核酸的化学ppt课件

烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第一节核酸的概念和化学组成第二节核酸的分子结构第三节核酸的理化性质第四节核酸的分离与含量测定第五章核酸的化学烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity核酸(NucleicAcid)是一类重要的含磷酸基团的生物大分子,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.第一节核酸的概念和化学组成烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity核酸与医药1）抗癌药物.如5氟尿嘧啶,6巯基嘌呤.2）基因工程药物,如胰岛素,白介素.3）基因治疗.烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity一核酸的研究历史1.核酸的研究历史1868年瑞士的Miescher测定淋巴细胞蛋白质组成时,发现了不溶于稀酸和盐溶液的沉淀物,所有细胞的核里都含有此物质,命名核素(Nuclein);1879年Kossel经过10年的努力,搞清楚核质中有四种不同的组成部分:A,T,C,G;1889年Altman制备了核酸并建议将核素改名为“核酸”,并且已经认识到“核质”乃“核酸”与蛋白质的复合体;烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity1944年Avery的细菌转化实验证明DNA是遗传物质1950年Chargaff和Hotchkiss采用纸层析法分析DNA的组成,得知[A]=[T],[G]=[C],[A+G]=[C+T]1953年Watson,Crick根据DNA的X射线图谱的研究结果,提出了DNA的双螺旋模型(Doublehelix)1970年发现第一个DNA限制性内切酶1981年Gilbert和Sanger建立DNA测序方法1985年Mullis发明PCR技术1990年开始实施人类基因组计划;2003年人类基因组计划宣告完成测序任务烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity2.DNA是主要的遗传物质1928年,英国细菌学家Griffith发现肺炎球菌:S型:有荚膜,菌落光滑,使小鼠死亡R型:没有荚膜,菌落表面粗糙,无致死作用美国微生物学家Avery做了著名的肺炎球菌转化实验.烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity噬菌体试验进一步证明DNA是遗传物质.病毒仅含少量的DNA(或RNA)被一层蛋白质的外壳包裹.专门感染细菌的病毒称为噬菌体（bacteriophage）.1952年,Hershey和Chase的噬菌体实验证明：在病毒繁殖时DNA能复制并且控制新蛋白质外壳的合成.烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity3.核酸的种类和分布核酸分为两大类：脱氧核糖核酸DeoxyribonucleicAcid，DNA核糖核酸RibonucleicAcid，RNARNA主要存在于细胞质中,有3类tRNA,rRNA,mRNA烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity二核酸的基本结构单位----核苷酸三（一）核苷和核苷酸核酸可以水解成核苷酸,核苷酸可以继续水解成磷酸和核苷,核苷可以水解成戊糖和碱基,碱基可以分成多种类型烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity一些合成的嘌呤和嘧啶具有临床应用价值，它们可以取代某些酶活性部位中的天然嘧啶和嘌呤底物。例如5-氟尿嘧啶和6-巯基嘌呤就常用于治疗某些类型的癌症。烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity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:烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity核苷:由戊糖和碱基以C-N糖苷键连接而成糖都是通过糖的异头碳和嘧啶的N-1或嘌呤的N-9之间形成的N-糖苷键与碱基连接烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity核苷酸:核苷+磷酸核苷一磷酸可以进一步磷酸化,形成核苷二磷酸和核苷三磷酸烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity核苷酸的命名:含一个磷酸基团：核苷一磷酸（NMP）含两个磷酸基团：核苷二磷酸（NDP）含三个磷酸基团：核苷三磷酸（NTP）N代表各种碱基的名称烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity（二）环化核苷酸细胞信号转导途径中的第二信使分子烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity（三）辅酶类核苷酸：1.辅酶I(CoI,NAD）和辅酶II(CoII,NADP)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）在生物氧化过程中起到传递H的作用.烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity2.黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)在生物氧化过程中起到传递H的作用烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity3.辅酶A（CoACoA-SH）参与糖、脂、蛋白质的代谢过程,尤其在脂肪代谢过程中起重要作用BACK烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity第二节核酸的分子结构一.DNA的分子结构（一）DNA的一级结构:多聚核苷酸是通过一个核苷酸的C3′-OH与另一分子核苷酸的5′-磷酸基团形成3′,5′-磷酸二酯键相连而成的链状聚合物烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity5’-磷酸端（常用5’-P表示）3’-羟基端（常用3’-OH表示）多聚核苷酸链具有方向性，表示一个多聚核苷酸链时,必须注明它的方向是5’→3’或是3’→5’烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity核酸的一级结构：DNA的一级结构是指DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序(碱基的排列顺序).DNA5'-ATGCATGC……3'RNA:5'-AUGCAUGC……3'3'-TACGTACG……3'烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity一）DNA与基因基因(gene):是DNA片段的核苷酸序列,DNA分子中最小的功能单位.结构基因,调节基因.基因组(genome):某生物体所含全部遗传物质的总和.烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity二）真核生物基因组特点2.回文结构：顺读到读序列一样烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity3.间隔顺序与插入顺序：内含子(intron):在真核生物细胞核中,DNA链上不能编码蛋白质的核苷酸片段,原核生物无.外显子(exon):DNA链上编码蛋白质的核苷酸片段.组蛋白基因(histongene)和干扰素基因(interferongene)没有内含子烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity三）原核生物基因组特点1.有基因重叠现象2.功能相关基因串联在一起,并转录在同一mRNA中（多顺反子）3.没有内含子结构,重复序列少烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity（二）DNA的二级结构DNA二级结构的Watson-Crick模型1.提出DNA双螺旋结构模型的根据（1）x-光衍射分析.Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA具有相似的X射线衍射图谱,从衍射图推测出DNA的结构是一个螺旋结构.（2）DNA碱基组成的定量分析,20世纪40年代chargaff规则：①DNA碱基组成有种特异性,但无组织器官特异性②A=T;G=C;A+G=T+C烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity2.Watson-Crick模型1953年,J.Watson和F.Crick提出了著名的DNA双螺旋结构模型25岁35岁1962年沃森、克里克获得了诺贝尔医学和生理学奖烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity2.0nm小沟大沟Watson-Crick模型结构要点：a）ＤＮＡ由两条反向平行的脱氧多核苷酸单链围绕一中心轴（假想轴）构成右手双螺旋结构.两条链的走向为5’→3’和3’→5’.双螺旋表面形成两种槽:大沟和小沟.烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversityb)磷酸基团与脱氧核糖在外侧,彼此间以磷酸二酯键相连,构成ＤＮＡ的骨架.碱基在双螺旋内侧,双链中相对的碱基按Ａ-Ｔ和Ｇ-Ｃ通过氢键配对连接,形成互补.当知道其中一条链的顺序可推测出另一条链的顺序.c)碱基平面与中心轴垂直,各相邻平面部分重叠.糖环平面与中心轴平行.d)双螺旋的直径为2nm,沿轴向每个碱基平面的距离为0.34nm,每圈螺旋含有10对核苷酸，其轴向距为3.4nm.烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity3DNA双螺旋结构的稳定因素主要靠三种作用力维持双螺旋的稳定：a)互补碱基之间的氢键.b)碱基堆积力.ＤＮＡ分子中碱基的堆积可以使碱基缔合.双螺结构稳定的主要作用力.c)离子键.磷酸基的负电荷与介质中的阳离子的正电荷之间形成的.d)不同条件下DNAe)形成的螺旋结构f)不一样烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity4左手螺旋模型（Z-DNA)1979美麻省理工A.Rich研究人工合成DNAd(CpGpCpGpCpGp)提出.但天然DNA中也存在,可能与基因表达调控和疾病有关烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity（三）DNA的三级结构指双螺旋进一步扭曲形成的更高层次的空间结构原核生物没有典型的细胞核结构,超螺旋结构被认为是原核生物ＤＮＡ的三级结构真核生物ＤＮＡ与组蛋白和非组蛋白结合组成核小体.核小体结构被认为是真核生物ＤＮＡ的三级结构烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversityDNA超螺旋结构烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversityH2A、H2B、H3和H4各两分子组成组蛋白八聚体，构成核心组蛋白平均每200bp双螺旋DNA以左手超螺旋的方式绕核心组蛋白表面1.75圈,构成核心颗粒核心颗粒和连接区DNA及附着在连接区DNA上的组蛋白H1构成核小体烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity二RNA的种类和分子结构主要有三类：1.核糖体RNA(ribosomalRNA,rRNA)2.信使RNA(messengerRNA,mRNA)3.转运RNA(transferRNA,tRNA)RNA的结构基本单位AMPGMPCMPUMP烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity（一）信使RNA（mRNA）占细胞全部RNA的3～5%，是遗传信息的携带者,在细胞核中转录了DNA上的遗传信息,再进入细胞质,作为蛋白质合成的模板.mRNA分子量大小不一,数量多真核细胞中一般为单顺反子,一条mRNA编码一种蛋白原核细胞中一般为多顺反子,一条mRNA编码多种蛋白烟台大学药学院SchoolPharmacyofYantaiUniversity真核细胞mRNA的结构特点：3′末端有一段约200个bp的polyA尾巴(1)免受核酸外切酶的作用(2)与翻译有关,没有polyA翻译活性降低(3)与mRNA从细胞核转移到细胞质有关5′末端有7-甲