《核酸化学》PPT课件.ppt
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1、第四章 核酸化学,Nucleic Acid chemistry,第一节 概述 第二节 核酸的化学组成 第三节 核酸的分子结构 第四节 核酸的性质 第五节 核酸的研究方法,本章内容,第一节 概 述,核酸(nucleic acidNA)是一类重要的生物大分子,担负着生命信息的储存与传递。 核酸是现代生物化学、分子生物学的重要研究领域,是基因工程操作的核心分子。,1868 F. 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),后称为核酸(nucleic acid)。 1944 Avery 等通过肺炎球菌转化试验证明DNA是遗传物质。 1952 Hers
2、hey, Chase-噬菌体标记实验。 1953 Watson和Crick提出DNA结构的双螺旋模型。 1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则。 1973 Boyer,Cohen-DNA Cloning(克隆)。 1976 DNA Sequencing(序列分析)。 1990 Human Genome Project(人类基因组计划)。,一、核酸的研究历史,光滑型细胞(有毒),粗糙型细胞(无毒),破碎细胞,DNAase降解后的DNA,粗糙型细胞接受光滑型DNA,只有粗糙型,大多数仍为粗糙型,少数光滑型细胞被转化,S,S,R,R,R,+,DNA,1944年Avery细菌转化实验,肺炎球菌
3、(pneumococcus),1928年细菌学家Griffith 细菌毒性实验,噬菌体感染实验,1952年美国Hershey 噬菌体感染实验,真核生物 原核生物 细胞核(98%) 拟核 线粒体mDNA (少量) 质粒DNA(plasmid) 叶绿体ctDNA (少量)等 病毒DNA 细胞质(90%) 细胞质 核仁(少量) 病毒RNA,二、核酸的种类和分布,DNA 脱氧核糖核酸,RNA 核糖核酸,注:生物细胞都含有DNA 和 RNA; 病毒中只含 DNA 或 只含 RNA。,第二节 核酸的化学组成,核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合而成的具有一定空间结构的生物大分子。,基本元素:C、H、O、N
4、、P ; 其中P 的含量比较稳定,占9%-10%,通过测定P 的含量来推算核酸的含量(定磷法)。,一、戊糖,组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为-D-2-脱氧核糖;RNA所含的糖则为-D-核糖。,二、碱基,1. 嘌呤(Purine),2. 嘧啶(Pyrimidine),核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱基的种类很多,大部分是上述碱基的甲基化产物。,二氢尿嘧啶 (DHU),修饰碱基的简写符号,( 为1时可以不写 ),三、核苷(nucleoside),核苷:戊糖+碱基 糖与碱基之间的C-N键,称为C-N糖苷键 核苷中戊糖与碱基的连接方式:,修饰核苷/稀有核苷,修饰核苷包括三种情况:,(1)
5、由修饰碱基和糖组成的核苷,(2)由非修饰碱基和2-O-甲基核糖组成的核苷,(3)由碱基与糖连接方式特殊的核苷,(1),(2),二氢尿嘧啶核苷,(Am),(3),(),取代基用下列小写英文字母表示 :,例:,四、核苷酸(nucleotide) 核苷酸: 核苷+磷酸 戊糖+碱基+磷酸,H,五、游离核苷酸及其衍生物的形式,1. 继续磷酸化,2.环化磷酸化,cAMP,cGMP,3.辅酶 NAD、NADP、FAD、HSCoA,FAD,NAD、NADP,HSCoA,4. GDP-半乳糖、GDP-葡萄糖等是糖蛋白 生物合成和多糖生物合成的活性糖 基供体。,第三节 核酸的分子结构,一、DNA的结构 一级结构:
6、 DNA核苷酸链中脱氧核苷 酸的组成和排列顺序。 二级结构:DNA的两条多聚链间通过 氢键形成的双螺旋结构。 三级结构:DNA双链进一步折叠卷曲 形成的构象。,(一)DNA的一级结构,由dAMP、dGMP、 dCMP、 dTMP核苷酸单体通 过3,5-磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。,结构式,5-磷酸端(常用5-P表示);3-羟基端(常用3 -OH表示) 核苷酸链具有方向性,当表示一个核苷酸链时,必须注明它的方向是53或是35。,DNA的一级结构也可指DNA分子中碱基的顺序。 DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形 式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种 核苷酸千变万化的不同排列组
7、合之中。,(二)DNA的二级结构,Watson 和 Crick 于1953年提出了DNA 双螺旋结构模型,说明了DNA 的二级结构。(即B型DNA),(1)Chargaff定则 (1950s,E. Chargaff发现),DNA碱基组成符合: A=T;G=C; A+G=T+C。 不对称比率:A+T/G+C; 物种不同,DNA碱基组成不同; 物种亲缘愈接近,碱基组成也愈接近,该比 率越相近似。 .具有种的特异性,没有器官和组织的特异性,年龄、营养状况、环境的改变不影响DNA的碱基组成。,1提出DNA双螺旋结构模型的根据,(2)x-光衍射分析,2DNA双螺旋结构模型(double-helical
8、structure),1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构。,DNA双螺旋结构模型要点(1),螺旋中的两条链反向平行,即其中一条链的方向为53,而另一条链的方向为35,两条链共同围绕一个假想的中心轴呈右手双螺旋结构。,DNA双螺旋结构模型要点(2),疏水的碱基位于双螺旋的内侧,亲水的磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基平面与螺旋轴垂直,脱氧核糖平面与中心轴平行。 由于几何形状的限制,碱基对只能由嘌呤和嘧啶配对,即A与T,G与C。这种配对关系,称为碱基互补。A和T之间形成两个氢键, G与C之间形成三个氢键。,DNA双螺旋结构模型要点(3),由于碱基对排列的方向性,使得碱基对占据
9、的空间是不对称的,因此,在双螺旋的表面形成大小两个凹槽,分别称为大沟和小沟,二者交替出现。,DNA双螺旋结构模型要点(4),双螺旋横截面的直径约为2 nm,相邻两个碱基平面之间的距离(轴距)为0.34 nm,每10个核苷酸形成一个螺旋,其螺距(即螺旋旋转一圈)的高度)为3.4 nm。,DNA双螺旋结构模型要点(5),两条链借碱基之间的氢键和碱基堆积力(即碱基之间的范德华力)牢固的连接起来,维持DNA双螺旋的三维结构。 两条链是碱基互补关系。,3. DNA的双螺旋结构稳定因素, 氢键 碱基堆积力 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,4. DNA的双螺旋结构的意义,该模型揭
10、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。该模型的提出是上个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。,DNA双螺旋构象的类型,(三)DNA的三级结构-超螺旋,1)超螺旋是指双螺旋进 一步扭曲或再螺旋的构 象。 2)正超螺旋(变紧,过 旋)和负超螺旋(变松, 欠旋)。 3)人类46条染色体的 DNA总长可达1.7m,经过 螺旋化压缩,实际总长只 有200nm。,负超螺旋,核小体盘绕及染色质示意图,DNA的存在形式-核小体,真核生物中DNA双螺旋沿着组
11、蛋白八聚体核心的短轴绕1.75圈,形成左手超螺旋,称核小体。 染色质的基本结构单位是核小体。 串珠状结构进一步卷曲形成螺线管,后者再进一步卷曲形成超螺旋管,形成染色单体。,基因和基因组,基因即一段有功能的DNA片段,生物细胞中DNA分子的最小功能单位(交换单位)。 一个细胞或生物体所含的全套基因称基因组。,二、RNA的分子结构,(一) RNA的分类及特点 (二) RNA分子的结构特点,(一)RNA的特点及分类,结构特点: 1. 碱基组成:A、G、C、U (AU/GC); 2. 稀有碱基较多,稳定性较差,易水解; 3. 多为单链结构,少数局部形成螺旋(发夹结构); 4. 分子较小。 分类: 1.
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