化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用

化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第1頁化學物質(zhì)核酸破壞模板作用核酸鏈斷裂影響基因調(diào)控和表示功效抗腫瘤藥品母體癌變預警標示物化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第2頁第一節(jié)化學物質(zhì)致突變作用一切生物變異和進化都能夠認為是因為DNA結(jié)構(gòu)改變而引發(fā)蛋白質(zhì)組成和性質(zhì)改變結(jié)果化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第3頁化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第4頁郝璐璐整容前郝璐璐整容后化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第5頁呵呵，奇怪，這一株水稻結(jié)出稻谷好大拿它作種子明年必定大豐收!!!!!!!？化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第6頁大量事實告訴咱們，生物是能夠發(fā)生變異。這些變異有能夠遺傳給后代，有卻不能！變異概念：生物后代出現(xiàn)與親本不一樣性狀（也包含后代個體間差異）可遺傳變異不遺傳變異化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第7頁一、基因突變類型基因突變：由DNA堿基次序改變引發(fā)生物遺傳性狀顯著改變現(xiàn)象，是基因核苷酸次序或數(shù)目發(fā)生改變。單個堿基改變點突變（pointmutation）多個堿基改變?nèi)笔?、重復和插入基因突變類?/p>

堿基置換移碼大段損傷化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第8頁（1）堿基置換（substitution）它只包括一對堿基被另一對堿基所置換。分類：轉(zhuǎn)換（transition），即DNA鏈中一個嘌呤被另一個嘌呤或是一個嘧啶被另一個嘧啶所置換；

顛換（transversion），即一個嘌呤被一個嘧啶,或是一個嘧啶被一個嘌呤所置換。對某一詳細誘變劑來說，即可同時引發(fā)轉(zhuǎn)換與顛換，也可只具其中一個功效。依據(jù)化學誘變劑是直接還是間接地引發(fā)置換，可把置換機制分成以下兩類來討論。化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第9頁化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第10頁★直接引發(fā)置換誘變劑定義：一類可直接與核酸堿基發(fā)生化學反應誘變劑，不論在機體內(nèi)或是在離體條件下都有作用。種類：很多。比如亞硝酸、羥胺和各種烷化劑（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基-N’硝基-N-亞硝基胍，N-甲基-N-亞硝基脲，乙烯亞胺，環(huán)氧乙酸，氮芥等）。作用：它們可與一個或幾個核苷酸發(fā)生化學反應，從而引發(fā)DNA復制時堿基配正確轉(zhuǎn)換，并深入使微生物發(fā)生變異。羥胺只引發(fā)G┇C→A:T，其余都是可使G┇C=A:T發(fā)生互變。能引發(fā)顛換誘變劑極少，只是個別烷化劑才有（參見下表）?；瘜W生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第11頁若干誘變劑作用機制及誘變功效誘變原因在DNA上初級效應遺傳效應堿基類似物摻入作用AT=GC雙向轉(zhuǎn)換羥胺與胞嘧啶起反應GC→AT轉(zhuǎn)換亞硝酸A、G、C氧化脫氨作用交聯(lián)AT=GC雙向轉(zhuǎn)換缺失烷化劑烷化堿基（主要是G）烷化磷酸基團喪失烷化嘌呤糖-磷酸骨架斷裂AT=GC雙向轉(zhuǎn)換AT→TA顛換GC→CG顛換巨大損傷（缺失、重復、倒位、易位）吖啶類堿基之間相互作用（雙鏈變形）碼組移動（＋或－）紫外線形成嘧啶水合物形成嘧啶二聚體交聯(lián)GC→AT轉(zhuǎn)換碼組移動（＋或－）電離輻射堿基羥基化核降解DNA降解糖-磷酸骨架斷裂喪失嘌呤AT=GC雙向轉(zhuǎn)換碼組移動（＋或－）巨大損傷（缺失、重復、倒位、易位）加熱C脫氨基CG→TA轉(zhuǎn)換Mu噬菌體結(jié)合到一個基因中間碼組移動化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第12頁亞硝酸能夠使堿基發(fā)生氧化脫氨作用。

HNO2胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）HNO2腺嘌呤（A）次黃嘌呤（H）HNO2鳥嘌呤（G）黃嘌呤（X）這些反應及形成物均可在DNA復制中產(chǎn)生影響，主要是使堿基對發(fā)生轉(zhuǎn)換。堿基轉(zhuǎn)換分子機制——以亞硝酸為例化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第13頁亞硝酸引發(fā)AT-GC轉(zhuǎn)換細節(jié)化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第14頁這類誘變劑主要是一些堿基類似物

,如：5-溴尿嘧啶(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5—AU）、疊氮胸腺嘧啶（AIT）等等；

作用方式：經(jīng)過活細胞代謝活動參入到DNA分子中，主要是在DNA復制時堿基類似物插入DNA中，引發(fā)堿基對配對錯誤，造成堿基置換。以5-溴尿嘧啶(5-BU)為例：

5-BU是胸腺嘧啶（T）類似物，酮式5-BU能夠和A配對，烯醇式5-BU能夠和G配對，在DNA分子復制過程中，因為5-BU插入和互變異構(gòu)造成堿基置換?！镩g接引發(fā)置換誘變劑化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第15頁化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第16頁5-BU引發(fā)轉(zhuǎn)換化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第17頁5-BU引發(fā)轉(zhuǎn)換從上圖中，還能夠看到5-BU摻入引發(fā)G┇C回復到A?T過程。經(jīng)過這兩個圖示，就很輕易了解為何同一個誘變劑既可造成正向突變，又可使它產(chǎn)生回復突變原因了。也能夠知道，為何像5-BU這類代謝類似物只有對正在進行新陳代謝和繁殖著微生物才起作用，而對休止細胞、游離噬菌體粒子或離體DNA分子卻不起作用。化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第18頁化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第19頁（2）移碼突變frame-shiftmutation或phase-shiftmutation，指誘變劑使DNA分子中增加（插入）或缺失一個或少數(shù)幾個核苷酸，從而使該部位后面全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯誤一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生突變株，稱為移碼突變株（frame-shiftmutant）。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是DNA分子微小損傷。丫啶類染料，包含原黃素、丫啶黃、丫啶橙和α-氨基丫啶等，以及一系列稱為ICR類化合物，都是移碼突變有效誘變劑?；瘜W生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第20頁圖

能誘發(fā)移碼突變幾個代表性化合物引發(fā)移碼突變誘變劑：主要是吖啶類染料，如吖啶黃、吖啶橙等等。這類化合物都是平面型三環(huán)分子，它們結(jié)構(gòu)與一個嘌呤—嘧啶對十分相同?；瘜W生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第21頁吖啶類化合物誘變機制：至今還不很清楚。有些人認為，因為它們是一個平面型三環(huán)分子，結(jié)構(gòu)與一個嘌呤–嘧啶對十分相同，故能嵌入兩個相鄰DNA堿基對之間，造成雙螺旋個別解開（兩個堿基對原來相距0.34nm，當嵌入一個丫啶分子時，就變成0.68nm），從而在DNA復制過程中，會使鏈上增添或缺失一個堿基，結(jié)果就引發(fā)了移碼突變?；瘜W生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第22頁吖啶類化合物誘發(fā)移碼突變及其回復突變圖示：化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第23頁化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第24頁化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第25頁基因突變特點

①普遍性

②隨機性

③稀有性

④有害性

⑤不定向性

化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第26頁二、實例——鐮刀型細胞貧血癥正常人紅細胞鐮刀型貧血癥患者紅細胞討論：鐮刀型細胞貧血癥發(fā)病原因是什么？化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第27頁臨床表現(xiàn)血紅蛋白β─6(N端)mRNAβ基因(DNA上)正常表現(xiàn)正常谷氨酸CTTGAAGAA鐮刀型貧血異常纈氨酸CATGTAGUA基因突變實例——鐮刀型細胞貧血癥化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第28頁基因突變實例：正常綿羊有時生下短腿“安康羊”紅花藍紫色化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第29頁⑴物理原因：主要是各種射線。如：紫外線、Ｘ射線、α射線、γ射線等。⑵化學原因：主要是各種能與DNA發(fā)生化學反應化學物質(zhì)。如煙堿、秋水仙素、黃曲霉毒素、硫酸二乙酯等。⑶生物原因：主要是一些寄生在細胞內(nèi)病毒。三、基因突變原因化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第30頁

1.人工誘變方法：

用射線（如紫外線、X射線、激光等）照射或致突變物質(zhì)處理生物敏感部位（植物萌發(fā)種子、動物生殖腺等）。例⑴：我國科技人員用60CO產(chǎn)生射線照射水稻萌發(fā)種子，培育出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、抗病蟲害強新品種。四、基因突變應用化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第31頁例⑵：1945年愛爾蘭科學家費來明發(fā)覺青霉素以來，世界各地科學家用紫外線照射方法處理青霉，將青霉素產(chǎn)量提升了幾千倍，價格下降到原來幾萬分之一。紫外線照射處理化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第32頁例⑶：1987年，我國科學家將普通青椒種子搭載在人造衛(wèi)星上使之接收宇宙射線照射發(fā)生基因突變，培育出產(chǎn)量特高，質(zhì)量尤其好“太空椒”。化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第33頁

2.人工誘變優(yōu)點：

優(yōu)點①：大幅度提升變異頻率，使變異性狀較快穩(wěn)定，縮短育種周期。

自然突變因為變異頻率很低，產(chǎn)生極少許變異個體混雜于大量未變異個體中，難以被發(fā)覺并選出來進行培育。而人工誘變能夠產(chǎn)生大量變異個體，輕易發(fā)覺發(fā)生有利變異個體并將其從中選擇出來。如我國多年每年都有許多優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)農(nóng)作物新品種出現(xiàn)，其中大多數(shù)都經(jīng)過了人工誘變處理。

優(yōu)點②：能夠大幅度改良一些經(jīng)濟性狀。

如青霉素生產(chǎn)，從1945年到1965年20年時間就將單位產(chǎn)量提升了幾十萬倍。

優(yōu)點③：能夠產(chǎn)生原來沒有新品種甚至新種?；瘜W生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第34頁

3.人工誘變?nèi)秉c：

缺點②：變異個體是雜合體，而且經(jīng)常是一個個體中既發(fā)生了有利變異又發(fā)生了不利變異，必須經(jīng)過雜交方法將有利變異組合到同一個體中來。

缺點①：基因突變是不定向，生物發(fā)生變異絕大多數(shù)是不利變異，所以必須處理大量材料形成大量變異個體再從中選擇發(fā)生有利變異個體。

缺點③：誘變各種原因是致癌原因，如有泄漏將造成人體傷害或環(huán)境污染。化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第35頁燈籠形，特大果平均單果重250克左右，最大果可達720克露地栽培畝產(chǎn)5000千克左右大棚栽培產(chǎn)量可達8000千克

化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第36頁五、化學致癌物質(zhì)以其作用機制直接致癌物直接作用于RNA、DNA、蛋白質(zhì)等烷化劑、亞硝胺物質(zhì)間接致癌物需經(jīng)代謝活化才與大分子化合物結(jié)合多環(huán)芳烴類、亞硝胺類、芳香胺促癌物本身不致癌，但與致癌物同時作用時，能顯著地強化致癌巴豆油、丙酮、酚、氧化鐵粉塵化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第37頁有機致癌物多環(huán)芳烴類、芳香胺類、偶氮類、烷化劑類、亞硝胺類及亞硝酰胺類、內(nèi)酯類、性激素、霉菌素多環(huán)芳烴、亞硝胺及霉菌毒素是環(huán)境中三類最普遍最主要致癌物化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第38頁第二節(jié)

小分子藥品與DNA相互作用化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第39頁一、共價結(jié)合1．氮丙啶類抗生素絲裂霉素C化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第40頁2．氨茴霉素、茅屋霉素等抗生素3．螺旋丙烷類抗生素化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第41頁二、非共價結(jié)合大多數(shù)抗癌藥品與DNA作用都是非共價結(jié)合化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第42頁經(jīng)典溝區(qū)結(jié)合藥品分子

化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第43頁經(jīng)典溝區(qū)結(jié)合藥品分子化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第44頁嵌插結(jié)合（1）經(jīng)典嵌插結(jié)合藥品分子經(jīng)過嵌入DNA令DNA構(gòu)象發(fā)生改變，使其不能或不易復制，而顯現(xiàn)出抗腫瘤、抗病毒活性。化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第45頁（2）雙嵌插將兩個嵌插環(huán)經(jīng)過不一樣長度鏈共價連接起來化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第46頁化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第47頁（3）帶有多個大取代基嵌插劑化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第48頁三、剪切作用化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第49頁化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第50頁第三節(jié)小分子化合物與RNA相互作用化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第51頁RNA可成為新型小分子藥品作用靶點化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第52頁一、RNA藥靶優(yōu)越性1．RNA種類多樣性2．RNA結(jié)構(gòu)多樣性①在RNA分子中，并不恪守DNA中堿基種類數(shù)量百分比關(guān)系，即分子中嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基總數(shù)。②RNA分子中，個別區(qū)域也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，不能形成雙螺旋個別，則形成突環(huán)。③RNA還能夠形成更復雜三級結(jié)構(gòu)。④盡管轉(zhuǎn)錄于同一DNA，翻譯相同蛋白質(zhì)，不一樣轉(zhuǎn)錄子形式有不一樣序列和獨特RNA三級結(jié)構(gòu)形狀?；瘜W生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第53頁二、作用于RNA小分子藥品兩大類：一類是傳染性疾病——新型抗菌和抗病毒藥品研制；另一類是非傳染性疾病——包含抗癌和抗炎癥藥品研制。1．與HIVTARRNA作用小分子化合物反式激活（TAR）反式激活依賴于Tat蛋白和一個RNA序列特異區(qū)（TARRNA）相互結(jié)合。HIV1基因表示是由一類病毒編碼蛋白調(diào)控，其中包含一個轉(zhuǎn)錄反式激活子Tat。當基因表示Tat水平增高時，病毒復制才能夠進行。這是經(jīng)過RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄復合物延長增加而到達，也叫做反式激活（TAR）?；瘜W生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第54頁（a）新霉素B；（b）2,4-氨基喹唑啉；（c）喹唑啉-2,3-二酮；（d）吖啶衍生物CGP40336A化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第55頁2．與rRNA作用小分子化合物核糖霉素、巴龍霉素和利維霉素可與原核rRNAA位點亞結(jié)構(gòu)域形成特定復合物；而安普霉素對原核亞結(jié)構(gòu)域強結(jié)合依賴于1408位點RNA含有高親和性和特異性靶點，小分子化合物能夠作為基因研究工具化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第56頁第四節(jié)核酸小分子探針化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第57頁一、分光光度法1．測糖法（1）二苯胺法在強酸性條件下，水解后DNA能與二苯胺反應，并有藍色產(chǎn)物生成，其最大吸收波長位于600mn處，由此能夠測得樣品中核酸含量，測定DNA范圍為25~250μg/ml。優(yōu)點：與UV法相比，該方法更準確，靈敏度更高，而且能夠測定混合物。缺點：方法冗長（需16~20h），條件苛刻，在測定過程中輕易造成樣品損失?；瘜W生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第58頁在硫酸中水解DNA，加入高碘酸和硫代巴比妥酸，則有粉紅色反應物生成，λmax位于532nm處，可用于DNA測定。（2）硫代巴比妥酸優(yōu)點：RNA和蛋白質(zhì)不干擾測定RNA經(jīng)熱酸水解和轉(zhuǎn)化之后，與地衣酚（5-甲基-1,3-苯二酚）在濃HCL及Cu2＋或FeCl3存在下反應，溶液呈綠色，λmax位于670nm處。在一定范圍內(nèi)，吸收強度與RNA濃度成正比，用于測定RNA及其衍生物，靈敏度為0.015μmol/L。（3）地衣酚法（4）定磷法將核酸和核苷酸用強酸消化，使有機磷變成磷酸根，再用普通測定磷試劑顯色。依據(jù)磷含量即可推算出核酸和核苷酸含量優(yōu)點：反應靈敏缺點：DNA和RNA都含有磷，測定時必須分別測定化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第59頁2．染料結(jié)正當基于多核苷酸中兩個單核苷酸殘基之間電離含有較低pK′值（pK′=1.5），當溶液pH高于4時，全部解離，呈多陰離子狀態(tài)，含有與一些陽離子染料結(jié)合能力。優(yōu)點：簡便、快速、靈敏、準確缺點：蛋白質(zhì)對體系測定干擾嚴重（1）甲基綠在pH7.9Tris-HCl緩沖溶液中，將甲基綠與核酸混合液加熱至45℃，3h之后，在最大吸收峰630nm處溶液吸光度，吸光度強度與一定濃度核酸成正比，將該方法用以測定DNA，其測定范圍為0~300μg，檢出限為2μg?；瘜W生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第60頁2．染料結(jié)正當（2）甲苯胺藍甲苯胺藍水溶液在628nm處有一最大吸收峰，當有痕量DNA存在時，會造成最大吸收峰降低，吸收峰降低程度與一定濃度DNA成正比。測定微克級DNA，線性范圍0~4.0μg/ml，檢出限0.048μg/ml當前測定痕量DNA很好方法（3）乙基紫pH6.4~7.4時，乙基紫λmax位于595nm處，當加入DNA后，乙基紫吸收峰顯著下降，而在507nm處出現(xiàn)新吸收峰?？捎糜贒NA定量測定。線性范圍為~1.08×10-5mol/L。方法操作簡便，靈敏度高，選擇性很好，且反應快速（2min后即可測定）化學生物學化學物質(zhì)和核酸的相互作用第61頁二、熒光法（1）3,5-二氨基苯甲酸（2）溴乙啶（Ethidum