生物化学第八版第二章核酸的结构与功能教程.ppt

生物化学与分子生物学;第二章核酸的结构和功能;核 酸(nucleic acid) ;1868年 Fridrich Miescher 从脓细胞中提取核素。 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。 2001年 美英等国完成人类基因组计划。;核酸的分类及分布;第一节 核酸的化学组成以及一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid;;分子组成;碱基(base)是含氮的杂环化合物。;嘌呤(purine，Pu) ;;碱基的互变异构体;戊糖;脱氧核苷; ;核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸(ribonucleotide)或脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。;多磷酸核苷酸;环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信号转导中的第二信使。;生物氧化体系的重要成分，在传递质子或电子的过程中具有重要的作用。; 构成RNA的碱基、核苷以及核苷酸; 构成DNA的碱基、核苷、核苷酸;二、DNA是脱氧核苷酸通过3?,5?-磷酸二酯键连接形成的大分子;5′-末端;交替的磷酸基团和戊糖构成了DNA的骨架 (backbone)。;三、RNA也是具有3?, 5?-磷酸二酯键的线性大分子;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。;A ;单链DNA和RNA分子的大小常用核苷酸数目（nucleotide，nt）表示；双链核酸分子的大小常用碱基(base或kilobase)数目来表示。 小的核酸片段(50bp)常被称为寡核苷酸(oligonucleotide)。自然界中的DNA和RNA的长度可以高达几十万个碱基。 ;第二节 DNA的空间结构与功能Dimensional Structure and Function of DNA;DNA的空间结构又分为二级结构(secondary structure)和高级结构。;一、DNA的二级结构是双螺旋结构;不同生物种属的DNA的碱基组成不同 同一个体的不同器官或组织的DNA碱基组成相同 对于一特定组织的DNA，其碱基组分不随年龄、营养状态和环境而变化 [A] = [T]，[G] = [C];两条多聚核苷酸链在空间的走向呈反向平行(anti-parallel)。两条链中一条链的5?→3?方向是自上而下，而另一条链的5?→3?方向是自下而上。 两条链围绕着同一个螺旋轴形成右手螺旋(right-handed)的结构。 双螺旋结构的直径为2.37nm，螺距为3.54nm。;脱氧核糖和磷酸基团组成的亲水性骨架位于双螺旋结构的外侧，疏水的碱基位于内侧。 双螺旋结构的表面形成了一个大沟(major groove)和一个小沟(minor groove)。 ;DNA双螺旋结构的示意图 ;3. DNA双链之间形成了互补碱基对;;碱基互补配对: 腺嘌呤/胸腺嘧啶;大沟与小沟;相邻两个碱基对会有重叠，产生了疏水性的碱基堆积力(base stacking interaction)。 碱基堆积力和互补碱基对的氢键共同维系着DNA结构的稳定。;碱基堆积作用力;（三）DNA双螺旋结构的多样性;（四）DNA的多链结构;;;真核生物DNA3?-末端是富含GT的多次重复序列，因而自身形成了折叠的四链结构。;二、DNA的高级结构是超螺旋结构;（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构;（二）真核生物DNA以核小体为单位形成高度有序致密结构;DNA染色质呈现出的串珠样结构。 染色质的基本单位是核小体(nucleosome)。;;核小体串珠样的结构;;DNA经过多次折叠，被压缩了8000～10000倍，组装在直径只有数微米的细胞核内。;真核生物的染色体;DNA是生物遗传信息的载体，并为基因复制和转录提供了模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。 基因是携带遗传信息的DNA片段，它们的序列信息意义及其在DNA整个分子上的排布特点将在第十三章详述。 DNA具有高度稳定性的特点，用来保持生物体系遗传的相对稳定性。同时，DNA又表现出高度复杂性的特点，它可以发生各种重组和突变，适应环境的变迁，为自然选择提供机会。 ;第三节 RNA的结构与功能;RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的调控。 RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局部二级