的表示方式DNA RNA5PdAPdCPdGPdTOH

8、 3 5PAPCPGPUOH 或5ACGTGCGT 3 5ACGUAUGU 3 ACGTGCGT ACGUAUGUT53OH U53OH OH OH OH OH 第二十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA的合成原料： dATP, dGTP, dCTP, dTTP. RNA的合成原料： ATP, GTP, CTP, TTP. 第二十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 核酸的分子結(jié)構(gòu)一、DNA的一級結(jié)構(gòu)脫氧核糖核酸的排列順序可以用堿基排列順序表示連接鍵：3，5-磷酸二酯鍵磷酸與戊糖順序相連形成主鏈骨架堿基形成側(cè)鏈多核苷酸鏈均有5-末端和3-末端 DNA的堿基順序本身就

9、是遺傳信息存儲的分子形式。生物界物種的多樣性即寓于DNA分子中四種核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之中。 第二十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 基因與基因組基因（gene）：一段有功能的DNA片段，生物細胞中DNA分子的最小功能單位（交換單位）。 蛋白質(zhì)（mRNA 蛋白質(zhì)）產(chǎn)物 tRNA RNA rRNA 調(diào)節(jié)功能：調(diào)節(jié)基因無產(chǎn)物 作用未知結(jié)構(gòu)基因第二十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月基因組（genome）：某生物體（完整單倍體）所含全部遺傳物質(zhì)的總和。包括：核基因組（擬核/核DNA）及核外（質(zhì)粒/質(zhì)體DNA） bp（堿基對） 103 104 105 106 107

10、108 109 1010 1011 1012人兩棲類魚類藻類酵母細菌E.Coli病毒質(zhì)粒各種細胞、病毒和細菌質(zhì)粒中基因組的大小第二十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 原核生物基因組特點 重復(fù)序列少，多位編碼區(qū) 多為操縱子形式組織 有重疊基因存在 真核生物基因組特點 以染色體存在 重復(fù)序列多 基因組計劃人類基因組計劃（Human Genome Project， HGP ）酵母基因組計劃 （YGP）大腸桿菌（E.Coli）第三十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、DNA的二級結(jié)構(gòu) DNA的雙螺旋模型1953年，J. Watson和F. Crick 在前人研究工作的基礎(chǔ)上，

11、根據(jù)DNA結(jié)晶的X-衍射圖譜和分子模型，提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，并對模型的生物學(xué)意義作出了科學(xué)的解釋和預(yù)測。在DNA分子中，嘌呤堿基的總數(shù)與嘧啶堿基的總數(shù)相等。第三十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA雙螺旋模型要點B型結(jié)構(gòu) 兩條鏈反向平行，右手螺旋 堿基在內(nèi)（AT，GC）堿基平面垂直于螺旋軸 戊糖在外，雙螺旋每轉(zhuǎn)一周 為10堿基對（bp）A型結(jié)構(gòu) 堿基平面傾斜20，螺旋變粗變短，螺距23nm。Z型結(jié)構(gòu) 左手螺旋，只有小溝2.0 nm小溝大溝第三十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月雙螺旋DNA的結(jié)構(gòu)參數(shù)類型旋轉(zhuǎn)

12、方向螺旋直徑（nm）螺距（nm）每轉(zhuǎn)堿基對數(shù)目堿基對間垂直距離（nm）堿基對與水平面傾角ADNABDNAZDNA右右左2.02.31.82.83.44.51110120.2550.340.272007雙螺旋穩(wěn)定的力 氫鍵 堿基堆積力（疏水相互作用及范德華力） 離子鍵等 則DNA變性劑（熱、pH、脲/酰胺、有機溶劑）第三十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA的存在形式第三十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、DNA的三級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋的進一步扭曲構(gòu)成三級結(jié)構(gòu)，負超螺旋 原核 雙鏈環(huán)狀DNA（dcDNA） 病毒 單鏈環(huán)狀DNA（scDNA） 單鏈線性DNA（ssDNA）

13、 第三十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月真核 雙鏈線性DNA（dsDNA）第三十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)與功能一、結(jié)構(gòu)特點堿基組成 A、G、C、U （AU/GC） 稀有堿基較多，穩(wěn)定性較差，易水解多為單鏈結(jié)構(gòu)，少數(shù)局部形成螺旋分子較小分類mRNA（hnRNA 核不均一RNA）tRNA rRNA （snRNA/asRNA）少數(shù)RNA病毒第三十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、tRNA占RNA總量的15一種氨基酸對應(yīng)最少一種RNA分子量25000左右，大約由7090個核苷酸組成，沉降系數(shù)為4S左右。分子中含有較多的修飾成分。3-末端

14、都具有CpCpAOH的結(jié)構(gòu)。第三十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月tRNA的三級結(jié)構(gòu)第四十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月三、rRNA占RNA總量的80原核生物真核生物核糖體rRNA核糖體rRNA 30s70s 50s16s5s 、23s 40s80s 50s 18s5s、5.8s、28s第四十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月四、mRNA和hnRNA占細胞總RNA的35真核細胞mRNA的3-末端有一段長達200個核苷酸左右的聚腺苷酸(polyA)，稱為 “尾結(jié)構(gòu)” ，5 -末端有一個甲基化的鳥苷酸，稱為” 帽結(jié)構(gòu)“ 。五、snRNA （small nuclei

15、c RNA 核小RNA） scRNA （small cytoplasmic RNA） asRNA （antisense RNA）第四十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) 核酸的分子結(jié)構(gòu)一，DNA的分子結(jié)構(gòu) （一）DNA的一級結(jié)構(gòu)： 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，所以也稱為堿基序列。第四十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月5端3端核苷酸之間以3 , 5 -磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGAo第四十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月書寫方法第四十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 DNA 與RNA的區(qū)別核酸堿基

16、戊糖DNAA、G、C、T脫氧核糖RNAA、G、C、U核糖第四十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（二） DNA的二級結(jié)構(gòu) 雙螺旋結(jié)構(gòu)第四十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點 1.兩條鏈反向，平行，堿基互補A = T G C 。 2.圍繞同一中心軸構(gòu)成右手雙螺旋 。螺旋直徑2nm，表面有大溝和小溝（蛋白質(zhì)結(jié)合部位）。3. 堿基在內(nèi)側(cè)。每圈螺旋含10個堿基對 (bp)，螺距為3.4nm。4. 維持雙螺旋穩(wěn)定的因素：橫向為氫鍵，縱向為堿基間的堆積力。第四十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月堿基互補配對 TAGC第四十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于

17、2022年6月（一）原核生物DNA的高級結(jié)構(gòu)（三）DNA的三級結(jié)構(gòu)第五十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）真核生物DNA的高級結(jié)構(gòu)真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是 核小體。核小體的組成DNA：約200bp 組蛋白：H1H2A，H2BH3H4八聚體第五十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA的功能：基因是DNA分子中的某一段核苷酸排列順序，編碼特定的蛋白質(zhì)。第五十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、RNA的種類和分子結(jié)構(gòu)RNA的一級結(jié)構(gòu)：多核糖

18、核苷酸鏈中核苷酸的排列順序RNA為一條多核苷酸鏈，有的堿基配對，有的不配對，可以螺旋，也可以不螺旋。RNA通常以單鏈形式存在，局部可有二、三級結(jié)構(gòu)第五十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月動物細胞內(nèi)主要RNA的種類及功能核蛋白體RNA信使RNA轉(zhuǎn)運RNA功能核蛋白體組分蛋白質(zhì)合成模板轉(zhuǎn)運氨基酸核蛋白體RNA信使RNA轉(zhuǎn)運RNA細胞核和胞液功能rRNAmRNA tRNA核蛋白體組分二、RNA的種類和分子結(jié)構(gòu)核蛋白體RNA第五十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（一 ）信使RNAhnRNA 內(nèi)含子(intron)mRNA * mRNA成熟過程 外顯子(exon)mRNA的功能：作

19、為蛋白質(zhì)合成的模板。第五十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月* mRNA結(jié)構(gòu)特點1. 大多數(shù)真核mRNA的5末端形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。2. 大多數(shù)真核mRNA的3末端有多聚A尾。第五十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月* tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點 含稀有堿基較多 3末端為 CCA-OH 5末端大多數(shù)為G 由7090個核苷酸組成（二）轉(zhuǎn)運RNA* tRNA的功能選擇性搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。第五十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月* tRNA的二級結(jié)構(gòu)三葉草形氨基酸臂額外環(huán)第六十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月* tRNA的三級結(jié)構(gòu)

20、 倒L形第六十一張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月* rRNA的結(jié)構(gòu)（三）核蛋白體RNA* rRNA的功能參與組成核蛋白體（ rRNA+pr） ，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。核蛋白體包括大亞基和小亞基第六十二張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月核酸的理化性質(zhì)第 三 節(jié)第六十三張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一、一般的理化性質(zhì) 兩性解離 / 一般呈酸性（在中性溶液中帶負電荷），微 溶于水，不溶于有機溶劑線性大分子（粘度高?？辜羟辛Σ睿┛捎秒娪净螂x子交換（色譜）進行分離室溫條件下，DNA在堿中變性，但不水解，RNA水解加熱條件下，D核糖濃鹽酸苔黑酚 綠色 D2脫氧核糖酸二苯胺

21、 藍紫色第六十四張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一、紫外吸收在260nm波長有最大吸收峰，是由堿基的共軛雙鍵決定的。這一特性常用作核酸的定性、定量分析。第六十五張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、核酸的紫外吸收特性在核酸分子中，由于嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵體系，因而具有獨特的紫外線吸收光譜，一般在260nm左右有最大吸收峰，可以作為核酸及其組份定性和定量測定的依據(jù)。以A260/A280進行定性、定量DNA和RNA溶液中加入溴化乙錠（EB），在紫外下發(fā)出熒光第六十六張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月三、核酸的變性、復(fù)性與分子雜交1. 變性穩(wěn)定核酸雙螺旋次級鍵斷裂，空

22、間結(jié)構(gòu)破壞，變成單鏈結(jié)構(gòu)的過程。核酸的的一級結(jié)構(gòu)(堿基順序)保持不變。變性表征 生物活性部分喪失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸收增加（增色效應(yīng)）變性因素： pH（11.3或5.0） 變性劑（脲、甲酰胺、甲醛） 低離子強度 加熱第六十七張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、DNA的變性定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。變性因素：過量酸，堿，加熱等。第六十八張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂第六十九張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月DNA的變性過程是突變性的，它在很窄的溫度區(qū)間內(nèi)完成。因此，通常將紫外吸收的增加量達最大量一半時的溫度稱熔解溫度，用Tm表示。一般DNA的Tm值在70-85C之間。DNA的Tm值與分子中的G和C的含量有關(guān)。G和C的含量高，Tm值高。因而測定Tm值，可反映DNA分子中G, C含量，可通過經(jīng)驗公式計算：（G+C)%=(Tm-69.3)X2.442. 熱變性和Tm第七十張，PPT共七十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：DNA變性