细胞生物学课件ppt课件
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dAMP、dGMP、dTMP、dCMP
5
Nucleoside
phosphoester bond
glycosidic bond
6
1.DNA一级结构中贮存的生物遗传信息
DNA是双螺旋的生物大分子。生物信息绝大部分都贮 存在DNA分子中。
这些信息以核苷酸不同的排列顺序编码在DNA分子上， 核苷酸排列顺序变了，它的生物学含义也就不同了。
DNA的一级结构就是指核苷酸在DNA分子中的排列 顺序。因此测定DNA的碱基排列顺序是分子生物学的基 本课题之一。
7
DNA分子的多样性 • 碱基的排列顺序，而构成了DNA分子的多样 性 • 100bp DNA分子可能排列方式就是4100 • DNA中的碱基排列顺序是DNA分子的重要属 性
8
2、DNA一级结构的基本特点
23
线状DNA形成的超螺旋
24
环状DNA形成的超螺旋
25
拓扑异构酶 or溴化乙锭
DNA存在细胞核和线粒体内，携带和传递遗传 信息，决定细胞和个体的基因型（gene type)。
RNA存在于细胞质和细胞核内，参入细胞内 DNA遗传信息的表达。
病毒中，RNA也可作为遗传信息的载体。
4
Section 1 DNA的结构与功能
一、DNA的一级结构
4种核苷酸的连接及排列顺序 四种脱氧核糖核苷酸分别表示为：
4种dNTP以3’、5’磷酸二酯键相连构成一个没有 分枝的线性大分子。（与蛋白质比触觉不灵）。
它们的两个末端分别称5’末端（游离磷酸基）和 3’末端（游离羟基）。
9
二、DNA的二级结构
Fra Baidu bibliotek
1.双螺旋的基本特征
1）主链
脱氧核糖和磷酸基相互连接构成DNA的主链。
从化学键的方向来看，双螺旋中两条多核苷酸链
17
18
• 决定DNA双螺旋结构状态的因素主要有以下几点： ➢氢键 ➢碱基堆积力 ➢带负电荷的磷酸基的静电斥力 ➢碱基分子内能
19
2.三股螺旋DNA（H-DNA）
• DNA三股螺旋构型称为H-DNA，是在DNA双螺旋结 构基碱上形成的。
• 它是双螺旋DNA分子中一条链的某一节段，通过
链的折叠与同一分子中DNA结合而形成。
五、分子及细胞生物学研究技术
1
基因组的维持
真核基因组的结构 染色质结构及其调控 DNA的复制 、修复和转座
2
1
真核基因组的结构
DNA的结构与功能
3
核小体 4 基因与基因组
5
3
核酸（nucleic acid)是以核苷酸为基本组成单位 的生物大分子。天然存在的核酸有两类，一类为脱 氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA)，另一 类为核糖核酸（ribonuleic acid, RNA)。
沿螺旋轴方向观察，配对的碱基并不充满双螺旋的 空间。
由于碱基对的方向性，使得碱基对占据的空间是不 对称的，因此在双螺旋的表面形成二个凹下去的槽， 一个槽大些，一个槽小些分别称为大沟和小沟。
双螺旋表面的沟对DNA和蛋白质的相互识别是很 重要的，因为在沟内才能觉察到碱基的顺序，而在双 螺旋的表面，是脱氧核糖和磷酸重复结构，没有信息 可言。
调控区DNA复制起点或终点染色体重组位点，提 示它们可能与基因表达调控DNA复制及染色体的重 组有关。
22
三、DNA的三级结构
DNA的三级结构指双螺旋链的扭曲。 超螺旋是DNA三级结构的一种形式，DNA在核 小体中的扭曲方式也是一种超螺旋结构。 超螺旋的生物学意义可能是： 1.使DNA分子体积变小，对其在细胞的包装过 程有利。 2.影响双螺旋的解链过程,从而影响DNA分子与 其它分子(如酶、蛋白质、核酸)之间的相互作用。
是反向平行的。
二条主链处于螺旋的外侧，碱基处于螺旋的内部，
由于糖和磷酸根的化学性质，主链是亲水的。
两条链形成右手螺旋，有共同的螺旋轴，螺旋的
直径是20A。
10
Schematic model
Space-filling model
11
Watson和Crick于1953年根据DNA纤维X射线晶体衍射 图，提出了DNA为右手双螺旋结构的科学假设
碱·基环是一个共轭环，本身构成一个平面分子。 在双螺旋中这个平面垂直于螺旋轴，相邻的两个碱 基上下间隔3.4A,每十对碱基组成一节螺旋，因此双 螺旋的螺距是34A。一条链中每个相邻的碱基方向
0
相差36 。碱基之间的疏水作用可导致碱基堆集，这 个引力同碱基对之间氢键一起稳定了双螺旋结构。
16
3）大沟和小沟
• 右手双螺旋构象是DNA最为常见的结构-B型DNA。 • DNA二级结构可分为两大类：一类是右手螺旋，如： B-DNA、CDNA、D-DNA、E-DNA、A-DNA；另一类是 局部的左手螺旋，即Z-DNA。
12
A
B
Z
13
在A-T丰富的区段，DNA常呈现B-DNA。 在转录状态，DNA与RNA的杂合链呈现A-DNA。 虽然B-DNA是最常见的构象，但是A-DNA和Z-
教学内容：
一、细胞的结构与功能
细胞的统一性和多样性；真核细胞的结构（主要细胞器、细胞骨架）
二、细胞的生活和调控
细胞的增殖、分化、衰老和死亡；细胞信号转导
三、基因组的维持
真核基因组的结构、染色质结构及其调控；DNA的复制 、修复和转座
四、基因组的表达和调控
转录、翻译的机制；原核和真核生物的基因调控；调控RNA
•三条链均为同型嘌呤或同型嘧啶，即整段的碱基
均为嘌呤或嘧啶，其中两条链为正常双螺旋，第三
条链位于双螺旋的大沟中。
• H-DNA可在转录水平上阻止基因的转录，这就是
反基因策略，或称反基因技术。
20
21
当 DNA双链中含有H— 回文序 列时 ，即某区段 DNA两条链分别为HPu和HPy，并且各自为回文结 构时，任一条回文结构的5’和3’部分都可以形成分了 子内三股螺旋结构及剩余的半条回文结构游离单链。 真核生物基因组中存在大量可形成H-DNA的多聚嘌 呤核苷酸和多聚嘧啶核苷序列。它们位于：
DNA似乎具有不同的生物活性。
14
Buckle
Propeller Twist
Textbook
Real Life
15
2）碱基对
这两种碱基对（A/T,G/C）有一个重要的特征， 就是它们具有二次旋转对称性，即一对碱基对旋转 180O,并不影响双螺旋的对称性，因此双螺旋结构只 限定了配对的方式，并不限定碱基的顺序。
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Nucleoside
phosphoester bond
glycosidic bond
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1.DNA一级结构中贮存的生物遗传信息
DNA是双螺旋的生物大分子。生物信息绝大部分都贮 存在DNA分子中。
这些信息以核苷酸不同的排列顺序编码在DNA分子上， 核苷酸排列顺序变了，它的生物学含义也就不同了。
DNA的一级结构就是指核苷酸在DNA分子中的排列 顺序。因此测定DNA的碱基排列顺序是分子生物学的基 本课题之一。
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DNA分子的多样性 • 碱基的排列顺序，而构成了DNA分子的多样 性 • 100bp DNA分子可能排列方式就是4100 • DNA中的碱基排列顺序是DNA分子的重要属 性
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2、DNA一级结构的基本特点
23
线状DNA形成的超螺旋
24
环状DNA形成的超螺旋
25
拓扑异构酶 or溴化乙锭
DNA存在细胞核和线粒体内，携带和传递遗传 信息，决定细胞和个体的基因型（gene type)。
RNA存在于细胞质和细胞核内，参入细胞内 DNA遗传信息的表达。
病毒中，RNA也可作为遗传信息的载体。
4
Section 1 DNA的结构与功能
一、DNA的一级结构
4种核苷酸的连接及排列顺序 四种脱氧核糖核苷酸分别表示为：
4种dNTP以3’、5’磷酸二酯键相连构成一个没有 分枝的线性大分子。（与蛋白质比触觉不灵）。
它们的两个末端分别称5’末端（游离磷酸基）和 3’末端（游离羟基）。
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二、DNA的二级结构
Fra Baidu bibliotek
1.双螺旋的基本特征
1）主链
脱氧核糖和磷酸基相互连接构成DNA的主链。
从化学键的方向来看，双螺旋中两条多核苷酸链
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18
• 决定DNA双螺旋结构状态的因素主要有以下几点： ➢氢键 ➢碱基堆积力 ➢带负电荷的磷酸基的静电斥力 ➢碱基分子内能
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2.三股螺旋DNA（H-DNA）
• DNA三股螺旋构型称为H-DNA，是在DNA双螺旋结 构基碱上形成的。
• 它是双螺旋DNA分子中一条链的某一节段，通过
链的折叠与同一分子中DNA结合而形成。
五、分子及细胞生物学研究技术
1
基因组的维持
真核基因组的结构 染色质结构及其调控 DNA的复制 、修复和转座
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1
真核基因组的结构
DNA的结构与功能
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核小体 4 基因与基因组
5
3
核酸（nucleic acid)是以核苷酸为基本组成单位 的生物大分子。天然存在的核酸有两类，一类为脱 氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA)，另一 类为核糖核酸（ribonuleic acid, RNA)。
沿螺旋轴方向观察，配对的碱基并不充满双螺旋的 空间。
由于碱基对的方向性，使得碱基对占据的空间是不 对称的，因此在双螺旋的表面形成二个凹下去的槽， 一个槽大些，一个槽小些分别称为大沟和小沟。
双螺旋表面的沟对DNA和蛋白质的相互识别是很 重要的，因为在沟内才能觉察到碱基的顺序，而在双 螺旋的表面，是脱氧核糖和磷酸重复结构，没有信息 可言。
调控区DNA复制起点或终点染色体重组位点，提 示它们可能与基因表达调控DNA复制及染色体的重 组有关。
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三、DNA的三级结构
DNA的三级结构指双螺旋链的扭曲。 超螺旋是DNA三级结构的一种形式，DNA在核 小体中的扭曲方式也是一种超螺旋结构。 超螺旋的生物学意义可能是： 1.使DNA分子体积变小，对其在细胞的包装过 程有利。 2.影响双螺旋的解链过程,从而影响DNA分子与 其它分子(如酶、蛋白质、核酸)之间的相互作用。
是反向平行的。
二条主链处于螺旋的外侧，碱基处于螺旋的内部，
由于糖和磷酸根的化学性质，主链是亲水的。
两条链形成右手螺旋，有共同的螺旋轴，螺旋的
直径是20A。
10
Schematic model
Space-filling model
11
Watson和Crick于1953年根据DNA纤维X射线晶体衍射 图，提出了DNA为右手双螺旋结构的科学假设
碱·基环是一个共轭环，本身构成一个平面分子。 在双螺旋中这个平面垂直于螺旋轴，相邻的两个碱 基上下间隔3.4A,每十对碱基组成一节螺旋，因此双 螺旋的螺距是34A。一条链中每个相邻的碱基方向
0
相差36 。碱基之间的疏水作用可导致碱基堆集，这 个引力同碱基对之间氢键一起稳定了双螺旋结构。
16
3）大沟和小沟
• 右手双螺旋构象是DNA最为常见的结构-B型DNA。 • DNA二级结构可分为两大类：一类是右手螺旋，如： B-DNA、CDNA、D-DNA、E-DNA、A-DNA；另一类是 局部的左手螺旋，即Z-DNA。
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A
B
Z
13
在A-T丰富的区段，DNA常呈现B-DNA。 在转录状态，DNA与RNA的杂合链呈现A-DNA。 虽然B-DNA是最常见的构象，但是A-DNA和Z-
教学内容：
一、细胞的结构与功能
细胞的统一性和多样性；真核细胞的结构（主要细胞器、细胞骨架）
二、细胞的生活和调控
细胞的增殖、分化、衰老和死亡；细胞信号转导
三、基因组的维持
真核基因组的结构、染色质结构及其调控；DNA的复制 、修复和转座
四、基因组的表达和调控
转录、翻译的机制；原核和真核生物的基因调控；调控RNA
•三条链均为同型嘌呤或同型嘧啶，即整段的碱基
均为嘌呤或嘧啶，其中两条链为正常双螺旋，第三
条链位于双螺旋的大沟中。
• H-DNA可在转录水平上阻止基因的转录，这就是
反基因策略，或称反基因技术。
20
21
当 DNA双链中含有H— 回文序 列时 ，即某区段 DNA两条链分别为HPu和HPy，并且各自为回文结 构时，任一条回文结构的5’和3’部分都可以形成分了 子内三股螺旋结构及剩余的半条回文结构游离单链。 真核生物基因组中存在大量可形成H-DNA的多聚嘌 呤核苷酸和多聚嘧啶核苷序列。它们位于：
DNA似乎具有不同的生物活性。
14
Buckle
Propeller Twist
Textbook
Real Life
15
2）碱基对
这两种碱基对（A/T,G/C）有一个重要的特征， 就是它们具有二次旋转对称性，即一对碱基对旋转 180O,并不影响双螺旋的对称性，因此双螺旋结构只 限定了配对的方式，并不限定碱基的顺序。