核酸的结构与功能及核苷酸代谢(2014.12)ppt课件

.,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,5pApCpTpGpCpT-OH3,5ACTGCT3,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1020，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