第二章核酸的结构与功能

1、商洛职业技术学院教案教案首页课程名称生物化学序次3专业班级2009级护理授课教师王文玉职称副教授类型理论学时2授课题目第二章核酸的结构与功能（章,节）第一节核酸的化学组成第二节 DNA的结构与功能第三节 RNA的结构与功能第四节 DNA的理化性质1.掌握两类核酸化学组成的异同和核酸的基本结构单位。2.掌握核酸的基本单位、单核苷酸在核酸中的连接方式。3.熟悉多磷酸核苷酸的结构特点。教学目的4.掌握核酸一级结构的概念和DNA双螺旋结构的要点。与要求5.了解DNA的三级结构和功能。6.掌握细胞内RNA的主要种类及 mRNA、tRNA、rRNA的功能。7.核酸变性、复性及分子杂交的概念。8.熟悉核酸一

2、般的理化性质；核酸酶。1.核酸的化学组成和基本单位，DNA的各级结构。教学重点2.细胞内RNA的主要种类及 mRNA、tRNA、rRNA的功能；3.核酸变性、复性1.DNA的双螺旋结构及核小体结构。教学难点2.核酸变性、复性及分子杂交* *教学方法和手段课堂讲述和多媒体教学相结合复习内容1. 蛋白质的各级结构及维持各级结构的化学键。2. 蛋白质的两性电离和等电点、蛋白质变性。（5分钟）。使用教材全国医药类高职高专“十二五”规划教材生物化学邱烈 王文玉主编，第四军医大学卫生出版社，2010年1月第1版。 实验指导为本校自编生物化学实验指导。教案 续页基本内容辅助手段和时间分配25分钟挂图或幻灯

3、片：嘌呤和 嘧啶的化学 结构第二章核酸的结构与功能核酸分为脱氧核糖核酸（DNA ）和核糖核酸（RNA）。DNA存在 于细胞核和线粒体内，是遗传信息的载体； RNA存在于细胞核和细 胞质内，参与细胞内遗传物质的表达。病毒的 RNA也可作为遗传信 息的载体。第一节核酸的化学组成核酸的元素组成：C、H、0、N、P。核酸水解产生核苷酸。核苷酸完全水解可释放出等量的碱基、戊 糖和磷酸。因此，核酸的基本组成单位是核苷酸。而核苷酸则由碱基、 戊糖和磷酸3种成分连接而成。一、碱基嘌呤：A、G ；嘧啶：C、U、T。胸腺嘧啶只存在于DNA分子中， 尿嘧啶只存在于RNA分子中。核酸分子中除含有 A、G、C、U或T

4、等碱基外，某些核酸中还含有其它碱基，称为稀有碱基，如黄嘌呤、 次黄嘌呤、二氢尿嘧啶、甲基胞嘧啶等。嘌呤和嘧啶环中都有共轭双键，对 260nm左右的紫外光有较强的吸收，这一重要特性被用于核酸、核苷酸、核苷和碱基的定性和定量分析。NH 20腺嘌呤(ade nine. A) 鸟嘌呤(gua nine, G)OONHNH胞嘧啶(C )O尿嘧啶Uracil, U)'n企。胸腺嘧啶ymine, T)尿嘧啶(U )胸腺嘧啶(T )戊糖挂图或幻灯 片：核苷和 脱氧核苷核酸中的戊糖有两类，即B -D-核糖和B-D-2-脱氧核糖。D-核糖存在于RNA中，D-2-脱氧核糖存在于DNA中。为了和碱基的碳原 子

5、相区别，戊糖中的碳原子顺序用“ C-1 /, C-2八表示。D-核糖D-2-脱氧核糖挂图或幻灯三、核苷片：构成核酸的碱基、核苷是碱基与戊糖以糖苷键相连接所形成的化合物。糖苷键是由戊糖的第1位碳原子上的羟基和嘧啶的第1位氮原子或嘌呤的第9位氮原子的氢脱水缩合而成。核甘根据所含的碱基和戊糖来命名。核苷：AR, GR, UR, CR脱氧核苷:dAR, dGR, dTR, dCRH O 四、核苷酸核苷与磷酸通过磷酸酯键相连形成的化合物称为核苷酸。核苷酸可分为两大类：即核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸。核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMPnh2脱氧核苷酸：dAMP , dGMP , dTMP , dC

6、MP核甘与相应核甘酸的代号挂图或幻灯 片：核甘酸 和环腺甘酸 的结构NHO P_O-CH2n O口 OOH OHOH体内重要的游离核苷酸及其衍生物核苷酸除参与构成核酸外，还具有多种重要的生理功能。多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP 0 含1个磷酸基团的核苷 酸为核苷一磷酸（NMP ），含2个或3个磷酸基团的核苷酸分别为核 苷二磷酸（NDP ）或核苷三磷酸（NTP） o环化核苷酸：cAMP , cGMP 是重要的调节因子。含核苷酸的生物活性物质：NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP五、核酸中核苷酸的连接方式核苷酸之间是通过3/, 5/磷酸二酯键连接的，即前一个核苷酸 的3,

7、羟基与后一个核苷酸的5/磷酸基脱水形成的化学键。许多核 苷酸借助3/, 5/磷酸二酯键连接形成了没有分支的线性大分子的多 核苷酸链。构成多核苷酸链主链的是戊糖和磷酸。第二节DNA的结构与功能一、DNA的一级结构DNA的一级结构是指DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序。由于 脱氧核苷酸彼此的差别在于碱基部分，因此DNA的一级结构即为20分钟DNA分子中碱基的排列顺序。DNA分子的每条多核苷酸链有两个末 端，具有游离磷酸基的一端为 5 /末端，有游离羟基的一端为 3/末 端，书写时是从5 /末端到3 /末端。二、DNA的二级结构DNA的碱基组成具有以下特点： 腺嘌呤与胸腺嘧啶及鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相

8、等； 嘌呤碱和嘧啶碱的摩尔数相等（A+G=T+C）; 不同种属的生物碱基组成不同； 同一个体的不同器官、不同组织的 DNA碱基组成相同。上述称为Chargaff规则。DNA的二级结构为双螺旋结构。1953年Wats on和Crick提出 了著名的DNA双螺旋结构模型，其要点是：1. DNA分子是由两条反向平行的多核苷酸链以右手螺旋方式围 绕同一中心轴盘绕而成的双螺旋结构。2. 在两条链中，磷酸与脱氧核糖链位于螺旋外侧，碱基位于螺旋 内侧。两条链之间的碱基处在同一平面，构成碱基平面，碱基平面彼 此平行、互相重叠，并垂直于双螺旋的中心轴，螺旋表面形成大沟和 小沟。3. 双螺旋的直径为2nm，每两个

9、相邻碱基对之间的距离为0.34nm，其旋转夹角为36 °，螺旋每旋转一周含10对碱基，螺距为 3.4nm。4两条多核苷酸链之间的碱基通过氢键配对，A-T之间形成2个氢键，G-C之间形成3个氢键。双螺旋结构的稳定靠氢键和碱基堆积 力维系。轴挂图或幻灯片：DNA双螺旋结构三、DNA的超级结构超螺旋结构DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋盘绕方向与DNA双螺旋方同相同负超螺旋盘绕方向与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。真核生物染色体DNA是线性双螺旋结构，染色质 DNA与组蛋 白组成核小体。许多核

10、小体形成的串珠样线性结构再进一步盘曲成直 径为30nm的纤维样结构，再经过几次卷曲，形成染色体结构。四、DNA的功能挂图或幻灯片：DNA的超螺旋结构DNA是遗传信息的载体，是复制和转录的模版。“基因”就是DNA中的碱基序列。一个生物体的全部基因序列称为基因组。“基因” 中DNA的碱基序列决定了其表达的蛋白质的氨基酸的序列。第三节 RNA结构与功能RNA在生命活动中具有重要作用，它和蛋白质共同负责基因的表 达过程的调控。mRNA细胞核内初合成的是不均一核 RNA hnRNA，是 mRNA 的 前体，hnRNA经过剪切加工转变为成熟的mRNA。1. 添加帽子结构2. 添加多聚腺苷酸尾巴询ppp(A

11、AMA,'AnV3赭裡帽子结构和多聚A尾的功能：mRNA核内向胞质的转位。 mRNA的稳定性维系。翻译起始的调控。20分钟挂图或幻灯片：细胞内主要RNA的分布与功mRNA的功能：把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺 序。二、tRNA占细胞总RNA的15%，由70-90个核苷酸组成的一类小分子 RNA ；其主要功能是在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体，并按mRNA上的遗传密码顺序“对号入座”地将其转给蛋白质。tRNA的结构特点1. 稀有碱基含1020% 稀有碱基，如 DHU2. 3 '末端为一CCA-OH 5 &

12、#39;末端大多数为G3. 二级结构呈三叶草型结构4. DHU环、TWC环和反密码子环能挂图或幻灯片：mRNA5 '帽子结构挂图或幻灯片：tRNA的稀有碱基5. 三级结构呈倒L型OHDHU环UGOAAGA二U G CIA' CIG XF CGC AccagagggcCUCUCGUAGUUCUcG CIG反既码子环反密码子酵母tRNA的级绪构与二级绪构tRNA的功能：活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译幻灯片：tRNA 的二级结构与三级结构三、rRNA核糖体RNA是细胞内含量最多的RNA ,占细胞总RNA的80% 以上。rRNA与蛋白质结合形成的核糖体是蛋白质合成的场所。原

13、核 生物含有三种rRNA，真核生物含有四种rRNA。在蛋白质合成过程 中，各种rRNA本身并无单独执行功能的能力，必须与多种蛋白质结 合成核糖体后才能发挥作用。rRNA的功能：参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。 起着装配机的作用。挂图或幻灯 片：生物18SrRNA的二级结构四、小分子核内RNAsnRNA是一类碱基数目小于 300的小分子RNA，参与 mRNA 的剪切加工。除了上述三种 RNA夕卜，细胞的不同部位存在的许多其 他种类的小分子 RNA，统称为非 mRNA 小RNA(snmRNAs)。snmRNAs 的种类：核内小 RNA、 核仁小 RNA、胞质小 RNA、催化性小RNA、

14、小片段干涉 RNA。snmRNAs的功能：参与hnRNA 和rRNA的加工和转运。五、核酶概念：核酶(ribozyme )是指一类具有催化作用的 RNA。种类：(1)内含子的自我剪接型(2)异体催化的剪切型(3)自体催化的剪切型(4 )催化肽键的形成锤头核酶的结构有些rRNA具有催化功能，具有酶的性质。核酶一级结构没有规 律，二级结构呈锤头状。第三节核酸的理化性质一、核酸的一般性质核酸是两性电解质，真核生物核酸多呈线性大分子。核酸溶液的黏度比较大，核酸粘度降低或消失，即意味着变性 或降解。DNA分子的长度与直径之比达到107，极易在机械力的作用下发 生断裂。15分钟核酸的沉降特性。二、核酸的紫

15、外吸收核酸分子中的碱基含有共轭双键，有紫外吸收的性质，其最大吸 收峰值在260nm。利用核酸的紫外吸收特性，可以用紫外分光光度 法对DNA和RNA进行定性和定量分析。220240260280300 320nm波长各种碱皐的紫外吸收光谱(pH 7.0)三、核酸的变性与复性(一) 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。增色效应：DNA变性时其溶液OD2

16、60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 （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值：变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一范围内，挂图或幻灯片：DNA解链温度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（Tm）。其大小与G+C含量成正比。（二） DNA的复性与分子杂交1. DNA 复性（renaturation）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。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火。减色效应：DNA复性时，其溶液O

17、D260降低。2. 核酸分子杂交（hybridization）在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分* *子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定 程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以 在不同的分子间形成杂化双链。这种现象称为核酸分子杂交。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。核酸分子杂交的应用：（1）研究DNA分子中某一种基因的位置（2）定两种核酸分子间的序列相似性（3）检测某些专一序列在待检样品中存在与否（4 ）是基因芯片技术的基础教 案 末 页* *小结5分钟通过这一课的学习，重点掌握 DNA的化学组成，基本单位， 核酸的一级结构，掌握 DNA的双螺旋结构，了解核小体和 DNA 的三级结构。重点掌握mRNA、tRNA、rRNA的结构特点和功能。 掌握核酸变性、复性及分子杂交的概念；核酸一般的理化性质。复习思考题及作业题1. 组成核酸的基本成分有哪些？2. 组成核酸的基本单位是什么？他们是如何连接的？3. 组成两类核酸的主要核苷酸有哪些