核酸的结构和功能医学知识培训课件

1、核酸的结构和功能医学知识核酸的结构和功能医学知识核 酸(nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。核酸的结构和功能医学知识2核 酸(nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单核酸的分类及分布 存在于细胞核和线粒体内。存在于胞核、胞液和线粒体。(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱氧核糖核酸 核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个体的遗传型(genotype)。参与遗传信息的复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。核酸的结构和功能医学知识3核酸的分类及分布 存在于细胞核和线

2、粒体内。存在于胞核、胞第一节核酸的化学组成及一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid核酸的结构和功能医学知识4第一节核酸的结构和功能医学知识4核酸的基本组成单位是核苷酸 (nucleotide)。碱基戊糖磷酸核苷酸核苷核酸DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸 。RNA的基本组成单位是核糖核苷酸 。核酸的结构和功能医学知识5核酸的基本组成单位是核苷酸 (nucleotide)。碱基戊嘌呤 嘧啶 碱基腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）DNA、RNA均有DNA有RNA有一、核苷酸的结构

3、每种核酸都含有四种碱基 。核酸的结构和功能医学知识6嘌呤 嘧啶 碱基腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C）胸腺嘧啶嘌呤(purine) 腺嘌呤(adenine, A)鸟嘌呤(guanine, G)碱 基核酸的结构和功能医学知识7嘌呤(purine) 腺嘌呤(adenine, A)鸟嘌嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶(uracil, U)胸腺嘧啶(thymine, T)核酸的结构和功能医学知识8嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine, C) 五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨基的互变异构。这两种异构体的平衡关系受介质酸碱环境的影响。 核酸的结构

4、和功能医学知识9 五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨基的互变异构。这两戊 糖（构成RNA）核糖(ribose)（构成DNA）脱氧核糖(deoxyribose)核酸的结构和功能医学知识10戊 糖（构成RNA）核糖(ribose)（构成DNA）脱氧核碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷(nucleoside) （或脱氧核苷）。核酸的结构和功能医学知识11碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷(nucleo核苷酸：AMP, GMP, UMP, CMP脱氧核苷酸：dAMP, dGMP, dTMP, dCMP 核苷（脱氧核苷）和磷酸以酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 核酸的结构

5、和功能医学知识12核苷酸：核苷（脱氧核苷）和磷酸以酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷 多磷酸核苷酸： NMP，NDP，NTP核酸的结构和功能医学知识13 多磷酸核苷酸：核酸的结构和功能医学知识13 环化核苷酸: cAMP，cGMP核酸的结构和功能医学知识14 环化核苷酸: cAMP，cGMP核酸的结构和功能医学知二、核酸的一级结构定义核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。核酸的结构和功能医学知识15二、核酸的一级结构定义核酸的结构和功能医学知识155端3端核苷酸之间以3 , 5 -磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。CGA核酸的结构和功能医学知识165端3端

6、核苷酸之间以3 , 5 -磷酸二酯键连接形书写方法核酸的结构和功能医学知识17书写方法核酸的结构和功能医学知识17 DNA 与RNA的区别核酸碱基戊糖DNAA、G、C、T脱氧核糖RNAA、G、C、U核糖核酸的结构和功能医学知识18 DNA 与RNA的区别核酸碱基戊糖DNAA、G、C、T脱氧第二节DNA的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA核酸的结构和功能医学知识19第二节核酸的结构和功能医学知识19一、 DNA的二级结构双螺旋结构核酸的结构和功能医学知识20一、 DNA的二级结构核酸的结构和功能医学知识20（一）DNA双螺旋结构的研究

7、背景 碱基组成分析Chargaff 规则：A = T G = C 碱基的理化数据分析A-T、G-C以氢键配对较合理 DNA纤维的X-线衍射图谱分析 核酸的结构和功能医学知识21（一）DNA双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析 碱基的理已知的核酸化学数据核酸的结构和功能医学知识22已知的核酸化学数据核酸的结构和功能医学知识22（二） DNA双螺旋结构模型要点 1. 两条链反向平行，围绕同一中心轴构成右手双螺旋 (double helix)。螺旋直径2nm，表面有大沟和小沟。2. 磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧，碱基垂直于螺旋轴而伸入内侧。每圈螺旋含10个碱基对 (bp)，螺距为3.4nm。核酸的结

8、构和功能医学知识23（二） DNA双螺旋结构模型要点 1. 两条链反向平行，围绕碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行核酸的结构和功能医学知识24碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行核酸的结构和功能医学知3. 两条链通过碱基间的氢键相连，A对T有两个氢键，C对G有三个氢键，这种A-T、C-G配对的规律，称为碱基互补规则。4. 维持双螺旋稳定的因素：横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力。核酸的结构和功能医学知识253. 两条链通过碱基间的氢键相连，A对T有两个氢键，C对G有碱基互补配对 TAGC核酸的结构和功能医学知识26碱基互补配对 TAGC核酸的结构和功能医学知识26（三）DNA双螺旋结构的多

9、样性Z型DNAB型DNAA型DNA核酸的结构和功能医学知识27（三）DNA双螺旋结构的多样性Z型DNAB型DNAA型DNA二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装（一）DNA的超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方同相同 负超螺旋(negative supercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反 核酸的结构和功能医学知识28二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装（一）DNA的超螺意义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R

10、NA转录过程具有关键作用。 核酸的结构和功能医学知识29意义核酸的结构和功能医学知识29核酸的结构和功能医学知识30核酸的结构和功能医学知识30（三）DNA在真核生物细胞核内的组装真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，其基本单位是 核小体(nucleosome)。核小体的组成DNA：约200bp 组蛋白：H1H2A，H2BH3H4核酸的结构和功能医学知识31（三）DNA在真核生物细胞核内的组装真核生物染色体由DNA和串珠状核小体结构核酸的结构和功能医学知识32串珠状核小体结构核酸的结构和功能医学知识32串珠状核小体DNA双螺旋片段染色质纤维伸展形染色质片段密集形染色质片段整个染色体核酸的结构和功

11、能医学知识33串珠状核小体DNA双螺旋片段染色质纤维伸展形染色质片段密集形核小体螺线管真核生物染色体DNA组装核酸的结构和功能医学知识34核小体螺线管真核生物染色体DNA组装核酸的结构和功能医学知识三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。 核酸的结构和功能医学知识35三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，肺炎双球菌的转化实验Oswald Avery (1944)核酸的结构和功能医学知识36肺

12、炎双球菌的转化实验核酸的结构和功能医学知识36 实验二，噬菌体的标记实验核酸的结构和功能医学知识37 实验二，噬菌体的标记实验核酸的结构和功能医学知识37 核酸的结构和功能医学知识38 核酸的结构和功能医学知识38 核酸的结构和功能医学知识39 核酸的结构和功能医学知识39 核酸的结构和功能医学知识40 核酸的结构和功能医学知识40第三节 RNA的结构与功能Structure and Function of RNA核酸的结构和功能医学知识41第三节 RNA的结构与功能Structure and 动物细胞内主要RNA的种类及功能核酸的结构和功能医学知识42动物细胞内主要RNA的种类及功能核酸的结

13、构和功能医学知识42一 、信使RNA的结构与功能hnRNA 内含子(intron)mRNA * mRNA成熟过程 外显子(exon)核酸的结构和功能医学知识43一 、信使RNA的结构与功能hnRNA 内含子mRNA * mRNA结构特点1. 大多数真核mRNA的5末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。2. 大多数真核mRNA的3末端有一个多聚腺苷酸 (polyA)结构，称为多聚A尾。核酸的结构和功能医学知识44* mRNA结构特点1. 大多数真核mRNA的5末端均在转帽子结构核酸的结构和功能医学知识45帽子结构核酸的结构和功能医

14、学知识45mRNA核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系翻译起始的调控 帽子结构和多聚A尾的功能mRNA的功能：作为蛋白质合成的模板。核酸的结构和功能医学知识46mRNA核内向胞质的转位帽子结构和多聚A尾的功能mRNA的功* tRNA的一级结构特点 含稀有碱基较多 3末端为 CCA-OH 5末端大多数为G 由7090个核苷酸组成二、转运RNA的结构与功能核酸的结构和功能医学知识47* tRNA的一级结构特点二、转运RNA的结构与功能核酸的结 稀有碱基 核酸的结构和功能医学知识48 稀有碱基 核酸的结构和功能医学知识48* tRNA的二级结构三叶草形氨基酸臂额外环核酸的结构和功能医学知识49* t

15、RNA的二级结构氨基酸臂额外环核酸的结构和功能医学知识* tRNA的三级结构 倒L形* tRNA的功能活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。核酸的结构和功能医学知识50* tRNA的三级结构* tRNA的功能核酸的结构和功能医学* rRNA的结构三、核蛋白体RNA的结构与功能* rRNA的功能参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。核酸的结构和功能医学知识51* rRNA的结构三、核蛋白体RNA的结构与功能* rRNA核糖体的组成原核生物真核生物小亚基30S40SrRNA16S18S蛋白质21种33种大亚基50S60SrRNA23S5S28S5.8S5S蛋白质33种49种核糖体70S

16、80S核酸的结构和功能医学知识52核糖体的组成原核生物真核生物小亚基30S40SrRNA16S四 、其他小分子RNA及RNA组学除了上述三种RNA外，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 (small non-messenger RNAs，snmRNAs)。 snmRNAs核酸的结构和功能医学知识53四 、其他小分子RNA及RNA组学除了上述三种RNA外，细胞snmRNAs的种类核内小RNA (snRNA)核仁小RNA (snoRNA)胞质小RNA (scRNA)催化性小RNA小片段干扰 RNA (siRNA) snmRNAs的功能参与hnRNA和rRNA的

17、转录后加工和转运以及基因表达过程的调控等。核酸的结构和功能医学知识54snmRNAs的种类snmRNAs的功能核酸的结构和功能医学核酸的结构和功能医学知识培训课件核酸的理化性质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid第 四 节核酸的结构和功能医学知识56核酸的理化性质第 四 节核酸的结构和功能医学知识56一、核酸的一般理化性质核酸为多元酸，具有较强的酸性；DNA是线性高分子，粘度极大； 在260nm波长有最大吸收峰，是由碱基的共轭双键决定的。这一特性常用作核酸的定性、定量分析。核酸的结构和功能医学知识57一、核酸的一般理化性质核酸

18、为多元酸，具有较强的酸性；核酸的结核酸的结构和功能医学知识58核酸的结构和功能医学知识581. DNA或RNA的定量OD260=1.0相当于50 g/ml双链DNA40 g/ml单链DNA（或RNA）20 g/ml寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8RNA纯品: OD260/OD280 = 2.0OD260的应用核酸的结构和功能医学知识591. DNA或RNA的定量OD260的应用核酸的结构和功能医二、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。变性因素：过量酸，碱，加热等。变性后理化性质的主要改

19、变：OD260增高粘度下降核酸的结构和功能医学知识60二、DNA的变性(denaturation)定义：在某些理化DNA变性的本质是双链间氢键的断裂核酸的结构和功能医学知识61DNA变性的本质是双链间氢键的断裂核酸的结构和功能医学知识6DNA的紫外吸收光谱增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。核酸的结构和功能医学知识62DNA的紫外吸收光谱增色效应：DNA变性时其溶液OD260增解链曲线：在连续加热DNA的过程中以温度对A260值作图，所得的曲线称为解链曲线。核酸的结构和功能医学知识63解链曲线：在连续加热DNA的过程中以温度对A260值作图，所 Tm：紫外光吸收值达到最大值的50

20、%时的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度(melting temperature, Tm)。其大小与G+C含量成正比。核酸的结构和功能医学知识64 Tm：紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解三、DNA的复性与分子杂交 DNA复性(renaturation)的定义在适当条件下，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。减色效应DNA复性时，其溶液OD260降低。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火(annealing) 。核酸的结构和功能医学知识65三、DNA的复性与分子杂交 DNA复性(renatura 热变性的DNA在复性过程中，具有碱基序列部分互补的不同的DNA之间或DNA与RNA之间形成杂化双链的现象。核酸分子杂交 (hybridization)：核酸的结构和功能医学知识66 热变性的DNA在复性过程中，具有碱基序列部分互补的不同的变性复性复性核酸的结构和功能医学知识67变性复性复性核酸