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第 二 章 核酸的结构和功能

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第 二 章 核酸的结构和功能

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  1. 第 二 章核酸的结构和功能 Structure and Function of Nucleic Acid The biochemistry and molecular biology department of CMU

  2. 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。

  3. 脱氧核糖核酸 (deoxyribonucleic acid, DNA) 核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA) 核酸的分类及分布 存在于细胞核和线粒体内。 携带遗传信息,决定细胞和个体的遗传型(genotype)。 存在于胞核、胞液和线粒体。 参与遗传信息的复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。

  4. 第一节 核酸的化学组成及一级结构 The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid

  5. 核酸的基本组成单位是核苷酸(nucleotide)。 碱基 核苷 戊糖 核酸 核苷酸 磷酸 DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸 。 RNA的基本组成单位是核糖核苷酸 。

  6. 一、核苷酸的结构 腺嘌呤(A) 嘌呤 DNA、RNA均有 鸟嘌呤(G) 碱基 胞嘧啶(C) DNA有 胸腺嘧啶(T) 嘧啶 RNA有 尿嘧啶(U) 每种核酸都含有四种碱基 。

  7. 腺嘌呤(adenine, A) 鸟嘌呤(guanine, G) 碱 基 嘌呤(purine)

  8. 尿嘧啶(uracil, U) 胸腺嘧啶(thymine, T) 胞嘧啶(cytosine, C) 嘧啶(pyrimidine)

  9. 五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨基的互变异构。这两种异构体的平衡关系受介质酸碱环境的影响。五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨基的互变异构。这两种异构体的平衡关系受介质酸碱环境的影响。

  10. 戊 糖 核糖(ribose) 脱氧核糖(deoxyribose) (构成DNA) (构成RNA)

  11. 碱基和核糖(或脱氧核糖)通过糖苷键连接形成核苷(nucleoside)(或脱氧核苷)。碱基和核糖(或脱氧核糖)通过糖苷键连接形成核苷(nucleoside)(或脱氧核苷)。

  12. 核苷(脱氧核苷)和磷酸以酯键连接形成核苷酸(脱氧核苷酸)。核苷(脱氧核苷)和磷酸以酯键连接形成核苷酸(脱氧核苷酸)。 • 核苷酸: • AMP, GMP, UMP, CMP • 脱氧核苷酸: • dAMP, dGMP, dTMP, dCMP

  13. 多磷酸核苷酸: NMP,NDP,NTP

  14. 环化核苷酸: cAMP,cGMP

  15. 二、核酸的一级结构 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。

  16. 5´端 3´端 C 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。 A G

  17. 书写方法

  18. DNA 与RNA的区别

  19. 第二节 DNA的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA

  20. 一、 DNA的二级结构 • ——双螺旋结构

  21. (一)DNA双螺旋结构的研究背景 • 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

  22. 已知的核酸化学数据

  23. (二) DNA双螺旋结构模型要点 1. 两条链反向平行,围绕同一中心轴构成右手双螺旋 (double helix)。螺旋直径2nm,表面有大沟和小沟。 2. 磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧,碱基垂直于螺旋轴而伸入内侧。每圈螺旋含10个碱基对(bp),螺距为3.4nm。

  24. 碱基平面与纵轴垂直,糖环平面与纵轴平行

  25. 3. 两条链通过碱基间的氢键相连,A对T有两个氢键,C对G有三个氢键,这种A-T、C-G配对的规律,称为碱基互补规则。 4. 维持双螺旋稳定的因素:横向为氢键,纵向为碱基间的堆积力。

  26. 碱基互补配对 C G A T

  27. (三)DNA双螺旋结构的多样性 Z型DNA A型DNA B型DNA

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

  29. 意义 • DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过程具有关键作用。

  30. (二)原核生物DNA的高级结构

  31. (三)DNA在真核生物细胞核内的组装 真核生物染色体由DNA和蛋白质构成,其基本单位是 核小体(nucleosome)。 • 核小体的组成 • DNA:约200bp • 组蛋白:H1 • H2A,H2B • H3 • H4

  32. 串珠状核小体结构

  33. DNA双螺旋片段 串珠状核小体 染色质纤维 伸展形染色质片段 密集形染色质片段 整个染色体

  34. 真核生物染色体DNA组装 螺线管 核小体

  35. 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。

  36. 肺炎双球菌的转化实验 Oswald Avery (1944)

  37. 实验二,噬菌体的标记实验

  38. 第三节 RNA的结构与功能 Structure and Function of RNA

  39. 动物细胞内主要RNA的种类及功能

  40. hnRNA mRNA 一 、信使RNA的结构与功能 * mRNA成熟过程 内含子 (intron) 外显子 (exon)

  41. * mRNA结构特点 1. 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´2也是甲基化,形成帽子结构:m7GpppNm-。 2. 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。

  42. 帽子结构

  43. 帽子结构和多聚A尾的功能 mRNA核内向胞质的转位 mRNA的稳定性维系 翻译起始的调控 mRNA的功能:作为蛋白质合成的模板。

  44. 二、转运RNA的结构与功能 *tRNA的一级结构特点 • 含稀有碱基较多 • 3´末端为 — CCA-OH • 5´末端大多数为G • 由70~90个核苷酸组成

  45. 稀有碱基

  46. * tRNA的二级结构 ——三叶草形 氨基酸臂 额外环

  47. * 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。