核酸的结构与功能及核苷酸代谢(2014.12)

1 核酸结构与功能及核苷酸代谢 2 DNA染色体脱氧核糖核酸核酸RNA细胞核 质核糖核酸 DNA 储存细胞所有的遗传信息RNA 在遗传信息的表达及蛋白质合成中起作用 某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体 Deoxyribonucleicacid Ribonucleicacid Nucleicacid 3 第一节核酸的化学组成 组成元素 C H O N P 基本单位 构件分子 核苷酸 磷酸酯键 磷酸酯键 4 碱基 核糖 磷酸嘧啶或嘌呤核糖或脱氧核糖核苷nucleoside核苷酸nucleotide 组成核酸的基本构件分子 核苷酸 5 一 碱基 含氮的杂环化合物 有嘧啶和嘌呤的衍生物组成 嘌呤 6 腺嘌呤 A 鸟嘌呤 G 7 嘧啶 胞嘧啶 C 胸腺嘧啶 T 尿嘧啶 U C U T CH3 8 二 戊糖构型 D 核糖 D 脱氧核糖 OH OH HOCH2 HOCH2 9 三 核苷含氮碱 嘌呤或嘧啶 核糖 脱氧核糖 核苷 H 糖苷键 N C 10 四 核苷酸 核苷 磷酸 核苷中戊糖5 碳原子上的羟基与磷酸通过磷酸酯键相连形成 种类 核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸 磷酸酯键 磷酸酯键 11 根据连接的磷酸数目分为 NMP dNMP NDP dNDP NTP dNTP 12 核苷酸作用 1 合成核酸的主要原料2 在物质代谢中起着供能 ATP 活性载体 UDPG CDP 胆碱 3 构成辅酶 NAD FAD 4 作为激素第二信使参与体内信号传递 cAMP cGMP 13 13 信息分子 cAMP 能量ATP 活性葡萄糖供体 维生素B2 B3体内活性形式 14 五 核酸中核苷酸的连接方式 连接键 3 5 磷酸二酯键一个核苷酸的3 OH与另一个核苷酸的5 磷酸脱水缩合形成多聚核苷酸链 具有方向性5 到3 15 书写方法 5 pApCpTpGpCpT OH3 5 ACTGCT3 线条式 字母式 16 思考题 什么叫做核酸 核苷酸 核苷 参与核酸组成的常用碱基是那些 参与核酸组成的糖有几种 体内有几种核酸 核酸中连接核苷酸的的共价键是什么 17 DNA分子的一极结构多核苷酸链中的脱氧核糖核苷酸 碱基 的排列顺序 参与碱基 A T C G 第二节DNA的结构与功能 排列顺序 dAMP dTMP dCMP dGMP 18 二 DNA的二级结构 双螺旋结构模型 doublehelixstructure 揭示了生物界遗传性状得以遗传的分子奥秘 由许多脱氧单核苷酸组成的双螺旋大分子 19 双螺旋结构特点 1 由两条长度相同 反向平行的互补多脱氧核苷酸长链为骨架 右旋方式饶一个共同的中轴旋绕 直径2nm 2 疏水的碱基平面在螺旋的内侧 垂直于螺旋纵轴 亲水的糖 磷酸骨架在螺旋外侧 与碱基平面互相垂直 每个螺旋有10个碱基 两个碱基之间的距离为0 34nm 20 3 螺旋的表面有大沟 majorgroove 小沟 minorgroove 是蛋白质与DNA互相作用部位 4 两条反向平行链以碱基配对而固定在一起 A T G C 两者之间以氢键相连 21 纵向 碱基堆积力 上 下碱基平面的疏水基团形成的力 横向 碱基对之间的氢键 5 维持双螺旋结构稳定的两种力 22 5 5 3 3 23 24 三 DNA的超级结构在双螺旋的基础上进一步盘曲所形成的超螺旋结构 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 25 真核生物DNA的高级结构 DNA与蛋白质形成复合物真核生物基因组DNA比较大 通常与蛋白质结合 进行折叠压缩染色体结构 DNA缠绕在组蛋白上 折叠成核小体 染色质的基本组成单位 26 几个核小体组成染色质纤维 染色质纤维进一步盘曲 折叠形成染色单体 27 四 DNA的功能 生物遗传信息的携带者 基因复制和基因表达 转录和翻译 的模板 是生命遗传的物质基础 也是个体生命活动的信息基础 28 五 基因与基因组 能编码有功能的蛋白质多肽链或合成RNA所必需的DNA序列 是核酸分子的功能单位 gene 基因 DNA分子中的特定区段 29 基因组 genome 一个生物体的全部基因序列 储存了一个物种所有的遗传信息 各种生物基因组的大小 结构 基因的种类和数量都是不同的 30 RNA的一级结构 RNA分子中碱基组成和排列顺序分子量小于DNA 数量多 种类多 分子大小不一 结构不同 碱基种类 A G C U 少量的稀有碱基 第三节RNA的结构与功能 AMP GMP CMP UMP 31 分类 参与蛋白质合成中作用不同 tRNA transferRNA 转运氨基酸和识别密码子mRNA messengerRNA 在蛋白质翻译中提供遗传密码rRNA ribosomalRNA 提供蛋白质合成场所 32 种类多 分子大小不一 含量少 约占3 结构 真核生物与原核生物结构差异很大 一 信使RNA mRNA 33 mRNA的功能 传递DNA的遗传信息 作为蛋白质合成模板 指导蛋白质生物合成 分子中相邻的三个核苷酸编成一组 作为密码子 决定编码某种氨基酸 34 二 tRNA的结构 结构特点 体内将近有上百种tRNA 大部分核苷酸数都在60 90之间 含有稀有碱基 约占10 20 转录后修饰的 所有的tRNA3 末端都是 CCA 氨基酸臂 二级结构是三叶草型 局部的双螺旋组成的发夹结构功能区 氨基酸臂 反密码环 三级结构是倒L型 两端是功能区 35 三叶草形 局部的双螺旋 非互补区形成的环状结构四个螺旋区 四个环氨基酸臂 结合氨基酸T C环 结合核蛋白体 含T 额外环 数目变异大 作为tRNA分类标志反密码环 其中三个核苷酸组成反密码子与mRNA上的密码子形成氢键DHU环 环中含有DHU 二氢尿嘧啶核苷酸 36 倒L型在二极结构上的一个折叠 形成两端 一端为氨基酸臂 另一端为反密码环 碱基堆积力是稳定构型的主要因素 37 tRNA的功能 通过反密码环识别mRNA的密码子 然后作为载体转运相应的氨基酸 参与蛋白质的生物合成 38 结构特点 单链与局部双螺旋的复杂空间结构 三 核糖体RNA 细胞内含量最多的RNA 80 以上 39 组成核糖体 rRNA 多种核蛋白体装配形成大 小亚基 40 41 rRNA的功能 与蛋白质组成核糖体 装配蛋白质 是蛋白质合成场所 42 43 DNA和RNA的异同点 DNA的一级结构多核苷酸链中的脱氧核糖核苷酸 碱基 的排列顺序参与碱基A G C T方向5 3 连接键3 5 磷酸二酯键分子大功能 携带遗传信息部位 细胞核和线粒体 RNA的一级结构多核苷酸链中的核糖核苷酸 碱基 的排列顺序参与碱基A G C U 有少量的稀有碱基方向5 3 连接键3 5 磷酸二酯键分子量小于DNA 数量多 种类多 分子大小不一 结构不同功能 信息的复制与表达部位 核 质 线粒体 44 思考题 DNA双螺旋结构特点 三种RNA分子及功能从一级结构 参与碱基 连接键 分子大小 方向 存在的部位及功能等方面比较一下DNA和RNA 45 第四节核酸的理化性质 一 核酸的一般性质 含有较多的磷酸 呈现酸性 分子很大 溶液中黏度很高 RNA分子小于DNA 黏度小于DNA 46 二 核酸的紫外吸收核酸中的碱基内的共轭双键 在260nm波长的紫外有较强的吸收 可用于核苷酸 核酸进行定性 定量分析 47 三 核酸的变性 复性和杂交 变性 在一定理化因素作用下 核酸双螺旋等空间结构中碱基之间的氢键断裂 双螺旋结构解开变成单链的现象 理化因素 加热 化学试剂 酸 碱 有机溶剂 48 DNA变性的本质是双链间氢键的断裂 49 复性 退火 DNA变性是可逆的 当变性条件缓慢去除后 解开的双链经过碱基配对又重新聚合形成双螺旋结构的过程 热变性后的复性 退火低色效应 伴随着复性 其核酸的紫外吸收降低的现象 50 51 杂交 具有互补序列的不同来源的两条单链核酸分子 按碱基配对原则结合在一起 杂交分子 DNA DNA DNA RNA RNA RNA 52 53 病人DNA样本 带标记的含有疾病核苷酸特异序列 斑点杂交 54 思考题 什么为DNA变性 产生的原因何谓DNA复性何谓核酸杂交 55 RNA和DNA彻底水解后的产物是 核糖相同 部分碱基不同碱基相同 核糖不同部分碱基不同 核糖不同碱基不同 核糖相同以上都不是 思考题 56 核酸中核苷酸之间的连接方式是 2 3 磷酸二酯键3 5 磷酸二酯键2 5 磷酸二酯键糖苷键氢键 57 下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNA中 腺嘌呤胞嘧啶鸟嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶 58 核苷酸的代谢一 嘌呤核苷酸的代谢二 嘧啶核苷酸的代谢 59 核苷酸是核酸的基本组成单位 核酸 是有核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸组成的大分子化合物 脱氧 脱氧 脱氧 60 第一节嘌呤核苷酸代谢 嘌呤 核酸中参与的碱基是嘌呤 核苷酸的合成代谢从头合成 利用体内一些简单原料 氨基酸 1C单位 CO2 磷酸核糖等 经过一系列酶促反应合成嘌呤 是多数细胞合成核苷酸的主要途径 61 补救合成 利用体内现成的嘌呤 通过比较简单反应过程来合成嘌呤核苷酸的过程 主要在脑 骨髓组织中 62 嘌呤核苷酸的结构 63 从头合成部位 体内大多数细胞 脑 骨髓除外 关键酶 PRPP合成酶 酰胺转移酶 64 合成的特点 在磷酸核糖基础上由小分子物质或基团逐渐合成嘌呤环部分 首先是IMP 次黄嘌呤核苷酸 然后再进一步转变成GMP 鸟嘌呤核苷酸 AMP 腺嘌呤核苷酸 中间产物 IMP 先有糖的骨架 后有嘌呤环 65 IMP合成过程 66 3 GMP AMP生成 67 67 AMP H2OIMP NH3 GMP 腺苷酸脱氨酶 嘌呤核苷酸之间的转换 鸟苷酸还原酶 68 ATP GTP生成由AMP GMP在激酶的作用下 以ATP为磷酸供体 经过两步磷酸化生成 激酶 激酶 AMP ADP ATP GMP GDP GTP 激酶 激酶 ATP ATP ATP ATP ADP ADP ADP ADP 69 补救合成部位 脑 骨髓 从头合成酶系缺乏 酶 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 APRT次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 HGPRT 70 特点 合成简单 消耗ATP少 节省原料 来自与aa 在骨髓 脑组织等中无从头合成酶系 只能以补救合成为主要途径 71 72 嘌呤核苷酸合成的抗代谢物6 巯基嘌呤 6 mercaptopurine 6MP 结构与IMP相似 在体内转变成6 MP核苷酸 反馈抑制合成中的几个关键酶 PRPP合成酶 酰胺转移酶 干扰或阻断AMP GMP合成 起到抗肿瘤生长的作用 73 腺嘌呤核苷酸IMP次黄嘌呤核苷腺苷 腺苷酸脱氨酶ADA 核苷酸酶 磷酸 核苷酸酶 磷酸 腺苷酸脱氨酶 嘌呤核苷磷酸化酶 PNP 1 磷酸核糖 黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤氧化酶 5 磷酸核糖 磷酸戊糖途径 PRPP 黄嘌呤 次黄嘌呤 尿酸 嘌呤核苷酸的分解代谢类似食物核苷酸的消化 74 尿酸 是嘌呤核苷酸分解代谢的终产物 正常人尿中排出尿酸量为0 25 0 70g 如嘌呤分解过多或肾排受阻 可使血中尿酸含量增高 痛风 尿酸的结晶沉积在关节 软组织 软骨或肾脏 导致关节疼痛 临床上称为痛风 75 治疗原则减少尿酸的生成增加尿酸的排出 76 第二节嘧啶核苷酸代谢 从头合成 原料 天冬氨酸 氨基甲酰磷酸 谷氨酰胺和CO2 PRPP关键酶 氨基甲酰磷酸酶II CPS II 77 嘧啶核苷酸的结构 78 特点 先合成嘧啶环 再与PRPP结合 生成乳清酸核苷酸 脱羧生成UMP 尿嘧啶核苷酸 然后在三磷酸水平转变成CMP 胞嘧啶核苷酸 79 酸 哺乳动物中 由多功能酶催化 合成过程 80 CTP是在三磷酸水平生成 遗传性乳轻酸尿 基因缺失 酶缺陷 乳清酸堆积 乳清酸尿 临床症状 81 补救合成酶 磷酸核糖转移酶 主要 嘧啶核苷激酶过程 嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶 PRPPUMP PPi尿苷激酶尿嘧啶核苷 ATPUMP ADP 82 脱氧核苷酸合成代谢脱氧核苷酸是由二磷酸核苷还原而成 以氢原子取代其核糖分子中的C2上的羟基酶核糖核苷酸还原酶反应 NDP NAPH H dNDP NADP H2O RR 83 dCMP dUDP 水解 脱氨 脱氧胸腺嘧啶核苷酸 dTMP 的生成 84 三磷酸腺苷的生成 激酶dNDP ATPdNTP ADP 85 脱氧核苷酸合成的抗代谢物 5 氟尿嘧啶 5 Fu 结构与胸腺嘧啶相似 5 Fu在体内能转变成FdUMP 在结构上与dUMP相似 与胸苷酸合成酶结合成复合物 也可直接参入到RNA分子中 抑制核酸代谢 MTX 氨基碟呤结构与叶酸相似 竞争二氢叶酸还原酶 影响1C单位的转运 使1C单位不能参与核苷酸的合成 86 嘧啶核苷酸分解代谢 嘧啶核苷酸嘧啶H3PO4核糖胞嘧啶NH3 CO2 丙氨酸 胸腺嘧啶 NH3 CO2 氨基异丁酸 部分转变成琥珀酰辅酶A 进入TCA 87 四种核苷酸 脱氧核苷酸合成总途径 IMP AMP GMP ADP ATP dADP dATP dAMP dGMP dGDP dGTP GDP GTP 嘌呤 RNA合成的原料 DNA合成的原料 DNA合成的原