第二章-核酸結構和功能-課件

1、第二章 核酸的結構與功能核核 酸酸(nucleic acid) 是由核苷酸組成的生物大分子，是由核苷酸組成的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。攜帶和傳遞遺傳信息。 概述概述核酸的分類及分布核酸的分類及分布 主要在主要在細胞核細胞核存在存在于胞核、胞液于胞核、胞液中中。脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸核糖核酸(RNA)生物遺傳的物質基礎生物遺傳的物質基礎核酸的分類及分布核酸的分類及分布 存在存在于細胞核于細胞核和線粒體內。和線粒體內。存在存在于胞核、胞液于胞核、胞液和線粒體和線粒體。(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脫

2、氧核糖核酸脫氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細胞和個攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的遺傳型體的遺傳型(genotype)。參與遺傳信息的復制與表達。參與遺傳信息的復制與表達。某些病毒某些病毒RNA也可作為遺傳信也可作為遺傳信息的載體。息的載體。RNA的分類和功能信使信使RNARNA（mRNAmRNA） 攜帶攜帶DNADNA遺傳信息遺傳信息轉運轉運RNARNA（tRNAtRNA） 通過反密碼子識別通過反密碼子識別mRNAmRNA的的 密碼子，使氨基酸對號入座密碼子，使氨基酸對號入座核蛋白體核蛋白體 (rRNA) (rRNA) 與核糖體蛋白形成核與核糖體蛋白形成核糖體，糖體， 是蛋白質

3、合成的是蛋白質合成的場所場所核酸的分子組成核酸的分子組成主要元素組成： C、H、O、N、P(910%) 平 均為9.5%定磷法：樣品中的磷酸含量=樣品中磷的含量 核酸的基本組成單位是核苷酸核酸的基本組成單位是核苷酸 堿基堿基戊糖戊糖磷酸磷酸核苷酸核苷酸核苷核苷核酸核酸DNA的基本組成單位是的基本組成單位是脫氧脫氧核糖核苷酸核糖核苷酸 。RNA的基本組成單位是核糖核苷酸的基本組成單位是核糖核苷酸 。嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 堿基堿基腺嘌呤（腺嘌呤（A）鳥嘌呤（鳥嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（尿嘧啶（U）DNA、RNA均有均有DNA有有RNA有有核苷酸的結構核苷酸的結構每

4、種核酸都含有四種堿基每種核酸都含有四種堿基 。戊戊 糖糖（構成（構成RNA） 核糖核糖 （構成（構成DNA）脫氧核糖脫氧核糖12453OOHOHHHHCH2OHHOHOHOHHHHCH2OHHOH12345嘌呤嘌呤NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鳥嘌呤鳥嘌呤(guanine, G)堿堿 基基NNH132456嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3核苷核苷（或脫氧核苷）：堿基和核糖（或脫（或脫氧核苷）：堿

5、基和核糖（或脫氧核糖）通過氧核糖）通過糖苷鍵糖苷鍵連接形成。連接形成。OHH糖苷鍵糖苷鍵HHN2O112OHOHHCH2ONNHHH脫氧胞嘧啶核苷脫氧胞嘧啶核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷鍵糖苷鍵腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脫氧核苷酸：脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷酸核苷酸（脫氧核苷酸）：核苷（脫氧核苷）（脫氧核苷酸）：核苷（脫氧核苷）和磷酸以和磷酸以酯鍵酯鍵連接形成。連接形成。 糖苷鍵酯鍵腺苷酸NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO- -HOO5l 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸： N

6、MP，NDP，NTPNNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1 2 OPO- -OOPOO- -OPO- - -OO一 磷 酸 腺 苷 （ A M P ）二 磷 酸 腺 苷 （ A D P ）三 磷 酸 腺 苷 （ A T P ）l 環(huán)化核苷酸環(huán)化核苷酸: cAMP，cGMPNNNNNH2OOHOHHHCH2HOPHOOcAMPDNA的合成原料： dATP, dGTP, dCTP, dTTP. RNA的合成原料： ATP, GTP, CTP, TTP. 第三節(jié)第三節(jié) 核苷酸的生理功能核苷酸的生理功能1. 1. 是核酸的基本組成單位是核酸的基本組成單位2. ATP2. ATP是生物體能量的直接供

7、應體是生物體能量的直接供應體： ATP ADP+Pi+ATP ADP+Pi+能量能量3. 3. 物質代謝調節(jié)中的第二信使物質代謝調節(jié)中的第二信使生長激素生長激素 第二信第二信使（使（cAMPcAMP、胰島素胰島素（第一信使）（第一信使） cGMPcGMP）第四節(jié)第四節(jié) 核酸的分子結構核酸的分子結構一，一，DNADNA的分子結構的分子結構 （一）（一）DNADNA的一級結構：的一級結構： 定義定義核酸中核苷酸的排列順序。核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為以也稱為堿基序列堿基序列。5 端端3 端端核苷酸之核苷酸之間以間以3 ,

8、5 -磷磷酸二酯鍵酸二酯鍵連接連接形成多核苷酸形成多核苷酸鏈，即核酸。鏈，即核酸。CGAo書寫方法書寫方法PPAPCPCPTPGOHCPTPAPA53pApCpTpGpCpTpApApC-OH 35 ACTGCTAAC35 DNA DNA 與與RNARNA的區(qū)別的區(qū)別（二）（二） DNA的二級結構的二級結構 雙螺旋結構雙螺旋結構DNA雙螺旋結構模型要點雙螺旋結構模型要點 1.兩條鏈反向，平行，堿基互補兩條鏈反向，平行，堿基互補A = T G C 。 2.圍繞同一中心軸構成圍繞同一中心軸構成右手雙螺右手雙螺旋旋 。螺旋。螺旋直徑直徑2nm，表面有，表面有大溝和小溝（蛋白質結合部大溝和小溝（蛋白質

9、結合部位）位）。3. 堿基在堿基在內側內側。每圈螺旋含。每圈螺旋含10個個堿基對堿基對 (bp)，螺距為螺距為3.4nm。4. 維持雙螺旋穩(wěn)定的因素：維持雙螺旋穩(wěn)定的因素：橫向為氫鍵，縱向為堿橫向為氫鍵，縱向為堿基間的堆積力。基間的堆積力。堿基互補配對堿基互補配對 （一）原核生物（一）原核生物DNA的高級結構的高級結構（三）（三）DNA的的三級三級結構結構（二）真核生物（二）真核生物DNA的高級結構的高級結構真核生物染色體由真核生物染色體由DNA和蛋白質構成，和蛋白質構成，其基本單位是其基本單位是 核小體核小體。核小體的組成核小體的組成DNA：約約200bp 組蛋白：組蛋白：H1H2A，H2B

10、H3H4八聚體八聚體DNADNA的功能：基因是的功能：基因是DNADNA分子中的某一段核苷分子中的某一段核苷酸排列順序，編碼特定的蛋白質。酸排列順序，編碼特定的蛋白質。 如果人體有如果人體有10101414個體細胞，每個細胞的個體細胞，每個細胞的DNADNA長度為長度為6.46.410109 9個個bpbp。試計算人體。試計算人體DNADNA的總的總長度是多少？是太陽長度是多少？是太陽- -地球之間距離地球之間距離（ 2.22.210109 9 km km）的多少倍？）的多少倍？例題例題 解答解答 ：1 1、每個體細胞的、每個體細胞的DNADNA的總長度為：的總長度為： 6.46.410109

11、 9 0.34nm=2.176 0.34nm=2.17610109 9nm=2.176mnm=2.176m。2 2、人體內所有體細胞的、人體內所有體細胞的DNADNA的總長度為：的總長度為： 2.1762.176 10 101414 m= 2.176 m= 2.176 10 101111kmkm。3 3、這個長度與太陽、這個長度與太陽- -地球的距離相比：地球的距離相比： 2.1762.176 10 101111 / 2.2 / 2.210109 9 =99 =99倍。倍。 二、二、RNARNA的種類和分子結構的種類和分子結構RNARNA的一級結構：多核糖核苷酸鏈中核苷酸的的一級結構：多核糖核

12、苷酸鏈中核苷酸的排列順序排列順序RNARNA為一條多核苷酸鏈，有的堿基配對，有的為一條多核苷酸鏈，有的堿基配對，有的不配對，可以螺旋，也可以不螺旋。不配對，可以螺旋，也可以不螺旋。RNARNA通常以單鏈形式存在，局部可有二、三級通常以單鏈形式存在，局部可有二、三級結構結構動物細胞內主要動物細胞內主要RNA的種類及功能的種類及功能核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉運轉運RNA功功能能核蛋白體組分核蛋白體組分蛋白質合成模板蛋白質合成模板轉運氨基酸轉運氨基酸核蛋白體核蛋白體RNA信使信使RNA轉運轉運RNA細胞核和胞液細胞核和胞液功功能能rRNAmRNA tRNA核蛋白體組分核蛋白體組分二、二、

13、RNA的種類和分子結構的種類和分子結構核蛋白體核蛋白體RNA（一（一 ）信使）信使RNAhnRNA 內含子內含子(intron)mRNA * mRNA成熟過程成熟過程 外顯外顯子子(exon)mRNA的功能：的功能：作為蛋白質合成的模板。作為蛋白質合成的模板。* mRNA結構特點結構特點1. 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的5 末端形成帽子結末端形成帽子結構：構：m7GpppNm-。2. 大多數(shù)真核大多數(shù)真核mRNA的的3 末端有多聚末端有多聚A尾。尾。* * tRNAtRNA的一級結構特點的一級結構特點 含稀有堿基較多含稀有堿基較多 3 3 末端為末端為 CCA-OH CCA-OH 5 5

14、末端大多數(shù)為末端大多數(shù)為G G 由由70907090個核苷酸組成個核苷酸組成（二）轉運（二）轉運RNA* tRNA的功能的功能選擇性搬運氨基酸到核糖體，參與蛋選擇性搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質的翻譯。白質的翻譯。* tRNA的二級結構的二級結構三葉草形三葉草形氨基酸氨基酸臂臂額外環(huán)額外環(huán)* tRNA的三級結構的三級結構 倒倒L形形* rRNA的結構的結構（三）核蛋白體（三）核蛋白體RNA* rRNA的功能的功能參與組成核蛋白參與組成核蛋白體（體（ rRNA+pr） ，作，作為蛋白質生物合成的為蛋白質生物合成的場所。場所。核蛋白體包括大核蛋白體包括大亞基和小亞基亞基和小亞基核酸的理化性質核酸的

15、理化性質第第 五五 節(jié)節(jié)一、紫外吸收一、紫外吸收 在在260nm波長有最大吸收峰，是由波長有最大吸收峰，是由堿堿基的共軛雙鍵基的共軛雙鍵決定的。這一特性常用決定的。這一特性常用作核酸的定性、定量分析。作核酸的定性、定量分析。二、二、DNA的變性的變性定義定義：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開雙鏈解開成兩條單鏈的過程。成兩條單鏈的過程。變性因素：變性因素：過量酸，堿，加熱等。過量酸，堿，加熱等。DNADNA變性的本質是雙鏈間氫鍵的斷裂變性的本質是雙鏈間氫鍵的斷裂例：變性引起紫外吸收值的改變例：變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜的紫外吸收光譜增色效應：增色效應：DNA變性時其溶液變性時其溶液OD260增高的現(xiàn)象。增高的現(xiàn)象。目目 錄錄 Tm：DNA 解解鏈鏈50%時的溫時的溫度稱為度稱為DNA的的解鏈溫度解鏈