医学课件第二部分核酸化学.ppt
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1、 第二章 核酸化学 主要内容:介绍核酸的分类和化学组成, 重点讨论DNA和RNA的结构特征,初步认识核酸 的结构特征与其功能的相关性;介绍核酸的主 要理化性质和核酸研究的一般方法。 思考 盏 姬 鼓 沃 毯 羊 朵 诺 沼 般 铺 镁 恍 膘 铸 施 钱 妨 汽 醋 砧 顽 冶 通 求 公 钵 涛 烃 五 近 儒 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 核酸的结构与功能 第一节 核酸通论 第二节 核酸基本构件单位核苷酸 第三节 DNA的分子结构 第四节 RNA的分子结构 第五节 核酸的某些理化性质及核酸研究常用技术 第六节 人类基因组计划简介 躺 敝 里 共 细 拂 沙
2、 绎 程 捎 地 算 甜 滑 疗 摔 发 取 撑 扛 钠 面 敬 蛇 尖 膏 蔚 喘 屠 抑 怒 推 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 第一节 核酸通论 一、 核酸的研究历史和重要性 二、 核酸的种类和分布 三、DNA储存遗传信息的证实 刊 陛 俩 巧 吞 客 哦 褪 贩 兆 笔 仆 杖 务 贴 乘 桨 馋 劝 射 象 顶 肝 湛 绰 瞳 慎 苞 钦 耍 藉 碗 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 核酸的研究历史和重要性 1869 Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种含磷酸的有 机物,当时称为核素(nuclein),后称为核
3、酸(nucleic acid); 此后几十年内,弄清了核酸的组成及在细胞中的分布。 1944 Avery 等成功进行肺炎球菌转化试验;1952年Hershey等 的实验表明32P-DNA可进入噬菌体内, 证明DNA是遗传物质。 1953 Watson和Crick建立了DNA结构的双螺旋模型,说明了 基因的结构、信息和功能三者间的关系,推动了分子生物学的 迅猛发展。 1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则, 60年代 RNA研究取得大发展(操纵子学说,遗传密码,逆转 录酶)。 绝 德 额 校 谴 袭 貉 禾 率 土 伏 腥 但 姬 纶 喀 赌 屎 咀 督 配 纳 刁 帅 环 契 酌 绕
4、翠 甫 苗 掐 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 核酸的研究历史和重要性(续) 历史 70年代 建立DNA重组技术,改变了分子生物学的面貌,并导 致生物技术的兴起。 80年代 RNA研究出现第二次高潮:ribozyme、反义RNA、 “RNA世界”假说等等。 90年代以后 实施人类基因组计划(HGP), 开辟了生命科学 新纪元。生命科学进入后基因时代: 功能基因组学(functional genomics) 蛋白质组学(proteomics) 结构基因组学(structural genomics) RNA组学(Rnomics)或核糖核酸组学(ribonomics)
5、 墟 尊 瑶 呆 皇 刑 屡 缓 凉 系 参 查 位 盾 惊 嘘 堆 绕 雨 富 颠 日 飘 斟 六 确 至 绽 实 粗 淹 牟 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 核酸分类和分布 脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA):遗传信息的 贮存和携带者,生物的主要遗传物质。在真核细胞中,DNA主 要集中在细胞核内,线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。原核 细胞没有明显的细胞核结构,DNA存在于称为类核的结构区。 每个原核细胞只有一个染色体,每个染色体含一个双链环状 DNA。 核糖核酸(ribonucleic acid, RNA):主要参与遗传信
6、息的 传递和表达过程,细胞内的RNA主要存在于细胞质中,少量存 在于细胞核中,病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者。另外 在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为 类病毒,它是不含蛋白质的游离的RNA分子,还发现有些RNA 具生物催化作用(ribozyme)。 儒 护 懦 墅 寥 坞 顽 卢 吸 辅 握 耙 菱 芍 纺 蝴 叠 淡 遭 牌 负 宿 祸 吸 呸 致 斡 抓 嚏 秋 譬 桅 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 肺炎球菌转化实验图解 III S型细胞 (有毒) II R型细胞 (无毒) 破碎细胞 DNAase降 解后的DNA II R型细胞接
7、受 III S型DNA 只有II R型 大多数仍 为II R型 少数II R型细胞被转化 产生III S型荚膜 S(光滑) S R R R(粗糙) + DNA 桑 践 萧 枯 毕 撑 倚 奋 缴 干 弥 许 腔 瓦 瘦 逻 瞪 杂 瑶 沼 劈 肺 涸 炉 拔 蛊 憨 苔 瓜 鞠 跺 啄 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 第二节 核酸的基本结构单位核苷酸 一、核苷酸的化学组成与命名 1、 碱基、核苷、核苷酸的概念和关系 2、 常见碱基的结构与命名法 3、 常见(脱氧)核苷酸的基本结构与命名 4、 稀有核苷酸 5、细胞内游离核苷酸及其衍生物 二、核苷酸的生物学功能 宙
8、 追 渔 壶 混 丛 侄 找 摘 桑 续 被 状 业 俭 矫 猿 左 啮 陵 宣 群 穿 慌 床 齐 龙 预 蒜 亨 谣 热 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 5-磷酸核苷酸的基本结构 O O (N = A、G、C、U、T) H H (O)H 1 2 N OH CH2 H H 5 4 3 PO- O O O- 核糖 磷酸 碱基 肾 泞 倪 囤 威 别 保 瞒 蛀 庙 衔 悉 哩 茨 锐 爷 抒 掠 募 宾 栓 拖 莎 篆 硝 太 酸 伯 葱 侨 齐 棒 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 碱基、核苷、核苷酸的概念和关系 Nitrogen
9、ous base Pentose sugar HOCH2 H OH Doxyribose (in DNA) HOCH2 HO OH Ribose (in RNA) Phosphate Pyrimidines CytosineThymineUracil CUT Purihes AdenineGuanine AG 核酸 磷酸核苷 戊糖碱基 企 激 砧 络 枣 陇 身 菩 动 歪 冕 豺 管 帆 峪 轻 俭 椎 屁 淋 间 熬 祭 转 北 限 定 俭 焉 霞 屏 尹 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 基本碱基结构和命名 嘌呤 嘧啶 Adenine (A) Guanine
10、 (G) Cytosine (C) Uracil (U) Thymine (T) 堕 嚏 芽 蜘 泰 筷 舒 碰 施 层 而 姆 偏 阔 划 产 绚 对 榷 讳 羔 炸 擞 俯 芋 赏 话 卸 和 枫 燥 现 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 核苷酸的结构和命名 腺嘌呤核苷酸( AMP) Adenosine monophosphate 脱氧腺嘌呤核苷酸(dAMP) Deoxyadenosine monophosphate 鸟嘌呤核苷酸(GMP) 胞嘧啶核苷酸(CMP) 尿嘧啶核苷酸(UMP) 脱氧鸟嘌呤核苷酸(dGMP) 脱氧胞嘧啶核苷酸(dCMP) 脱氧胸腺嘧啶
11、核苷酸(dTMP) H OH 阵 蒸 柴 参 入 看 嘉 栏 欧 剐 柬 丝 尿 携 患 希 囤 碑 仪 羚 嫡 猿 搜 旨 薄 改 凉 汁 粉 境 宾 妇 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 P PP P P P P P 常见(脱氧)核苷酸的结构和命名 鸟嘌呤核苷酸 (GMP) 尿嘧啶核苷酸 (UMP) 胞嘧啶核苷酸 (CMP) 腺嘌呤核苷酸 (AMP) 脱氧腺嘌呤核苷酸 (dAMP) 脱氧鸟嘌呤核苷酸 (dGMP) 脱氧胞嘧啶核苷酸 (dCMP) 脱氧胸腺嘧啶核苷酸 (dTMP) 纬 吊 渠 郁 铱 士 镀 阿 计 知 鸵 逝 民 褥 扣 税 骸 履 妨 豺 榨
12、 眠 递 莲 姥 孰 焰 路 喷 梨 开 亩 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 几种稀有核苷 假尿苷()二氢尿嘧啶(DHU)Am CH3 CH3H3C m26G H H 5 H H 硬 佩 效 辜 型 感 刽 统 菩 魏 韧 讥 例 断 才 洲 缘 恭 枕 署 就 箭 毒 钎 逻 邢 圾 记 酉 柬 枣 盖 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 几种稀有核苷酸 假尿苷()二氢尿嘧啶(DHU)Am CH3 CH3H3C m26G H H5 H H 茂 掌 彤 彰 楼 丫 夺 豪 濒 罕 摘 邱 诡 抱 故 捷 戈 袖 喻 核 摔 俄 撒 唯
13、 富 蛮 惹 荒 篇 饿 瞅 担 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 细胞内游离核苷酸及其衍生物 多磷酸核苷酸 环核苷酸 辅酶类核苷酸。 骆 砷 耿 埃 署 格 疥 遏 晕 喘 家 怔 基 鬼 设 早 讲 夏 乱 胆 队 地 挺 眺 排 闻 瘴 殆 锈 媒 洗 眶 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 5-NMP 5-NDP 5-NTP N=A、G、C、U 5-dNMP 5-dNDP 5-dNTP N=A、G、C、T 腺苷酸及其多磷酸化合物 AMP Adenosine monophosphate ADP Adenosine diphosph
14、ate ATP Adenosine triphosphate 虫 脐 彦 闻 瞥 歉 椅 账 蛊 孤 窗 撰 堵 域 辛 淌 继 戊 鸟 詹 烹 谆 绎 肌 芹 磊 宜 锅 嗡 认 阳 堑 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 O PO OH O A (G) O OOH CH2 HH H H cAMP(cGMP)的结构 Cyclic adenylie (Guanine)acid 懊 贬 禄 凯 邢 剧 韵 伞 砸 岛 称 酋 术 指 倍 潭 矩 肪 霉 宴 扫 气 哟 糕 置 谎 哮 冠 萎 痹 辑 池 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学
15、二 、核苷酸的生物学功能 作为核酸的单体 细胞中的携能物质(如ATP、GTP、 CTP、GTP) 酶的辅助因子的结构成分(如NAD) 细胞通讯的媒介(如cAMP、cGMP) 鄙 菏 寝 辛 眠 有 究 皮 兄 杀 昆 骏 婉 伎 伤 宽 阻 令 虎 泼 梭 在 赋 缩 湛 速 稠 座 贝 体 酵 踏 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 第二节 DNA的分子结构 一、核酸分子中的共价键 二、 DNA 一级结构 三、DNA碱基组成的Chargaff规则 四、 DNA的二级结构 五、 DNA的三级结构 六、DNA与蛋白质复合物的结构 仗 漠 阻 疗 剑 珠 坷 付 咕 还
16、 把 旭 绸 畦 别 机 陡 珊 抛 斟 彰 馋 牧 仆 霉 餐 袁 由 赊 铂 贯 鞠 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 5 5 3 3 核酸分子中核苷酸之间 的共价键 3 -5 磷酸二酯键 户 闹 渝 挽 赘 糜 店 岩 度 拷 侮 瘫 惺 烯 拣 按 扼 籍 双 按 求 阮 忌 夜 静 器 城 盒 搅 退 辙 茂 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 二、DNA 的一级结构 DNA分子中各脱氧核苷酸 之间的连接方式(3-5磷酸二酯 键)和排列顺序叫做DNA的一 级结构,简称为碱基序列。一级 结构的走向的规定为53。不 同的DNA分子
17、具有不同的核苷 酸排列顺序,因此携带有不同的 遗传信息。 一级结构的表示法 结构式,线条式,字母式 5 3 廷 犬 所 宿 空 驾 脉 芥 缉 宏 晤 堡 敬 润 撵 霉 罢 缎 颓 嫌 魄 趁 蟹 租 伎 携 雷 条 自 挝 柬 抵 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 DNA一级结构的表示法 5 3 结构式 5 3 p p p p OH 3 ACTG 1 线条式 5 ACTGCATAGCTCGA 3 字母式 战 护 估 暗 喜 佐 时 颖 茧 丹 蠢 距 净 默 蔓 全 邵 含 陶 悠 迁 苏 瘩 疵 块 馒 查 聚 遮 所 絮 晤 第 二 部 分 核 酸 化 学
18、 第 二 部 分 核 酸 化 学 三、DNA碱基组成的Chargaff规则 Chargaff首先注意到DNA碱基组成的某些规律性,在 年总结出DNA碱基组成的规律: 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等,即 A=T。 鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数也相等,即G=C。 含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数,即 A+C=G+T。 嘌呤的总数等于嘧啶的总数,即A+G=C+T。 够 抗 骡 薛 辣 条 孵 遗 且 汰 华 寸 软 狭 驹 壶 克 扦 操 线 较 啮 嗣 绞 寐 胰 章 耶 盾 赊 孕 蓑 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 DNA、RNA的一级结构 DNA一级结构 5 3O
19、H OH OH 5 3 RNA一级结构 袭 揽 伎 呸 四 绳 堰 笆 斯 亨 粘 寥 咀 爬 辜 料 作 电 絮 枯 眼 哑 欢 汐 蒂 姚 仪 少 她 皱 喜 僚 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 四、DNA的二级结构 (1) DNA的双螺旋结构(Watson-Crick模型) (2) DNA双螺旋结构特征及意义 (3) DNA双螺旋的多态性 (4)DNA的三股螺旋(tripkex) 呆 防 气 泪 灾 点 徒 篮 贷 卿 佃 蔓 士 馈 誊 紧 绸 炬 州 邱 盲 番 屏 宽 淳 假 芳 蚊 蓝 朔 那 缀 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核
20、 酸 化 学 DNA的双螺旋结构的形成 5 3 5 3 5 35 3 磷酸 核糖 碱基 T-A碱基对 C-G碱基对 扎 省 榆 推 候 抢 眩 蒜 燃 叉 郊 涝 吉 拉 壹 媒 茁 萤 痛 搽 挨 腕 讶 宽 匹 负 账 授 努 岁 冠 披 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 DNA的双螺旋模型特点 a. 两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假 设的中心轴右旋相互盘绕而形成。 b. 磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组 成位于外侧,作为可变成分的碱基位于内侧 ,链间碱基按AT,GC配对(碱基配对 原则,Chargaff定律) c. 螺旋直径2nm,相邻碱基平面垂直距离
21、0.34nm,螺旋结构每隔10个碱基对(base pair, bp)重复一次,间隔为3.4nm 播 肾 惋 棒 煎 嘎 瓦 腑 刽 票 卓 胰 押 寞 山 歌 貉 婚 千 拔 鉴 燕 久 犊 据 股 果 清 返 蔡 拣 骸 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 氢键 碱基堆集力 磷酸基上负电荷被胞内 组蛋白或正离子中和 碱基处于疏水环境中 DNA的双螺旋结构稳定因素 阜 甚 者 继 挎 躬 屏 澜 召 优 肩 穗 楚 兼 掷 建 馋 泳 滔 邮 梆 柑 厕 楔 心 减 呢 滞 起 嚣 秸 磨 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 DNA的双螺
22、旋结构的意义 该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性 特征,最有价值的是确认了碱基配对原则,这 是是DNA复制、转录和反转录的分子基础,亦 是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的 提出是本世纪生命科学的重大突破之一,它奠 定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学 飞速发展的基石。 宋 浚 沼 聪 腊 嘱 孽 衔 保 掀 夜 暇 扼 晋 接 啼 俺 皇 罩 姥 延 醋 蚁 亦 胃 姥 鹤 凳 栓 姚 繁 厄 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 DNA双螺旋的不同构象 俄 叔 强 辅 领 椅 幽 挂 者 霸 栗 汾 蔼 怜 炽 熏 嫩 梦 海 镜 馏 整 氏 独 魔
23、吁 驳 珊 趣 滔 缨 揍 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 三种DNA双螺旋构象比较 A-DNA Z-DNA B-DNA A B Z 外型 粗短 适中 细长 螺旋方向 右手 右手 左手 螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nm 碱基直升 0.23nm 0.34nm 0.38nm 碱基夹角 32.70 34.60 60.00 每圈碱基数 11 10.4 12 轴心与碱 基对关系 2.46nm 3.32nm 4.56nm 碱基倾角 190 10 90 糖苷键构象 反式 反式 C、T反式,G顺式 大沟 很窄很深 很宽较深 平坦 小沟 很宽、浅 窄、深 较窄很
24、深 哆 幻 嗽 糕 龚 派 汰 治 零 拓 无 瘸 砚 芽 倦 屹 赴 伞 文 炕 砷 恕 摈 煤 邮 肺 谴 醚 波 宁 梭 际 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 DNA分子内 的三链结构 多聚嘌呤 多聚嘧啶 DNA分子间 的三链结构 DNA三链间 的碱基配对 T-A-T C-G-C 农 芹 净 懒 欣 鸭 斟 绑 怂 柜 尾 涎 架 牧 讹 妒 焉 控 污 螺 嗡 虾 盆 茫 河 赘 杂 侣 鸡 兼 唯 伏 第 二 部 分 核 酸 化 学 第 二 部 分 核 酸 化 学 五、DNA的三级结构 1超螺旋DNA(supercoiled DNA) 2拓朴异构酶(to
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