《核酸的化学课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核酸的化学课件（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目目录录核酸的化学核酸的化学The Chemistry of Nucleic Acid1核酸的化学目目录录核核酸酸(nucleicacid) 是以是以核苷酸核苷酸为基本组成单位的生物为基本组成单位的生物大分子，携带和传递大分子，携带和传递遗传信息遗传信息。2核酸的化学目目录录FriedrichMiescher(1844-1895)3核酸的化学目目录录Reichard, P. J. Biol. Chem. 2002;277:13355-13362OswaldT.Avery(1877-1955).4核酸的化学目目录录一、核酸的发现和研究工作进展一、核酸的发现和研究工作进展 1868年年Fridri
2、chMiescher从脓细胞中提取从脓细胞中提取“核素核素”1944年年Avery等人等人证实证实DNA是遗传物质是遗传物质1953年年Watson和和Crick发现发现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构1968年年Nirenberg发现发现遗传密码遗传密码1975年年Temin和和Baltimore发发现现逆转录酶逆转录酶1981年年Gilbert和和Sanger建建立立DNA测序方法测序方法1985年年Mullis发明发明PCR技术技术1990年年美国启动人类基因组计划美国启动人类基因组计划(HGP)1994年年中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动2001年年美、英等国美、英等国完成人
3、类基因组计划基本框架完成人类基因组计划基本框架5核酸的化学目目录录二、核酸的分类及分布二、核酸的分类及分布 90%90%以以上上分分布布于于细细胞胞核核，其其余余分分布布于于核外核外如线粒体，叶绿体，质粒等。如线粒体，叶绿体，质粒等。分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型体的基因型(genotype)。参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表遗传信息的表达。某些病毒达。某些病毒RNA也可作为遗也可作为遗
4、传信息的载体。传信息的载体。6核酸的化学目目录录第一节第一节核酸的化学组成核酸的化学组成The Chemical Component of Nucleic Acid7核酸的化学目目录录中心法则：中心法则： 一、核酸的重要性一、核酸的重要性DNADNARNARNA多肽链多肽链蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质性状性状8核酸的化学目目录录核酸的化学组成核酸的化学组成1.元素组成元素组成C、H、O、N、P（910%）2.分子组成分子组成碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖磷酸磷酸(phosphate)二、核酸的基本结构单位二、核酸的基本结
5、构单位单核苷酸单核苷酸9核酸的化学目目录录1）构成核苷酸的主要碱基）构成核苷酸的主要碱基核酸的化学目目录录腺嘌呤腺嘌呤(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)胞嘧啶胞嘧啶(C)DNA胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)尿嘧啶尿嘧啶(U)RNA核酸的碱基组成差异核酸的碱基组成差异11核酸的化学目目录录（构成（构成RNA）12345核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)2 2）组成核酸的两种核糖的结构）组成核酸的两种核糖的结构12核酸的化学目目录录核苷：核苷：AR,GR,UR,CR脱氧核苷：脱氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR3 3）核苷酸的结构）核苷酸的结构1.核苷核苷(r
6、ibonucleoside)的形成的形成碱基和核糖（脱氧核糖）通过碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖糖苷键苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。连接形成核苷（脱氧核苷）。1113核酸的化学目目录录核苷酸：核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP2.核苷酸核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名的结构与命名核苷（脱氧核苷）和磷酸以核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 14核酸的化学目目录录15核酸的化学目目录录核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核糖核苷核糖核苷(脱氧核糖核苷脱氧核糖核
7、苷)碱基碱基戊糖戊糖嘌呤嘌呤(A、G)嘧啶嘧啶(C、T、U)脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖16核酸的化学目目录录第二节第二节核酸核酸的分子结构的分子结构Molecular Structure of Nucleic Acid17核酸的化学目目录录一、一、DNADNA的分子结构的分子结构定义定义核核酸酸中中核核苷苷酸酸的的排排列顺序。列顺序。由由于于核核苷苷酸酸间间的的差差异异主主要要是是碱碱基基不不同同，所所以也称为以也称为碱基序列碱基序列。55端端3端端CGA（一）（一）DNA的一级结构的一级结构18核酸的化学目目录录5端端3端端核苷酸的连接核苷酸的连接 核苷酸之间以核苷酸之间以磷酸二酯键磷酸二酯键
8、连接形连接形成多核苷酸链，即成多核苷酸链，即核酸。核酸。CGA19核酸的化学目目录录20核酸的化学AGP5 PTPGPCPTPOH3 书写方法书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH3 5 ACTGCT3 目目录录21核酸的化学目目录录（二）（二）DNA的二级结构的二级结构双螺旋结构双螺旋结构22核酸的化学目目录录1953年年J.D.WatsonF.C.Crick将将DNA的功能的功能与结构特征联与结构特征联系起来系起来 。23核酸的化学1.DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景碱基组成分析碱基组成分析Chargaff规则：规则：A=TG C碱基的理化数据分析碱基的理化数据分析A-T
9、、G-C以以氢键氢键配对较合理配对较合理DNA纤维的纤维的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析目目录录24核酸的化学目目录录碱基互补配对碱基互补配对TAGCA=TGC2582核酸的化学目目录录1、右双螺旋，反向平行、右双螺旋，反向平行2、碱基在内，主链在外、碱基在内，主链在外3、碱基互补，、碱基互补，AT，GC4、螺旋一圈，十对碱基、螺旋一圈，十对碱基5、结构稳定，副键维系、结构稳定，副键维系6、大沟小沟，调节关键、大沟小沟，调节关键26822.DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点（Watson,Crick,1953）核酸的化学目目录录氢键氢键: :双链横向稳定双链横向稳定碱基堆积力碱基堆积
10、力: :纵向稳定纵向稳定磷酸基与介质之间磷酸基与介质之间: :离子键离子键27核酸的化学目目录录（三）染色质与染色体（三）染色质与染色体真真核核生生物物染染色色体体由由DNA和和蛋蛋白白质质构构成成，其基本单位是其基本单位是核小体核小体(nucleosome)。核小体的组成核小体的组成DNA：约约200bp组蛋白：组蛋白：H1H2A，H2BH3H428核酸的化学目目录录29核酸的化学目目录录30nm 染色质纤维是以 4 个核小体为结构单元，各单元之间通过相互扭转形成一个左手双螺旋高级结构，该研究也首次明确了连接组蛋白 H1 在 30nm 染色质纤维形成过程中的重要作用。 Science, 25
11、 April 2014 30核酸的化学（一）（一）RNA的种类、分布、功能的种类、分布、功能二、二、RNARNA的种类和分子结构的种类和分子结构31核酸的化学（二）（二） RNA的结构特征的结构特征lAMP、GMP、CMP及及UMPl含有稀有碱基。含有稀有碱基。l3，5磷酸二酯键磷酸二酯键l单链结构，局部双链螺旋单链结构，局部双链螺旋(发夹结构发夹结构)lAU，GC。l易被碱水解易被碱水解32核酸的化学（三）参与蛋白质生物合成的三类（三）参与蛋白质生物合成的三类RNA的结构的结构*tRNA的一级结构特点的一级结构特点含含1020%稀有碱基，如稀有碱基，如DHU3末端为末端为CCA-OH5末端大
12、多数为末端大多数为G1.转运转运RNA的结构与功能的结构与功能33核酸的化学目目录录*tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形氨基酸臂氨基酸臂DHU环环反密码环反密码环额外环额外环TC环环氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环34核酸的化学目目录录*tRNA的三级结构的三级结构倒倒L形形*tRNA的功能的功能活活化化、搬搬运运氨氨基基酸酸到到核核糖糖体体，参参与与蛋蛋白质的翻译。白质的翻译。35核酸的化学2.信使信使RNA的结构与功能的结构与功能hnRNA内含子内含子( (intron) )mRNA*mRNA成熟过程成熟过程 外显外显子子( (exon) )目目录录36核酸的化学目目录录* * mR
13、NA结构特点结构特点1.真核真核mRNA5末端末端:帽子结构：帽子结构：m7GpppNm2.真核真核mRNA的的3末端末端:polyA,多聚多聚A尾。尾。37核酸的化学目目录录帽子结构帽子结构38核酸的化学目目录录帽子结构帽子结构:1.保护保护mRNA免受核酸酶从免受核酸酶从5端的降解作用端的降解作用2.在翻译起始中具有促进核糖体与在翻译起始中具有促进核糖体与mRNA的结的结合、加速翻译起始速度的作用合、加速翻译起始速度的作用多聚多聚A尾尾:1.增加增加mRNA的稳定性的稳定性2.维持其翻译活性维持其翻译活性帽子结构和帽子结构和多聚多聚A尾的功能尾的功能39核酸的化学目目录录*mRNA的功能的
14、功能?核酸的化学目目录录*rRNA的结构的结构3.核蛋白体核蛋白体RNA的结构与功能的结构与功能* rRNA的功能的功能参参与与组组成成核核蛋蛋白白体体，作作为为蛋蛋白白质质生生物物合成的场所。合成的场所。41核酸的化学核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第第三三节节目目录录42核酸的化学目目录录一、紫外吸收一、紫外吸收43核酸的化学1.DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相当于相当于50g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷
15、酸2.判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度DNA纯品纯品:OD260/OD280=1.8RNA纯品纯品:OD260/OD280=2.0OD260的应用的应用44核酸的化学二、二、DNA的变性的变性(denaturation)定义定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解开双链解开成两条单链的过程。成两条单链的过程。方法：方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、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。酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其它理化性质变化：变性后其它理化性质变化：OD260增高增高粘度下降粘度下降比旋度下降比旋度下降浮力密度
16、升高浮力密度升高酸碱滴定曲线改变酸碱滴定曲线改变生物活性丧失生物活性丧失目目录录45核酸的化学目目录录DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂46核酸的化学例：变性引起紫外吸收值的改变例：变性引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱增色效应：增色效应：DNA变性时其溶液变性时其溶液OD260增高的现象。增高的现象。目目录录47核酸的化学热变性热变性解解链链曲曲线线：如如果果在在连连续续加加热热DNADNA的的过过程程中中以以温温度度对对A260A260（absorbanceabsorbance，A A，A260A260代代表表溶溶液液在在260nm26
17、0nm处处的的吸吸光光率率）值值作作图图，所所得得的的曲曲线线称称为为解解链曲线链曲线。48核酸的化学Tm：变变性性是是在在一一个个相相当当窄窄的的温温度度范范围围内内完完成成，在在这这一一范范围围内内，紫紫外外光光吸吸收收值值达达到到最最大大值值的的50%时时的的温温度度称称为为DNA的的解解链链温温度度，又又称称融融解解温温度度(melting temperature, Tm)。其其大大小小与与G+C含量成正比。含量成正比。49核酸的化学三、三、DNA的复性与分子杂交的复性与分子杂交DNA复性复性(renaturation)减色效应减色效应DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。退火退火(annealing)50核酸的化学
