核苷酸与核酸StructureandFunctionofNucleicA.ppt

1 核苷酸与核酸 NucleotidesandNucleicAcids 2 discoveringnucleicacid 1869年 瑞士科学家Miescher在外科绷带上得到一种含磷酸很高的酸性化合物 命名为 核质 1889年 Altmann制备了不含蛋白质的核酸制品 首先使用了核酸这个名称 1928 1932年 确立了核酸在生命现象中的地位 1953年 Waston和Crick建立了双螺旋模型 这是核酸发展史上的重要里程碑 3 Discoveryofnucleicacid 1869年FridrichMiescher从脓细胞中提取到一种富含磷元素的酸性物质 因存在于细胞核中故称为 核素 nuclein 20年后正式命名为核酸nucleicacids 早期的研究仅将核酸看成是细胞中的一般化学成分 逐步证明核酸是一种线状聚合物 1944年Avery等人证实DNA是遗传物质 4 Chemicalcomposition element C H O N P 9 10 Molecule base purin pyridine pentose ribose deoxylribose phosphate 5 Overviewofnucleicacid 6 6 氨基嘌呤2 氨基 6 酮基嘌呤 7 2 4 二酮基嘧啶 8 5 甲基尿嘧啶 9 2 酮基 4 氨基嘧啶 10 RiboseandDeoxyribose 11 Featuresinribose 共同点 大多是呋喃糖与碱基连接都是 构型 C 1位的构型为 羟基 不同点 RNA是D 核糖 DNA是D 2 脱氧核糖种类4种 部分RNA还有D 2 O 甲基核糖还发现有几个己糖如RNA中有甘露糖 半乳糖 DNA中有葡萄糖 12 bases 嘌呤 嘧碇 13 Nucleoside 14 Nucleotide 腺嘌呤脱氧核苷一磷酸dAMP 15 Levelsofphosphate 16 Importantderivatives NAD NADP CoA SH FAD NMP NDP NTP 17 Cyclicnucleotide cAMPcGMP 18 19 Primarystructure ThesequenceofnucleotideThesequenceofthebase 20 Twokindsofnucleicacids 核糖核酸脱氧核糖核酸RNADNA单链多聚核糖核苷酸单链或双链多聚脱氧核糖核酸组成成分核糖组成成分脱氧核糖功能功能 21 Waston和CrickDNAdoublehelixmodel Chargaffrules A T G C DNA纤维的X 线衍射图谱分析 22 23 24 Hydrogenbondsinbasepairforming 25 26 不同类型的DNA双螺旋结构 27 28 超螺旋结构 superhelix或supercoil DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构 正超螺旋 positivesupercoil 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同 负超螺旋 negativesupercoil 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反 29 DNAsuperhelix 原核生物的DNA可以形成超螺旋 真核生物中DNA的三级结构与蛋白质有关 和DNA结合的蛋白质有组蛋白和非组蛋白 组蛋白H2A H2B H3和H4各两个分子形成八聚体 被两圈140 145碱基对的DNA所围绕 形成核小体 H1位于核小体之间的连接区 组成串珠状结构 30 CircularDNA 31 nucleosome ConsistsofDNA 200bpHistones H1H2A H2BH3H4 32 三 DNAfunctions Gene AunitorafragmentinDNAmolecules whichisabletobereplicatedandtranscripted Geneactsasageneticbasicunit 是生物遗传繁殖的物质基础 33 DNAfunctions DNAandgenecarrygeneticinformationasitsbasicfunction Thesequenceinitsmoleculecanbeusedastemplateforreplicationandtranscription DNAisgeneticmaterialandthereforevariesindividually 34 RNA 35 Generalfeaturesinstructure 组成RNA分子的4种核苷酸A G C U 核糖2 位都有羟基 一般分子较小 核苷酸数目变异多 70 几千个 人的DNA280万kb 大多数RNA分子都成线状单链 局部单链折叠形成双螺旋 类似于A DNA双螺旋 形成发夹结构 三叶草结构 总量多于DNA 哺乳细胞RNA10pg 而DNA至多6 38pg 36 Generalfeatures 相同点4种核苷酸也通过3 5 磷酸二酯键相连接 37 Generalfeaturesinfunction 遗传信息的传递体也是遗传信息的储存体远古时生命可能起源于RNA 因为RNA可以自身复制 RNA还具有某些蛋白质的功能参与基因的调控 38 Capping Type0 m7G5 ppp5 NpType1 m7G5 ppp5 NmpNpType2 m7G5 ppp5 NmpNmpNp 39 帽子结构功能 保护mRNA不被核酸外切酶水解与核糖体识别结合 与翻译起始相关 40 帽子结构功能 mRNA的帽结构可以与一类称为帽结合蛋白 capbindingproteins CBPs 的分子结合 这种mRNA和CBPs复合物对于mRNA从细胞核向细胞质的转运 与核蛋白体的结合 与翻译起始因子的结合以及mRNA稳定性的维持等均有重要作用 41 2 PolyAtail 大多数真核mRNA的3 末端有一个20 200腺苷酸聚合区 称为多聚A polyA 尾部结构 42 多聚A尾功能 与mRNA寿命有关 使其保持相对稳定性Poly A 在细胞内与Poly A 结合蛋白 PABP 相结合而存在 每10 20个碱基结合一个PABP单体 所以 真核细胞的mRNA的3 端实际上是一个Poly A 和蛋白质多聚体形成的复合物 43 3 Otherfeatures Therearemodifiedbasesinthemolecules 主要是甲基化m6AThemoleculecontainsbothcodingandnonecodingregions 可有编码区和非编码区 44 hnRNA是成熟mRNA的前体 不均一核RNA hnRNA成熟mRNA的前体 有内含子序列intronExon 45 mRNAfunctions tripletcode三联体密码或密码子 codon openreadingframe ORF 由AUG及其后的连续三联体密码 无终止信号 组成的核苷酸序列称为开放阅读框 是多肽链的编码序列 CDS 46 tRNAstructuralfeatures Smallsinglechainmoleculeconsistingof70 90nt containing10 20 rarebases 如DHU mG mA甲基化使分子疏水T C 3 末端为 CCA OH 为氨基酸臂 5 末端总是磷酸化 大多数为pG 分子中大约半数碱基相互配对 成双螺旋 构成三叶草结构 47 tRNAsecondarystucture D环 含有2个二氢尿嘧啶修饰碱基不同长度的碱基形成的D环可适合不同的氨基酰tRNAT c环 处在54 56位 与rRNA结合 维持tRNA的高级结构起作用 反密码子环 一般由7个碱基组成 中间3各构成反密码子 48 tRNA三级结构特点 一端是CCA 另一端是反密码子环 D环和T c环处在L的转角上 空间位置上比较接近 49 tRNAfunctions 活化 搬运氨基酸到核糖体 参与蛋白质的翻译 起始tRNA延长tRNA校正tRNA 结构基因发生变异时 可使第二次变异消除 50 rRNAstructure AllrRNAsconsistofbothlargeandsmallsubunitsastheywork Proeukaryote 原核细胞70S大50S 23S 5S 31种蛋白质小30S 16S 21种蛋白质Eukaryote 80S大60S 28S 5 8S 5S 49种蛋白质小40S 18S 33种蛋白质 51 52 rRNAfunction 53 rRNAfunction 原核细胞16SrRNA3 端有一保守序列ACCUCC与mRNA的翻译起始区相互补 是mRNA的识别结合点 5SrRNA第40 50位之间有5 CGAAC3 与tRNAT c环中的5 GT CG3 识别 54 OtherRNAmolecules 核内小RNAsnRNA参与hnRNA的剪接 转运U含量高 约100 200碱基5种U1 U2 U4 U5 U6核仁小RNAsnoRNArRNA的加工和修饰胞质小RNAscRNA蛋白质内质网定位合成信等与蛋白质组成信号肽识别颗粒催化性小RNAsiRNAmiRNA 55 一 snRNA 56 二 catalyticRNAinvolvedinRNAsplicing 核酶 ribozyme 或催化性RNA catalyticRNA 57 其他小分子RNA 三 核仁小RNA参与rRNA中核苷酸残基的修饰 四 interferenceRNAregulationposttranscription 五 microRNAregulationofproteinexpression 58 RNA组学研究细胞中RNAs的种类 结构和功能 同一生物体内不同种类的细胞 同一细胞在不同时间 不同状态下RNAs的表达具有时间和空间特异性 RNA组学 59 第四节DNA的理化性质及其应用 变性复性增色效应减色效应解链温度杂交探针 60 核酸是两性化合物 互变异构碱基在体液环境中以碱性解离为主核酸分子是酸性化合物 酮式 烯醇氨基 亚氨基 61 共轭双键 260nm波长的紫外吸收强 核酸的紫外吸收 A260 单核苷酸 ssDNA 或RNA dsDNA 62 1 quantificationA260 1 0相当于50 g ml双链DNA40 g ml单链DNA 或RNA 20 g ml寡核苷酸2 JudgementofthepurityDNA A260 A280 1 8RNA A260 A280 2 0 A260Application 63 Denaturation 双链分开和重新形成双链这样的过程称为变性和复性 破坏氢键形成的因素都可能使DNA变性 如过量的酸 碱或加热 64 Theprocessofdenaturation 65 Hyper andhypo chromiceffects 单核苷酸 单链DNA 双链DNADNA变性 使溶液A260增高 称为增色效应 在解链曲线中的中点称为中点解链温度 或解链温度 Tm 变性和复性是可逆的 66 meltingtemperature Tm Tm 变性是在一个相当窄的温度范围内完成 在这一范围内 紫外光吸收值达到最大值的50 时的温度称为DNA的解链温度 又称融解温度 影响因素 1 DNA均一性决定熔解温度范围大小 2 G C碱基对含量决定熔解温度高低 3 介质中的离子强度影响变性 67 68 DNArenaturation DNARecoveryofthedoublehelixstructure 复性 TheprocessofDNArenaturationafterheateddenaturation 退火 annealing 减色效应HypochromicaffectDNA复性时 其溶液A260降低 69 hybridization 杂交 不同的DNA链放在同一溶液中作变性处理 或把单链DNA和RNA放在一起 局部的碱基配对 就可以形成局部双链 在不同的分子间形成杂化双链 heteroduplex 这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成 也可以在DNA和RNA分子之间或者RNA和RNA分子之间形成 这一过程称为核酸分子杂交 70 Prob