生物化学第二章ppt课件

,第二章核酸（Chemistryofnucleicacid）,1868年，瑞士科学家F.Miescher从外科绷带上脓细胞中分离出了一种富含磷的有机物质，称为“核素”(nuclein)。他的论文发表在Med.Chem.Unters1872年，他从莱茵河鲑鱼中得到类似物,同时还分离到一种碱性化合物，称为鱼精蛋白（protamine）,核酸的发现,1889年，Altman等人又从酵母和动物的细胞核中得到了不含蛋白质的核酸，并首次使用“核酸”（NucleicAcid）命名。1944年，Avery等人通过细菌转化实验证明核酸就是遗传物质。,核酸的发现,噬菌体转化试验,核酸的发现,1944年由Avery等完成的，它证明了生物遗传特性发生改变的转化因子是DNA，而不是蛋白质。,(核酸)NucleicAcid,Mono-phosphate(磷酸),Nucleoside(核苷),Deoxy-ribose(Ribose),Base(碱基),DNA分子的片段,第一节概述,1.1核酸的种类,核酸（NucleicAcid）,脱氧核糖核酸（DNA）,核糖核酸（RNA）,信使RNA(mRNA),转移RNA(tRNA),核糖体RNA(rRNA),小分子细胞核RNA（snRNA）、染色质RNA(chRNA),1.2核酸的分布,1.3核酸的功能,DNA是遗传物质，是遗传信息的载体。,1、DNA分布在染色体内，是染色体的主要成分，而染色体是直接与遗传有关的。2、体细胞DNA含量为生殖细胞DNA含量的两倍，且含量十分稳定。3、DNA在代谢上较稳定不受营养条件、年龄等因素的影响。4、作用于DNA的理化因素可引起遗传特性的改变。由Avery在1953年用细菌转化试验证明。,（二）RNA的生物学功能,RNA参与蛋白质的生物合成。1、控制蛋白质的合成；2、作用于RNA转录后加工与修饰；3、基因表达与细胞功能的调节；4、生物催化与其他细胞持家功能；5、遗传信息的加工与进化。,第二节核酸的化学组成,核酸是一种线形多聚核苷酸(polynucleotide),其基本结构单位是核苷酸(nucleotide)。,核苷酸的基本结构,一碱基嘌呤碱和嘧啶碱,嘌呤碱(purine)：由嘌呤衍生而来,Adenine(A),Guanine(G),嘧啶碱(pyrimidine)：是嘧啶的衍生物,尿嘧啶(uracil,U),胸腺嘧啶(thymine,T),胞嘧啶(cytosine,C),在生理pH下，在生物体内，碱基多以亚氨基、酮基础形式存在。,二核酸中的戊糖,D-核糖（D-ribose）D-脱氧核糖（D-deoxyribose）核酸据此分类：脱氧核糖DNA；核糖RNA；核酸中的戊糖均为-D-型,它们均以呋喃糖态存在,三磷酸,磷酸根，带负电荷，可与多种阳离子、组蛋白等结合结合。其参与形成磷酸二酯键。,四核苷（nucleoside）,戊糖第1位碳原子上的羟基与嘌呤的第9位氮原子或与嘧啶的第1位氮原子形成的N-C糖苷键。,腺苷,脱氧鸟苷,核苷的表示：核苷：A、G、C、U脱氧核苷：dA,dG,dC,dT修饰核苷：如5-甲基胞嘧啶，m5dC。,五核苷酸,核苷与磷酸生成的核苷磷酸酯核苷酸（nucleiotide）,种类：1）按酯化位点：可在核糖的2-,3-,5-；2）按核糖类型：核苷酸、脱氧核苷酸,与一个磷酸结合MP：(d)AMP、(d)GMP、(d)CMP、(d)TMP、UMP与二个磷酸结合DP：如：ADP与三个磷酸结合TP：如：ATP,六特殊核苷酸,环核苷酸：核糖3-,5-成环。cAMP、cGMP功能：第二信使，激素、一些药物、神经递质通过其发挥生理作用。,ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。它的结构如下：,ATP腺嘌呤核糖核苷三磷酸,碱基,第三节核酸的分子结构,DNA分子中各种脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序。四种脱氧核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接起来的多核苷酸链的排列顺序。,1.定义,一DNA的一级结构,无分枝的长链,2.多聚脱氧核苷酸链的结构特点,由糖-磷酸相互间隔连接，构成主链；碱基连接在主链的核糖上，形成侧链。,具有方向性。两个末端分别为5端和3端。,在天然DNA中，5端常为磷酸，3端为游离羟基。,3、一级结构的表示方法,1）线条法,5pGpCpTpTpAOH35pGCTTAOH3pGCTTAOHGCTTA,2）文字式,DNA的二级结构是指DNA的双螺旋结构。双螺旋结构是DNA的两条链围着同一中心轴旋绕而成的一种空间结构。DNA的双螺旋模型是由Watson和Crick两位科学家于1953年提出的。,1.二级结构的概念,二DNA的二级结构,1953年WatsosnRNA为白色粉末状固体?,1、形态,2、溶解性,微溶于水，不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般的有机溶剂；DNA在溶液中粘度大，RNA粘度小。,核酸既含有酸性的磷酸基团，又含有弱碱性的碱基，故可发生两性解离。其解离状态随溶液的pH值而改变。,3、两性解离,由于磷酸基团的酸性很强，所以pI较低，整个分子相当于多元酸。,利用核酸的两性解离可以通过调节核酸溶液的等电点来沉淀核酸，也可通过电泳分离纯化核酸。,嘌呤和嘧啶具有共轭双键，能强烈吸收紫外光。在260nm处有最大吸收峰。对于纯的DNA或RNA，可以通过测得A260来测定核酸的含量。,纯的DNA：A260/A280=1.8纯的RNA：A260/A280=2.0,二紫外吸收性质,A260/A280值可以反映核酸的纯度。,核酸变性后，在260nm处的吸收值上升，这叫增色效应(hyperchromiceffect)。增色效应常可用来衡量DNA变性的程度。,三核酸的变性,核酸在某些物理或化学因素的作用下，其空间结构发生改变，从而引起理化性质的改变及生物活性的降低或丧失叫变性。引起变性的因素有：加热、酸碱、尿素、甲醛等。,1.增色效应,DNA分子变性(DNAdenaturation),D.S.DNA,S.S.DNA,(加温,极端pH,尿素,酰胺),变性过程的表现,S.S.DNA粘度降低,S.S.DNA沉降速度加快,S.S.DNA分子的A260nmUV值上升(Hyperchromicity),热变性中光吸收达到最大吸收（完全变性）一半（双螺旋结构失去一半）时的温度称为DNA的熔点或熔解温度（Tm）。,2.熔解温度,三核酸的变性,热变性曲线(熔解曲线),图5-26Tm的示意图,在DNA发生热变性的过程中，A260随温度的变化曲线。,1.185,Concentration50g/mL,D.SDNAA260=1,S.SDNAA260=1.37,dNTPsA260=1.60,Tm,=OD增加值的中点温度(一般为85-95),Tm值与DNA的均一性、G-C含量、介质离子强度、pH等因素有关。,三核酸的变性,l增色效应的跳跃现象(JumpofHyperchromicity),高分子量的DNA分子在热变性过程中,富含AT区域首先发生变性,然后逐步扩展,表现增色效应的跳跃现象,使变形过程加快.,影响Tm值的因素,在A,T,C,G随机分布的情况下,GC%含量相同的情况下,GC%愈高Tm值愈大,GC%愈低Tm值愈小,AT形成变性核心，变性加快，Tm值小,碱基排列对Tm值具有明显影响（除变性核心外）,碱基堆积面和碱基积压程度的差异,例：常温下，活体内D.SDNA分子中富含AT的变性核心区（promoter,terminatorregion）常表现氢键的断裂与形成的“DNA呼吸现象”,37.657,Tm,碱基排列对Tm值具有明显影响,大片段D.SDNA分子之间比较,片段长短对Tm值的影响较小,但与组成和排列相关,小于100bp的D.SDNA分子比较,片段愈短，变性愈快，Tm值愈小,变性液中含有尿素，酰胺等,盐浓度的影响,单链DNA主链的磷酸基团,负电荷的静电斥力,两条单链DNA的分离,Na+在磷酸基团周围形成的电子云对静电斥力产生屏蔽作用,减弱静电斥力,Tm,Tm,四核酸的复性,1.复性(renaturation),DNA水溶液加热变性时，双螺旋两条链分开；如果缓慢冷即，两条链可以完全重新结合成各原来一样的双股螺旋过程。,复性是变性的逆转。但需要一定的条件，要在一定的盐浓度下缓慢降温。,DNA分子的复性(annealorrenaturation),D.SDNA,S.SDNA,Denaturation,Renaturation,复性过程依赖于单链分子间的随机碰撞(DependsonthecollisionofcomplementaryS.S.DNA),2.减色效应(hypochromiceffect),当变性的DNA经复性以重新形成双螺旋结构时，其溶液的A260值则减小，这种现象称为减色效应。,四核酸的复性,影响DNA复性过程的因素：,S.S,DNA的初始浓度C0,DNA分子中,dNt的排列状况(随机排列,重复排列),3.分子杂交(hybridization),四核酸的复性,不同来源的单链DNA与单链DNARNA与单链DNA分子间在长于20bp的同源区域内以氢键连接方式互补配对形成稳定的双链结构的过程,3.分子杂交(hybridization),四核酸的复性,DNA链在复性时，其中的一条单链可以内异体DNA单链，按照碱基互补原则合成一段DNA-DNA或DNA-RNA双链的过程。,3.分子杂交(hybridization),四核酸的复性,杂交检测,D.S.DNA,X-film,ColumnabsorbD.SDN