生物化学核酸课件.ppt

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1、核核 酸酸(nucleic acid) 是由核苷酸组成的生物大分子，是由核苷酸组成的生物大分子，携带和传递遗传信息。携带和传递遗传信息。第一节第一节 概述概述核酸核酸是一类重要的生物大分子，担是一类重要的生物大分子，担负着生命信息的储存与传递。负着生命信息的储存与传递。核酸是现代生物化学、分子生物学的核酸是现代生物化学、分子生物学的重要研究领域，是基因工程操作的核重要研究领域，是基因工程操作的核心分子。心分子。第一节第一节 核酸是遗传物质的载体核酸是遗传物质的载体一、核酸的研究发现史一、核酸的研究发现史18681868年，科学家从细胞核中分离得到一年，科学家从细胞核中分离得到一种酸性物质，即现

2、在被称为核酸的物质。种酸性物质，即现在被称为核酸的物质。核酸的分类及分布核酸的分类及分布 主要在主要在细胞核细胞核存在存在于胞核、胞液于胞核、胞液中中。脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA) 核糖核酸核糖核酸(RNA)生物遗传的物质基础生物遗传的物质基础核酸的分类及分布核酸的分类及分布 存在存在于细胞核于细胞核和线粒体内。和线粒体内。存在存在于胞核、胞液于胞核、胞液和线粒体和线粒体。(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的遗传型体的遗传型(

3、genotype)。参与遗传信息的复制与表达。参与遗传信息的复制与表达。某些病毒某些病毒RNA也可作为遗传信也可作为遗传信息的载体。息的载体。信使信使RNARNA（mRNAmRNA） 携带携带DNADNA遗传信息遗传信息转运转运RNARNA（tRNAtRNA） 通过反密码子识别通过反密码子识别mRNAmRNA的的 密码子，使氨基酸对号入座密码子，使氨基酸对号入座核蛋白体核蛋白体 (rRNA) (rRNA) 与核糖体蛋白形成核与核糖体蛋白形成核糖体，糖体， 是蛋白质合成的是蛋白质合成的场所场所 98 98核中（染色体中）核中（染色体中） 真核真核 线粒体（线粒体（mDNAmDNA） 核外核外 叶

4、绿体（叶绿体（ctDNActDNA）DNA DNA 拟核拟核 原核原核 核外：质粒（核外：质粒（plasmidplasmid） 病毒：病毒：DNADNA病毒病毒核酸的种类和分布核酸的种类和分布 核酸分为两大类：核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid Deoxyribonucleic Acid （DNADNA） 核糖核酸核糖核酸 Ribonucleic AcidRibonucleic Acid（RNARNA）第二节第二节核酸的分子组成核酸的分子组成核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸碱基碱基戊糖戊糖元素组成：元素组成： C H O N P C H

5、O N P 核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解则产生核苷和核苷酸。每个核苷分子含一分子水解则产生核苷和核苷酸。每个核苷分子含一分子碱基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除产碱基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除产生核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物生核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物可用层析或电泳等方法分离鉴定。可用层析或电泳等方法分离鉴定。核酸的基本组成单位是核苷酸核酸的基本组成单位是核苷酸 碱基碱基戊糖戊糖磷酸磷酸核苷酸核苷酸核苷核

6、苷核酸核酸DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸 。RNA的基本组成单位是核糖核苷酸的基本组成单位是核糖核苷酸 。嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 碱基碱基腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（尿嘧啶（U）DNA、RNA均有均有DNA有有RNA有有核苷酸的结构核苷酸的结构每种核酸都含有四种碱基每种核酸都含有四种碱基 。戊戊 糖糖（构成（构成RNA） 核糖核糖 （构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖12453OOHOHHHHCH2OHHOHOHOHHHHCH2OHHOH12345嘌呤嘌呤NNNHN123456789NNNHNNH2

7、腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)碱碱 基基NNH132456嘧啶嘧啶胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine, T)NHNHOOCH3 核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。核苷核苷（或脱氧核苷）：碱基和核糖（或脱（或脱氧核苷）：碱基和核糖（或脱氧核糖）通过氧核糖）通过糖苷键糖苷键连接形成。连接形成。OHH糖苷键糖苷键

8、HHN2O112OHOHHCH2ONNHHH脱氧胞嘧啶核苷脱氧胞嘧啶核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷键糖苷键腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷NNOHHONNNH2HONNOHH2NNNNNNNNH2OHHOHHOHHHOCH2HOCH2OHHOHHOHHOHHOHHOHHHOCH2OHHOHHOHHHOCH2核苷酸：核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷酸核苷酸（脱氧核苷酸）：核苷（脱氧核苷）（脱氧核苷酸）：核苷（脱氧核苷）和磷酸以和磷酸以酯键酯键连接形成。连接形

9、成。 糖苷键酯键腺苷酸NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO- -HOO5l 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸： NMP，NDP，NTPNNNN9NH2OOHOHHHHCH2H1 2 OPO- -OOPOO- -OPO- - -OO一 磷 酸 腺 苷 （ A M P ）二 磷 酸 腺 苷 （ A D P ）三 磷 酸 腺 苷 （ A T P ）l 环化核苷酸环化核苷酸: cAMP，cGMPNNNNNH2OOHOHHHCH2HOPHOOcAMP 辅酶辅酶 NADNAD、NADPNADP、FMNFMNIMP GMP多聚核苷酸是通过一个核苷酸的多聚核苷酸是通过一个核苷酸的C C3 3-OH -

10、OH 与另一分子核苷与另一分子核苷酸的酸的5-5-磷酸基形成磷酸基形成3,5-3,5-磷酸二酯键相连而成的链磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。状聚合物。5533l5-5-磷酸端（常用磷酸端（常用5-P5-P表示）；表示）；3-3-羟基端（常用羟基端（常用3-OH3-OH表示）表示）l多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是向是5353或是或是3535。多聚核苷酸的表示方式多聚核苷酸的表示方式DNA RNA5PdAPdCPdGPdTOH 3 5PAPCPGPUOH 或5ACGTGCGT 3 5ACGUAUG

11、U 3 ACGTGCGT ACGUAUGUT53OH U53OH OH OH OH OH DNADNA的合成原料：的合成原料： dATP, dGTP, dCTP, dTTP. dATP, dGTP, dCTP, dTTP. RNARNA的合成原料：的合成原料： ATP, GTP, CTP, TTP. ATP, GTP, CTP, TTP. 一、一、DNADNA的一级结构的一级结构 DNADNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。生物界物种的多样性即寓于生物界物种的多样性即寓于DNADNA分子中四种核苷酸千变万分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合

12、之中。化的不同排列组合之中。 2. 基因与基因组基因与基因组基因（基因（genegene）：一段有功能的）：一段有功能的DNADNA片段，生物细胞中片段，生物细胞中DNADNA分子的最分子的最小功能单位（交换单位）。小功能单位（交换单位）。 蛋白质（蛋白质（mRNA mRNA 蛋白质）蛋白质）产物产物 tRNA tRNA RNA RNA rRNA rRNA 调节功能：调节基因调节功能：调节基因无产物无产物 作用未知作用未知结构基因结构基因基因组（基因组（genomegenome）：某生物体（完整单倍体）所含全部遗传物质的总和。）：某生物体（完整单倍体）所含全部遗传物质的总和。包括：核基因组（拟

13、核包括：核基因组（拟核/ /核核DNADNA）及核外（质粒）及核外（质粒/ /质体质体DNADNA） bp bp（碱基对（碱基对） 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012人人两栖类两栖类鱼类鱼类藻类藻类酵母酵母细菌细菌E.ColiE.Coli病毒病毒质粒质粒各种细胞、病毒和细菌质粒中基因组的大小各种细胞、病毒和细菌质粒中基因组的大小3. 原核生物基因组特点原核生物基因组特点l 重复序列少，多位编码区重复序列少，多位编码区l 多为操纵子形式组织多为操纵子形式组织l 有重叠基因存在有重叠基因存在4. 真核生物基因组特点真核生物基因组特点l 以染色体存在

14、以染色体存在l 重复序列多重复序列多 基因组计划基因组计划人类基因组计划（人类基因组计划（Human Genome Project， HGP ）酵母基因组计划酵母基因组计划 （YGP）大肠杆菌（大肠杆菌（E.Coli）二、二、DNA的二级结构的二级结构 DNA的双螺旋模型的双螺旋模型19531953年，年，J. WatsonJ. Watson和和F. F. Crick Crick 在前人研究工作的在前人研究工作的基础上，根据基础上，根据DNADNA结晶的结晶的X-X-衍射图谱和分子模型，提衍射图谱和分子模型，提出了著名的出了著名的DNADNA双螺旋结构双螺旋结构模型，并对模型的生物学模型，并对

15、模型的生物学意义作出了科学的解释和意义作出了科学的解释和预测。预测。在在DNADNA分子中，嘌呤碱基的分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相总数与嘧啶碱基的总数相等。等。DNA双螺旋模型要点双螺旋模型要点B型结构型结构 两条链反向平行，右手螺旋两条链反向平行，右手螺旋 碱基在内（碱基在内（AT，GC）碱）碱基平面垂直于螺旋轴基平面垂直于螺旋轴 戊糖在外，双螺旋每转一周戊糖在外，双螺旋每转一周 为为10碱基对（碱基对（bp）A型结构型结构 碱基平面倾斜碱基平面倾斜20，螺旋变粗，螺旋变粗变短，螺距变短，螺距23nm。Z型结构型结构 左手螺旋，只有小沟左手螺旋，只有小沟2.0 nm小小沟沟大大沟

16、沟双螺旋双螺旋DNADNA的结构参数的结构参数类型旋转方向螺旋直径（nm）螺距（nm）每转碱基对数目碱基对间垂直距离（nm）碱基对与水平面倾角ADNABDNAZDNA右右左2.02.31.82.83.44.51110120.2550.340.2720 0077双螺旋稳定的力双螺旋稳定的力 氢键氢键 碱基堆积力（疏水相互作用及范德华力）碱基堆积力（疏水相互作用及范德华力） 离子键等离子键等 则则DNA变性剂（热、变性剂（热、pH、脲、脲/酰胺、有机溶剂）酰胺、有机溶剂）DNADNA的存在形式的存在形式二、二、DNADNA的三级结构的三级结构DNADNA双螺旋的进一步扭曲构成三级结构，负超螺旋双螺旋的进一步扭曲构成三级结构，负超螺旋 原核原核 双链环状双链环状DNADNA（dcDNAdcDNA） 病毒病毒 单链环状单链环状DNADNA（scDNAscDNA） 单链线性单链线性DNADNA（ssDNAssDNA） 真核真核 双链线性双链线性DNA（dsDNA）第四节第四节 RNARNA的结构与功能的结构与功能一、结构特点一、结构特点1. 碱基组成碱基组成 A、G、C、U （AU/GC） 稀有