02NucleicAcids.pptx
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1、Chapter 2 Structure and Function of Nucleic Acid核酸核酸是以是以单单核苷酸核苷酸为基本组成单位的为基本组成单位的一类一类大分大分子酸性子酸性物质物质,其功能是携带和传递遗传信息。,其功能是携带和传递遗传信息。包括包括核糖核酸核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)和和脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)两大类。)两大类。Whats nucleic acid?核酸的分类及分布核酸的分类及分布 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
2、粒体,叶绿体,质粒等。分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,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。核酸的化学组成及一级结构核酸的化学组成及一级结构DNA的空间结构与功能的空间结构与功能RNARNA的结构与功能的结构与功能核酸的理化性质核酸的理化性质Section 1 The C
3、hemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid核酸的化学组成核酸的化学组成 1.元素组成元素组成C、H、O、N、P(910%)2.分子组成分子组成 碱基碱基(base):嘌呤碱,嘧啶碱:嘌呤碱,嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose):核糖,脱氧核糖:核糖,脱氧核糖 磷酸磷酸(phosphate)1.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)一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位 2.嘌呤嘌呤(purine)腺嘌呤
4、腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)3.3.戊糖与核苷戊糖与核苷(构成(构成RNA)12345核糖核糖(ribose)(构成(构成DNA)脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)H(1 1)戊糖)戊糖(pentose)(pentose):(2)核苷)核苷(nucleoside):核苷核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。的化合物。在大多数情况下,核苷是由核糖或脱氧核糖在大多数情况下,核苷是由核糖或脱氧核糖的的C1-羟基羟基与与嘧啶碱嘧啶碱N1或或嘌呤碱嘌呤碱N9的氢的氢原子原子进行缩合,故生成的化学键称为进行缩合,故生成的
5、化学键称为,N-糖苷键糖苷键。核苷:核苷:AR,GR,UR,CR脱氧核苷:脱氧核苷:dAR,dGR,dTR,dCR腺苷腺苷(AR)脱氧胞苷脱氧胞苷(dCR)1,N9-糖苷键糖苷键 1,N1-糖苷糖苷键键1 1 N9N1OH “稀有核苷稀有核苷”是由是由“稀有碱基稀有碱基”所生成的核所生成的核苷。苷。4、核苷酸的结构与命名、核苷酸的结构与命名核苷酸核苷酸(nucleotide)是由核苷与磷酸经脱水缩合是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物,包括后生成的磷酸酯类化合物,包括核糖核苷酸核糖核苷酸和和脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸两大类。两大类。最常见的核苷酸是最常见的核苷酸是5-核苷酸核苷酸(
6、5 常被省略)常被省略),即由核糖或脱氧核糖的,即由核糖或脱氧核糖的C5 上的游离上的游离OH与与磷酸酯化而成。磷酸酯化而成。5 -核苷酸的分子结构核苷酸的分子结构 5-核苷酸又可按其在核苷酸又可按其在5 位缩合的磷酸基的多少,位缩合的磷酸基的多少,分为一磷酸核苷(核苷酸)、二磷酸核苷和三磷酸核苷。分为一磷酸核苷(核苷酸)、二磷酸核苷和三磷酸核苷。环核苷酸的分子结构环核苷酸的分子结构环一磷酸腺苷环一磷酸腺苷 环一磷酸鸟苷环一磷酸鸟苷 核苷酸的命名及缩写符号核苷酸的命名及缩写符号脱氧脱氧碱基碱基磷酸基数目磷酸基数目磷酸磷酸dAMPGDTTCU二、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序二、核酸的一级结构
7、是核苷酸的排列顺序 一分子核苷酸的一分子核苷酸的3-位羟基与另一分位羟基与另一分子核苷酸的子核苷酸的5-位磷酸基通过脱水可形位磷酸基通过脱水可形成成3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键,从而将两分子,从而将两分子核苷酸连接起来。核苷酸连接起来。3,5-3,5-磷酸二酯键的形成磷酸二酯键的形成多核苷酸链多核苷酸链核核酸酸就就是是由由许许多多核核苷苷酸酸单单位位通通过过3,5-磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接起起来来形形成成的的不不含含侧侧链的长链状化合物。链的长链状化合物。核核酸酸是是具具有有方方向向性性的的长长链链状状化化合合物物,多多核核苷苷酸酸链链的的两两端端,一一端端称称为为5-端端,另一端称为另一
8、端称为3-端。端。55端端3端端CGADNA分子主要由分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和和dTMP四种脱氧核糖核苷酸所组成。四种脱氧核糖核苷酸所组成。DNA的一级结构的一级结构就是指就是指DNA分子中脱氧核糖核分子中脱氧核糖核苷酸的排列顺序及连接方式苷酸的排列顺序及连接方式(3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键)。RNA分子主要由分子主要由AMP,GMP,CMP,UMP四种四种核糖核苷酸组成。核糖核苷酸组成。RNA的一级结构的一级结构就是指就是指RNA分子中核糖核苷酸的分子中核糖核苷酸的排列顺序及连接方式。排列顺序及连接方式。DNA的一级结构:的一级结构:5-AGTCCATG-3 AGTCCAT
9、G 3-TCAGGTAC-5 RNA的一级结构:的一级结构:5-AGUCCAUG-3 AGUCCAUG 核酸一级结构的表示方法核酸一级结构的表示方法DNADNA与与RNARNA的区别的区别 DNARNA戊糖戊糖脱氧脱氧核糖核糖核糖核糖碱基碱基A、G、C、TA、G、C、U核苷酸核苷酸dAMP、dGMP、dCMP、dTMPAMP、GMP、CMP、UMP部位部位细胞核和线粒体细胞核和线粒体细胞质、细胞核和线粒体细胞质、细胞核和线粒体功能功能携带遗传信息,决定着携带遗传信息,决定着细胞和个体的遗传型细胞和个体的遗传型参与遗传信息的复制与表参与遗传信息的复制与表达达 Section 2 Dimensio
10、nal Structure and Function of DNA一、一、DNADNA的二级结构是的二级结构是双螺旋结构双螺旋结构DNA双螺旋结构是双螺旋结构是DNA二级结构的一二级结构的一种重要形式,它是种重要形式,它是Watson和和Crick两位两位科学家于科学家于1953年提年提出来的一种结构模型出来的一种结构模型(获(获1962年度诺贝年度诺贝尔奖)。尔奖)。JamesWatson(L)andFrancisCrick(R),andthemodeltheybuiltofthestructureofDNAChargaff Chargaff 规则规则19501953,Chargaff研究小
11、组对研究小组对DNA的的化学组成进行了分析研究,发现:化学组成进行了分析研究,发现:DNA碱基组成有物种差异,且物种亲缘关系碱基组成有物种差异,且物种亲缘关系越远,差异越大;越远,差异越大;相同物种,不同组织器官中相同物种,不同组织器官中DNA碱基组成相碱基组成相同,而且不因年龄、环境及营养而改变;同,而且不因年龄、环境及营养而改变;DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定的规律性,即的规律性,即A=T、G=C、A+G=T+C。这一这一规律被称为规律被称为Chargaff规则。规则。(二)(二)DNADNA双螺旋结构模型的要点:双螺旋结构模型的要点:目目前前已
12、已知知DNA双双螺螺旋旋结结构构可可分分为为A、B、C、D及及Z型型等等数数种种,除除Z型型为为左左手手双双螺螺旋旋外外,其其余余均均为为 右右 手手 双双 螺螺 旋旋。Watson和和Crick 模型结构为模型结构为B型型。B B型型DNADNA双螺旋结构模式图双螺旋结构模式图B B型双螺旋型双螺旋DNADNA的结构特征的结构特征 碱碱基基配配对对及及氢氢键键形形成成1.为为右手、反平行双螺旋右手、反平行双螺旋;2.2.主链位于螺旋外侧,碱基位于内侧主链位于螺旋外侧,碱基位于内侧;3.3.两两条条链链间间存存在在碱碱基基互互补补:A A与与T T或或G G与与C C配配对对形形成成氢氢键键,
13、称称为为碱碱基基互互补补原原则则(A A与与T T为为两两个个氢氢键键,G G与与C C为为三三个氢键);个氢键);4.4.螺螺旋旋的的稳稳定定因因素素为为氢氢键键(横横向向)和和疏疏水水性性的的碱碱基基堆积力(纵向),堆积力(纵向),后者更为重要。后者更为重要。5.5.螺旋的螺旋的螺距为螺距为3.54nm3.54nm,直径为,直径为2.37nm2.37nm。B型双螺旋型双螺旋DNA的结构特点的结构特点:除除B B构象构象之外,之外,DNADNA的二级结构的二级结构还包括右手双螺还包括右手双螺旋结构的旋结构的A A构象构象、C C构象构象和和D D构象构象等等多种构象,以及多种构象,以及左手双
14、螺旋结构左手双螺旋结构的的Z Z构象构象。(三三)DNA)DNA双螺旋结构的多态性双螺旋结构的多态性二、二、DNADNA的超螺旋结构的超螺旋结构及其在染色质中的组装及其在染色质中的组装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。绝绝大大多多数数原原核核生生物物的的DNA都都是是
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