核酸

目录第四章核酸NucleicAcid目录核酸(nucleicacid)是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。目录一、核酸的发现和研究工作进展•1868年FridrichMiescher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)•2001年美、英等国完成人类基因组计划基本框架目录目录目录噬菌体T2结构头部颈圈尾部基板尾丝尖钉DNA目录1.制备两份分别由32P和35S标记的噬菌体.（DNA不含S，蛋白衣壳不含P）2.分别感染细菌（未标记）3.搅拌、剪切使病毒衣壳离开细菌4.通过离心分离衣壳和细菌。结论DNA是遗传物质目录目录目录一、核酸的发现和研究工作进展1868年FridrichMiescher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目录脱氧核糖核酸和核糖核酸异同的对比RNADNA组成戊糖核糖脱氧核糖碱基A,GA,GU,CT,C磷酸Pi(磷酸二酯键)Pi(磷酸二酯键)结构单链，部分碱基互补，局部双螺旋，三叶草形等双链，碱基互补，双螺旋形分布细胞核(核仁)，细胞质(线粒体、核蛋白体、胞液)细胞核(染色质)细胞质(线粒体)生物功能遗传信息表达，反转录，直接参与蛋白质的生物合成遗传的物质基础，负责遗传信息贮存，发布，转录上页下页章首节首第二节核酸的分类、分布目录目录遗传密码目录目录第三节核酸的化学组成TheChemicalComponentofNucleicAcid目录一、核酸的元素组成C、H、O、N、P（9~10%）二、组成核酸的基本单位——核苷酸多核苷酸核苷酸A、GU、C、T磷酸核苷戊糖碱基嘌呤碱嘧啶碱A（腺嘌呤）、G（鸟嘌呤）U（尿嘧啶）、C（胞嘧啶）、T（胸腺嘧啶）两类核酸在分子组成上的异同点[命名]核酸目录戊糖（构成RNA）1´2´3´4´5´OHOCH2OHOHOH核糖(ribose)（构成DNA）OHOCH2OHOH脱氧核糖(deoxyribose)目录嘌呤(purine)NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤(adenine,A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤(guanine,G)碱基目录NNH132456嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶(cytosine,C)NNHNH2O尿嘧啶(uracil,U)NHNHOO胸腺嘧啶(thymine,T)NHNHOOCH3目录几种稀有核苷上页下页章首节首5-甲基胞嘧啶核苷N6-甲基腺嘌呤核苷N2-甲基鸟嘌呤核苷5-羟甲基胞嘧啶核苷目录几种稀有核苷上页下页章首节首次黄嘌呤核苷假尿嘧啶核苷7-甲基鸟嘌呤核苷4-硫尿嘧啶目录核苷（nucleoside）•核苷戊糖+碱基•糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键1’2’3’4’5’(OH)1’2’3’4’5’(OH)上页下页章首节首嘧啶核苷嘌呤核苷★嘧啶碱：C1—N1，嘌呤碱：C1—N9。★核酸中的核苷与脱氧核苷均为β-型★碱基平面与核糖平面互相垂直目录核苷：AR,GR,UR,CR脱氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCR三、核苷酸的结构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）。OHOCH2OHOHNNNH2O1´1目录POOOHOHOCH2OHOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2O核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP2.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）。目录磷酸基团的位置2’，3’，5’5’-核糖核苷酸2’-核糖核苷酸3’-核糖核苷酸2’,3’-环核糖核苷酸组成核酸的结构单位是5’－单核苷酸目录DNA（dAMP,dTMP,dCMP,dGMP）RNA（AMP、UMP、CMP、GMP）目录核苷酸衍生物1.继续磷酸化核苷5’-多磷酸化合物ATP、GTP、CTP、ppppA、ppppG在能量代谢和物质代谢及调控中起重要作用。M：Mono单一；D：Di双；T：Tri三AMPADPATP目录2.环化磷酸化cAMPcGMP环核苷酸3’,5’-cAMP，3’,5’-cGMP第二信使，cAMP调节细胞的糖代谢、脂代谢。目录3.肌苷酸及鸟苷酸(强力味精)4.辅酶NAD+、NADP+IMP（次黄嘌呤核苷酸）GMP目录第四节核酸的共价结构目录5´端3´端一.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。CGA目录多聚核苷酸的特点•在多聚核苷酸中，两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通常称为3′—5′磷酸二酯键。•C5′带有一个自由磷酸基，称为5′-磷酸端（常用5’-P表示）；C3’带有自由的羟基，称为3′-羟基端（常用3’-OH表示）。•多聚核苷酸链具有方向性——5′→3′目录表示方法PP5'3'3'5'PP5'3'P5'3'ACGT在讨论有关核酸问题时，一般只关心其中碱基的种类和顺序，所以上式可以进一步简化为：5′PAPCPGPCPTPGPTPA3′或5′ACGCTGTA3′目录一、核酸的水解核酸的降解：在酸、碱和酶的作用下，发生共价断裂，糖苷键和磷酸酯键都能被打断。1.酸水解★对酸的敏感性：糖苷键＞磷酸酯键嘌呤糖苷键＞嘧啶糖苷键目录2.碱水解DNA和RNA对酸或碱的耐受程度有很大差别。★DNA抗碱水解★生理意义：DNA更稳定，遗传信息。RNA是DNA的信使，完成任务后迅速降解。RNA的磷酸酯键易被碱水解，产生核苷酸混合物。目录碱水解OHRNA-水解OHOH2CHHHbaseHOOPOHO2′-核苷酸3′-核苷酸混合物返回目录核酸酶是指专一水解核酸的酶依据底物不同分类DNA酶(DNase)，脱氧核糖核酸酶，专一降解DNA。RNA酶(RNase)，核糖核酸酶，专一降解RNA。非特异性核酸酶：蛇毒磷酸二酯酶从3’-OH与磷酸间脾磷酸二酯酶从5’-OH与磷酸间依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶。3.酶水解目录二、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。5′端3′端CGA三、信使mRNA的结构与功能hnRNA内含子(intron)mRNA*mRNA成熟过程外显子(exon)目录目录占总RNA的3％～5％上页下页章首节首原核生物mRNA特征：先导区+翻译区（多顺反子）+末端序列多顺反子：能为两条以上不同肽链编码的mRNA真核生物mRNA特征：“帽子”（m7G-5´ppp5´-N-3´p）+单顺反子+“尾巴”（PolyA）单顺反子：只能为一条肽链编码的mRNA三、信使mRNA的结构与功能目录原核细胞mRNA的结构特点5´3´顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序先导区末端顺序目录真核细胞mRNA的结构特点AAAAAAA-OH5´“帽子”PolyA3´顺反子m7G-5´ppp5´-N-3´p目录*mRNA结构特点1.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-。2.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。目录•由甲基化酶催化1.可抵抗5’核酸外切酶降解mRNA。2.可为核糖体提供识别位点，使mRNA很快与核糖体结合，促进蛋白质合成起始复合物的形成。帽子结构3.与蛋白质合成的正确起始作用有关目录多聚A尾的功能3’-端有一段约20-250核苷酸的polyA。●转录后由poly(A)聚合酶催化加尾1.PolyA是mRNA由核进入胞质所必需的形式。2.polyA与mRNA半寿期有关，PolyA大大提高mRNA在胞质中的稳定性。目录*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。DNAmRNA蛋白转录翻译原核细胞细胞质细胞核DNA内含子外显子转录转录后剪接转运mRNAhnRNA翻译蛋白真核细胞目录*rRNA的结构四、核蛋白体RNA的结构与功能*rRNA的功能rRNA是细胞中含量最多的RNA，占总量的80%。参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。目录*rRNA的种类（根据沉降系数）真核生物5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA18SrRNA原核生物5SrRNA23SrRNA16SrRNA目录DNA序列分析1.双脱氧终止法（酶法测序）英国Sanger1955确定牛胰岛素结构，1958获诺贝尔化学奖1975设计出DNA测序法，1980获诺贝尔化学奖合成一段与待测DNA序列互补的DNA片段群。目录DNA酶法测序上页下页章首节首平行进行四组反应，每组反应均使用相同的模板，DNA聚合酶，相同的引物以及四种脱氧核苷三磷酸；并在四组反应中各加入适量的四种之一的双脱氧核苷酸，使其随机地接入DNA链中，使链合成终止，产生相应的四组具有特定长度的、不同长短的DNA链。这四组DNA链再经过聚丙烯酸胺凝胶电泳按链的长短分离开，经过放射自显影显示区带，就可以直接读出被测DNA的核苷酸序列,如下图所示：目录DNA酶法测序目录DNA酶法测序上页下页章首节首目录DNA序列分析仪：四色荧光基团标记的dNTP目录2.化学裂解法Maxam-Gilbert，1977原理：利用特异性的化学裂解法，制备出长度只差一个核苷酸的片段群，然后将此片段群经侧序胶电泳和放射自显影得到侧序图谱。32P-GCTACGTA：在A处：32P-GCT和32P-GCTACGT在G处：32p，32p-GCTAC在C处：32P-G和32P-GCTA在T处：32P-GC和32P-GCTACGDNA序列分析目录第五节核酸的高级结构目录一、DNA的二级结构——双螺旋结构DNA双螺旋结构是DNA二级结构的一种重要形式，它是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来的一种结构模型。目录（double-helicalstructure）1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构。1．DNA双螺旋结构模型返回目录DNA双螺旋结构的要点(1)两条反向平行的链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其中一条链的方向为5′→3′，而另一条链的方向为3′→5′。目录磷酸与脱氧核糖彼此通过3’、5’-磷酸二酯键相连接，构成DNA分子的骨架。2.结构描述(1)磷酸与脱氧核糖在双螺旋外侧，嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧。目录(2)碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行目录(3)每圈螺旋10个碱基（实测10.4个），碱基堆积距0.34nm，双螺旋平均直径2nm，★大沟：宽1.2nm，深0.85nm，★小沟：宽0.6nm，深0.75nm小沟大沟目录3.每条链相邻两个碱基平面之间的距离为0.34nm，每10个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即螺旋旋转一圈）高度为3.4nm。目录4.双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有严格的配对规律，A-T，G-C结合，这种配对关系，称为碱基互补。AT间形成两个氢键，GC间三个氢键。在DNA分子中，嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等。目录碱基互补配对TACG613461