2017四川农业大学生物化学考研854核酸化学.

核酸的结构性质和功能及 遗传信息的存储、传递与表达,一、核酸概述 二、核酸的基本结构单位 三、核酸的结构 四、核酸的理化性质 五、遗传信息的传递方向和规律（核酸蛋白质的生物合成）,三、核酸的结构 核酸空间结构结构层次,DNA和RNA的一级结构 DNA的二级结构和三级结构 RNA的类别及其二级结构和三级结构,例题,核酸分类和分布,脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）:遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为类核的结构区。每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。 核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）：主要参与遗传信息的传递和表达过程，细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者。另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离的RNA分子。还发现有些RNA具生物催化作用(ribozyme)，有些RNA具有调节功能(如miRNA和siRNA)。,核酸的基本结构单位核苷酸,（1）核酸分子中基本核苷酸的化学组成与命名 碱基、核苷、核苷酸的概念和关系 常见碱基的结构与命名法 常见（脱氧）核苷酸的基本结构与命名 稀有核苷酸 （2）细胞内游离核苷酸及其衍生物 （3）例题,5´-磷酸核苷酸的基本结构,（N = A、G、C、U、T）,H,H,(O)H,1´,2´,N,OH,CH2,H,H,5´,4´,3´,P,O-,O,O,O-,碱基、核苷、核苷酸的概念和关系,Nitrogenous base,Pentose sugar,Phosphate,-D-核糖 -D-脱氧核糖,基本碱基结构和命名,嘌呤,嘧啶,Adenine (A),Guanine (G),Cytosine (C),Uracil (U),Thymine (T),核苷酸的结构和命名,腺嘌呤核苷酸（ AMP） Adenosine monophosphate,脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP） Deoxyadenosine monophosphate,OH,H,常见（脱氧）核苷酸的结构和命名,鸟嘌呤核苷酸（GMP）,尿嘧啶核苷酸（UMP）,胞嘧啶核苷酸（CMP）,腺嘌呤核苷酸（AMP）,脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）,脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP）,脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP）,脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）,几种稀有核苷酸,假尿苷（）,二氢尿嘧啶（DHU）,Am,CH3,m26G,H,H,5,H,H,细胞内游离核苷酸及其衍生物,多磷酸核苷酸 环核苷酸 辅酶类核苷酸 核苷酸类载体（多糖、磷脂合成）,1.DNA在温和碱性条件下不易发生水解是因为 。 2C位不带羟基 、 、 可以充当多糖合成中葡萄糖的载体， 参与甘油的生物磷脂合成。 UDP、ADP、GDP；CDP,腺苷酸及其多磷酸化合物,AMP Adenosine monophosphate,ADP Adenosine diphosphate,ATP Adenosine triphosphate,cAMP(cGMP)的结构,Cyclic adenylie (Guanine)acid,核苷酸的解离曲线,pK1 = 0.8 第一磷酸基,pK3 = 6.3 第二磷酸基,pK2 = 4.3 含氮环,胞嘧啶核苷酸,pK1 = 1.0 第一磷酸基,pK3 = 6.4 第二磷酸基,烯醇式羟基,尿嘧啶核苷酸,pH,离子化程度,小牛胸腺DNA的滴定曲线,DNA 的一级结构, DNA分子中各脱氧核苷酸之间的连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列顺序叫做DNA的一级结构，简称为碱基序列。一级结构的走向的规定为5´3´。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不同的遗传信息。,5´,3´, 一级结构的表示法 结构式，线条式，字母式,DNA、RNA的一级结构,DNA一级结构,RNA与DNA一级结构的差异 DNA RNA 糖 脱氧核糖 核糖 碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基 含稀有碱基,DNA一级结构的表示法,DNA酶法序列分析的原理,酶反应,电泳方向,5´,3´,引物,dATPdCTPdGTPdTTP,+ddATP,dATPdCTPdGTPdTTP,+ddTTP,dATPdCTPdGTPdTTP,+ddGTP,dATPdCTPdGTPdTTP,+ddCTP,A C G T,DNA的二级结构,（1） DNA的双螺旋结构(Watson-Crick模型 （2）DNA双螺旋结构特征、稳定因素及意义 （2） DNA双螺旋的多态性 （3）某些其它DNA螺旋结构 DNA回文结构 、 三股螺旋,DNA的双螺旋结构的形成,DNA的双螺旋模型特点,a. 两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假设的中心轴右旋相互盘绕而形成。 b. 磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外侧，作为可变成分的碱基位于内侧，链间碱基按AT，GC配对（碱基配对原则，Chargaff定律） c. 螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直距离0.34nm,螺旋结构每隔10个碱基对（base pair, bp）重复一次，间隔为3.4nm,DNA的双螺旋结构稳定因素, 碱基对间的氢键 碱基堆集力 （1）相邻碱基对间的范德华力 （2）碱基对间的疏水作用力 磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和，降低静电张力,DNA的双螺旋结构的意义,该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是本世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。,DNA双螺旋构象的类型,A-DNA,DNA双螺旋的不同构象,DNA回文序列及几种结构形式,回文序列,发夹式结构,十字形结构,中心区域,DNA三链间的碱基配对,DNA分子间的三链结构,Southern印迹法,DNA分子,限制片段,限制性酶切割,琼脂糖电泳,转移至硝酸纤维素膜上,与放射性标记DNA探针杂交,放射自显影,带有DNA片段的凝胶,凝胶,滤膜,用缓冲液转移DNA,吸附有DNA片段的膜,DNA的三级结构,在细胞内，由于DNA分子与其它分子（主要是蛋白质）的相互作用，使DNA双螺旋进一步扭曲形成的高级结构. 实例：超螺旋 核蛋白体（ 染色体chromosome）,DNA超螺旋结构的形成,核小体盘绕及染色质示意图,组蛋白与DNA的结合,真核生物染色体DNA组装不同层次的结构,DNA （2nm）,核小体链（ 11nm，每个核小体200bp）,纤丝（ 30nm，每圈6个核小体）,突环（ 150nm，每个突环大约75000bp）,玫瑰花结（ 300nm ，6个突环）,螺旋圈（ 700nm，每圈30个玫瑰花）,染色体（ 1400nm， 每个染色体含10个玫瑰花200bp）,RNA的一级结构,RNA分子中各核苷之间的连接方式（3´-5´磷酸二酯键）和排列顺序叫做RNA的一级结构,RNA与DNA的差异 DNA RNA 糖 脱氧核糖 核糖 碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基 含稀有碱基,RNA的类别,转移RNA（transfor RNA，tRNA）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。 核糖体RNA（ribosoal RNA，rRNA）：与蛋白质结合构成核糖体（ribosome）,核糖体是蛋白质合成的场所； 信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋白质合成中起模板作用；,tRNA 的结构,二级结构特征： 单链 三叶草叶形 四臂四环,三级结构 特征： 在二级结构基础上 进一步折叠扭曲形成倒 L型,酵母tRNA Ala 的二级结构,3´,5´,tRNA的三级结构,氨基酸受体臂,D臂,反密码子臂,rRNA的分子结构,特征： 单链，螺旋化程度较tRNA低 与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能,5SRNA的二级结构,mRNA的分子结构,原核生物mRNA特征： 先导区+翻译区（多顺反子）+末端序列 真核生物mRNA特征： “帽子”（m7G-5´ppp5´-N-3´p）+单顺反子+“尾巴”（Poly A）,原核细胞mRNA的结构特点,真核细胞mRNA的结构特点,3,1.某基因的分子量为6.18×105道尔顿，求此基因的长度。（碱基对平均分子量为670）。 6.18×105÷670×0.34nm=313.6nm 2.请列举细胞内的RNA种类，并说明有何功能？ rRNA、mRNA、tRNA; HnRNA：成熟mRNA的前体； SnRNA：参与HnRNA的剪接、转运; SnoRNA：rRNA的加工和修饰; 核酶：具有催化功能RNA（注意与核酸酶区别） 3.一种生物所有体细胞的DNA，其碱基组成均是相同的，这个碱基组成可作为该类生物种的特征。 正确,核酸的理化性质,一、一般物理性质 二、核酸的水解 三、两性解离 四、紫外吸收性质 五、核酸的稳定性,六、核酸的变性 七、核酸的复性 八、核酸的分子杂交 九、沉降特性及沉降系数 十、核酸的提取,一般物理性质,1. DNA白色纤维状固体，RNA白色粉末状固体，都微溶于水，不溶于乙醇，因此常用乙醇来沉淀DNA； DNA溶液黏度大于RNA 。 2. DNA难溶于0.14mol/L的NaCl溶液，可溶于1-2 mol/L的NaCl溶液，RNA则相反，可据此分离二者。 3. 加热条件下， D核糖浓盐酸苔黑酚 绿色 670nm D2脱氧核糖酸二苯胺 蓝紫色 595nm,核酸的水解,核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断。 DNA和RNA对酸或碱的耐受程度有很大差别。室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，RNA水解。 在细胞内核酸分子受DNA酶作用。,两性解离,核酸含酸性的磷酸基团，又含弱碱性的碱基，为两性电解质，可发生两性解离； 核酸相当于多元酸，pH大于4时，呈阴离子状态； 等电点,在核酸分子中嘌呤碱和嘧啶碱都含有共轭双键体系，在260 nm有吸收； 可以作为区别蛋白质和对核酸及其组份定性和定量测定的依据，进行核酸纯度鉴定，也可作为核酸变性和复性的指标。,紫外吸收,核苷酸总吸收值 变性DNA 天然DNA,根据A260/A280的比值判断核酸样品的纯度,纯DNA：A260/A280=1.8 纯RNA：A260/A280=2.0,（若样品中含有杂蛋白或苯酚，则A260/A280比值明显降低）,纯的核酸样品可根据260nm的光吸收值算出其含量,若260nm光吸收值为1相当于50g/ml双螺旋DNA,或相当于40g/ml单链DNA或RNA,或相当于20g/ml寡核苷酸,DNA的稳定性,1.DNA的溶液呈粘稠状，但实际上DNA的双螺旋结构僵直而有刚性，易断成碎片，这也是目前难以获得完整大分子DNA的原因，RNA粘度比DNA小。 2.溶液状态的DNA易受DNA酶作用而降解，抽干水分的DNA性质十分稳定。,DNA在物理或化学因素作用下核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链结构的过程。,核酸的变性,1）温度升高； 2）酸碱度改变、 pH（11.3或4.0）； 3）有机溶剂如甲醛和尿素、甲酰胺等； 4）低离子强度。,能够引起核酸变性的因素有：,核酸的变性,DNA的变性过程,加热,