03 第三章 核酸的結(jié)構(gòu)與功能課件

1、第 三 章核酸的結(jié)構(gòu)和功能Structure and Function of Nucleic Acid護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材核 酸(nucleic acid) 以核苷酸為基本組成單位，通過(guò)35-磷酸二酯鍵鏈接，含磷元素的酸性生物大分子化合物，攜帶和傳遞遺傳信息護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材核酸的分類(lèi)及分布 90%以上分布于細(xì)胞核攜帶遺傳信息，決定細(xì)胞和個(gè)體的基因型分布于胞核、胞液參與細(xì)胞內(nèi)DNA遺傳信息的表達(dá)(ribonucleic acid, RNA)(deoxyribonucleic acid, DNA)脫氧核糖核酸 核糖核酸分類(lèi)護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材第一節(jié)核酸的分子組成The Molecular Organ

2、ization of Nucleic Acid核酸(DNA和RNA)核苷酸核苷和脫氧核苷磷酸戊糖堿基嘌呤嘧啶核糖脫氧核糖DNA的組成單位是脫氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide）RNA的組成單位是核糖核苷酸（ribonucleotide）。護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材核酸的化學(xué)組成 1. 元素組成C、H、O、N、P（9 % 10%）2. 分子組成 - 核苷酸 堿基(base)：嘌呤堿，嘧啶堿 戊糖(ribose)：核糖，脫氧核糖 磷酸(phosphate)護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材嘌呤(purine) 腺嘌呤(adenine, A)鳥(niǎo)嘌呤(guanine, G)護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材嘧啶(pyrim

3、idine)胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶(uracil, U)胸腺嘧啶(thymine, T)護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材核苷：AR, GR, UR, CR脫氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR三、核苷、核苷酸與多核苷酸1. 核苷(ribonucleoside)的形成堿基和核糖（脫氧核糖）通過(guò)糖苷鍵連接形成核苷（脫氧核苷）11脫氧核苷嘌呤N-9 與脫氧核糖C-1通過(guò)-N-糖苷鍵相連形成脫氧核苷(deoxyribonucleoside)。 嘧啶N-1與核糖C-1通過(guò)-N-糖苷鍵相連形成核苷(ribonucleoside)。 核 苷NNNH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷鍵O1護(hù)理學(xué)

4、專(zhuān)業(yè)本科教材核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脫氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷（脫氧核苷）和磷酸以磷酸酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸） 2. 核苷酸的結(jié)構(gòu)與命名核苷或脫氧核苷與磷酸通過(guò)酯鍵結(jié)合構(gòu)成核苷酸(ribonucleotide)或脫氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。核苷酸 (ribonucleotide)NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO-HOO糖苷鍵酯鍵3.多磷酸核苷酸 構(gòu)成RNA的堿基、核苷以及核苷酸堿基 核苷 核苷酸A 腺苷adenosine 腺苷一磷酸adenosine monophosphate, AMP

5、G 鳥(niǎo)苷guanosine 鳥(niǎo)苷一磷酸guanosine monophosphate, GMPC 胞苷cytidine 胞苷一磷酸cytidine monophosphate, CMPU 尿苷uridine 尿苷一磷酸uridine monophosphate, UMP構(gòu)成DNA的堿基、核苷、核苷酸堿基脫氧核苷脫氧核苷酸A脫氧腺苷 deoxyadenosine脫氧腺苷一磷酸deoxyadenosine monophosphate, dAMPG脫氧鳥(niǎo)苷deoxyguanosine脫氧鳥(niǎo)苷一磷酸deoxyguanosine monophosphate, dGMPC脫氧胞苷deoxycytidine

6、脫氧胞苷一磷酸deoxycytidine monophosphate, dCMPT脫氧胸苷deoxythymidine或thymidine脫氧胸苷一磷酸deoxythymidine monophosphate, dTMP環(huán)化核苷酸：cAMP、cGMP，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的第二信使。cAMP4. 一些核苷酸衍生物生物氧化體系的重要成分，在傳遞質(zhì)子或電子的過(guò)程中具有重要的作用。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸，nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+）護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材第三節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)與功能Dimensional Structure and Function of DNA

7、 DNA是脫氧核苷酸通過(guò)3,5-磷酸二酯鍵連接形成的大分子一個(gè)脫氧核苷酸3的羥基與另一個(gè)核苷酸5的-磷酸基團(tuán)縮合形成磷酸二酯鍵(phosphodiester bond)。 多個(gè)脫氧核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵構(gòu)成了具有方向性的線性分子，稱(chēng)為多聚脫氧核苷酸(polydeoxynucleotide)，即DNA鏈。5-末端3-末端CGA磷酸二酯鍵磷酸二酯鍵交替的磷酸基團(tuán)和戊糖構(gòu)成了DNA的骨架 (backbone)。DNA鏈的方向是5 3護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材一、核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)核酸中核苷酸從5末端到3末端的排列順序核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱(chēng)為堿基序列5端3端CGA護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材A G P5 P

8、T PG PC PT P OH 3 核酸的書(shū)寫(xiě)方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 單鏈DNA和RNA分子的大小常用核苷酸數(shù)目（nucleotide，nt）表示；雙鏈核酸分子的大小常用堿基(base或kilobase)數(shù)目來(lái)表示。小的核酸片段(80)。rRNA與核糖體蛋白結(jié)合組成核糖體(ribosome)，為蛋白質(zhì)的合成提供場(chǎng)所。三、核糖體RNA護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材核糖體的組成原核生物（以大腸桿菌為例）真核生物（以小鼠肝為例）小亞基30S40SrRNA16S1542個(gè)核苷酸18S1874個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)21種占總重量的40%33種占總重量的50%大亞基50S6

9、0SrRNA23S5S2940個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸28S5.85S5S4718個(gè)核苷酸160個(gè)核苷酸120個(gè)核苷酸蛋白質(zhì)31種占總重量的30%49種占總重量的35%大腸桿菌的核蛋白體護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材18s rRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材四 、其他RNA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(lèi)的小分子RNA，統(tǒng)稱(chēng)為非編碼小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs) snmRNAs長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non-coding RNA ）lncRNA護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材snmRNAs的種類(lèi)核內(nèi)小RNA核仁小RNA胞質(zhì)小RNA催化性小RNA小

10、片段干涉 RNA snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)核內(nèi)小RNA（small nuclear RNA, snRNA）位于細(xì)胞核內(nèi)。snRNA有5種，分別稱(chēng)為U1、U2、U4、U5、U6，它們與多種蛋白形成復(fù)合體，參與真核細(xì)胞hnRNA的內(nèi)含子加工剪接。核仁小RNA（small nucleolar RNA, snoRNA）：定位于核仁，主要參與rRNA的加工和修飾。胞質(zhì)小RNA（small cytoplasmic RNA, scRNA）：存在于細(xì)胞質(zhì)中，參與形成信號(hào)識(shí)別顆粒，引導(dǎo)含有信號(hào)肽的蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位合成。 催化性小RNA亦被稱(chēng)為核酶（ribozyme）。是細(xì)胞內(nèi)

11、具有催化功能的一類(lèi)小分子RNA，具有催化特定RNA降解的活性，在RNA的剪接修飾中具有重要作用。小干擾RNA（small interfering RNA，siRNA）是生物宿主對(duì)于外源侵入基因表達(dá)的雙鏈RNA進(jìn)行切割所產(chǎn)生的具有特定長(zhǎng)度（2123 bp）和特定序列的小片段RNA。這些siRNA可以單鏈形式與外源基因表達(dá)的mRNA相結(jié)合，并誘導(dǎo)相應(yīng)mRNA降解。 護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材 lncRNA 功能 lncRNA在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似于mRNA，但序列中不存在開(kāi)放讀框。lncRNA具有復(fù)雜的生物學(xué)功能，并與一些疾病的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。有的lncRNA能使基因沉默，有的則激活基因的表達(dá)。 護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教

12、材RNA組學(xué)是研究細(xì)胞中全部RNA基因和RNA的分子結(jié)構(gòu)和功能 RNA組學(xué)護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材核 酸 的 理 化 性 質(zhì)The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第 五 節(jié)護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材一、核酸的一般理化性質(zhì)護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材1. DNA或RNA的定量A260相當(dāng)于50g/ml雙鏈DNA40g/ml單鏈DNA（或RNA）20g/ml寡核苷酸2.判斷核酸樣品的純度DNA純品: A260/A280 RNA純品: A260/A280 A260的應(yīng)用護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材二、DNA的變性、復(fù)性定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開(kāi)成兩條單

13、鏈的過(guò)程。方法：過(guò)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。1. DNA的變性(denaturation)護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材變性后其他理化性質(zhì)變化：A260增高 黏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護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材變性引起紫外吸收值的改變DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)其溶液A260增高的現(xiàn)象護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材熱變性解鏈曲線：如果在連續(xù)加熱DNA的過(guò)程中以溫度對(duì)A260值作圖，所得的曲線稱(chēng)為解鏈曲線護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材 Tm：DNA分子達(dá)到50%解鏈時(shí)的溫度稱(chēng)為解鏈溫度，又稱(chēng)熔解溫度(melting temperature, Tm)；其大小與G+C含量成正比。護(hù)理學(xué)專(zhuān)業(yè)本科教材2. DNA的復(fù)性 DNA復(fù)性(renaturation)在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)性減色效應(yīng)DNA復(fù)性時(shí)，其溶液A260降低熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可