[工学]02生物化学.ppt

第二章 核酸的结构与功能 ?第一节 核酸的化学组成 ?第二节 DNA的结构与功能 ?第三节 RNA的结构与功能 ?第四节 核酸的理化性质及应用 核酸的研究历史： ? 1868年，瑞士外科医生Fridrich Miescher从脓细胞核中分离到核酸样物质。 ?核酸分为DNA和RNA。DNA存在于细胞核和线粒体内，RNA存在于细胞质和细胞核内。 ? 1944年，Oswald Avery通过肺炎双球菌转化实验证实了DNA是遗传的物质基础。 第一节 核酸的化学组成 核酸 在核酸酶作用下水解为核苷酸，核苷酸由碱基、戊糖和磷酸组成。 戊糖 碱 基 嘧 啶(pyrimidine) ?在DNA和RNA中都有胞嘧啶（C），胸腺嘧啶只出现在DNA分子中，尿嘧啶则只出现于RNA分子中。 ? 核苷=核糖+碱基 核苷酸=核苷+磷酸 ?磷酸基团位于核糖的第五位碳原子C-5’上。 ? NMP（nucleoside monophosphate) ? NDP (nucleoside diphosphate) ? NTP (nucleoside triphosphate) 核酸的一级结构 ?一级结构指其核苷酸的排列顺序。由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，也称碱基序列。 ? DNA：四种脱氧核苷酸按一定顺序以磷酸二酯键相连形成的聚脱氧核苷酸链（polydeoxynucleotides）。 ? DNA的书写顺序是5‘——3’。 第二节 DNA的结构与功能 一、DNA的二级结构的研究史 ?二十世纪二十年代，Levene研究了核酸的化学结构并提出了四核苷酸假说。他认为DNA分子是由A、G、C、T4 种核苷酸不断重复延伸而成。 ?二十世纪五十年代初，Chargaff采用层析和紫外吸收分析等技术研究了DNA分子的碱基组成，发现不同物种的DNA碱基组成不一样，并总有[A]=[T]；[C]=[G]。 Chargaff用有说服力的数据彻底否定了四核苷酸假说。 ? 1953年，Watson和Crick以Chargaff的发现为基础，进行DNA晶体的X-射线衍射图谱研究，提出了DNA的双螺旋结构。1962年， Watson（美）和 Crick（英）与Wilkins共享Nobel生理医学奖， Wilkins通过对DNA分子的X -射线衍射研究证实了Watson和Crick的DNA模型。 二、DNA双螺旋结构的要点 ?DNA是一反向平行的互补双链结构。在双链结构中糖-磷酸骨架居外侧，而碱基位于内侧，两条链之间的碱基以氢键相结合。两条链反向平行，碱基互补配对，A=T,G≡C,一条链的走向为5’——3‘，另一条为3’——5‘。 ?DNA双螺旋为右手螺旋。螺旋直径为2nm，螺旋每旋转一周为10对碱基，螺距为3.4nm，每个碱基平面之间的距离为0.34nm,并形成大沟和小沟。 ? DNA双螺旋结构的稳定横向靠两条链间的互补碱基的氢键维持，纵向靠碱基平面之间的碱基堆积力。 三、DNA结构的多样性 DNA的右手螺旋并不是自然界DNA唯一存在的方式。右手螺旋结构是在生理盐水溶液中提取的DNA的结构，目前将这种结构称为B-DNA。 1979年，Alexander Rich发现了左手螺旋，称为Z-DNA，另外也有A-DNA的存在。 四、DNA的超螺旋结构 ?原核生物：大部分原核生物的DNA是共价封闭的环状双螺旋，这种双螺旋还可以再次螺旋化形成超螺旋。 ?真核生物：DNA和蛋白质组装成染色体，染色体的基本单位是核小体。 ?核小体由DNA和组蛋白构成。组蛋白有H1，H2A，H2B，H3和H4。 H2A，H2B，H3和H4各两分子构成核小体的核心，称为组蛋白八聚体。DNA双螺旋分子缠绕在八聚体上构成核小体的核心颗粒。核小体的核心颗粒之间再由DNA和组蛋白H1构成的连接区连接起来形成串珠状结构。核小体进一步旋转折叠形成棒状染色体，将近1 m长的DNA分子容纳于直径只有数微米的细胞核中。 DNA的功能 ? DNA的基本功能用为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板，它是遗传繁殖的物质基础。 ?基因组（genome）： 一个生物体的全部基因序列。最简单的生物如SV40病毒的基因组仅含有5100碱基对（base pair bp）， 大肠杆菌基因组的大小为5700千碱基对（kbp），人的基因组则由大约3.0×109个bp组成。 第三节 RNA的空间结构与功能 一、信使RNA的结构与功能 ?信使RNA（messenger RNA，mRNA） ?不均一核RNA（heterogeneou nuclear RNA，hnRNA）： 在细胞核内合成的mRNA的初级产物，经过剪接成为成熟的mRNA并移到细胞质。 真核生物成熟mRNA的结构