第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能

1、商洛職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案教案首頁課程名稱生物化學(xué)序次3專業(yè)班級2009級護(hù)理授課教師王文玉職稱副教授類型理論學(xué)時2授課題目(章,節(jié))第二章 核酸的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié) 核酸的化學(xué)組成 第二節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)與功能第三節(jié) RNA的結(jié)構(gòu)與功能 第四節(jié) DNA的理化性質(zhì)教學(xué)目的與要求1. 掌握兩類核酸化學(xué)組成的異同和核酸的基本結(jié)構(gòu)單位。2. 掌握核酸的基本單位、單核苷酸在核酸中的連接方式。3. 熟悉多磷酸核苷酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。4. 掌握核酸一級結(jié)構(gòu)的概念和DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)。5. 了解DNA的三級結(jié)構(gòu)和功能。6. 掌握細(xì)胞內(nèi)RNA的主要種類及mRNA、tRNA、rRNA的功能。7. 核酸變性、復(fù)性及分子雜交的

2、概念。8. 熟悉核酸一般的理化性質(zhì)；核酸酶。教學(xué)重點(diǎn)1. 核酸的化學(xué)組成和基本單位，DNA的各級結(jié)構(gòu)。2. 細(xì)胞內(nèi)RNA的主要種類及mRNA、tRNA、rRNA的功能；3. 核酸變性、復(fù)性教學(xué)難點(diǎn)1. DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)及核小體結(jié)構(gòu)。2. 核酸變性、復(fù)性及分子雜交教學(xué)方法和手段課堂講述和多媒體教學(xué)相結(jié)合復(fù)習(xí)內(nèi)容1.蛋白質(zhì)的各級結(jié)構(gòu)及維持各級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵。2.蛋白質(zhì)的兩性電離和等電點(diǎn)、蛋白質(zhì)變性。（5分鐘）。使用教材全國醫(yī)藥類高職高?！笆濉币?guī)劃教材生物化學(xué)邱烈王文玉主編，第四軍醫(yī)大學(xué)衛(wèi)生出版社，2010年1月第1版。實驗指導(dǎo)為本校自編生物化學(xué)實驗指導(dǎo)。教 案 續(xù) 頁 基 本 內(nèi) 容輔助手段和

3、時間分配第二章 核酸的結(jié)構(gòu)與功能 核酸分為脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸(RNA)。DNA存在于細(xì)胞核和線粒體內(nèi)，是遺傳信息的載體；RNA存在于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，參與細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的表達(dá)。病毒的RNA也可作為遺傳信息的載體。第一節(jié) 核酸的化學(xué)組成核酸的元素組成：C、H、O、N、P。核酸水解產(chǎn)生核苷酸。核苷酸完全水解可釋放出等量的堿基、戊糖和磷酸。因此，核酸的基本組成單位是核苷酸。而核苷酸則由堿基、戊糖和磷酸3種成分連接而成。一、堿基嘌呤：A、G ；嘧啶: C、U、T。胸腺嘧啶只存在于DNA分子中，尿嘧啶只存在于RNA分子中。核酸分子中除含有A、G、C、U或T等堿基外，某些核酸中還含有其它堿基

4、，稱為稀有堿基，如黃嘌呤、次黃嘌呤、二氫尿嘧啶、甲基胞嘧啶等。嘌呤和嘧啶環(huán)中都有共軛雙鍵，對260nm左右的紫外光有較強(qiáng)的吸收，這一重要特性被用于核酸、核苷酸、核苷和堿基的定性和定量分析。 腺嘌呤(adenine, A) 鳥嘌呤(guanine, G) 胞嘧啶( C ) 尿嘧啶( U ) 胸腺嘧啶( T )二、戊糖核酸中的戊糖有兩類，即-D-核糖和-D-2-脫氧核糖。D-核糖存在于RNA中，D-2-脫氧核糖存在于DNA中。為了和堿基的碳原子相區(qū)別，戊糖中的碳原子順序用“C-1，C-2”表示。三、核苷核苷是堿基與戊糖以糖苷鍵相連接所形成的化合物。糖苷鍵是由戊糖的第1位碳原子上的羥基和嘧啶的第1位

5、氮原子或嘌呤的第9位氮原子的氫脫水縮合而成。核苷根據(jù)所含的堿基和戊糖來命名。核苷：AR, GR, UR, CR脫氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR四、核苷酸核苷與磷酸通過磷酸酯鍵相連形成的化合物稱為核苷酸。核苷酸可分為兩大類：即核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸。核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 體內(nèi)重要的游離核苷酸及其衍生物 核苷酸除參與構(gòu)成核酸外，還具有多種重要的生理功能。多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP。 含1個磷酸基團(tuán)的核苷酸為核苷一磷酸（NMP）,含2個或3個磷酸基團(tuán)的核苷酸分別為核苷二磷酸（NDP）或核苷三磷

6、酸(NTP)。環(huán)化核苷酸: cAMP，cGMP 是重要的調(diào)節(jié)因子。含核苷酸的生物活性物質(zhì)： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有 AMP五、核酸中核苷酸的連接方式核苷酸之間是通過3，5磷酸二酯鍵連接的，即前一個核苷酸的3羥基與后一個核苷酸的5磷酸基脫水形成的化學(xué)鍵。許多核苷酸借助3，5磷酸二酯鍵連接形成了沒有分支的線性大分子的多核苷酸鏈。構(gòu)成多核苷酸鏈主鏈的是戊糖和磷酸。第二節(jié) DNA的結(jié)構(gòu)與功能一、DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA的一級結(jié)構(gòu)是指DNA分子中脫氧核苷酸的排列順序。由于脫氧核苷酸彼此的差別在于堿基部分，因此DNA的一級結(jié)構(gòu)即為DNA分子中堿基的排列順序。DNA分子的每條多核

7、苷酸鏈有兩個末端，具有游離磷酸基的一端為5末端，有游離羥基的一端為3末端，書寫時是從5末端到3末端。二 、 DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA的堿基組成具有以下特點(diǎn)：腺嘌呤與胸腺嘧啶及鳥嘌呤與胞嘧啶的摩爾數(shù)相等；嘌呤堿和嘧啶堿的摩爾數(shù)相等(A+G=T+C)；不同種屬的生物堿基組成不同；同一個體的不同器官、不同組織的DNA堿基組成相同。上述稱為Chargaff規(guī)則。DNA的二級結(jié)構(gòu)為雙螺旋結(jié)構(gòu)。1953年Watson和Crick提出了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，其要點(diǎn)是：1. DNA分子是由兩條反向平行的多核苷酸鏈以右手螺旋方式圍繞同一中心軸盤繞而成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。2.在兩條鏈中，磷酸與脫氧核糖鏈位于螺旋外側(cè)

8、，堿基位于螺旋內(nèi)側(cè)。兩條鏈之間的堿基處在同一平面，構(gòu)成堿基平面，堿基平面彼此平行、互相重疊，并垂直于雙螺旋的中心軸，螺旋表面形成大溝和小溝。3.雙螺旋的直徑為2nm，每兩個相鄰堿基對之間的距離為0.34nm，其旋轉(zhuǎn)夾角為36°，螺旋每旋轉(zhuǎn)一周含10對堿基，螺距為3.4nm。4.兩條多核苷酸鏈之間的堿基通過氫鍵配對，A-T之間形成2個氫鍵，G-C之間形成3個氫鍵。雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定靠氫鍵和堿基堆積力維系。 三、DNA的超級結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu) DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。 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 意義： DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體

9、或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)錄過程具有關(guān)鍵作用。 真核生物染色體DNA是線性雙螺旋結(jié)構(gòu)，染色質(zhì)DNA與組蛋白組成核小體。許多核小體形成的串珠樣線性結(jié)構(gòu)再進(jìn)一步盤曲成直徑為30nm的纖維樣結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過幾次卷曲，形成染色體結(jié)構(gòu)。四、DNA的功能DNA是遺傳信息的載體，是復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模版。“基因”就是DNA中的堿基序列。一個生物體的全部基因序列稱為基因組?！盎颉敝蠨NA的堿基序列決定了其表達(dá)的蛋白質(zhì)的氨基酸的序列。第三節(jié) RNA結(jié)構(gòu)與功能RNA在生命活動中具有重要作用,它和蛋白質(zhì)共同負(fù)責(zé)基因的表達(dá)過程的調(diào)控。一、mRNA細(xì)胞核內(nèi)初合成的是不均一核RNAhnRNA，是mRNA的

10、前體，hnRNA經(jīng)過剪切加工轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓膍RNA。1.添加帽子結(jié)構(gòu)2.添加多聚腺苷酸尾巴帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能： mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位。 mRNA的穩(wěn)定性維系。 翻譯起始的調(diào)控。 mRNA的功能： 把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。二、tRNA占細(xì)胞總RNA的15%，由70-90個核苷酸組成的一類小分子RNA；其主要功能是在蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的載體，并按mRNA上的遺傳密碼順序“對號入座”地將其轉(zhuǎn)給蛋白質(zhì)。tRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.稀有堿基 含 1020% 稀有堿基，如 DHU2. 3´末端為 CCA

11、-OH 5´末端大多數(shù)為G3.二級結(jié)構(gòu)呈三葉草型結(jié)構(gòu)4.DHU環(huán)、TC環(huán)和反密碼子環(huán)5.三級結(jié)構(gòu)呈倒L型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。三、rRNA核糖體RNA是細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA，占細(xì)胞總RNA的80%以上。rRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合形成的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。原核生物含有三種rRNA，真核生物含有四種rRNA。在蛋白質(zhì)合成過程中，各種rRNA本身并無單獨(dú)執(zhí)行功能的能力，必須與多種蛋白質(zhì)結(jié)合成核糖體后才能發(fā)揮作用。rRNA的功能：參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所。起著裝配機(jī)的作用。四、小分子核內(nèi)RNAsnRNA是一類堿基數(shù)目小于300的小分子

12、RNA，參與mRNA的剪切加工。除了上述三種RNA外，細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，統(tǒng)稱為非mRNA小RNA(snmRNAs)。 snmRNAs的種類：核內(nèi)小RNA 、 核仁小RNA 、胞質(zhì)小RNA 、催化性小RNA 、小片段干涉 RNA 。 snmRNAs的功能：參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。五、核酶概念：核酶（ribozyme）是指一類具有催化作用的RNA。種類： （1）內(nèi)含子的自我剪接型 （2）異體催化的剪切型（3）自體催化的剪切型 （4）催化肽鍵的形成 有些rRNA具有催化功能，具有酶的性質(zhì)。核酶一級結(jié)構(gòu)沒有規(guī)律，二級結(jié)構(gòu)呈錘頭狀。第三節(jié) 核酸的理化性質(zhì)一、核

13、酸的一般性質(zhì)核酸是兩性電解質(zhì)，真核生物核酸多呈線性大分子。核酸溶液的黏度比較大 ，核酸粘度降低或消失，即意味著變性或降解。DNA分子的長度與直徑之比達(dá)到107，極易在機(jī)械力的作用下發(fā)生斷裂。核酸的沉降特性 。 二、核酸的紫外吸收核酸分子中的堿基含有共軛雙鍵，有紫外吸收的性質(zhì)，其最大吸收峰值在260nm。利用核酸的紫外吸收特性，可以用紫外分光光度法對DNA和RNA進(jìn)行定性和定量分析。 三、核酸的變性與復(fù)性（一） DNA的變性(denaturation)定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。方法：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、 酰胺以及某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。變性后其

14、它理化性質(zhì)變化： OD260增高 、粘度下降 、比旋度下降 、浮力密度升高 、酸堿滴定曲線改變 、生物活性喪失。增色效應(yīng)：DNA變性時其溶液OD260增高的現(xiàn)象。熱變性 解鏈曲線：如果在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對A260（A260代表溶液在260nm處的吸光率）值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。Tm值：變性是在一個相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達(dá)到最大值的50%時的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(Tm)。其大小與G+C含量成正比。（二） DNA的復(fù)性與分子雜交 1. DNA復(fù)性(renaturation)定義：在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋

15、構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性。熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過程稱為退火。減色效應(yīng)：DNA復(fù)性時，其溶液OD260降低。2. 核酸分子雜交(hybridization) 在DNA變性后的復(fù)性過程中，如果將不同種類的DNA單鏈分子或RNA分子放在同一溶液中，只要兩種單鏈分子之間存在著一定程度的堿基配對關(guān)系，在適宜的條件（溫度及離子強(qiáng)度）下，就可以在不同的分子間形成雜化雙鏈。這種現(xiàn)象稱為核酸分子雜交。這種雜化雙鏈可以在不同的DNA與DNA之間形成，也可以在DNA和RNA分子間或者RNA與RNA分子間形成。核酸分子雜交的應(yīng)用：（1）研究DNA分子中某一種基因的位置（2）定兩種核酸分子間的序列相似

16、性（3）檢測某些專一序列在待檢樣品中存在與否（4）是基因芯片技術(shù)的基礎(chǔ) 25分鐘掛圖或幻燈片：嘌呤和嘧啶的化學(xué)結(jié)構(gòu)掛圖或幻燈片：核苷和脫氧核苷掛圖或幻燈片：構(gòu)成核酸的堿基、核苷與相應(yīng)核苷酸的代號掛圖或幻燈片：核苷酸和環(huán)腺苷酸的結(jié)構(gòu)20分鐘掛圖或幻燈片：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)掛圖或幻燈片：DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)20分鐘掛圖或幻燈片：細(xì)胞內(nèi)主要RNA的分布與功能掛圖或幻燈片： mRNA5帽子結(jié)構(gòu)掛圖或幻燈片：tRNA的稀有堿基幻燈片：tRNA的二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)掛圖或幻燈片：生物18SrRNA的二級結(jié)構(gòu)錘頭核酶的結(jié)構(gòu)15分鐘掛圖或幻燈片：DNA解鏈溫度 教 案 末 頁小 結(jié)5分鐘通過這一課的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)掌握DNA的化學(xué)組成，基本單位，核酸的一級結(jié)構(gòu)，掌握DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，了解核小體和DNA的三級結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)掌握mRNA、tRNA、rRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能。掌握核酸變性、復(fù)性及分子雜交的概念；核酸一般的理化性質(zhì)。復(fù)習(xí)思考題及作業(yè)題1. 組成核酸的基本成分有哪些？2. 組成核酸的基本單位是什么？他們是如何連接的？3. 組成兩類核酸的主要核苷酸有哪些？4. DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的