1 / 73

第8章 核 酸

第8章 核 酸. 本章主要内容. 8.1 核酸是遗传物质 8.2 核苷酸 8.3 脱氧核糖核酸（ DNA） 8.4 核糖核酸（ RNA） 8.5 核酸的某些物化性质和最常用的研究方法. 1928 Griffith 1944 Avery O.T. RII DNA SIII. 8.1 核酸是遗传物质. 核酸分脱氧核糖核酸（ deoxyribonucleic acid, DNA ） 和核糖核酸( ribonucleic acid, RNA ) 两大类。.

olga-leblanc
Download Presentation

第8章 核 酸

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8章 核 酸

  2. 本章主要内容 8.1 核酸是遗传物质 8.2 核苷酸 8.3 脱氧核糖核酸（DNA） 8.4 核糖核酸（RNA） 8.5 核酸的某些物化性质和最常用的研究方法

  3. 1928 Griffith 1944 Avery O.T RII DNA SIII 8.1 核酸是遗传物质 核酸分脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）和核糖核酸(ribonucleic acid, RNA)两大类。 • DNA is a main genetic material 肺炎双球菌转化试验证明使肺炎双球菌的遗传性发生改变的转化因子是DNA，不是蛋白质 • Watson & CrichDNA double helix 20世纪自然科学领域的重大突破之一，揭开了分子生物学研究的序幕，奠定了分子遗传学研究的基础。 • RNA is genetic material also Tobacco Mosaic Virus (TMV)

  4. When smooth bacteria are killed by heat treatment, they lose their ability to harm the animal. But inactive heat-killed S bacteria and the ineffectual variant R bacteria together have a quite different effect from either bacterium by itself. The figure shows that when they are injected together into an animal, the mouse dies as the result of a Pneumococcal infection. Virulent S bacteria can be recovered from the mouse postmortem. 转化

  5. 分子生物学的重要里程碑 1951 James Watson (23y) 丹麦 哥本哈根 剑桥大学 Cavendish Lab. Francis Crick (35y) 1953， DNA Double Helix model

  6. Polynucleotide chain (poly Nt) 多聚核苷酸链 Nucleotide (Nt) basic unit 核苷酸 Purin (pu)Pyrimidine (py) Aderine (A) Thymine (T) Guanine (G) Uracil (U) Cytosine (C) 8.2 核苷酸 Nucleic Acid (NA)核酸 Mono-phosphate (Mp) 磷酸 Nucleoside (Ns) 核苷 Base 碱基 戊糖Deoxy-ribose ( Ribose )

  7. 两类核酸的基本化学组成的区别 • 核糖 Ribose DNA：脱氧核糖 Deoxy-ribose RNA：核糖 Ribose • 碱基 base DNA：A、G、C、T RNA：A、G、C、U

  8. 8.2.1 碱基 base

  9. 8.2.2 戊糖基 pentose sugar

  10. 8.2.3 核苷 Nucleoside

  11. 8.2.4 核苷酸Nucleotide

  12. 8.3 脱氧核糖核酸 DNA A nucleic acid consists of a polynucleotide chain. A polynucleotide chain consists of a series of 5-3 sugar-phosphate links that form a backbone from which the bases protrude. The figure shows that the backbone of the chain consists of an alternating series of pentose sugar and phosphate residues. A purine or pyrimidine is linked to the sugar. DNA takes its name from its sugar (2-deoxyribose); RNA is named for its sugar (ribose). The difference is that the sugar in RNA has an OH group at the 2 position of the pentose ring.

  13. 8.3.1 DNA的碱基组成 • 参与DNA组成的碱基主要有四种：A、T、G、C • 所有DNA中，A=T，G=C。因此，嘧啶总含量与嘌呤总含量相等，即A+G=C+T。此发现提示了A与T，G与C之间碱基互补的可能性，为DNA双螺旋结构的建立提供了重要依据。 • DNA的碱基组成具有种的特异性，但没有组织和器官的特异性

  14. 8.3.2 DNA的一级结构 DNA是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸dAMP, dGMP, dTMP, dCMP通过3’，5’-磷酸二酯键连接成的直线形或环形多聚体。 图（B）为线条式缩写。竖线表示核糖的碳链，A、C、G、T表示碱基，P代表磷酸基，由P引出的斜线一端与C3’相连，另一端与C5’相连。P在碱基左侧表示P与C5’相连，P在碱基右侧表示P与C3’相连。 Q：DNA为什么没有侧链？

  15. 8.3.3 DNA的空间结构 1953. Watson & Crick Right handed B-form DNA Double helix Model

  16. 每一单链具有 • 5’ 3’极性 • 两条单链间按A-T、 • C-G配对，以氢键 • 连接 • 两条单链，极性相 • 反，反向平行 • 以中心为轴， • 向 右 盘 旋 (B-form) • 双 螺 旋 中 存 在 • 大沟、小 沟 DNA双螺旋的结构特点 Right handed B-form DNA Double helix Model

  17. 磷酸与核糖在外侧，通过3’，5’-磷酸二酯键相连形成DNA分子骨架；磷酸与核糖在外侧，通过3’，5’-磷酸二酯键相连形成DNA分子骨架； • 碱基位于双螺旋的内侧； • 双螺旋平均直径2 nm，相邻碱基对高度0.34 nm，每个螺旋包含10核苷酸，两核苷酸之间夹角36º，螺距3.4 nm。

  18. l碱基顶部基团裸露在DNA大沟内 l蛋白质因子与DNA 的特异结合依赖于 氨基酸与DNA 间的氢键的形成 l蛋白质因子沿大沟与DNA形成专一性 结合的机率与多样性高于沿小沟的结合 l大沟的空间更有利于与蛋白质的结合

  19. Watson & Crick模型的修正 两个核苷酸之间的夹角是可变的，并非固定的36º。 组成碱基对的碱基之间发生螺旋桨状扭曲，而非在同一平面上。

  20. B-DNA的重要特性 1. 天然DNA分子的形态十分细长。 2. DNA分子中的碱基存在互变异构现象。碱基偶尔发生互变异构可引起DNA突变，推动生物进化，但通常情况下，氢原子在碱基上有较固定的位置，保持遗传信息的稳定。 3. DNA分子的双螺旋结构在生理状态下十分稳定。 4. DNA分子在溶液中具有较大的可塑性。

  21. 影响双螺旋结构稳定性的因素 碱基堆积的棒状实体 l氢键 (Hydrogen bond) 弱键, 可加热解链 氢键堆积, 有序排列(线性, 方向) l磷酸酯键 (phosphoester bond) 强键, 需酶促解链 l0.2 mol / L Na+生理盐条件 消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力

  22. l碱基堆积力 (非特异性结合力) ☆Van de waals force(1.7A°/ 嘌呤环与嘧啶环作用半径) 3.4A° (0.34 nm/碱基对间距)

  23. ☆ 疏水相互作用 (Hydrophobic interaction) 不溶于水的非极性分子在水中相互联合, 成串结合的趋势力 即为熵 Entrophy DNA分子中非极性的嘌呤、嘧啶环，使有序的以氢键连接的水分子层绕，熵值降低。 DNA分子中非极性碱基的聚集，使有序的水分子层绕减低到最低的限度，减少熵值的降低。 DNA分子中的亲水的磷酸骨架，氨基，酮基与水分子形成氢键。熵值增加 成为碱基间的部分堆积力

  24. DNA的分子构型 ( B, Z, A ) 比较P339

  25. Form B Z A DNA的分子构型 ( B, Z, A ) 比较 Shape just rightthin & long wide & short Helix Direction Right Left Right bp/circle 10.4 12 11 Distance/bp ~0.34nm ~0.38nm ~0.25nm Distance/helix 3.4nm 4.46nm 2.8nm Diameter/helix 2.37nm 1.84nm 2.55nm Sequence Any Poly G-C Any Poly C-A Poly T-G Poly T-A

  26. Form B Z A Condition Normal 4M Na+ DNA-Na Crytic D.S RNA DNA/RNA Conformation A,G-anti A, G-syn A, G-anti ( dGMP, dAMP ) C, T-anti T, C-anti T, C-anti Major Groove wide & deep flat narrow & deep MinorGroove narrow & deep narrow & deep wide & shallow

  27. 8.3.4 环形DNAP340 • 连环数（L，linking number）：在双螺旋DNA中，一条链以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数。 • 缠绕数（T，twisting number）：DNA分子中的Watson-Crick螺旋数目。 • 超螺旋周数或扭曲数（W，writhing number）。 L=T+W • 比连环差（λ，specific linking difference）: DNA的超螺旋程度，λ=（L-L0）/L0 • 拓扑异构酶的作用改变DNA的拓扑结构。

  28. 链未松弛再结成环 链松弛后再结成环 松弛环形 无应力松弛状态 L=42 T=42 W=0 420bp lB-DNA是力学上稳定的结构（ 10 bp/ helix） l虽交叉数减少，但需转换为一种应力，以维持10bp/helix的螺旋数， 松开6圈螺旋 △L = －6 应力的分配 l应力的重新分配 或在B-DNA状态中保留一单链区 L = 36 T = 42 W = -6 L = 36 T = 36 W = 0 或螺旋力将维持B-DNA的右旋结构, 形成超螺旋 解链环形 超螺旋

  29. 8.3.5 DNA的生物学功能 P342 • DNA是遗传物质 • DNA是染色体的主要成分，染色体与遗传直接相关 • 细胞核内DNA含量与染色体数目的多少有平行关系 • DNA在代谢上稳定 • 作用于DNA的物化因素均可引起遗传特性的改变 • 肺炎双球菌转化实验直接证明DNA是遗传物质

  30. 8.4 核糖核酸 RNA P343 The central dogma states that information in nucleic acid can be perpetuated or transferred, but the transfer of information into protein is irreversible. Natural RNA is mainly synthesized from DNA, but some RNA-virus can synthesize RNA from RNA. the central dogma

  31. 8.4.1RNA的结构 P344 • 单链、线形、无分支，局部形成 链内双螺旋

  32. 主要由AMP、GMP、CMP、UMP组成 • 戊糖为核糖 • 含有某些稀有碱基 • 核苷酸以3’，5’-磷酸二酯键连接

  33. 8.4.2 RNA的类型 • 生物细胞内含有三种主要的RNA： • messenger RNA (mRNA) • transfer RNA (tRNA) • ribosomal RNA (rRNA)

  34. tRNA的二级结构 • 有较多稀有碱基。 • 三叶草（cloverleaf）形二级结构： TψC loop AA arm • 氨基酸臂(amino acid arm) • 二氢尿嘧啶环 (D loop) • 反密码环 (anticodon loop) Extra loop D loop • 额外环 (extra loop) • 假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核糖核苷环 (TψC loop) anticodon

  35. 氨基酸臂：7对碱基，3’末端CCA-OH与氨基酸通过酯键相连，起转运氨基酸的作用氨基酸臂：7对碱基，3’末端CCA-OH与氨基酸通过酯键相连，起转运氨基酸的作用 • 二氢尿嘧啶环：8-12个Nt，因含稀有碱基二氢尿嘧啶而得名。 • 反密码环：7个Nt，读取和识别mRNA的三联体密码 • TψC 环：7个Nt，因含T、ψ（假尿嘧啶）、C得名 • 额外环：3-18个Nt，位于反密码环和TψC 环之间

  36. tRNA的三级结构 tRNA的L形三级结构

  37. mRNA的结构 Cap-0 m7GpppXpYp------- (共有) Cap-1 m7GpppXmpYp------- Cap-2 m7GpppXmpYmp------- 5’-cap of mRNA

  38. mRNA的结构 • 3’-tail of mRNA A poly(A) tail (50-200±) be addedat-20 Nt ± tailing signal (AAUAAA) from 3’-end of Pre-RNA Man α- globin mRNA 5’-------CUUUGAAUAAA------------poly(A) 3’ -20 Man β- globin mRNA 5’-------UGCCUAAUAAA------------poly(A) 3’ -20 AAUAAA为加尾信号序列

  39. rRNA的特点 • 含量最大的一类RNA，构成核糖体的骨架 • 原核生物核糖体中三类rRNA：5S rRNA，16S rRNA，23S rRNA • 真核生物核糖体中四类rRNA： 5S rRNA，5.8S rRNA ，18S rRNA ，28S rRNA

  40. 8.5 核酸的某些物化性质和最常用的研究方法 5.5.1 核酸的紫外吸收 5.5.2 核酸的沉降特性 5.5.3 凝胶电泳 5.5.4 核酸的变性、复性及杂交 5.5.5 DNA的固相合成 5.5.6 DNA的限制酶图谱

  41. 8.5.1 核酸的紫外吸收 碱基、核苷、核苷酸、核酸在260nm紫外波长处有最大光吸收 增色效应（hyperchromic effect）：核酸发生变性时，超螺旋结构多核苷酸转变成单链多核苷酸，对紫外光的吸收值随之增加的现象 减色效应（hypochromic effect）：单链多核苷酸复性成超螺旋结构多核苷酸时，对紫外光的吸收值降低的现象

  42. 判断核酸样品是否纯品的方法： OD260/OD280=1.8 纯DNA OD260/OD280<1.8 DNA含杂质 OD260/OD280=2.0 纯RNA OD260/OD280<2.0 RNA含杂质 核酸纯品的含量测定： 1OD260 = 50 µg/ml double helix DNA, or 40 µg/ml ss DNA or RNA, or 20 µg/ml Nt

  43. 8.5.2 核酸的沉降特性 • 不同构象的核酸、蛋白质及其它杂质在引力场中的沉降速率有很大差异 • 蔗糖梯度离心法分离RNA • 氯化铯梯度离心分离DNA • 染料-氯化铯密度梯度超离心 蛋白质 开环形及线形DNA 闭环超螺旋DNA RNA

  44. polymer OC L CCC 8.5.3 凝胶电泳 Linear DNA.L Open Circle DNAOCrelaxed form Supercoiled circle(高级结构) Covalent Closed CircleCCC

  45. 8.5.4 核酸的变性、复性及杂交 • DNA分子变性( DNA denaturation ) D.S. DNA S.S. DNA ( 加温, 极端pH, 尿素, 甲醛，酰胺 )

  46. D.S DNA S.S DNA 粘度降低 变性过程的表现 ☆S.S. DNA粘度降低 溶液粘度取决于分子流动过程中的内摩擦和阻力 高分子溶液 > 普通溶液 线状分子 > 不规则线团 > 球形分子 D.S. DNA 钢性较强，结构较为舒展的 Double helix S.S. DNA 没有氢键的支撑 由螺旋结构向折叠和线团结构转变

  47. ☆ S.S.DNA沉降速度加快 ☆ S.S.DNA分子的A 260 nm UV值上升，即增色效应(Hyperchromic effect )

  48. OD 1.37 1.0 1.185 ℃ Tm(melting temperature) = midpoint of the temperature range over which DNA is denatured = OD增加值的中点温度(一般为85-95℃)

  49. ( 0.15 M Nacl + 0.015 M Sodium Limonate ) 1x SSC GC% = 30-70% OD 1.37 1.185 1.0 Marmur-Doty formula Tm = 69.3 + 0.41 × GC% what is meaning ? ℃ Tm1＜ Tm2 Evaluation GC% of DNA

  50. rich AT rich AT l增色效应的跳跃现象 ( Jump of Hyperchromicity ) 高分子量的DNA分子在热变性过程中, 富含AT区域首先发生变性, 然后逐步扩展, 表现增色效应的跳跃现象, 使变性过程加快.

More Related