核酸的結(jié)構(gòu)與功能詳解

核酸的結(jié)構(gòu)與功能詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有50頁\編輯于星期五（優(yōu)選）核酸的結(jié)構(gòu)與功能現(xiàn)在是2頁\一共有50頁\編輯于星期五1868年FridrichMiescher從膿細(xì)胞中提取核素。1944年Avery等人證實(shí)DNA是遺傳物質(zhì)。1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼。1975年Temin和Baltimore發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶。1981年Gilbert和Sanger建立DNA測(cè)序方法。1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)。1990年美國(guó)啟動(dòng)人類基因組計(jì)劃(HGP)。1994年中國(guó)人類基因組計(jì)劃啟動(dòng)。2001年美英等國(guó)完成人類基因組計(jì)劃。核酸研究的發(fā)展簡(jiǎn)史現(xiàn)在是3頁\一共有50頁\編輯于星期五核酸的分類及分布存在于細(xì)胞核和線粒體

分布于細(xì)胞液中(DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，并通過復(fù)制傳遞給下一代。DNA的遺傳信息通過RNA傳遞到蛋白質(zhì),表達(dá)出各種生命現(xiàn)象現(xiàn)在是4頁\一共有50頁\編輯于星期五第一節(jié)核酸的分子組成現(xiàn)在是5頁\一共有50頁\編輯于星期五核酸的元素組成核酸由C、H、O、N和P元素組成，核酸分子中P含量比較恒定，約占9%-10%，故測(cè)定樣品中P的含量即可算出其核酸的含量?，F(xiàn)在是6頁\一共有50頁\編輯于星期五核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脫氧核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖核酸基本組成現(xiàn)在是7頁\一共有50頁\編輯于星期五堿基是含氮的雜環(huán)化合物。堿基嘌呤嘧啶腺嘌呤(A)鳥嘌呤(G)尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)胞嘧啶(C)存在于DNA和RNA中僅存在于RNA中僅存在于DNA中堿基現(xiàn)在是8頁\一共有50頁\編輯于星期五嘌呤(purine，Pu)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)現(xiàn)在是9頁\一共有50頁\編輯于星期五嘧啶(pyrimidine，Py)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)現(xiàn)在是10頁\一共有50頁\編輯于星期五戊糖（構(gòu)成RNA）1′2′3′4′5′核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)現(xiàn)在是11頁\一共有50頁\編輯于星期五磷酸OHOPOHOH現(xiàn)在是12頁\一共有50頁\編輯于星期五核酸的基本組成單位——核苷酸戊糖與堿基通過糖苷鍵連接而成的化合物稱為核苷。核苷與磷酸通過磷酸酯鍵連接，即為核苷酸。戊糖上的游離羥基均可與磷酸生成酯鍵結(jié)合，當(dāng)生物體內(nèi)的核苷酸主要是核苷C-5羥基與磷酸形成酯鍵的化合物，稱為5-核苷酸。現(xiàn)在是13頁\一共有50頁\編輯于星期五脫氧核苷糖苷鍵通常是由戊糖C-1的羥基與嘌呤堿N-9或嘧啶堿N-1上的氫脫水結(jié)合生成。核苷中的戊糖若為脫氧核糖，稱為脫氧核苷?，F(xiàn)在是14頁\一共有50頁\編輯于星期五

嘌呤N-9或嘧啶N-1與核糖C-1通過糖苷鍵相連形成核苷。核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH1'2'糖苷鍵現(xiàn)在是15頁\一共有50頁\編輯于星期五核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1'2'OPO-HOO糖苷鍵酯鍵現(xiàn)在是16頁\一共有50頁\編輯于星期五核酸的種類與命名

DNA脫氧腺苷酸(一磷酸脫氧腺苷,dAMP)脫氧鳥苷酸(一磷酸脫氧鳥苷,dGMP)脫氧胞苷酸(一磷酸脫氧胞苷,dCMP)脫氧胸苷酸(一磷酸脫氧胸苷,dTMP)

RNA腺苷酸(一磷酸腺苷,AMP)鳥苷酸(一磷酸鳥苷,GMP)胞苷酸(一磷酸胞苷,CMP)尿苷酸(一磷酸胸苷,UMP)現(xiàn)在是17頁\一共有50頁\編輯于星期五體內(nèi)幾種重要的核苷酸：多磷酸核苷酸5-核苷酸的磷酸基可進(jìn)一步磷酸化，生成二磷酸核苷（NDP）和三磷酸核苷（NTP），如5-腺苷磷酸化后可生成二磷酸腺苷（ADP）和（ATP）。上述為ATP結(jié)構(gòu)式?，F(xiàn)在是18頁\一共有50頁\編輯于星期五環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。cAMP體內(nèi)幾種重要的核苷酸：環(huán)化核苷酸現(xiàn)在是19頁\一共有50頁\編輯于星期五第二節(jié)核酸的分子結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是20頁\一共有50頁\編輯于星期五一、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)一個(gè)脫氧核苷酸3-OH與另一個(gè)核苷酸5-磷酸基團(tuán)縮合形成磷酸二酯鍵。兩個(gè)核苷酸借磷酸二酯鍵連接成二核苷酸；上百個(gè)以上核苷酸連接起來就成多核苷酸，即核酸。長(zhǎng)鏈的一端，磷酸只與戊糖C-5相連稱5-末端；另一端在戊糖上C-3上具有只有羥基，稱3-末端。（一）核苷酸之間的連接方式現(xiàn)在是21頁\一共有50頁\編輯于星期五5′-末端3′-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵現(xiàn)在是22頁\一共有50頁\編輯于星期五AGP5PTPGPCPTPOH3多核苷酸的書寫方法：5pApCpTpGpCpT-OH

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ACTGCT

3現(xiàn)在是23頁\一共有50頁\編輯于星期五定義在多核苷酸中核苷酸的排列順序?yàn)楹怂岬囊患?jí)結(jié)構(gòu)。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也就是說堿基的排列順序也是核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)。所以A、G、C、U、T等既可代表堿基，也可代表核算中的核苷酸5′端3′端CGA（二）核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是24頁\一共有50頁\編輯于星期五二、核酸的空間結(jié)構(gòu)與功能多個(gè)（脫氧）核苷酸通過磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱為多聚（脫氧）核苷酸，即（DNA）RNA鏈。現(xiàn)在是25頁\一共有50頁\編輯于星期五DNA的空間結(jié)構(gòu)又分為二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)和高級(jí)結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)(spatialstructure)構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間具有確定的相對(duì)位置關(guān)系。現(xiàn)在是26頁\一共有50頁\編輯于星期五交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架(backbone)。DNA鏈的方向是5

→3現(xiàn)在是27頁\一共有50頁\編輯于星期五一、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是28頁\一共有50頁\編輯于星期五不同生物種屬的DNA的堿基組成不同同一個(gè)體的不同器官或組織的DNA堿基組成相同。[A]=[T]，[G]=[C]Chargaff規(guī)則（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景獲得了高質(zhì)量的DNA分子的X射線衍射照片。提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)(doublehelix)模型。現(xiàn)在是29頁\一共有50頁\編輯于星期五兩條多聚核苷酸鏈在空間的走向呈反向平行(anti-parallel)。兩條鏈圍繞著同一個(gè)螺旋軸形成右手螺旋(right-handed)的結(jié)構(gòu)。脫氧核糖和磷酸基團(tuán)組成的親水性骨架位于雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，疏水的堿基位于內(nèi)側(cè)。堿基對(duì)平面與螺旋軸垂直雙螺旋結(jié)構(gòu)的表面形成了一個(gè)大溝(majorgroove)和一個(gè)小溝(minorgroove)。

（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn)1.DNA是反向平行、右手螺旋的雙鏈結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是30頁\一共有50頁\編輯于星期五現(xiàn)在是31頁\一共有50頁\編輯于星期五親水性的骨架位于雙鏈的外側(cè)。疏水性的堿基位于雙鏈的內(nèi)側(cè)。骨架與堿基現(xiàn)在是32頁\一共有50頁\編輯于星期五2.DNA雙鏈之間形成了互補(bǔ)堿基對(duì)鏈條鏈同一個(gè)平面上的堿基通過氫鍵形成堿基對(duì)，總是A與T，G與C配對(duì)，這就是堿基互補(bǔ)規(guī)律。堿基配對(duì)關(guān)系稱為互補(bǔ)堿基對(duì);通過堿基互補(bǔ)而結(jié)合的兩條鏈則互為互補(bǔ)鏈A與T之間有兩個(gè)氫鍵，G與C之間有三個(gè)氫鍵。堿基對(duì)之間距離為0.34nm,每一個(gè)螺旋有10對(duì)堿基,所以螺距為3.4nm。雙螺旋結(jié)構(gòu)的直徑為2nm。現(xiàn)在是33頁\一共有50頁\編輯于星期五相鄰兩個(gè)堿基對(duì)會(huì)有重疊，產(chǎn)生了疏水性的堿基堆積力，堿基堆積力和互補(bǔ)堿基對(duì)的氫鍵共同維系著DNA結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。3.疏水作用力和氫鍵共同維系著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。現(xiàn)在是34頁\一共有50頁\編輯于星期五DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是35頁\一共有50頁\編輯于星期五二、DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同。負(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反。

現(xiàn)在是36頁\一共有50頁\編輯于星期五DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(jié)構(gòu)上定義，是指DNA分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。用基因的遺傳信息在細(xì)胞中合成了有功能意義的各種蛋白質(zhì)，因此核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)三、DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)現(xiàn)在是37頁\一共有50頁\編輯于星期五RNA的空間結(jié)構(gòu)和功能RNA也是多個(gè)核苷酸分子通過酯化反應(yīng)形成的線性大分子，并且具有方向性；RNA的戊糖是核糖；RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。現(xiàn)在是38頁\一共有50頁\編輯于星期五信使RNA(mRNA)，是合成蛋白質(zhì)的模板。轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)，在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體,將氨基酸轉(zhuǎn)呈給mRNA核糖體RNA(rRNA)，核糖體的組成部分，核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所RNA的種類及功能現(xiàn)在是39頁\一共有50頁\編輯于星期五RNA的空間結(jié)構(gòu)RNA通常以單鏈形式存在，但是單鏈可以在某些節(jié)段回折形成局部的雙螺旋結(jié)構(gòu)。局部堿基配對(duì)時(shí)，不能配對(duì)的堿基膨出成環(huán)狀，這樣局部的雙鏈與環(huán)形成一種鼓槌形的結(jié)構(gòu)，也稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)。此即RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)。所有的rRNA都有三個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)，呈三葉草形?，F(xiàn)在是40頁\一共有50頁\編輯于星期五tRNA具有局部發(fā)卡結(jié)構(gòu)。tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂DHU環(huán)反密碼環(huán)TψC環(huán)附加叉現(xiàn)在是41頁\一共有50頁\編輯于星期五tRNA的倒L三級(jí)結(jié)構(gòu)RNA在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步折疊即成為三級(jí)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是42頁\一共有50頁\編輯于星期五DNA和RNA的區(qū)別核糖G、C、A、URNA脫氧核糖G、C、A、TDNA堿基核糖核酸現(xiàn)在是43頁\一共有50頁\編輯于星期五RNA與蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)和表達(dá)過程的調(diào)控。RNA通常以單鏈的形式存在，但有復(fù)雜的局部二級(jí)結(jié)構(gòu)或三級(jí)結(jié)構(gòu)。RNA比DNA小的多。RNA的種類、大小和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比DNA表現(xiàn)出多樣性。現(xiàn)在是44頁\一共有50頁\編輯于星期五核酸的理化性質(zhì)第三節(jié)現(xiàn)在是45頁\一共有50頁\編輯于星期五有三種方式表示核酸分子大?。旱罓栴D（Dalton)表示其相對(duì)分子量大小;堿基對(duì)數(shù)目(basepair,bp或kb,1kb=1000bp);沉降系數(shù)(S),是表示rRNA分子大小的常用方法。小的核酸片段(<50bp)常被稱為寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的長(zhǎng)度可以高達(dá)幾十萬個(gè)堿基。

一、核酸的一般理化性質(zhì)現(xiàn)在是46頁\一共有50頁\編輯于星期五核酸在波長(zhǎng)260nm處有強(qiáng)烈的吸收，是由堿基