生物化學(xué)簡(jiǎn)明教程核酸學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1生物化學(xué)簡(jiǎn)明教程核酸生物化學(xué)簡(jiǎn)明教程核酸第一頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。1869 Miescher從膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離出了一從膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離出了一 種種含磷酸的有機(jī)物，當(dāng)時(shí)稱為核素（含磷酸的有機(jī)物，當(dāng)時(shí)稱為核素（nuclein）,后稱為后稱為核酸（核酸（nucleic acid）1944 Avery 等通過肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明等通過肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證明DNA是遺傳是遺傳物質(zhì)物質(zhì)1953 Watson和和Crick提出提出DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型1958 Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則提出遺傳信息傳遞的中心法則70年代年代 建立建立DNA重組技術(shù)重組技術(shù)

2、80年代以后年代以后 分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等學(xué)科突飛猛分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等學(xué)科突飛猛進(jìn)發(fā)展，實(shí)施人類基因組計(jì)劃（進(jìn)發(fā)展，實(shí)施人類基因組計(jì)劃（HGP）第1頁(yè)/共61頁(yè)第二頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。年Miescher博士論文工作中測(cè)定淋巴細(xì)胞蛋白質(zhì)組成時(shí), 發(fā)現(xiàn)了不溶于稀酸和鹽溶液的沉淀物, 并在所有細(xì)胞的核里都找到了此物質(zhì), 故命名核質(zhì)核質(zhì)(Nuclein)。 核酸研究簡(jiǎn)史核酸研究簡(jiǎn)史年Kossel經(jīng)過10年的努力, 搞清楚核質(zhì)中有四種不同的組成部分: A,T, C和G。年Altman建議將核質(zhì)核質(zhì)改名為“核酸核酸”, 并且已經(jīng)認(rèn)識(shí)到“核質(zhì)” 乃“核酸” 與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。第2頁(yè)/

3、共61頁(yè)第三頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 1944 1944年Avery重做1928年Griffith的細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證明DNA是遺傳物質(zhì)。 1952 1952年Hershey & Chase的噬菌體感染實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明DNA是遺傳物質(zhì)。第3頁(yè)/共61頁(yè)第四頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）:遺傳信息的貯存遺傳信息的貯存和攜帶者，生物的主要遺傳物質(zhì)。在真核細(xì)胞中，和攜帶者，生物的主要遺傳物質(zhì)。在真核細(xì)胞中，DNA主要集中在細(xì)主要集中在細(xì)胞核內(nèi)，線粒體和葉綠體中均有各自的胞核內(nèi)，線粒體和葉綠體中均有各自

4、的DNA。原核細(xì)胞沒有明顯的細(xì)胞原核細(xì)胞沒有明顯的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，核結(jié)構(gòu)，DNA存在于稱為類核的結(jié)構(gòu)區(qū)。每個(gè)原核細(xì)胞只有一個(gè)染存在于稱為類核的結(jié)構(gòu)區(qū)。每個(gè)原核細(xì)胞只有一個(gè)染色體，每個(gè)染色體含一個(gè)雙鏈環(huán)狀色體，每個(gè)染色體含一個(gè)雙鏈環(huán)狀DNA。 核糖核酸核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）：）：主要參與遺傳信息的傳主要參與遺傳信息的傳遞和表達(dá)過程，細(xì)胞內(nèi)的遞和表達(dá)過程，細(xì)胞內(nèi)的RNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，少量存在主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，少量存在于細(xì)胞核中，病毒中于細(xì)胞核中，病毒中RNA本身就是遺傳信息的儲(chǔ)存者。另外在植物中本身就是遺傳信息的儲(chǔ)存者。另外在植物中還發(fā)現(xiàn)了一類比病毒還小得多的侵

5、染性致病因子稱為類病毒，它是不含還發(fā)現(xiàn)了一類比病毒還小得多的侵染性致病因子稱為類病毒，它是不含蛋白質(zhì)的游離的蛋白質(zhì)的游離的RNA分子，還發(fā)現(xiàn)有些分子，還發(fā)現(xiàn)有些RNA具生物催化作用（具生物催化作用（ribozyme）。第4頁(yè)/共61頁(yè)第五頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 第一節(jié) 核酸的組成成份 一、核酸組成核蛋白蛋白質(zhì)核酸 核苷酸（n個(gè)）磷酸核苷戊糖：核糖/脫 氧核糖堿基：嘌呤/嘧啶第5頁(yè)/共61頁(yè)第六頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。（一）、化學(xué)組成 1、堿基嘧啶堿胞嘧啶C胸腺嘧啶T尿嘧啶U嘌呤堿 腺嘌呤A鳥嘌呤G2、戊糖核糖脫氧核糖第6頁(yè)/共61頁(yè)第七頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。嘌

6、嘌呤呤嘧嘧啶啶Adenine (A)Guanine (G)Cytosine (C)Uracil (U)Thymine (T)第7頁(yè)/共61頁(yè)第八頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第8頁(yè)/共61頁(yè)第九頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。（二）、核苷（核糖+堿基）戊糖C-1上的羥基與嘧啶堿上的N-1或嘌呤堿的N-9連接而成的糖苷鍵（三）、核苷酸（核苷+磷酸）5-磷酸酯，類型有：AMP、GMP、CMP、UMP、dAMP、dGMP、dCMP、dTMP第9頁(yè)/共61頁(yè)第十頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。PPPPPPPP鳥嘌呤核苷酸（鳥嘌呤核苷酸（GMP）尿嘧啶核苷酸（尿嘧啶核苷酸（UMP）胞嘧啶核苷酸胞

7、嘧啶核苷酸（CMP）腺嘌呤核苷酸（腺嘌呤核苷酸（AMP）脫氧腺嘌呤核苷酸（脫氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）脫氧鳥嘌呤核苷酸（脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP）脫氧胞嘧啶核苷酸（脫氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）脫氧胸腺嘧啶核苷酸（脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）第10頁(yè)/共61頁(yè)第十一頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。假尿苷（假尿苷（ ）二氫尿嘧啶（二氫尿嘧啶（DHU）AmCH3CH3H3Cm26GHH5第11頁(yè)/共61頁(yè)第十二頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。Nitrogenous basePentose sugarHOCH2HOHDoxyribose (in DNA)HOCH2HOOHRibose (in

8、RNA)PhosphatePyrimidinesCytosineThymineUracilCUTPurihesAdenineGuanineAG第12頁(yè)/共61頁(yè)第十三頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第二節(jié) 脫氧核糖核酸的結(jié)構(gòu)一、DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu) 1、定義-各核苷酸殘基沿多核苷酸鏈排 列的順序。 2、特征：3-5磷酸二酯鍵3、核酸的表示方法：線條式、文字式、字母式第13頁(yè)/共61頁(yè)第十四頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 DNA分子中各脫氧核苷酸之間分子中各脫氧核苷酸之間的連接方式（的連接方式（3 -5 磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵）和）和排列順序叫做排列順序叫做DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱為

9、堿基序列。一級(jí)結(jié)構(gòu)的走向稱為堿基序列。一級(jí)結(jié)構(gòu)的走向的規(guī)定為的規(guī)定為5 3 。不同的。不同的DNA分分子具有不同的核苷酸排列順序，子具有不同的核苷酸排列順序，因此攜帶有不同的遺傳信息。因此攜帶有不同的遺傳信息。 5 3 第14頁(yè)/共61頁(yè)第十五頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。5 3 結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式5 3 p p p pOH3 ACTG1 線條式線條式5 ACTGCATAGCTCGA 3 字母式字母式第15頁(yè)/共61頁(yè)第十六頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第三節(jié) DNA的空間結(jié)構(gòu) （一）、DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)Watson和Crick于1952年提出的 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 1、雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的主要證據(jù)

10、X光衍射數(shù)據(jù)、堿基成對(duì)的原則第16頁(yè)/共61頁(yè)第十七頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第17頁(yè)/共61頁(yè)第十八頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。1 1、DNADNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的要點(diǎn)第18頁(yè)/共61頁(yè)第十九頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。面成面成9090角。角。第19頁(yè)/共61頁(yè)第二十頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第20頁(yè)/共61頁(yè)第二十一頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第21頁(yè)/共61頁(yè)第二十二頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。（5）、大溝和小溝第22頁(yè)/共61頁(yè)第二十三頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 3、維持雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素 堿基堆積力、氫鍵等4、DN

11、A雙螺旋的種類 * 總結(jié)第23頁(yè)/共61頁(yè)第二十四頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 氫鍵氫鍵 堿基堆集力堿基堆集力 磷酸基上負(fù)電荷被胞磷酸基上負(fù)電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和內(nèi)組蛋白或正離子中和 堿基處于疏水環(huán)境中堿基處于疏水環(huán)境中第24頁(yè)/共61頁(yè)第二十五頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 螺 旋 類 型 A B Z 外 型 寬 而 短 適 中 細(xì) 長(zhǎng)螺 旋 方 向 右 手 右 手 左 手 直 徑 2.6nm 2.0nm 1.8nm 螺 距 2.8nm 3.4nm 4.5nm每匝螺旋堿基對(duì)數(shù)目 11 10 12堿基對(duì)與中心軸傾角 19 1 9 大 溝 狹，很深 寬，很深 平 坦 小 溝 很寬

12、，淺 狹，很深 很狹，深第25頁(yè)/共61頁(yè)第二十六頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。A-DNAZ-DNAB-DNA第26頁(yè)/共61頁(yè)第二十七頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第四節(jié) DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu) 在細(xì)胞內(nèi)，由于DNA分子與其它分子（主要是蛋白質(zhì)）的相互作用，使DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲形成的高級(jí)結(jié)構(gòu).第27頁(yè)/共61頁(yè)第二十八頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 超螺旋結(jié)構(gòu) 負(fù)超螺旋正超螺旋 *真核生物中DNA和蛋白質(zhì)如何組成染色單體的結(jié)構(gòu)？核小體：組蛋白+DNA第28頁(yè)/共61頁(yè)第二十九頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。組組蛋蛋白白與與DNA的的結(jié)結(jié)合合第29頁(yè)/共61頁(yè)第三十頁(yè)，編輯于星期二

13、：四點(diǎn) 二十二分。DNA （2nm）核小體鏈（核小體鏈（ 11nm，每個(gè)核小體每個(gè)核小體200bp）纖絲（纖絲（ 30nm，每圈每圈6個(gè)核小體）個(gè)核小體）突環(huán)（突環(huán)（ 150nm，每個(gè)突環(huán)大約每個(gè)突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（玫瑰花結(jié)（ 300nm ，6個(gè)突環(huán)）個(gè)突環(huán)）螺旋圈（螺旋圈（ 700nm，每圈每圈30個(gè)玫瑰花）個(gè)玫瑰花）染色體（染色體（ 1400nm， 每個(gè)染色體含每個(gè)染色體含10個(gè)玫瑰花個(gè)玫瑰花200bp）第30頁(yè)/共61頁(yè)第三十一頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第六節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)和功能一、RNA 的分類及功能 1、核糖體RNA（rRNA)蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所-核糖體的主要

14、成分 2、轉(zhuǎn)移RNA（t RNA）轉(zhuǎn)移活化的氨基酸 3、信使RNA（m RNA ）轉(zhuǎn)錄DNA上的遺傳信息，并指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成第31頁(yè)/共61頁(yè)第三十二頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。二、RNA的結(jié)構(gòu) 1、一級(jí)結(jié)構(gòu) 2、空間結(jié)構(gòu)：RNA是短的含不完全螺旋區(qū)的多核苷酸單鏈* t RNA的三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu) * t RNA的倒L型三級(jí)結(jié)構(gòu)第32頁(yè)/共61頁(yè)第三十三頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 RNA分子中各核苷之間分子中各核苷之間的連接方式（的連接方式（3 -5 磷酸二酯磷酸二酯鍵鍵）和排列順序叫做）和排列順序叫做RNA的的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)OHOHOH5 3 RNA與與DNA的差異的差異

15、DNA RNA糖糖 脫氧核糖脫氧核糖 核糖核糖堿基堿基 AGCT AGCU 不含稀有堿基不含稀有堿基 含稀有堿基含稀有堿基第33頁(yè)/共61頁(yè)第三十四頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第七節(jié) 核酸的性質(zhì) 一、一般性質(zhì)自然狀態(tài)、溶解性、粘度、沉降行為、酸性二、紫外吸收性質(zhì)：在260nm處有一最大吸收峰值第34頁(yè)/共61頁(yè)第三十五頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。天然天然DNA變性變性DNA核苷酸總吸收值核苷酸總吸收值1232202402602800.10.20.30.4波長(zhǎng)（波長(zhǎng)（nmnm）光光吸吸收收123第35頁(yè)/共61頁(yè)第三十六頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。三、核酸的變性和復(fù)性（一）、變

16、性1、定義-2、引起變性的原因3、熔點(diǎn)Tm及影響Tm值的因素（二）、復(fù)性* 分子雜交（三）、降解第36頁(yè)/共61頁(yè)第三十七頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 不 同 來 源 的不 同 來 源 的DNA單鏈間或單鏈單鏈間或單鏈DNA與與RNA之間之間只要有堿基配對(duì)的只要有堿基配對(duì)的區(qū)域，在復(fù)性時(shí)可區(qū)域，在復(fù)性時(shí)可形成局部雙螺旋區(qū)形成局部雙螺旋區(qū)，稱核酸分子雜交，稱核酸分子雜交（hybridization）制備特定的探針（制備特定的探針（probe）通過雜交通過雜交技術(shù)可進(jìn)行基因的技術(shù)可進(jìn)行基因的檢測(cè)和定位研究。檢測(cè)和定位研究。實(shí)例：實(shí)例：southern印印跡法跡法 第37頁(yè)/共61頁(yè)第三十八頁(yè)

17、，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。變性變性（加熱）（加熱）探針探針雜交雜交（緩慢冷卻）（緩慢冷卻）復(fù)性復(fù)性（緩慢冷卻）（緩慢冷卻） 變性變性：在物理在物理、化學(xué)因素影響、化學(xué)因素影響下，下， DNA堿基對(duì)堿基對(duì)間的氫鍵斷裂，間的氫鍵斷裂，雙螺旋解開，這雙螺旋解開，這是一個(gè)是躍變過是一個(gè)是躍變過程，伴有程，伴有A260增增加加（增色效應(yīng)）（增色效應(yīng)）,DNA的功能喪失的功能喪失。 復(fù)性：復(fù)性：在一定在一定條 件 下 ， 變 性條 件 下 ， 變 性DNA 單鏈間堿基重單鏈間堿基重新配對(duì)恢復(fù)雙螺旋新配對(duì)恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)，伴有結(jié)構(gòu)，伴有A260減減小小 （ 減 色 效 應(yīng)（ 減 色 效 應(yīng)）,DNA的功

18、能恢復(fù)。的功能恢復(fù)。第38頁(yè)/共61頁(yè)第三十九頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。Poly d(A-T)DNAPoly d(G-C) DNA的變性發(fā)生在一的變性發(fā)生在一個(gè)很窄的溫度范圍內(nèi)，通個(gè)很窄的溫度范圍內(nèi)，通常把熱變性過程中常把熱變性過程中A260達(dá)達(dá)到最大值一半時(shí)的溫度稱到最大值一半時(shí)的溫度稱為該為該DNA的熔解溫度，用的熔解溫度，用Tm表示。表示。 Tm的的大小與大小與DNA分分子中（子中（G+C）的百分含的百分含量成正相關(guān)，測(cè)定量成正相關(guān)，測(cè)定Tm值值可推算核酸堿基組成可推算核酸堿基組成及判斷及判斷DNA純度。純度。某些某些DNADNA的的TmTm值值60801001 .01 .41

19、.2100%A260t 0CT Tm mT Tm mT Tm m123123第39頁(yè)/共61頁(yè)第四十頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第八節(jié)第八節(jié) 核酸的序列測(cè)定核酸的序列測(cè)定第40頁(yè)/共61頁(yè)第四十一頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。尾的片段第41頁(yè)/共61頁(yè)第四十二頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。補(bǔ)充 核酸的衍生物一、ATP類化合物的生理功能1、體內(nèi)RNA、DNA合成的原料2、參與能量代謝3、參與特定的代謝過程4、作為輔酶的結(jié)構(gòu)成分二、環(huán)狀核苷酸cAMP-第二信使第42頁(yè)/共61頁(yè)第四十三頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 5 -NMP 5 -NDP 5 -NTPN=A、G、C、U 5

20、-dNMP 5 -dNDP 5 -dNTP N=A、G、C、T AMP Adenosine monophosphate ADP Adenosine diphosphate ATP Adenosine triphosphate第43頁(yè)/共61頁(yè)第四十四頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第44頁(yè)/共61頁(yè)第四十五頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。DHU環(huán)環(huán)IGC反密碼子反密碼子反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸氨基酸臂臂可變環(huán)可變環(huán)TC環(huán)環(huán)CCAAla3 5 第45頁(yè)/共61頁(yè)第四十六頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。第46頁(yè)/共61頁(yè)第四十七頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 雙螺旋：雙螺旋：WastonW

21、astonCrickCrick模模型的主要內(nèi)容是：分子型的主要內(nèi)容是：分子是由條多核苷酸鏈組成，每是由條多核苷酸鏈組成，每條鏈都圍繞同一中心軸形成螺條鏈都圍繞同一中心軸形成螺旋，兩條鏈方向相反，即一條旋，兩條鏈方向相反，即一條鏈中的磷酸二酯鍵連接的核苷鏈中的磷酸二酯鍵連接的核苷酸方向?yàn)樗岱较驗(yàn)?3 3，另一條鏈，另一條鏈則為則為3 3 5 5，兩條鏈中所含的，兩條鏈中所含的堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)通過氫鍵形堿基在雙螺旋內(nèi)側(cè)通過氫鍵形成互補(bǔ)的堿基對(duì)（成互補(bǔ)的堿基對(duì)（A=TA=T，G=CG=C），），每一堿基對(duì)位于同一平每一堿基對(duì)位于同一平面上，并垂直于對(duì)稱軸，相面上，并垂直于對(duì)稱軸，相鄰堿基對(duì)螺旋鄰堿基對(duì)螺旋3636度，即每度，即每1010個(gè)堿基對(duì)旋轉(zhuǎn)個(gè)堿基對(duì)旋轉(zhuǎn)360360度，相鄰度，相鄰堿基之間距離為堿基之間距離為0.340.34nmnm，雙螺旋之間距離為雙螺旋之間距離為2 2nmnm。第47頁(yè)/共61頁(yè)第四十八頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。 第48頁(yè)/共61頁(yè)第四十九頁(yè)，編輯于星期二：四點(diǎn) 二十二分。腺苷腺苷(AR) 脫氧胞苷脫氧胞苷(dCR)1,N9-糖苷鍵糖苷鍵 1,N1-糖苷鍵糖苷鍵11N9N1第49頁(yè)/共61頁(yè)第五十頁(yè)，編輯于