核酸的結(jié)構(gòu)與功能2

核酸的結(jié)構(gòu)與功能演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有94頁\編輯于星期五1（優(yōu)選）第核酸的結(jié)構(gòu)與功能現(xiàn)在是2頁\一共有94頁\編輯于星期五2在1869年，F(xiàn).Mischer從細胞核中分離得到一種含磷很高的強酸性物質(zhì)，即現(xiàn)在被稱為核酸的物質(zhì)。1944年Avery等人通過細菌轉(zhuǎn)化試驗證明了DNA是遺傳物質(zhì)。1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)1958Crick提出遺傳信息傳遞的中心法則1968年Nirenberg發(fā)現(xiàn)遺傳密碼1981年Gilbert和Sanger建立DNA測序方法1985年Mullis發(fā)明PCR技術(shù)現(xiàn)在是3頁\一共有94頁\編輯于星期五3核酸(nucleicacid)

是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，起攜帶和傳遞遺傳信息的作用。現(xiàn)在是4頁\一共有94頁\編輯于星期五4核酸的分類及分布存在于細胞核(90%)和線粒體內(nèi)。存在于胞核、胞液和線粒體。(deoxyribonucleicacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脫氧核糖核酸核糖核酸攜帶遺傳信息，決定細胞和個體的遺傳型(genotype)。參與遺傳信息的復(fù)制與表達。某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體?，F(xiàn)在是5頁\一共有94頁\編輯于星期五5第一節(jié)核酸的化學(xué)組成及一級結(jié)構(gòu)TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid現(xiàn)在是6頁\一共有94頁\編輯于星期五6核酸的基本組成單位是核苷酸

(nucleotide)。堿基戊糖磷酸核苷酸核苷核酸DNA的基本組成單位是脫氧核糖核苷酸。RNA的基本組成單位是核糖核苷酸?，F(xiàn)在是7頁\一共有94頁\編輯于星期五7嘌呤嘧啶堿基腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有一、核苷酸的結(jié)構(gòu)每種核酸都含有四種堿基?，F(xiàn)在是8頁\一共有94頁\編輯于星期五8嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鳥嘌呤(guanine,G)堿基游離氫：可形成糖苷鍵現(xiàn)在是9頁\一共有94頁\編輯于星期五9嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶(thymine,T)現(xiàn)在是10頁\一共有94頁\編輯于星期五10

五種堿基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亞氨基的互變異構(gòu)。這兩種異構(gòu)體的平衡關(guān)系受介質(zhì)酸堿環(huán)境的影響。

現(xiàn)在是11頁\一共有94頁\編輯于星期五11戊糖（構(gòu)成RNA）核糖(ribose)（構(gòu)成DNA）脫氧核糖(deoxyribose)現(xiàn)在是12頁\一共有94頁\編輯于星期五12堿基和核糖（或脫氧核糖）通過糖苷鍵連接形成核苷(nucleoside)

（或脫氧核苷）。現(xiàn)在是13頁\一共有94頁\編輯于星期五13核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脫氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP

核苷（脫氧核苷）和磷酸以酯鍵連接形成核苷酸（脫氧核苷酸）。

現(xiàn)在是14頁\一共有94頁\編輯于星期五14多磷酸核苷酸：

NMP，NDP，NTP現(xiàn)在是15頁\一共有94頁\編輯于星期五15環(huán)化核苷酸:cAMP，cGMP含核苷酸的生物活性物質(zhì)：NAD+、NADP+、CoASH、FAD等都含有AMP現(xiàn)在是16頁\一共有94頁\編輯于星期五16二、核酸的一級結(jié)構(gòu)定義核酸中核苷酸的排列順序。由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列?，F(xiàn)在是17頁\一共有94頁\編輯于星期五175′端3′端核苷酸之間以3,5-磷酸二酯鍵連接形成多核苷酸鏈，即核酸。CGA現(xiàn)在是18頁\一共有94頁\編輯于星期五18書寫方法現(xiàn)在是19頁\一共有94頁\編輯于星期五19

DNA與RNA的區(qū)別核酸堿基戊糖DNAA、G、C、T脫氧核糖RNAA、G、C、U核糖現(xiàn)在是20頁\一共有94頁\編輯于星期五20第二節(jié)DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能DimensionalStructureandFunctionofDNA現(xiàn)在是21頁\一共有94頁\編輯于星期五21一、DNA的二級結(jié)構(gòu)——雙螺旋結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是22頁\一共有94頁\編輯于星期五22要點（1）兩條鏈反向平行，繞同一軸相互纏繞成右手螺旋；（2）磷酸和戊糖交替處于螺旋外圍，堿基處于內(nèi)部，形成堿基對；(3)雙螺旋的直徑為2nm，堿基堆積距離為0.34nm；（4）一條鏈的核苷酸序列可以決定另一條互補鏈的核苷酸序列?，F(xiàn)在是23頁\一共有94頁\編輯于星期五23（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景B.堿基組成分析Chargaff規(guī)則：[A]=[T][G]=[C]C.堿基的理化數(shù)據(jù)分析A-T、G-C以氫鍵配對較合理

A.DNA纖維的X-線衍射圖譜分析現(xiàn)在是24頁\一共有94頁\編輯于星期五24(1)衍射斑點呈交叉狀分布(2)衍射點之間的距離與層次表明有0.34nm和3.4nm的周期性(3)圖的頂上和底部是最強的衍射斑點，呈帶狀DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景A.DNA的X-射線衍射圖：現(xiàn)在是25頁\一共有94頁\編輯于星期五25M.H.F.Wilkins&RosalindFrankin

X~rayphotographofDNAwithhighquality

1952年現(xiàn)在是26頁\一共有94頁\編輯于星期五26羅莎林德﹒弗蘭克林RosalindFranklin（1920-1958）現(xiàn)在是27頁\一共有94頁\編輯于星期五27羅莎林德﹒弗蘭克林RosalindFranklin（1920-1958）

英國物理化學(xué)家。1920年生于倫敦，15歲就立志要當科學(xué)家。她早年畢業(yè)于劍橋大學(xué)，專業(yè)是物理化學(xué)。1945年，獲得博士學(xué)位之后，她前往法國學(xué)習(xí)X射線衍射技術(shù)。1951年，她回到英國，在倫敦大學(xué)國王學(xué)院取得了一個職位。此后，弗蘭克林加入到了研究DNA結(jié)構(gòu)的行列并加盟到威爾金斯小組。她憑著獨特的思維，設(shè)計了更能從多方面了解物質(zhì)不同現(xiàn)象的實驗方法，獲取了在不同溫度下的DNA的X射線衍射圖。她把這些各種局部的結(jié)構(gòu)形狀匯總，使得DNA的衍射圖片越來越全面。1952年5月她終于獲得了一張清晰的DNA的X光衍射照片。因此，弗蘭克林與威爾金斯提出了DNA的結(jié)構(gòu)可能是雙螺旋結(jié)構(gòu)的假設(shè)。為Crick和Watson進一步論證DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在是28頁\一共有94頁\編輯于星期五28

1951年Franklin和Wilkins利用X-射線衍射方法分析了DNA的晶體，得到了DNAX-射線衍射圖。從衍射圖推測出DNA的結(jié)構(gòu)是一個螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋沿著螺旋的長軸有兩個周期性，第一個周期出現(xiàn)在0.34nm，第二個周期出現(xiàn)在3.4nm。這對于確定DNA的結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的線索。

DNA晶體X-射線衍射圖現(xiàn)在是29頁\一共有94頁\編輯于星期五2920世紀40年代末50年代初，ErwinChargaff等科學(xué)家應(yīng)用紙層析和紫外分光光度技術(shù)研究多種生物的DNA分子的堿基成分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)所有DNA分子中A=T，G=C(2)不同物種的DNA組成不同；(3)同一物種不同組織和器官的DNA堿基組成一樣，與生長、發(fā)育、營養(yǎng)狀況和環(huán)境條件無關(guān)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景B.DNA的堿基組成分析：（Chargaff定則）現(xiàn)在是30頁\一共有94頁\編輯于星期五30現(xiàn)在是31頁\一共有94頁\編輯于星期五31C、DNA的堿基物化數(shù)據(jù)如堿基的幾何大小、鍵長鍵角數(shù)據(jù)、酸堿滴定等。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景現(xiàn)在是32頁\一共有94頁\編輯于星期五32已知的核酸化學(xué)數(shù)據(jù)現(xiàn)在是33頁\一共有94頁\編輯于星期五33（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點1.兩條鏈反向平行，圍繞同一中心軸構(gòu)成右手雙螺旋(doublehelix)。螺旋直徑2nm，表面有大溝和小溝。2.磷酸-脫氧核糖骨架位于螺旋外側(cè)，堿基垂直于螺旋軸而伸入內(nèi)側(cè)。每圈螺旋含10個堿基對

(bp)，螺距為3.4nm。現(xiàn)在是34頁\一共有94頁\編輯于星期五343.兩條鏈通過堿基間的氫鍵相連，A對T有兩個氫鍵，C對G有三個氫鍵，這種A-T、C-G配對的規(guī)律，稱為堿基互補規(guī)則。4.維持雙螺旋穩(wěn)定的因素：橫向為氫鍵，縱向為堿基間的堆積力?，F(xiàn)在是35頁\一共有94頁\編輯于星期五35堿基平面與縱軸垂直，糖環(huán)平面與縱軸平行現(xiàn)在是36頁\一共有94頁\編輯于星期五36堿基互補配對TAGC現(xiàn)在是37頁\一共有94頁\編輯于星期五37B型DNA雙螺旋是核酸二級結(jié)構(gòu)的重要形式。當改變了溶液的離子強度和相對濕度時，DNA螺旋結(jié)構(gòu)可以改變，除B型外，還有Z型及A型。在體內(nèi)，不同構(gòu)象的DNA可能與基因表達的調(diào)控有關(guān)。（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性現(xiàn)在是38頁\一共有94頁\編輯于星期五38Z型DNAB型DNAA型DNA現(xiàn)在是39頁\一共有94頁\編輯于星期五39三種類型DNA雙螺旋的比較類型螺旋方向螺距nm每圈bp數(shù)螺旋直徑骨架走行存在條件A型右手螺旋2.311變寬平滑體外脫水B型右手螺旋3.4102nm平滑隨機DNA生理條件下Z型左手螺旋4.512變窄鋸齒型CG間隔排列區(qū)段現(xiàn)在是40頁\一共有94頁\編輯于星期五40二、三級結(jié)構(gòu)定義：

DNA的三級結(jié)構(gòu)指DNA分子（雙螺旋）通過扭曲和折疊所形成的特定構(gòu)象。包括不同二級結(jié)構(gòu)單元間、單鏈與二級結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以及DNA的拓撲特征。超螺旋是DNA三級結(jié)構(gòu)的一種類型。超螺旋即DNA雙螺旋的螺旋。

現(xiàn)在是41頁\一共有94頁\編輯于星期五41DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝（一）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix或supercoil)DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相反負超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相同生物體內(nèi)大多數(shù)DNA分子處于負超螺旋結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是42頁\一共有94頁\編輯于星期五42現(xiàn)在是43頁\一共有94頁\編輯于星期五43

向左捻向右捻松弛型正超螺旋負超螺旋現(xiàn)在是44頁\一共有94頁\編輯于星期五44意義DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓撲學(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?，F(xiàn)在是45頁\一共有94頁\編輯于星期五45（二）原核生物DNA的高級結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是46頁\一共有94頁\編輯于星期五46（三）DNA在真核生物細胞核內(nèi)的組裝真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是核小體(nucleosome)。真核生物染色質(zhì)（chromatin）DNA是線性雙螺旋，它纏繞在組蛋白的八聚體上形成核小體。核小體結(jié)構(gòu)屬于DNA的三級結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是47頁\一共有94頁\編輯于星期五47串珠狀核小體結(jié)構(gòu)核小體的組成DNA：約200bp組蛋白：富含Lys和Arg的堿性蛋白質(zhì)

H1H2A，H2BH3H4現(xiàn)在是48頁\一共有94頁\編輯于星期五48現(xiàn)在是49頁\一共有94頁\編輯于星期五49真核生物中的核小體結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是50頁\一共有94頁\編輯于星期五50真核生物染色體DNA組裝不同層次的結(jié)構(gòu)

DNA

（2nm）核小體鏈（11nm，每個核小體200bp）纖絲（30nm，每圈6個核小體）突環(huán)（150nm，每個突環(huán)大約75000bp）玫瑰花結(jié)（300nm，6個突環(huán)）螺旋圈（700nm，每圈30個玫瑰花）染色體（1400nm，每個染色體含10個玫瑰花200bp）現(xiàn)在是51頁\一共有94頁\編輯于星期五51螺線管再經(jīng)幾次卷曲才能形成染色單體。人類細胞核中有46條染色體，這些染色體的DNA總長達1.7m，經(jīng)過這樣的折疊壓縮，46條染色體總長亦不過200nm左右?，F(xiàn)在是52頁\一共有94頁\編輯于星期五52三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個體生命活動的信息基礎(chǔ)?；驈慕Y(jié)構(gòu)上定義，是指DNA分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的功能。現(xiàn)在是53頁\一共有94頁\編輯于星期五53肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗OswaldAvery(1944)DNA、蛋白質(zhì)、莢膜1928年，格里菲斯現(xiàn)在是54頁\一共有94頁\編輯于星期五54肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗

1928年，格里菲斯：實驗表明加熱殺死的S型細菌把某些R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌，S型細菌有一種物質(zhì)或轉(zhuǎn)化因素進入了R型細菌，使之產(chǎn)生了莢膜，從而具備了毒性。1944年，艾弗里和他的同事經(jīng)過10年努力，在離體條件下完成了轉(zhuǎn)化過程，證明了引起R型細菌轉(zhuǎn)化為S型細菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA。

現(xiàn)在是55頁\一共有94頁\編輯于星期五55實驗二，噬菌體的標記實驗T2噬菌體是一種專門寄生在細菌體內(nèi)的病毒，約由60％的蛋白質(zhì)和40％的DNA組成。蛋白質(zhì)構(gòu)成它的外殼，DNA藏在頭部，當一個T2噬菌體感染細菌后，在菌體內(nèi)形成大量噬菌體，菌體裂解，釋放幾十個至幾百個跟原來一樣的噬菌體。那么T2噬菌體的遺傳物質(zhì)究竟是蛋白質(zhì)還是DNA呢?現(xiàn)在是56頁\一共有94頁\編輯于星期五56噬菌體T2結(jié)構(gòu)頭部頸圈尾部基板尾絲尖釘DNA現(xiàn)在是57頁\一共有94頁\編輯于星期五57現(xiàn)在是58頁\一共有94頁\編輯于星期五58第三節(jié)

RNA的結(jié)構(gòu)與功能StructureandFunctionofRNA現(xiàn)在是59頁\一共有94頁\編輯于星期五59動物細胞內(nèi)主要RNA的種類及功能現(xiàn)在是60頁\一共有94頁\編輯于星期五60一、信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能hnRNA內(nèi)含子(intron)mRNA*mRNA成熟過程

外顯子(exon)現(xiàn)在是61頁\一共有94頁\編輯于星期五61*mRNA結(jié)構(gòu)特點1.大多數(shù)真核mRNA的5′末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個7-甲基鳥苷，同時第一個核苷酸的C′2也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm2。2.大多數(shù)真核mRNA的3′末端有一個多聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾?，F(xiàn)在是62頁\一共有94頁\編輯于星期五62帽子結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是63頁\一共有94頁\編輯于星期五63mRNA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)控帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能mRNA的功能：作為蛋白質(zhì)合成的模板?，F(xiàn)在是64頁\一共有94頁\編輯于星期五64*

tRNA的一級結(jié)構(gòu)特點含稀有堿基較多

3′末端為—CCA-OH5′末端大多數(shù)為G

由70~90個核苷酸組成二、轉(zhuǎn)運RNA的結(jié)構(gòu)與功能現(xiàn)在是65頁\一共有94頁\編輯于星期五65稀有堿基現(xiàn)在是66頁\一共有94頁\編輯于星期五66*tRNA的二級結(jié)構(gòu)——三葉草形氨基酸臂額外環(huán)5’3’現(xiàn)在是67頁\一共有94頁\編輯于星期五67*tRNA的三級結(jié)構(gòu)——倒L形*tRNA的功能活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯?，F(xiàn)在是68頁\一共有94頁\編輯于星期五68

tRNA的三級結(jié)構(gòu)—倒L形*tRNA的功能活化、搬運氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。現(xiàn)在是69頁\一共有94頁\編輯于星期五69三、rRNA的結(jié)構(gòu)與功能

rRNA是細胞中含量最多的RNA，占總量的80%。rRNA與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場所?，F(xiàn)在是70頁\一共有94頁\編輯于星期五70核糖體的組成原核生物真核生物小亞基30S40SrRNA16S18S蛋白質(zhì)21種33種大亞基50S60S

rRNA23S5S28S5.8S5S蛋白質(zhì)33種49種核糖體70S80S現(xiàn)在是71頁\一共有94頁\編輯于星期五71rRNA的結(jié)構(gòu)右圖：真核生物18SrRNA的二級結(jié)構(gòu)三、核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能*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?，F(xiàn)在是72頁\一共有94頁\編輯于星期五72四、其他小分子RNA及RNA組學(xué)除了上述三種RNA外，細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(smallnon-messengerRNAs，snmRNAs)。

snmRNAs現(xiàn)在是73頁\一共有94頁\編輯于星期五73snmRNAs的種類核內(nèi)小RNA(snRNA)核仁小RNA(snoRNA)胞質(zhì)小RNA(scRNA)催化性小RNA小片段干擾RNA(siRNA)snmRNAs的功能參與hnRNA和rRNA的轉(zhuǎn)錄后加工和轉(zhuǎn)運以及基因表達過程的調(diào)控等。核酶現(xiàn)在是74頁\一共有94頁\編輯于星期五74是研究細胞中snmRNAs的種類、結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)。同一生物體內(nèi)不同種類的細胞、同一細胞在不同時間、不同狀態(tài)下snmRNAs的表達具有時間和空間特異性。RNA組學(xué)(RNomics)現(xiàn)在是75頁\一共有94頁\編輯于星期五75核酸的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四節(jié)現(xiàn)在是76頁\一共有94頁\編輯于星期五76一、核酸的一般理化性質(zhì)核酸為多元酸，具有較強的酸性；DNA是線性高分子，粘度極大；在260nm波長有最大吸收峰，是由堿基的共軛雙鍵決定的。這一特性常用作核酸的定性、定量分析?，F(xiàn)在是77頁\一共有94頁\編輯于星期五77現(xiàn)在是78頁\一共有94頁\編輯于星期五78二、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。變性因素：過量酸，堿，加熱；尿素、甲醛等試劑。變性后理化性質(zhì)的主要改變：OD260增高 粘度下降現(xiàn)在是79頁\一共有94頁\編輯于星期五79DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂現(xiàn)在是80頁\一共有94頁\編輯于星期五80DNA的紫外吸收光譜增色效應(yīng)：DNA變性時其溶液OD260增高的現(xiàn)象?，F(xiàn)在是81頁\一共有94頁\編輯于星期五81解鏈曲線：在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對A260值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。現(xiàn)在是82頁\一共有94頁\編輯于星期五82

Tm：紫外光吸收值達到最大值的50%時的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(meltingtemperature,Tm)。其大小與G+C含量成正比。現(xiàn)在是83頁\一共有94頁\編輯于星期五83三、DNA的復(fù)性與分子雜交

DNA復(fù)性(renaturation)的定義在適當條件下，變性DNA的兩條互補鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性。減色效應(yīng)DNA復(fù)性時，其溶液OD260降低。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(annealing)?，F(xiàn)在是84頁\一共有94頁\編輯于星期五84

熱變性的DNA在復(fù)性過程中，具有堿基序列部分互補的不同的DNA之間或DNA與RNA之間形成雜化雙鏈的現(xiàn)象。核酸分子雜交(hybridization)：現(xiàn)在是85頁\一共有94頁\編輯于星期五85變性復(fù)性復(fù)性現(xiàn)在是86頁\一共有94頁\編輯于星期五86核酸分子雜交的應(yīng)用研究DNA分子中某一種基因的位置定兩種核酸分子間的序列相似性檢測某些專一序列在待檢