生物化學(xué)第二章核酸的結(jié)構(gòu)和功能

1、第二章第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能核酸的結(jié)構(gòu)與功能Structure and Function of Nucleic Acid 核核 酸酸(nucleic acid) 以核苷酸為基本組成單位的生物以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，它具有嚴密空間構(gòu)象和重要大分子，它具有嚴密空間構(gòu)象和重要生理功能（攜帶和傳遞遺傳信息）。生理功能（攜帶和傳遞遺傳信息）。 目錄目錄核糖核酸核糖核酸(ribonucleic acid,)(deoxyribonucleic acid,)脫氧核糖核酸脫氧核糖核酸目錄目錄第一節(jié)第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及其一級結(jié)構(gòu)核酸的化學(xué)組成及其一級結(jié)構(gòu)The Chemical Component

2、and Primary Structure of Nucleic Acid目錄目錄 核核 酸酸核苷酸核苷酸 核核 苷苷磷酸磷酸戊糖戊糖堿基堿基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶核糖核糖脫氧核糖脫氧核糖 一、組成核酸的基本單位一、組成核酸的基本單位-核苷酸核苷酸 （組成基本單位）（組成基本單位）目錄目錄堿基堿基嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶腺嘌呤腺嘌呤鳥嘌呤鳥嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶存在于存在于DNA和和RNA中中僅存在于僅存在于RNA中中僅存在于僅存在于DNA中中 核酸的化學(xué)組成核酸的化學(xué)組成 :1. 元素組成元素組成C、H、O、N、P（910%）2. 分子組成分子組成目錄目錄嘌呤嘌呤(purine，Pu

3、) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鳥嘌呤鳥嘌呤(guanine, G)目錄目錄NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine，Py)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目錄目錄戊糖戊糖: :（組成（組成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose)（組成（組成DNA）OHOCH2OHOH脫氧核糖脫氧核糖(deoxyribose)目錄目錄DNA和和RNA分子組成分子組成的區(qū)別的

4、區(qū)別: :核核 糖糖A、 G、C、URNA脫氧核糖脫氧核糖A、 G、C、TDNA堿基堿基核糖核糖核酸核酸目錄目錄 嘌呤嘌呤N-9 -9或或嘧啶嘧啶N-1 -1與核糖與核糖C-1C-1 通過通過 -N-N-糖苷糖苷鍵相連形成鍵相連形成核苷核苷(ribonucleoside)。核苷核苷: :NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷鍵糖苷鍵目錄目錄核苷或脫氧核苷與磷酸通過核苷或脫氧核苷與磷酸通過酯鍵酯鍵結(jié)合構(gòu)成結(jié)合構(gòu)成核苷酸核苷酸(ribonucleotide)或或脫氧核苷酸脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸核苷酸(ribonucleotide):NNNN9NH

5、2OO HO HHHHCH2H1 2OPO- -HOO糖苷鍵糖苷鍵酯鍵酯鍵目錄目錄多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸: :目錄目錄環(huán)化核苷酸：環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細胞信，是細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。NOCH2OOHONNNNH2POOHcAMP核苷酸衍生物核苷酸衍生物:目錄目錄 概概 念念: : 核苷酸在核酸分核苷酸在核酸分子中從子中從55端到端到33端端的排列順序。的排列順序。55端端3端端CGA二、核酸的一級結(jié)構(gòu)二、核酸的一級結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵化學(xué)鍵: : 35 35磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵核酸鏈的方向是核酸鏈的方向是5 5 3 3 A G P5 P T PG PC PT P

6、OH 3 書寫方法：書寫方法：5 A C T G C T 3 1、核酸分子的大小常用、核酸分子的大小常用堿基數(shù)目堿基數(shù)目（對）來表示。（對）來表示。2、小的核酸片段、小的核酸片段(80)。rRNA與核蛋白體蛋白結(jié)合組成與核蛋白體蛋白結(jié)合組成核蛋白體核蛋白體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的，為蛋白質(zhì)的合成合成提供提供場所場所。三、三、rRNA的結(jié)構(gòu)特點與功能的結(jié)構(gòu)特點與功能目錄目錄核蛋白體的組成核蛋白體的組成: :原核生物（以大腸桿菌為例）原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基小亞基30S40SrRNA16S1542個核苷酸個核苷酸18S1874個核苷酸

7、個核苷酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)21種種占總重量的占總重量的40%33種種占總重量的占總重量的50%大亞基大亞基50S60SrRNA23S5S2940個核苷酸個核苷酸120個核苷酸個核苷酸28S5.85S5S4718個核苷酸個核苷酸160個核苷酸個核苷酸120個核苷酸個核苷酸蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)31種種占總重量的占總重量的30%49種種占總重量的占總重量的35%目錄目錄蛋白質(zhì)合成時形成的復(fù)合體（原核生物）蛋白質(zhì)合成時形成的復(fù)合體（原核生物）真核生物核糖體沒有真核生物核糖體沒有E位位目錄目錄l核內(nèi)小核內(nèi)小RNAl核仁小核仁小RNARNAl胞質(zhì)小胞質(zhì)小RNARNAl催化性小催化性小RNARNAl小片段干涉小片段干涉

8、RNARNA snmRNAs的種類的種類四、四、 snmRNAs 細胞的不同部位存在許多其他種類的小分子細胞的不同部位存在許多其他種類的小分子RNA，統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為非非mRNA小小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。 參與參與hnRNAhnRNA的加工剪接及參與了基因表達的調(diào)控的加工剪接及參與了基因表達的調(diào)控snmRNAs的功能的功能目錄目錄核酸的理化性質(zhì)核酸的理化性質(zhì)The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第四節(jié)第四節(jié)目錄目錄 堿基的共軛雙鍵堿基的共軛雙鍵在波長在波長 260nm 處有強烈

9、的吸光特性，處有強烈的吸光特性，這一特性常用作核酸的定性和定量分析這一特性常用作核酸的定性和定量分析。一、核酸分子的紫外吸光作用一、核酸分子的紫外吸光作用目錄目錄1、DNA或或RNA的定量的定量A260 = 1.0 相當于相當于 50g/ml 雙鏈雙鏈DNA(dsDNA)40g/ml 單鏈單鏈DNA (ssDNA or RNA)20g/ml 寡核苷酸寡核苷酸2、確定樣品中核酸的純度、確定樣品中核酸的純度 純純 DNA: A260/A280 = 1.8純純 RNA: A260/A280 = 2.0紫外吸收的應(yīng)用紫外吸收的應(yīng)用:目錄目錄二、二、DNADNA的變性的變性在某些理化因素作用下，在某些理

10、化因素作用下，DNA雙鏈解雙鏈解開成兩條單鏈開成兩條單鏈的過程。的過程。 定義定義:DNA變性的本質(zhì)是變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂雙鏈間氫鍵的斷裂。目錄目錄協(xié)同性的協(xié)同性的DNA解鏈解鏈高溫或極端的高溫或極端的pHDNA的變性的變性:目錄目錄部分變性部分變性DNA的電鏡圖像的電鏡圖像:目錄目錄增色效應(yīng)增色效應(yīng)：DNA變性時其溶液變性時其溶液OD260增高增高的的現(xiàn)象。現(xiàn)象。DNA解鏈時的紫外吸收變化解鏈時的紫外吸收變化: :目錄目錄DNA的解鏈曲線的解鏈曲線: :加熱解鏈過程中，加熱解鏈過程中，紫外吸光度達到最大值紫外吸光度達到最大值的一半時所對應(yīng)的溫度。的一半時所對應(yīng)的溫度。解鏈溫度解鏈溫度

11、 (Tm)目錄目錄 G+C 含量越高，解鏈溫度就越高。含量越高，解鏈溫度就越高。解鏈曲線的變化解鏈曲線的變化:目錄目錄三、變性核酸的復(fù)性及分子雜交三、變性核酸的復(fù)性及分子雜交1、當變性條件緩慢地除去后，兩條解離的互補、當變性條件緩慢地除去后，兩條解離的互補鏈可重新配對，恢復(fù)原來的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一鏈可重新配對，恢復(fù)原來的雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為DNA復(fù)性復(fù)性(renaturation) 。3、減色效應(yīng)：、減色效應(yīng)：DNA復(fù)性時，其溶液復(fù)性時，其溶液OD260降低。降低。2、熱變性的、熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過程稱為一過程稱為退火退火(anneali

12、ng) 。（一）（一）變性核酸的復(fù)性變性核酸的復(fù)性目錄目錄 不同種類的不同種類的DNA(RNA)單鏈放在同一溶液中，單鏈放在同一溶液中，在適宜的條件可以在不同的分子間形成在適宜的條件可以在不同的分子間形成雜化雙鏈雜化雙鏈(heteroduplex)，這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交。，這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交。 這種雜化雙鏈可以在不同的這種雜化雙鏈可以在不同的DNA之間形成，之間形成，也可以在也可以在DNA和和RNA間或間或RNA與與RNA之間形成。之間形成。（二）核酸分子雜交（二）核酸分子雜交(hybridization) 目錄目錄核酸分子雜交核酸分子雜交:目錄目錄 研究研究DNA分子中某一種基因的

13、位置。分子中某一種基因的位置。 監(jiān)定兩種核酸分子間的序列相似性。監(jiān)定兩種核酸分子間的序列相似性。 檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否。檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否。 核酸分子雜交的應(yīng)用核酸分子雜交的應(yīng)用:目錄目錄依據(jù)底物不同分類依據(jù)底物不同分類DNA酶酶(deoxyribonuclease, DNase)：專一降解專一降解DNA。RNA酶酶 (ribonuclease, RNase)：專一降解專一降解RNA。依據(jù)切割部位不同依據(jù)切割部位不同核酸內(nèi)切酶：限制性內(nèi)切酶和非限制性內(nèi)切酶。核酸內(nèi)切酶：限制性內(nèi)切酶和非限制性內(nèi)切酶。核酸外切酶：核酸外切酶：5 3 或或3 5 核酸外切酶。核酸外切酶。核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。是指所有可以水解核酸的酶。目錄目錄553