细胞的化学组成省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

核酸结构和功效v核核 酸：酸：是以单核苷酸为基本组是以单核苷酸为基本组成单位生物大分子，功效是携带成单位生物大分子，功效是携带和传递遗传信息。和传递遗传信息。第1页二、核酸一级结构定义定义核核酸酸中中核核苷苷酸酸排排列列次序。次序。因因为为核核苷苷酸酸间间差差异异主主要要是是碱碱基基不不一一样样，所所以也称为以也称为碱基序列碱基序列。55端端3端端CGA第2页A G P5 P T PG PC PT P OH 3 书写方法书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 目目 录录第3页第二节第二节DNA空间结构与功效空间结构与功效Dimensional Structure and Function of DNA第4页vDNA二级结构二级结构-双螺旋结构双螺旋结构DNA双螺旋结构研究背景和历史意义双螺旋结构研究背景和历史意义DNA双螺旋结构模型关键点双螺旋结构模型关键点vDNA超螺旋结构及其在染色质中组装超螺旋结构及其在染色质中组装DNA超螺旋结构超螺旋结构原核生物原核生物DNA高级结构高级结构DNA在真核生物细胞核内组装在真核生物细胞核内组装vDNA功效功效第5页一、一、DNA二级结构二级结构双螺旋结构双螺旋结构第6页（一）（一）DNA双螺旋结构研究背景双螺旋结构研究背景 碱基组成份析碱基组成份析Chargaff 规则：规则：A=T,G=C.A+G=T+C.种不一样种不一样DNA组成不一样组成不一样.同一个体不一样细胞同一个体不一样细胞DNA相同相同.碱基理化数据分析碱基理化数据分析A-T、G-C以以氢键配对较合理氢键配对较合理DNA纤维纤维X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析 第7页（二）（二）DNA双螺旋结构模型关键点双螺旋结构模型关键点（Watson,Crick,1953）uDNADNA分分子子由由两两条条相相互互平平行行但但走走向向相相反反脱脱氧氧多多核核苷苷酸酸链链组组成成，两两链链以以-脱脱氧氧核核糖糖-磷磷酸酸-为为骨骨架架，以以右右手手螺螺旋旋方方式式绕绕同同一一公公共共轴轴盘盘。螺螺旋旋直直径径为为2 2nm，形形 成成 大大 沟沟(major groove)及及小小沟沟(minor groove)相间。相间。目目 录录第8页u碱碱基基垂垂直直螺螺旋旋轴轴居居双双螺螺旋旋内内側側，与与对对側側碱碱基基形形成成氢氢键键配配对对（互互补补配配对对形形式式：A=T;G C）。u相邻碱基平面距离相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距螺旋一圈螺距3.4nm，一圈，一圈10对对碱基。碱基。目目 录录第9页碱基互补配对碱基互补配对 TAGC第10页u氢氢键键维维持持双双链链横横向向稳稳定定性性，碱碱基基堆堆积积力力维维持双链持双链纵向稳定性纵向稳定性。目目 录录第11页（三）（三）DNA双螺旋结构多样性双螺旋结构多样性目目 录录第12页DNA三级结构三级结构（一）（一）DNA超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 第13页意义DNA超螺旋结构整体或局部拓扑学改变及其调控对于DNA复制和RNA转录过程含有关键作用。第14页三、三、DNA功效功效DNA基本功效：基本功效：复制和转录模板复制和转录模板是是以以基基因因形形式式荷荷载载遗遗传传信信息息，它它是是生生命命遗遗传物质基础，也是个体生命活动信息基础。传物质基础，也是个体生命活动信息基础。基因：基因：DNA功效区段。功效区段。基因组：基因组：全部基因序列全部基因序列第15页RNA结构与功效结构与功效Structure and Function of RNA第16页RNA种类、分布、功效种类、分布、功效第17页一一、信使、信使RNA结构与功效结构与功效hnRNA 内含子内含子(intron)mRNA *mRNA成熟过程成熟过程 外显外显子子(exon)目目 录录第18页*mRNA结构特点结构特点1.帽帽：大大多多数数真真核核mRNA5末末端端均均在在转转录录后后加加上上一一个个7-甲甲基基鸟鸟苷苷，同同时时第第一一个个核核苷苷酸酸C2也也是是甲基化，形成帽子结构：甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。2.尾：大多数真核尾：大多数真核mRNA3末端有一个多聚腺苷末端有一个多聚腺苷酸酸(polyA)结构，称为多聚结构，称为多聚A尾。尾。3.编码区：核苷酸残基编码区：核苷酸残基第19页帽子结构帽子结构第20页mRNA核内向胞质转位核内向胞质转位mRNA稳定性维系稳定性维系翻译起始调控翻译起始调控 帽子结构和帽子结构和多聚多聚A尾功效尾功效第21页*mRNA功效功效 把把DNA所所携携带带遗遗传传信信息息，按按碱碱基基互互补补配配对对标标准准，抄抄录录并并传传送送至至核核糖糖体体，用用以以决决定定其合成蛋白质氨基酸排列次序。其合成蛋白质氨基酸排列次序。DNAmRNA蛋白蛋白转录转录翻译翻译原核细胞原核细胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 第22页tRNA一级结构特点一级结构特点分子量小，分子量小，稀有碱基稀有碱基多多 含含 1020%稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU 3末端为末端为 CCA-OH 5末端大多数为末端大多数为G 含有含有 T C 二、转运二、转运RNA结构与功效结构与功效第23页N,N二甲基鸟嘌呤二甲基鸟嘌呤N6-异戊烯腺嘌呤异戊烯腺嘌呤双氢尿嘧啶双氢尿嘧啶4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶 稀有碱基稀有碱基 第24页tRNA二级结构二级结构三叶草形三叶草形四四臂臂三三环环:氨基酸臂氨基酸臂 DHU(臂臂)环环 反密码反密码(臂臂)环环 额外环额外环(可变臂可变臂)TC(臂臂)环环氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环第25页*tRNA三级结构三级结构 倒倒L形形*tRNA功效功效活活化化、搬搬运运氨氨基基酸酸到到核核糖糖体体，参参加加蛋蛋白质翻译。白质翻译。第26页*rRNA含量多含量多rRNA结构结构核蛋白体核蛋白体RNA结构与功效结构与功效*rRNA功效功效参参加加组组成成核核蛋蛋白白体体，作作为为蛋蛋白白质质生生物物合成场所。合成场所。第27页*rRNA种类（依据沉降系数）种类（依据沉降系数）真核生物真核生物5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA23S rRNA16S rRNA第28页核蛋白体组成核蛋白体组成原核生物（以大肠杆菌为例）原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质21种种v占总重量40%33种种v占总重量50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质31种种v占总重量30%49种种v占总重量35%第29页一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋蛋 白白 质质(protein)是是 由由 许许 多多 氨氨 基基 酸酸(amino acids)经经过过肽肽键键(peptide bond)相相连连形成高分子含氮化合物。形成高分子含氮化合物。第30页二、蛋白质生物学主要性二、蛋白质生物学主要性1.蛋白质是生物体主要组成成份蛋白质是生物体主要组成成份分分布布广广：全全部部器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质；细细胞胞各个部分都含有蛋白质。各个部分都含有蛋白质。含含量量高高：蛋蛋白白质质是是细细胞胞内内最最丰丰富富有有机机分分子子，占占人人体体干干重重45，一一些些组组织织含含量量更更高高，比比如如脾脾、肺肺及及横纹肌等高达横纹肌等高达80。种类多种类多:第31页1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调整作用）代谢调整作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质转运和存放）物质转运和存放5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参加细胞间信息传递）参加细胞间信息传递2.蛋白质含有主要生物学功效蛋白质含有主要生物学功效3.氧化供能氧化供能第32页蛋白质分子结构包含蛋白质分子结构包含 一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)高级高级结构结构第33页u定义定义蛋白质一级结构指多肽链中氨基酸排列次序。蛋白质一级结构指多肽链中氨基酸排列次序。一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构主要化学键主要化学键肽键肽键，有些蛋白质还包含二硫键。，有些蛋白质还包含二硫键。第34页一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功效基础。功效基础。目目 录录第35页蛋白质一级结构是空间结构和功效基础蛋白质一级结构是空间结构和功效基础蛋白质一级结构研究主要意义蛋白质一级结构研究主要意义:开辟了蛋白质开辟了蛋白质结构与功效研究新领域结构与功效研究新领域,使使遗传遗传病研究病研究进进入分入分子水平子水平.1956年，剑桥大学，年，剑桥大学，Ingram，镰刀状红，镰刀状红 细胞细胞性贫血，血红蛋白，谷氨酸性贫血，血红蛋白，谷氨酸缬氨酸缬氨酸 开辟了从分子水平硕士物进化新路径开辟了从分子水平硕士物进化新路径 为蛋白质人工合成提供了蓝图为蛋白质人工合成提供了蓝图第36页二、蛋白质二级结构二、蛋白质二级结构蛋蛋白白质质分分子子中中某某一一段段肽肽链链局局部部空空间间结结构构，即即该该段段肽肽链链主主链链骨骨架架原原子子相相对对空空间间位位置，并不包括氨基酸残基侧链构象置，并不包括氨基酸残基侧链构象。u定义定义 主要化学键主要化学键：氢键氢键 第37页u 蛋白质二级结构主要形式蛋白质二级结构主要形式 -螺旋螺旋 (-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-转角转角 (-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)第38页（二）（二）-螺旋螺旋v结构关键点：结构关键点：多肽链主链围绕中心轴螺旋上升，每多肽链主链围绕中心轴螺旋上升，每3.63.6个氨基酸残基上升一圈，螺距个氨基酸残基上升一圈，螺距0.54nm0.54nm多为稳定右手螺旋多为稳定右手螺旋相邻螺旋圈之间可形成氢键，与螺旋长相邻螺旋圈之间可形成氢键，与螺旋长轴基本平行轴基本平行侧链基团位于螺旋外侧侧链基团位于螺旋外侧第39页目目 录录第40页（三）（三）-折叠折叠结构特征：结构特征：多肽链中每个肽单元折叠成锯齿状；多肽链中每个肽单元折叠成锯齿状；全部肽键全部肽键C=OC=O和和N=HN=H形成链间氢键，与形成链间氢键，与主链垂直主链垂直 氨基酸残基位于锯齿状结构上、下方氨基酸残基位于锯齿状结构上、下方 两条或两条以上肽段锯齿状结构方向两条或两条以上肽段锯齿状结构方向可相同也可相反可相同也可相反第41页第42页俯俯 视视 图图侧侧 视视 图图 -折折叠叠（-pleated sheet)-pleated sheet)-pleated sheet)-pleated sheet)模型图模型图第43页（四）（四）-转角和无规卷曲转角和无规卷曲-转角转角 多肽链中出现多肽链中出现180o回折肽段，又回折肽段，又称发夹结构或称发夹结构或U型型回折，通常由回折，通常由4个个氨基酸残基组成。氨基酸残基组成。第44页三、蛋白质三级结构三、蛋白质三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。力等。主要化学键主要化学键整条肽链中全部氨基酸残基相对空间位置。整条肽链中全部氨基酸残基相对空间位置。即肽链中全部原子在三维空间排布位置。即肽链中全部原子在三维空间排布位置。（一）（一）定义定义 第45页目目 录录第46页 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端第47页核糖核酸酶核糖核酸酶A三级结构三级结构第48页纤连蛋白分子结构域纤连蛋白分子结构域 （二）结构域（二）结构域大分子蛋白质三级结构常可分割成一个或数大分子蛋白质三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状区域，折叠得较为紧密，各行使个球状或纤维状区域，折叠得较为紧密，各行使其功效，称为结构域其功效，称为结构域(domain)。第49页溶菌酶结构域溶菌酶结构域第50页亚基之间结协力主要是疏水作用，其次是亚基之间结协力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。氢键和离子键。四、蛋白质四级结构四、蛋白质四级结构蛋白质分子中各亚基空间排布及亚基接触蛋白质分子中各亚基空间排布及亚基接触部位布局和相互作用，称为部位布局和相互作用，称为蛋白质四级结构蛋白质四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整三级结构，称为蛋白质每一条多肽链都有完整三级结构，称为蛋白质亚基亚基 (subunit)。第51页亚基特点：亚基特点：1、独立存在亚基无活性。、独立存在亚基无活性。2、亚基间呈特定三维空间排布，、亚基间呈特定三维空间排布，依赖次级键维持其结构稳定依赖次级键维持其结构稳定 3、蛋白质分子中亚基可相同，也、蛋白质分子中亚基可相同，也可不相同。可不相同。第52页血红蛋白血红蛋白四级结构四级结构 第53页酶酶 酶：酶：由生物细胞合成以蛋白质为主由生物细胞合成以蛋白质为主要成份，对底物起高效催化作用生要成份，对底物起高效催化作用生物催化剂。物催化剂。还有一类含有催化作用核酸还有一类含有催化作用核酸-核酶核酶（ribozymeribozyme）第54页一、一、普通催化剂特点普通催化剂特点v催化效率高催化效率高v反应前后质量不变反应前后质量不变v催化热力学允许反应催化热力学允许反应v加速可逆反应进程不改变反应平衡点加速可逆反应进程不改变反应平衡点第55页二、酶促反应特点二、酶促反应特点：v酶高度催化效率（本质）酶高度催化效率（本质）v酶催化含有高度特异性酶催化含有高度特异性v酶促反应条件温和酶促反应条件温和v酶促反应无副反应酶促反应无副反应v酶催化受调控酶催化受调控第56页 核核 酶酶u催化性催化性DNA(DNAzyme)人工合成寡聚脱氧核人工合成寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解苷酸片段，也能序列特异性降解RNA。u催化性催化性RNA(ribozyme)作为序列特异性核酸作为序列特异性核酸内切酶降解内切酶降解mRNA。第57页二、酶分类二、酶分类1、氧化还原酶（、氧化还原酶（oxidoreductase）2、转移酶（、转移酶（transferase）3、水解酶（、水解酶（hydrolase）4、裂解酶（或裂合酶、裂解酶（或裂合酶lyase）5、异构酶（、异构酶（isomerase）6、合成酶（、合成酶（synthease）或连接酶（）或连接酶（ligase）第58页