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核酸的结构和功能

核酸的结构和功能. 解 军 山西医科大学 基础医学院 生物化学与分子生物学教研室. Structure and Function of Nucleic Acid. 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

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核酸的结构和功能

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Presentation Transcript

  1. 核酸的结构和功能 解 军山西医科大学 基础医学院生物化学与分子生物学教研室 Structure and Function of Nucleic Acid

  2. 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

  3. 1944年，Avery的转换转化实验 or and 可分离

  4. 第一节 核酸的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid

  5. 二、核酸的种类和分布 核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid （DNA） 核糖核酸 Ribonucleic Acid（RNA） 98％核中（染色体中） 真核 线粒体（mDNA） 核外 叶绿体（ctDNA） DNA 拟核 原核 核外：质粒（plasmid） 病毒：DNA病毒

  6. RNA主要存在于细胞质中 • tRNA • rRNA • mRNA • 其它 • RNA病毒：SARS 三、分子生物学的中心法则

  7. 第二节 核酸的基本化学组成 碱基 核苷 核酸 核苷酸 戊糖 磷酸 元素组成： C H O N P

  8. Ribose Deoxyribose 一、戊糖 组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 β-D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为β-D-核糖。

  9. 6 7 5 1 8 2 4 9 3 • 腺嘌呤Adenine • 鸟嘌呤guanine A G 二、碱基 1. 嘌呤（Purine）

  10. 4 5 3 6 2 1 尿嘧啶 uracil 胞嘧啶 cytosine 胸腺嘧啶 thymine U C T 2. 嘧啶（Pyrimidine）

  11. 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。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。

  12. 5’ 5’ 4’ 1’ 4’ 1’ 3’ 2’ 3’ 2’ (OH) (OH) 三、核苷（nucleoside） • 核苷 戊糖+碱基 • 糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键

  13. H H H H H H H H H 四、核苷酸（nucleotide）核苷酸 核苷+磷酸 戊糖+碱基+磷酸

  14. 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

  15. 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 • 含核苷酸的生物活性物质： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP • 环化核苷酸: cAMP，cGMP

  16. 5´端 3. 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

  17. 5′端 C A G 3′端 二、核酸的一级结构 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。

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

  19. 第二节 DNA的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA

  20. 2.0 nm 小沟 大沟 （二） DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953）

  21. 碱基互补配对 C G A T

  22. （三）DNA在真核生物细胞核内的组装 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

  23. DNA的存在形式

  24. 第三节 RNA的结构与功能 Structure and Function of RNA

  25. RNA的种类、分布、功能 细胞核和胞液 细胞核和胞液 线粒体 线粒体 功 功 能 能 rRNA rRNA mt mt rRNA rRNA RNA RNA 核蛋白体 核蛋白体 核蛋白体组分 核蛋白体组分 RNA RNA mRNA mRNA mt mt mRNA mRNA 信使 信使 蛋白质合成模板 蛋白质合成模板 转运氨基酸 转运氨基酸 mt mt tRNA tRNA tRNA tRNA RNA RNA 转运 转运 mRNA mRNA 成熟 成熟 的前体 的前体 RNA RNA 核内不均一 核内不均一 hnRNA SnRNA SnRNA RNA RNA 核内小 核内小 hnRNA hnRNA 参与 参与 的剪接、转运 的剪接、转运 SnoRNA SnoRNA RNA RNA 核仁小 核仁小 rRNA rRNA 的加工、修饰 的加工、修饰 RNA RNA 胞浆小 胞浆小 scRNA/7SL scRNA/7SL - - RNA RNA 蛋白质内质网定位合成 蛋白质内质网定位合成 的信号识别体的组分 的信号识别体的组分

  26. hnRNA mRNA 一 、信使RNA的结构与功能 * mRNA成熟过程 内含子 (intron) 外显子 (exon)

  27. 帽子结构

  28. 原核细胞 真核细胞 细胞质 细胞核 内含子 外显子 DNA DNA 转录 转录 mRNA hnRNA 转录后剪接 转运 翻译 蛋白 mRNA 翻译 蛋白 • * mRNA的功能

  29. 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

  30. 氨基酸臂 * tRNA的二级结构 ——三叶草形 • 氨基酸臂 • DHU环 • 反密码环 • 额外环 • TΨC环 额外环

  31. * tRNA的三级结构 • —— 倒L形 * tRNA的功能 • 活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。

  32. 三、核蛋白体RNA的结构与功能 * rRNA的结构 • * rRNA的功能 • 参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。

  33. * rRNA的种类（根据沉降系数） • 真核生物 • 5S rRNA • 28S rRNA • 5.8S rRNA • 18S rRNA • 原核生物 • 5S rRNA • 23S rRNA • 16S rRNA

  34. 核蛋白体的组成

  35. 第 四 节 核 酸 的 理 化 性 质 The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid

  36. 一、一般的理化性质 • 两性解离 / 一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷），微 溶于水，不溶于有机溶剂 • 线性大分子（粘度高。抗剪切力差） • 可用电泳或离子交换（色谱）进行分离 • 室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，RNA水解 • 加热条件下，D－核糖＋浓盐酸＋苔黑酚 绿色 D－2－脱氧核糖＋酸＋二苯胺 蓝紫色 第五节 核酸的性质

  37. OD260的应用 • 1. DNA或RNA的定量 • OD260=1.0相当于 • 50μg/ml双链DNA • 40μg/ml单链DNA（或RNA） • 20μg/ml寡核苷酸 • 2.判断核酸样品的纯度 • DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8 • RNA纯品: OD260/OD280 = 2.0

  38. DNA变性的本质是双链间氢键的断裂

  39. 例：变性引起紫外吸收值的改变 DNA的紫外吸收光谱 • 增色效应：

  40. 热变性 • 解链曲线：

  41. Tm：

  42. 复性 变性 不同来源的DNA分子 DNA-DNA 杂交双链分子

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