基因?qū)嶒?yàn)診斷培訓(xùn)班 核酸的生物化學(xué)

核酸的生物化學(xué)南

開

大

學(xué)

喬

文

濤2011-4-20

衛(wèi)生局培訓(xùn)班P

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.學(xué)習(xí)目的--核酸是生命活動(dòng)最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。--核酸研究是生命科學(xué)各個(gè)學(xué)科在分子水平上闡明生命現(xiàn)象最活躍的分支。--本課程通過(guò)化學(xué)和生物學(xué)兩方面介紹核酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征、性質(zhì)與他們行使重要功能(遺傳信息的貯存，傳遞和生物大分子間相互作用等)之間的關(guān)系。以此為基，更好地理解和掌握本次培訓(xùn)介紹的新進(jìn)展、新方法。P

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.學(xué)習(xí)內(nèi)容n

概述n

化學(xué)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)雙螺旋結(jié)構(gòu)

堿基配對(duì)

變性與復(fù)性n

生物學(xué)功能遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)

信息傳遞n

生物合成復(fù)制

轉(zhuǎn)錄P

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.第一節(jié)

核酸概述一.核酸研究的起始二.

核酸的生物學(xué)重要性三.

核酸的功能與分類P

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.核酸的發(fā)現(xiàn)和研究史中的重要事件n

1869年

Miescher發(fā)現(xiàn)核素

特點(diǎn)：磷含量很高n

1944年

Avery提出遺傳物質(zhì)是DNA，而非蛋白質(zhì)n

1953年

Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)n

20世紀(jì)70年代

DNA重組技術(shù)出現(xiàn)n

1983年

PCR技術(shù)誕生P

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.核酸的生物學(xué)重要性n

生物的特征

由大分子組成n

核酸

決定蛋白質(zhì)的合成n

蛋白質(zhì)

實(shí)現(xiàn)生物功能n

多糖、脂質(zhì)復(fù)合物

由酶催化合成，增加蛋白結(jié)構(gòu)與功能的多樣性P

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.核酸的功能n

DNA是主要的遺傳物質(zhì)堿基序列包含遺傳信息n

RNA參與蛋白質(zhì)的生物合成遺傳信息從DNA到蛋白質(zhì)的中間傳遞體RNA病毒的遺傳信息載體此外，RNA具有多種功能：轉(zhuǎn)錄后加工修飾，基因表達(dá)調(diào)控及細(xì)胞功能調(diào)控，生物催化，遺傳信息的加工與進(jìn)化P

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.核酸的分類脫氧核糖核酸—DNA：主要存在于細(xì)胞核或核區(qū)細(xì)胞質(zhì)中主要存在于線粒體核糖核酸—RNA：主要存在于細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核中有少量存在病毒

:僅含一種核酸，以此分為DNA病毒和RNA病毒。P

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.第二節(jié)

核酸的分子組成n

元素：C、H、O、N、PP為核酸的特征性元素，含量約為核酸的9-10%，因此可根據(jù)組織的P含量估測(cè)核酸含量。n

基本結(jié)構(gòu)單位―核苷酸：

水解產(chǎn)物P

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.核苷酸的組成戊糖

核糖：RNA脫氧核糖：DNA核苷磷酸核苷酸含氮堿

嘌呤堿

腺嘌呤

A鳥嘌呤

GDNARNA共有嘧啶堿

胞嘧啶

C胸腺嘧啶

TDNARNA尿嘧啶

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.核酸組分的結(jié)構(gòu)式—含氮堿基嘌呤堿（A,G）嘧啶堿(T/U,C)U無(wú)CH3P

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.核酸組分的結(jié)構(gòu)式—戊糖結(jié)構(gòu)式脫氧核糖:

-H→核糖:-OHP

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.核酸組分的結(jié)構(gòu)式—核苷結(jié)構(gòu)式：以脫氧腺苷（A）為例核苷：戊糖和堿基間形成糖苷鍵，縮合后生成的化合物。P

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.核酸組分的結(jié)構(gòu)式—核苷酸的結(jié)構(gòu)式：以腺苷（A）為例磷脂鍵P

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.第三節(jié)

核酸的分子結(jié)構(gòu)n

核酸單鏈的形成--核苷酸的連接n

DNA的分子結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)：A、G、C、T排列順序，

功能：蘊(yùn)含遺傳信息二級(jí)結(jié)構(gòu)：雙螺旋結(jié)構(gòu)

，A-T、G-C配對(duì)，復(fù)制基礎(chǔ)三級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺旋結(jié)構(gòu)，核小體等n

RNA的分子結(jié)構(gòu)A、G、C、U組成單鏈結(jié)構(gòu)，不同RNA結(jié)構(gòu)各異P

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.一級(jí)結(jié)構(gòu)：多核苷酸鏈單核苷酸戊糖C-5’的磷酸與另一單核苷酸戊糖C-3’以磷酸二酯鍵連接而成。骨架：磷酸和戊糖具有方向性編碼鏈5’→3’核酸排列順序?yàn)楹塑账嵝蛄凶畛Ｓ帽硎痉?’

CGAAT

3’P

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.一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)n

堿基組成

幾乎全部為A、T、G、Cn

長(zhǎng)度表示

單鏈

nt

雙鏈

bp

kbn

特點(diǎn)

所有DNA中[A]=[T]

[C]=[G][A]/[T]=[C]/[G][A]+[G]=[T]+[C][A]+[C]

=[T]+[G]DNA堿基組成具有種屬特異性DNA堿基組成不具有組織和器官特一性個(gè)體中堿基組成恒定P

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.DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)--雙螺旋結(jié)構(gòu)1.右手雙螺旋結(jié)構(gòu)2.骨架：磷酸和戊糖

位于鏈的外側(cè)3.堿基互補(bǔ)：A-T，G-C

環(huán)面平行位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)4.雙鏈反向平行P

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.DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)—雙螺旋結(jié)構(gòu)20AP

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.DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)—堿基配對(duì)兩個(gè)氫鍵三個(gè)氫鍵G-C配對(duì)較A-T配對(duì)穩(wěn)定，

G-C%高則Tm較高P

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.DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)n

超螺旋:

環(huán)狀DNA盤旋、扭曲形成細(xì)菌基因組、線粒體、葉綠體n

核小體：DNA+組蛋白真核生物的基因組DNAP

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.核小體的結(jié)構(gòu)DNA雙鏈1?圈

146bp組蛋白八聚體：H2A,H2B,H3,H4各兩分子P

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.RNA的結(jié)構(gòu)n

rRNA

p12n

mRNA

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物真核細(xì)胞mRNA成熟需加帽：m7Gppp加尾：poly(A):RT-PCR三聯(lián)體密碼子：決定氨基酸種類起始密碼子

AUG中止密碼子

UAG,UAA,UGAn

tRNA

三葉草結(jié)構(gòu)氨基酸臂結(jié)合氨基酸殘基反密碼子環(huán)上帶有反密碼子，與mRNA上密碼子互補(bǔ)P

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.第四節(jié)

核酸的理化性質(zhì)n

酸堿性質(zhì)

—電泳分離和沉淀純化n

高分子性質(zhì)—

超速離心和凝膠過(guò)濾n

紫外吸收—鑒定純度和定量n

變性和復(fù)性—

PCR的基礎(chǔ)注：

RNA—易降解，注意防止RNA酶污染P

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.變性與復(fù)性1條件：極端pH、加熱2變性：氫鍵斷裂

雙螺旋解開，但共價(jià)鍵不斷裂3高（增）色效應(yīng)4融解溫度Tm：A260為最大值的50%5Tm與G+C%、長(zhǎng)度成正比P

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.變性與復(fù)性變性一定條件可逆退火：熱變性DNA緩慢冷卻，雙鏈恢復(fù)的過(guò)程。復(fù)性：變性核酸經(jīng)退火恢復(fù)原狀的過(guò)程。低(減)色效應(yīng)雜交：不同來(lái)源的核酸分子之間，形成雜化雙鏈。探針：標(biāo)記的已知序列單鏈核酸可用于基因診斷。P

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.第五節(jié)

DNA的生物合成n

概念：生物體內(nèi)通過(guò)酶促反應(yīng)合成DNA分子的過(guò)程。n

方式：

復(fù)制合成

DNA→DNA反轉(zhuǎn)錄合成

RNA→DNA修復(fù)合成P

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.DNA的半保留復(fù)制以兩條親代DNA每一條為模板，在DNA聚合酶催化下，按堿基配對(duì)原則，合成子代DNA的過(guò)程。P

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.DNA的復(fù)制合成n

復(fù)制方式：p18雙起點(diǎn)、單方向單起點(diǎn)、單方向單起點(diǎn)、雙方向n

多種酶和蛋白質(zhì)因子參與

p19DNA聚合酶

功能以親代DNA為模板，以dNTP為底物，按堿基配對(duì)原則，催化合成子代DNA。Taq酶：耐熱DNA聚合酶P

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.復(fù)制過(guò)程1.

螺旋的松弛與解鏈

DNA

Topo與解鏈（旋）酶2.

RNA前體的合成

引發(fā)酶、引發(fā)前體3.

鏈的延長(zhǎng)

DNApol

dNTP

合成先導(dǎo)鏈和隨從鏈（岡崎片斷）4.

終止

核酸酶水解RNA引物，連接酶連接各片斷P

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.反轉(zhuǎn)錄合成n

以RNA為模板合成DNA的過(guò)程

p24n

反轉(zhuǎn)錄酶催化

來(lái)源于反轉(zhuǎn)錄病毒催化活性：1RNA為模板合成DNA2RNA水解3DNA為模板合成DNA以mRNA為模板，合成cDNA，構(gòu)建cDNA文庫(kù)。P

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.修復(fù)合成n

多種原因可引起DNA的損傷點(diǎn)突變、缺失突變、插入突變、置換突變n

生物體內(nèi)的DNA修復(fù)系統(tǒng)可修復(fù)損傷n

修復(fù)過(guò)程是一系列酶促反應(yīng)切除修復(fù)、重組修復(fù)、SOS修復(fù)P

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.切除修復(fù)1切斷

核酸內(nèi)切酶2修復(fù)合成

DNA聚合酶3切除

II類解旋酶4連接

DNA連接酶P

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.第六節(jié)

RNA的生物合成n

概念生物體內(nèi)通過(guò)酶促反應(yīng)合成RNA分子的過(guò)程。n

方式

轉(zhuǎn)錄合成

DNA→RNA復(fù)制合成

RNA→RNA僅見于某些RNA病毒n

轉(zhuǎn)錄后加工P

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.轉(zhuǎn)錄P

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.轉(zhuǎn)

錄n

體系構(gòu)成DNA模板、NTP、RNA聚合酶一些蛋白質(zhì)因子和無(wú)機(jī)離子n

過(guò)程

起始—延長(zhǎng)—終止n

轉(zhuǎn)錄后加工P

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.真核生物基因結(jié)構(gòu)及mRNA前體的加工轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)

翻譯起始點(diǎn)結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)序列終止密碼子終止信號(hào)上游調(diào)節(jié)序列轉(zhuǎn)錄

RNA聚合酶IImRNA前體轉(zhuǎn)錄后加工成熟mRNA

m7GpppAAAnAOHP

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