遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)性質(zhì)和功能

遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)性質(zhì)和功能第1頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月緒論

第一章遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能藥劑藥代教研室：李唐棣第2頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月什么是分子生物學(xué)？1938年洛克菲勒基金會(huì)主席WarrenWeaver在年終報(bào)告里提出“漸漸地又產(chǎn)生了一門(mén)科學(xué)—分子生物學(xué)，這是揭開(kāi)許多生命細(xì)胞基本單元奧秘的開(kāi)端……”基金會(huì)對(duì)有關(guān)蛋白質(zhì)X晶體衍射提供了資助1938年，Astburu,W.T.和Bell,F.D.首次發(fā)表脫氧核糖核酸的X光衍射研究。第3頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分子生物學(xué)（molecularbiology）是在分子水平研究生命現(xiàn)象的科學(xué)，是現(xiàn)代生命科學(xué)的“共同語(yǔ)言”，它的核心內(nèi)容是通過(guò)對(duì)生物的物質(zhì)基礎(chǔ)—核酸、蛋白質(zhì)、多糖等生物大分子結(jié)構(gòu)、功能及其相互作用的研究來(lái)闡明生命的分子基礎(chǔ)。狹義的分子生物學(xué)側(cè)重于核酸的分子生物學(xué)，基因的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)控等。第4頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第5頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第6頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月請(qǐng)回答以下幾個(gè)問(wèn)題?

遺傳物質(zhì)是DNA、RAN、還是pr？描述DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)？列舉你所知道的RAN種類和主要功能？復(fù)習(xí)一下證實(shí)遺傳物質(zhì)的本質(zhì)是核酸的三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)？第8頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙螺旋結(jié)構(gòu)的多態(tài)性與Z-DNADNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)與三鏈DNAsnmRNAs與核酶核酸的變性、復(fù)性和雜交RNAi第9頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、核酸的化學(xué)組成核酸的元素組成

基本元素：CHONP核酸的元素組成有兩個(gè)特點(diǎn)：

1.一般不含S2.P含量較多，并且恒定（9%-10%）。

因此，實(shí)驗(yàn)室中用定磷法進(jìn)行核酸的定量分析。（DNA9.9%、RNA9.5%）第10頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、DNA一級(jí)結(jié)構(gòu)四種脫氧單核苷酸（dAMP、dGMP、dCMP、dTMP）是DNA的基本組成單位，它們按照一定的方式、數(shù)量和排列順序而形成的多核苷酸鏈即為DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)。書(shū)寫(xiě)：按5′→3′方向書(shū)寫(xiě)。如：5′pACGT3′或pACGT、dACGT或5′dACGT3′、ACGT表示脫氧多核苷酸的結(jié)構(gòu)。DAN的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定種屬差異第11頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)

1953年Watson和Crick在Chargaff規(guī)則和DNAX-射線衍射結(jié)果的基礎(chǔ)上提出了著名的DNA雙螺旋（doublehelix）結(jié)構(gòu)模型，即B-DNA模型（圖2-3）。模型的結(jié)構(gòu)特征如下：（1）兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸盤(pán)繞成右手雙螺旋。（2）核糖與磷酸在外側(cè)形成螺旋的軌跡，彼此通過(guò)3′,5′-磷酸二酯鍵相連。（3）堿基伸向內(nèi)部，其平面與螺旋軸垂直。第12頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（4）兩條核酸鏈依靠彼此堿基之間形成的氫鍵相連系而結(jié)合在一起，且總是A與T，G與C配對(duì)。（5）雙螺旋的平均直徑為2nm，每個(gè)螺旋圈上升10對(duì)核苷酸，螺距為3.4nm。（6）沿螺旋中心軸方向看去，雙螺旋結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)凹槽，一個(gè)較寬深，稱大溝（majorgroove），另一個(gè)較淺小，稱小溝（minorgroove）。第13頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多態(tài)性A-DNA：右手螺旋，在高鹽濃度下存在，是DNA的脫水構(gòu)型，螺圈含有11bp。A－DNA比較短和密，大溝深而窄，小溝寬而淺。DNA－RNA、RNA－RNA雙螺旋。除B-DNA外，人們還發(fā)現(xiàn)了其它的結(jié)構(gòu)參數(shù)有一定差異的雙螺旋DNA，如A-DNA,Z-DNA等。這一現(xiàn)象稱為DNA結(jié)構(gòu)的多態(tài)性（polymorphism）。第14頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺旋,生理?xiàng)l件下DNA最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形式Z-DNA：左手螺旋，每個(gè)螺圈含有12個(gè)堿基對(duì)。并只有一個(gè)深溝?？赡茉诨虮磉_(dá)的調(diào)控中起作用第15頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月活性：B-DNA>A-DNA>Z-DNA第16頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算機(jī)模擬DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)（藍(lán)色）大溝中結(jié)合著肽（紅色）

雙螺旋中的大溝對(duì)于DNA和蛋白質(zhì)結(jié)合時(shí)的相互識(shí)別很重要，在溝內(nèi)可以辨認(rèn)堿基的順序。第17頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙螺旋結(jié)構(gòu)的構(gòu)象變異引起DNA雙螺旋構(gòu)象改變的因素有:核苷酸順序堿基組成鹽的種類相對(duì)濕度第18頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Z-DNA的發(fā)現(xiàn)1972年，Pohletal

發(fā)現(xiàn)poly(dG-dC)在高鹽下旋光性發(fā)生改變；1979年，WangA.H-J(王惠君)，A.Rich對(duì)d(CGCGCG)單晶作X衍射分析提出Z-DNA模型。第19頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Z-DNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)核糖磷酸骨架呈“之”字形（Zigzag）走向。左旋G的糖苷健呈順式（Syn），使G殘基位于分子表面。分子外形呈波形。大溝消失，小溝窄而深。每個(gè)螺旋有12bp。第20頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Z-DNA存在的條件高鹽：NaCl>2mol/L,MgCl2>0.7mol/LPu,Py相間排列。在活細(xì)胞中如果m5C,則無(wú)需嘌呤-嘧啶相間排列，在生理鹽水濃度下即可產(chǎn)生Z型。體內(nèi)的多胺化合物，如精胺、亞胺及亞精胺和陽(yáng)離子一樣，可和磷酸基團(tuán)結(jié)合，使B-DNA轉(zhuǎn)變?yōu)閆-DNA.某些蛋白質(zhì)如Z-DNA結(jié)合蛋白帶有正電荷，可使DNA周圍形成局部高鹽濃度的微環(huán)境。第21頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Z-DNA的生物學(xué)意義第22頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第23頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素DNA雙螺旋在生理狀態(tài)下十分穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。穩(wěn)定DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的主要作用力1、堿基堆積力（主要因素）是雙螺旋中垂直方向的作用力

2、氫鍵

為雙螺旋中水平方向的作用力3、離子鍵

磷酸基團(tuán)上的負(fù)電荷與介質(zhì)中的陽(yáng)離子或陽(yáng)離子化合物之間所形成的鹽鍵。第24頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)--DNA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雙螺旋→進(jìn)一步扭曲（一）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)僅在閉合DNA中產(chǎn)生，環(huán)狀或線狀正超螺旋---反向扭轉(zhuǎn)每圈雙螺旋堿基數(shù)小于10.5(緊纏)。負(fù)超螺旋---同向扭轉(zhuǎn)每圈雙螺旋堿基數(shù)大于10.5(松纏)。第25頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線狀DNA形成的超螺旋第26頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)狀DNA形成的超螺旋第27頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月意義:DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)具有重要的調(diào)控作用。第28頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶解鏈過(guò)程中正超螺旋的形成第29頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月拓?fù)洚悩?gòu)酶作用特點(diǎn)

既能切斷、又能連接磷酸二酯鍵分類：拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ;拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ作用機(jī)制：切斷DNA雙鏈中一股鏈，使另一條鏈通過(guò)切口；適當(dāng)時(shí)候封閉切口，DNA變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。反應(yīng)不需ATP。切斷DNA分子兩股鏈，斷端通過(guò)切口旋轉(zhuǎn)。利用ATP供能，連接斷端，DNA分子進(jìn)入負(fù)超螺旋狀態(tài)。拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ第30頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月回文結(jié)構(gòu)—DNA序列中以某一中心區(qū)域?yàn)閷?duì)稱軸，其兩側(cè)的堿基對(duì)順序正讀和反讀都相同的雙螺旋結(jié)構(gòu)。即對(duì)稱軸一側(cè)的片段旋轉(zhuǎn)180°后，與另一側(cè)片段對(duì)稱重復(fù)。

回文結(jié)構(gòu)能形成十字結(jié)構(gòu)和發(fā)夾結(jié)構(gòu)五、回文結(jié)構(gòu)與三股螺旋（H-DNA）第31頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月AATTCAAGGGAGAAGTATAGAAGAGGGAAGGATTTAAGTTCCCTCTTCATATCTTCTCCCTTCCTAG*鏡像重復(fù)

存在于同一股上的某些DNA區(qū)段的反向重復(fù)序列。此序列各單股中沒(méi)有互補(bǔ)序列，不能形成十字型或發(fā)夾結(jié)構(gòu)。第32頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

同聚嘧啶和同聚嘌呤組成的DNA螺旋區(qū)段，其序列中有較長(zhǎng)的鏡像重復(fù)時(shí)，形成局部三股配對(duì)，并互相盤(pán)繞的三股螺旋，其中兩股的堿基按Watson-Crick方式配對(duì)，第三股形成非Watson-Crick配對(duì)。

三螺旋DNA不是DNA在自然態(tài)下的主要結(jié)構(gòu)，而是在特定的條件下形成的。

*三鏈DNA（H-DNA,ts-DNA）第33頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三堿基體Py-Pu-Py型：T-A.T、C-G.C+

，Hoogsteen鍵Pu-Pu-Py型：G.G-C、A.A-T，反Hoogsteen鍵第34頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DNA三螺旋的堿基配對(duì)G：C兩個(gè)氫鍵第35頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DNA的三股螺旋D-loop鉸鏈DNA平行匯接第36頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DNA的三股螺旋第37頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種核糖核苷酸（AMP、GMP、CMP、UMP）按一定順序，通過(guò)3′,5′—磷酸二酯鍵連成的線形分子，其表示方法與DNA相同。

RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)是短的，不完全螺旋的多核苷酸鏈。（天然RNA并不像DNA一樣都是雙螺旋結(jié)構(gòu)，而是單鏈線形分子。只有局部區(qū)域?yàn)殡p螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋區(qū)約占RNA分子的50%）

RNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)是在莖環(huán)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭曲折疊而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。RNA只有具備復(fù)雜的三級(jí)結(jié)構(gòu)才能成為有活性的分子。四、RNA的結(jié)構(gòu)第38頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

這種由單鏈自身折疊形成的結(jié)構(gòu)稱為莖環(huán)結(jié)構(gòu)。莖環(huán)結(jié)構(gòu)是各種RNA的共同的二級(jí)結(jié)構(gòu)特征。第39頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)核酸的功能一、DNA的功能

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)。第40頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、RNA的種類、分布、功能第41頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、其他小分子RNA及RNA組學(xué)除了上述三種RNA外，細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，大小為100-300個(gè)核苷酸，統(tǒng)稱為非mRNA小RNA(snmRNAs)。

snmRNAs第42頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月snmRNAs的種類核小RNA（snRNA）:參與hnRNA的剪接，snRNP，5種snRNA與蛋白質(zhì)、剪接因子等共同構(gòu)成剪接體。核仁小RNA（snoRNA）：參與rRNA的加工與修飾，首次切割，甲基化，合成假尿苷。

胞漿小RNA（scRNA）：scRNP催化性小RNA小片段干涉RNA

第43頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核酶（Ribozyme）美國(guó)科學(xué)家Cech和Altman發(fā)現(xiàn)了核酶(ribozyme)。最早發(fā)現(xiàn)大腸桿菌RNaseP（375ntRNA+20kD多肽），蛋白質(zhì)部分除去后，在體外高濃度Mg2+存在下，留下的RNA部分具有與全酶相同的催化活性。是指本質(zhì)為RNA或以RNA為主含有蛋白質(zhì)輔基的一類具有催化功能的物質(zhì)。RNA單獨(dú)作用就能進(jìn)行催化反應(yīng)。主要參加RNA的加工與成熟。可分為異體催化，如RNaseP，tRNA5`末端的剪切；自體催化，Ⅰ、Ⅱ類內(nèi)含子自我剪接第44頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月錘頭結(jié)構(gòu)（hammer-head）第45頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第46頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第47頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在DNA變性后的復(fù)性過(guò)程中，如果將不同種類的DNA單鏈分子或RNA分子放在同一溶液中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對(duì)關(guān)系，在適宜的條件（溫度及離子強(qiáng)度）下，就可以在不同的分子間形成雜化雙鏈。這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與DNA之間形成，也可以在DNA和RNA分子間或者RNA與RNA分子間形成。這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交。四、核酸分子的雜交第48頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第49頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第50頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

核酸分子雜交的應(yīng)用（1）研究DNA分子中某一基因的位置（2）確定兩種核酸分子間的序列相似性（3）檢測(cè)某些專一序列在待檢樣品中存在與否（4）是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ)可發(fā)生雜交的核酸分子(1)兩條DNA鏈(2)兩條RNA鏈(3)一條DNA鏈一條RNA鏈第51頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核酸雜交技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用復(fù)性動(dòng)力學(xué)原理雜交可以在固相或液相上進(jìn)行；硝酸纖維素膜，尼龍膜探針（probe）：一小段用同位素、生物素或熒光染料標(biāo)記，其末端或全鏈的序列已知的多聚核苷酸，與固定在NC膜上的核苷酸結(jié)合，判斷是否有同源的核酸分子存在。探針的標(biāo)記：32P、熒光基團(tuán)、生物素第52頁(yè)，課件共59頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月印跡技術(shù)的類別及應(yīng)用（一）DNA印跡技術(shù)(Southernblotting)

檢測(cè)目標(biāo)DNA片段（二）RNA印跡技術(shù)(northernblotting)

用于RNA的定性定