章核酸通论结构PPT课件

-,1,第十二章核酸通论一、核酸的发现和研究简史二、核酸的种类和分布三、核酸的生物功能第十三章核酸的结构一、核苷酸二、核酸的共价结构三、DNA的高级结构四、RNA的高级结构,-,2,一、核酸的发现和研究简史,核酸是活细胞中重要的大分子，含有细胞生存和繁殖所需要的全部信息。,-,3,（一）、核酸的发现,1968年，瑞士F.Miescher，细胞核化学的创始人和DNA的发现者从脓细胞分离得到细胞核，并从中提取出一种含磷量很高的酸性化合物，称为核素（nuclein),-,4,（二）、核酸的早期研究,1910年，Kossel因其在核酸化学研究中的成就而获得诺贝尔医学奖（鉴定核酸中的大部分碱基）技术上的突破带来理论研究的重大发展（显微紫外分光光度研究、组织化学实验、亚细胞部分分离、化学分析等证明DNA存在于细胞核，RNA存在于细胞质，是生物共同的重要组成成分）,-,5,（三）、DNA双螺旋结构模型的建立,DNA双螺旋结构是DNA二级结构的一种重要形式，它是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来的一种结构模型。,-,6,DNA双螺旋结构的研究背景：,19501953，Chargaff研究小组对DNA的化学组成进行了研究，发现：DNA碱基组成有物种差异，且物种亲缘关系越远，差异越大；相同物种，不同组织器官中DNA碱基组成相同，而且不因年龄、环境及营养而改变；DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定的规律性，即A=T、G=C、A+G=T+C。这一规律被称为Chargaff原则。,-,7,1953年由Wilkins研究小组完成的研究工作，发现了DNA晶体的X线衍射图谱中存在两种周期性反射，并证明DNA是一种螺旋构象。在中心形成的一个交叉的图斑指示了螺旋结构的存在。顶端和底部的深带对应于重复出现的碱基。,DNA的Xray照片,-,8,（四）、生物技术的兴起,20世纪70年代前期诞生了DNA重组技术（DNArecombinanttechnology）三项关键技术：DNA切割技术（工具酶）、分子克隆（用细菌质粒重组体得到克隆）和快速测序（酶法测序、化学测序）80年代RNA研究出现第二个高潮（核酶、反义RNA、mRNA编辑，RNA的世界.）,-,9,（五）、人类基因组计划开辟了生命科学新纪元,1986年，诺贝尔奖得主H.Dulbecco在Science杂志上率先提出“人类基因组计划”（简称HGP）;1990年10月，美国政府出资30亿美元，计划用15年时间完成“人类基因组计划”，中国1999年加入，承担1%的测序任务;,-,10,测序技术的突破导致提前完成测序任务，生命科学进入”后基因组时代“（post-genomeera），出现“功能基因组学”(functionalgenomics)、“蛋白质组学”（proteomics）、“结构基因组学”（structuralgenomics）、“RNA组学”(RNomics)或“核糖核酸组学”(ribonomics)等新学科。,back,-,11,二、核酸的种类和分布,大分子酸性物质：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类。DNA是主要的遗传信息的载体，RNA主要参与遗传信息的表达；RNA和DNA都是以单核苷酸为基本单位所组成的多核苷酸长链。DNA多为双链结构（D-2-脱氧核糖，ATGC），RNA为单链结构（D-核糖，AUGC）,-,12,原核生物染色体DNA、质粒DNA、真核生物细胞器DNA都是环状双链DNA；真核生物染色体是线型双链DNA，末端有高度重复序列形成的端粒结构；动物病毒DNA通常是环状双链或线型双链；植物病毒基因组大多是RNA，DNA较少见。,-,13,RNA分子的种类较多，分子大小变化较大，功能多样化。主要的RNA种类有rRNA、mRNA、tRNA、HnRNA、SnRNA、SnoRNA、ScRNA等。,-,14,RNA的分类,back,-,15,三、核酸的生物功能,DNA的基本功能是作为遗传信息的载体，为生物遗传信息复制以及基因信息的转录提供模板。DNA分子中具有特定生物学功能的片段称为基因（gene）。一个生物体的全部DNA序列称为基因组（genome）。基因组的大小与生物的复杂性有关，如病毒SV40的基因组大小为5.1103bp，大肠杆菌为5.7106bp，人为3109bp。,-,16,（一）DNA是主要的遗传物质,1928年格雷费斯首次报告了其著名的细菌转化实验。即已经被灭活的有毒的光滑型肺炎球菌（S型）能在动物体内使无毒的粗糙荚膜型肺炎球菌（R型）变成有毒的S型。,-,17,-,18,DNA是遗传物质的证明转化实验,1944年艾佛里(Avery)和他的同事从两种肺炎球菌提取液中获得纯化DNA(R和S)，进行细菌转化实验。该实验首次证明DNA是遗传物质。,细菌转化机制,-,19,DNA是遗传物质的证明噬菌体实验,蔡斯何西用同位素35和32标记噬菌体，并用标记的噬菌体感染细菌，进一步证明了DNA是遗传物质。,-,20,（二）RNA参与蛋白质的生物合成,-,21,（三）RNA功能的多样性,控制蛋白质合成；作用于RNA转录后加工与修饰；基因表达与细胞功能的调节；生物催化与其他细胞持家功能；遗传信息的加工与进化。总之，与遗传信息的表达和表达调控有关。,-,22,本章重点：核苷酸、脱氧核糖核酸、核糖核酸知识点：1、核酸的早期研究和双螺旋结构模型；2、核酸的种类，分类和生物学功能。,back,-,23,第十三章核酸的结构,-,24,核酸的水解产物,-,25,一、核苷酸,（一）、碱基1.嘧啶碱：,尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶,-,26,2.嘌呤碱：,腺嘌呤鸟嘌呤,-,27,-,28,互变异构,-,29,3.稀有碱基：大多数是甲基化碱基，tRNA中含有较多的稀有碱基，可高达10%,-,30,（二）核苷,核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核糖的C1-羟基与嘧啶碱N1或嘌呤碱N9进行缩合，故生成的化学键称为-N糖苷键。,-,31,-D-核糖-D-2-脱氧核糖,-,32,腺苷(AR)脱氧胞苷(dCR),1,N9-糖苷键1,N1-糖苷键,1,1,N9,N1,-,33,“稀有核苷”是由“稀有碱基”所生成的核苷。,假尿苷（）1,C5-糖苷键,1,C5,-,34,（三）、核苷酸,核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两大类。由于与磷酸基缩合的位置不同而分别生成2-核苷酸、3-核苷酸和5-核苷酸。最常见者为5-核苷酸（5常被省略）。,-,35,核苷酸的分子结构,-,36,5-核苷酸又可按其在5位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。,-,37,-,38,核苷酸的命名及缩写符号,-,39,环核苷酸的分子结构,环一磷酸腺苷环一磷酸鸟苷,-,40,back,-,41,二、核酸的共价结构,（一）、核酸中核苷酸的连接方式一分子的核苷酸的3-位羟基与另一分子核苷酸的5-位磷酸基通过脱水可形成3,5-磷酸二酯键，从而将两分子核苷酸连接起来。,-,42,多核苷酸链：,核酸就是由许多核苷酸单位通过3,5-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的长链状化合物。核酸具有方向性的长链状化合物，多核苷酸链的两端，一端称为5-端，另一端称为3-端。,DNARNA,-,43,（二）DNA的一级结构,DNA分子是由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四种脱氧核糖核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连接起来的直线形或环形多聚体。,-,44,（三）RNA的一级结构,RNA分子主要是由AMP，GMP，CMP，UMP四种核糖核苷酸通过3-5-磷酸二酯键连接起来的无分支的线型多聚体。RNA的种类很多（tRNA、mRNA、rRNA等），结构各不一样。,-,45,mRNA的结构与功能,mRNA在真核生物中的初级产物称为HnRNA。大多数真核成熟的mRNA分子具有典型的5-端的7-甲基鸟苷三磷酸（m7GTP）帽子结构和3-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴结构。,（messengerRNA）,-,46,mRNA分子中带有遗传密码，其功能是为蛋白质的合成提供模板。mRNA分子中每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码（coden）,-,47,真核生物mRNA5-端帽子结构,-,48,真核生物mRNA3-端的polyA结构,back,-,49,三、DNA的高级结构,（一）DNA碱基组成的Chargaff原则A=T、G=C、A+C=T+GA+G=T+C,-,50,（二）DNA的二级结构双螺旋结构模型,目前已知DNA双螺旋结构可分为A、B、C、D及Z型等数种，除Z型为左手双螺旋外，其余均为右手双螺旋。,-,51,B型双螺旋DNA的结构特征,-,52,碱基配对及氢键形成,-,53,-,54,B型双螺旋DNA的结构特点：1.为右手反平行双螺旋；2.主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；3.两条链间存在碱基互补：A与T或G与C配对形成氢键，称为碱基互补原则（A与T为两个氢键，G与C为三个氢键）；4.螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力；5.螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm。,-,55,（三）、DNA的三级结构超螺旋结构,（1）原核生物DNA的三级结构：绝大多数原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋。如果再进一步盘绕则形成麻花状的超螺旋三级结构。,-,56,-,57,（2）真核生物中的核小体结构：,在真核生物中，双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构，称为核小体。核小体结构属于DNA的三级结构。,核小体,-,58,-,59,DNA的高级结构从核小体至染色体,back,-,60,四、RNA的高级结构,在RNA通常以单链形式存在，但可自身回折形成局部双螺旋（二级结构），进而折叠（三级结构）；除tRNA外，几乎全部细胞中的RNA都与蛋白质形成核蛋白复合物（四级结构）；RNA承担重要的细胞功能（核糖体、信息体、信号识别颗粒、拼接体、编辑体等）；RNA病毒是具有感染性的RNA复合物。,-,61,（一）、tRNA的高级结构,tRNA是分子最小，但含有稀有碱基最多的RNA，其稀有碱基的含量可多达20%。tRNA是保守性最强的RNA。tRNA是单链核酸，但其分子中的某些局部也可形成双螺旋结构。,（transferRNA）,-,62,tRNA内的稀有核苷,-,63,tRNA的二级结构：,tRNA的二级结构由于局部双螺旋的形成而