第五章蛋白质与核酸ppt课件

1、 第一节、蛋白质的根本组成单位 第二节、蛋白质的分子构造 第三节、蛋白质的分类及性质 第四节、核酸的化学组成 第五节、核酸分子的构造 第六节、核酸的理化性质和分别提纯第四节、核酸的化学组成核酸核酸(nucleic acid)是由碱基嘌呤和嘧啶、戊糖是由碱基嘌呤和嘧啶、戊糖和磷酸组成的高分子物质，是生物体的根本组成。和磷酸组成的高分子物质，是生物体的根本组成。 种类及分布种类及分布DNA 脱氧核糖核酸：主要在细胞核中，是染色脱氧核糖核酸：主要在细胞核中，是染色体的主体的主 要成分。此外在线粒体、叶绿体、质粒及要成分。此外在线粒体、叶绿体、质粒及细胞膜上细胞膜上. RNA核糖核酸：细胞核核糖核酸：

2、细胞核核仁；核仁； 细胞质细胞质核糖体及上清液中核糖体及上清液中核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸磷酸核苷核苷戊糖戊糖碱基碱基水水解解核酸的化学组成核酸的化学组成除含除含C、H、O、N外，还含有较多的磷和少量的硫，外，还含有较多的磷和少量的硫，含磷量在含磷量在910 核酸是一种线形多聚核苷酸核酸是一种线形多聚核苷酸(polynucleotide), 其根本其根本构造单位是核苷酸构造单位是核苷酸(nucleotide)。核苷酸的基本构造碱基碱基 是一类含氮的有机小分子五种是一类含氮的有机小分子五种嘌呤嘌呤(purine：腺嘌呤：腺嘌呤 adenine (A)、鸟嘌呤、鸟嘌呤 guanine (G)嘧啶嘧啶

3、(pyrimidine ：胞嘧啶：胞嘧啶 cytosine (C)DNA/RNA、尿嘧啶、尿嘧啶 uracil (U)RNA、胸腺嘧啶、胸腺嘧啶 thymine (T)DNA构成核酸的五种碱基中的酮基和氨基位于杂环构成核酸的五种碱基中的酮基和氨基位于杂环上氮原子邻位，受介质上氮原子邻位，受介质PH值的影响，构成酮式值的影响，构成酮式和烯醇式，氨基或亚氨基互变异构体。和烯醇式，氨基或亚氨基互变异构体。一、碱基一、碱基nitrogenous base腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶尿嘧啶胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶OHOHOHHHHHHO2 -脱氧核糖OOHOHHHHHHOOH核糖二、戊糖二、戊糖p

4、entose 2-deoxy-D-riboseD-riboseOHOHOHHHHHHO2 -脱氧核糖OOHOHHHHHHOOH核糖三、核苷三、核苷nucleoside核苷是核糖与碱基核苷是核糖与碱基(嘌呤碱或嘧啶碱嘌呤碱或嘧啶碱)结合物。结合物。嘌呤核苷是嘌呤的第嘌呤核苷是嘌呤的第9位位N与核糖或脱氧核糖第与核糖或脱氧核糖第1 位碳衔接；位碳衔接；嘧啶核苷是嘧啶的的第嘧啶核苷是嘧啶的的第1位位N与核糖或脱氧核糖与核糖或脱氧核糖第第1 位碳衔接；位碳衔接；NNNNNH2OHOHHHHHHO 腺嘌呤脱氧核苷腺嘌呤脱氧核苷dA鸟嘌呤脱氧核苷鸟嘌呤脱氧核苷dGNHNNONH2NOHOHHHHHHOOH

5、OHHHHHHONNHOOH3COHOHHHHHHONNNH2O 胞嘧啶脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷dC)胸腺嘧啶脱氧核苷胸腺嘧啶脱氧核苷(dT)NNNNNH2OOHOHHHHHHO腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 (A)鸟嘌呤核苷鸟嘌呤核苷 (G)NHNNONH2NOOHOHHHHHHONNH2ONOOHOHHHHHHONHOONOOHOHHHHHHO尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷U胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷 (C) 核苷：戊糖与碱基缩合而成，并以糖苷键相衔接。 糖苷键：二者的衔接是C-N键，称N-糖苷键。磷酸碱基戊糖NNNNNHHNHNHOOOOHOHOHOHCH2POHOOO核苷酸：核苷酸：AMP、GMPCMP UMP脱

6、氧核苷酸：脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dCMP,dTMP修饰核苷：修饰核苷： 如如5-甲基甲基 胞嘧啶：胞嘧啶：m5dCMP。碱基衔接核苷键碱基衔接核苷键脂脂 键键对对DNA为为H核糖核苷酸核糖核苷酸 (2 、3 和和5 位位)； 脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸3 和和5 位位)。八种核苷酸如下表所示八种核苷酸如下表所示 腺腺嘌嘌呤呤 A鸟鸟嘌嘌呤呤 G胞胞嘧嘧啶啶 C尿尿嘧嘧啶啶 U胸胸腺腺嘧嘧啶啶 TRNA AMPGMPCMPUMP未未发发现现DNAdAMPdGMPdCMP未未发发现现dTMP3 5 环化腺苷酸环化腺苷酸cAMP许多激素是经过许多激素是经过cAMPcAMP发发挥功能的，所

7、以它被称挥功能的，所以它被称为激素作用的第二信使，为激素作用的第二信使，激素是第一信使。激素是第一信使。一、一、DNA的分子构造的分子构造一核酸的一级构造一核酸的一级构造核酸的一级构造是指单核苷酸之间的衔接方式。核酸的一级构造是指单核苷酸之间的衔接方式。DNA、RNA都是由许多核苷酸经过都是由许多核苷酸经过3 、5 磷酸二酯键磷酸二酯键将前一个核苷酸与后一个核苷酸衔接起来，构成无将前一个核苷酸与后一个核苷酸衔接起来，构成无分支的多核苷酸链。分支的多核苷酸链。在链的一端的一个戊糖的在链的一端的一个戊糖的3 位上位上OH是游离存在的，是游离存在的，另一端的戊糖其另一端的戊糖其5位上连有一个磷酸基团

8、呈单磷酸位上连有一个磷酸基团呈单磷酸酯形状，这两个末端分别称为酯形状，这两个末端分别称为3 末端及末端及5 末端。末端。第五节第五节 核酸的分子构造核酸的分子构造DNA一级构造的简写方式一级构造的简写方式 核苷酸顺序又称碱基顺序，是蛋白质与RNA构造的生物言语。戊糖P53首端首端末端末端PPPPPP A G C T G C多核苷酸链的表达方式多核苷酸链的表达方式 二二DNA的空间构造的空间构造1、DNA的二级构造的二级构造DNA双螺旋构造模型的要点双螺旋构造模型的要点 (1) DNA分子是由两条反平行的多聚脱氧核苷酸链，分子是由两条反平行的多聚脱氧核苷酸链，绕同一中心轴盘旋构成的右手螺旋构造；

9、绕同一中心轴盘旋构成的右手螺旋构造；(2) 每条主链由脱氧核糖与磷酸经过每条主链由脱氧核糖与磷酸经过3 、5 磷酸二磷酸二酯键衔接而成，并位于螺旋外侧。碱基位于螺旋酯键衔接而成，并位于螺旋外侧。碱基位于螺旋内侧，碱基平面与螺旋中心轴垂直。螺旋外表有内侧，碱基平面与螺旋中心轴垂直。螺旋外表有两条螺旋形的凹槽两条螺旋形的凹槽 大沟和小沟。大沟和小沟。 (3) 双螺旋的直径是2nm，沿中心轴，每一个螺旋周期有10个核苷酸对，螺距是3.4nm，碱基对之间的间隔为0.34nm。 (4) 两链间的碱基以氢键相互配对。A与T配有两个氢键，G与C配有三个氢键。 DNA分子所含嘌呤碱基的总数等于嘧啶碱基的总数(

10、即A+G=T+C)碱基当量定律。 DNA碱基组成的碱基组成的Chargaff规那规那么么1950年年 1腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即数相等，即AT 2鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数也相等，即也相等，即GC 3含氨基的碱基含氨基的碱基(腺嘌呤和胞腺嘌呤和胞嘧啶嘧啶)总数等于含酮基的碱基总数等于含酮基的碱基(鸟鸟嘌呤和胸腺嘧啶嘌呤和胸腺嘧啶)总数，即总数，即A+C=G+T 4嘌呤的总数等于嘧啶的总嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即数，即A+ G= C+ T 一切一切DNA中碱基组成必定是中碱基组成必定是A=T，G=C这一规律暗示这一规律暗示A与与T, G与与C相互

11、配对的能够性，为相互配对的能够性，为Watson和和Crick提出提出DNA双螺双螺旋构造提供了重要根据。旋构造提供了重要根据。 A.DNA碱基互补原那么碱基互补原那么腺嘌呤腺嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶鸟嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胞嘧啶 DNA 一一 股股 的的 核核 苷苷 酸酸 序序 列列 与与 另另 一一 股股 的的 序序 列列 互互 补补A-T、G-C。 二级构造二级构造B型双螺旋构造型双螺旋构造 大大 部部 分分 DNA 所所 具具 有有 的的 双双 螺螺 旋旋 结结 构构 ， 亦亦 称称 为为 B 型型 1.1.反向、平行、右手螺旋反向、平行、右手螺旋2.2.链间碱基配对相连链间碱基配对相连3.3.

12、每每1010个碱基对螺旋上升一个碱基对螺旋上升一周周4.4.一条链为自动链，另一条一条链为自动链，另一条为被动链；为被动链；双螺旋构造的稳定要素 DNA双螺旋在生理形状下非常稳定，构造不发生变化。 提问：起稳定作用的有哪些力呢？答案：疏水作用力主要答案：疏水作用力主要 又称碱基堆积力又称碱基堆积力 氢键氢键 范德华力范德华力稳定稳定DNA双螺旋的力双螺旋的力 碱基堆积力(每条链上相邻碱基平面之间的疏水作用) 碱基间的氢键 A-DNA B-DNA(右旋DNA) C-DNA Z-DNA(左旋DNA)DNA双螺旋的种类双螺旋的种类DNA双螺旋构造模型不同型的DNA不同型的DNAA型B型Z型螺旋右手右

13、手左手直径2620 18 每圈核苷酸数1110.512碱基间距离2.6 3.4 3.7 碱基倾斜角度2067糖构象C-3内折 C-2内折对嘧啶 C-2内折对嘌呤 C-3内折糖苷键构象反式反式对嘧啶 反式对嘌呤 顺式2、DNA的三级构造的三级构造1DNA的三级构造是指双螺旋的三级构造是指双螺旋DNA的扭曲或再螺旋。的扭曲或再螺旋。如如 开环形开环形-由直链双螺旋由直链双螺旋DNA分子两端衔接而成，其中一条链分子两端衔接而成，其中一条链留有一个小缺口。留有一个小缺口。闭环超螺旋形闭环超螺旋形-是双链环形是双链环形DNA扭曲成麻花状。扭曲成麻花状。发夹形发夹形-DNA变性后在反相反复变性后在反相反复

14、序列时，可构成发夹形。序列时，可构成发夹形。2DNA也可聚合成二聚体和三也可聚合成二聚体和三聚体。聚体。二、二、RNA核糖核酸核糖核酸 天然天然RNA是单链线形分子，只需部分区域是单链线形分子，只需部分区域为双螺旋构造。为双螺旋构造。rRNA (Ribosomal RNAs ，核糖体，核糖体RNA)，占占80%以上：与蛋白质构成核糖体，催以上：与蛋白质构成核糖体，催化肽键的构成化肽键的构成mRNA (Messenger RNAs ，信使，信使RNA) ，占占5%：是以：是以DNA为模板合成的，又是合为模板合成的，又是合成蛋白质的模板成蛋白质的模板tRNA (Transfer RNAs ，转运，

15、转运RNA)，占，占15%：在蛋白质合成中转运氨基酸和识：在蛋白质合成中转运氨基酸和识别密码子别密码子RNA的构造的构造一RNA的一级构造(以mRNA为例)RNA分子的根本构造是一条线性的多核苷酸链，由四种核糖核苷酸以3，5-磷酸二酯键衔接而成。1、原核mRNA的一级构造的特点在5末端和3末端无特殊构造，原核mRNA普通为多顺反子。顺反子 是指mRNA上对应于DNA上一个完好基因的一段核苷酸序列。 在在mRNAmRNA分子内部，每一个顺反子的编码区是从起始分子内部，每一个顺反子的编码区是从起始密码密码(AUG)(AUG)开场，到终止密码开场，到终止密码(UAG)(UAG)为止。各个顺反为止。各

16、个顺反子的编码区之间、子的编码区之间、55端的第一个顺反子的编码区端的第一个顺反子的编码区之前以及之前以及33端的最后一个顺反子编码区之后，都端的最后一个顺反子编码区之后，都含有一段非编码区。含有一段非编码区。 2 2、真核、真核mRNAmRNA的一级构造的特点的一级构造的特点真核的真核的mRNAmRNA普通为单顺反子，即一条普通为单顺反子，即一条mRNAmRNA链只翻译产生一条多肽链。链只翻译产生一条多肽链。其构造方式为其构造方式为 5- 5-帽子帽子-5-5非编码区非编码区- -编码区编码区-3-3非编非编码区码区- -多聚多聚A A多聚腺苷酸多聚多聚腺苷酸多聚A)A)尾的作用是延伸尾的作

17、用是延伸mRNAmRNA的寿的寿命，从而可以添加蛋白质合成的数量。此外，命，从而可以添加蛋白质合成的数量。此外，还有助于还有助于mRNAmRNA穿过核膜，进入细胞质执行其穿过核膜，进入细胞质执行其模板功能模板功能5-帽子构造55，5-5-磷酸二酯键，有抗磷酸二酯键，有抗5-5-核酸外切核酸外切酶的降解作用，在蛋白质合成过程中，有助酶的降解作用，在蛋白质合成过程中，有助于核糖体对于核糖体对mRNAmRNA的识别和结合。的识别和结合。二二RNARNA的空间构造的空间构造( (以以tRNAtRNA为例为例) )1 1、RNARNA的二级构造是指单链的二级构造是指单链RNARNA分子本身回折，分子本身

18、回折，链内的互补碱基配对，构成部分双螺旋区，链内的互补碱基配对，构成部分双螺旋区，未配对的部分那么构成突环相间分布成花未配对的部分那么构成突环相间分布成花形构造。形构造。部分双螺旋部分双螺旋回折产生茎环构造stem-loop，即二级构造。tRNA的二级构造呈三叶草形的二级构造呈三叶草形三叶草形构造由氨基酸臂、二三叶草形构造由氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码环、额外氢尿嘧啶环、反密码环、额外环和环和TC环等环等5个部分组成个部分组成tRNA的构造特点： 1 1、分子量在、分子量在25kd25kd左右，由左右，由70709090个核个核苷酸苷酸组成，沉降系数在组成，沉降系数在4S4S左右；左右； 2

19、 2、碱基组成中有较多的稀有碱基；、碱基组成中有较多的稀有碱基； 3 3、 33末端都为末端都为CpCpAOHCpCpAOH用来接受活用来接受活化的化的 氨基酸。所以这个末端称接受氨基酸。所以这个末端称接受末端；末端； 4 4、55末端大多为末端大多为pG,pG,也有也有pCpC的；的； 5 5、tRNAtRNA的二级构造都呈三叶草形。双的二级构造都呈三叶草形。双螺旋螺旋区构成了叶柄，突环区好象是区构成了叶柄，突环区好象是三叶草形的三片小叶。三叶草形的三片小叶。 tRNAtRNA的二级构造都呈三叶草形。双螺旋区构成的二级构造都呈三叶草形。双螺旋区构成了叶柄，突环区好似是三叶草的三片小叶。了叶柄

20、，突环区好似是三叶草的三片小叶。 由于双螺旋构造所占比例甚高，由于双螺旋构造所占比例甚高，tRNAtRNA的二级构的二级构造非常稳定。造非常稳定。 三叶草形构造由氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反三叶草形构造由氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码环、额外环和密码环、额外环和TCTC环等环等5 5个部分组成。个部分组成。 1 1、氨基酸臂、氨基酸臂amino acid armamino acid arm由由7 7对对碱基组成，富含鸟嘌呤，末端为碱基组成，富含鸟嘌呤，末端为CCACCA，接受活，接受活化的氨基酸。化的氨基酸。 2 2、二氢尿嘧啶环、二氢尿嘧啶环(dihydrouridine loop)(dihy

21、drouridine loop)由由8 8一一1212个核苷酸组成，具有两个二氢尿嘧啶，个核苷酸组成，具有两个二氢尿嘧啶，故得名。经过由故得名。经过由3 34 4对碱基组成的双螺旋区对碱基组成的双螺旋区( (也称二氢尿嘧啶臂也称二氢尿嘧啶臂) )与与tRNAtRNA分子的其他部分相分子的其他部分相连。连。 3 3、反密码环、反密码环(anticodon loop)(anticodon loop)由由7 7个核个核苷酸组成。环中部为反密码子，由苷酸组成。环中部为反密码子，由3 3个碱基组个碱基组成。次黄嘌呤核苷酸成。次黄嘌呤核苷酸( (也称肌苷酸，缩写成也称肌苷酸，缩写成I)I)常出现于反密码子

22、中。反密码环经过由常出现于反密码子中。反密码环经过由5 5对碱对碱基组成的双螺旋区基组成的双螺旋区( (反密码臂反密码臂) )与与tRNAtRNA的其他部的其他部分相连。反密码子可识别信使分相连。反密码子可识别信使RNARNA的密码子。的密码子。 4 4额外环额外环extra loop extra loop 由由3 3一一1818个核苷酸个核苷酸组成。不同的组成。不同的tRNAtRNA具有不同大小的额外环，所以具有不同大小的额外环，所以是是tRNAtRNA分类的重要目的。分类的重要目的。 5 5假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环假尿嘧啶核苷胸腺嘧啶核糖核苷环(TC(TC环环) )由由7 7个核苷酸

23、组成，经过由个核苷酸组成，经过由5 5对碱基组成的双对碱基组成的双螺旋区螺旋区(TC(TC臂臂) )与与tRNAtRNA的其他部分相连。除个别的其他部分相连。除个别例外，几乎一切例外，几乎一切tRNAtRNA在此环中都含有在此环中都含有TC TC 。2 2、tRNAtRNA的三级构造的三级构造 RNA RNA的二级花形构造在细胞中进一步回的二级花形构造在细胞中进一步回折扭曲，使分子内部的自在能到达最小，折扭曲，使分子内部的自在能到达最小，在二级构造中突环上未配对的碱基由于在二级构造中突环上未配对的碱基由于RNARNA链的再度扭曲与另一突环上的未配对碱基链的再度扭曲与另一突环上的未配对碱基相遇，

24、构成新的氢键配对关系，其结果是相遇，构成新的氢键配对关系，其结果是平面花形构造变成立体花形构造。平面花形构造变成立体花形构造。RNA的三级构造茎环构造间的相互作用构成三级构造。第六节、核酸的性质第六节、核酸的性质一、普通理化性质1、两性电解质：2、溶解性：微溶于水，不溶于普通有机试 剂乙醇沉淀核酸，钠盐易溶于水。3、粘度高：普通DNA比RNA粘度高。4、水解性：可被酸、碱或酶水解，DNA比 RNA对稀碱稳定。5、颜色反响：1核糖与浓盐酸和苔酚蓝共热呈绿色，在 670nm处可测RNA；22-脱氧核糖与酸和二苯胺共热呈蓝紫色，在595nm处可测DNA。二种反响可作定性实验，定量实验灵敏度低、准确性

25、差，但快、简便。二、紫外吸收性质 碱基具共轭双键剧烈吸收260-290nm波段紫外光，最大吸收峰在260nm附近。运用：1、不同核苷酸有不同吸收特性，可用紫外分光光度计进展定性、定量测定。 1 OD相当于：50g/ml DNA 40g/ml RNA 20g/ml Nt(核苷酸2、确定所提取的核酸能否纯品。 1DNA： 1.8 纯品 OD260/OD290 1.8 RNA 污染 1.8 pro 污染 2RNA： OD260/OD290 2.0 纯品3、紫外可使相邻T T间构成共价结合的胸腺嘧啶二聚体，引起基因突变。A = TC = GT = AT = AA = TC = GT AT A三、核酸构

26、造的稳定性1、碱基堆积力：双螺旋内部碱基构成的疏、碱基堆积力：双螺旋内部碱基构成的疏 水区；水区；2、碱基间的氢键：、碱基间的氢键：3、磷酸基与介质中阳离子构成的离子键、磷酸基与介质中阳离子构成的离子键4、范德华力。、范德华力。四、核酸的变性1、变性的概念、变性的概念1景象：双螺旋景象：双螺旋DNA和具双螺旋区的和具双螺旋区的RNA氢键氢键 断裂，空间构造被破坏，构成单链无断裂，空间构造被破坏，构成单链无规规 那么线团状的过程。那么线团状的过程。四、核酸的性质四、核酸的性质2结果：结果：A、增色效应：、增色效应： 260nm紫外吸收添加；紫外吸收添加； B、粘度下降、浮力密度上升；、粘度下降、

27、浮力密度上升； C、生物学性能部分或全部丧失。、生物学性能部分或全部丧失。3引起变性的要素：引起变性的要素： 温度、温度、pH、尿素、甲醛等。、尿素、甲醛等。2、热变性与TmTm：在热变性中，紫：在热变性中，紫外吸收添加的中点外吸收添加的中点值所对应的温度，值所对应的温度，称该称该DNA的熔解温的熔解温度度melting temperature,Tm);又称热解链温度。又称热解链温度。四、核酸的性质四、核酸的性质3、影响Tm的要素：1DNA的均一性；的均一性；2G-C含量：含量：Tm与与G-C含量成正比。含量成正比。3介质中的离子强介质中的离子强度：离子强度低，度：离子强度低，Tm低，熔解温度

28、范低，熔解温度范围窄。围窄。五、核酸的复性概念：变性概念：变性DNA在适当条件下缓慢降温，可在适当条件下缓慢降温，可 使两条彼此分开的链重新缔合成双螺旋结使两条彼此分开的链重新缔合成双螺旋结 构的过程。构的过程。 复性后，许多物化性质可得到恢复，复性后，许多物化性质可得到恢复， 生物学活性部分恢复。生物学活性部分恢复。影响要素：温度、影响要素：温度、DNA片段大小、片段大小、DNA浓浓 度、碱基反复序列多少、离子浓度。度、碱基反复序列多少、离子浓度。四、核酸的性质四、核酸的性质DNA变性与复性变性与复性六、核酸的提取方法：先破碎细胞，提取核蛋白；再使核酸与蛋白质分别；最后沉淀核酸，进展纯化。1 1、蛋白质作为生物功能的主要载体，承当着哪些主要生、蛋白质作为生物功能的主要载体，承当着哪些主要生物学功能？物学功能？2 2、蛋白质这个重要的生物大分子的化学组成是什么？其、蛋白质这个重要的生物大分