年制核酸.pptx
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1、第二章第二章 核酸的结构与功能核酸的结构与功能Chapter 2.Structure&function of nucleic acid RR核酸是以核酸是以核酸是以核酸是以核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸为基本组成单位的生物大分子为基本组成单位的生物大分子为基本组成单位的生物大分子为基本组成单位的生物大分子RR自然界存在两种天然的核酸:自然界存在两种天然的核酸:自然界存在两种天然的核酸:自然界存在两种天然的核酸:DNADNA和和和和RNARNA,分别执行,分别执行,分别执行,分别执行不同的功能不同的功能不同的功能不同的功能RR不同核酸的功能均取决于其相应特异结构不同核酸的功能均取决于其相应特异结构不同
2、核酸的功能均取决于其相应特异结构不同核酸的功能均取决于其相应特异结构第一节第一节.核酸的化学组成核酸的化学组成Section 1.Section 1.Chemical component of N.AChemical component of N.ARR核酸的基本组成单位是核苷酸核酸的基本组成单位是核苷酸核酸的基本组成单位是核苷酸核酸的基本组成单位是核苷酸(nucleotide)(nucleotide)RR核苷酸由碱基、戊糖和磷酸组成核苷酸由碱基、戊糖和磷酸组成核苷酸由碱基、戊糖和磷酸组成核苷酸由碱基、戊糖和磷酸组成(一一一一)、碱基的种类、碱基的种类、碱基的种类、碱基的种类 1.1.嘌呤嘌呤
3、嘌呤嘌呤(purine)(purine)l l包括腺嘌呤包括腺嘌呤包括腺嘌呤包括腺嘌呤(adenine,A)(adenine,A)和鸟嘌和鸟嘌和鸟嘌和鸟嘌呤呤呤呤(guanine,G)(guanine,G)l l存在于存在于存在于存在于DNADNA和和和和RNARNA分子中分子中分子中分子中一、核酸中的碱基成分一、核酸中的碱基成分一、核酸中的碱基成分一、核酸中的碱基成分(base in nucleic acid)(base in nucleic acid)2.2.嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶(pyrimidine)(pyrimidine)l l包包包包括括括括胞胞胞胞嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶(cytosine,C
4、)(cytosine,C)、胸胸胸胸腺腺腺腺嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶(thymine,T)(thymine,T)和尿嘧啶和尿嘧啶和尿嘧啶和尿嘧啶(uracil,U)(uracil,U)l lT T仅仅仅仅存存存存在在在在于于于于NDANDA中中中中,U U仅仅仅仅存存存存在在在在于于于于RNARNA中中中中(二二二二)、碱基的性质、碱基的性质、碱基的性质、碱基的性质 1.1.互变异构互变异构互变异构互变异构 2.2.紫外吸收紫外吸收紫外吸收紫外吸收l l酮式酮式酮式酮式 烯醇式烯醇式烯醇式烯醇式l l氨基氨基氨基氨基 亚氨基亚氨基亚氨基亚氨基l l嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤和和和和嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶环环环环均均均
5、均有有有有共共共共轭轭轭轭双双双双键键键键,对对对对波波波波长长长长260nm260nm的的的的紫紫紫紫外光有特征吸收外光有特征吸收外光有特征吸收外光有特征吸收l l可可可可用用用用于于于于核核核核酸酸酸酸及及及及其其其其组分的定量分析组分的定量分析组分的定量分析组分的定量分析(一一一一)、戊糖、戊糖、戊糖、戊糖 1.1.核糖核糖核糖核糖(ribose)(ribose)2.2.脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)(deoxyribose)l l是组成的是组成的是组成的是组成的RNARNA戊糖戊糖戊糖戊糖l l为为为为-D D-核糖核糖核糖核糖二、戊糖与核苷二、戊糖与核苷二
6、、戊糖与核苷二、戊糖与核苷(pentose&nucleoside)(pentose&nucleoside)l l是组成的是组成的是组成的是组成的DNADNA戊糖戊糖戊糖戊糖l l为为为为-D D-2 2-脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖脱氧核糖(二二二二)、核苷、核苷、核苷、核苷(nucleoside)(nucleoside)l l碱基与核糖通过碱基与核糖通过碱基与核糖通过碱基与核糖通过糖苷键糖苷键糖苷键糖苷键相连生成核苷相连生成核苷相连生成核苷相连生成核苷l l糖苷键的位置糖苷键的位置糖苷键的位置糖苷键的位置:核糖核糖核糖核糖C-1C-1,嘌呤的嘌呤的嘌呤的嘌呤的N-9N-9或嘧啶的或嘧啶的或嘧啶的
7、或嘧啶的N-1N-1(一一一一)、核苷酸、核苷酸、核苷酸、核苷酸 1.1.核苷核苷核苷核苷(脱氧核苷脱氧核苷脱氧核苷脱氧核苷)的核糖与磷酸通过的核糖与磷酸通过的核糖与磷酸通过的核糖与磷酸通过酯键酯键酯键酯键结合生成核苷酸结合生成核苷酸结合生成核苷酸结合生成核苷酸 2.2.核苷酸通常为核苷酸通常为核苷酸通常为核苷酸通常为55核苷酸核苷酸核苷酸核苷酸(二二二二)、核苷酸的种类及命名、核苷酸的种类及命名、核苷酸的种类及命名、核苷酸的种类及命名 1.1.根根根根据据据据磷磷磷磷酸酸酸酸的的的的数数数数目目目目可可可可分分分分为为为为:NMPNMP、NDPNDP、NTPNTP及及及及dNMPdNMP、d
8、NDPdNDP、dNTPdNTP等等等等 2.2.环状核苷酸:如环状核苷酸:如环状核苷酸:如环状核苷酸:如cAMPcAMP、cGMPcGMP三、核三、核三、核三、核 苷苷苷苷 酸酸酸酸 的的的的 结结结结 构构构构 与与与与 命命命命 名名名名(structure&denomination of nucleotide)(structure&denomination of nucleotide)第二节第二节.核酸的一级结构核酸的一级结构Section 2.Section 2.Primary structure of N.APrimary structure of N.A一、概念一、概念一、概念一
9、、概念 核核核核酸酸酸酸(DNA(DNA或或或或RNA)RNA)的的的的一一一一级级级级结结结结构构构构是是是是指指指指其其其其组组组组成成成成核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸的的的的排排排排列列列列顺顺顺顺序序序序(碱碱碱碱基基基基序序序序列列列列)。二、核酸链的构成二、核酸链的构成二、核酸链的构成二、核酸链的构成 1.1.连接方式:连接方式:连接方式:连接方式:3,53,5-磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键磷酸二酯键 2.2.方向性方向性方向性方向性l l5-5-端端端端(游离磷酸基游离磷酸基游离磷酸基游离磷酸基)l l3-3-端端端端(游离羟基游离羟基游离羟基游离羟基)第三节第三节.DNA的空间结
10、构与功能的空间结构与功能Section 3.Section 3.Conformation&functions of DNAConformation&functions of DNA(一一一一)、DNADNA双螺旋结构的研究基础双螺旋结构的研究基础双螺旋结构的研究基础双螺旋结构的研究基础 1.DNA 1.DNA 碱基组成的碱基组成的碱基组成的碱基组成的“Chargaff Chargaff 规则规则规则规则”2.DNA2.DNA的的的的X X-线衍射研究线衍射研究线衍射研究线衍射研究l l碱基组成上碱基组成上碱基组成上碱基组成上:A=T,G=C,A=T,G=C,即即即即purine=pyrimid
11、inepurine=pyrimidinel l不同生物种属的不同生物种属的不同生物种属的不同生物种属的DNADNA碱基组成不同碱基组成不同碱基组成不同碱基组成不同l l同一个体不同器官、组织的同一个体不同器官、组织的同一个体不同器官、组织的同一个体不同器官、组织的DNADNA具有相同的碱基组成具有相同的碱基组成具有相同的碱基组成具有相同的碱基组成一一一一 、DNADNA的二级结构的二级结构的二级结构的二级结构(secondary structure of DNA)(secondary structure of DNA)l l形状上观测形状上观测形状上观测形状上观测DNADNA分子在空间上呈螺旋
12、形分子在空间上呈螺旋形分子在空间上呈螺旋形分子在空间上呈螺旋形l l密度上提示密度上提示密度上提示密度上提示DNADNA为双股链为双股链为双股链为双股链(二二二二)、DNADNA双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构 “Watson-Crick”“Watson-Crick”模型模型模型模型 1.DNA 1.DNA 为反平行的互补双链结构为反平行的互补双链结构为反平行的互补双链结构为反平行的互补双链结构 2.DNA2.DNA是右手螺旋结构是右手螺旋结构是右手螺旋结构是右手螺旋结构l l核糖核糖核糖核糖-磷酸骨架位于双链外侧,碱基位于内侧磷酸骨架位于双链外侧,碱基位于内侧磷酸骨架位于双链外侧,碱
13、基位于内侧磷酸骨架位于双链外侧,碱基位于内侧l l两两两两条条条条链链链链之之之之间间间间的的的的碱碱碱碱基基基基以以以以互互互互补补补补配配配配对对对对(G(G和和和和C,C,A A和和和和T)T)的的的的形形形形式式式式通通通通过过过过氢键相连氢键相连氢键相连氢键相连l l两条链的方向相反两条链的方向相反两条链的方向相反两条链的方向相反 l lDNADNA长链分子在空间上要折叠成螺旋状,双链平行上升长链分子在空间上要折叠成螺旋状,双链平行上升长链分子在空间上要折叠成螺旋状,双链平行上升长链分子在空间上要折叠成螺旋状,双链平行上升l l碱基堆积在螺旋内部碱基堆积在螺旋内部碱基堆积在螺旋内部碱
14、基堆积在螺旋内部,其碱基平面垂直于螺旋长轴其碱基平面垂直于螺旋长轴其碱基平面垂直于螺旋长轴其碱基平面垂直于螺旋长轴l ldiameter=2.37nm,10 dNMPdiameter=2.37nm,10 dNMP /turn,pitch=3.54 nmturn,pitch=3.54 nml l在在在在空空空空间间间间上上上上存存存存在在在在两两两两种种种种形形形形式式式式的的的的间间间间隙隙隙隙:大大大大沟沟沟沟(major(major groove)groove)和和和和小小小小沟沟沟沟(minor groove)(minor groove)DNA double helix structur
15、eFormation of hydrogen bond 3.DNA 3.DNA 双螺旋结构的维系双螺旋结构的维系双螺旋结构的维系双螺旋结构的维系l l横向:主要为互补碱基之间的氢键横向:主要为互补碱基之间的氢键横向:主要为互补碱基之间的氢键横向:主要为互补碱基之间的氢键l l纵向:主要为碱基平面之间的疏水性堆积力纵向:主要为碱基平面之间的疏水性堆积力纵向:主要为碱基平面之间的疏水性堆积力纵向:主要为碱基平面之间的疏水性堆积力l l是生理条件下中最稳定是生理条件下中最稳定是生理条件下中最稳定是生理条件下中最稳定DNADNA分子结构,也是最多的分子结构,也是最多的分子结构,也是最多的分子结构,也是
16、最多的l l碱基平面与长轴完全垂直碱基平面与长轴完全垂直碱基平面与长轴完全垂直碱基平面与长轴完全垂直(三三三三)、DNADNA结构的多样性结构的多样性结构的多样性结构的多样性 1.B-DNA1.B-DNA:即典型的即典型的即典型的即典型的“Watson-Crick”Watson-Crick”双螺旋双螺旋双螺旋双螺旋DNADNA 2.A-DNA2.A-DNA:另一种右手双螺旋另一种右手双螺旋另一种右手双螺旋另一种右手双螺旋DNADNA 3.Z-DNA3.Z-DNA:一种左手双螺旋一种左手双螺旋一种左手双螺旋一种左手双螺旋DNADNAl l螺旋直径更大,折叠更紧密,螺旋直径更大,折叠更紧密,螺旋直
17、径更大,折叠更紧密,螺旋直径更大,折叠更紧密,11dNMP11dNMP /turnturnl l碱基平面与长轴不完全垂直,呈碱基平面与长轴不完全垂直,呈碱基平面与长轴不完全垂直,呈碱基平面与长轴不完全垂直,呈2020 OO夹角夹角夹角夹角 l l外形细长,主链不平滑,呈外形细长,主链不平滑,呈外形细长,主链不平滑,呈外形细长,主链不平滑,呈Z-Z-Z-Z-字型字型字型字型l l12dNMP12dNMP /turnturn,Pitch=4.56nmPitch=4.56nm二二二二 、DNADNA的超螺旋结构的超螺旋结构的超螺旋结构的超螺旋结构(superhelical structure of
18、DNA)(superhelical structure of DNA)(一一一一)、DNADNA的超螺旋的超螺旋的超螺旋的超螺旋原核生物原核生物原核生物原核生物DNADNA的高级结构的高级结构的高级结构的高级结构l l原原原原核核核核生生生生物物物物DNADNA多多多多数数数数为为为为环环环环状状状状双双双双螺螺螺螺旋分子旋分子旋分子旋分子l l环环环环状状状状DNADNA通通通通常常常常要要要要进进进进一一一一步步步步螺螺螺螺旋旋旋旋化化化化成超螺旋成超螺旋成超螺旋成超螺旋(二二二二)、DNADNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组
19、装l l真真真真核核核核生生生生物物物物DNADNA存存存存在在在在于于于于染染染染色色色色体体体体中中中中,是一种复杂的高级结构是一种复杂的高级结构是一种复杂的高级结构是一种复杂的高级结构l l染染染染色色色色体体体体的的的的基基基基本本本本组组组组成成成成单单单单位位位位是是是是核核核核小小小小体,由体,由体,由体,由DNADNA和组蛋白构成和组蛋白构成和组蛋白构成和组蛋白构成l l核核核核小小小小体体体体在在在在空空空空间间间间上上上上进进进进一一一一步步步步旋旋旋旋转转转转折折折折叠叠叠叠,形形形形成成成成螺螺螺螺线线线线管管管管,进进进进一一一一步步步步形形形形成成成成超超超超螺螺螺
20、螺管管管管,而而而而后后后后形形形形成成成成染染染染色色色色细细细细丝丝丝丝,再再再再形形形形成成成成染染染染色色色色丝,最后高度密集成染色体。丝,最后高度密集成染色体。丝,最后高度密集成染色体。丝,最后高度密集成染色体。三三三三 、DNADNA的功能的功能的功能的功能(functions of DNA)(functions of DNA)DNA serves as the template for replication DNA replication is semiconservative DNA serves as the template for transcription 第四节第四
21、节.RNA的空间结构与功能的空间结构与功能Section 4.Section 4.Conformation&functions of RNAConformation&functions of RNARRRNARNA的种类较多,具有不同的结构和功能的种类较多,具有不同的结构和功能的种类较多,具有不同的结构和功能的种类较多,具有不同的结构和功能RRRNARNA的主要功能是参与基因的表达和调控的主要功能是参与基因的表达和调控的主要功能是参与基因的表达和调控的主要功能是参与基因的表达和调控RRRNARNA为单链,分子量较为单链,分子量较为单链,分子量较为单链,分子量较DNADNA小得多小得多小得多小得
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