總生命的化學(xué)基礎(chǔ)市公開課獲獎?wù)n件

1、四、核酸遺傳信息存儲和傳遞者 核酸第1頁第1頁1、核酸研究歷史1868年，瑞士外科醫(yī)生Fridrich Miescher從膿細(xì)胞核中分離到核酸樣物質(zhì)，核質(zhì)/核酸。1944年，Oswald Avery通過肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)證實(shí)了DNA是遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)。很少數(shù)病毒以RNA為遺傳物質(zhì)，如煙草花葉病毒、天花病毒、流感病毒等。四、核酸第2頁第2頁2、核酸分類核酸分為: 脫氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸(RNA)DNA主要存在于細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)中，線粒體和葉綠體中也有，是遺傳信息攜帶者RNA在細(xì)胞核內(nèi)產(chǎn)生，然后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，在蛋白質(zhì)合成中起主要作用四、核酸第3頁第3頁3、核酸構(gòu)成 核酸是一個線形多聚核苷酸，在

2、核酸酶作用下水解為核苷酸，核苷酸由堿基、戊糖和磷酸構(gòu)成。 磷酸 核酸 核苷酸 戊糖（D-核糖、D-2-脫氧核糖） 核苷 堿基（嘌呤、嘧啶）四、核酸第4頁第4頁戊糖核糖2-脫氧核糖四、核酸第5頁第5頁嘧 啶 (pyrimidine)四、核酸第6頁第6頁胞嘧啶 （2-氧-4-氨基嘧啶 ）Cytosine (C)四、核酸第7頁第7頁胞嘧啶 （2-氧-4-氨基嘧啶 ）Cytosine(C)酮式烯醇式第8頁第8頁尿嘧啶（2，4-二氧嘧啶）Uracil (U)胸腺嘧啶（5-甲基尿嘧啶）Thymine (T)四、核酸第9頁第9頁嘌 呤 (purine)嘧啶環(huán)和咪唑環(huán)稠合而成四、核酸第10頁第10頁腺嘌呤（6

3、-氨基嘌呤）Adenine (A)鳥嘌呤（2-氨基-6-氧嘌呤）Guanine (G)四、核酸第11頁第11頁 兩類核酸分子構(gòu)成比較 C、H、O、N、P構(gòu)成嘌呤嘧啶核糖磷酸DNAA，GC，T脫氧核糖磷酸RNAA，GC，U核糖磷酸四、核酸腺嘌呤A鳥嘌呤G胞嘧啶C尿嘧啶U胸腺嘧啶T堿基第12頁第12頁核苷=核糖+堿基堿基和核糖通過糖苷鍵連成核苷。連接方式是嘌呤環(huán)上N-9或嘧啶環(huán)上N-1與糖C-1以糖苷鍵相連。腺嘌呤核苷（腺苷）A四、核酸第13頁第13頁胞嘧啶脫氧核苷（脫氧胞苷）C四、核酸第14頁第14頁核苷酸=核苷+磷酸AMP：腺嘌呤核苷一磷酸ADP：腺嘌呤核苷二磷酸ATP：腺嘌呤核苷三磷酸腺嘌呤

4、核苷四、核酸第15頁第15頁4、核酸結(jié)構(gòu) 一級結(jié)構(gòu) DNA雙螺旋二級結(jié)構(gòu)與功效 DNA超螺旋結(jié)構(gòu)四、核酸第16頁第16頁A、 一級結(jié)構(gòu) 一級結(jié)構(gòu)指其核苷酸排列次序。因?yàn)楹塑账衢g差異主要是堿基不同，也稱堿基序列。四、核酸一級結(jié)構(gòu)是由一定數(shù)量脫氧核苷酸或核苷酸通過3,5-磷酸二酯鍵連接起來、無分支長鏈第17頁第17頁DNA書寫順序是53線條式縮寫文字式縮寫3，5-磷酸二酯鍵四、核酸第18頁第18頁5末端磷酸基團(tuán)3，5-磷酸二酯鍵3末端羥基3，5-磷酸二酯鍵第19頁第19頁在一級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤繞折疊，形成高級結(jié)構(gòu)。DNA和RNA在高級結(jié)構(gòu)方面差別很大。四、核酸第20頁第20頁B、DNA雙螺旋二

5、級結(jié)構(gòu)與功效DNA二級結(jié)構(gòu)研究史DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)DNA結(jié)構(gòu)多樣性物種多樣性四、核酸第21頁第21頁DNA二級結(jié)構(gòu)研究史20世紀(jì)代，Levene研究了核酸化學(xué)結(jié)構(gòu)并提出了四核苷酸假說。他認(rèn)為DNA分子是由腺嘌呤A、鳥嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧啶T4種核苷酸等摩爾、不停重復(fù)延伸而成。 20世紀(jì)50年代初，Chargaff采取層析和紫外吸取分析等技術(shù)研究了DNA分子堿基組成，發(fā)覺不同物種DNA堿基組成不同，并總有A=T，C=G當(dāng)量定律，并提醒了A-T，G-C互補(bǔ)概念。Chargaff用有說服力數(shù)據(jù)徹底否認(rèn)了四核苷酸假說。四、核酸第22頁第22頁 Chargaff當(dāng)量定律; Watson和Crick

6、于1953年依據(jù)DNA晶體X-射線衍射圖譜提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu); 四、核酸 這一模型提出在分子生物學(xué)發(fā)展上含有劃時代意義，為分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 1962年， Watson（美）和 Crick（英）與Wilkins共享諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。第23頁第23頁DNA堿基構(gòu)成規(guī)律Chargaff法則DNA中腺嘌呤與胸腺嘧啶摩爾含量相等，即A=T;鳥嘌呤與胞嘧啶摩爾含量相等，即G=C;嘌呤總含量與嘧啶總含量相等，即A+G=C+T;DNA堿基組成含有物種特異性，即不同物種DNA含有自己獨(dú)特堿基組成;第24頁第24頁Watson（美）和 Crick（英）最幸運(yùn)科學(xué)家第25頁第25頁 B-D

7、NA雙螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn) DNA是一反向平行互補(bǔ)雙鏈結(jié)構(gòu)。兩條多核苷酸鏈反向平行一條鏈走向?yàn)?3，另一條為35糖-磷酸骨架居外側(cè)堿基位于內(nèi)側(cè)兩條鏈之間堿基以氫鍵相結(jié)合堿基互補(bǔ)配對，A=T,GC四、核酸第26頁第26頁 B-DNA雙螺旋為右手螺旋螺旋直徑為2nm兩個相鄰堿基對之間相距0.34nm，兩個核苷酸之間夾角為360沿中心軸每旋轉(zhuǎn)一周即10個核苷酸高度螺距為3.4nm沿螺旋軸方向觀測，兩條主鏈和堿基并不充斥雙螺旋空間，雙螺旋表面出現(xiàn)兩條凹槽，一條寬而深稱大溝，一條狹而淺稱小溝四、核酸第27頁第27頁T=A四、核酸第28頁第28頁GC四、核酸第29頁第29頁能夠有效地解釋遺傳信息儲存、傳送和自我復(fù)

8、制提出了遺傳信息流動過程 復(fù)制DNA 轉(zhuǎn)錄RNA 翻譯蛋白質(zhì)DNA雙螺旋模型意義第30頁第30頁 DNA結(jié)構(gòu)多樣性DNA右手螺旋并不是自然界DNA唯一存在方式。右手螺旋結(jié)構(gòu)是在生理鹽水溶液中提取DNA結(jié)構(gòu)，當(dāng)前將這種結(jié)構(gòu)稱為B-DNA。1979年，Alexander Rich發(fā)覺了左手螺旋，稱為Z-DNA。另外也有A-DNA存在。四、核酸第31頁第31頁B-DNA 92%相對濕度（活細(xì)胞）。A-DNA 75%相對濕度，其堿基平面傾斜20度，每轉(zhuǎn)一圈堿基數(shù)目發(fā)生改變。Z-DNA 左旋，沒有大溝，只有小溝，骨架像Z形。DNA雙螺旋構(gòu)像類型四、核酸第32頁第32頁四、核酸第33頁第33頁 物種多樣性

9、核苷酸數(shù)目堿基排列次序不同生物DNA含有自己獨(dú)特堿基次序同種生物不同器官、組織含有相同堿基序列DNA堿基序列不受環(huán)境、營養(yǎng)和年紀(jì)影響DNA種類各不相同四、核酸第34頁第34頁四、核酸第35頁第35頁DNA三級結(jié)構(gòu)雙螺旋DNA分子結(jié)構(gòu)含有韌性，在細(xì)胞內(nèi)它還能夠扭曲形成高級結(jié)構(gòu)。DNA三級結(jié)構(gòu)是指DNA雙螺旋進(jìn)一步扭曲盤繞所形成特定空間結(jié)構(gòu)。DNA三級結(jié)構(gòu)包括線狀雙鏈中也許有紐結(jié)和超螺旋、多重螺旋及環(huán)狀DNA中諸如紐結(jié)、超螺旋和連環(huán)之類等各種高級結(jié)構(gòu)形式。 第36頁第36頁C、DNA超螺旋結(jié)構(gòu)原核生物：大部分原核生物DNA是共價(jià)封閉環(huán)狀雙螺旋，這種雙螺旋還能夠再次螺旋化形成超螺旋。四、核酸第37頁

10、第37頁真核生物：DNA和蛋白質(zhì)組裝成染色體，染色體基本單位是核小體。核小體是指所有真核生物核中，與DNA結(jié)合存在堿性蛋白質(zhì)總稱。分子量約10 00020 000。核小體由DNA和組蛋白構(gòu)成。組蛋白有H1，H2A，H2B，H3和H4。H2A，H2B，H3和H4各兩分子構(gòu)成核小體關(guān)鍵，稱為組蛋白八聚體。DNA雙螺旋分子纏繞在八聚體上構(gòu)成核小體關(guān)鍵顆粒。核小體關(guān)鍵顆粒之間再由DNA和組蛋白H1構(gòu)成連接區(qū)連接起來形成串珠狀結(jié)構(gòu)。核小體進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)折疊形成棒狀染色體，快要1m長DNA分子容納于直徑只有數(shù)微米細(xì)胞核中。四、核酸第38頁第38頁四、核酸第39頁第39頁DNA生物學(xué)功效四、核酸 原核細(xì)胞染色體

11、是一個長DNA分子。真核細(xì)胞核中有不止一個染色體，每個染色體也只含一個DNA分子。但是它們普通都比原核細(xì)胞中DNA分子大并且和蛋白質(zhì)結(jié)合在一起。 貯存決定物種所有蛋白質(zhì)和RNA結(jié)構(gòu)所有遺傳信息 策劃生物有順序地合成細(xì)胞和組織組分時間和空間擬定生物生命周期自始至終活性和擬定生物個性 第40頁第40頁D、RNA結(jié)構(gòu)信使RNA(messenger RNA, mRNA) 5核糖體RNA (ribosomal RNA, rRNA) 80轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transfer RNA, tRNA) 15四、核酸單鏈 局部堿基能配對形成雙螺旋，不能配對區(qū)域形成突起(環(huán)) 第41頁第41頁mRNA攜帶DNA信息，作為指

12、導(dǎo)合成蛋白質(zhì)模板，線狀單鏈結(jié)構(gòu)。5端有甲基化結(jié)構(gòu)，抗水解5非轉(zhuǎn)譯區(qū)、編碼區(qū)、 3非轉(zhuǎn)譯區(qū)3多聚腺苷酸polyA尾結(jié)構(gòu)半衰期短(幾分鐘到幾小時)四、核酸第42頁第42頁原核細(xì)胞和真核細(xì)胞mRNA比較mRNA原核細(xì)胞真核細(xì)胞加工修飾不必前體mRNA，需帶“帽”，加“尾”時空合成和表示在同一時空合成、加工在核中，表示在細(xì)胞質(zhì)中順反子多順反子單順反子半衰期3min平均3h四、核酸第43頁第43頁多順反子見于原核生物（但原核生物也有單順反子作用單位），意指一個mRNA分子編碼多個多肽鏈。這些多肽鏈相應(yīng)DNA片斷則位于同一轉(zhuǎn)錄單位內(nèi)，享用同一對起點(diǎn)和終點(diǎn)。而單順反子則見于真核生物，一個轉(zhuǎn)錄完畢mRNA內(nèi)含

13、有外顯子和內(nèi)含子相應(yīng)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，經(jīng)剪接后，該mRNA只編碼一條多肽鏈。 四、核酸順反子，也做作用子，是基因一個舊名稱，它于1955年由美國分子生物學(xué)家本茲爾提出，一個完整順反子是傳遞遺傳信息前提，即多肽鏈氨基酸順序正確編排。第44頁第44頁 tRNAtRNA主要生物學(xué)功效是轉(zhuǎn)運(yùn)活化了氨基酸，在轉(zhuǎn)譯時，攜帶特定氨基酸到正在加上氨基酸多肽鏈ribosomal site上，參與蛋白質(zhì)生物合成。結(jié)構(gòu)：四個螺旋區(qū)、三個環(huán)和一個附加叉。 四、核酸 tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA）約含70100個核苷酸殘基，是分子量最小RNA，占RNA總量15%，現(xiàn)已發(fā)覺有100各種。第45頁第45頁四環(huán)四臂倒三葉草形aa臂（amin

14、o acid stem）與反密碼臂是辨認(rèn)aa與密碼主要結(jié)構(gòu)5，6二氫尿嘧啶，稱為二氫尿嘧啶環(huán)（DHU環(huán)） 反密碼環(huán)是反密碼子可辨認(rèn)mRNA分子上密碼子，在蛋白質(zhì)生物合成中起主要翻譯作用。TC環(huán)(含有胸嘧啶（T）、假尿嘧啶（）、胞嘧啶（C）) 作用當(dāng)前研究認(rèn)為也許與結(jié)合核糖體相關(guān) DHU環(huán)TC環(huán)反密碼環(huán)額外環(huán)辨認(rèn)mRNA分子上密碼子 結(jié)合核糖體 aa接受臂四、核酸第46頁第46頁rRNArRNA，是最多一類RNA，也是三類RNA中相對分子質(zhì)量最大一類RNA，與蛋白質(zhì)結(jié)合而形成核糖體，功效是作為mRNA支架，使mRNA分子在其上展開，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)合成。rRNA占RNA總量85左右。 rRNA單獨(dú)存在時不執(zhí)行其功效，它與各種蛋白質(zhì)結(jié)合成核糖體，作為蛋白質(zhì)生物合成“裝配機(jī)”。