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1、Chapter 2Chapter 2Structure and function Structure and function of nucleic acidsof nucleic acids核酸的结构与功能最新课件Contents一、原核细胞与真核细胞二、DNA结构与功能三、RNA结构与功能四、DNA 理化特性 核酸的结构与功能最新课件1 Prokaryotic and Eukaryotic Cell核酸的结构与功能最新课件胞内通常含有一胞内通常含有一个折叠成个折叠成类核体类核体的附着在质膜上的附着在质膜上的环状染色体的环状染色体原核生物原核生物: :细菌细菌, ,支原体支原体, ,立克次体
2、等立克次体等核酸的结构与功能最新课件有细胞核，有细胞核，染色体位于染色体位于细胞核内细胞核内真核生物真核生物: :多细胞动植物多细胞动植物, ,单细胞酵母等单细胞酵母等核酸的结构与功能最新课件原核生物与真核生物区别原核生物与真核生物区别 原核生物原核生物 真核生物真核生物基因组大小基因组大小 小、单个小、单个 大、多个大、多个核核 拟核拟核 真核（核膜核仁、真核（核膜核仁、 和组蛋白）和组蛋白）核外核外DNADNA 质粒（质粒（plasmidplasmid）线粒体）线粒体DNADNA、叶绿体、叶绿体DNADNA转录翻译转录翻译 原位、同步原位、同步 异位、不同步异位、不同步转录后加工转录后加工
3、 无无 有（剪接、修饰）有（剪接、修饰）细胞器细胞器 无无 有（内质网、线粒体、有（内质网、线粒体、 高尔基体、溶酶体等）高尔基体、溶酶体等）核酸的结构与功能最新课件2 DNA Structure and Function P26核酸的结构与功能最新课件核酸核酸核酸核酸以核苷酸为基本组成单位的生物信息以核苷酸为基本组成单位的生物信息以核苷酸为基本组成单位的生物信息以核苷酸为基本组成单位的生物信息大分子，包括脱氧核糖核酸（大分子，包括脱氧核糖核酸（大分子，包括脱氧核糖核酸（大分子，包括脱氧核糖核酸（DNADNADNADNA）和核糖）和核糖）和核糖）和核糖核酸（核酸（核酸（核酸（RNARNARNA
4、RNA）两大类。）两大类。）两大类。）两大类。 DNA DNA DNA DNA 存在于细胞核和线粒体内，携带遗传信息，存在于细胞核和线粒体内，携带遗传信息，存在于细胞核和线粒体内，携带遗传信息，存在于细胞核和线粒体内，携带遗传信息，决定着细胞和个体的遗传型；决定着细胞和个体的遗传型；决定着细胞和个体的遗传型；决定着细胞和个体的遗传型； RNA RNA RNA RNA 存在于细胞质、细胞核和线粒体内，参与遗存在于细胞质、细胞核和线粒体内，参与遗存在于细胞质、细胞核和线粒体内，参与遗存在于细胞质、细胞核和线粒体内，参与遗传信息的复制与表达。传信息的复制与表达。传信息的复制与表达。传信息的复制与表达
5、。核酸的结构与功能最新课件水解水解水解水解水解水解水解水解水解水解水解水解 单核苷酸单核苷酸 (B-R-P)B-R-P)核苷核苷(B-R)B-R)碱基碱基(B)戊糖戊糖(R)磷酸磷酸(P)核核 酸酸核酸的结构与功能最新课件碱基碱基（base) )腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A) 鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G) 胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U) 嘌呤嘌呤(purine) 嘧啶嘧啶 (pyrimidine)核酸的结构与功能最新课件嘌呤嘌呤(purines)(purines) 腺嘌呤（腺嘌呤（A A）（6-6-氨基
6、氨基嘌呤）嘌呤） 鸟嘌呤（鸟嘌呤（G G）（2-2-氨基氨基 6-6-氧氧嘌呤）嘌呤）核酸的结构与功能最新课件 胞嘧啶（胞嘧啶（C C）（2-2-氧氧 4- 4-氨基氨基嘧啶）嘧啶） 胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T T）（5-5-甲基甲基尿嘧啶）尿嘧啶） 尿嘧啶（尿嘧啶（U U） （2 2，4-4-二氧二氧嘧啶）嘧啶）嘧啶嘧啶(pyrimidines)(pyrimidines)核酸的结构与功能最新课件稀有碱基稀有碱基(unusual component)-又称又称修饰碱基修饰碱基 （the modified component)the modified component) 指上述五种碱基环上的某一位
7、置被一些化学基指上述五种碱基环上的某一位置被一些化学基团团( (如甲基化、甲硫基化等如甲基化、甲硫基化等) )修饰后的修饰后的衍生物衍生物。一般这些碱基在核酸中的含量稀少，在各种类一般这些碱基在核酸中的含量稀少，在各种类型核酸中的分布也不均一。如型核酸中的分布也不均一。如DNADNA中的修饰碱基中的修饰碱基主要见于噬菌体主要见于噬菌体DNADNA，RNARNA中以中以tRNAtRNA含修饰碱基含修饰碱基最多。最多。核酸的结构与功能最新课件核核 糖糖 脱氧核糖脱氧核糖戊糖戊糖(ribose)(ribose)vRNA:D-RNA:D-核糖核糖vDNA:D-2-DNA:D-2-脱氧脱氧核糖核糖vD-
8、D-核糖的核糖的C-2C-2所连的所连的-OH-OH脱去脱去氧就是氧就是D-2D-2脱氧脱氧核糖核糖D-D-核酸的结构与功能最新课件两类核酸的基本成分两类核酸的基本成分RNADNA磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸磷酸戊糖戊糖D-核糖核糖D-2-脱氧核糖脱氧核糖嘌呤碱嘌呤碱腺嘌呤腺嘌呤(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)腺嘌呤腺嘌呤(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)嘧啶碱嘧啶碱胞嘧啶胞嘧啶(C)尿嘧啶尿嘧啶(U)胞嘧啶胞嘧啶(C)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)核酸的结构与功能最新课件核苷（核苷（nucleosidenucleoside）核核 苷苷碱碱 基基核糖核糖( (戊糖戊糖) )连接方式连接方式：糖苷键：糖苷键( (glycosid
9、ic bond) )嘌呤环：嘌呤环：N-9N-9嘧啶环：嘧啶环：N-1N-1糖：糖：C-1C-1-糖苷键糖苷键核酸的结构与功能最新课件腺嘌呤腺嘌呤核苷核苷 （腺苷）（腺苷）1 9核糖核糖腺嘌呤腺嘌呤胞嘧啶胞嘧啶脱氧核苷脱氧核苷（脱氧胞苷）（脱氧胞苷）1 1脱氧核糖脱氧核糖胞嘧啶胞嘧啶核酸的结构与功能最新课件核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸核苷酸核苷酸(nucleotide)(nucleotide)连接方式连接方式： 磷酯键磷酯键糖环上所有游离羟基（核糖的糖环上所有游离羟基（核糖的C-2 、 C-3 、C-5 及脱氧核糖的及脱氧核糖的C-3 、C-5 ）均）均能与磷酸发生能与磷酸发生酯化结合酯化结合
10、。生物体内多数核苷。生物体内多数核苷酸是酸是5 -核苷酸，即糖环上的核苷酸，即糖环上的C-5 与磷酸与磷酸发生酯化结合。发生酯化结合。核酸的结构与功能最新课件POOO腺嘌呤腺嘌呤核苷酸核苷酸 （腺苷酸）（腺苷酸）5 脱氧脱氧胞嘧啶胞嘧啶核苷酸核苷酸（脱氧胞苷酸）（脱氧胞苷酸）5 核酸的结构与功能最新课件重要的核苷酸重要的核苷酸能量物质：能量物质：ATP等；等；酶辅助因子：酶辅助因子：NAD+、 NADP + 和和FAD 等；等；信号传导：信号传导： 环腺苷酸（环腺苷酸（ cyclic AMP, cAMP）,环鸟环鸟苷酸（苷酸（cyclic GMP, cGMP）;重要代谢中间物：重要代谢中间物：
11、PAPS、SAM、UDPG、UDPGA、CDP-胆碱（乙醇胺）等胆碱（乙醇胺）等核酸的结构与功能最新课件v核酸一级结构的概念核酸一级结构的概念：核酸分子中核苷酸的排列顺序，即核酸分子中核苷酸的排列顺序，即碱基碱基的排列顺序。的排列顺序。v连接键即连接键即 3 , 5 - 磷酸二酯键磷酸二酯键：第一个核苷酸糖环上原来游离的第一个核苷酸糖环上原来游离的 C- 3 羟基羟基与第二个与第二个核苷酸核苷酸C-5 磷酸磷酸组成组成 3 , 5 磷酸二酯键。磷酸二酯键。v书写规则书写规则：方向：方向 5 3 ,从繁到简有多种表示方法。从繁到简有多种表示方法。v具有方向性：具有方向性：二个游离末端二个游离末端
12、 5 末端末端(游离磷酸基游离磷酸基) 3 末端末端(游离羟基游离羟基)核酸的结构与功能最新课件33，5 5 磷酸二磷酸二酯键酯键55末端的磷酸基末端的磷酸基团团33末端的羟基末端的羟基(-(-OH)OH)33，5 5 磷酸二磷酸二酯键酯键核苷酸链:一级结构核酸的结构与功能最新课件5 C A G 3 C A G5 3 PP5 pCpApG OH 3 核酸的结构与功能最新课件DNADNA的二级结构的二级结构双螺旋模型（双螺旋模型（double helixdouble helix）P40核酸的结构与功能最新课件1.1. Chargaff Chargaff 规则（规则（规则（规则（ 1949-195
13、11949-1951 ）vv不同物种的不同物种的不同物种的不同物种的DNADNADNADNA碱基组成不同；碱基组成不同；碱基组成不同；碱基组成不同；vv同一生物体的不同组织的同一生物体的不同组织的同一生物体的不同组织的同一生物体的不同组织的DNADNADNADNA的碱基组成相的碱基组成相的碱基组成相的碱基组成相同；同；同；同；vvA=TA=TA=TA=T，G=CG=CG=CG=C，A+G=T+CA+G=T+CA+G=T+CA+G=T+C2. 2. WilkinsWilkins 和和和和FranklinFranklin的高质量的的高质量的的高质量的的高质量的X-X-衍射图衍射图衍射图衍射图3.
14、3. WatsonWatson 和和和和CrickCrick提出双螺旋模型（提出双螺旋模型（提出双螺旋模型（提出双螺旋模型（19531953）研究背景研究背景BackgroundBackground核酸的结构与功能最新课件腺嘌呤腺嘌呤 (A)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)胞嘧啶胞嘧啶(C)(A+T)/(G+C)大肠杆菌大肠杆菌25.424.824.125.71.01小麦小麦26.828.023.222.71.21鼠鼠29.725.621.922.81.21 肝肝猪猪 胸腺胸腺 脾脾29.430.029.629.728.929.220.520.420.420.520.720.81.43
15、酵母酵母31.332.918.717.11.08 DNA 来源来源碱基碱基不同物种的不同物种的不同物种的不同物种的DNADNADNADNA碱基组成含量（例）碱基组成含量（例）碱基组成含量（例）碱基组成含量（例）核酸的结构与功能最新课件X-衍射衍射DNA结构的结构的X衍射照片衍射照片Maurice Wilkins1916 Franklin Rosalind 1920-1958核酸的结构与功能最新课件“搭积木搭积木搭积木搭积木搭积木搭积木”式的研究式的研究式的研究式的研究式的研究式的研究 James Dewey James Dewey James Dewey Watson Watson Watso
16、nFrancis Harry Francis Harry Francis Harry Compton Crick Compton Crick Compton Crick核酸的结构与功能最新课件19531953年年 杂志上发杂志上发表的论文表的论文- -揭示了地球揭示了地球上生物的代码上生物的代码-DNA-DNA的分的分子结构子结构核糖核酸领带俱乐部核糖核酸领带俱乐部核酸的结构与功能最新课件DNA: The Secret of Life premiere features Watson visitThestudentsgreetedthe75-year-oldscientistwithastan
17、dingovation.Watsonandthestudents(left)engagedinalivelydiscussionofgenomicsformorethanahourbeforethestudentsweretreatedtoasneakpreviewof“DNA:TheSecretofLife.”ThedayfeaturedavisitbyNobellaureateJamesD.Watson.Watson(right)andhispartner,FrancisCrick,arecreditedwithdiscoveringtheDNAdoublehelixin1953.Coin
18、s of UK - Two Pound Coin Reverses 核酸的结构与功能最新课件DNADNA双螺旋模型的基本内容双螺旋模型的基本内容v反向平行、互补双链反向平行、互补双链 脱氧核糖和磷酸骨架位于双链外侧，走向相反脱氧核糖和磷酸骨架位于双链外侧，走向相反 （5 3、3 5）；）； 碱基配对碱基配对:A-T，G-Cv右手螺旋，并有大沟和小沟右手螺旋，并有大沟和小沟 螺旋直径螺旋直径2nm,螺距螺距3.4nm,螺旋一周螺旋一周10个碱基对，个碱基对，碱基平面距离碱基平面距离0.34 nmv双螺旋结构稳定力双螺旋结构稳定力横向是碱基对氢键；横向是碱基对氢键；纵向是碱基平面间的疏水堆积力纵向
19、是碱基平面间的疏水堆积力（base-stacking force）核酸的结构与功能最新课件3.4nm0.34nmMajor GrooveMinor groove2nm5533核酸的结构与功能最新课件核酸的结构与功能最新课件UTAA核酸的结构与功能最新课件DNADNA结构的多样性结构的多样性v右手双螺旋（右手双螺旋（B-DNAB-DNA）：）：生理条件下生理条件下最稳定最稳定的结构；的结构；vA-DNAA-DNA：脱水条件下脱水条件下DNADNA双螺旋、及生理条件下的双螺旋、及生理条件下的RNARNA双双螺旋和螺旋和DNA-RNADNA-RNA杂合双螺旋中。杂合双螺旋中。结构特征结构特征：右手双
20、螺旋、：右手双螺旋、螺旋直径螺旋直径2.6nm2.6nm、螺距螺距2.5nm2.5nm，1111个碱基个碱基/ /周；周；vZ-DNAZ-DNA：存在于存在于CGCGCGCGCGCGCGCG结晶体结构中。结晶体结构中。结构特征结构特征：左左手螺旋手螺旋、螺旋直径、螺旋直径1.8nm1.8nm、螺距螺距4.5nm4.5nm、1212碱基碱基/ /周、核周、核酸链骨架显酸链骨架显Z Z字型字型走行。走行。核酸的结构与功能最新课件535355535333Minor grooveMajorgrooveMinor grooveMajor groove groove核酸的结构与功能最新课件Triple-s
21、trandedhelicesarefoundinregionsofDNAthathaverepeatingstretchesofpurinesalternatingwithstretchesofpyrimidinescomplementarytothepurinestretches.Underthesecircumstances,onestrandofarepeatingunitfoldsbackintothemajorgrooveoftheprecedingrepeatingunit.Thisconformationleavesonestrandoftherepeatingunitunpai
22、red.vTriple-stranded helices核酸的结构与功能最新课件The four-stranded helix is characterized by G-rich regions of DNA. This structure is often found at the end of chromosomes in the telomeres, and may be important in the process of meiosis.vThe four-stranded helix核酸的结构与功能最新课件DNADNA的超螺旋结构的超螺旋结构（一）原核生物（一）原核生物（一）原
23、核生物（一）原核生物DNADNA的高级结构的高级结构的高级结构的高级结构（二）真核生物（二）真核生物（二）真核生物（二）真核生物DNADNA的高级结构的高级结构的高级结构的高级结构核酸的结构与功能最新课件原核生物原核生物DNADNA 在共价闭环双螺旋基础上进一步扭转盘曲在共价闭环双螺旋基础上进一步扭转盘曲, ,形成超螺旋形成超螺旋(supercoil)(supercoil)体积进一步压缩体积进一步压缩。Supercoils. A typical phone cord is a coil. A phone cord twisted as shown is a supercoil. The ill
24、ustration is especially appropriate, because an examination of the twisting of phone cords helped lead Jerome Vinograd and colleagues to the insight that many properties of small, circular DNAs could be explained by supercoiling. They first detected DNA supercoiling in small, circular viral DNAs in
25、1965.P88核酸的结构与功能最新课件核酸的结构与功能最新课件Electron micrograph of DNA from a lysed E. coli cell. Several small, circular plasmid DNAs are indicated by arrows. The blacks spots and white specks are artifacts of the preparation.核酸的结构与功能最新课件原核生物原核生物原核生物原核生物DNADNADNADNA：共价封闭环共价封闭环共价封闭环共价封闭环(covalently closed (cova
26、lently closed (covalently closed (covalently closed circle)circle)circle)circle) CCCCCCCCCCCC分子分子分子分子超螺旋有方向性：正超螺旋、负超螺旋超螺旋有方向性：正超螺旋、负超螺旋超螺旋有方向性：正超螺旋、负超螺旋超螺旋有方向性：正超螺旋、负超螺旋超螺旋的意义：自由状态的超螺旋的意义：自由状态的超螺旋的意义：自由状态的超螺旋的意义：自由状态的DNADNADNADNA通常没有活性，负通常没有活性，负通常没有活性，负通常没有活性，负超螺旋是超螺旋是超螺旋是超螺旋是DNADNADNADNA复制、基因转录等生命活
27、动的必需复制、基因转录等生命活动的必需复制、基因转录等生命活动的必需复制、基因转录等生命活动的必需 超螺旋超螺旋超螺旋超螺旋DNADNADNADNA对变性剂有较高的沉降系数和电泳迁移对变性剂有较高的沉降系数和电泳迁移对变性剂有较高的沉降系数和电泳迁移对变性剂有较高的沉降系数和电泳迁移率，是实验室中分离纯化并鉴定超螺旋率，是实验室中分离纯化并鉴定超螺旋率，是实验室中分离纯化并鉴定超螺旋率，是实验室中分离纯化并鉴定超螺旋DNADNADNADNA的重要依的重要依的重要依的重要依据据据据P45,87核酸的结构与功能最新课件真核生物真核生物DNADNA分子结构分子结构 染色体的多层次压缩包装染色体的多层
28、次压缩包装p91核酸的结构与功能最新课件Karyotype of Drosophila pseudoobscuraDNA: MW=1010, 1.2cm核酸的结构与功能最新课件进一步螺旋，进一步螺旋，6个核小体个核小体/圈圈螺旋管螺旋管:纤丝结构纤丝结构（30nm，压缩比，压缩比 40）核小体核小体: :串珠状的结构串珠状的结构(11nm, 压缩比压缩比 6)襻状结构襻状结构(300nm，压缩比，压缩比 680)染色单体染色单体(700nm，压缩比，压缩比 1.2 104)DNA双螺旋双螺旋H1、H2A、H2B、H3和和H4+(2nm)核酸的结构与功能最新课件染色体染色体染色体染色体（chro
29、mosomechromosome）-独立携带必需独立携带必需独立携带必需独立携带必需遗传信息的遗传信息的遗传信息的遗传信息的DNADNA分子，并包括决定其结构的分子，并包括决定其结构的分子，并包括决定其结构的分子，并包括决定其结构的有关蛋白质。有关蛋白质。有关蛋白质。有关蛋白质。染色体的多层次压缩包装染色体的多层次压缩包装-细胞核细胞核DNA在在双螺旋基础上的进一步结构变化双螺旋基础上的进一步结构变化,巨大的巨大的DNA链要包装成染色体需经多层次的结构变链要包装成染色体需经多层次的结构变化才能实现，这些结构变化就是更高层次超化才能实现，这些结构变化就是更高层次超螺旋的形成。螺旋的形成。核酸的结
30、构与功能最新课件染色质（染色质（chromatin）：真核生物染色体都包含一：真核生物染色体都包含一个个很长的线性很长的线性DNA分子分子，并被组装在细胞核内。，并被组装在细胞核内。染色质用来描述构成真核生物染色体的高度有序染色质用来描述构成真核生物染色体的高度有序的的DNA蛋白质复合物。染色质结构用来包装和蛋白质复合物。染色质结构用来包装和组构染色体组构染色体DNA，并能在细胞周期的不同阶段调，并能在细胞周期的不同阶段调整压缩整压缩DNA的水平。的水平。几个概念几个概念染色质的基本结构单位是染色质的基本结构单位是核小体核小体，主要蛋白质成，主要蛋白质成分是分是组蛋白组蛋白。1974.Korn
31、bergfoundnucleosomes.核酸的结构与功能最新课件核小体核小体组蛋白核心组蛋白核心H1H1组蛋白盘绕其上的组蛋白盘绕其上的DNADNAp94核酸的结构与功能最新课件八聚体组蛋白核心八聚体组蛋白核心2(H2A,H2B,H3,H4)核酸的结构与功能最新课件核小体核小体 念念珠珠核核小小体体染色质纤丝染色质纤丝玫瑰花环玫瑰花环核酸的结构与功能最新课件念珠状核小体念珠状核小体Electron micrograph of Drosophilamelanogasterchromatin after swelling reveals the presence of nucleosomes a
32、s “beads on a string.”核酸的结构与功能最新课件染色质纤丝染色质纤丝突环突环核酸的结构与功能最新课件蛋白质骨架蛋白质骨架（scaffold）DNA loops核酸的结构与功能最新课件真核生物染色体真核生物染色体DNADNA组装不同层次的结构组装不同层次的结构中期染色体中期染色体螺旋圈螺旋圈突环突环染色质纤丝染色质纤丝念珠核小体链念珠核小体链DNADNA核酸的结构与功能最新课件中期染色体中期染色体染色单体染色单体由染色体复由染色体复制产生的两股染色单体制产生的两股染色单体中之一，它们由着丝粒中之一，它们由着丝粒拉在一起，在有丝分裂拉在一起，在有丝分裂时，染色单体变成分离时，染
33、色单体变成分离的染色体。的染色体。端粒端粒一条染色体的两一条染色体的两个末端染色粒之一，用个末端染色粒之一，用于保持真核生物染色体于保持真核生物染色体末端稳定性的末端稳定性的DNADNA片段。片段。着丝粒着丝粒两条染色单体相连的区域两条染色单体相连的区域核酸的结构与功能最新课件核酸的结构与功能最新课件DNA DNA 的功能的功能vv遗传信息的载体遗传信息的载体遗传信息的载体遗传信息的载体: DNA RNA Protein : DNA RNA Protein ；vv基因的物质基础基因的物质基础基因的物质基础基因的物质基础:核苷酸的排列顺序决定了基因核苷酸的排列顺序决定了基因核苷酸的排列顺序决定了
34、基因核苷酸的排列顺序决定了基因的功能；的功能；的功能；的功能；vv基因组基因组基因组基因组(genome):(genome):包含了所有编码包含了所有编码包含了所有编码包含了所有编码RNARNA和蛋白质和蛋白质和蛋白质和蛋白质的序列及所有非编码序列的序列及所有非编码序列的序列及所有非编码序列的序列及所有非编码序列-DNA-DNA分子的全序列。分子的全序列。分子的全序列。分子的全序列。 SV40病毒病毒 5100 bp 大肠杆菌大肠杆菌 5700 kbp 人人 3 109bp核酸的结构与功能最新课件3 RNA Structure and Function一、信使一、信使RNA(mRNA)二、转运
35、二、转运RNA(tRNA) 三、核糖体三、核糖体RNA(rRNA) 核酸的结构与功能最新课件细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功能功能核糖体核糖体RNA rRNAmt rRNA核蛋白体的组分核蛋白体的组分信使信使RNAmRNAmt mRNA蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运转运RNA tRNA mt tRNA转运氨基酸转运氨基酸不均一核不均一核RNA hnRNAmRNA的前体的前体小核小核RNA snRNA 参与参与HnRNA的剪接、的剪接、转运转运 小核仁小核仁RNAsnoRNArRNA的加工、修饰的加工、修饰 小胞质小胞质RNAscRNA/7SL-RNA蛋白质内质网定位合蛋白质内质网定位合
36、成的信号识别体的组成的信号识别体的组分分 干扰干扰RNARNAi抑制特异基因表达抑制特异基因表达动物细胞内主要动物细胞内主要RNARNA的种类与功能的种类与功能核酸的结构与功能最新课件In 1990, RNA silencing was first observed in plants. This phenomena was called “cosuppression” or “PTGS” (posttranscriptional gene silencing).Plant Cell, van der Krol et al . 1990, 2(4): 291-299“RNA interfere
37、nce”, “RNAi”, “RNA silencing”, “siRNA” 。概念：双链概念：双链RNA(dsRNA)诱导序列特异的转录后诱导序列特异的转录后基因沉默。其作用具有放大和持续的特点基因沉默。其作用具有放大和持续的特点.The discovery of siRNA核酸的结构与功能最新课件RNA secondary and tertiary structures(a)Hairpins, Stem-loops, and other secondary structures can form by base pairing between distant complementary s
38、egments of an RNA molecule. In stem-loops, the single-stranded loop between the base-paired helical stem may be hundreds or even thousands of nucleotides long, whereas in hairpins, the short turn may contain as few as 6 8 nucleotides. (b) Interactions between the flexible loops may result in further
39、 folding to form tertiary structures such as the pseudoknot. This tertiary structure resembles a figure-eight knot, but the free ends do not pass through the loops, so no knot is actually formed. 核酸的结构与功能最新课件mRNA（messenger RNA）AAAA Anm7GpppAUG GUGUAA535 帽子结构帽子结构 密码子密码子 3 多聚多聚A尾尾 5 非编码区非编码区 编码区编码区 3
40、非编码区非编码区真核生物真核生物mRNA：五个部分五个部分 核酸的结构与功能最新课件(m6A.A.G.C.U)(m5A.A.G.C.U)mRNA的的5 帽子结帽子结构（构（cap sequence） m7GpppNm5 5 7-7-甲基三磷酸鸟苷（甲基三磷酸鸟苷（m7GpppGppp）7mRNA转运转运核蛋白体体结合核蛋白体体结合起始因子结合起始因子结合稳定性维持稳定性维持核酸的结构与功能最新课件tRNA（transfer RNA）结构特点结构特点结构特点结构特点: :vv稀有碱基：稀有碱基：稀有碱基：稀有碱基：二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶(DHU)(DHU)(DHU)(DHU)、
41、T T T T、假尿假尿假尿假尿嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶( ( ( ( ) ) ) )、 7 7 7 7甲基嘌呤甲基嘌呤甲基嘌呤甲基嘌呤( ( ( (m mm mG G G G和和和和m mm mA A A A) ) ) )等等等等；vv三叶草形二级结构：三叶草形二级结构：三叶草形二级结构：三叶草形二级结构：D D D D环、反密码环环、反密码环环、反密码环环、反密码环( ( ( (有有有有反密码子反密码子反密码子反密码子) ) ) )、T T T T 环和环和环和环和3 3 3 3 端氨基酸接受端氨基酸接受端氨基酸接受端氨基酸接受臂臂臂臂vv倒倒倒倒“L”L”L”L”型三级结构型三级结构型三级结构型
42、三级结构核酸的结构与功能最新课件a.tRNAa.tRNA的三叶草结构的三叶草结构( (二级结构二级结构) )反密码子环反密码子环T 环环可变臂可变臂氨基酸接受臂氨基酸接受臂(CCA末端末端)D 环环核酸的结构与功能最新课件T 环环 D 环环可变臂可变臂反密码子环反密码子环T 环环D 环环反密码子环反密码子环氨基酸接受臂氨基酸接受臂b.tRNAb.tRNA的倒的倒L L型型( (三级结构三级结构) )核酸的结构与功能最新课件 A space-filling model of the yeast phenylalanine tRNA核酸的结构与功能最新课件tRNAtRNA功能功能功能功能：vv在翻
43、译过程中作为转接分子：在翻译过程中作为转接分子：在翻译过程中作为转接分子：在翻译过程中作为转接分子：氨酰氨酰氨酰氨酰tRNAtRNA（负载负载负载负载tRNAtRNA）。）。）。）。vv在反转录病毒复制过程中，在反转录病毒复制过程中，在反转录病毒复制过程中，在反转录病毒复制过程中，tRNAtRNA可作为可作为可作为可作为DNADNA复制的引物。复制的引物。复制的引物。复制的引物。核酸的结构与功能最新课件rRNA （ribosomal RNA） 核蛋白体核蛋白体核蛋白体核蛋白体RNARNA（核糖体核糖体核糖体核糖体RNARNA）：）：）：）：细胞内含细胞内含细胞内含细胞内含量最多的量最多的量最多
44、的量最多的RNARNA，占，占，占，占RNARNA总量的总量的总量的总量的80%80% 核糖体是一种核酶，由大小不同的两个亚核糖体是一种核酶，由大小不同的两个亚核糖体是一种核酶，由大小不同的两个亚核糖体是一种核酶，由大小不同的两个亚基组成，大小亚基分别又有几种基组成，大小亚基分别又有几种基组成，大小亚基分别又有几种基组成，大小亚基分别又有几种rRNArRNA和数和数和数和数十种核糖体蛋白组成十种核糖体蛋白组成十种核糖体蛋白组成十种核糖体蛋白组成核酸的结构与功能最新课件小亚基小亚基大亚基大亚基核酸的结构与功能最新课件小亚基小亚基大亚基大亚基rRNAtRNArRNA核酸的结构与功能最新课件典型的原
45、核与真核糖体的组成典型的原核与真核糖体的组成典型的原核与真核糖体的组成典型的原核与真核糖体的组成核酸的结构与功能最新课件Secondary Structure of ribosomal RNA (rRNA)核酸的结构与功能最新课件rRNArRNA功能功能功能功能：vv核糖体主要结构组成部分核糖体主要结构组成部分核糖体主要结构组成部分核糖体主要结构组成部分。vv蛋白质合成过程所必需的场所蛋白质合成过程所必需的场所蛋白质合成过程所必需的场所蛋白质合成过程所必需的场所。核酸的结构与功能最新课件4 4 核酸的理化性质及其应用核酸的理化性质及其应用一、核酸一般的理化性质一、核酸一般的理化性质二、核酸的变
46、性二、核酸的变性三、核酸的复性与杂交三、核酸的复性与杂交P47核酸的结构与功能最新课件核酸一般的理化性质核酸一般的理化性质v紫外光吸收紫外光吸收：max260nm特征性吸收峰特征性吸收峰定量：定量： OD=1 相当于相当于50 g/ml 双链双链DNA、 40 g/ml 单链单链DNA（或（或RNA）或或20 g/ml寡核苷寡核苷酸酸;纯度：纯度：DNA纯品纯品 OD260/OD280=1.8、 RNA纯品纯品 OD260/OD280=2.0v核酸具有高分子特性核酸具有高分子特性核酸的结构与功能最新课件核酸的变性（核酸的变性（denaturation）v定义定义：在某些理化因素作用下，核酸分子
47、互补双链之间氢：在某些理化因素作用下，核酸分子互补双链之间氢键断裂，使双螺旋结构松散变成单链的过程。键断裂，使双螺旋结构松散变成单链的过程。 如：温度、酸碱、有机溶剂、尿素等。如：温度、酸碱、有机溶剂、尿素等。v增色效应增色效应（hyperchromic effect）： 核酸在核酸在加热加热变性过程变性过程中中260nm波长吸收值波长吸收值（ A260 ）增加。它反映了核酸双链的增加。它反映了核酸双链的解链程度。解链程度。v解链温度或熔解温度解链温度或熔解温度（melting temperature,Tm）:核酸加核酸加温变性过程中，温变性过程中， A260达到最大值一半时的温度。在达到最大
48、值一半时的温度。在Tm时，时，核酸分子内核酸分子内50%的双链结构被解开。的双链结构被解开。核酸的结构与功能最新课件The denaturation of double-stranded DNA molecules 核酸的结构与功能最新课件电子显微镜下的电子显微镜下的DNADNA分分子的部分变性子的部分变性 DNA变性有两个阶段变性有两个阶段 第一阶段：部分解链，不规则卷曲；第一阶段：部分解链，不规则卷曲；第二阶段：完全解开，形成两条单链第二阶段：完全解开，形成两条单链 第第一一阶阶段段第第二二阶阶段段核酸的结构与功能最新课件A macromolecule in a disrupted sta
49、te, in which the molecules are in a nearly random conformation, is said to be denatured; the ordered state, which is presumably that originally present in nature, is called native. A transition from the native to the denatured state is called denaturation.When the bases are highly ordered, as in dou
50、ble-stranded DNA, A260 is lower than that for the less ordered state in single-stranded DNA. In particular, if a solution of double-stranded DNA has a value of A260=1.00, a solution of single-stranded DNA at the same concentration has a value of A260=1.37. This relation is often described by stating
51、 that a solution of double-stranded DNA becomes hyperchromic when heated. The corresponding value for free bases is 1.60, so that absorbance can also be used to measure degradation of nucleic acids.260 天然状态的天然状态的DNA在完全变在完全变性后，紫外吸收性后，紫外吸收(260 nm)值值增加增加2540%，而，而RNA变性变性后，约增加后，约增加1.1%。Single-stranded Do
52、uble-helical增色效应增色效应核酸的结构与功能最新课件核酸的解链核酸的解链(T/A260)关系曲线关系曲线 解链曲线（解链曲线（解链曲线（解链曲线（meiltingmeilting curve curve）：）：）：）：T T和和和和AA260260关系曲线关系曲线关系曲线关系曲线 DNADNA加热变性特点：加热变性特点：加热变性特点：加热变性特点：是爆发是爆发是爆发是爆发式的，变性过程在一个很窄式的，变性过程在一个很窄式的，变性过程在一个很窄式的，变性过程在一个很窄的温度范围内发生，一般在的温度范围内发生，一般在的温度范围内发生，一般在的温度范围内发生，一般在82958295ooC
53、 C0.700. 650.600.550.5080100 oCTmRelative absorbance (260nm) 核酸的结构与功能最新课件P49影响影响Tm值的因素值的因素v核酸分子中的核酸分子中的G+C含量含量 Tm=69.3+0.41(G+C)% 小于小于20bp的寡核苷酸的寡核苷酸:Tm=4(G+C)+2(A+T)v核酸分子长度核酸分子长度：分子长：分子长, Tm高高v核酸分子的均一性核酸分子的均一性：均质核酸：均质核酸Tm范围窄，异质核范围窄，异质核酸酸Tm范围宽范围宽v离子强度离子强度：低离子介质中：低离子介质中Tm低且范围宽低且范围宽核酸的结构与功能最新课件80604020
54、1080100Tm （ oC）DNADNA解链温度与解链温度与解链温度与解链温度与GCGC含量的关系含量的关系含量的关系含量的关系709030507060M.phleiSerratia(沙雷氏菌沙雷氏菌)E.coliSalmon sperm（鲑鱼精）（鲑鱼精）YeastBacteriophage T4（小牛胸腺）（小牛胸腺）Calf thymusS. PneumoniaeAT-DNAPercent guanine plus cytosineG+C含含量量（）核酸的结构与功能最新课件v双链双链RNA的变性与的变性与DNA相同相同v局部双螺旋的局部双螺旋的RNA的的Tm值较低值较低vtRNA的的T
55、m值较高值较高RNARNA变性变性核酸的结构与功能最新课件核酸的复性核酸的复性 renaturation核酸的复性核酸的复性核酸的复性核酸的复性（renaturationrenaturation）又称退火又称退火又称退火又称退火（annealingannealing）: : : :变性核酸在一定条件下，变性核酸在一定条件下，变性核酸在一定条件下，变性核酸在一定条件下，两条互补单链重新恢复天然的双螺旋构象。两条互补单链重新恢复天然的双螺旋构象。两条互补单链重新恢复天然的双螺旋构象。两条互补单链重新恢复天然的双螺旋构象。核酸的结构与功能最新课件The renaturation of double-
56、stranded DNA molecules 核酸的结构与功能最新课件复性条件：复性条件：温度：缓慢下降至比温度：缓慢下降至比Tm值低值低25oC； 瞬间降至零度称瞬间降至零度称淬火淬火（quenching）DNA浓度：浓度较高，复性较快浓度：浓度较高，复性较快DNA片段大小和复杂程度片段大小和复杂程度溶液的离子强度、溶液的离子强度、pH等等核酸的结构与功能最新课件减色效应减色效应减色效应减色效应（hypochromicityhypochromicity）：单一的核苷酸：单一的核苷酸：单一的核苷酸：单一的核苷酸的吸收值比的吸收值比的吸收值比的吸收值比RNARNA和单链和单链和单链和单链DNAD
57、NA的吸收值都大，的吸收值都大，的吸收值都大，的吸收值都大，单链单链单链单链DNADNA又比双链又比双链又比双链又比双链DNADNA大。这种双链大。这种双链大。这种双链大。这种双链DNADNA相相相相对于单链对于单链对于单链对于单链DNADNA吸收值减少的现象称为减色效应。吸收值减少的现象称为减色效应。吸收值减少的现象称为减色效应。吸收值减少的现象称为减色效应。减色效应（减色效应（hypochromicity）核酸的结构与功能最新课件核酸分子杂交核酸分子杂交l分子杂交分子杂交(molecular hybridization)：不同来源的核酸经变性和复性的过不同来源的核酸经变性和复性的过程，其中
58、一些不同的核苷酸单链由于程，其中一些不同的核苷酸单链由于存在局部碱基互补片段，而在复性时存在局部碱基互补片段，而在复性时形成杂化双链形成杂化双链(heteroduplex)的过程的过程。P53核酸的结构与功能最新课件l分子探针分子探针(probe): :带有某种标记物的分带有某种标记物的分子，如核苷酸链片段。子，如核苷酸链片段。l分子杂交应用分子杂交应用：发展了多种研究技术发展了多种研究技术,如如southern blotting、 Northern blotting 和基因芯片技术等，可用于疾病和基因芯片技术等，可用于疾病 基因诊基因诊断、分子进化、基因表达调控研究等。断、分子进化、基因表达
59、调控研究等。核酸的结构与功能最新课件杂链杂链DNADNAT A G G A T C C T A G G A T C C 单链单链DNADNAA T C C T A G G T A G G A T C C T A G G A T C C T A G G A T C C加热加热变性变性退火退火复性复性双链双链DNADNAA核酸的结构与功能最新课件杂链杂链DNADNA加热加热变性变性退火退火复性复性B双链双链DNADNA单链单链DNADNA核酸的结构与功能最新课件DNAproteinRNA滤膜杂交滤膜杂交(filter hybridization)溶液杂交溶液杂交(solution hybridiz
60、ation)Southern blottingNorthern blottingWestern blotting分分子子杂杂交交类类型型核酸的结构与功能最新课件Southern blottingprobe核酸的结构与功能最新课件Summery:A Nucleic Acid Consists of Four Kinds of Bases Linked to a Sugar-Phosphate Backbone. DNA: A.T.G.C; RNA: A.U.G.CA Pair of Nucleic Acid Chains with Complementary Sequences Can Form
61、 a Double-Helical StructureEach eukaryotic chromosome is composed of nucleosomes, which is formed by winding a single DNA molecule around a histone octomer.The properties of nucleic acid: denaturation , annealing ,molecular hybridization ,Tm 核酸的结构与功能最新课件Describe the chemical and physical properties of the Watson and Crick double helix.Questions: 核酸的结构与功能最新课件高能键高能键 AMP(腺嘌呤核苷一磷酸腺嘌呤核苷一磷酸)ADP(腺嘌呤核苷二磷酸腺嘌呤核苷二磷酸)ATP(腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤核苷三磷酸)核酸的结构与功能最新课件3 5 3 ,5 -cAMP核酸的结构与功能最新课件
