分子生物学基础知识演示文稿

1、分子生物学基础知识演示文稿第一页，共五十七页。一、核酸分子的基本组成(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱氧核糖核酸 核糖核酸核苷酸核苷碱基磷酸戊糖核糖脱氧核糖嘌呤嘧啶第二页，共五十七页。(一) 碱 基1、特性： 共轭性分子结构，共轭双键，260nm处有最大吸收嘌呤(purine) 弱碱性，低PH值时可接受质子嘧啶(pyrimidine)碱基间存在疏水堆积力第三页，共五十七页。2、种类和结构： 嘌呤腺嘌呤(adenine, A)鸟嘌呤(guanine, G)第四页，共五十七页。嘧啶胞嘧啶(cytosine, C)尿嘧啶(urac

2、il, U)胸腺嘧啶(thymine, T)第五页，共五十七页。(二) 戊 糖（构成DNA）2、脱氧核糖(deoxyribose)（构成RNA）123451、核糖(ribose)2OH 亲水极性集团 易水解 易受攻击RNA不稳定性无2OH，DNA相对稳定第六页，共五十七页。(三) 核 苷戊糖C1嘌呤N9嘧啶N1糖苷键/糖甙键核糖核苷脱氧核糖核苷11第七页，共五十七页。(四) 核苷酸1、核苷酸 核苷+磷酸 磷酸酯键 戊糖+碱基+磷酸第八页，共五十七页。2、游离核苷酸ADPATPAMP第九页，共五十七页。(五) 核酸的一级结构1、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

3、称为碱基序列。5端3端CGA2、核苷酸链的方向性：PO4OH5端3端第十页，共五十七页。3、一级结构的表示方法 结构式/线条式/字母式A G P5 P T PG PC PT P OH 3 5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 5端3端CGA磷酸基团35磷酸二酯键羟基第十一页，共五十七页。DNA一级结构的基本特点4种dNTP以3、5磷酸二酯键相连构成一个没有分枝的线性大分子。它们的两个末端分别称5末端（游离磷酸基）和3末端（游离羟基）。第十二页，共五十七页。(六) DNA与RNA在组成上的区别DNARNA碱基 A G C T A G C U戊糖 脱氧核糖 核糖结

4、构 双链 大多单链，局部双链配对 AT AU G C G C 第十三页，共五十七页。二、DNA的空间结构(一) DNA的二级结构 双螺旋结构第十四页，共五十七页。1、特征反向平行的双螺旋反向平行配对规律疏水碱基平面处于内侧，亲水戊糖与磷酸骨架处于外测第十五页，共五十七页。第十六页，共五十七页。右手螺旋右手螺旋每周10个碱基，每对碱基36，碱基平面距离0.34nm存在大沟、小沟(大沟和小沟分别指双螺旋表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽。 )稳定因素横向：氢键纵向：碱基疏水堆积力第十七页，共五十七页。2、双螺旋结构的多样性ABZ第十八页，共五十七页。(二) DNA的三级结构 超螺旋结构超螺旋结构(su

5、perhelix 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 第十九页，共五十七页。第二十页，共五十七页。多级螺旋模型压缩倍数 7 6 40 5 （8400） DNA 核小体 螺线管 超螺线管 染色单体 2nm 10nm 30(10)nm 400nm 210m 一级包装 二级包装 三级包装 四级包装第二十一页，共五十七页。三、DNA的功能(一)DNA的基本功能:以基因的形式荷载遗传信息，作为基因复制的模板，是生命遗传的

6、物质基础。是转录的模板，是个体生命活动的信息基础。(二)基本概念:基因(gene)：携带遗传信息的一段特定的核苷酸序列，可自我复制并指导转录。基因组(genomic)：一个生物体所包含的全部遗传信息的总和，即全部DNA序列。遗传密码(genetic code)：DNA碱基序列与蛋白质的氨基酸序列之间存在的对应关系。起始密码(ATG)AUG 终止密码：UAA UAG UGA第二十二页，共五十七页。四、RNA的结构(一) RNA的结构特征:组成：核糖 碱基A U C G单链，局部形成双链。含稀有碱基较多DHU(二氢尿嘧啶)，T（假尿嘧啶），甲基化，甲羟化，乙酰化等第二十三页，共五十七页。(二) R

7、NA的种类:1、参与基因表达的RNA信使RNA（mRNA）：遗传信息的传递，翻译模板转运RNA （tRNA）：氨基酸载体核糖体RNA （rRNA）：提供蛋白质合成的场所2、核不均一RNA（hnRNA）:mRNA的前体3、核内小RNA （snRNA）：参与hnRNA的剪接、转运4、 核仁小RNA（snoRNA）：参与rRNA的加工修饰 5、胞质小RNA （hnRNA）: 运输新合成的Pr到高尔基体加工6、小片段干扰RNA（siRNA）：诱发外源mRNA的降解第二十四页，共五十七页。五、核酸的理化性质及应用(一) 一般理化性质1、粘度 DNA RNA2、沉降系数 DNA RNA3、酸碱性质 DNA

8、 pI 44.5 ，pH 4.0 11.0 稳定，提取pH8.0 RNA pI 22.5 提取pH4.5左右，混有很少DNA污染第二十五页，共五十七页。(二) 紫外吸收特征1、碱基的行为表现 共轭双键在260nm有最大吸收第二十六页，共五十七页。2、应用 测定浓度 OD260 = 1.0 相当于双链DNA 50g/mL 单链DNA（或RNA） 40g/mL 寡核苷酸 20g/mL 判断核酸样品的纯度 DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8 RNA纯品: OD260/OD280 = 2.0 测定是否变性 （增色效应） DNA完全变性 增加 2540 RNA变性 增加 1.1左右第二十七

9、页，共五十七页。增色效应 (hyperchromic effect) 由于DNA变性引起的光吸收增加称增色效应,也就是变性后 DNA 溶液的紫外吸收作用增强的效应。 DNA 分子中碱基间电子的相互作用是紫外吸收的结构基础， 但双螺旋结构有序堆积的碱基又 “ 束缚 ” 了这种作用。变性DNA的双链解开，碱基中电子的相互作用更有利于紫外吸收，故而产生增色效应。 第二十八页，共五十七页。4、复性：变性的DNA在适当的温度、一定离子强度条件下，给以足够的时间重新缔合形成双螺旋的过程，称为复性。5、影响复性的因素： T：Tm 2026 离子强度：降低带同种电荷单链间的排斥 DNA浓度 DNA复杂程度6、

10、分子杂交：不同来源的具有互补序列的两条核酸单链，在一定条件下可以按碱基互补原则形成双链的过程。第二十九页，共五十七页。六、遗传中心法则转录翻译DNARNA蛋白质逆转录基因表型控制第三十页，共五十七页。基因经过转录、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋白质分子的过程。基因表达(gene expression)translationDNAmRNAproteintranscriptionDNARNAtranscriptionDNA无组织特异性基因表达有组织特异性第三十一页，共五十七页。核酸生物合成的一般规律1 按照碱基互补配对原则，以DNA为模板，逆转录以RNA为模板2 5 3方向，通过磷酸二酯键连接3

11、 特异的聚合酶催化4 聚合酶的底物核苷酸要求是5核糖或脱氧核糖5 RNA聚合酶进行聚合反应时，可从头合成RNA DNA聚合酶进行聚合反应时，要有3-OH末端第三十二页，共五十七页。(一) DNA的复制复制(replication)是指遗传物质的传代，以亲代DNA为模板，以dNTP为原料，按照碱基互补原则合成子链DNA的过程。第三十三页，共五十七页。15N链14N链重氮环境15N轻氮环境14N第三十四页，共五十七页。3535解链方向35335领头链(leading strand)随从链(lagging strand)第三十五页，共五十七页。1、复制的方式：母链双螺旋解链，以母链的两条单链为模板，

12、半保留复制以四种dNTP为原料碱基互补配对规律子代DNA双链与母链碱基序列一致5 3方向，通过磷酸二酯键连接第三十六页，共五十七页。2、复制的条件：substrate: dATP, dGTP, dCTP, dTTPtemplate : 解开成单链的DNA母链模板primer: 提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合enzyme： a、DNA聚合酶 b、DNA连接酶 c、引物酶 d、解螺旋酶和拓扑异构酶第三十七页，共五十七页。(三) 转录转录 (transcription) 生物体以DNA为模板合成RNA的过程 。mRNA把遗传信息从染色体内贮存的状态转送至胞质，作为蛋白质合成的直接模板。 转录

13、RNADNA 第三十八页，共五十七页。七、氨基酸蛋白质是生物功能的主要载体，而氨基酸是蛋白质的构件分子。自然界存在的成千上万种蛋白质，在结构和功能上的惊人的多样性主要由氨基酸的内在性质造成的。第三十九页，共五十七页。(一) 氨基酸的分类:生物体中发现的氨基酸180多种，大多数是不参加蛋白质组成，这些称为非蛋白质氨基酸。蛋白质组成的常见氨基酸或称基本氨基酸只有20种，称为蛋白质氨基酸。存在某些蛋白质的不常见氨基酸都是肽链上由常见氨基酸修饰转化而来。第四十页，共五十七页。常见的蛋白质氨基酸苏氨酸 ThreonineThr T半胱氨酸 Cystine CysC蛋氨酸 MethionineMetM天冬

14、酰胺Asparagine Asn N谷氨酰胺 Glutarnine GlnQ天冬氨酸 AsparticacidAspD谷氨酸Glutamicacid Glu E赖氨酸LysineLysK精氨酸ArginineArgR组氨酸HistidineHisH中文名称英文名称三字母缩写单字母符号甘氨酸Glycine Gly G丙氨酸 AlanineAlaA缬氨酸ValineValV亮氨酸LeucineLeuL异亮氨酸 Isoleucine IleI脯氨酸ProlineProP苯丙氨酸 Phenylalanine PheF酪氨酸TyrosineTyrY色氨酸Tryptophan TrpW丝氨酸 Serine

15、 SerS中文名称英文名称三字母缩写单字母符号第四十一页，共五十七页。按R基的化学结构分类 1.脂肪族aa （1）中性aa 甘氨酸 丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸 异亮氨酸第四十二页，共五十七页。含羟基或硫aa 丝氨酸 半胱氨酸 苏氨酸 甲硫氨酸第四十三页，共五十七页。胱氨酸由两个半胱氨酸通过侧链上的-SH基氧化成共价的二硫键连接而成第四十四页，共五十七页。（）酸性aa及其酰胺 天冬氨酸 谷氨酸 天冬酰胺 谷氨酰胺第四十五页，共五十七页。（）碱性aa 赖氨酸 精氨酸第四十六页，共五十七页。 、芳香族aa 苯丙氨酸 络氨酸 色氨酸第四十七页，共五十七页。、杂环aa 组氨酸 脯氨酸第四十八页，共五十七页。

16、(三) 氨基酸的酸碱性质: 如果AA在晶体或水中主要以兼性离子（偶极离子)形式存在，不带电荷的中性分子为数极少，就很好解释这个问题了。 静电吸引 范德华力 兼性离子形式的AA是强极性分子第四十九页，共五十七页。(四) AA的光学活性和光谱性质 1.AA的光学活性和立体化学 a-氨基酸的a-碳是一个不对称原子（除了甘氨酸），因此具有旋光性。也分为两种构型D型和L型第五十页，共五十七页。第五十一页，共五十七页。苏氨酸，异亮氨酸，羟脯氨酸和羟赖氨酸除了a-碳原子外，还有第二个不对称碳原子。因此有四种光学异构体。它们分别称为L-，D-，L-别-，D-别-氨基酸。 L-苏氨酸 D-苏氨酸 L-别-苏氨酸 D-别-苏氨酸第五十二页，共五十七页。氨基酸的旋光性氨基酸的旋光符号和大小取决于它的R基性质，并且与测定的溶液pH有关，这是因为在不同的pH条件下氨基和羧基的解离状况不同。 pH对L-亮氨酸（蓝）和L-组氨酸（红）的aD25值的影响 比旋是a-氨基酸的物理常数之一，是鉴别氨基酸的一种根据第五十三页，共五十七页。2