第4章 核酸 考研科目动物生物化学ppt课件

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1、第4 NucleicAcid 本章主要内容 1 核酸的化学组成与结构2 RNA的分子结构3 核酸的理化性质 重点 核苷酸的生物学功能 RNA的种类和结构难点 DNA的双螺旋结构 第一节核酸概述 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子 能够储存 携带和传递遗传信息 1核酸 nucleicacid 1868年 瑞士青年科学家F Miescher 2核酸的发现 从外科绷带上脓细胞的细胞核中分离得到一种含磷较高的酸性物质 称之为核素 nuclein 3核酸的种类 分布 1 核酸的种类 RNA DNA 核糖核酸 ribonucleicacid RNA 转移RNA transferRNA tRNA 信使RN

2、A messengerRNA mRNA 核糖体RNA ribosomalRNA rRNA 功能 三者共同参与遗传信息的表达 脱氧核糖核酸 deoxyribonucleicacid DNA 功能 遗传信息的载体 负责遗传信息的贮存和发布 2 核酸的分布与功能 第二节核酸的化学组成 一 核酸的化学组成1基本元素CHONP一般不含SP含量较多 并且恒定 9 10 2 分子组成 碱基 base 嘌呤碱 嘧啶碱 戊糖 ribose 核糖 脱氧核糖 磷酸 phosphate 核酸 低聚核苷酸 单核苷酸 磷酸 核苷 核糖 碱基 核酸的水解过程 嘧啶 pyrimidine 胞嘧啶 cytosine C 尿嘧啶

3、 uracil U 胸腺嘧啶 thymine T 1 组成核酸的碱基 嘌呤 purine 腺嘌呤 adenine A 鸟嘌呤 guanine G DNA的碱基组成 AGCTRNA的碱基组成 AGCU 核酸中除了5类基本的碱基外 还有一些含量甚少的碱基 称为稀有碱基 组成核酸的稀有碱基 组成核酸的戊糖有两种 DNA所含的戊糖为 D 2 脱氧核糖 RNA所含的戊糖则为 D 核糖 2 核糖 核苷 AGUC脱氧核苷 dAdGdTdC 3 核苷 ribonucleoside 碱基和核糖 脱氧核糖 通过糖苷键连接形成核苷 脱氧核苷 假尿苷 胸腺嘧啶核糖核苷 稀有核苷 tRNA 4 核苷酸 ribonucl

4、eotide 核苷 脱氧核苷 和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸 脱氧核苷酸 核苷酸 AMP GMP UMP CMP脱氧核苷酸 dAMP dGMP dTMP dCMP 核糖核苷酸的糖环上有三个 5 3 2 游离的羟基 可以形成三种核苷酸 脱氧核糖核苷酸有两个 5 3 游离羟基 形成两种核苷酸 但天然的只发现5 连接磷酸的核苷酸 核苷酸的生物功能 1 ATP参与能量代谢 GDP GTP 2 参与细胞信号转导 cAMP 3 5 环腺苷酸 和cGMP 3 5 环鸟苷酸 的主要功能是作为细胞之间传递信息的信使 第二信使 cAMP和cGMP的环状磷酯键是一个高能键 在pH7 4条件下 cAMP和cGMP的水

5、解能约为43 9kj mol 比ATP水解能高得多 3 辅助因子的成分 参与代谢的辅酶或者辅基含有核苷酸NAD NADP CoA SH FAD等都含有AMP 4 参与rRNA的调控 某些细菌中含有尿苷四磷酸 ppGpp 和尿苷五磷酸 pppGpp 参与rRNA的调控 二DNA的分子结构 1DNA分子的大小 分子质量很大 一般在106 1010bp DNA为生物大分子 DNA呈双股dsDNA或单股ssDNA 呈线型或环型 2DNA的碱基组成 ATCG 还有少量的稀有碱基 m5C hm5c 等 DNA碱基组成的特点 1 具有种的特异性 2 没有器官和组织的特异性 3 嘌呤碱基的总摩尔数等于嘧啶碱基

6、的总摩尔数 碱基当量定律 A T G C m5CA G T C m5C 4 年龄 营养状况和环境的改变不影响DNA碱基的组成 3DNA的一级结构 概念 指DNA分子中核苷酸的连接方式 核苷酸的种类数量以及排列顺序 基本结构单位 脱氧核糖核苷酸连接键 3 5 磷酸二酯键书写及阅读方向 从5 端到3 端 2 多聚核苷酸 多聚核苷酸是通过与前一分子核苷酸3 OH和后一分子核苷酸5 磷酸基均形成磷酸二酯键 这样鱼贯联结而成的链状聚合物 3 5 连接 由于核苷酸间的差异主要是碱基不同 所以也称为碱基序列 2 书写方法 5 pApGpTpGpCpT OH3 5 ACTGCT3 4DNA的二级结构 双螺旋结

7、构 1 DNA双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析Chargaff规则 A T G C 碱基的理化数据分析A T G C以氢键配对较合理 DNA纤维的X 线衍射图谱分析 2 DNA双螺旋结构特点 两条多聚脱氧核糖核苷酸链沿着同一根轴反向平行盘绕 形成右手双螺旋结构 即其中一条链的方向为5 3 而另一条链的方向为3 5 碱基位于螺旋的内侧 磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧 内侧碱基呈平面状 碱基环平面与螺旋轴垂直 螺旋横截面的直径约为2nm 每条链相邻两个碱基平面之间的距0 34nm 每10个核苷酸形成一个螺旋 其螺矩高度为3 4nm 0 34nm 形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键 碱基的相互

8、结合具有严格的配对规律 碱基互补配对 T A G C DNA双螺旋结构的生理意义 1储存和传递遗传信息分子 2DNA的复制 转录以及反转录的分子基础 3 DNA双螺旋结构的多样性 不同构型DNA的比较 在基因的调控区或染色质的重组部位有DNA的三螺旋结构 4DNA的三级结构 超螺旋结构 指DNA双螺旋通过弯曲和扭转所形成的特定构象 即DNA的三级结构 线形DNA 松弛环形DNA DNA负超螺旋 解链环形DNA 超螺旋结构 superhelix或supercoil DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构 正超螺旋 positivesupercoil 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同 负超螺旋 neg

9、ativesupercoil 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反 核小体的串珠状结构 三RNA的结构与功能 1RNA的种类 分布 功能 1 信使RNA mRNA 占细胞中RNA总量的3 5 分子量大小不一 不稳定 代谢活跃 更新迅速 是合成蛋白质的模板 mRNA结构特点 大多数真核mRNA的5 末端均在转录后加上一个7 甲基鸟苷 同时第一个核苷酸的C 2也是甲基化 形成帽子结构 m7Gppp 大多数真核mRNA的3 末端有一个多聚腺苷酸 polyA 结构 称为多聚A尾 把DNA所携带的遗传信息 按碱基互补配对原则 抄录并传送至核糖体 用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序 mRNA的功能 原核细胞

10、2 转运RNA tRNA 约占细胞中RNA总量的15 约由75 90个核苷酸组成 蛋白质合成中携带活化的氨基酸 tRNA的二级结构 三叶草形氨基酸臂DHU环反密码环额外环T C环 氨基酸臂 额外环 tRNA的功能活化 搬运氨基酸到核糖体 参与蛋白质的翻译 3 核蛋白体RNA rRNA rRNA是细胞中最多的一类RNA 占RNA总量的80 是核糖体的主要组成部分 为蛋白质生物合成的场所 rRNA的种类 根据沉降系数 真核生物5SrRNA28SrRNA5 8SrRNA18SrRNA 原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA 核蛋白体的组成 2RNA一级结构 RNA是单链分子 因此 在RNA

11、分子中 并不遵守碱基种类的数量比例关系 即分子中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数 3RNA的二级结构 发卡式结构 A U C G配对 RNA分子中 部分区域也能形成双螺旋结构 不能形成双螺旋的部分 则形成突环 这种结构可以形象地称为 发夹型 结构 第三节DNA的理化性质 1DNA为白色纤维状固体 微溶于水 其钠盐在水中的溶解度较大 但不溶于乙醇 乙醚和氯仿等一般有机溶剂 2DNA溶液的粘度很大 核酸发生变性或降解后其粘度降低 4与蛋白质相似 核酸分子中既含有酸性基团 磷酸基 也含有弱碱性基团碱基 因而核酸也具有两性性质 3核酸受到强大离心力的作用时 可从溶液中沉降下来 其沉降速度与核酸的

12、大小和密度有关 5紫外吸收特性 6DNA的变性 denaturation 定义 在某些理化因素作用下 DNA双链解开成两条单链的过程 方法 过量酸 碱 加热 变性试剂如尿素 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇 丙酮等 DNA变性的本质是双链间氢键的断裂 变性后其它理化性质变化 OD260增高粘度下降比旋度下降沉降系数增加酸碱滴定曲线改变生物活性丧失 Tm 变性是在一个相当窄的温度范围内完成 在这一范围内 50 的 分子发生变性时的温度称为DNA的解链温度 又称融解温度 meltingtemperature Tm 热变性 一般DNA的Tm值在70 85 C之间 G和C的含量高 Tm值高 因而测定Tm值

13、可反映DNA分子中G C含量 可通过经验公式计算 G C Tm 69 3 X2 44 影响Tm值的因素 DNA的均一性 均质DNA的熔解过程发生在一较小的温度范围内 异质DNA的熔解过程发生在一较宽的温度范围内 Tm与溶液性质有关 DNA的保存应在含盐的缓冲液中 7 增色效应 DNA的紫外吸收光谱 增色效应 变性后DNA对260nm紫外光的吸收率 A260 比变性前明显增加 这种现象称为增色效应 8DNA的复性 DNA复性 renaturation 的定义在适当条件下 变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象 这一现象称为复性 减色效应DNA复性时 其溶液OD260降低 热变性的DNA经缓

14、慢冷却后即可复性 这一过程称为退火 annealing DNA复性 在DNA变性后的复性过程中 如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中 只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系 在适宜的条件下 就可以在不同的分子间形成杂化双链 heteroduplex 9核酸分子杂交 hybridization 这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成 也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成 这种现象称为核酸分子杂交 DNA DNA杂交双链分子 不同来源的DNA分子 核酸的杂交 核酸探针 nucleicacidprobe 已知核苷酸序列的DNA或RNA用同位素

15、或其他化学方法进行标 通常是人工合成的 核酸分子杂交的应用 研究DNA分子中某一种基因的位置确定两种核酸分子间的序列相似性检测某专一序列在待检样品中存在与否基因芯片技术的基础 核酸杂交的应用 Southernblotting Southern印迹 Northernblotting Northern印迹 Westernblotting Western印迹 思考题 1 DNA与RNA的基本结构 2 核苷酸的生物学功能 3 tRNA mRNA rRNA的结构和功能 4 DNA双螺旋结构的特点 意义 5 Tm Chargaff定律 DNA的变性和复性 分子杂交 增色效应 减色效应 此课件下载可自行编辑修改 供参考 感谢您的支持 我们努力做得更好