第五章核酸結(jié)構(gòu)功能詳解

第五章核酸結(jié)構(gòu)功能詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共80頁(yè)。優(yōu)選第五章核酸結(jié)構(gòu)功能當(dāng)前2頁(yè)，總共80頁(yè)。第一節(jié)核酸的組成與結(jié)構(gòu)一、核酸的生物功能1、核酸是遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2、核酸與生物遺傳信息的傳遞3、核酸與醫(yī)藥如：核酸類衍生物具有抗病毒及抗癌作用當(dāng)前3頁(yè)，總共80頁(yè)。二、核酸的組成1核酸分子中核苷酸的化學(xué)組成與命名(1)堿基、核苷、核苷酸的概念和關(guān)系

(2)

核糖和脫氧核糖

（3）常見堿基的結(jié)構(gòu)與命名法

(4)

常見（脫氧）核苷酸的基本結(jié)構(gòu)與命名(5)稀有核苷酸2細(xì)胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物當(dāng)前4頁(yè)，總共80頁(yè)。1）堿基、核苷、核苷酸的概念和關(guān)系

NitrogenousbasePentosesugarHOCH2HOHDoxyribose(inDNA)HOCH2HOOHRibose(inRNA)PhosphatePyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAG當(dāng)前5頁(yè)，總共80頁(yè)。2）核糖和脫氧核糖當(dāng)前6頁(yè)，總共80頁(yè)。3）常見堿基結(jié)構(gòu)和命名嘌呤嘧啶Adenine

(A)Guanine

(G)Cytosine(C)Uracil(U)Thymine(T)當(dāng)前7頁(yè)，總共80頁(yè)。5′-磷酸核苷酸的基本結(jié)構(gòu)OO（N=A、G、C、U、T）HH(O)H1′2′NOHCH2HH5′4′3′PO-OOO-當(dāng)前8頁(yè)，總共80頁(yè)。核苷酸的結(jié)構(gòu)和命名腺嘌呤核苷酸（AMP）Adenosine

monophosphate脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）Deoxyadenosine

monophosphateOH鳥嘌呤核苷酸（GMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）H當(dāng)前9頁(yè)，總共80頁(yè)。PPPPPPPP4）常見（脫氧）核苷酸的結(jié)構(gòu)和命名鳥嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸（AMP）脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）當(dāng)前10頁(yè)，總共80頁(yè)。5）幾種稀有核苷酸假尿苷（）二氫尿嘧啶（DHU）AmCH3CH3H3Cm26AHH5當(dāng)前11頁(yè)，總共80頁(yè)。2、細(xì)胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物1、多磷酸核苷酸

2、環(huán)核苷酸

3、輔酶類核苷酸。當(dāng)前12頁(yè)，總共80頁(yè)。

5′-NMP5′-NDP5′-NTPN=A、G、C、U

5′-dNMP5′-dNDP5′-dNTPN=A、G、C、T腺苷酸及其多磷酸化合物

AMPAdenosine

monophosphate

ADPAdenosine

diphosphate

ATPAdenosine

triphosphate當(dāng)前13頁(yè)，總共80頁(yè)。OPOOHOA(G)OOOHCH2HHHHcAMP(cGMP)的結(jié)構(gòu)

Cyclicadenylie(Guanine)acid當(dāng)前14頁(yè)，總共80頁(yè)。

第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)

一、DNA的分子結(jié)構(gòu)二、RNA的分子結(jié)構(gòu)當(dāng)前15頁(yè)，總共80頁(yè)。（一）DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA分子中各脫氧核苷酸之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序叫做DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱為堿基序列。一級(jí)結(jié)構(gòu)的走向的規(guī)定為5′→3′。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列順序，因此攜帶有不同的遺傳信息。

一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示法結(jié)構(gòu)式，線條式，字母式

一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定5′3′當(dāng)前16頁(yè)，總共80頁(yè)。DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示法5′3′結(jié)構(gòu)式5′3′

p

p

p

pOH3′ACTG1′線條式5′

ACTGCATAGCTCGA3′字母式當(dāng)前17頁(yè)，總共80頁(yè)。2、DNA、RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)5′3′OHOHOH5′3′RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前18頁(yè)，總共80頁(yè)。（二）真核生物DNA與原核生物DNA的比較

真核生物基因組的特點(diǎn)1、有重復(fù)順序1）高度重復(fù)順序（衛(wèi)星DNA）：基礎(chǔ)順序短，含5-100bp，重復(fù)次數(shù)達(dá)幾百萬(wàn)次，富含AT或GC2）中度重復(fù)順序：基礎(chǔ)順序長(zhǎng)，含300bp或更長(zhǎng)，重復(fù)次數(shù)從幾百到幾千。如組蛋白基因、rRNA基因、tRNA基因等。3）單一順序：重復(fù)幾次或不重復(fù)。如：除組蛋白外的其他蛋白質(zhì)基因。當(dāng)前19頁(yè)，總共80頁(yè)。2、有間隔順序與插入順序（內(nèi)含子）3、有回紋結(jié)構(gòu)：DNA分子以一個(gè)假想軸旋轉(zhuǎn)180度后，兩部分結(jié)構(gòu)完全重合。當(dāng)前20頁(yè)，總共80頁(yè)。DNA回文序列及幾種結(jié)構(gòu)形式回文序列發(fā)夾式結(jié)構(gòu)十字形結(jié)構(gòu)中心區(qū)域當(dāng)前21頁(yè)，總共80頁(yè)。

原核生物基因組的特點(diǎn)

1、有基因重疊現(xiàn)象2、功能相關(guān)的基因常串聯(lián)在一起，并轉(zhuǎn)錄在同一mRNA分子中3、DNA分子中大部分是為結(jié)構(gòu)基因，無(wú)重復(fù)序列。結(jié)構(gòu)基因是連續(xù)的，一般不含插入或間隔序列當(dāng)前22頁(yè)，總共80頁(yè)。（三）DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前23頁(yè)，總共80頁(yè)。1、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成5′3′5′3′5′3′5′3′磷酸核糖堿基T-A堿基對(duì)C-G堿基對(duì)當(dāng)前24頁(yè)，總共80頁(yè)。2、DNA的雙螺旋模型特點(diǎn)

兩條反向平行的多聚核苷酸鏈沿一個(gè)假設(shè)的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)，作為可變成分的堿基位于內(nèi)側(cè)，鏈間堿基按A—T，G—C配對(duì)（堿基配對(duì)原則，Chargaff定律）

螺旋直徑2nm，相鄰堿基平面垂直距離0.34nm,螺旋結(jié)構(gòu)每隔10個(gè)堿基對(duì)（basepair,bp）重復(fù)一次，間隔為3.4nmCG間形成三個(gè)氫鍵，AT

間形成二個(gè)氫鍵，且氫鍵與中心軸垂直螺旋表面有一條大溝一條小溝當(dāng)前25頁(yè)，總共80頁(yè)。

氫鍵堿基堆集力（兀電子之間相互作用的結(jié)果）堿基處于疏水環(huán)境中磷酸基上負(fù)電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和3、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素

當(dāng)前26頁(yè)，總共80頁(yè)。4、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義

該模型揭示了DNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有價(jià)值的是確認(rèn)了堿基配對(duì)原則，這是是DNA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(gè)生命科學(xué)飛速發(fā)展的基石。當(dāng)前27頁(yè)，總共80頁(yè)。5、DNA雙螺旋的多態(tài)性DNA雙螺旋的不同構(gòu)象

當(dāng)前28頁(yè)，總共80頁(yè)。DNA雙螺旋構(gòu)象的類型當(dāng)前29頁(yè)，總共80頁(yè)。DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)的多樣性DNA分子中十字形結(jié)構(gòu)的形成富于AT富于ATHolliday結(jié)構(gòu)當(dāng)前30頁(yè)，總共80頁(yè)。DNA三鏈間的堿基配對(duì)DNA分子內(nèi)的三鏈結(jié)構(gòu)多聚嘌呤多聚嘧啶DNA分子間的三鏈結(jié)構(gòu)當(dāng)前31頁(yè)，總共80頁(yè)。（四）DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)

在細(xì)胞內(nèi)，由于DNA分子與其它分子（主要是蛋白質(zhì)）的相互作用，使DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲形成的高級(jí)結(jié)構(gòu).實(shí)例：超螺旋

染色體（chromosome）

病毒（virus）當(dāng)前32頁(yè)，總共80頁(yè)。

當(dāng)前33頁(yè)，總共80頁(yè)。DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的形成

負(fù)超螺旋：螺旋方向與DNA螺旋方向相反（螺旋處于松緾狀態(tài)）

正超螺旋：螺旋方向與DNA螺旋方向相同（螺旋處于緊緾狀態(tài)）當(dāng)前34頁(yè)，總共80頁(yè)。核小體盤繞及染色質(zhì)示意圖當(dāng)前35頁(yè)，總共80頁(yè)。組蛋白與DNA的結(jié)合當(dāng)前36頁(yè)，總共80頁(yè)。真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)

DNA

（2nm）核小體鏈（11nm，每個(gè)核小體200bp）纖絲（30nm，每圈6個(gè)核小體）突環(huán)（150nm，每個(gè)突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（300nm，6個(gè)突環(huán)）螺旋圈（700nm，每圈30個(gè)玫瑰花）染色體（1400nm，每個(gè)染色體含10個(gè)玫瑰花200bp）當(dāng)前37頁(yè)，總共80頁(yè)。噬菌體T2結(jié)構(gòu)頭部頸圈尾部基板尾絲尖釘DNA當(dāng)前38頁(yè)，總共80頁(yè)。

被膜（脂蛋白、碳水化合物）衣殼（蛋白質(zhì)）核酸突起（糖蛋白）病毒粒（DNA或RNA）當(dāng)前39頁(yè)，總共80頁(yè)。（五）基因和基因組基因：指含有合成一個(gè)功能性生物分子（蛋白質(zhì)或RNA）所需信息的一個(gè)特定DNA片段。遺傳學(xué)上將DNA分子中最小的功能單位稱為基因。

基因組：基因組指單倍體細(xì)胞中包括編碼序列和非編碼序列在內(nèi)的全部DNA分子。

當(dāng)前40頁(yè)，總共80頁(yè)。操縱子

原核基因組中，基因表達(dá)的協(xié)同單位。由操縱基因、啟動(dòng)子和結(jié)構(gòu)基因三部分組成。

操縱基因

操縱基因控制結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄速度，是RNA聚合酶能否通過的“開關(guān)”。位于結(jié)構(gòu)基因的附近，本身不能轉(zhuǎn)錄成mRNA。

當(dāng)前41頁(yè)，總共80頁(yè)。酶的阻遏操縱子模型B.有活性阻遏蛋白加誘導(dǎo)劑A.有活性阻遏蛋白操縱基因啟動(dòng)基因調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻擋操縱基因結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物與阻遏蛋白結(jié)合,使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)酶蛋白mRNA當(dāng)前42頁(yè)，總共80頁(yè)。一個(gè)基因包括：編碼蛋白質(zhì)或RNA的序列轉(zhuǎn)錄所必需的調(diào)節(jié)序列編碼序列上游5’端非編碼序列編碼序列下游3’端非編碼序列內(nèi)含子當(dāng)前43頁(yè)，總共80頁(yè)?；蚪MDNA序列基因序列與非基因序列編碼序列與非編碼序列單一序列與重復(fù)序列當(dāng)前44頁(yè)，總共80頁(yè)。二、RNA的分子結(jié)構(gòu)

1、RNA一級(jí)結(jié)構(gòu)和類別2、tRNA的分子結(jié)構(gòu)3、rRNA的分子結(jié)構(gòu)4、mRNA的分子結(jié)構(gòu)當(dāng)前45頁(yè)，總共80頁(yè)。RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)

RNA分子中各核苷之間的連接方式（3′-5′磷酸二酯鍵）和排列順序叫做RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)OHOHOH5′3′

RNA與DNA的差異

DNA

RNA糖脫氧核糖核糖堿基AGCTAGCU不含稀有堿基含稀有堿基當(dāng)前46頁(yè)，總共80頁(yè)。1、RNA的種類和分子結(jié)構(gòu)當(dāng)前47頁(yè)，總共80頁(yè)。

當(dāng)前48頁(yè)，總共80頁(yè)。沉降系數(shù)（S）

生物大分子在單位離心力場(chǎng)作用下的沉降速度稱為沉降系數(shù)。即沉降系數(shù)是微顆粒在離心力場(chǎng)的作用下，從靜止?fàn)顟B(tài)到達(dá)極限速度所需要的時(shí)間。其單位用Svedberg，即s表示，s=1×10-13秒。

沉降系數(shù)（S）與分子量（M）的關(guān)系M=RTsD(1-)Svederg方程:當(dāng)前49頁(yè)，總共80頁(yè)。4）小的干涉RNA和微RNA小的干涉RNA（siRNAs）：是含有21－22個(gè)單核苷酸長(zhǎng)度的雙鏈RNA，能促使核酸酶水解與其互補(bǔ)的mRNA，從而抑制與其互補(bǔ)的mRNA的表達(dá)。將由dsRNA誘導(dǎo)的這種基因沉默效應(yīng)定義為RNAi即RNA干涉。當(dāng)前50頁(yè)，總共80頁(yè)。當(dāng)前51頁(yè)，總共80頁(yè)。當(dāng)前52頁(yè)，總共80頁(yè)。微小RNA（miRNAs)：miRNAs是一類含19-25單核苷酸的單鏈RNA，在3’-端有1-2個(gè)堿基長(zhǎng)度變化，廣泛存在于真核生物中，不編碼任何蛋白，本身不具有開放閱讀框架，具有保守性、時(shí)序性和組織特異性。成熟的miRNA可以和上游或下游序列不完全配對(duì)而形成基環(huán)結(jié)構(gòu)。其功能是抑制靶mRNA的翻譯

當(dāng)前53頁(yè)，總共80頁(yè)。當(dāng)前54頁(yè)，總共80頁(yè)。當(dāng)前55頁(yè)，總共80頁(yè)。2、tRNA的結(jié)構(gòu)

tRNA一級(jí)結(jié)構(gòu)：由70－90個(gè)核苷酸組成,富含稀有堿基，3’末端為－C－C－AOH，沉降系數(shù)為4S。當(dāng)前56頁(yè)，總共80頁(yè)。酵母tRNAAla

的二級(jí)結(jié)構(gòu)

DHU環(huán)AA活化酶結(jié)合部位IGC反密碼子反密碼環(huán)氨基酸臂可變環(huán)TψC環(huán)核糖體結(jié)合CCAAla3′5′單鏈三葉草葉形四臂四環(huán)當(dāng)前57頁(yè)，總共80頁(yè)。tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊扭曲形成倒L型當(dāng)前58頁(yè)，總共80頁(yè)。

3、rRNA的分子結(jié)構(gòu)特征：

單鏈，螺旋化程度較tRNA低分子大小不均一,真核有4種，原核有3種

二級(jí)結(jié)構(gòu)無(wú)規(guī)律

與蛋白質(zhì)組成核糖體后方能發(fā)揮其功能

當(dāng)前59頁(yè)，總共80頁(yè)。當(dāng)前60頁(yè)，總共80頁(yè)。當(dāng)前61頁(yè)，總共80頁(yè)。

4、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）+末端序列真核生物mRNA特征：

“帽子”（m7G-5′ppp5′-N-3′p）+單順反子+“尾巴”（PolyA）當(dāng)前62頁(yè)，總共80頁(yè)。原核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5′3′順反子順反子順反子插入順序插入順序先導(dǎo)區(qū)末端順序當(dāng)前63頁(yè)，總共80頁(yè)。真核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)AAAAAAA-OH5′

“帽子”PolyA

3′

順反子m7G-5′ppp-N-3′p帽子結(jié)構(gòu)功能*使mRNA免遭核酸酶的破壞*使mRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開始合成蛋白質(zhì)*被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識(shí)別，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。Poly(A)尾巴的功能*是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式*它大大提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性

當(dāng)前64頁(yè)，總共80頁(yè)。第三節(jié)核酸的理化性質(zhì)

一、一般理化性質(zhì)性質(zhì)

二、核酸的紫外吸收特性（λmax=260nm）三、核酸的變性、復(fù)性和分子雜交四、核酸的熔解溫度（Tm）

當(dāng)前65頁(yè)，總共80頁(yè)。一、一般理化性質(zhì)1、兩性電解質(zhì)2、DNA為白色纖維狀固體，RNA為白色粉未；微溶于水，不溶于一般的有機(jī)溶劑。3、DNA是極不對(duì)稱的線形分子，因此溶液的粘度比RNA高很多。4、兩者都能被酸、堿或酶水解成各種成分（RNA在室溫下被稀堿水解成核苷酸而DNA對(duì)堿較穩(wěn)定）當(dāng)前66頁(yè)，總共80頁(yè)。二、DNA的紫外吸收光譜天然DNA變性DNA核苷酸總吸收值1232202402602800.10.20.30.4波長(zhǎng)（nm）光吸收123增色效應(yīng)DNA變性后在260nm處光吸收增加的現(xiàn)象。

當(dāng)前67頁(yè)，總共80頁(yè)。三、DNA的變性過程加熱部分雙螺旋解開無(wú)規(guī)則線團(tuán)鏈內(nèi)堿基配對(duì)當(dāng)前68頁(yè)，總共80頁(yè)。核酸的變性、復(fù)性和雜交變性（加熱）探針雜交（緩慢冷卻）復(fù)性（緩慢冷卻）

變性：在物理、化學(xué)因素影響下，DNA堿基對(duì)間的氫鍵斷裂，雙螺旋解開，這是一個(gè)是躍變過程，伴有A260增加（增色效應(yīng)）,DNA的功能喪失。復(fù)性：在一定條件下，變性DNA單鏈間堿基重新配對(duì)恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)，伴有A260減?。p色效應(yīng)）,DNA的功能恢復(fù)。當(dāng)前69頁(yè)，總共80頁(yè)。分子雜交的原理示意圖

不同來(lái)源的DNA單鏈間或單鏈DNA與RNA之間只要有堿基配對(duì)的區(qū)域，在復(fù)性時(shí)可形成局部雙螺旋區(qū)，稱核酸分子雜交（hybridization）制備特定的探針（probe）通過雜交技術(shù)可進(jìn)行基因的檢測(cè)和定位研究。實(shí)例：southern印跡法當(dāng)前70頁(yè)，總共80頁(yè)。Southern印跡法DNA分子限制片段限制性酶切割瓊脂糖電泳轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜上與放射性標(biāo)記DNA探針雜交放射自顯影帶有DNA片段的凝膠凝膠濾膜用緩沖液轉(zhuǎn)移DNA吸附有DNA片段的膜當(dāng)前71頁(yè)，總共80頁(yè)。四、Tm：熔解溫度（meltingtemperature）Polyd(A-T)DNAPolyd(G-C)

DNA的變性發(fā)生在一個(gè)很窄的溫度范圍內(nèi)，通常把熱變性過程中A260達(dá)到最大值一半時(shí)的溫度稱為該DNA的熔解溫度，用Tm表示。

Tm的大小與DNA分子中（G+C）的百分含量成正相關(guān)，測(cè)定Tm值可推算核酸堿基組成及判斷DNA純度。某些DNA的Tm值60801001.01.41.2100%A260t\0CTmTmTm123123當(dāng)前72頁(yè)，總共80頁(yè)。影響Tm值的因素G－C對(duì)的含量溶液的離子強(qiáng)度。溶液的離子強(qiáng)度低，Tm值也低溶液的PH值，PH值大于11.3時(shí)，DNA完全變性，PH值小于5時(shí)DNA易脫嘌呤變性劑使Tm值下降當(dāng)前73頁(yè)，總共80頁(yè)。第四節(jié)核酸的分離與含量測(cè)定一、核酸分離純化1、分離核酸的一般原則：防止降解2、DNA的分離用1mol/LNaCl抽提，稀釋至0.14mol/L鹽溶液中，RNP(RNA蛋白）溶解，DNP（DNA蛋白）溶解度最小。3、RNA的分離二、核酸含量測(cè)定

1、紫外吸收法

2、定糖法

3、定磷法當(dāng)前74頁(yè)，總共80頁(yè)。第六節(jié)DNA研究進(jìn)展

一、人類基因組計(jì)劃簡(jiǎn)介（HumanGenomeProject，HGP）二、DNA芯片技術(shù)簡(jiǎn)介（DNAchip）當(dāng)前75頁(yè)，總共80頁(yè)。人類基因組計(jì)劃簡(jiǎn)介

（HumanGenomeProject，