02 第二章 核酸的结构与功能.pptx

第1页：核酸的结构与功能

核酸的结构与功能

Chapter2核酸的结构与功能StructureandFunctionofNucleicAcid

第2页：核酸分子中核苷酸的连接方式

核酸分子中核苷酸的连接方式

MajorObject[教学时数]4学时[掌握内容]：核酸的基本组成单位和核酸的水解产物。核酸的紫外吸收作用。核酸分子中核苷酸的连接方式。DNA和RNA的一级结构和基本组成单位。DNA二级结构—双螺旋结构的定义和特点。基因和基因组的定义。RNA的空间结构和功能，三种RNA空间结构的特点。核酶的定义。DNA的变性与复性。DNA的增色效应和解链温度。[熟悉内容]：DNA的超螺旋结构。核酸的分子杂交。[了解内容]：核酸的一般理化性质，核酸酶和核酶的作用。[自学内容]：DNA结构的多样性。其他小分子RNA及RNA组学

第3页：携带和传递遗传信息

携带和传递遗传信息

核酸(nucleicacid,NA)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。

第4页：核酸的发现和研究工作进展

核酸的发现和研究工作进展

一、核酸的发现和研究工作进展 1868年FridrichMiescher从脓细胞中提取到‘核素’ 1944年Avery等人证实DNA是遗传物质 1953年Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构 1968年Nirenberg发现遗传密码 1975年Temin和Baltimore发现逆转录酶 1981年Gilbert和Sanger建立DNA测序方法 1985年Mullis发明PCR技术 1990年美国启动人类基因组计划（HGP） 1994年中国人类基因组计划启动

第5页：其余分布于核外

其余分布于核外

二、核酸的分类及分布90%以上分布于细胞核,其余分布于核外。携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型（genotype）分布于胞核、胞液参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)

第6页：第一节核酸的化学组成及其一级结构

第一节核酸的化学组成及其一级结构TheChemicalComponentandPrimaryStructureofNucleicAcid

第7页：

第8页：一、核酸的化学组成1.元素组成

• 元素组成：C、H、O、N、P（9~10%）
• 分子组成： 碱基（base）：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖（ribose）：核糖，脱氧核糖 磷酸（phosphate）

第9页：都是含氮化合物

都是含氮化合物

)碱基有五种，都是含氮化合物：嘌呤：腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）尿嘧啶（U）嘧啶：胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）-DNA-RNA共有

第10页：氨基嘌呤

氨基嘌呤

嘌呤（purine）N123N546N789NH10NNNHNNH2腺嘌呤Adenine（6-氨基嘌呤）NNHNHNNH2O鸟嘌呤Guanine(2-氨基，6-氧嘌呤)

第11页：令球如衬

令球如衬

\N/H\'-NH;N,-i令朕袒 HN._．N令球如衬HN

第12页：胸腺嘧啶

胸腺嘧啶

NH3N2546嘧啶（pyrimidine）NNH2NHCytosineNHONHH3CNHOUracil尿嘧啶ONHOThymine胸腺嘧啶O胞嘧啶

第13页：紫外吸收性质碱基含有共轭双键

紫外吸收性质碱基含有共轭双键，因此对260nm波长的紫外光有较强吸收作用

第14页：脱氧核糖

脱氧核糖

核糖(ribose)（构成RNA）4H3COHHCOH1CHOH2CH5CH2OH2)戊糖4H3COHHCOH1CHOH2COH5CH2OH2’-脱氧核糖(deoxyribose)（构成DNA）

第15页：核酸的化学组成及其一级结构要点

磷酸

)磷酸

本页源文件提取到的文字较少（多为结构式或图示页），建议对照原课件图片补充要点说明。

第16页：嘌呤的N-9或嘧啶的N-1与戊糖

嘌呤的N-9或嘧啶的N-1与戊糖

二、核酸的组成方式1.核苷（ribonucleoside）的形成碱基和核糖或脱氧核糖通过糖苷键连接形成核苷或脱氧核苷 嘌呤的N-9或嘧啶的N-1与戊糖的C-1’脱水形成糖苷键

第17页：CR脱氧核苷AdRGdR

CR脱氧核苷AdRGdR

OHOCH2NH2NO1N1´胞苷CROHOH核苷：AR,GR,UR,CR脱氧核苷：AdR,GdR,TdR,CdR

第18页：CMP脱氧核苷酸

CMP脱氧核苷酸

OHHOOPHOOOOCCHH22OOHHOOHHNNNNNNHH22OO核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸：dAMP,dGMP,dTMP,dCMP2.核苷酸（ribonucleotide）的形成核苷(脱氧核苷)和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸(脱氧核苷酸)

第19页：

第20页：多磷酸核苷酸

多磷酸核苷酸

体内重要的游离核苷酸及其衍生物 多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP 环化核苷酸:cAMP，cGMP 含核苷酸的生物活性物质：OOCH2NNNOCH22OOOCHOOOHHHOOOHHHNNNNNNNNNNNNHHH222OOOPPPOOOHHHOOOHOPHOOPPHOOOOHOOHHAADTPPAMPNOCH2ONNNAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含N有AMPNH2OPOOHOHcAMP

第21页：即核酸DNA的组成单位

即核酸DNA的组成单位

OHONN2OONNNNNNNNHH22NNONNNNNHH22OOOOHHNNHNNOOHOOOHHOPOO33 OHHOOPPOOOO55 CCHH255 HH22CC3`5`H2C3`AGNH2C5′端HHOOPPOOOO3′端3.核酸的形成核苷酸之间以3’,5’-磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸DNA的组成单位：dAMP、dGMP、dCMP、dTMPRNA的组成单位：AMP、GMP、CMP、UMP

第22页：核酸中核苷酸的排列顺序

核酸中核苷酸的排列顺序

定义：核酸中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列 NNNNH2CH2OOHOPNONNH2OOHHOPOONNHNNOOOOHOPO3`OO5`5`H2C3`OH5`H2C3`NAGNH2C三、核酸的一级结构5′端3′端

第23页：表示方法

表示方法

PAGTGCTPPPPPOH3 表示方法：5 pApCpTpGpCpT-OH3 5 ACTGCT3

第24页：糖苷键磷酸酯键核酸

糖苷键磷酸酯键核酸

核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸（DNA）(dNMP)核苷(NR)(NdR)磷酸戊糖(RdR)碱基(AGCTU)核酸的组成24C-N糖苷键磷酸酯键核酸（NA）磷酸二酯键核苷酸(NMP)

第25页：两类核酸的基本化学组成比较

两类核酸的基本化学组成比较DNARNA嘌呤碱嘧啶碱腺嘌呤(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)戊糖D-2-脱氧核糖D-核糖 酸dAMP、dGMPdCMP、dTMPAMP、GMPCMP、UMP组成单位碱基

第26页：第二节DNA的空间结构与功能

第二节DNA的空间结构与功能DimensionalStructureandFunctionofDNA

第27页：碱基组成分析

碱基组成分析

一.DNA的二级结构 发现的基础：碱基组成分析：Chargaff规则：[A] = [T]、[G]=[C]碱基的理化数据分析：A-T、G-C以氢键配对较合理DNA纤维的X-线衍射图谱分析P3

第28页：腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等

腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等

Chargaff碱基组成规律(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等.A=T鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等.G=C嘌呤总数=嘧啶总数A+G=C+T(2)DNA的组成具有种属特异性(3)DNA的碱基组成没有组织的特异性

第29页：围绕一中心轴（设想轴）构成右手双螺旋结构

围绕一中心轴（设想轴）构成右手双螺旋结构

DNA双螺旋结构要点（Watson、Crick，1953）(1)ＤＮＡ由两条反向平行的脱氧多核苷酸链组成（两条链的走向为5’→3’和3’→5’），围绕一中心轴（设想轴）构成右手双螺旋结构。

第30页：构成ＤＮＡ的骨架

构成ＤＮＡ的骨架

’5’C3’5’C(2)磷酸基与脱氧核糖在外侧，构成ＤＮＡ的骨架。碱基在双螺旋内侧,双链中相对的碱基按Ａ＝Ｔ和Ｇ≡Ｃ通过氢键配对连接，形成互补.碱基平面与长轴垂直

第31页：碱基互补配对

碱基互补配对：TAGC

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第32页：螺旋外侧有大沟小沟相间排列

螺旋外侧有大沟小沟相间排列

(3)维持DNA双螺旋稳定的作用力:横向-氢键纵向-碱基堆积力(4)双螺旋的直径为2nm螺距为3.4nm每圈螺旋含有10对碱基，每个碱基平面间距离为0.34nm螺旋外侧有大沟小沟相间排列（B-DNA）

第33页：DNA结构的多样性

DNA结构的多样性：

本页源文件提取到的文字较少（多为结构式或图示页），建议对照原课件图片补充要点说明。

第34页：二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中

二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装（一）DNA的 (superhelix或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。正超螺旋(positivesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方同相同负超螺旋(negativesupercoil)盘绕方向与DNA双螺旋方向相反

第35页：共价闭合的环状双

共价闭合的环状双 化超螺旋结构35（二）原核生物DNA的高级结构

第36页：被认为是真核生物ＤＮＡ的三级结构

被认为是真核生物ＤＮＡ的三级结构

真核生物染色体由DNA和组蛋白(Histine)构成，其基本单位是核小体（nucleosome)，被认为是真核生物ＤＮＡ的三级结构。36（三）DNA在真核生物细胞核内的组装

第37页：核小体的组成

核小体的组成： DNA：约200bp组蛋白：H1H2A，H2BH3H4连接区DNA：约60bp

第38页：染色体染色质纤维核小体组蛋白DNA

染色体染色质纤维核小体组蛋白DNA

本页源文件提取到的文字较少（多为结构式或图示页），建议对照原课件图片补充要点说明。

第39页：

第40页：并作为基因复制和转录的模板

并作为基因复制和转录的模板

三、DNA的功能DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。基因从结构上定义，是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。

第41页：第三节RNA的结构与功能

第三节RNA的结构与功能StructureandFunctionofRNA

第42页：修饰蛋白质内质网定位合成的信号识别体

修饰蛋白质内质网定位合成的信号识别体

RNA的种类、分布、功能核糖体RNA信使RNA转运RNA小胞浆RNA不均一核RNA小核RNA小核仁RNA细胞核和胞液线粒体功能rRNAmRNAtRNAmtrRNAmtmRNAmttRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA核糖体组分蛋白质合成模板转运氨基酸成熟mRNA的前体参与hnRNA的剪接、转运rRNA的加工、修饰蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分

第43页：一.信使RNA的结构与功能

一.信使RNA的结构与功能

外显子hnRNA内含子mRNA*mRNA成熟过程（真核生物）：一.信使RNA的结构与功能

第44页：形成帽子结构

形成帽子结构

• 大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´也2是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。
• 大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。

第45页：帽子结构

帽子结构：

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第46页：的稳定性维系翻译起始的调控

的稳定性维系翻译起始的调控

mRNA核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系翻译起始的调控*帽子结构和多聚A尾的功能

第47页：抄录并传送至核糖体

抄录并传送至核糖体

*mRNA的功能把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。

第48页：的一级结构特点

的一级结构特点

*tRNA的一级结构特点 含10~20%稀有碱基，如DHU 3´末端为—CCA-OH 5´末端大多数为G 具有TC二、转运RNA的结构与功能

第49页：N二甲基鸟嘌呤

N二甲基鸟嘌呤

稀有碱基NNHNHNNOCH3CH3N,N二甲基鸟嘌呤NHONHOHHHHNNNHNHNCH2CHCCH3CH3NH双氢尿嘧啶SN6-异戊烯腺嘌呤NHO4-巯尿嘧啶

第50页：二级结构

二级结构: 三叶草形–氨基酸臂–DHU环–TΨC环–反密码环–额外环

第51页：活化搬运氨基酸到核糖体

活化搬运氨基酸到核糖体

tRNA的三级结构 倒L形tRNA的功能：活化搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。

第52页：作为蛋白质生物合成的场所

作为蛋白质生物合成的场所

三、核蛋白体RNA的结构与功能*rRNA的结构*rRNA的功能参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。

第53页：根据沉降系数

根据沉降系数

*rRNA的种类（根据沉降系数）真核生物：5srRNA28srRNA5.8srRNA18srRNA原核生物：5srRNA23srRNA16srRNA

第54页：核蛋白体的组成：真核生物与原核生物比较

核蛋白体的组成：真核生物与原核生物比较：下表列出相关数据。

原文各项数值与名称交错排列，表格按教材标准结构还原，建议对照原课件图片核对。

第55页：四、其他小分子RNA及RNA组学

四、其他小分子RNA及RNA组学

snmRNAs除了上述三种RNA外，细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。

第56页：的种类核内小

的种类核内小

snmRNAs的种类核内小RNA核仁小RNA胞质小RNA催化性小RNA小片段干涉RNAsnmRNAs的功能参与hnRNA和rRNA的加工和转运。

第57页：RNA组学研究细胞中

RNA组学研究细胞中snmRNAs的种类、结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs的表达具有时间和空间特异性。RNA组学

第58页：这种具有催化作用的RNA称为核酶

这种具有催化作用的RNA称为核酶

核酶（ribozyme）某些RNA分子本身具有自我催化能力，可以完成RNA的剪接。这种具有催化作用的RNA称为核酶。

第59页：种氨基酸组成单位的种类磷酸二酯键肽键连接

种氨基酸组成单位的种类磷酸二酯键肽键连接

核酸和蛋白质的比较核酸蛋白质核苷酸氨基酸组成单位ACGTACGU20种氨基酸组成单位的种类磷酸二酯键肽键连接方式碱基序列氨基酸排列顺序一级结构双螺旋、超螺旋、蛋白质二、三、四级结构空间结构－核酸的非共价结合等遗传信息的储存、传代、生命活动中各种功能的功能表达、决定蛋白质的结构直接执行者

第60页：糖苷键磷酸酯键核酸

糖苷键磷酸酯键核酸

核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸（DNA）(dNMP)核苷(NR)(NdR)磷酸戊糖(RdR)碱基(AGCTU)核酸的组成60C-N糖苷键磷酸酯键核酸（NA）3’,5’磷酸二酯键核苷酸(NMP)

第61页：两类核酸的基本化学组成比较

两类核酸的基本化学组成比较DNARNA嘌呤碱嘧啶碱腺嘌呤(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)戊糖D-2-脱氧核糖D-核糖 酸dAMP、dGMPdCMP、dTMPAMP、GMPCMP、UMP组成单位碱基

第62页：DNA的空间结构

DNA的空间结构：二级结构-双螺旋模式三级结构-超螺旋、核小体RNA的结构：mRNA–5’帽子结构，3’polyA尾（真核）tRNA–稀有碱基；三叶草形；倒L形rRNA–按照分子量大小分cf：原核生物and真核生物

第63页：核酸的理化性质

核酸的理化性质ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid第四节

第64页：为两性大分子

为两性大分子

DNA的酸碱及溶解度性质–DNA有磷酸基及碱基，为两性大分子，但偏于酸性。–可与金属离子成盐，不溶于乙醇或异丙醇 DNA的高分子性质–粘度：DNA>RNA DNA的紫外吸收dsDNA>ssDNAOD260nm单核苷酸>ssDNA>dsDNA一、一般理化性质

第65页：度法检测核酸的纯度方法

度法检测核酸的纯度方法

紫外分 度法检测核酸的纯度方法：通过测定波长在260nm和280nm处吸光度的比值(A260／A280)来估计核酸样品的纯度DNA溶液：A260／A280=1.8RNA溶液：A260／A280=2.

第66页：那么原液中DNA的浓度是

那么原液中DNA的浓度是

紫外分 度法估计核酸的浓度在波长260nm紫外线下，吸光度为1时，相当于50μg/ml的双链DNA,40μg/ml的单链DNA或RNA,20μg/ml的单链寡核苷酸取5μl双链DNA样品,加水稀释至1ml。以1ml纯水作参照测定波长在260nm处的吸光度值(Ａ260),假如测得稀释样品的Ａ260值为0.500，那么原液中DNA的浓度是？μg/ml

第67页：在某些理化因素作用下

在某些理化因素作用下

• 定义：在某些理化因素作用下，DNA分子互补碱基对间的氢键断裂，使DNA双螺旋结构松散，成为单链状态，这种现象称为DNA的变性。
• 方法：加热(常用)，过量酸，碱，变性试剂如尿素、酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。

第68页：DNA变性的本质是双链间氢键的断裂

DNA变性的本质是双链间氢键的断裂

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第69页：其过程是不可逆的

其过程是不可逆的

变性后DNA的特点：OD260nm增高粘度下降浮力、密度升高生物活性丧失 变性与降解的区别降解是指多核苷酸链中的磷酸二酯键断裂，使分子量降低，其过程是不可逆的。变性空间结构遭到破坏，一级结构完好，(共价键完好)不发生分子量的变化,一般是可逆的。变性后蛋白质的特点：粘度增加溶解度降低易被水解生物活性丧失

第70页：当核苷酸摩尔数相同时

当核苷酸摩尔数相同时

DNA的紫外吸收光谱例：变性引起紫外吸收值的改变3.增色效应：当核苷酸摩尔数相同时，OD260nm值有如下关系：单核苷酸>单链DNA>双链DNA。DNA变性时，双链解成单链，对紫外光的吸收增强，使溶液OD260nm增高的现象。

第71页：变性是在一个相当窄的温度范围内完成

变性是在一个相当窄的温度范围内完成

Tm：紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度(50％ＤＮＡ变性时温度)称为DNA的解链温度，又称融解温度（meltingtemperature,Tm）。4.热变性的解链曲线和解链温度 解链曲线：连续加热以温度对OD260关系作图所得的曲线。变性是在一个相当窄的温度范围内完成，一般在70℃～85℃之间

第72页：低Tm值低变性温度范围较宽

低Tm值低变性温度范围较宽

5.影响Tm值因素1)DNA中Ｇ≡Ｃ对的含量Ｇ≡Ｃ碱基对的比例越高，Tm值越高Tm=69.3+0.41(Ｇ≡Ｃ)％2)介质中的 低Tm值低变性温度范围较宽

第73页：这一现象称为复性

这一现象称为复性

• 定义：变性DNA(或RNA)在去除变性因素并处于适当条件下，两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。热变性的DNA经缓慢冷却后可复性，又称为退火
• 复性后DNA的一系列的理化性质随即恢复:a.260nm处的紫外吸收值下降(减色效应)b.粘度上升c.浮力、密度降低d.生物活性部分恢复

第74页：复性过程中的碱基配对

复性过程中的碱基配对

*复性过程中的碱基配对：

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第75页：四.核酸分子杂交变性复性1.定义

四.核酸分子杂交变性复性1.定义

在DNA复性过程中，如果把不同DNA单链分子放在同一溶液中，或把DNA与RNA放在一起，只要在DNA或RNA的单链分子之间有一定的碱基配对关系，就可以形成局部或全部双链，这种现象称为核酸分子杂交(hybridization)。

第76页：不完全同源核酸单链分子杂交突环

不完全同源核酸单链分子杂交突环

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第77页：待测核酸可以是克隆的基因片段

待测核酸可以是克隆的基因片段

2.核酸杂交的应用： 研究DNA分子中某一种基因的位置 确定两种核酸分子间的序列相似性 检测某些专一序列在待检样品中存在与否 是基因芯片技术的基础探针可以是DNA、cDNA、mRNA及RNA等。待测核酸可以是克隆的基因片段，聚合酶链反应(PCR)产物，也可以是基因组DNA或细胞总RNA等。

第78页："'畸．一夕加热

"'畸．一夕加热

双链DNA1 形成杂化双铸甘煤日员闷字关母｀恤皂日Sg:“G5i1i-i襟心印汕“ww.w“lnJvest`lntech.com勤a双链DNA2DNA变性形成单链- l.,"' 畸．一夕加热 多态心三＿-~｀~了_ _~一~_—上一－ 咕－～缓慢样温 双链DNADNA变性形成单镜形成带有标记物的杂化双链b－＂＇，丁'—- _盯 —_谝一-加热.-_ .-=-夕辜、一王-r-l-子' 缓慢伴温加入标记单链DNA-—一～ DNA变性、复性与分子杂交

第79页：第五节核酸酶

第五节核酸酶Nuclease

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第80页：核酸内切酶

核酸内切酶

核酸酶是指所有可以水解核酸的酶 0 依据底物不同分类 DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解DNA。 RNA酶(ribonuclease,RNase)：专一降解RNA。 依据切割部位不同 核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。 核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶。

第81页：核酸内切酶核酸外切酶

核酸内切酶核酸外切酶

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第82页：负责清除多余的、结构和功能异常的核酸

负责清除多余的、结构和功能异常的核酸

生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解 参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程 负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸 在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 体外重组DNA技术中的重要工具酶核酸酶的功能

第83页：包括一般性质、变性、复性和分子杂交

包括一般性质、变性、复性和分子杂交

• 核酸的结构(包括一级结构和DNA的空间结构）。
• RNA的结构：包括mRNA、rRNA及tRNA
• 核酶和核酸酶
• 核酸的理化性质：包括一般性质、变性、复性和分子杂交KeyPoints