《核酸化学改》PPT课件.ppt

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1、第四章 核酸化学,一、核酸的分布与分类二、核酸的化学组成三、核酸的分子结构四、核酸的化学性质,一、核酸的分布和分类,质质质,二、核酸的化学组成,核酸,磷酸,核苷,核糖,碱基,核苷酸,嘧啶(TCU),嘌呤(AG),脱氧,非脱氧,Py,Pu,碱基,碱基嘌呤,碱基嘧啶,核糖,核苷,核苷酸,三磷酸核苷酸,cAMP,cGMP,甲基化:如甲基鸟嘌呤环化:如cAMP假尿苷:其它:如二氢尿嘧啶 次黄嘌呤等,稀有核苷酸,核苷酸的作用,组成核酸组成小分子活性物质能量物质组成辅酶(基),AMP ADP ATP dAMP dADP dATP GMP GDP GTP d-CMP CDP CTP d-TMP TDP TT

2、P d-UMP UDP UTP N(任意碱基)NMP,NDP,NTP dNMP,dNDP,dNTPI 次黄嘌呤X 黄嘌呤Py嘧啶（任意）Pu嘌呤（任意）,核苷酸的符号,三、核酸的分子结构,DNA 分子结构RNA 分子结构,DNA的分子结构,DNA的碱基组成DNA的空间结构,Chargaff规律:1.A=T G=C 2.有种的特异性 3.环境条件不改变碱基组成,DNA的碱基组成,DNA一级结构的表示法,请注意:,键型:3,5-磷酸二酯键方向:3-末端和5-末端简写:,简写时的方向:,TGCAGGTTAAAGG它的互补链:ACGTCCAATTTCC(误)CCTTTAACCTGCA(正)3-ACGT

3、CCAATTTCC-5(正),DNA的空间结构:,DNA的二级结构(双螺旋)DNA的三级结构,DNA的二级结构(双螺旋结构),X,1.08 nm,1.08 nm,双螺旋结构要点:,(1)两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴向右盘绕形成右手双螺旋(反向是指两条多核苷酸链的走向相反，一条链的磷酸二酯链连接相邻戊糖基是53方向，另一条链则为35方向)。,(2)由磷和脱氧核糖交替排列形成的主链在双螺旋的外侧，而嘌呤碱和嘧啶碱位于双螺旋的内侧。碱基平面与双螺旋中轴垂直，糖环平面与中轴平行。,(3)双螺旋的平均直径为2 nm，螺距为3.4nm，沿中心轴每旋转上升一周包含10个碱基对，相邻碱基距离为0.3

4、4nm，之间旋转的角度为36。,(4)沿中心轴方向观察，双螺旋结构上有两条螺形 凹槽，一条较宽深，称为大沟；一条较浅小，称为小沟。,双螺旋结构的稳定因素:,碱基对间的氢键碱基堆积(主要的)环境中正离子,DN双螺旋结构的多态性,双螺旋的具体数据（螺距、直径等）随含水量的不同有一定的差异。可分为：型在特殊时间还有三股链的存在,DNA双螺旋结构的类型,B-DNAA-DNAZ-DNA,Major Groove,Minor Groove,DNA的三级结构,定义：DNA的三级结构是指在二级结构的基础上DNA双螺旋的进一步卷曲。,DNA的三级结构：DNA双螺旋结构进一步盘曲形成的复杂结构。以超螺旋最为常见,

5、负超螺旋模型（多见）,正超螺旋,Supercoiling of DNA,Relaxed state,超螺旋,DNA Supercoiling,Supercoiling means the coiling of coiling,Supercoiling induced by separating the strands of a helical structure(during replication or transcription),连环数（L）-在DNA双螺旋中，一条链沿右手螺旋绕另一条链缠绕的次数。（Lk）缠绕数（T）-在DNA分子中WatsonCrick螺旋数。（Tw）超螺旋周数或扭曲

6、数（W）（Wr）L=T+W,核小体染色体的基本单位病毒颗粒,核酸与蛋白质的复合物,染色质的电镜照片,The 30 nm fiber,a higher-order organization of nucleosomes,染色体结构,chromosome,HIV,SARS:Coronavirus,(a)a bacterial virus,bacteriophage T4;(b)an animal virus,adenovirus(inset at greater magnification);(c)a plant virus,tobacco mosaic virus.,mRNA tRNA rRNA

7、,RNA的结构,mRNA,编码区,非编码区,非编码区,polyA,帽子结构,UTR,UTR,ORF,m7G5pppN,mRNA的分离:,TTTT,TTTT,TTTT,AAAA,tRNA的二级结构,氨基酸臂 由7对碱基组成，富含鸟嘌呤，3末端为CCA，接受活化的氨基酸,5末端为pG或pC。二氢尿嘧啶环 由812个核苷酸组成，具有两个二氢尿嘧啶故得名。通过由34对碱基组成的双螺旋区(也称二氢尿嘧啶臂)与tRNA分子的其他部分相连。,反密码环 由7个核苷酸组成。环中部为反密码子，由3个核苷酸组成，次黄嘌呤核苷酸(也称肌苷酸，缩写成 I)常出现于反密码子中。反密码环通过由5对的双螺旋区(反密码臂)与t

8、RNA的其余部分相连。,额外环 由318个核苷酸组成。不同的tRNA具有不同大小的额外环，所以是tRNA分类的重要指标。,T C环 由7个核苷酸组成，其中含有胸腺嘧啶核糖核苷酸(T)和假尿嘧啶核苷酸()，通过由5对碱基组成的双螺旋区(T C臂)与tRNA的其余部分相连。几乎所有tRNA在此环中都含有T C。从以上可以看出,tRNA的三叶草形二级结构特征可概括为四环四臂，含有大量的稀有碱基。,tRNA的三级结构,rRNA的二级结构,Ribosomal RNA,Ban et al.,Science 289(905-920),2000,Secondary StructureOf large ribo

9、somal RNA,Tertiary StructureOf large ribosome subunit,其它类型的RNA,Catalytic RNA（催化RNA）miRNA（microRNA）（小RNA）siRNA（small interfere RNA）（小干扰RNA）signal recognition particle，SRP 信号识别颗粒中的 RNAtelemerase（端粒酶）中的RNA,Catalytic RNA,Secondary StructureOf large ribosomal RNA,Tertiary StructureOf large ribosome subun

10、it,四、核酸的性质,带电性：核酸、核苷酸可以在电场中泳动可溶性：溶于水。在乙醇中：大于50%的乙醇时 DNA沉淀 大于75%的乙醇时RNA沉淀。不溶于氯仿-异戊醇溶液，而蛋白可以溶解粘度：线形分子粘度大。DNA大于RNA不对称性：由于分子不对称，故有正旋光性。,（一）、核酸的一般性质,吸光性：由于碱基的存在使核酸对260nm的光有强烈的吸收。可根据此对核酸定量与检测。减色效应：核酸形成双链后对紫外吸收的能力减弱的现象。增色效应：核酸双链打开后对紫外吸收能力增加的现象。,（二）、核酸的对紫外吸收,变性：DNA双链分开变成单链的过程。只涉及H键的断裂，没有其它共价键的破坏。变性的因素：加热、强酸

11、、强碱、溶剂、紫外线等。变性后核酸的性质变化：生物活性丧失；粘度下降；浮力密度增加；紫外吸收增加。,（三）、核酸的变性、复性与分子杂交,DNA的热变性（熔解）,高温引起的变性称为热变性（熔解）,解链温度（熔解温度、熔点，Tm）：增色效应达到一半时的温度,紫外吸收,温度,Tm,与Tm值有关的因素:,G-C含量:G-C含量越高Tm值越高(三个氢键的缘故)。介质中的离子强度:离子强度越高Tm值越高。在1mol/L的NaCl中稳定。DNA 的不均一性：影响到了温度范围，而不影响Tm值的大小。,DNA的复性：,加热后缓慢冷却DNA恢复双链的过程,DNA的大小：小的分子比大的分子易复性。离子强度：离子强度

12、增加复性就快。DNA的浓度：浓度大的比浓度小的易于复性。,影响DNA的复性因素：,核酸的分子杂交：,在DNA的复性的过程中，同源或异源的DNA，只要碱基互补就可以形成杂种分子，此过程称为分子杂交。分子杂交是一种极其有用的生物技术手段。,Nucleic Acids from Different Species Can Form Hybrids,Southern blot,电泳,酶切,印迹,杂交,探针,NC,Southern blotDNA,Northern blotRNA,Western blotProtein,Fingerprinting,DNA Microarray（Gene Chip）,核

13、酸的分离与纯化,DNA SDS/CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)醋酸钾 酚氯仿（异戊醇）乙醇/异丙醇 TE（TrisHCl,EDTA）RNA Trisol,乙醇/异丙醇，DEPC（二乙基焦碳酸酯）,RNAase作用机理,DEPC的抑制机理,DEPC的高温分解,核酸的定量测定,DNA（ug/ml）OD260/0.02=OD26050RNA（ug/ml）OD260/0.025OD26040,OD260/OD2801.82.0,核酸的纯度鉴定,核酸的分离和分子量测定,琼脂糖电泳（溴化乙啶）PAGE（硝酸银）,核酸的结构：DNA的二级结构，mRNA及 tRNA的结构核酸的性质：变性与吸光性，Tm值，纯化和鉴定,本章要点：,第一章结束,