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第 二 章 核酸的结构和功能

第 二 章 核酸的结构和功能. Structure and Function of Nucleic Acid. 核 酸 (nucleic acid). 是以单核苷酸为基本组成单位的生物大分子，功能是携带和传递遗传信息。. 一、核酸的发现和研究工作进展. 1868 年 Fridrich Miescher 从脓细胞中提取 “ 核素 ” 1944 年 Avery 等人 证实DNA是遗传物质 1953年 Watson 和 Crick 发现 DNA 的双螺旋结构 1968 年 Nirenberg 发现 遗传密码

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第 二 章 核酸的结构和功能

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Presentation Transcript

  1. 第 二 章核酸的结构和功能 Structure and Function of Nucleic Acid

  2. 核 酸(nucleic acid) 是以单核苷酸为基本组成单位的生物大分子，功能是携带和传递遗传信息。

  3. 一、核酸的发现和研究工作进展 • 1868年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素” • 1944年Avery等人证实DNA是遗传物质 • 1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构 • 1968年 Nirenberg发现遗传密码 • 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶 • 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法 • 1985年 Mullis发明PCR 技术 • 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) • 1994年 中国人类基因组计划启动 • 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架

  4. 脱氧核糖核酸 90%以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。 (deoxyribonucleic acid, DNA) 携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。 核糖核酸 分布于胞核、胞液。 (ribonucleic acid, RNA) 参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。 二、核酸的分类及分布

  5. 第一节 核酸的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid

  6. 2. 分子组成 碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖 磷酸(phosphate) 核酸的化学组成 • 1. 元素组成 • C、H、O、N、P • 特点: P/核酸=9%

  7. 腺嘌呤(adenine, A) 鸟嘌呤(guanine, G) 碱 基 嘌呤(purine)

  8. 尿嘧啶(uracil, U) 胸腺嘧啶(thymine, T) 胞嘧啶(cytosine, C) 嘧啶(pyrimidine)

  9. 5´ 1´ 4´ 3´ 2´ 核糖(ribose) 脱氧核糖(deoxyribose) （构成DNA） （构成RNA） 戊 糖

  10. 1. 核苷(ribonucleoside)的形成 碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。 1 1´ 一、核苷酸的结构 核苷：AR, GR, UR, CR 脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR

  11. 2. 核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名 核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 • 核苷酸： • AMP, GMP, UMP, CMP • 脱氧核苷酸： • dAMP, dGMP, dTMP, dCMP

  12. cAMP ADP AMP ATP NADP+ NAD+ 体内重要的游离核苷酸及其衍生物 • 多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP • 环化核苷酸: cAMP，cGMP • 含核苷酸的生物活性物质： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP

  13. 5´端 3. 核苷酸的连接 核苷酸之间以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。 3´端 C A G

  14. 5′端 C A G 3′端 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。

  15. A T G T C G 5 P OH 3 P P P P P 书写方法 5 pApCpTpGpCpT-OH3 5A C T G C T3 目 录

  16. 第二节 DNA的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA

  17. DNA的二级结构-双螺旋结构 • DNA双螺旋结构的研究背景和历史意义 • DNA双螺旋结构模型要点 • DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装 • DNA的超螺旋结构 • 原核生物DNA的高级结构 • DNA在真核生物细胞核内的组装 • DNA的功能

  18. 一、 DNA的二级结构 • ——双螺旋结构

  19. 碱基组成分析 • Chargaff 规则： • [A] =[T],[G] =[C].A+G=T+C. • 种不同DNA组成不同. • 同一个体的不同细胞DNA相同. • 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 （一）DNA双螺旋结构的研究背景 目 录

  20. （二） DNA双螺旋结构模型要点 （Watson, Crick, 1953） • DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成，两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架，以右手螺旋方式绕同一公共轴盘。螺旋直径为2nm，形成大沟(major groove)及小沟(minor groove)相间。 目 录

  21. 碱基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成氢键配对（互补配对形式：A=T; GC） 。 • 相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。 目 录

  22. 碱基互补配对 C G A T

  23. 氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。 目 录

  24. （三）DNA双螺旋结构的多样性 目 录

  25. 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

  26. 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RNA转录过程具有关键作用。

  27. （二）原核生物DNA的高级结构 环状ＤＮＡ

  28. （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：H1 • H2A，H2B • H3 • H4

  29. 三、DNA的功能 DNA的基本功能：复制和转录的模板． 是以基因的形式荷载遗传信息，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：DNA的功能区段。 基因组：全部基因序列．

  30. 第三节 RNA的结构与功能 Structure and Function of RNA

  31. RNA的种类、分布、功能

  32. hnRNA mRNA 一 、信使RNA的结构与功能 * mRNA成熟过程 内含子 (intron) 外显子 (exon) 目 录

  33. * mRNA结构特点 1.帽：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C´2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。 • 尾：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。 • 编码区：核苷酸残基

  34. 帽子结构

  35. 帽子结构和多聚A尾的功能 mRNA核内向胞质的转位 mRNA的稳定性维系 翻译起始的调控

  36. 原核细胞 真核细胞 细胞质 细胞核 内含子 外显子 DNA DNA 转录 转录 mRNA hnRNA 转录后剪接 转运 翻译 蛋白 mRNA 翻译 蛋白 • * mRNA的功能 • 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。

  37. 二、转运RNA的结构与功能 • tRNA的一级结构特点 • 分子量小，稀有碱基多． • 含 10~20% 稀有碱基，如 DHU • 3´末端为 — CCA-OH • 5´末端大多数为G • 具有 TC

  38. 稀有碱基 双氢尿嘧啶 N,N二甲基鸟嘌呤 4-巯尿嘧啶 N6-异戊烯腺嘌呤

  39. tRNA的二级结构 • ——三叶草形 • 四臂三环: • 氨基酸臂 • DHU(臂)环 • 反密码(臂)环 • 额外环(可变臂) • TΨC(臂)环 氨基酸臂 额外环

  40. * 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。

  41. 三、核蛋白体RNA的结构与功能 * rRNA的含量多　　 rRNA的结构 • * rRNA的功能 • 参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。

  42. * rRNA的种类（根据沉降系数） • 真核生物 • 5S rRNA • 28S rRNA • 5.8S rRNA • 18S rRNA • 原核生物 • 5S rRNA • 23S rRNA • 16S rRNA

  43. 核蛋白体的组成

  44. 四 、其他小分子RNA及RNA组学 snmRNAs 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)。

  45. snmRNAs的种类 • 核内小RNA • 核仁小RNA • 胞质小RNA • 催化性小RNA • 小片段干涉 RNA • snmRNAs的功能 • 参与hnRNA和rRNA的加工和转运。

  46. RNA组学 RNA组学研究细胞中snmRNAs的种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs的表达具有时间和空间特异性。

  47. 第 四 节 核 酸 的 理 化 性 质 The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid 目 录

  48. 　　　　　　　两性电离 • 　　　　　　　紫外吸收 • 　　　　　　　变性 • 　　　　　　　复性 • 　　　　　　　分子杂交

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