核酸的化學(xué)精選課件

1、核酸的化學(xué)核酸的基本結(jié)構(gòu)單位核苷酸DNA的分子結(jié)構(gòu)與功能RNA的分子結(jié)構(gòu)與功能核酸的理化性質(zhì)第一節(jié) 概 述核酸(nucleic acid)的分類DNA（脫氧核糖核酸）RNA（核糖核酸）分布細胞核、線粒體細胞核、細胞質(zhì)功能遺傳信息的貯存和攜帶者參與遺傳信息的表達 核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ) 核酸的發(fā)現(xiàn)核酸的發(fā)現(xiàn) 1868年 瑞士外科醫(yī)生Friedrich Miesher 從膿細胞的核中分離出的一類含磷的化合物，呈酸性，命名為核酸 nucleic acid遺傳性的研究 肺炎球菌：S型-致病 不致病 R型-不致病 噬菌體：32P標(biāo)記核酸 35S標(biāo)記蛋白質(zhì)滅活第二節(jié) 核酸的基本組成單位核苷酸核酸的化學(xué)組成元

2、素組成 主要元素：C、H、O、N、P 特點：一般不含S P含量比較恒定：9-10% 應(yīng)用：核酸的定量分析 注意：與蛋白質(zhì)相區(qū)別核酸的分子組成 核酸 核苷酸 nucleotide 磷酸 核苷 戊糖 堿基 一、堿 基含氮雜環(huán)化合物分類：嘌呤purine-腺嘌呤A、鳥嘌呤G 嘧啶pyrimidine-胞嘧啶C、尿嘧啶U/胸腺嘧啶T DNA- A, G, C,T RNA- A, G, C,U稀有堿基：正常堿基的衍生物，甲基化、羥基化 含量低堿基的互變異構(gòu) 酮式烯醇式、氨基亞氨基氨式亞氨式互變異構(gòu)酮式烯醇式互變異構(gòu)二、戊糖 呋喃型 核糖（ribose）、脫氧核糖（deoxyribose） RNA中：,D

3、 核糖 DNA中：,D,2 脫氧核糖三、 核苷 戊糖C1與嘧啶N1或嘌呤N9形成N-C糖苷鍵四、核苷酸 戊糖C5羥基與磷酸縮合形成酯鍵 (d)NMP、（d）NDP、（d）NTP 環(huán)化核苷酸 如：cAMP、cGMP 五、多核苷酸的連接3,5-磷酸二酯鍵多聚核苷酸是通過一分子核苷酸的C3-OH與另一分子核苷酸的5-磷酸基形成磷酸二酯鍵相連而成的鏈狀聚合物。由脫氧核糖核苷酸聚合而成的稱為DNA鏈；由核糖核苷酸聚合而成的則稱為RNA鏈多核苷酸鏈的方向性: 5 磷酸末端、3 羥基末端表示方法5PAPCPGPCPTPGPTPA 3 或5 ACGCTGTA 3DNA與RNA結(jié)構(gòu)對比DNARNA堿基A、G、C

4、、TA、G、C、U戊糖,D,2 脫氧核糖,D 核糖核苷脫氧腺苷、鳥苷、胞苷、胸苷腺苷、鳥苷、胞苷、尿苷核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMPAMP、GMP、CMP、UMP第三節(jié) DNA分子的結(jié)構(gòu)與功能一、一級結(jié)構(gòu)核苷酸的排列順序，即堿基序列遺傳信息儲存于一級結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定因素： 3,5-磷酸二酯鍵二、二級結(jié)構(gòu) 1. 1953年, Watson&Crick, DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)兩條多核苷酸鏈，反向平行，右手螺旋 直徑約2nm，每個螺旋結(jié)構(gòu)含10對堿基，螺距3.4nm，大溝與小溝 脫氧核糖和磷酸交替出現(xiàn)在雙螺旋外側(cè)，組成DNA骨架，堿基位于內(nèi)部兩條鏈之間，堿基互補配對 A-T G-C，方向垂直長軸

5、形成大溝和小溝(有助于DNA結(jié)合蛋白與之識別和結(jié)合)維系雙螺旋穩(wěn)定：氫鍵、堿基堆積力 2. DNA結(jié)構(gòu)的多樣性右手螺旋：B型（主要）、A型、C型、D型左手螺旋：Z型三、三級結(jié)構(gòu)雙螺旋進一步折疊、盤曲形成超螺旋（正、負）生物體閉環(huán)DNA均以超螺旋形式存在（病毒、細菌、 線粒體DNA結(jié)構(gòu)）真核生物基因組DNA結(jié)構(gòu) 真核生物染色體DNA呈線性，染色體的基本結(jié)構(gòu)單位是核小體（nucleosome） 核心組蛋白(H2A、H2B、H3、H4） 核小體核心顆粒 串珠樣核小體 超螺旋的生物學(xué)意義 便于包裝 影響與調(diào)節(jié)分子的作用DNAH1、DNA第四節(jié) RNA的分子結(jié)構(gòu)與功能RNA分子結(jié)構(gòu)特點：四種NMP通過3

6、,5-磷酸二酯鍵形成的多核苷酸鏈主要為單鏈，可局部互補（A-U、C-G）形成雙鏈（發(fā)卡結(jié)構(gòu)）RNA的種類:mRNA 信使RNAtRNA 轉(zhuǎn)運RNArRNA 核糖體RNAhnRNA 核內(nèi)不均一RNAsnRNA 小分子核內(nèi)RNA一、信使RNAmessenger RNA, mRNA 功能：轉(zhuǎn)錄遺傳信息，蛋白質(zhì)翻譯的模板占總量的1-5%種類多，分子大小差異大不穩(wěn)定,壽命短真核細胞mRNA結(jié)構(gòu)特點5端帽子結(jié)構(gòu) 5端第一個核苷酸都是甲基化G (m7G), 5-5三磷酸酯鍵. 保護5端免受降解，并在翻譯中起作用3端尾巴結(jié)構(gòu) 多聚腺苷酸 (poly A), 20-200個 維持穩(wěn)定和翻譯活性堿基修飾存在編碼區(qū)

7、和非編碼區(qū)(UTR)單順反子: 一條mRNA只為一種蛋白質(zhì)編碼.5端帽子結(jié)構(gòu)原核細胞mRNA結(jié)構(gòu)特點多順反子：一分子mRNA含有多個蛋白質(zhì)的遺傳信息, 為多種蛋白質(zhì)編碼.無帽子、尾巴結(jié)構(gòu)無堿基修飾二、轉(zhuǎn)運RNAtransfer RNA, tRNA 功能：轉(zhuǎn)運特異氨基酸至核糖體,參與蛋白質(zhì)生物合成占總量的15%種類多，每種氨基酸至少一種相應(yīng)的tRNA與之結(jié)合一級結(jié)構(gòu)特點 1. 單鏈小分子，堿基組成恒定：73-93個核苷酸 2. 較多稀有堿基 3. 5端磷酸化， 5 pG常見 4. 3端CCA-OH：攜帶氨基酸部位二級結(jié)構(gòu)-三葉草形 局部互補配對形成雙鏈結(jié)構(gòu)（莖環(huán)樣結(jié)構(gòu)）具有四環(huán)四臂 4個環(huán)： D

8、HU環(huán) (二氫尿嘧啶環(huán)) 反密碼環(huán) TC環(huán) 可變環(huán)（附加叉） 4個臂： 氨基酸臂接收活化的氨基酸三級結(jié)構(gòu)倒L形 結(jié)合氨基酸部位、反密碼子環(huán)三、核糖體RNA ribosomal RNA ，rRNA功能：與蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體(ribosome)，是蛋白質(zhì)生物合成的場所細胞內(nèi)含量最豐富，80%核糖體:大亞基接受氨基酸 小亞基結(jié)合mRNA原核生物70S 小亞基30S (16S rRNA) 大亞基50S (5S 23S rRNA)真核生物80S 小亞基40S (18S rRNA) 大亞基60S (28S 5.8S 5S rRNA)四、其它RNA（一） 核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）真核細胞mRNA的前體

9、加工：加帽，加尾，修飾，剪接，編輯 10%（二）小分子核內(nèi)RNA（snRNA） 與蛋白質(zhì)組裝成小分子核內(nèi)核蛋白顆粒（snRNPs) 參與mRNA的剪接、加工（三）小分子胞漿RNA, scRNA 與蛋白質(zhì)組裝成小分子胞漿內(nèi)蛋白顆粒 功能不清五、核酶（ribozyme)具有催化活性的RNA第五節(jié) 核酸的理化性質(zhì)一、一般理化性質(zhì)生物大分子較強酸性 酸性條件下穩(wěn)定黏度 DNARNADNA易斷裂，RNA易降解二、紫外吸收性質(zhì)堿基中含有共軛雙鍵，最大吸收峰260nm，OD260可用于核酸的定性、定量分析OD260 / OD2801OD=50g DNA雙鏈/40g RNA/33g DNA單鏈三、變性、復(fù)性與

10、雜交（一）變性 (denaturation)概念：理化因素，破壞氫鍵、堿基堆積力，導(dǎo)致DNA二級結(jié)構(gòu)破壞，DNA雙連解離成為兩條單鏈變性后理化性質(zhì)的改變：黏度降低增色效應(yīng)(hyperchromic effect)吸光度：天然DNA變性后DNA游離核苷酸混合物吸光度之和融解溫度(melting temperature Tm) 50%雙螺旋結(jié)構(gòu)被破壞影響Tm值的因素影響因素：堿基組成(GC含量)、分子長度、變性條件（二）復(fù)性（renaturation)/ 退火（annealing)同源的兩條DNA鏈在適宜條件下可自動退火, 重新形成雙鏈的過程. 理化性質(zhì)得到恢復(fù)發(fā)生于變性分開的互補序列之間適宜條件

11、分子基礎(chǔ)：堿基互補配對兩個階段（三）雜交（hybridization)不同來源的核苷酸鏈之間的復(fù)性。DNA-DNA,RNA-DNA, RNA-RNA之間雜交. 分子基礎(chǔ)：堿基互補配對分子探針技術(shù) 探針: 經(jīng)同位素標(biāo)記的已知序列的核酸片斷第六節(jié) 核酸酶與核酸序列測定一、核酸酶（nuclease)水解核酸分類：按底物：DNA酶、RNA酶按催化部位：外切核酸酶(exonuclease) 內(nèi)切核酸酶 （endonuclease)二、核苷酸序列測定一般核酸內(nèi)切酶限制性核酸內(nèi)切酶本章要點核酸元素組成特點. 各種堿基, 核苷和核苷酸的中文名稱及英文縮寫符號.DNA與RNA分子組成的異同.核苷酸之間的連接方式; 堿基配對規(guī)律DNA的分子結(jié)構(gòu)與功能：二級結(jié)構(gòu)RNA的分子