[醫(yī)學(xué)]第2章-核酸化學(xué).ppt

1、1,第二章 核酸化學(xué),2,第一節(jié) 概述,核酸(nucleic acid),定義：是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。 DNA：生命遺傳信息的攜帶者 RNA：生命遺傳信息的傳遞者,3,“格里菲斯之謎”,Frederic Griffith 18791941,1928年，英國科學(xué)家格里菲思在肺炎球菌實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)了基因是一類特殊生物分子的證據(jù)。,4,R型菌 S型菌,R型細(xì)菌無毒,S型細(xì)菌有毒,肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn),無莢膜型,莢膜型,5,S型細(xì)菌被殺死,肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn),加熱殺死S型菌,6,肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn),R型菌+加熱殺死S型,怎么來的呢？,？,7,1944年，加拿大生物化學(xué)

2、家艾弗里在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：死去的S型菌并未復(fù)活，而是S型菌的DNA進(jìn)入了R型菌，使其轉(zhuǎn)化為新的S型致病肺炎雙球菌。在世界上第一次證明基因就在DNA上。,Oswald Theodore Avery （ 18771955 ）,8,分離S型死菌的提取液分別檢測各分離組分（蛋白質(zhì)、類脂、多糖、RNA和DNA）的轉(zhuǎn)化活性只有DNA具有轉(zhuǎn)化因子活性,9,核酸的分類,核酸分為兩大類： 脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA） 細(xì)胞核：染色質(zhì)，與組蛋白結(jié)合（98%） 細(xì)胞質(zhì)：線粒體 核糖核酸（Ribonucleic Acid，RNA） 細(xì)胞核（10） 細(xì)胞質(zhì)（90）,10,元素組成 核酸

3、的基本結(jié)構(gòu)單位核苷酸,第二節(jié) 核酸的基本結(jié)構(gòu)單位核苷酸,11,核酸的分子組成,元素組成 C、H、O、N、P等 平均磷含量 P含量約為910%。各種核酸中P接近和恒定。 故在測定組織中的核酸含量時(shí)常通過測定P的含量計(jì)算生物組織中核酸的含量。,12,核酸的基本結(jié)構(gòu)單位核苷酸,核酸（DNA和RNA）：是由數(shù)十個(gè)到數(shù)十萬個(gè)核苷酸連接而成的高分子化合物。所以也叫多聚核苷酸。,13,核酸,水解,水解,水解,單核苷酸 （B-R-P）,磷酸（P）,戊糖（R）,堿基（B）,核苷（B-R）,14,核苷酸,磷酸,核苷,HO,戊糖,堿基,15,一 堿基,嘌呤： 腺嘌呤（A） 鳥嘌呤（G） 嘧啶： 胸腺嘧啶（T） 胞嘧

4、啶（C） 尿嘧啶（U) 稀有堿基：在某些RNA分子中，特別是tRNA還 含有微量的其他堿基稱或微量堿 基。如黃嘌呤、二氫尿嘧啶等, DNA和 RNA,DNA,RNA,16,嘌呤(purine),腺嘌呤(adenine, A),鳥嘌呤(guanine, G),17,嘧啶(pyrimidine),胞嘧啶(cytosine, C),尿嘧啶(uracil, U),胸腺嘧啶(thymine, T),18,二、 戊 糖,H,19,三 、核苷,堿基和核糖（脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）。,2,H,H,20,核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脫氧核苷酸： dAMP, dGMP, d

5、TMP, dCMP,四 核苷酸,核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。,5,21,DNA與RNA結(jié)構(gòu)相似，但在組成成份上略有不同：,22,五 多核苷酸的連接及表示方式,核酸中核苷酸間的連接： 核苷酸戊糖3位碳上的OH基與另一個(gè)核苷酸戊糖5位上的磷酸縮合 核苷酸間的連接方式：3,5磷酸二酯鍵,23,5磷酸端：在多核苷酸鏈中，一端核苷酸的5磷酸未形成磷酸二酯鍵，稱，或5末端。 3羥基端：另一端核苷酸3羥基未被酯化，稱為，或3末端。,5端,3端,核苷酸鏈的方向性,24,25,核酸結(jié)構(gòu)的表示方式：,26,互補(bǔ)鏈,3 T G A C G A 5,27,第三節(jié) DNA分子的結(jié)構(gòu)與功

6、能,一 DNA一級結(jié)構(gòu),DNA分子中核苷酸排列順序、連接方式稱為DNA的一級結(jié)構(gòu)。連接方式：磷酸二酯鍵,由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列,5 ACTGCATAGCTCGA 3 4n,生物界物種的多樣性即寓于DNA分子中四種核苷酸千變?nèi)f化的不同排列組合之中。,28,二 DNA的二級結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu),1953年，Watson和Crick ，,29,（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景,30,（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）,DNA分子由兩條相互平行但走向相反的脫氧多核苷酸鏈組成，兩鏈以-脫氧核糖-磷酸-為骨架，以右手螺旋方式繞同一公共軸盤。

7、螺旋直徑為2nm，形成大溝(major groove)及小溝(minor groove)相間。,31,（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）,堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對側(cè)堿基形成氫鍵配對（互補(bǔ)配對形式：A=T; GC） 。 相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10對堿基。,32,（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）,氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性，堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。,33,Watson和Crick所提出的模型稱為B-DNA。,不同構(gòu)型的DNA,B型是最穩(wěn)定的構(gòu)型，是細(xì)胞內(nèi)DNA存在的主

8、要形式,（二） 其它類型的DNA二級結(jié)構(gòu),34,堿基互補(bǔ)配對,5 ACTGCATAGCTCGA 3,DNA雙鏈的反向互補(bǔ)配對,3 TGACGTATCGAGCT 5,35,三 DNA三級結(jié)構(gòu),指DNA雙螺旋通過彎曲和扭轉(zhuǎn)所形成的特定構(gòu)象即 DNA的三級結(jié)構(gòu),原核生物/真核線粒體,正超螺旋 盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同,負(fù)超螺旋盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反,36,染色體的基本單位是核小體(nucleosome) 核小體：由DNA和組蛋白共同構(gòu)成。,染色體的基本單位是核小體(nucleosome),真核生物，線性DNA盤繞在組蛋白上。,37,第四節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)與功能,DNA與RNA結(jié)構(gòu)相似，但

9、在組成成份上略有不同：,38,RNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),RNA是單鏈分子。RNA分子中，并不遵守堿基種類的數(shù)量比例關(guān)系，即分子中的嘌呤堿基總數(shù)不一定等于嘧啶堿基的總數(shù)。 RNA分子中，單鏈部分區(qū)域自身回折，如果堿基互補(bǔ)也能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，不能形成雙螺旋的部分，則形成突環(huán)。這種結(jié)構(gòu)可以形象地稱為“發(fā)夾型”結(jié)構(gòu)。 在RNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)中，堿基的配對情況不象DNA中嚴(yán)格。G 除了可以和C 配對外，也可以和U 配對。不同類型的RNA, 其二級結(jié)構(gòu)有明顯的差異。,39,RNA局部形成“發(fā)卡”結(jié)構(gòu),40,RNA一級結(jié)構(gòu),RNA的一級結(jié)構(gòu)是指堿基的排列順序、數(shù)量。 RNA 信使RNA(mRNA） 核糖體RNA(rR

10、NA ) 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA),41,一 信使RNA,* mRNA的功能 蛋白質(zhì)合成的模板。,42,* mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn),2. 大多數(shù)真核mRNA的3末端有一個(gè)多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾。,1. 大多數(shù)真核mRNA的5末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)7-甲基鳥苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C2也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。,43,44,3 編碼區(qū)：mRNA有編碼區(qū)和非編碼區(qū)，編碼區(qū)是所有mRNA分子的主要結(jié)構(gòu)部分，決定蛋白質(zhì)分子的 一級結(jié)構(gòu)。非編碼區(qū)與蛋白質(zhì)生物合成調(diào)控有關(guān)。,45,二 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA,* tRNA的功能 活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。,1 單鏈分子

11、2 含 1020% 稀有堿基，如 DHU 3 3末端為 CCA-OH 4 5末端大多數(shù)為G，而且是磷酸化的,46,* tRNA的二級結(jié)構(gòu) 三葉草形 氨基酸臂 DHU環(huán) 反密碼環(huán) 額外環(huán) TC環(huán),氨基酸臂,DHU環(huán),反密碼子環(huán),TC環(huán),額外環(huán),47,在三葉草型二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，突環(huán)上未配對的堿基由于整個(gè)分子的扭曲而配成對，目前已知的tRNA的三級結(jié)構(gòu)均為倒L型,tRNA的三級結(jié)構(gòu),氨基酸臂,反密碼子環(huán),48,三 核糖體RNA,1 細(xì)胞內(nèi)含量最豐富的RNA. 2 與核糖體蛋白組成核糖體 3 蛋白合成的場所,真核生物（80S) 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S Rrna(

12、小亞基）,原核生物(70S) 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA（小亞基）,49,核糖體,50,RNA分類及特點(diǎn),57,51,第五節(jié)、核酸理化性質(zhì),一 酸性：由于核酸分子中的磷酸是一個(gè)中等強(qiáng)度的酸，而堿性（氨基）是一個(gè)弱堿，通常表現(xiàn)為酸性。 由于在中性或偏堿性溶液中，常帶負(fù)電荷，故可電泳分離。,52,在核酸分子中，由于嘌呤堿和嘧啶堿具有共軛雙鍵體系，一般在260nm左右有最大吸收峰，作為核酸及其組份定性和定量測定的依據(jù)。,二 核酸的紫外吸收,53,三 核酸的變性、復(fù)性與雜交,（1）核酸的變性 在理化因素作用下，核酸分子中的氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)松散分開，形成無規(guī)則單鏈結(jié)構(gòu)的過程。

13、變性核酸將失去其部分或全部的生物活性。 核酸的變性并不涉及磷酸二酯鍵的斷裂，其一級結(jié)構(gòu)(堿基順序)保持不變。 核酸變性的因素：加熱、酸堿度改變、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的變性。,54,增色效應(yīng)：天然狀態(tài)的DNA在完全變性后，紫外吸收(260 nm)值升高, 即。 粘度降低 沉降速度增加,DNA變性后，性質(zhì)也隨之發(fā)生變化,55,Tm ：隨DNA變性增加，260nm處的紫外光吸收值逐漸增加，該值達(dá)到最大值50時(shí)的溫度稱為核酸的解鏈溫度或變性溫度，用“Tm” 表示融解溫度。,56,Tm值影響因素： 1 與分子中的G和C的含量有關(guān)。G和C的含量高，Tm高（因G- C之間有三個(gè)氫鍵，A-T有兩個(gè)氫鍵，故G-C較A-T穩(wěn)固）。 2 與核酸分子長度有關(guān)，核酸分子越長，解鏈時(shí)所需能量越高，Tm值越大。,57,復(fù)性：變性DNA在適當(dāng)?shù)臈l件下，兩條彼此分開的單鏈可以重新締合成為雙螺旋結(jié)構(gòu)，這一過程稱為。,（2）核酸的復(fù)性,58,不同來源的DNA、DNA與RNA、RNA和RNA之間都可以發(fā)生雜交。,59,核酸的雜交的應(yīng)用： 在分子生物學(xué)和