第章核酸之ppt课件

1、第二章核酸第二章核酸2.2核酸的化学组成核酸的化学组成一、元素组成一、元素组成 组成核酸的元素有组成核酸的元素有C C、H H、O O、N N、P P等，与蛋白质比等，与蛋白质比较，其组成上有两个特点：一是核酸普通不含元素较，其组成上有两个特点：一是核酸普通不含元素S S，二是核酸中二是核酸中P P元素的含量较多并且恒定，约占元素的含量较多并且恒定，约占 9 911%11%。因此，核酸定量测定的经典方法，是以测定因此，核酸定量测定的经典方法，是以测定P P含量来含量来代表核酸量。代表核酸量。二、核酸的化学组成和命名二、核酸的化学组成和命名 一核酸的水解一核酸的水解核酸经水解可得到很多核苷酸，因

2、此核苷酸是核酸核酸经水解可得到很多核苷酸，因此核苷酸是核酸的根本单位。的根本单位。水解水解核酸就是由很多单核苷酸聚合构成的多聚核苷酸；核酸就是由很多单核苷酸聚合构成的多聚核苷酸；核苷酸可被水解产生核苷和磷酸；核苷酸可被水解产生核苷和磷酸；核苷还可再进一步水解，产生戊糖和含氮碱基。核苷还可再进一步水解，产生戊糖和含氮碱基。(二二) 核核酸酸水水解解产产物物的的构构造造(1) 核苷酸中的碱基均为含氮杂环化合物，核苷酸中的碱基均为含氮杂环化合物， 它们分别属于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。它们分别属于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。 核苷酸中的嘌呤碱基核苷酸中的嘌呤碱基(purine)主要是主要是: 鸟嘌呤鸟嘌呤

3、(guanine, G) 腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A) 嘧啶碱基嘧啶碱基(pyrimidine)主要是主要是: 胞嘧啶胞嘧啶(cytosine, C) 尿嘧啶尿嘧啶(uracil, U) 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)。碱基的构造式如以下图所示碱基的构造式如以下图所示 : :嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶(2) 核酸中五种碱基中的酮基和氨基，均位于碱基环中核酸中五种碱基中的酮基和氨基，均位于碱基环中氮原子的邻位，可以发生酮式氮原子的邻位，可以发生酮式-烯醇式或氨基烯醇式或氨基-亚氨基之亚氨基之间的构造互变。这种互变异构在基因的突变和生物的间的构造互变。这种互变异构在基因的突变

4、和生物的进化中具有重要作用。进化中具有重要作用。 尿嘧啶尿嘧啶胞嘧啶胞嘧啶 有些核酸中还含有修饰碱基有些核酸中还含有修饰碱基(modified component)或稀有碱基或稀有碱基unusual component，这些碱基大多是，这些碱基大多是在上述嘌呤或嘧啶碱的不同部位被甲基化在上述嘌呤或嘧啶碱的不同部位被甲基化 (methyla-tion) 或进展其它的化学修饰而构成的衍生物。普通这或进展其它的化学修饰而构成的衍生物。普通这些碱基在核酸中的含量稀少，在各种类型核酸中的分些碱基在核酸中的含量稀少，在各种类型核酸中的分布也不均一。布也不均一。DNA中的修饰碱基主要见于噬菌体中的修饰碱基主

5、要见于噬菌体DNA，如如5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶 (m5C)，5-羟甲基胞嘧啶羟甲基胞嘧啶 hm5C；RNA中以中以tRNA含修饰碱基最多，如含修饰碱基最多，如1-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤 (m1A)，2, 2-二甲基鸟嘌呤二甲基鸟嘌呤 (m22G) 和和5, 6-二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 (DHU) 等。等。 (3) (3) 嘌呤和嘧啶环中含有共轭双键，对嘌呤和嘧啶环中含有共轭双键，对260 nm260 nm左右波左右波长的紫外光有较强的吸收。碱基的这一特性常被用来对长的紫外光有较强的吸收。碱基的这一特性常被用来对碱基、核苷、核苷酸和核酸进展定性和定量分析碱基、核苷、核苷酸和核酸进展定性和定量分析.

6、 . 2 2、戊糖、戊糖 核酸中的戊糖有核糖核酸中的戊糖有核糖 (ribose) (ribose) 和脱氧核糖和脱氧核糖 (deoxyribose) (deoxyribose) 两种，分别存在于核糖核苷酸和脱氧两种，分别存在于核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸中。为了与碱基标号相区别，通常将戊糖核糖核苷酸中。为了与碱基标号相区别，通常将戊糖的的C C原子编号都加上原子编号都加上“ ，如，如C1C1表示糖的第一位碳表示糖的第一位碳原子。核糖的构造如下：原子。核糖的构造如下：3 3、核苷、核苷 戊糖与嘧啶或嘌呤碱以糖苷键衔接就称为核苷，戊糖与嘧啶或嘌呤碱以糖苷键衔接就称为核苷，通常是戊糖的通常是戊糖的C1

7、C1与嘧啶碱的与嘧啶碱的N1N1或嘌呤碱的或嘌呤碱的N9N9相衔接。相衔接。 三核苷酸及其衍生物的构造三核苷酸及其衍生物的构造核苷酸由无机磷酸、戊糖和含氮碱基三部分。核苷酸由无机磷酸、戊糖和含氮碱基三部分。1 1、核苷酸的构造式、核苷酸的构造式2 2、脱氧核苷酸的构造式、脱氧核苷酸的构造式ADPADP、ATPATP是是生物体中重生物体中重要的能量转要的能量转换体。换体。ddNTPddNTP在在DNADNA的序列测定的序列测定中运用。中运用。3 3、脱氧、脱氧) )核苷二磷酸、核苷二磷酸、( (脱氧脱氧) )核苷三磷酸、双脱氧核苷三磷酸、双脱氧核苷酸的构造核苷酸的构造4 4、环化核苷酸、环化核苷

8、酸cAMPcAMP、cGMPcGMP：被称为第二信使，有放大：被称为第二信使，有放大激素的作用。激素的作用。 5 5、辅酶：、辅酶：NAD+NAD+、NADP+NADP+等是核酸的衍生物，在物质代等是核酸的衍生物，在物质代谢和能量代谢中起重要作用。谢和能量代谢中起重要作用。RNAD+NAD+：R=HR=HNADP+NADP+：R=PO32-R=PO32-第二章核酸第二章核酸2.3核酸的分子构造核酸的分子构造一、一、DNADNA一级构造一级构造1 1、概念：构成、概念：构成DNADNA的脱氧核苷酸按照一定的陈列顺的脱氧核苷酸按照一定的陈列顺序，经过序，经过3 3,5,5- -磷酸二酯键相连构成的

9、线形构造。磷酸二酯键相连构成的线形构造。2 2、阅读和书写均由、阅读和书写均由5 5 3 31 1线条式书写线条式书写2 2字母式书写字母式书写 5 5 -pApCpGpTpAOH-3 -pApCpGpTpAOH-3 5 5 -ACGTA-3 -ACGTA-33 3、一级构造的测定、一级构造的测定( (测序测序) )SangerSanger提出用双脱氧核苷酸提出用双脱氧核苷酸测定测定DNADNA一级构造的双脱氧一级构造的双脱氧末端终止法使他于末端终止法使他于19801980年第年第二次获得了二次获得了NobelNobel化学奖。化学奖。双脱氧末端终止法测序原理如以下图：双脱氧末端终止法测序原理

10、如以下图：二、二、DNADNA的二级构造的二级构造 上世纪上世纪2020年代，年代，LeveneLevene研讨了核酸的化学构造研讨了核酸的化学构造并提出四核苷酸假说；并提出四核苷酸假说；4040年代末，年代末，Avery,HersheyAvery,Hershey和和ChaseChase的实验严密地证明了的实验严密地证明了DNADNA就是遗传物质；就是遗传物质；5050年年代初，代初，ChargaffChargaff运用紫外分光光度法结合纸层析等运用紫外分光光度法结合纸层析等简单技术，对多种生物简单技术，对多种生物DNADNA作碱基定量分析，发现作碱基定量分析，发现DNADNA碱基组成有如下规

11、律：碱基组成有如下规律： 一一DNADNA的碱基组成的碱基组成ChargaffChargaff法那么法那么不同生物来源的不同生物来源的DNADNA四种碱基比例关系四种碱基比例关系DNA来源来源腺嘌呤腺嘌呤A胸腺嘧啶胸腺嘧啶T鸟嘌呤鸟嘌呤G胞嘧啶胞嘧啶CA+T/G+C大肠杆菌大肠杆菌25.424.824.125.71.01小麦小麦27.327.122.822.71.21鼠鼠28.628.421.421.51.33猪：肝猪：肝29.429.720.520.51.43猪：胸猪：胸腺腺30.028.920.420.7猪：脾猪：脾29.629.220.420.8酵母酵母31.332.918.717.51

12、.079同终身物的不同组织的同终身物的不同组织的DNADNA碱基组成一样；碱基组成一样；同一种生物同一种生物DNADNA碱基组成不随生物体的年龄、营养形碱基组成不随生物体的年龄、营养形状或者环境变化而改动；状或者环境变化而改动； 几乎一切的几乎一切的DNADNA，无论种属来源如何，其腺嘌呤摩尔，无论种属来源如何，其腺嘌呤摩尔含量与胸腺嘧啶摩尔含量一样含量与胸腺嘧啶摩尔含量一样A A = =T T，鸟嘌呤，鸟嘌呤摩尔含量与胞嘧啶摩尔含量一样摩尔含量与胞嘧啶摩尔含量一样G G = =C C，总的，总的嘌呤摩尔含量与总的嘧啶摩尔含量一样嘌呤摩尔含量与总的嘧啶摩尔含量一样A AG G= =C CT T

13、。不同生物来源的不同生物来源的DNADNA碱基组成不同，表如今碱基组成不同，表如今A AT/GT/GC C比值的不同。这些结果后来为比值的不同。这些结果后来为DNADNA的双螺旋构造模型的双螺旋构造模型提供了一个有力的佐证。提供了一个有力的佐证。DNADNA碱基组成规律碱基组成规律ChargaffChargaff规那么：规那么： 二二 DNA DNA的二级构造的二级构造双螺旋构造双螺旋构造Watson, Crick 1953在在Chargaff法那么及法那么及Wilkins, Franklin的的X线衍射任务根底上提出线衍射任务根底上提出DNA的的双螺旋双螺旋double helix构造模型构

14、造模型James WatsonJames Watson，Francis Francis CrickCrick以及以及Maurice Maurice WilkinsWilkins三人因此发现共同三人因此发现共同获得了获得了19621962年的年的NobelNobel医学医学和生理学奖和生理学奖两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕进展右手螺旋。绕进展右手螺旋。碱基位于双螺旋内侧，磷酸和戊糖相间陈列组成骨碱基位于双螺旋内侧，磷酸和戊糖相间陈列组成骨架，位于外侧。架，位于外侧。螺旋平均螺旋平均 d2 nm，碱基堆积间隔，碱基堆积间隔0.34 nm，

15、相邻，相邻核苷酸之间夹角为核苷酸之间夹角为36，每旋转一周包含，每旋转一周包含10碱基对碱基对(base pair，bp)，每周高度，每周高度3.4 nm。1 1、DNADNA双螺旋的根本特征双螺旋的根本特征两条链的碱基之间互补配对方式为：两条链的碱基之间互补配对方式为：AT, CG。双螺旋外表有大沟双螺旋外表有大沟major groove和小沟和小沟minor groove： 大沟：宽大沟：宽1.2 nm，深，深0.85 nm 小沟：宽小沟：宽0.6 nm，深，深0.75 nm碱基配对的构造碱基配对的构造 DNA DNA构造双螺旋构造的提出，被以为是本世纪生构造双螺旋构造的提出，被以为是本世

16、纪生命科学史最重要的奉献之一，同时也是自然科学史命科学史最重要的奉献之一，同时也是自然科学史上的艰苦奉献。它直接解释了生物遗传信息的传送上的艰苦奉献。它直接解释了生物遗传信息的传送与表达的规律，使生命科学从此进入一个崭新的时与表达的规律，使生命科学从此进入一个崭新的时代即分子生物学时代。代即分子生物学时代。2 2、DNADNA双螺旋构造的稳定要素双螺旋构造的稳定要素 碱基堆积力碱基堆积力 链间氢键链间氢键 疏水作用疏水作用 其它次级键：离子键，范德华力其它次级键：离子键，范德华力( (三三) DNA) DNA二级构造的多态性二级构造的多态性 所谓所谓DNADNA二级构造的多态性，是指二级构造的

17、多态性，是指DNADNA不仅具有多不仅具有多种方式的双螺旋构造，而且还能构成三链、四链构造，种方式的双螺旋构造，而且还能构成三链、四链构造，阐明阐明DNADNA的构造是动态的，而不是静态的。核酸的构型的构造是动态的，而不是静态的。核酸的构型的多样性是由于核酸主干链上各键和碱基的旋转呵斥的多样性是由于核酸主干链上各键和碱基的旋转呵斥的，而多链的的，而多链的DNADNA是特定的碱基序列导致的结果。是特定的碱基序列导致的结果。1. DNA1. DNA双螺旋的不同构型双螺旋的不同构型 B-DNAB-DNA螺旋：规范的螺旋：规范的 Watson, Crick Watson, Crick双螺旋，细胞双螺旋

18、，细胞 正常形状下正常形状下DNADNA存在的构型。存在的构型。 (2) A-DNA(2) A-DNA螺旋：螺旋：DNADNA在在75%75%相对湿度的钠盐中的构相对湿度的钠盐中的构型。型。 (3) C-DNA(3) C-DNA螺旋：螺旋：DNADNA在在66%66%相对湿度的锂盐中的构相对湿度的锂盐中的构型。型。 (4) Z-DNA(4) Z-DNA螺旋：左手的螺旋：左手的DNADNA螺旋，这种螺旋能够在螺旋，这种螺旋能够在基基 因表达或遗传重组中起作用。因表达或遗传重组中起作用。螺旋方向螺旋方向碱基升高碱基升高 (bp)碱基数碱基数/圈圈螺距螺距螺旋直径螺旋直径 (nm)A-DNA右手右手

19、0.23112.532.55B-DNA右手右手0.3410 (10.5)*3.4(3.57)*2.0Z-DNA左手左手0.38124.561.8 与与DNADNA碱基顺序相关的特殊二级构造碱基顺序相关的特殊二级构造(1) (1) 回文序列回文序列所谓回文序列就是指所谓回文序列就是指DNADNA某一片段旋转某一片段旋转180180 后后, ,顺序顺序不变的序列，回文序列中的单链可构成发夹构造。双不变的序列，回文序列中的单链可构成发夹构造。双链可构成十字架构造。这种发夹构造或十字架构造在链可构成十字架构造。这种发夹构造或十字架构造在大肠杆菌细胞大肠杆菌细胞DNADNA中已有发现中已有发现. .核酸

20、分子中的回文序列核酸分子中的回文序列单链的回文序列可构成发卡构造单链的回文序列可构成发卡构造双链回文序列可构成十字架构造双链回文序列可构成十字架构造2 2 镜象构造镜象构造 所谓镜象构培育是指所谓镜象构培育是指DNADNA某一片段在一条链上出现颠某一片段在一条链上出现颠倒反复的序列。倒反复的序列。 多嘌呤多嘌呤- -多嘧啶的镜象序列可构成三螺旋构造多嘧啶的镜象序列可构成三螺旋构造(H-(H-螺旋或螺旋或 Hoogsteen Hoogsteen 螺旋螺旋): ): 该螺旋常处在许多真该螺旋常处在许多真核细胞基因的表达调理区。能够与基因表达的调理核细胞基因的表达调理区。能够与基因表达的调理有关。有

21、关。3 3、三链与四链、三链与四链DNADNA：能够存在于真核细胞染色体特殊部位：能够存在于真核细胞染色体特殊部位 和构造中，如端粒。和构造中，如端粒。 三、三、 DNA DNA 的三级构造和真核细胞的三级构造和真核细胞 DNA DNA的组装的组装( (一一) DNA) DNA的三级构造的三级构造: : 超螺旋超螺旋 双螺旋双螺旋DNADNA进一步扭曲环绕那么构成其三级构造，进一步扭曲环绕那么构成其三级构造，超螺旋是超螺旋是DNADNA三级构造的主要方式。三级构造的主要方式。 自从自从19651965年年VinogradVinograd等人发现多瘤病毒的环形等人发现多瘤病毒的环形DNADNA的

22、超螺旋以来，现知道绝大多数原核生物都是共的超螺旋以来，现知道绝大多数原核生物都是共价封锁环价封锁环(covalently closed circle,CCC)(covalently closed circle,CCC)分子，分子，这种双螺旋环状分子再度螺旋化成为超螺旋构造这种双螺旋环状分子再度螺旋化成为超螺旋构造(superhelix(superhelix或或supercoil)supercoil)。 有些单链环形染色体有些单链环形染色体( (如如174)174)或双链线形染色体或双链线形染色体( (如噬菌体如噬菌体 ) )，在其生活周期的某一阶段，也必，在其生活周期的某一阶段，也必将其染色体变为超螺旋方式。对于真核生物来说，将其染色体变为超螺旋方式。对于真核生物来说，虽然其染色体多为线形分子但其虽然其染色体多为线形分子但其DNADNA均与蛋白质相均与蛋白质相结合，两个结合点之间的结合，两个结合点之间的 DNA DNA 构成一个突环构成一个突环(loop)(loop)构造，类似于构造，类似于CCCCCC分子，同样具有超螺旋方式。分子，同样具有超螺旋方式。 超螺旋按其方向分为正超螺旋和负超螺旋