《核酸的化学》课件.ppt
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1、1,第三章,核酸的化学,2,核膜,染色体丝,核孔,核基质纤维,组蛋白与非组蛋白,DNA(2nm dm),核小体(11nm dm),3,一、核酸的发现和研究简史,1868年,瑞士科学家F.Miescher从细胞核中分离得到一种酸性物质,称为核素。1889年Altman从酵母和动物组织中制备了核酸(nucleic acid)。193040年,Kossel&Levene等确定核酸的的组分:DNA和RNA。20世纪2040年代末,Griffith(英国)和Avery(美国)的“肺炎双球菌转化”实验证明DNA是有机体的遗传物质。1952年,Hershey和Chase利用病毒完成更有说服力的“噬菌体”实验
2、。1953年(美)和F.Crick(英)提出DNA的双螺旋结构,20世纪自然科学最伟大的成就之一。1990年 美国启动人类基因组计划(HGP),4,1953年和F.Crick提出DNA的双螺旋结构,20世纪自然科学最伟大的成就之一。,一、核酸的发现和研究简史,5,人类基因组计划,1986年,著名生物学家、诺贝尔奖获得者雷纳托杜尔贝科(Renato Dulbecco)在Science杂志上率先提出“人类基因组计划”(Human Genomic Project,HGP)。1990年10月,美国政府决定出资30亿美元正式启动“人类基因组计划”,预期到2005年拿到人体的全部基因序列(共约30亿个碱基
3、对全序列);我国于1999年7月加入,承担约1的测序任务。2002年2月12日,历时10载耗资20亿美元的人类基因组计划最终完成,并报道了99%的人类基因组序列.从这时起,生物学被重新划分为前基因组和后基因组两部分,我们正生活在后基因组时代.后基因组时代生物科学的研究重心,已从揭示生命的遗传信息,转移到在整体水平上对生物功能的研究,产生了以功能基因鉴定为中心的功能基因组学(functional genomics)。由于生物功能的主要体现者是蛋白质,所以功能基因组学的研究便侧重在蛋白质组学(proteomics),在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律,包括蛋白质的分离鉴别、修饰加工、转
4、运定位、结构变化、蛋白质与蛋白质的相互作用、蛋白质与其它生物分子的相互作用等活动。,6,第一节,核酸分子的化学组成,7,核 酸(nucleic acid),是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子,携带和传递遗传信息。,8,核酸,核糖核酸(RNA),脱氧核糖核酸(DNA),90%存在细胞质中,10%存在细胞核中,主要存在细胞核,一、核酸种类与生物学功能,1、种类,9,脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid/DNA)DNA分子含有生物物种的所有遗传信息,分子量一般都很大;DNA为双链分子,其中大多数是链状结构大分子,也有少部分呈环状结构。,真核:细胞核DNA:与组蛋白、非组蛋白形成
5、染色体;细胞器DNA:双链环形,一般裸露原核:裸露的DNA分子集中于核区;,10,核糖核酸(ribonucleic acid/RNA)RNA主要是负责DNA遗传信息的翻译和表达,分子量要比DNA小得,RNA为单链分子。根据RNA的功能,可以分为:,snRNA(Small nuclear RNA)snoRNA(Small nucleoar RNA)scRNA(Small cytoplasmic RNA)反义RNA(Antisense RNA)核酶(Ribozyme)内切核酸酶(RNase P),1、转移RNA(transfer RNA,tRNA)2、核糖体RNA(ribosomal RNA,rR
6、NA)3、信使RNA(messenger RNA,mRNA)4、特殊功能的RNA,11,DNA是主要的遗传物质1944,O.Avery 肺炎双球菌转化实验1952,A.D Hershey 和M.Chase 噬菌体感染实验,2、核酸的生物学功能,一、核酸种类与生物学功能,12,RNA功能的多样性控制蛋白质的合成 作用于RNA的转录后加工与修饰参与基因表达与细胞功能的调控生物催化作用遗传信息的加工与进化,2、核酸的生物学功能,13,肺炎双球菌转化实验,14,20世纪2040年代末,Griffith(英国)和Avery(美国)的“肺炎双球菌转化”实验证明DNA是有机体的遗传物质。,DNA,温育,S型
7、,有荚膜,致病,15,16,噬菌体感染实验,搅拌破碎器作用,离心分离,说明噬菌体感染细菌时仅是DNA进入细菌的细胞,而蛋白质外壳没有进入。,17,18,二、核酸的元素组成,组成核酸的基本元素:C、H、O、N、P;其中P 的含量比较稳定:DNA平均含磷量为9.9%,RNA为9.4%。通过测定P 的含量来推算核酸的含量(定磷法)。任何核酸都含磷酸,所以核酸呈酸性。,19,三、核酸分子的基本单位-核苷酸,核酸,核苷酸,核苷,磷酸,碱基,戊糖,核苷酸通式表示为:碱基戊糖磷酸,核苷,20,核酸 nucleic acid,核苷酸 nucleotide,核苷 nucleoside,磷酸 phosphate,
8、嘌呤碱 purine base 或 嘧啶碱 pyrimidine base,(碱基 base),核糖 ribose 或 脱氧核糖 deoxyribose,(戊糖 amyl sugar),21,(一)碱基 结构式1.嘧啶碱:尿嘧啶U 胞嘧啶C 胸腺嘧啶T2.嘌呤碱:腺嘌呤A 鸟嘌呤 G 3.核酸中的修饰碱基:100余种,多数是甲基化的产物,戊糖,22,碱基,三、核酸分子的基本单位-核苷酸组成,23,1、戊糖,RNA:核糖,DNA:脱氧核糖,24,2、碱基,嘌呤碱,嘧啶碱,腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C),胸腺嘧啶(T),尿嘧啶(U),:DNA特有,:RNA特有,两者均有,25,嘌呤,26
9、,胞嘧啶(C)两者均有,尿嘧啶(U):RNA特有,胸腺嘧啶(T)DNA特有,嘧啶,27,3、磷酸:DNA、RNA均有,RNA(AMP),DNA(dAMP),28,两类核酸的基本化学组成比较,碱基,戊糖,磷酸,嘌呤碱,嘧啶碱,脱氧核糖,核糖,腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C)胸腺嘧啶(T),腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G),胞嘧啶(C)尿嘧啶(U),磷酸,磷酸,29,碱基与戊糖之间:糖苷键,核苷与磷酸之间:磷酸酯键,三、核酸分子的基本单位-核苷酸结构,30,+,9,核苷:由戊糖和碱基以糖苷键连接而成,核苷戊糖碱基,腺苷,糖苷键,31,核苷,32,核苷酸=核苷磷酸,+,核苷酸:由磷酸与核 苷上戊糖5位
10、碳原子 上的-OH脱水形成磷 酸酯键形成的结构。,33,核苷酸的结构和命名,腺嘌呤核苷酸(AMP),脱氧腺嘌呤核苷酸(dAMP),OH,H,34,脱氧腺苷酸 dAMP 腺苷酸 AMP 脱氧鸟苷酸 dGMP 鸟苷酸 GMP 脱氧胞苷酸 dCMP 胞苷酸 CMP 脱氧胸苷酸 dTMP 尿苷酸 UMP,通式:碱基+戊糖+磷酸,1.核苷酸,DNA:dNMP,RNA:NMP,三、核酸分子的基本单位-核苷酸种类,35,AMP,ADP,ATP,+P,+P,36,脱氧二磷酸腺苷酸 dADP 二磷酸腺苷酸 ADP脱氧二磷酸鸟苷酸 dGDP 二磷酸鸟苷酸 GDP脱氧二磷酸胞苷酸 dCDP 二磷酸胞苷酸 CDP脱氧
11、二磷酸胸苷酸 dTDP 二磷酸尿苷酸 UDP,通式:碱基+戊糖+2磷酸,2.二磷酸核苷酸,DNA:dNDP,RNA:NDP,三、核酸分子的基本单位-核苷酸种类,37,脱氧三磷酸腺苷酸 dATP 三磷酸腺苷酸 ATP脱氧三磷酸鸟苷酸 dGTP 三磷酸鸟苷酸 GTP脱氧三磷酸胞苷酸 dCTP 三磷酸胞苷酸 CTP脱氧三磷酸胸苷酸 dTTP 三磷酸尿苷酸 UTP,DNA:dNTP,RNA:NTP,通式:碱基+戊糖+3磷酸,3.三磷酸核苷酸,三、核酸分子的基本单位-核苷酸种类,38,写出下列核苷酸的中文全称dTTP 脱氧三磷酸胸苷酸、GDP二磷酸鸟苷酸、dCMP脱氧胞苷酸写出下列核苷酸的英文简写脱氧二
12、磷酸腺苷酸 dADP三磷酸尿苷酸 UTP脱氧鸟苷酸dGMP,39,复习,1.核酸的基本结构单位是。2.核酸的主要组成是、和.3.两类核酸在细胞中的分布不同,DNA主要位于中,RNA主要位于中。5.维持蛋白质分子一级结构的键是,维持核酸分子一级结构的键是。6.举出几个含有核苷酸的辅酶:7.举出几个含有核苷酸的高能化合物:8.举出几个含有核苷酸的信号分子:9.写出下列核苷酸的中文全称 dTTP、GDP、dCMP10.写出下列核苷酸的英文简写 脱氧二磷酸腺苷酸;三磷酸尿苷酸;脱氧鸟苷酸,核苷酸,碱基、(戊)核糖和磷酸,细胞核、细胞质,HSCoA、NAD+、NADP+、FAD,ATP、GTP、CTP等
13、,cAMP,cGMP,40,核苷酸的衍生物ATP(腺嘌呤核糖核苷三磷酸),ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和DNA合成的直接原料。它的结构如下:,AMP,ADP,ATP,三、核苷酸的衍生物,41,1、腺苷三磷酸(ATP)主要功能:提供能量,AMP,ADP,ATP,能量储存,能量释放,能量储存,能量释放,42,2、环苷酸主要功能:参与细胞生理生化过程而控制生物的生长、分化和细胞对激素的效应。,cAMP,cGMP,43,第二节,核酸的结构,44,核酸的结构,一级结构,空间结构,45,定义:由核苷酸按一定的数目、比例和特定的排列顺序,
14、通过3,5-磷酸二酯键连接而成的多核苷酸长链。维系键:磷酸二酯键,形式:多核苷酸长链(单链),5,3,一、核酸的一级结构,46,A,A,47,RNA,DNA,磷酸二酯键,碱基,碱基,5末端,3末端,5,3,5,3,OH,OH,48,RNA:5pUGCCA-OH 3,多核苷酸链的简写式:,DNA:5dpApTpGpCpA-OH 3 或5dpATGCA-OH 3,线条式缩写,字母式缩写,A,T,G,C,A,53,49,DNA的一级结构中碱基顺序即为遗传信息储存的分子形式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。,50,(一)DNA的空间结构,DNA的空间结构,二、
15、核酸的空间结构,51,DNA的结构,一级结构:二级结构:DNA的两条多聚核苷酸链间通过氢键形成的双螺旋结构。三级结构:DNA双链进一步折叠卷曲形成的构象。,52,1.DNA的二级结构1953年,Watson和Crick根据Chargaff 规律和DNA Na盐纤维的X光衍射分析提出了DNA的双螺旋结构模型,并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。Chargaff 规律 1950年:p26,二、核酸的空间结构-DNA的二级结构,53,英国生物物理学家 Astbury(18981961)1938年曾通过X射线结晶衍射图发现DNA分子是多聚核苷酸分子的长链排列。,DNA双螺旋结构的发现过程,19
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