生命與化學(xué)專業(yè)知識(shí)講座市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、(3)、核酸第1頁(yè)第1頁(yè)蛋白質(zhì)是生物體用以表示各項(xiàng)功效詳細(xì)工具，而核酸是生物用來(lái)制造蛋白質(zhì)模型。沒(méi)有核酸，就沒(méi)有蛋白質(zhì)。因此，核酸是最主線生命物質(zhì)基礎(chǔ)。它是生物體遺傳物質(zhì)第2頁(yè)第2頁(yè) 核酸（RNA，DNA）核苷酸 磷 酸 核 苷戊糖（核糖或脫氧核糖）堿基（A，T，C，G A，G，C，U）核酸由核苷酸通過(guò)脫水而得，即核苷酸是核酸單體。第3頁(yè)第3頁(yè)RNA: R 為 OH 堿基為C、A、G和UDNA: R 為 H 堿基為C、A、G和TOHPOOCH2OHRHOO堿基戊糖磷酸核苷酸分子結(jié)構(gòu)式第4頁(yè)第4頁(yè)核酸單鏈戊糖磷酸第5頁(yè)第5頁(yè)核酸DNARNA核苷酸（基本單元）腺嘌呤脫氧核苷酸鳥(niǎo)嘌呤脫氧核苷酸胞嘧啶

2、脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸腺嘌呤核苷酸鳥(niǎo)嘌呤核苷酸胞嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸堿基腺嘌呤（A）鳥(niǎo)嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）腺嘌呤（A）鳥(niǎo)嘌呤（G）胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）戊糖D-2-脫氧核糖D-核糖酸磷酸磷酸第6頁(yè)第6頁(yè)腺嘌呤（A） 鳥(niǎo)嘌呤（G）胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U） 堿基第7頁(yè)第7頁(yè)1957 （拖德）Sir Alexander R. Todd (Great Britain, *2.7.1907) Great Britain, Cambridge University, for his work on nucleotides and nucleotide co-en

3、zymes. 弄清了核酸化學(xué)結(jié)構(gòu)式-一級(jí)結(jié)構(gòu)第8頁(yè)第8頁(yè)1980 The Prize was divided, one half being awarded to: Paul Berg (USA, *30.6.1926) USA, Stanford University, Stanford, CA, for his fundamental studies of the biochemistry of nucleic acids, with particular regard to recombinant-DNA; and the other half jointly to:Walter Gil

4、bert (USA, *21.3.1932) USA, Biological Laboratories, Cambridge, MA, andFrederick Sanger (Great Britain, 13.8.1918) USA, Great Britain, MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, for their contributions concerning the determination of base sequences in nucleic acids. 第9頁(yè)第9頁(yè)單鏈DNA雙鏈結(jié)合磷酸糖鏈在外，堿基在里，一

5、條鏈上堿基與另一條鏈上堿基以H bond形式互相結(jié)合。其中又有什么規(guī)律呢？第10頁(yè)第10頁(yè)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則 DNA雙鏈之間存在著依據(jù)其堿基性質(zhì)嚴(yán)格兩兩配正確關(guān)系：即一條鏈上堿基A(腺嘌呤)與另一鏈上T(胸腺嘧啶)之間通過(guò)兩個(gè)氫鍵配對(duì)，同時(shí)C(胞嘧啶)與G(鳥(niǎo)嘌呤)之間通過(guò)三個(gè)氫鍵配對(duì)，且只能是A-T、C-G配對(duì)。第11頁(yè)第11頁(yè) 1953年4月25日美國(guó)化學(xué)家J. Waston和F. H. C. Crick在自然雜志上發(fā)表文章，宣布發(fā)覺(jué)了DNA。依據(jù)X-射線結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)提出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。第12頁(yè)第12頁(yè)The Nobel Prize in Physiology or Medicine

6、 1962Francis Harry Compton Crick(1916-)United Kingdom Institute of Molecular Biology Cambridge, United Kingdom James Dewey Watson(1928-)USA Harvard University Cambridge, MA, USA for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids.” 第13頁(yè)第13頁(yè)右手螺旋直徑為20埃兩條核苷酸夾角為36度沿中心軸每旋轉(zhuǎn)一周有10個(gè)核苷酸螺

7、距為34埃堿基平面與中心軸垂直第14頁(yè)第14頁(yè)雙螺旋結(jié)構(gòu)同時(shí)也是DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)!第15頁(yè)第15頁(yè) 大腸桿菌染色體DNA長(zhǎng)度為1.4mm，由4106個(gè)堿基對(duì)構(gòu)成。人DNA分子長(zhǎng)度為0.99m，由2.9109(約30億)個(gè)堿基對(duì)構(gòu)成。若把構(gòu)成每一個(gè)人體約31014個(gè)細(xì)胞中DNA長(zhǎng)總加起來(lái)，其長(zhǎng)度可自地球到太陽(yáng)往返一百次以上。第16頁(yè)第16頁(yè)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)不象DNA分子那樣呈極有規(guī)律雙螺旋狀態(tài)。在分子內(nèi)鏈有許多本身回折區(qū)域，這些區(qū)域存在雙螺旋結(jié)構(gòu)，并符合堿基配對(duì)規(guī)律。與DNA不同是在RNA中與腺嘌呤（A）配正確是尿嘧啶（U）。在堿基不能配正確區(qū)域則形成突起環(huán)（突環(huán)）。 第17頁(yè)第17頁(yè)

8、DNA復(fù)制DNA在復(fù)制時(shí)，首先是構(gòu)成雙螺旋二條鏈先拆分成兩條單鏈，以DNA單鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)原則合成出一條互補(bǔ)新鏈，這樣新形成兩個(gè)子代DNA分子就與本來(lái)DNA分子堿基順序完全同樣。 第18頁(yè)第18頁(yè)DNA半保留復(fù)制第19頁(yè)第19頁(yè)第20頁(yè)第20頁(yè)在此過(guò)程中，每個(gè)子代雙鏈DNA分子中都有一條來(lái)自母代DNA，另一條則是新合成。這種復(fù)制方式稱做半保留復(fù)制 。由于堿基嚴(yán)格互補(bǔ)原則，這種DNA半保留復(fù)制過(guò)程極為可靠，發(fā)生錯(cuò)誤也許性僅為一萬(wàn)億分之一，這就確保了生物種穩(wěn)定性和延續(xù)性。 第21頁(yè)第21頁(yè)生命“中心法則”基因表示（gene expression）與調(diào)控：從DNA到蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄（transcr

9、iption）遺傳信息自DNA轉(zhuǎn)錄給RNA 翻譯（translation)從RNA到蛋白質(zhì)過(guò)程第22頁(yè)第22頁(yè)DNA核苷酸序列是遺傳信息儲(chǔ)存者，它能夠通過(guò)自我復(fù)制得以保留，通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成mRNA，進(jìn)而翻譯成蛋白質(zhì)過(guò)程來(lái)控制生命現(xiàn)象，這就是生命科學(xué)中中心法則。有些RNA病毒能夠由RNA轉(zhuǎn)錄出DNA，稱為逆轉(zhuǎn)錄 第23頁(yè)第23頁(yè)第24頁(yè)第24頁(yè)苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止信號(hào)終止信號(hào)半胱氨酸半胱氨酸終止信號(hào)色氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷酰胺谷酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸和甲酰甲硫氨酸蘇氨酸蘇

10、氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸瀕氨酸紙氨酸級(jí)氨酸繚氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG中間堿基5磷酸末端堿基3-0H基末端堿基UCAGUCAGUCAGUCAGUCAG信使RNA上每3個(gè)核苷酸翻譯成蛋白質(zhì)鏈上一個(gè)氨基酸，把這3個(gè)核苷酸稱為遺傳密碼，也稱三聯(lián)體密碼或密碼子。一共有64種遺傳密碼 。 第25頁(yè)第25頁(yè)第26頁(yè)第26頁(yè)1989 The Prize was awarded jointly to: Sidney Altman (Canada, *8.5.1939) USA, Yale Universi

11、ty, New Haven, CT, andThomas Robert Cech (USA, *8.12.1947) USA, University of Colorado, Boulder, CO, for their discovery of catalytic properties of RNA. 第27頁(yè)第27頁(yè)基因與染色體基因(gene)本質(zhì)DNA（RNA） 1090年丹麥遺傳學(xué)家W. Johansen將孟德?tīng)栠z傳因子更名為基因。 基因就是有遺傳效應(yīng)DNA片段。一個(gè)基因通常有1000-5000個(gè)堿基對(duì).一個(gè)DNA分子能夠含有多達(dá)上萬(wàn)個(gè)基因。人有46條染色體，大約含有30億個(gè)堿基對(duì)，相

12、稱于一百萬(wàn)個(gè)基因。 第28頁(yè)第28頁(yè)科學(xué)家初次公布人類基因組草圖“基本信息” 2月12日，中、美、日、德、法、英6國(guó)科學(xué)家聯(lián)合宣布，他們又繪制出了愈加準(zhǔn)確、清楚、完整人類基因組圖譜。 通過(guò)初步測(cè)定和分析，人類基因組共有32億個(gè)堿基對(duì)，包括了大約3萬(wàn)到4萬(wàn)個(gè)蛋白編碼基因。 第29頁(yè)第29頁(yè)第30頁(yè)第30頁(yè)錦繡般中國(guó)云南紅河哈尼梯田，成為4月5日出版美國(guó)科學(xué)雜志封面。這份世界權(quán)威學(xué)術(shù)期刊，以封面文章形式和明顯篇幅，登出中國(guó)科學(xué)家繪出水稻基因組工作框架圖歷史性論文。這是由中國(guó)科學(xué)家獨(dú)立完畢一項(xiàng)世界級(jí)研究結(jié)果，它標(biāo)志著在基因組學(xué)這一生命科學(xué)前沿領(lǐng)域，中國(guó)已部分具備世界領(lǐng)先實(shí)力。 科學(xué)雜志總編肯尼迪指出

13、，發(fā)表水稻基因組草圖是科學(xué)史上一個(gè)主要事件。他認(rèn)為，從近期應(yīng)用和改進(jìn)人類福利方面來(lái)說(shuō)，水稻基因組草圖也許會(huì)被證實(shí)比人類基因組草圖還要故意義。 第31頁(yè)第31頁(yè)第32頁(yè)第32頁(yè)基因結(jié)構(gòu)改變會(huì)引起生物體性狀巨大改變，這樣突變是由基因結(jié)構(gòu)改變引起，因此叫“基因突變”.“可見(jiàn)突變”-紅花變白花“致死突變”-有些突變對(duì)機(jī)體生命活動(dòng)影響很大，往往造成機(jī)體死亡“條件致死突變”-一些突變能夠使生物生存條件發(fā)生改變，比如T4噬菌體溫度敏感型突變，在42OC時(shí)致死，在25OC卻能存活.基因突變第33頁(yè)第33頁(yè)鐮刀狀貧血病是由于血紅蛋白基因中一個(gè)核苷酸T突變?yōu)锳(遺傳密碼由CTT變?yōu)镃AT)，造成蛋白質(zhì)中一個(gè)谷氨酸

14、被纈氨酸代替，從而引起脫氧血紅蛋白溶解度下降，在細(xì)胞內(nèi)成膠或聚合，使紅細(xì)胞變成鐮刀狀，并且喪失結(jié)合氧分子能力。 鐮刀狀紅細(xì)胞第34頁(yè)第34頁(yè) 假如DNA復(fù)制是絕對(duì)可靠、絕對(duì)沒(méi)有任何錯(cuò)誤話，那么生物體突變就只能靠外界原因才干引起，生物進(jìn)化和生物界面貌也就不會(huì)是今天這個(gè)樣子了，當(dāng)然也就不也許有些人類了。 第35頁(yè)第35頁(yè)染色體存在于細(xì)胞核內(nèi)，是由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成纖絲狀物質(zhì)，因其碰到堿性染料可顯色，因此稱為染色體。DNA是染色體主要成份之一。真核類染色體中DNA約占30%，蛋白質(zhì)占6070%，尚有少許RNA。同一機(jī)體幾乎所有細(xì)胞在它們核中都含有相同染色體。 染色體 第36頁(yè)第36頁(yè) 原核生物(如細(xì)

15、菌和蘭藻等)每個(gè)細(xì)胞只含有一個(gè)染色體，真核生物(如人、動(dòng)物和植物等)每個(gè)細(xì)胞則含有多個(gè)染色體。大部分有性生物擁有550對(duì)染色體，各種生物染色體數(shù)目是恒定，比如人體正常細(xì)胞中染色體為46條(即23對(duì))，馬有32對(duì)，狗有39對(duì)，大豆有20對(duì)。同樣染色體有2套，每一套由一個(gè)親體遺傳而得。 第37頁(yè)第37頁(yè) 在細(xì)胞增殖周期一定階段整個(gè)染色體組都將發(fā)生準(zhǔn)確復(fù)制，隨后以染色體為單位把復(fù)制基因組分派到兩個(gè)子代細(xì)胞中去。染色體DNA復(fù)制與細(xì)胞分裂之間存在密切關(guān)系。一旦復(fù)制完畢，即可發(fā)生細(xì)胞分裂；細(xì)胞分裂結(jié)束后，又可開(kāi)始新一輪DNA復(fù)制。第38頁(yè)第38頁(yè)DNA重組-Recombination-基因工程1980 The Prize was divided, one half being awarded to: Paul Berg (USA, *30.6.1926) USA, Stanford University, Stanford, CA, for his fundamental studies of the biochemistry of nucleic acids, with particular regard to recombinant-DNA; DNA重組鼻祖第39頁(yè)第39頁(yè) DNA重組技術(shù)也就是基因克隆技術(shù)，是基因工程關(guān)鍵技術(shù)。重組，顧名思義，就是重新組合，即