生物化学幻灯片

《生物化学幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物化学幻灯片（96页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章 核酸化学 Chapter 2 Chemistry of Nucleic Acid,1869 瑞士F. Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种 含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein）,后称 为核酸（nucleic acid）；此后几十年内，弄清了 核酸的组成及在细胞中的分布。 1944 Avery 等成功进行肺炎球菌转化试验；1952年Hershey 等的实验表明32P-DNA可进入噬菌体内， 证明DNA 是遗传物质。,返回,1953 Watson和Crick建立了DNA结构的 双螺旋模型，说明了基因的结构、 信息和功能三者间的关系，推动了 分子生物学的迅猛发展。 19

2、58 Crick提出遗传信息传递的中心法则。 60年代 RNA研究取得大发展（操纵子学说， 遗传密码，逆转录酶）。,返回,70年代 建立DNA重组技术，改变了分子生物学的面貌， 并导致生物技术的兴起。 80年代 RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA、 “RNA世界”假说等等。 90年代后 实施人类基因组计划（HGP）, 开辟了生命科学 新纪元。生命科学进入后基因时代： 蛋白质组学（proteomics） 结构基因组学（structural genomics） RNA组学（Rnomics）或核糖核酸组学 （ribonomics）,返回,2.1核酸的种类、分布与化学组成,一、核酸

3、的种类与分布,一、核酸的种类和分布,脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid DNA） 核酸 mRNA 核糖核酸（RNA） tRNA ribonucleic acid rRNA,DNA主要存在于细胞核，线粒体、叶绿体也有。 RNA主要存在于细胞质中，细胞核内也有。 原核生物和真核生物都含有DNA和RNA。 病毒只含有DNA或RNA,二、核酸的化学组成,（一）戊糖（pentose）,-D-核糖,-D-2-脱氧核糖,-D-2-O-甲基核糖,1. 嘧啶碱（pyrimidine, Py）,（二）碱基（base）,返回,尿嘧啶,胞嘧啶,胸腺嘧啶,（2）嘌呤碱（purine, Pu）,其它

4、嘌呤（核酸的代谢产物）：,黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等,返回,腺嘌呤,鸟嘌呤,(三)核 苷,如果是存在于DNA中的脱氧核苷则2位则是H而不是OH。,核苷,核糖核苷（核苷）：A、G、C、U,脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dA、dG、dC、dT,命名，简写符号,修饰核苷包括三种情况:, 由修饰碱基和糖组成的核苷, 由非修饰碱基和2-O-甲基核糖组成的核苷, 由碱基与糖连接方式特殊的核苷,修饰核苷（modified nucleoside） 稀有核苷（uncommon nucleoside）,返回,(),返回,磷酸,+,戊糖,+,碱基,=,（四）核苷酸,AMP,ADP,ATP,核苷酸的重要衍生物 ATP类的高

5、能磷酸化合物, 环状核苷酸,核苷酸的生物学功能,作为核酸的单体 细胞中的携能物质（如ATP、GTP、CTP、GTP） 酶的辅助因子的结构成分（如NAD） 细胞通讯的媒介（如cAMP、cGMP）,三、核酸的生物学功能,(1)DNA是主要遗传物质 (2)RNA的功能多样性,肺炎球菌转化实验图解,III S型细胞 （有毒）,II R型细胞 （无毒）,破碎细胞,DNAase降解 后的DNA,II R型细胞接受III S型DNA,只有II R型,大多数仍为II R型,少数II R型细胞被转化产生III S型荚膜,S（光滑）,S,R,R,R（粗糙）,+,DNA,2.1核酸的种类、分布与化学组成,一、核酸的

6、种类与分布 DNA；RNA 二、核酸的化学组成 碱基；戊糖；磷酸；核苷；核苷酸 三、核酸的生物学功能,2.2核酸的分子结构,一、DNA的分子结构 （一）一级结构 （二）二级结构 （三）三级结构 （四）DNA与蛋白质复合物的结构,1、核苷酸的连接方式,核苷酸之间以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。,2、DNA的一级结构,（一）DNA的一级结构,DNA一级结构的表示法,5,3,结构式,返回,（1）x-光衍射分析,1952年M.Wilkins,（二）DNA的二级结构 1提出DNA双螺旋结构模型的根据,（2）DNA碱基组成的定量分析,20世纪40年代chargaff规则, DNA碱基组成有种的特异

7、性，但没有组织、器官特异性。, A=T；G=C；A+G=T+C,（double-helical structure）,1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构。,2DNA双螺旋结构模型,返回,特征： 两条脱氧核苷酸链以反向平行的方式围绕同一中心轴向右盘绕 主链处于螺旋的外侧（核糖+磷酸）核糖平面与螺旋轴平行； 碱基处于螺旋的内侧，与中轴垂直。 螺距：10bp3.4nm3600 =2nm 大沟与小沟： 蛋白质识别DNA的特定遗传信息的关键点 碱基互补配对,稳定DNA双螺旋结构的作用力,（1）互补碱基对之间的氢键,（2）碱基堆积力（base-stacking forces）,（3）

8、磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的离子键,返回,DNA的双螺旋结构的意义,该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是本世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。,双螺旋结构的多态性,DNA分子间的三链结构,返回,DNA,双链线状,双链环状,单链线状：动物病毒MVM,单链环状：噬菌体X174,真核细胞染色体DNA,噬菌体T2，T5，T7，P22,E-Coli染色体DNA,线粒体DNA,叶绿体DNA,多瘤病毒DNA，病毒S

9、V40DNA,噬菌体和X174的复制型,（三）DNA的三级结构,定义：双螺旋进一步扭曲形成的更高层次的空间结构。如扭拮、超螺旋等。,螺旋和超螺旋电话线,螺旋,（covalently closed circular DNA, cccDNA） 的超螺旋结构（superhelical structure）,形成超螺旋的基础:,DNA双螺旋的扭曲形成超螺旋（superhelix）,1共价闭合环状DNA,DNA超螺旋的形成,超螺旋的拓扑学公式： L=T+W 或 =+,超螺旋状态的定量描述,公式1：L=T+W L连环数（linking number）， DNA双螺旋中一条链以右手螺旋与另一条链缠绕的次数。

10、 TDNA分子中的螺旋数（twisting number） W超螺旋数或缠绕数（writhing number）,公式2：=（L-L0）/L0 超螺旋度 （degree of supercoiling） L0松驰态DNA连环数,DNA超螺旋结构形成的意义, 使DNA形成高度致密状态从而得以装入核中； 推动DNA结构的转化以满足功能上的需要。 如负超螺旋分子所受张力会引起互补链分 开导致局部变性，利于复制和转录。,(四)、DNA与蛋白质复合物的结构,生物体内的核酸通常都与蛋白质结合形成复合物，以核蛋白（nucleoprotein）的形式存在。 DNA分子十分巨大，与蛋白质结合后被组装到有限的空间

11、中。,、病毒 、细菌类核 、真核染色体,噬菌体T2结构,动物病毒切面模式图,被膜（脂蛋白、 碳水化合物）,衣壳（蛋白质）,核酸,突起（糖蛋白）,病毒粒,返回,细菌拟核（nucleoid ）的突环结构,RNA-蛋白质核心,突环由双链DNA结合 碱性蛋白质组成,平均一个突环含 有约 40kb DNA,返回,组蛋白与DNA的结合,核小体,返回,DNA的念珠状结构,返回,核小体盘绕及染色质示意图,返回,真核生物染色体DNA组装不同层次的结构,DNA(2nm),核小体链(11nm，每个核小体200bp),纤丝(30nm，每圈6个核小体),突环(150nm，每个突环大约75000bp),玫瑰花结(300n

12、m ，6个突环),螺旋圈(700nm，每圈30个玫瑰花),染色体(1400nm,每个染色体 含10个玫瑰花200bp),返回,二、 RNA的结构,（四）RNA的三级结构,（三）RNA的二级结构,（二）RNA的一级结构,（一）RNA的类别,（一）RNA的类别,1. 信使RNA (messenger RNA，mRNA)： 在蛋白质合成中起模板作用； 2. 核糖体RNA (ribosomal RNA，rRNA)： 与蛋白质结合构成核糖体(ribosome), 核糖体是蛋白质合成的场所； 3. 转移RNA (transfor RNA，tRNA)： 在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。,4其它类别的

13、RNA,（1）病毒RNA（Viral RNA, rRNA）,（2）核内RNA（nuclear RNA, nRNA）, 不均一核RNA（heterogeneous nuclear RNA,HnRNA）, 小分子核RNA（small nuclear RNA, sn RNA）, 小分子核仁RNA（small nucleolar RNA, sno RNA）, 染色体RNA（chromosomal RNA, ch RNA）,（3）线粒体RNA（mitochondrial RNA, mit RNA）,（4）叶绿体RNA（chloroplast RNA, chlRNA或ctRNA）,1RNA分子中各核苷之间

14、的连接 方式（3-5磷酸二酯键）和 排列顺序叫做RNA的一级结构,（二）RNA的一级结构,RNA 与 DNA 的差异 DNA RNA 糖 脱氧核糖 核糖 碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基 含稀有碱基,返回,2几类RNA的一级结构特点,（1）tRNA, 分子量较小（25，000），沉降常数4S。 各种tRNA的链长很接近，一般在7393个核苷酸之间。 tRNA分子中约20多个位置上的核苷酸是保守的（不变和半不变的） 各种tRNA的3一端为CCA；5一端大多数 为pG，少数为pC。 tRNA分子中含有较多的修饰成分。,返回,原核生物核糖体,70S,50S,30S,5S rRNA， 23S r

15、RNA,34种蛋白质,16S rRNA,21种蛋白质,（2）rRNA的一级结构,真核生物核糖体,80S,60S,40S,5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA,49种蛋白质,18SrRNA,33种蛋白质,返回,原核细胞mRNA的结构特点,5,3,先导区+翻译区（多顺反子）+末端序列,（3）mRNA的一级结构,真核生物mRNA特征： 单顺反子 5端“帽子”（m7G-5ppp5-N-3p） 3端“尾巴”（Poly A）,返回,真核细胞mRNA的结构特点,5 “帽子”,PolyA 3,返回,5-cap：m7G(5)pppNmp,5-cap,cap0: m7G(5)pppNp,cap1: m7G(5)pppNmpNp,cap2: m7G(5)pppNmpNmpNp,返回,返回,5-cap的功能,(1) 防止mRNA被核酸酶降解。 (2) 为mRNA翻译活性所必需。 (3) 与蛋白质合成的正确起始有关。,polyA的功能:,3-polyA : polyA的残基数20200个，或更多。,(1) 保护mRNA，免受核酸外切酶的作用。 (2) 与翻译有关，没有polyA翻译活性降低。(3) 与mRNA从细胞核转移到细胞质有关。,RNA前体,成熟RNA （有功能的RNA）,断裂、修剪、修饰,大多