02 nucleic acid structure and feature

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生物化学 第九章

生物化学  第九章
以组织细胞中的mRNA为模板,反转录合成 双链cDNA ,各cDNA分子分别插入载体形 成重组子,再导入宿主细胞克隆扩增。这ecular probes for DNA sequences 特定DNA序列的分子探针 What are DNA probes? The size of DNA probe (一般在20~50个 核苷酸之间 ) How to deduce the sequence of DNA probe from AA sequence? 已知蛋白质序列,设计分子探针 探针的标记 放射性标记:32P 非放射性标记:生物素,地高辛,荧光
TGCA
ACGU
Backbone
Read from 5'-end to 3'-end
The shorthand notations of polynucleotide chain 核酸的一级结构:序列
TGCAT
5' 3'
The packing mode of base pairs in DNA: AT and GC (DNA中的碱基配对方式)
核小体
The structure of eukaryotic chromosomes 真核生物的染色体结构
Beads on a string from swelled chromatin
原核生物
Prokaryotes
Gen expression(基因表达): From DNA – RNA – Proteins
The sequence of bases in one strand has a complementary relationship to the sequence of base in the other strand (DNA双链的碱基序列具有互补关系) DNA vary from species to species

Chapter 2 核酸的结构与功能教学教材

Chapter 2 核酸的结构与功能教学教材
第二章
核酸的结构与功能
Structures and Functions of Nucleic Acids
内容
2.1 核酸的种类与分布 2.2 核苷酸 2.3 DNA的分子结构 2.4 核酸与蛋白质的复合体 2.5 RNA的分子结构 2.6 核酸的理化性质
2
2.1 核酸(Nucleic acid) 的种类与分布
48
(四)DNA双螺旋结构的多样性
49
双螺旋DNA的类型及相关参数
类型 螺旋方向
存在条件
螺距 碱基数/螺旋 碱基倾角
A-DNA 右手
相对湿度75% 2.53 nm
11
19°
B-DNA 右手
相对湿度92% 3.54 nm
10.4

Z-DNA 左手 嘌呤-嘧啶二核 4.56 nm
12
苷酸为重复单位
N=A/U/G/C
同样,dNDP、dNTP, N=A/T/G/C
腺嘌呤 腺苷
16
核苷多磷酸的生物学功能:
§NTP和dNTP分别是RNA和DNA的直接前体。 §ATP分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。水
解时, ATP可以释放出大量自由能,推动生物体内 各种需能的生化反应。 §UDP、ADP、GDP在多糖合成中,可作为携带葡 萄糖基的载体;CDP在磷脂合成中可作为携带胆 碱的载体。 §GTP、CTP、UTP在某些生化反应中也具有传递能 量的作用。
11
稀 有 碱 基
大多甲基化碱基,tRNA含量丰富 (高达10%) 12
2.2.3 戊糖
β-D-核糖
β-D-脱氧核糖
13
2.2.4 核苷
碱基和核糖(或脱氧核糖)通过C-N 糖苷 键连接形成核苷(或脱氧核苷)。

Chapter 2 Structure and Properties of Nucleic Acids

Chapter 2 Structure and Properties of Nucleic Acids

Virulent strain S S. pneumoniae bacteria kill their host.
Avirulent strain R bacteria cannot infect successfully, so the mouse survives.
Strain S bacteria that are heat-killed can no longer infect.
ห้องสมุดไป่ตู้
Two polynucleotide chains coiled around a central axis, forming a right-handed double helix.
The bases of both strand are lying inside of the structure and stacking flat on one another, 3.4 Å(0.34 nm) apart.
Direct physical-chemical analysis Ultracentrifugation The material with transforming activity sedimented rapidly, characteristic of DNA. Electrophoresis The transforming activity had a relatively high mobility.
Z-form left-hand 12 flat Narrow; deep poly(dGdC)
d. Stability of Nucleic Acids Hydrogen bonding The hydrogen bonds between complementary bases contribute to the thermodynamic stability of the helix and the specificity of base pairing. Stacking interaction / hydrophobic interaction between aromatic base pairs contribute to the stability of nucleic acids. It is energetically favorable for the hydrophobic bases to exclude waters and stack on top of each other. This stacking is maximized in double-stranded DNA.

分子生物学总复习

分子生物学总复习

第二章 核酸、蛋白质结构 1 Nucleic Acid Structure And Function
嘌呤碱(A、G)
碱基
核苷 戊糖 核酸 核苷酸 (DNA、RNA) 磷酸 嘧啶碱(C、T、U) 核糖-RNA
脱氧核糖-DNA
•DNA的一级结构——DNA sequence •DNA二级结构——DNA double helix A-DNA B-DNA Z-DNA
5、染色体上一般含有单个复制起点、终点,多 个转录起点、终点。 6、存在DNA结合的蛋白质
• 真核生物基因组特点 1、基因组结构相对原核生物要大得多,聚集在 细胞核内,由一套染色体构成。 2、DNA与组蛋白和非组蛋白结合,复制时形 成多复制子。 3、存在大量的非编码区和重复序列。 4、断裂基因,单顺反子。 5、存在多基因家族。 真核原核生物基因组结构的差异?
• Multigene family(多基因家族)Tandem gene clustersModerately repetitive sequence:结构相似、功能相关、来 源相同的一组基因称多基因家族,如珠蛋白基因家族。在多 基因家族中,某些成员并不产生有功能的基因产物,这些基 因称为假基因。
• genetic map: showing the relative distance between two
genes and measured by the frequency of recombinant.
• physical map: showing how much DNA separates two genes markers and is measured in base pairs . • sequence map: showing base pair sequences in DNA . • Gene map: referring to the specific locations of genes on chromosomes. • minisatellite DNA: is a section of DNA that consists of a short series of bases 10–60bp core sequence. • microsatellite DNA: is a section of DNA that consists of a short series of bases 1–12bp core sequence.

核酸的结构与功能

核酸的结构与功能
3′端
C
A

G
核酸的书写方式
CA TG 5 P P P P OH3 5 PCPAPTPG 3 5 · · · CATG · · · 3
核苷酸的排列顺序是从5’端算起
核酸一级结构的特点
5′端 C
1.核酸的基本骨架: 5-核糖-P-核糖-P-核糖-3
A
2.核酸是没有分支的分子 3.核苷酸之间的连接化学键: 3’,5’磷酸二酯键
基因(Gene): 是决定生物体某一性状的DNA片段,经过复制 可以遗传给后代,经过转录和翻译可以指导蛋白质 的生物合成。RNA和蛋白质是基因表达的产物。
第三节
RNA的结构与功能
RNA
Structure and Function of
RNA的碱基组成及其基本结构
1.化学组成:A、G、C、U 戊糖(核糖) 磷酸
胸腺嘧啶(T) 5-甲基-2,4-二氧嘧啶
尿嘧啶(U) 2,4-二氧嘧啶
2.嘌呤碱
嘌呤环
腺嘌呤(A) 6-氨基嘌呤
鸟嘌呤(G) 2-氨基-6-氧嘌呤
(二)戊糖 戊糖包括核糖和脱氧核糖。核糖是构成RNA的 成分,脱氧核糖是构成DNA的成分。
HO CH2 5´ O OH HO CH2 O OH
4´ 3´
由7-甲基鸟苷通过三磷酸与相邻的甲基化 核苷酸构成,简为m7Gppp m7Gppp可与帽结合蛋白(CBP) 结合形成复合体,其作用为: 维持mRNA的稳定性;协同mRNA 从细胞核向细胞质的转运;在 蛋白质生物合成中促进核蛋白 体与mRNA结合,促进核糖体与 翻译起始因子结合。
2.真核生物mRNA3-端有多聚核苷酸尾(polyA) 由80-250个腺苷酸连接而成。
N
N N

核酸结构与功能

核酸结构与功能

核酸研究的历史
1928-1932年,确立了核酸在生命现象 中的地位。 1944年,转化作用的发现,证实: 核酸 遗传物质 1953年,Waston和Crick建立了双螺旋 模型,这是核酸发展史上的重要里程碑。

核酸研究的历史

早期的研究 仅将核酸看 成是细胞中 的一种成分, 后逐步证明 核酸中含有 戊糖,磷酸 和碱基,是 一种线状聚 合物。
DNA的一级结构
DNA的一级结构是通过3’,5’-磷酸二酯键构成一 个没有分支的线性大分子,其两个末端分别是5’末端(游离磷酸基)和3’-末端(游离羟基)。是 指DNA分子中核苷酸的排列顺序。
由于脱氧核苷酸之间的差别仅是其碱基的不同,所 以DNA分子碱基的排列顺序就代表了核苷酸的排列 顺序。
5’
第三章 核酸的结构与 功能 Nucleic Acid structure and Function
什么是核酸?
核酸是遗传信息物质
核酸的结构与功能
核酸
nucleic acid
DNA(deoxyribonucleic acid)
脱氧核糖核酸
RNA(ribonucleic acid)
核糖核酸
遗传信息的存储和携带者
DNA的 一级结构
3’
核酸的书写方法
5’:左侧(上) 3’:右侧(下) AUGGC和AGUGC的碱基组成相同, 但表示二段不同的核酸序列。

第三节
DNA的空间结构 与功能
Chargaff 规则
腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等,鸟嘌 呤与胞嘧啶的摩尔数相等, 即: A=T,G=C 不同生物种属的DNA,其碱基组成不同 同一个体不同器官、不同组织的DNA具 有相同的碱基组成。 提示: A与T,G与C之间可能以互补的 方式存在。

核酸的结构与功能

核酸的结构与功能
核 酸 的 结 构 与 功 能
核酸(nucleic acid)是一类重要的生物大分子,是生物遗
传的物质基础。
生物细胞中有两类核酸,一类是脱氧核糖核酸(DNA), 主要存在于细胞核内,是遗传信息的储存和携带者,是遗传的 物质基础。另一类是核糖核酸(RNA),主要分布在细胞质中,
参与遗传信息表达的各过程。
第三节 RNA的结构和功能
RNA的一般结构特征
• 主要存在于细胞质中。
• 单链分子,碱基组成不遵守Chargaff规则。
• 与DNA在碱基组成上的区别是RNA分子中含有
的是U,U与T具有相同的结构信息量。
• 一般是单链分子。
• RNA核糖分子上C2’-OH是游离的,是一个易发
生不良反应的位置,因此RNA不如DNA稳定。
3、分子杂交
两条来源不同具有完全或不完全互补碱基顺序的多核苷 酸片段在溶液中经退火处理可以形成双螺旋结构。如
DNA/DNA、DNA/RNA、RNA/RNA杂交分子。
Watson-Crick double helix model 特征:
两条反向平行的脱氧核苷酸链绕同一中心轴,右手螺旋。 磷酸-戊糖骨架位于外侧,两条链上的碱基以A=T、G=C相 连,构成碱基平面,位于螺旋内侧。 螺距为3.4nm,旋转一周为10个碱基对。螺旋直径为2.0nm。
major groove
基因(gene)是生物遗传信息的携带者,它是所核苷酸 链中能决定一种蛋白质或一条多肽链或一种RNA或一种 DNA合成的功能片段,它是一个功能性遗传单位,也是 一个突变单位或重组单位。 基因组(genome)指细胞或生物体的一套完整单个 的遗传物质。一个基因组包括一整套基因。 结构基因(structural gene)编码蛋白质或RNA。

Nucleic acids(核酸)

Nucleic acids(核酸)
• The nucleotide chain can be as long as thousands and even more, so that the base sequence variations create phenomenal genetic information.
Linkage between nucleotides
The -P atom of the triphosphate group of a dNTP attacks the C-3’ OH group of a nucleotide or an existing DNA chain, and forms a 3’,5’ phosphodiester bond.
Characters of Nucleic Acid
SCAU-PQ Mu
SCAU-PQ Mu
Nucleic acids
Nucleic acids are: • molecules that store
information for cellular growth and reproduction. • large molecules consisting of long chains of monomers called nucleotides (核苷酸).
•pentose sugar (戊糖) •nitrogen-containing base(碱基) •Phosphate(磷酸基)
SCAU-PQ Mu
Pentose Sugars
The pentose sugar • in RNA is ribose(核糖). • in DNA is deoxyribose (脱氧核糖). with no O
SCAU-PQ Mu

生物化学课件:核酸的结构与功能

生物化学课件:核酸的结构与功能

DNA的二級結構(secondary structure) 是指構成DNA的多聚去氧核苷酸鏈之間 通過鏈間氫鍵捲曲而成的構象。
1953年,Watson-Crick提出的雙螺旋模型。
DNA的結構,發 表於《自然》 171卷 (1953)737-738 頁上的插圖
DNA的雙螺旋結構
右手螺旋
• 右手性的定義示意圖。大姆指指向軸向,其他 四指由掌根向指尖方向表示螺旋轉動方向。
• cAMP屬於放大激素作用信號,cGMP屬於縮小激素作用 信號。這兩種環核苷酸在細胞代謝過程中其重要的調節作 用。
• 目前已知,許多激素(第一信使)是通過cAMP (第二信 使)而發揮其功能的。
• 另外,cAMP也參與大腸桿菌中DNA轉錄的調控。
第三節
DNA的分子結構 Molecular Structure of DNA
二、核酸的發現和研究工作進展
1868年 Fridrich Miescher從膿細胞中提取“核素” 20年後 R.Altmann分離到不含蛋白質的核酸 1944年 Avery等人證實DNA是遺傳物質 1953年 Watson和Crick發現DNA的雙螺旋結構 1968年 Nirenberg發現遺傳密碼 1975年 Temin和Baltimore發現逆轉錄酶 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA測序方法 1985年 Mullis發明PCR技術 1990年 美國啟動人類基因組計畫(HGP) 1994年 中國人類基因組計畫啟動 2001年 美、英等國完成人類基因組計畫基本框架
第二節 核苷酸 (nucleotide)
核酸的化學組成
The Chemical Component of Nucleic Acid
核酸的基本元素組成:

核酸化学2019-文档资料

核酸化学2019-文档资料

• 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
• 2019年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架
碱 基
N
NH2 N
嘌呤(purine)
NH
N 7 8 9 NH
5 4
6 3 N
1N 2
腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
鸟嘌呤(guanine, G)
N
NH2
嘧啶(pyrimidine)
5 4 3 2 N
O
NH
6 1 NH
NH
2
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
O H 3C
N
NHLeabharlann NH核苷酸的结构1. 核苷(ribonucleoside)的形成
碱基和核糖(脱氧核糖)通过糖 苷键连接形成核苷(脱氧核苷)。
HO CH
2
NH
2
N
1
O N O
核苷:AR, GR, UR, CR
脱氧核苷:dAR, dGR, dTR, dCR
OH OH

核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名
NH
O
O
胞嘧啶(cytosine, C)
胸腺嘧啶(thymine, T)
戊 糖
HO CH 5´
2
OH O
HO
CH
2
OH O
4´ 3´
OH
1´ 2´

核酸的结构和功能《生物化学》复习提要

核酸的结构和功能《生物化学》复习提要

核酸的结构和功能核酸(nucleic acid)是重要的生物大分子,它的构件分子是核苷酸(nucleotide),天然存在的核酸可分为脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)和核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)两类。

DNA贮存细胞所有的遗传信息,是物种保持进化和世代繁衍的物质基础。

RNA 中参与蛋白质合成的有三类:转移RNA(transfer RNA,tRNA),核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)和信使RNA(messenger RNA,mRNA)。

20世纪末,发现许多新的具有特殊功能的RNA,几乎涉及细胞功能的各个方面。

第一节核苷酸核苷酸可分为核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两类,核糖核苷酸是RNA的构件分子,而脱氧核糖核苷酸是DNA构件分子。

细胞内还有各种游离的核苷酸和核苷酸衍生物,它们具有重要的生理功能。

核苷酸由核苷(nucleoside)和磷酸组成。

而核苷则由碱基(base)和戊糖构成。

一、碱基构成核苷酸中的碱基是含氮杂环化合物,有嘧啶(pyrimidine)和嘌呤(purine)两类。

核酸中嘌呤碱主要是腺嘌呤和鸟嘌呤,嘧啶碱主要是胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶。

DNA 和RNA中均含有腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶,而尿嘧啶主要存在于RNA中,胸腺嘧啶主要存在于DNA中。

在某些tRNA分子中也有胸腺嘧啶,少数几种噬菌体的DNA含尿嘧啶而不是胸腺嘧啶。

这五种碱基受介质pH的影响出现酮式、烯醇式互变异构体。

在DNA和RNA中,尤其是tRNA中还有一些含量甚少的碱基,称为稀有碱基(rare bases)稀有碱基种类很多,大多数是甲基化碱基。

tRNA中含稀有碱基高达10%。

二、戊糖核酸中有两种戊糖DNA中为D-2-脱氧核糖(D-2-deoxyribose),RNA中则为D-核糖(D-ribose)(图3-5)。

在核苷酸中,为了与碱基中的碳原子编号相区别核糖或脱氧核糖中碳原子标以C-1’,C-2’等。

核酸的结构与功能

核酸的结构与功能

亚氨式
氨式
2.戊糖:
β-D-核糖
β-D-2-脱氧核糖
2核糖 Pentose
HO
5´CH
2
O
OH


3´ 2´
HO CH2 OH O
OH OH
Ribose
(in RNA)
OH
Deoxyribose
(in DNA)
2
3 核苷:
核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩 合以糖苷键相连的化合物。
在大多数情况下,核苷是由核糖或 脱氧核糖的C1’ β-羟基与嘧啶碱N1 或嘌呤碱N9进行缩合。
5 pApCpTpGpCpT-OH 3
5 A C T G C T 3
DNA 分 子 主 要 由 dAMP 、 dGMP 、 dCMP 和 dTMP四种脱氧核糖核苷酸所组成。DNA 的一级结构就是指DNA分子中脱氧核糖 核苷酸的排列顺序及连接方式。
RNA分子主要由AMP,GMP,CMP,UMP四 种核糖核苷酸组成。RNA的一级结构就 是指RNA分子中核糖核苷酸的排列顺序 及连接方式。
核酸的化学组成
• 元素:C、H、O、N、P • 特点:1、一般不含元素S
2、核酸中P元素含量 较多并且恒定,约占9%。
Outline
• 核苷酸的结构 • 核酸的一级结构 • DNA的空间结构与功能 • RNA的空间结构与功能 • DNA的理化性质及其应用 • 核酸酶
第一节 核苷酸的结构
核酸的水解产物:
NH
O
Thymine
O
稀有碱基
N
NH
NH N
CH3 N
N,N-DimethylguanCinHe3
HN CH2
CH
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1. Two chains,antiparallel, right-handed, major groove and minor groove 2. outside(sugarphosphate backbone), inside(bases), 3’,5’phosphodiester bond 3. 2nm in diameter, 10bp per turn, 3.4nm 4. Base pairing
2.1 primary structure of nucleic acid
• definition:the nucletide residue sequence of
the polynucleotide chain;
• linkage:3’,5’-phosphodiester bond;
• backbone:phosphate + pentose; • direction:from the 5’ terminus to the 3’
2.3.1 nucleoside:
• DNA: 2’-deoxyribose + A、T、C、G
• RNA: ribose + A、U、C、G
• The base is linked to position 1 on a pentose
by a glycosidic bond from N1 of pyrimidine
Chapter 02:
nucleic acids structure and properties
1 Overview
1.1 type and distribution of nucleic acid
1.1.1 DNA deoxyribonucleic acid; function: The genetic information carrier, responsible for the genetic information storage and transmission; distribution: Eukaryotes: nucleus(98%),organelle(2%); prokaryotes: nucleoid、plasmids viruses
• The diameter of the
double helix is 2nm
• There is a complete
turn every 3.4nm,
with 10bp per turn.

Two chains in the double helix associate by hydrogen bonding between the bases,G with C and A with T(base pairing , complementary). Three hydrogen bond can form specifically between G and C,but only two can form between A and T;
DNA
• physical chemistry studies and acid and alkali
titrate studies on DNA base ;
2.2.1 key notes of DNA double helix
• Two polynucleotide chains in
a DNA double helix
(as templates).
1.1.2.2 tRNA
• 分子量最小;
• Functions: as adapter molecules (transport
amino acids), that faithfully translate the information in mRNA into a specific sequence of amino acids;
big(in length and molecular weight);
• Functions: as intermediaries, carrying genetic
information from genes to ribosomes, where the corresponding proteins can be synthesized
5’
3’
小沟
大沟 3’ 5’
2.2.2 important meanings
• Explains for the first time how genetic
information is encoded in DNA and passed from one generation to the next;
terminus ;
• representation
A 'P 5 P
C P
T P
C
G A P P OH
3'
5'pApCpTpCpGpA -OH 3'
5'ACTCGA 3'
2.2 secondary structure of DNA

means DNA double helix
• Three discoveries (physical chemistry studies
• X~ray photograph of DNA with high quality:
DNA specimens from different species have
the same results(constant width;3.4nm);
• Chargaff rules:the rule of the composition of
Chargaff rules:
• the base composition of DNA varies from one species to another, while DNA specimens isolated from different tissues of the same species have the same base composition; • in nature DNA,the number of G units equals the number of C units and the number of A units equals the number of T units ( this strongly hinted towards the base pair makeup of DNA ); • The base composition of DNA in a given species does not change with an organism’s age,nutritional state,or changing environment。
ribose (in RNA)
2’- deoxyribose (in DNA)
1.2.2 base
Pyrimidine ring
DNA
4
3N 2 N 1 6 1N 5 2 4 N 3
5 6
7 N N 8 9
RNA
purine ring
Modified bases
• The chemical modification of bases is
or N9 of purine
O
NH
base
N N
N
N O H
HN N
H2O
OH O
Phosphate bond
O O P OH O
OHCH2
phosphoric acid
H2O
OH OH
glycosidic bond
pentose
1.2.3.2 nucleotide
2 Nucleic acid structure
1.1.2 RNA
• ribonucleic acid; • Function: mainly participate the expression of
genetic information
• Type: rRNA(ribosomal RNA)
mRNA(messenger RNA)
tRNA(transfer RNA)
widespread, and has a number of specific
roles.
• Such as: the methylation of the N-6
position of A、the 4-amino group and the
5-position of C
1.2.3 nucleoside and nucleotide
• distribution: cytoplasm(90%), nucleus(10%);
viruses
tRNA
rRNA
mRNA
1.1.2.1 mRNA
• 种类最多,比例最低,寿命最短;
• Each polypeptide has corresponding mRNA,
the difference among different mRNA is quite
• forms a major groove and a
minor groove
• The bases lie on the
inside , the sugarphosphate backbone is on the outside
• The bases are flat
structure, lying in pairs perpendicular to the axis
• 每个Aa至少有一个对应的tRNA(如丙氨酸
tRNA、tRNAAla)。
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