第二章 核酸的结构和功能
36
第第第 第第第第第第第第 第第第 第第第第第第第第 第 第 第 第 第第第第第 第第第第第 、 第第第第第 第第第第第 、 第 第 一 第 第 一 第第第第第第第 第第第第第第第 第第第 第第第 DNA DNA 第第第第第第 第第第第第第 第第第 第第第 第第第第第第第 第第第第第第第 第第第 第第第 RNA RNA 第第第第第第 第第第第第第
description
第二章 核酸的结构和功能. 引 言 核酸的分类、分布与功能. 第一节 核酸的分子组成. 第三节 DNA 的结构与功能. 第四节 RNA 的结构与功能. 第五节 核酸的理化特性. 引 言 核酸的分类、分布与功能. 细胞质， 参与蛋白质的生物合成. 核糖核酸 （ RNA ）：. 5 % ， Pr 合成的直接模板. m RNA. （信使 RNA ）. t RNA. （转运 RNA ）. 15 % ，活化与转运 AA. r RNA. （核蛋白体 RNA ）. 80 % ，充当装配机，提供场所. - PowerPoint PPT Presentation
Transcript of 第二章 核酸的结构和功能
第二章 核酸的结构和功能第二章 核酸的结构和功能
引 言引 言 核酸的分类、分布与功能核酸的分类、分布与功能
第一节第一节 核酸的分子组成核酸的分子组成
第三节第三节 DNADNA 的结构与功的结构与功能能
第五节第五节 核酸的理化特性核酸的理化特性
第四节第四节 RNARNA 的结构与功的结构与功能能
引 言 核酸的分类、分布与功能引 言 核酸的分类、分布与功能
核糖核酸 核糖核酸 （ （ RNARNA ）：）：
脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸（（ DNADNA ）：）：
• m RNAm RNA
• t RNAt RNA
• r RNAr RNA
（信使 （信使 RNA RNA ））（转运 （转运 RNA RNA ））
（核蛋白体 （核蛋白体 RNARNA ））
细胞质，细胞质，参与蛋白质的生物合成参与蛋白质的生物合成
5 5 %% ，， PrPr 合成的直接模板合成的直接模板
1515 % % ，活化与转运，活化与转运 AAAA
80 80 %% ，充当装配机，提供场所，充当装配机，提供场所
核内染色质，核内染色质，遗传的物质基础遗传的物质基础• 基因基因 —— —— DNADNA 分子中的 分子中的 功能 功能 片段片段
（（决定遗传特性决定遗传特性））（（特定的碱基序列特定的碱基序列） ）
主菜单主菜单
第一节 核酸的分子组成第一节 核酸的分子组成
一、核酸的元素组成一、核酸的元素组成
CC 、、 HH 、、 OO 、、 NN 、、 PP
二、组成核酸的基本单位二、组成核酸的基本单位 —— —— 核苷酸核苷酸
多 苷 多 苷 核苷酸核苷酸磷 酸磷 酸
核 苷核 苷 AA 、、 GG
UU 、、 CC 、、 TT
戊 糖戊 糖
碱 基碱 基嘌呤碱嘌呤碱
嘧啶碱嘧啶碱
核 酸核 酸
A A （腺嘌呤）、（腺嘌呤）、 G G （鸟嘌呤）（鸟嘌呤）U U （尿嘧啶）、（尿嘧啶）、 C C （胞嘧啶）、（胞嘧啶）、 TT （胸腺嘧啶）（胸腺嘧啶）
两类 核酸在分子组成上的异同点两类 核酸在分子组成上的异同点主菜单主菜单
[ [ 命名命名 ]]
两类 核酸在分子组成上的异同点两类 核酸在分子组成上的异同点
RNARNA DNADNA组 分组 分
磷 酸磷 酸 磷 酸磷 酸
戊 糖戊 糖 核 糖核 糖 脱氧核糖脱氧核糖
碱碱基基
嘌 呤嘌 呤
嘧 啶嘧 啶
A GA G
UU CC TT
主菜单主菜单
第二节 第二节 DNADNA 的结构与功能的结构与功能
一、一、 DNADNA 的一级结构的一级结构
（一）（一）分子大小与组分分子大小与组分
• DNA DNA 是目前是目前分子量最大分子量最大的生物大分子的生物大分子• AA 、、 GG 、、 TT 、、 C C 和 和 脱氧核糖脱氧核糖 及 磷酸 及 磷酸
（二）（二）一级结构一级结构
• 概念 —— 概念 —— DNADNA 链中 链中 AA 、、 TT 、、 CC 、、 G G 的序列的序列
• 脱氧核糖核苷酸之间以 脱氧核糖核苷酸之间以 磷酸二酯键磷酸二酯键 相连 相连
主菜单主菜单
二、二、 DNADNA 的二级结构的二级结构—— —— 双螺旋结构双螺旋结构（ 图示 ）（ 图示 ）
11 、、结构要点：结构要点：
• 逆向平行双螺旋逆向平行双螺旋
• 两链之间有特定的碱基互补规律（碱基配对）两链之间有特定的碱基互补规律（碱基配对）A — TA — T
G — CG — C
（ 通过两个氢键相连 ）（ 通过两个氢键相连 ）（ 通过三个氢键相连 ）（ 通过三个氢键相连 ）
• 双螺旋结构的稳定依靠： 碱基对之间的氢键双螺旋结构的稳定依靠： 碱基对之间的氢键 碱基平面间的疏水性堆积力碱基平面间的疏水性堆积力
主菜单主菜单
（ 图示 ）（ 图示 ）
二、二、 DNADNA 的二级结构的二级结构—— —— 双螺旋结构双螺旋结构
11 、、结构要点：结构要点：
22 、、生物学意义：生物学意义：
• 提出了遗传信息的贮存方式、提出了遗传信息的贮存方式、 DNADNA 的复制机制的复制机制• 是是 DNADNA 复制、转录和翻译的分子基础复制、转录和翻译的分子基础
主菜单主菜单
33 、其他类型的双螺旋结构 、其他类型的双螺旋结构
（ 图示 ）（ 图示 ）
三、三、 DNADNA 的超螺旋结构的超螺旋结构
• 真核生物细胞细胞核内，真核生物细胞细胞核内， DNADNA 非常致密，细非常致密，细 胞生活的大部分时间以染色质的形式存在。胞生活的大部分时间以染色质的形式存在。
• DNADNA 在双螺旋二级结构基础上可盘曲成紧密在双螺旋二级结构基础上可盘曲成紧密 的空间结构， 其主要意义是有规律压缩分子的空间结构， 其主要意义是有规律压缩分子 体积，减少所占空间。体积，减少所占空间。
染色质的基本组成单位是核小体 ， 主要由染色质的基本组成单位是核小体 ， 主要由 DHADHA 和组蛋白构成 。 当细胞进入分裂期时，和组蛋白构成 。 当细胞进入分裂期时， 染色质可形成高度组织有序的染色体。染色质可形成高度组织有序的染色体。
主菜单主菜单
主菜单主菜单
真核真核 DNADNA 超级螺旋结构，先与核内蛋白质构成核小体，超级螺旋结构，先与核内蛋白质构成核小体， 然后通过规律性折叠将然后通过规律性折叠将 DNADNA 紧密压缩于染色体中。 紧密压缩于染色体中。 DNADNA 从形成基本单位核小体开始，经过几个层次折叠，从形成基本单位核小体开始，经过几个层次折叠， 在细胞分裂中期形成包装最致密的染色体。在细胞分裂中期形成包装最致密的染色体。 核小体中的组蛋白分子共有：核小体中的组蛋白分子共有： HH11 、、 HH22AA 、、 HH22BB 、、 HH33 和 和 HH44 五五种种 DNADNA 包装成染色体经过三几个层次 包装成染色体经过三几个层次 从而将约从而将约 1m1m 长的长的 DNADNA 分子压缩、容纳于直径只有数微分子压缩、容纳于直径只有数微 米的细胞核中。 米的细胞核中。
三、三、 DNADNA 的超螺旋结构的超螺旋结构
（图示）（图示）
主菜单主菜单
DNADNA 是遗传的物质基础，是遗传信息的载体。是遗传的物质基础，是遗传信息的载体。
基因是指基因是指 DNADNA 分子中的功能性片段，即能编码有功能分子中的功能性片段，即能编码有功能 的蛋白质或合成 的蛋白质或合成 RNA RNA 所必需的完整序列 ， 是核酸的所必需的完整序列 ， 是核酸的 功能单位。功能单位。
生物体的全部基因序列称为基因组，包含了所有编码 生物体的全部基因序列称为基因组，包含了所有编码 RNA RNA 和蛋白质的序列及所有的非编码序列 ， 也就是和蛋白质的序列及所有的非编码序列 ， 也就是 DNA DNA 分子的全序列。分子的全序列。 人的基因组由 人的基因组由 2.9 2.9 l0 l0 9 9 bp bp 组成组成 。。
四、四、 DNADNA 的功能的功能
第三节 第三节 RNARNA 的分子组成和结构的分子组成和结构
一、一、分子组成与结构特点：分子组成与结构特点：
AA 、、 GG 、、 UU 、、 C C 及 及 核 糖核 糖、磷 、磷 酸酸
RNARNA 链中链中 AA 、、 GG 、、 UU 、、 C C 的序的序列列
22 、一级结构：、一级结构：
11 、组成：、组成：
33 、组成与结构特点：、组成与结构特点：
• 含有稀有碱基含有稀有碱基（（由主要碱基修饰而来由主要碱基修饰而来））
• 多为线形单链，但有局部 “ 多为线形单链，但有局部 “ 发夹结构发夹结构 ” ”
主菜单主菜单
二二、 、 三种 三种 RNA RNA 分子组成与结构特点分子组成与结构特点
（一）（一） t RNAt RNA
11 、 一级结构的共同特点、 一级结构的共同特点
22 、、 二级结构二级结构
• 3-3-末端：末端： CCA-OHCCA-OH
• 反密码环顶端：反密码子反密码环顶端：反密码子
（ （ 携带携带 AAAA 的部位 的部位 ））
（ （ 识别识别 mRNAmRNA 上特定的密码子 上特定的密码子 ））
—— —— 三叶草形三叶草形 （ 图示 ） （ 图示 ）
—— —— 活化与转运 活化与转运 AAAA
主菜单主菜单
33 、 三级结构 —— 、 三级结构 —— 倒倒 L L 型型 （ 图示 ）（ 图示 ）
（二）（二） m RNAm RNA —— —— 蛋白质合成的直接模板蛋白质合成的直接模板
11 、、 m RNAm RNA 分子从分子从 5-5-端起读，每三个相邻的核苷酸端起读，每三个相邻的核苷酸（（碱基碱基））
所组成的一个三连码，决定某种所组成的一个三连码，决定某种 AAAA ，称为密码子。，称为密码子。
22 、、 m RNAm RNA 分子的首尾结构分子的首尾结构
• 55’’- - 端（首部）：端（首部）： mm77GpppGppp
• 33’’- - 端（尾部）：端（尾部）： poly-Apoly-A
（（ 7-7-甲基尿苷三磷酸）甲基尿苷三磷酸）（多聚腺苷酸）（多聚腺苷酸）
二二、 、 三种 三种 RNA RNA 分子组成与结构特点分子组成与结构特点
主菜单主菜单
（ 图示 ）（ 图示 ）
—— —— 蛋白质合成的场所 蛋白质合成的场所 • RNARNA 中含量最多（ 中含量最多（ 80 % 80 % ））
• 是是 RNARNA 与多种蛋白质结合生成的核蛋白体与多种蛋白质结合生成的核蛋白体
• 在胞浆中起 “ 装配机 ” 的作用在胞浆中起 “ 装配机 ” 的作用
（三） （三） r RNA RNA
二二、 、 三种 三种 RNA RNA 分子组成与结构特点分子组成与结构特点
主菜单主菜单
原核原核 小亚基（ 小亚基（ 30S30S ） ） 16S rRNA 16S rRNA 及 及 20 20 多种 多种 PrPr
生物生物 大亚基（ 大亚基（ 50S50S ） ） 5S5S 、、 23S rRNA 23S rRNA 及 及 30 30 余种 余种 PP
rr真核真核 小亚基（ 小亚基（ 40S40S ） ） 18S rRNA 18S rRNA 及 及 30 30 多种 多种 PrPr
生物生物 大亚基（ 大亚基（ 60S60S ）） 5S5S 、、 5.85.8 、、 28S rRNA 28S rRNA 及 及 50 50 余种 余种 PP
rr
• 目前已知的 目前已知的 SnmRNAsSnmRNAs 有：有： 核内小 核内小 RNARNA （（ snRNAsnRNA ） 核仁小 ） 核仁小 RNARNA （（ snoRNAsnoRNA ）） 胞质小 胞质小 RNARNA （（ scRNAscRNA ） 催化性 ） 催化性 RNARNA （（ ribozymeribozyme ）） 小片段干扰 小片段干扰 RNARNA （（ siRNAsiRNA ）等）等
• 非 非 mRNA mRNA 小小 RNA RNA （ （ small non-messenger RNAsmall non-messenger RNA ， ， snmRNAs snmRNAs ） ）
• 参与 参与 hn RNA hn RNA 和 和 rRNA rRNA 的转录后加工、转运以及的转录后加工、转运以及 基因表达过程的调控等。基因表达过程的调控等。 具有时间、空间和组织特异性。具有时间、空间和组织特异性。
三三、 、 其他小分子其他小分子 RNARNA
主菜单主菜单
（ 见 表 ）（ 见 表 ）
第四节 核酸的理化性质第四节 核酸的理化性质
一、一、核酸的主要理化性质核酸的主要理化性质
• 紫外吸收特性 （ 紫外吸收特性 （ 260 nm 260 nm ））• 变性、复性和杂交变性、复性和杂交 小小 RNARNA 中的核酶可催化核酸水解中的核酶可催化核酸水解 按底物不同将其分为 按底物不同将其分为 DNADNA酶酶 和 和 RNARNA酶酶 两类 两类 依据酶切部位可分为 依据酶切部位可分为 内切酶内切酶 和 和 外切酶外切酶 限制性内切酶限制性内切酶是是 DNADNA重组技术中重要的工具酶，重组技术中重要的工具酶， 具有严格的序列依赖性。 具有严格的序列依赖性。
主菜单主菜单
第四节 核酸的理化性质第四节 核酸的理化性质二、变性二、变性
11 、概念、概念 核酸双链间氢键断裂，双链结构解开形成核酸双链间氢键断裂，双链结构解开形成两条单链的的过程两条单链的的过程
变性因素：变性因素： 加热及化学处理加热及化学处理（（有机溶剂等有机溶剂等））
22 、特性、特性 —— —— 伴有 伴有 高色高色（（增色增色））效应效应• 高色效应高色效应 在 在 260 nm 260 nm 的紫外吸收增强的紫外吸收增强• 熔点熔点（ （ Tm Tm ）） DNA DNA 达到 达到 50% 50% 变性时的温度变性时的温度
DNA DNA 分子中 分子中 G-C G-C 组份愈多， 组份愈多， Tm Tm 值就愈高值就愈高DNA DNA 分子就愈稳定；反之亦然。分子就愈稳定；反之亦然。
主菜单主菜单
（ 图 示 ）（ 图 示 ）
（ 图 示 ）（ 图 示 ）
22 、特性、特性• 复性时伴有 复性时伴有 低低（（减减 ） ） 效应效应
（ 即在 （ 即在 260 nm 260 nm 的紫外吸收减弱 ）的紫外吸收减弱 ）• 复性又称 “ 退火 ”复性又称 “ 退火 ”
• 变性后若温度迅速下降，则不发生复性变性后若温度迅速下降，则不发生复性
第四节 核酸的理化性质第四节 核酸的理化性质三、复性三、复性
11 、概念、概念 因变性而解开的两条单链，在温度缓慢下降因变性而解开的两条单链，在温度缓慢下降时重又聚合成双链结构，这一过程叫作复性。时重又聚合成双链结构，这一过程叫作复性。
主菜单主菜单
（ 图 示 ）（ 图 示 ）
22 、探针技术 、探针技术
（ 以核酸的变性和复性为基础 ）（ 以核酸的变性和复性为基础 ）
不同来源的两条核酸单链，若有大致相同的碱不同来源的两条核酸单链，若有大致相同的碱 基互补顺序，经退火处理，可形成杂交双链。基互补顺序，经退火处理，可形成杂交双链。
• 分子杂交可发生在 分子杂交可发生在 DNA-DNADNA-DNA 、、 DNA-RNA DNA-RNA 和和 RNA-RNARNA-RNA
第四节 核酸的理化性质第四节 核酸的理化性质四、分子杂交与探针技术 四、分子杂交与探针技术
11 、杂交概念、杂交概念
主菜单主菜单
（ 图 示 ）（ 图 示 ）
在基因研究及临床诊断等方面有广泛应用 在基因研究及临床诊断等方面有广泛应用 （ 图 示 ）（ 图 示 ）
谢谢！！
加 温加 温
返 回返 回 主菜单主菜单
（ 变 性 ）（ 变 性 ）
加 温加 温缓慢缓慢降温降温
返 回返 回 主菜单主菜单
（ 变 性 ）（ 变 性 ） （ 复 性 ）（ 复 性 ）
加 温加 温缓慢缓慢降温降温
返 回返 回 主菜单主菜单
（ 分 子 杂 交 ）（ 分 子 杂 交 ）
示意图示意图
A T
G C
返 回返 回 主菜单主菜单
示意图
腺嘌呤（ A ）
鸟嘌呤（ G ）
胸腺嘧啶（ T ）
胞嘧啶（ C ）
主菜单主菜单返 回返 回
示 意 图示 意 图
5’- 末端
反密码环
3’- 末端
氨基酸臂
返 回返 回 主菜单主菜单
两类 核酸在分子组成上的异同点两类 核酸在分子组成上的异同点
RNARNA DNADNA组 分组 分
磷 酸磷 酸
核 糖核 糖 脱氧核糖脱氧核糖
磷 酸磷 酸
戊 糖戊 糖
碱碱基基
嘌 呤嘌 呤
嘧 啶嘧 啶
A GA G
UU CC TT
RNARNA
核 糖核 糖
DNADNA
脱氧核糖脱氧核糖
UU TT
返 回返 回 主菜单主菜单
AA
PP
碱基 碱基 ——腺嘌呤——腺嘌呤
戊糖 戊糖 ——核糖——核糖
磷 酸磷 酸
[ [ 点击观察结构变化点击观察结构变化 ]]
返 回返 回 主菜单主菜单
OO
AA
腺苷腺苷
碱基碱基
戊糖戊糖核苷核苷
腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷PP
一磷酸一磷酸一磷酸一磷酸 （（ AMPAMP ））
PP ～～
腺苷腺苷二磷酸二磷酸 （（ ADPADP ））
PP ～～
腺苷腺苷三磷酸三磷酸 （（ ATPATP ））
OO磷 酸磷 酸
核苷酸核苷酸
主菜单主菜单返 回返 回
NDPNDPNTPNTP
NMPNMPddNDPNDPddNTPNTP
ddNMPNMPRNARNA
A U C GA U C GUUUU
UDPUDPCTPCTP
AMPAMP
DNADNA
A T C GA T C GTTTT
ddADPADPddTTPTTP
ddGMPGMP
（ （ TTP TTP ）） （ （ ddUTP UTP ））
核苷酸的命名及其符号核苷酸的命名及其符号返 回返 回 主菜单主菜单
返 回返 回 主菜单主菜单
返 回返 回 主菜单主菜单
7
返 回返 回 主菜单主菜单
返 回返 回 主菜单主菜单
返 回返 回 主菜单主菜单
返 回返 回 主菜单主菜单
探针技术原理示意图
