1 / 91

The Chemistry of Nucleic Acid

第 四 章 核酸的化学. The Chemistry of Nucleic Acid. 核 酸 (nucleic acid). 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。. Friedrich Miescher (1844-1895).

emmly
Download Presentation

The Chemistry of Nucleic Acid

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第 四 章核酸的化学 The Chemistry of Nucleic Acid

  2. 核 酸(nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。

  3. Friedrich Miescher (1844-1895) Friedrich Miescher worked at the Physiological Laboratory of the University of Basel and in Tübingen and is most well known for his discovery of the nucleic acids. (DNA Pioneers and Their Legacy by Ulf Lagerkvist, 1998, Yale University Press, ISBN 0-300-07184-1). To read excerpts from this book, click DNA Pioneers .

  4. 米歇尔Friedrich Miescher（1844－1895） 米歇尔，瑞士生物学家，生前工作于巴塞尔大学的生理学研究室。以发现核酸而闻名世界。 米歇尔小时候有严重的听力障碍，因此在童年时代，尽管他非常聪明，但总是害羞并很内向。他酷爱音乐，与其父亲一样是一个天才歌手，在学校的学习成绩很好。1865年米歇尔成为一名医学生，1868年获医学博士学位。但听力问题是他成为临床医生的障碍。 1868年，米歇尔感兴趣研究白细胞。为了得到足够的白细胞，他从医院的外科绷带中洗脱脓液的白细胞，分离细胞核，得到一些粘稠的物质，并经实验证明含有含磷和氮，称为核素。随后的研究证明这一物质具有酸性，故称为核酸。这是米歇尔首次发现了重要的生命物质之一—核酸。

  5. Oswald T. Avery (1877-1955). Reichard, P. J. Biol. Chem. 2002;277:13355-13362

  6. 埃弗里，O.T. Oswald Theodore Avery (1877～1955) 美国细菌学家。1877年10月21日生于加拿大新斯科舍哈利法克斯。1904年毕 业于哥伦比亚大学医学院，后到布鲁克林的霍格兰实验室研究并讲授细菌学和免疫学。1913年转到纽约的洛克菲勒研究所附属医院工作，直到1948年退休。他和C.麦克劳德、M.麦卡锡于1944年共同发现不同型的肺炎双球菌的转化因子是 DNA。这项实验第一次证明了遗传物质是DNA而不是蛋白质。 虽然这一发现，曾引起争论和怀疑，但的确推动了DNA的研究，直至1953年DNA双螺旋结构的发现。他还通过对肺炎双球菌的免疫性研究，提出肺炎双球菌可根据其免疫的专一性来进行分类，而这种免疫专一性是由于不同菌型的荚膜中所含的多糖引起的。由此他建立起对不同型肺炎双球菌的灵敏检验法。1955年2月20日卒于美国田纳西州纳什维尔。

  7. 一、核酸的发现和研究工作进展 • 1868年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素” • 1944年Avery等人证实DNA是遗传物质 • 1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构 • 1968年 Nirenberg发现遗传密码 • 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶 • 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法 • 1985年 Mullis发明PCR 技术 • 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) • 1994年 中国人类基因组计划启动 • 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架

  8. 脱氧核糖核酸 90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。 (deoxyribonucleic acid, DNA) 携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。 核糖核酸 分布于胞核、胞液。 (ribonucleic acid, RNA) 参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。 二、核酸的分类及分布

  9. 第一节 核酸的化学组成 The Chemical Component of Nucleic Acid

  10. 一、核酸的重要性 • 核酸是遗传变异的物质基础 遗传是相对的　　变异是绝对的 　　基因　 • 核酸与生物遗传信息的传递 DNA→RNA→Protein • 核酸与医药

  11. 2. 分子组成 —— 碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱 —— 戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖 —— 磷酸(phosphate) 二、核酸的基本结构单位——单核苷酸 核酸的化学组成 • 1. 元素组成 • C、H、O、N、P（9~10%）

  12. 腺嘌呤(adenine, A) 鸟嘌呤(guanine, G) 碱 基 嘌呤(purine)

  13. 尿嘧啶(uracil, U) 胸腺嘧啶(thymine, T) 胞嘧啶(cytosine, C) 嘧啶(pyrimidine)

  14. 稀有碱基 双氢尿嘧啶 N,N二甲基鸟嘌呤 4-巯尿嘧啶 N6-异戊烯腺嘌呤

  15. 5´ 1´ 4´ 3´ 2´ 核糖(ribose) 脱氧核糖(deoxyribose) （构成DNA） （构成RNA） 戊 糖

  16. 1. 核苷(ribonucleoside)的形成 碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。 1 1´ 核苷酸的结构 核苷：AR, GR, UR, CR 脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR

  17. 2. 核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名 核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 • 核苷酸： • AMP, GMP, UMP, CMP • 脱氧核苷酸： • dAMP, dGMP, dTMP, dCMP

  18. Nucleic Acids Nucleotide phosphate Ribonucleoside(deoxyribonucleoside) base Pentose deoxyribose ribose Purine (A、G) Pyrimidine (C、T、U)

  19. cAMP ADP AMP ATP NADP+ NAD+ 体内重要的游离核苷酸及其衍生物 • 多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP • 环化核苷酸: cAMP，cGMP • 含核苷酸的生物活性物质： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP

  20. 第二节 核酸的分子结构 Molecular Structure of Nucleic Acid

  21. 5′端 C A G 3′端 一、DNA的分子结构 （一）DNA的一级结构 定义 核酸中核苷酸的排列顺序。 由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。

  22. 5´端 核苷酸的连接 核苷酸之间以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。 3´端 C A G

  23. A T G T C G 5 P OH 3 P P P P P 书写方法 5 pApCpTpGpCpT-OH3 5A C T G C T3 目 录

  24. （二）真核细胞染色质DNA与 　　　原核生物DNA的一级结构特点 真核细胞DNA具有以下显著特点 1.重复序列 　　（1）高度重复序列 　　（2）中度重复序列 　　（3）单一序列 2.间隔顺序与插入顺序 3.回文结构

  25. 原核生物DNA具有以下不同特点 1.基因重叠 2.多顺反子 3.DNA顺序所含有的结构基因是连续的，一般不含有插入或间隔序列

  26. （三） DNA的二级结构 • ——双螺旋结构

  27. 碱基组成分析 • Chargaff 规则：[A] =[T] • [G] [C] • 碱基的理化数据分析 • A-T、G-C以氢键配对较合理 • DNA纤维的X-线衍射图谱分析 1.DNA双螺旋结构的研究背景 目 录

  28. 罗莎林德﹒弗兰克林Rosalind Franklin（1920-1958）

  29. 罗莎林德﹒弗兰克林Rosalind Franklin（1920-1958） 英国物理化学家。1920年生于伦敦，15岁就立志要当科学家。她早年毕业于剑桥大学，专业是物理化学。1945年，获得博士学位之后，她前往法国学习X射线衍射技术。1951年，她回到英国，在伦敦大学国王学院取得了一个职位。此后，弗兰克林加入到了研究DNA结构的行列并加盟到威尔金斯小组。她凭着独特的思维，设计了更能从多方面了解物质不同现象的实验方法，获取了在不同温度下的DNA的X射线衍射图。她把这些各种局部的结构形状汇总，使得DNA的衍射图片越来越全面。1952年5月她终于获得了一张清晰的DNA的X光衍射照片。因此，弗兰克林与威尔金斯提出了DNA的结构可能是双螺旋结构的假设。为Crick和Watson进一步论证DNA的双螺旋结构奠定了基础。

  30. 2. DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953） 3’ 5’ • DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成，两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘旋。螺旋直径为2nm，形成大沟(major groove)及小沟(minor groove)相间。 5’ 3’

  31. DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953） 3’ 5’ • 碱基垂直螺旋轴居双螺旋内侧，与对侧碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T; GC） 。 • 相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。 5’ 3’ 目 录

  32. A=T G≡C 碱基互补配对 C G A T

  33. DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953） • 氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。此外还有磷酸基的负电荷与介质中的阳离子的正电荷之间形成的离子键。 目 录

  34. DNA右双螺旋结构模型要点总结 （Watson, Crick, 1953） 1、右双螺旋，反向平行 2、碱基在内，主链在外 3、碱基互补，A＝T，G≡C 4、螺旋一圈，十对碱基 5、结构稳定，副键维系 6、大沟小沟，调节关键

  35. 3.DNA双螺旋结构的多样性 目 录

  36. A-DNA is favored when DNA is dehydrated. Major and minor grooves are similar in width. B-DNA is the conformation normally found inside cells. Z-DNA is favored in certain G/C-rich sequences. No grooves left handed helix

  37. （四）DNA的三级结构 1.DNA的超螺旋结构 • 超螺旋结构(superhelix 或supercoil) • DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。

  38. 正超螺旋(positive supercoil) • 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同 • 负超螺旋(negative supercoil) • 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反

  39. 意义 • DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。

  40. 原核生物DNA的高级结构

  41. （五）染色质与染色体 真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是 核小体(nucleosome)。 • 核小体的组成 • DNA：约200bp • 组蛋白：H1 • H2A，H2B • H3 • H4

More Related