第二章核酸化学中职生物化学.pptx
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1、第二章核酸化学中职生物化学一、核酸得发现和研究工作进展一、核酸得发现和研究工作进展 18681868年年 Fridrich Fridrich MiescherMiescher(弗弗雷雷德德里里希希、米米歇歇尔尔)从从脓脓细细胞胞中中提提取取“核素核素”19441944年年 Avery(Avery(埃弗里埃弗里)等人证实等人证实DNADNA就是遗传物质就是遗传物质19531953年年 Watson Watson和和CrickCrick发现发现DNADNA得双螺旋结构得双螺旋结构19681968年年 Nirenberg Nirenberg发现遗传密码发现遗传密码19751975年年 Temin T
2、emin和和BaltimoreBaltimore发发现逆转录酶现逆转录酶19811981年年 Gilbert Gilbert和和SangerSanger建建立立DNADNA测序方法测序方法19851985年年 Mullis Mullis发明发明PCRPCR技术技术19901990年年 美国启动人类基因组计划美国启动人类基因组计划(HGP)(HGP)19941994年年 中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动20012001年年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架美、英等国完成人类基因组计划基本框架FriedrichMiescher(1844-1895)Friedrich Miesche
3、r worked at the Physiological Laboratory of the University of Basel and in Tbingen and is most well known for his discovery of the nucleic acids、(DNA Pioneers and Their Legacy by Ulf Lagerkvist,1998,Yale University Press,ISBN 0-300-07184-1)、To read excerpts from this book,click DNA Pioneers、米歇尔米歇尔Fr
4、iedrichMiescher(18441895)米歇尔米歇尔,瑞士生物学家瑞士生物学家,生前工作于巴塞尔大学得生理学研生前工作于巴塞尔大学得生理学研究室。以发现核酸而闻名世界。究室。以发现核酸而闻名世界。米歇尔小时候有严重得听力障碍米歇尔小时候有严重得听力障碍,因此在童年时代因此在童年时代,尽管她尽管她非常聪明非常聪明,但总就是害羞并很内向。她酷爱音乐但总就是害羞并很内向。她酷爱音乐,与其父亲一样与其父亲一样就是一个天才歌手就是一个天才歌手,在学校得学习成绩很好。在学校得学习成绩很好。1865年米歇尔成年米歇尔成为一名医学生为一名医学生,1868年获医学博士学位。但听力问题就是她成年获医学博
5、士学位。但听力问题就是她成为临床医生得障碍。为临床医生得障碍。1868年年,米歇尔感兴趣研究白细胞。为了得到足够得白细米歇尔感兴趣研究白细胞。为了得到足够得白细胞胞,她从医院得外科绷带中洗脱脓液得白细胞她从医院得外科绷带中洗脱脓液得白细胞,分离细胞核分离细胞核,得得到一些粘稠得物质到一些粘稠得物质,并经实验证明含有磷和氮并经实验证明含有磷和氮,称为核素。随后称为核素。随后得研究证明这一物质具有酸性得研究证明这一物质具有酸性,故称为核酸。这就是米歇尔首故称为核酸。这就是米歇尔首次发现了重要得生命物质之一次发现了重要得生命物质之一核酸。核酸。1879187918791879年年KosselKoss
6、el(科塞尔科塞尔)经过经过1010年得年得努力努力,搞清楚核素中有四种不同得组搞清楚核素中有四种不同得组成部分成部分:A,T,C:A,T,C和和G G。1889 1889 1889 1889年年AltmanAltman(阿特曼阿特曼)建议将核素改建议将核素改名为名为“核酸核酸”,”,并且已经认识到并且已经认识到“核核素素”乃乃“核酸核酸”与蛋白质得复合体。与蛋白质得复合体。19091909年年Levene(莱文莱文)发现酵发现酵母得核酸含有核糖。母得核酸含有核糖。19301930年年Levene发现动物细胞发现动物细胞得核酸含有一种特殊得核糖即得核酸含有一种特殊得核糖即脱氧核糖脱氧核糖,得出
7、了一个错误概得出了一个错误概念念:植物核酸含核糖植物核酸含核糖,动物核酸动物核酸含脱氧核糖。这个错误概念一含脱氧核糖。这个错误概念一直延续到直延续到1938年年,这时方清楚这时方清楚RNA和和DNA得区别。得区别。Levene还提出了核酸得还提出了核酸得“磷酸磷酸-核糖核糖(碱基碱基)-磷酸磷酸”得骨架结构得骨架结构,解决解决了了DNA分子得线性问题分子得线性问题,还在还在1935年提出年提出“四核苷酸四核苷酸”学说学说,认为这四种核苷酸得聚合体就认为这四种核苷酸得聚合体就是构成核酸得基本单位。是构成核酸得基本单位。Reichard,P、J、Biol、Chem、2002;277:13355-1
8、3362OswaldT、Avery(1877-1955)、埃弗里埃弗里,O、T、OswaldTheodoreAvery(18771955)美国细菌学家。美国细菌学家。1877年年10月月21日生于加拿大新斯科舍哈利法克日生于加拿大新斯科舍哈利法克斯。斯。1904年毕业于哥伦比亚大学医学院年毕业于哥伦比亚大学医学院,后到布鲁克林得霍格兰实验后到布鲁克林得霍格兰实验室研究并讲授细菌学和免疫学。室研究并讲授细菌学和免疫学。1913年转到纽约得洛克菲勒研究所年转到纽约得洛克菲勒研究所附属医院工作附属医院工作,直到直到1948年退休。她和年退休。她和C、麦克劳德、麦克劳德、M、麦卡锡于、麦卡锡于1944
9、年重做年重做1928年年Griffith(格里菲斯格里菲斯)得细菌转化实验共同发现不同得细菌转化实验共同发现不同型得肺炎双球菌得转化因子就是型得肺炎双球菌得转化因子就是DNA。这项实验第一次证明了遗传。这项实验第一次证明了遗传物质就是物质就是DNA而不就是蛋白质。而不就是蛋白质。虽然这一发现虽然这一发现,曾引起争论和怀疑曾引起争论和怀疑,但得确推动了但得确推动了DNA得研究得研究,直至直至1953年年DNA双螺旋结构得发现。她双螺旋结构得发现。她还通过对肺炎双球菌得免疫性研究还通过对肺炎双球菌得免疫性研究,提出肺炎双球菌可根据其免疫得提出肺炎双球菌可根据其免疫得专一性来进行分类专一性来进行分类
10、,而这种免疫专一性就是由于不同菌型得荚膜中所而这种免疫专一性就是由于不同菌型得荚膜中所含得多糖引起得。由此她建立起对不同型肺炎双球菌得灵敏检验法。含得多糖引起得。由此她建立起对不同型肺炎双球菌得灵敏检验法。1955年年2月月20日卒于美国田纳西州纳什维尔。日卒于美国田纳西州纳什维尔。9大家应该也有点累了,稍作休息大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流19281928年年GriffithGriffith得细菌转化实验得细菌转化实验 1944年年Avery等等重做重做1928年年Griffith(格里菲斯格里菲斯)得得细菌转
11、化实验细菌转化实验,证明证明DNA就是遗传物质。但人们对此持就是遗传物质。但人们对此持怀疑态度怀疑态度,理由就是理由就是:(1)因认为蛋白因认为蛋白质质相对分子质量大相对分子质量大,结构复杂结构复杂,二十种二十种氨基酸得排列组合将就是个天文数字氨基酸得排列组合将就是个天文数字,可作为一种遗传可作为一种遗传信息。而信息。而DNA相对分子质量小相对分子质量小,只含只含4种不同得碱基种不同得碱基,人人们一度认为不同种得有机体得核酸只有微小得差异。们一度认为不同种得有机体得核酸只有微小得差异。(2)认为转化实验中认为转化实验中DNA并未能提得很纯并未能提得很纯,还附有其她还附有其她物质。物质。(3)即
12、使转化因子确实就是即使转化因子确实就是DNA,但也可能但也可能DNA只就只就是对荚膜形成起着直接得化学效应是对荚膜形成起着直接得化学效应,而不就是充当遗传而不就是充当遗传信息得载体。信息得载体。1952年Hershey&Chase(赫希和蔡斯)得T2噬菌体感染实验进一步证明DNA就是遗传物质。1952年年HersheyandChase得得T2噬菌体感染噬菌体感染实验实验二、核酸得分类及分布二、核酸得分类及分布 90%90%以以上上分分布布于于细细胞胞核核,其其余余分分布布于于核外核外如线粒体,叶绿体,质粒等。如线粒体,叶绿体,质粒等。分布于分布于细胞质中细胞质中。(deoxyribonucle
13、icacid,DNA)(ribonucleicacid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息,决定细胞和个携带遗传信息,决定细胞和个体的基因型体的基因型(genotype)。参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表遗传信息的表达。某些病毒达。某些病毒RNA也可作为遗也可作为遗传信息的载体。传信息的载体。核酸核酸第一节第一节核酸核酸分子分子得化学组成得化学组成The Chemical ponent of Nucleic Acid1、元素组成元素组成C、H、O、N、P(910%)2、分子组成分子组成一、核酸得化学组成一、核酸得化学组成戊戊 糖糖(构成(构成RNA)12345
14、核糖核糖(ribose)(构成(构成DNA)脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)-D-核糖核糖-D-2-脱氧核糖脱氧核糖嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)碱碱基基嘧啶嘧啶(pyrimidine)胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)(构成构成RNARNA)(构成构成DNADNA)核苷核苷:AR,GR,UR,CR脱氧核苷脱氧核苷:dAR,dGR,dTR,dCR1.核苷核苷(ribonucleoside)的形成的形成碱基和核糖(脱氧核糖)通过糖碱基和核糖(脱氧核糖)通
15、过糖苷键连接形成核苷(脱氧核苷)。苷键连接形成核苷(脱氧核苷)。11二、核酸得基本二、核酸得基本组成组成单位单位核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸:AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸脱氧核苷酸:dAMP,dGMP,dTMP,dCMP2.核苷酸核苷酸(ribonucleotide)核苷(脱氧核苷)和磷酸以磷酸酯键核苷(脱氧核苷)和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸(脱氧核苷酸)。连接形成核苷酸(脱氧核苷酸)。12345核酸核酸戊糖戊糖碱基碱基核苷核苷核苷酸核苷酸RNARNAD D核核糖糖A A(腺嘌呤腺嘌呤)G G(鸟嘌呤鸟嘌呤)C C(胞嘧啶胞嘧啶)U U(尿嘧啶尿嘧啶)A AR R(腺苷腺苷)G GR
16、 R(鸟苷鸟苷)C CR(R(胞苷胞苷)U UR(R(尿苷尿苷)AMPAMPGMPGMPCMPCMPUMPUMPDNADNA D D 2 2脱脱氧氧核核糖糖A A(腺嘌呤腺嘌呤)G G(鸟嘌呤鸟嘌呤)C C(胞嘧啶胞嘧啶)T T(胸腺嘧啶胸腺嘧啶)dAdAR R(脱氧腺苷脱氧腺苷)dGdGR R(脱氧鸟苷脱氧鸟苷)dCdCR R(脱脱 氧氧 胞胞 苷苷)dT)dTR R(脱氧胸苷脱氧胸苷)dAMPdAMPdGMPdGMPdCMPdCMPdTMPdTMPDNA与与RNA基本组成成分比较基本组成成分比较3 3、体内重要得游离核苷酸及其衍生物体内重要得游离核苷酸及其衍生物含核苷酸得生物活性物质含核苷
17、酸得生物活性物质:NADNAD+(辅酶辅酶)、NADPNADP+(辅酶辅酶)、CoA-SHCoA-SH、FADFAD 等都含有等都含有 AMP AMPl 多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸:NMP,NDP,NTPl 环化核苷酸环化核苷酸:cAMP,cGMPAMPAMPADPADPATPATPcAMPcAMPNADP+NAD+第二节第二节核酸核酸得得一级一级结构结构5端端3端端核苷酸的连接核苷酸的连接 一分子的核苷酸的3-羟基团与另一分子核苷酸的5-磷酸基团通过脱水可形成3,5-磷酸二酯键,从而将两分子核苷酸连接起来。CGA定义定义指指多多核核苷苷酸酸链链中中核核苷苷酸酸得得种种类类、比比例例和和排排列列
18、顺顺序。序。由由于于核核苷苷酸酸间间得得差差异异主主要要就就是是碱碱基基不不同同,所所以以也也称为碱基序列。称为碱基序列。55端端3端端CGA核酸核酸得一级结构得一级结构编写式编写式:DNA:5DNA:5-A-T-G-C-A-3-A-T-G-C-A-3RNA:5RNA:5-U-G-C-C-A-3-U-G-C-C-A-3第三节第三节DNA得得空间结构空间结构双螺旋结构双螺旋结构、三级结构、三级结构1、DNA双螺旋结构得研究背景双螺旋结构得研究背景碱基组成分析碱基组成分析Chargaff规则:规则:A=TG C碱基的理化数据分析(滴定)碱基的理化数据分析(滴定)A-T、G-C以以氢键氢键配对较合理
19、配对较合理DNA纤维的纤维的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析沃沃森森和和克克里里克克在在实实验验室室成成功功搭搭建建DNA分分子子双双螺螺旋旋结结构构模模型。型。2 2、DNADNA双螺旋双螺旋结构结构模型要点模型要点(1)DNA分子由两条脱氧多核苷酸链(简称DNA单链)组成,两条链沿着同一根轴平行盘绕,形成右手双螺旋结构。螺旋中得两条链方向相反,即其中一条链得方向为53,而另一条链得方向为35。(2)磷酸基和脱氧核糖位于螺旋外侧,彼此之间通过磷酸二酯键连接,形成DNA骨架。嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋得内侧,糖环平面与碱基环平面之间得角度近似直角。(3)双螺旋得直径约为2nm。每条链相邻两个碱基
20、平面之间得距离为0、34nm,两个核苷酸之间得夹角为36。每10个碱基对形成一个螺旋,其螺矩(即螺旋旋转一圈)高度为3、4nm。2.0nm小小沟沟大大沟沟(4)两条链由碱基间氢键相连。碱基间形成氢键有一定得规律:腺嘌呤与胸腺嘧啶成对,鸟嘌呤与胞嘧啶成对。A和T间形成两个氢键,G和C间形成三个氢键,这种碱基之间相互配对称为碱基互补。(5)沿螺旋轴方向观察,配对得碱基并不充满双螺旋得全部空间。由于碱基对得方向性,使得碱基对占据得空间不对称,因此在双螺旋得表面形成两个凹下得槽,一个较大,一个较小,分别称为大沟和小沟,又可称为深沟和浅沟。(6)DNA双螺旋得稳定因素DNA双螺旋结构在生理条件下就是很稳
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