《核酸化学上》PPT课件.ppt

第二章核酸化学 1869年Miescher从细胞核中分离出核素 nuclein 1889年Altman制备了不含蛋白的核酸制品 并命名为核酸 nucleicacid 核酸可分为脱氧核糖核酸 DNA 和核糖核酸 RNA 两大类 1953年Watson和Crick提出DNA的双螺旋结构模型除少数病毒以RNA为遗传物质外 多数生物体的遗传物质是DNA RNA的主要作用是从DNA 转录 遗传信息 并指导蛋白质的合成 第二章核酸化学 核酸的组成DNA的结构与作用RNA的结构与功能核酸的性质 核酸的组成 核苷酸 核苷酸单元 碱基 Base 核糖或脱氧核糖 riboseordeoxyribose 磷酸 phosphate DNA和RNA全称 Deoxyribonucleicacid DNARibonucleicacid RNA 核糖和脱氧核糖 2 脱氧核糖 2 deoxyribose 核糖 ribose 2 O 甲基核糖 2 O Methylribose 核酸的碱基 嘧啶 核酸的碱基 嘌呤 腺嘌呤的结构 Prebioticsynthesisofpurines Joyce G F Nature338 217 224 1989 碱基英文名称及缩写 碱基互变异构体 1 碱基互变异构体 2 不同互变异构体有不同的氢键模式 核苷 Nucleoside 1 核苷 Nucleoside 2 Nucleosideconformation 1 嘌呤核苷既可取Syn式也可取anti式 Nucleosideconformation 2 嘧啶核苷只取anti式 核苷的稳定性 核苷同碱基相比水溶性增大核苷在碱性溶液中相当稳定 嘧啶核苷对酸也较稳定 嘌呤核苷很容易酸解生成碱基和戊糖 腺苷的生理作用 在哺乳动物中 嘌呤衍生物和腺苷是一种内分泌物 参与血液循环 在许多生理活动中起调节作用 例如血管膨胀 睡眠等 核苷酸 Nucleotide AMP ADPandATP UVspectraofribonucleotides 腺苷酸与辅酶 环状核苷酸 核苷酸的连接方式 磷酸二酯 核苷酸的连结方式 三磷酸连接 7 甲基鸟苷帽 DNA和RNA的区别 1 构成DNA的是脱氧核糖 而构成RNA的是核糖DNA和RNA各有四个碱基 其中三个相同 分别为腺嘌呤 鸟嘌呤和胞嘧啶 另一个不同 DNA为胸腺嘧啶 而RNA为尿嘧啶 DNA和RNA的区别 2 核酸组成小结 核酸是由核苷酸单元重复构成的 也可看作是由核苷通过磷酸二酯键连接而成 连接的方式主要是3 5 连接核苷则是由戊糖和碱基组成的 戊糖包括核糖和脱氧核糖 碱基包括嘌呤和嘧啶构成RNA的是核糖 构成DNA的是脱氧核糖 DNA含有碱基胸腺嘧啶 而不是RNA的尿嘧啶 DNA与RNA的稳定性 1 DNA与RNA的稳定性 2 胞嘧啶的水解 DNA的结构 DNA的一级结构DNA的二级结构DNA的三级结构 DNA的一级结构 4种脱氧核苷酸的排列顺序1977年Sanger测定了 X174单链DNA5386b的全序列水稻基因组计划人类基因组计划 核酸一级结构的表示 核苷用单字缩写A U G C T表示需表明 端和 端 通常 端在左边 如 GGAUACUUGCA 3 5 dGdTdCdCdTdGdA 3 有 连接时须标出 如 pA2 pG3 pC2 pU2 pG3 pA 3 DNA分子的大小 DNA分子很大 最小的病毒DNA约5000个碱基DNA分子通常用其所含碱基对数目 basepairs bp 来表示 单链用碱基数 base b 来表示 DNA是一丝状分子 直径只有2nm 但长度惊人 如大肠杆菌染色体长达1 6x106nm 1 6mm DNA的双螺旋结构 DNA双螺旋结构模型的主要依据DNA双螺旋结构模型的要点DNA双螺旋的构象类型 双螺旋结构模型的主要根据 电位滴定行为关于碱基成对的证据X射线衍射数据 碱基成对的证据 Chargaff规则 不同来源DNA的碱基组成 mol DNA的X 衍射图 Franklin R E Gosling R G Nature171 740 1953 WatsonandCrick sNaturepaper 不寻常的1953年 1 四月二十五日 Watson和Crick在Nature上发表关于DNA双螺旋的论文五月十五日 Miller和Urey在Science上发表放电条件下合成氨基酸的论文 不寻常的1953年 2 三月 Sanger和Thompson首次报道胰岛素 Insulin 的测序五月二十九日 EdmundHilary和TenzingNorgay征服珠穆朗玛峰三月五日 斯大林逝世 双螺旋结构模型 1 双螺旋结构模型 2 双螺旋结构模型的要点 由两条反平行 都是右手螺旋的多聚核苷酸链同绕一轴旋转所构成 双螺旋表面形成一大沟和一小沟碱基在双螺旋内侧 磷酸基团在外侧 链间碱基相互配对 遵循A配T C配G碱基对平面垂直于中心轴 糖平面平行于中心轴双螺旋每圈有10对碱基 螺距为3 4nm 双螺旋结构的柔性 DNA双螺旋的形成 A T配对 A T配对 G C配对 G C配对 DNA双螺旋内部结构 DNA复制 1 parentalDNA conservativesemi conservativedispersive DNA复制 2 DNA双螺旋的构象类型 B DNA 相对湿度92 的DNA钠盐的双螺旋结构 Watson和Crick原始模型 细胞内的DNA与B DNA非常相似A DNA 相对湿度为75 的DNA钠盐的双螺旋结构 特点 碱基平面倾斜了20 A DNA B DNA和Z DNA比较 DNA双螺旋的构象类型 2 Z DNA的Rich模型 主链呈锯齿形左向盘绕 直径约1 8nm 螺距4 5nm 螺旋的每一转含12个碱基对 整个分子比较细长而伸展 碱基对偏离中心轴并靠近螺旋外侧 螺旋的表面只有小沟 没有大沟 Z DNA Nucleosideconformation 1 嘌呤核苷既可取Syn式也可取anti式 溶液中的双螺旋结构 长链B DNA在溶液中不是一个刚性的 线性的棒状结构 而是一个动态 柔性的分子 有时局部区域双螺旋结构甚至可以打开双螺旋每圈大约10 5对碱基 嵌入试剂 的三级结构 DNA双螺旋进一步扭曲即构成三级结构双链DNA多数为线性形分子 但某些病毒 细菌质粒 真核生物的线粒体和叶绿体及某些细菌的染色体DNA为双链环状DNA 在生物体内 绝大从数双链环状DNA可进一步扭曲成超螺旋 超螺旋DNA具有更为致密的结构 的三级结构 DNA超螺旋结构 在生物体内 绝大多数超螺旋DNA以负超螺旋的形式存在 超螺旋解开时形成解链环形DNA 有利于DNA复制或转录 化学合成DNA 活泼基团多 对酸碱敏感 核酸在有机溶剂中溶解性差 分离困难等 5 OH 保护 碱基的保护 核苷偶联 链增长及脱保护 化学法合成DNA要点 用适当的基团先保护碱基用dMTr保护5 OH用Phosphoramidite策略连接核苷酸用固相合成法解决分离问题 DNA和基因组 DNA复制转录 transcription 合成与DNA核苷酸序列相对应的RNA mRNA 翻译 translation 由mRNA指导蛋白质合成的过程 此合成在核糖体中进行 其中含有核糖体RNA rRNA 而由转移RNA tRNA 将氨基酸转运到核糖体基因 Gene 是DNA分子中最小的功能单位 编码RNA或蛋白质的基因称为结构基因 具有调节功能的片断称为调节基因 生物体所含的全部基因就是该生物体的基因组 Genome Thebasicprincipleoftranscription Thebasicprincipleoftranslation 原核生物基因组的特点 原核细胞通常只有1个 染色体 DNA分子除调节序列和信号序列外 DNA的大部分是结构基因 且每个基因在DNA分子中只出现一次或几次功能相关的基因常串联在一起 并转录在同一mRNA分子中 这种现象在真核生物中很少见有基因重叠现象 真核生物基因组的特点 有重复序列 单拷贝序列 在整个DNA分子中只出现一次或几次 主要是编码蛋白的结构基因 多数蛋白的基因是单拷贝序列中度重复序列 在DNA分子中可重复几十次到几千次 包括rRNA基因 tRNA基因和某些蛋白质基因高度重复序列 可重复几百万次 多数为小于10bp短序列 可能与染色体