高中生物《核酸的结构和功能》课件4 中图版必修1.ppt

核酸的结构和功能 核酸是一类重要的生物大分子 担负着生命信息的储存与传递 核酸是现代生物化学 分子生物学的重要研究领域 是基因工程操作的核心分子 核酸的概念 核酸 nucleicacid 的概念 1 结构 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子 携带和传递遗传信息 2 功能 核酸是生物遗传的物质基础 决定生物的生长 繁殖以及生命的代谢模式 3 dna储存信息 rna传递并表达信息4 dna rna 蛋白质 一 核酸的发现和研究工作进展 1868年fridrichmiescher从脓细胞中提取含磷丰富的酸性物质 核素 1944年avery等人证实dna是遗传物质20世纪50年代初 erwinchargaff在测定多种生物的dna组成后 发现a t g c 这称为 chargaff定则 1953年watson和crick发现dna的双螺旋结构1968年nirenberg发现遗传密码1975年temin和baltimore发现逆转录酶1981年gilbert和sanger建立dna测序方法1985年mullis发明pcr技术1990年美国启动人类基因组计划 hgp 1994年中国人类基因组计划启动1998年 国际水稻基因组计划 2000年5月 中国超级杂交水稻基因组计划2001年美 英等国完成人类基因组计划基本框架 2003年完成精细图谱 二 核酸的分类及分布 核酸的组成成分 核酸的化学组成 1 元素组成c h o n p 9 10 2 分子组成 核酸 核苷酸 核苷 磷酸 碱基 戊糖 ag cut 一 戊糖 嘌呤 purine 腺嘌呤 adenine a 鸟嘌呤 guanine g 二 碱基 嘧啶 pyrimidine 胞嘧啶 cytosine c 尿嘧啶 uracil u 胸腺嘧啶 thymine t 核酸中也存在一些不常见的稀有碱基 稀有碱基的种类很多 大部分是上述碱基的甲基化产物 核苷 ar gr ur cr脱氧核苷 dar dgr dtr dcr 核苷酸 amp gmp ump cmp脱氧核苷酸 damp dgmp dtmp dcmp 体内重要的游离核苷酸及其衍生物 辅酶和辅基 含核苷酸的生物活性物质 nad nadp coa sh fad等都含有amp能量载体 atp gtp食品工业上用作添加剂 单体 多磷酸核苷酸 nmp ndp ntp 第二信使 环化核苷酸 camp cgmp amp camp c g a 一 核酸的一级结构 核酸的分子结构 5 磷酸端 常用5 p表示 3 羟基端 常用3 oh表示 多聚核苷酸链具有方向性 当表示一个多聚核苷酸链时 必须注明它的方向是5 3 或是3 5 一般默认为从左到右为5 3 多聚核苷酸的表示方式 dnarna 5 pdapdcpdgpdtoh3 5 papcpgpuoh 或5 acgtgcgt3 5 acguaugu3 acgtgcgtacguaugu dna一级结构的意义 dna虽然只是由于四个碱基的变化形成的四种核苷酸按照一定的顺序排列起来 但值得注意的是 dna的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式 生物界物种的多样性即寓于dna分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中 dna的二级结构 双螺旋结构dna双螺旋结构的研究背景和历史意义dna双螺旋结构模型要点dna的超螺旋结构及其在染色质中的组装dna的超螺旋结构原核生物dna的高级结构dna在真核生物细胞核内的组装dna的功能 二 核酸的二级结构 一 dna的二级结构 双螺旋结构 一 dna双螺旋结构的研究背景 二 dna双螺旋结构模型要点 watson crick 1953 两条dna单链分子反向平行环绕 右手螺旋走向 表面大沟与小沟相间 螺旋直径为2nm 主链 戊糖 磷酸骨架位于外侧侧链 碱基对位于内侧碱基平面垂直于螺旋轴碱基距 0 34nm 螺距 3 4nm 周长 10对碱基 二 dna双螺旋结构模型要点 watson crick 1953 碱基形成氢键配对 配对形式为 a t g c 碱基互补配对 t a c g 二 dna双螺旋结构模型要点 watson crick 1953 稳定因素 氢键维持横向稳定性碱基堆积力维持纵向稳定性其他作用因素 4 dna双螺旋结构的多样性 三种类型dna的结构参数 5 与dna碱基序列相关的特殊结构 回文结构发卡结构镜像重复 二 dna的超螺旋结构及其在染色质中的组装 一 dna的超螺旋结构 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 意义dna超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于dna复制和rna转录过程具有关键作用 二 原核生物dna的高级结构 三 dna在真核生物细胞核内的组装 真核生物染色体由dna和蛋白质构成 其基本单位是核小体 nucleosome 核小体的化学组成dna 约200bp组蛋白 h1 h2a h2b h3 h4 染色体的组装过程 核小体串珠状染色质细丝中空线圈螺线管染色单体 三 dna的功能 以基因的形式储存 传递 表达信息dna rna 蛋白质 基因从结构上定义 是指dna分子中的特定区段 其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能 rna的结构与功能 structureandfunctionofrna rna的种类 分布 功能 一 信使rna的结构与功能 真核生物mrna成熟过程 内含子 intron 外显子 exon 真核生物mrna结构特点 5 末端有甲基化鸟苷帽子结构 m7gpppnm 2 3 末端有多聚腺苷酸尾巴 polya 帽子结构 促进mrna由胞核向胞质的转位维持mrna的稳定性翻译起始的调控 帽子结构和多聚a尾的功能 mrna的功能把dna的碱基序列翻译成蛋白质的氨基酸顺序 trna的一级结构特点含10 20 稀有碱基3 末端为 cca oh5 末端大多数为g具有t c环 二 转运rna的结构与功能 n n二甲基鸟嘌呤 n6 异戊烯腺嘌呤 双氢尿嘧啶 4 巯尿嘧啶 稀有碱基 trna的二级结构 三叶草形氨基酸臂dhu环反密码子环额外环t c环 氨基酸臂 额外环 trna的三级结构 倒l形 trna的功能活化 搬运氨基酸到核糖体 参与蛋白质的翻译 rrna的结构 三 核蛋白体rna的结构与功能 rrna的功能参与组成核蛋白体 作为蛋白质生物合成的场所 rrna的种类 根据沉降系数 沉降系数 单位时间内的沉降速度 真核生物5srrna28srrna5 8srrna18srrna 原核生物5srrna23srrna16srrna 核蛋白体的组成 核酸的理化性质thephysicalandchemicalcharactersofnucleicacid 核酸的酸碱及溶解度性质核酸为多元酸 具有较强的酸性 其中的碱基又具有碱性 所以为两性电解质 可与金属离子成盐 不溶于乙醇或异丙醇 核酸的高分子性质粘度 dna rnadsdna ssdna沉降行为核酸的紫外吸收 od260 单核苷酸 ssdna 或rna dsdna核酸的分离方法 电泳 依据分子量大小离子交换法 依据电荷 一 核酸的一般理化性质 1 dna或rna的定量od260 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 判断核酸样品的纯度dna纯品 od260 od280 1 8rna纯品 od260 od280 2 0 od260的应用 二 dna的变性 denaturation 定义 在某些理化因素作用下 dna双链解开成两条单链的过程 方法 过量酸 碱 加热 变性试剂如尿素 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇 丙酮等 变性后其它理化性质变化 od260增高粘度下降比旋度下降浮力密度升高酸碱滴定曲线改变生物活性丧失 dna变性的本质是双链间氢键的断裂 例 变性引起紫外吸收值的改变 dna的紫外吸收光谱 增色效应 dna变性时其溶液od260增高的现象 热变性 解链曲线 如果在连续加热dna的过程中以温度对a260 absorbance a a260代表溶液在260nm处的吸光率 值作图 所得的曲线称为解链曲线 tm dna变性时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 meltingtemperature tm 影响tm的因素 大小 g c含量 三 dna的复性与分子杂交 dna复性 renaturation 的定义在适当条件下 变性dna的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象 这一现象称为复性 减色效应dna复性时 其溶液od260降低的现象 热变性的dna经缓慢冷却后即可复性 这一过程称为退火 annealing 不同来源的核酸链分子复性时形成杂化双链过程叫分子杂交 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分子间或者rna与rna分子间形成 这种现象称为核酸分子杂交 核酸分子杂交 hybridization 核酸分子杂交的应用研究dna分子中某一种基因的位置确定两种核酸分子间的序列相似性检测某些专一序列在待检样品中存在与否是基因芯片技术的基础 核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶 核酸酶的分类依据底物不同分类dna酶 deoxyribonuclease dnase 专一降解dna rna酶 ribonuclease rnase 专一降解rna 依据切割部位不同核酸内切酶 分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶 核酸外切酶 5 3 或3 5 核酸外切酶 参与dna的合成与修