《核酸的结构和功能》PPT课件

* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互
补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决 定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。
原核细胞
真核细胞
细胞质
DNA
mRNA
蛋白
转录
翻译
细胞核
外显子
内含子
DNA
转录
hnRNA
转录后剪接 转运
mRNA 蛋白
翻译
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mRNA分子从5’-端的AUG开始，每3 个核苷酸为一组，决定多肽链上的 一个氨基酸，称为密码子
（Watson, Crick, 1953）
氢键维持双链横向稳定 性，碱基堆积力维持双 链纵向稳定性。
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（二）DNA结构的多样性
A-DNA：右手螺旋
B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺 旋生理条件下DNA最稳定的结构形式 Z-DNA：左手螺旋
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一、DNA的二级结构——双螺旋结构模型
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（一）DNA双螺旋结构的研究背景
碱基组成分析 Chargaff 规则
碱基的理化数据分析 A-T、G-C以氢键配对较合理
DNA纤维的X-线衍射图谱分析
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Chargaff 碱基组成规律
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O
H
H
NH
H H NH O
双氢尿嘧啶 S
NH
NH O
4-巯尿嘧啶
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* tRNA的二级结构 ——三叶草形
➢ 氨基酸臂 ➢ DHU环 ➢ 反密码环 ➢ 额外环 ➢ TΨC环
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氨基酸臂
额外环
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* tRNA的三级结构 —— 倒L形
mRNA。
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* rRNA的种类（根据沉降系数）
真核生物 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA
原核生物 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA
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核蛋白体的组成
小亚基 rRNA 蛋白质
原核生物（以大肠杆菌为例） 真核生物（以小鼠肝为例）
16S 21种
30S 1542个核苷酸 占总重量的40%
18S 33种
40S 1874个核苷酸 占总重量的50%
大亚基
rRNA
23S
5S
蛋白质
31种
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50S 2940个核苷酸 120个核苷酸
一 、信使RNA的结构与功能
* mRNA成熟过程
内含子 (intron)
外显 子 (exon)
hnRNA
mRNA
医学*课件m园 RNA半衰期最短，. 几分钟到数小时
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* mRNA结构特点
1. 大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上 一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2也 是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。
分布于胞核、胞液。
参与细胞内DNA遗传信息的表
达。某些病毒RNA也可作为遗
传信息的载体。
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第一节 核酸的化学组成及一级结构
核酸的化学组成
1. 元素组成: C、H、O、N、P（9~10%）
2. 分子组成 —— 碱基：嘌呤碱，嘧啶碱
—— 戊糖：核糖，脱氧核糖
—— 磷酸
一、核苷酸的结构
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* tRNA的功能 活化、搬运氨基
酸到核糖体，参与蛋 白质的翻译。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ42
三、rRNA的结构与功能
（一） rRNA的结构特点
1. 含量最丰富,约占总RNA的80%以上。
2. 与核蛋白体蛋白结合成核蛋白体, rRNA 与蛋白质既可分离,又可结合。
3. 核蛋白体由大小两个亚基构成,两亚基
呈不 规则形状,聚合时中间有裂缝,可通过
基因从结构上定义，是指DNA分子中的 特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基 因的功能。
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第三节 RNA的结构与功能
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RNA的种类、分布、功能
细胞核和胞液 线粒体 功
能
核蛋白体RNA 信使RNA
rRNA mRNA
mt rRNA 核蛋白体组分 mt mRNA 蛋白质合成模板
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体内重要的游离核苷酸及其衍生物
多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP 环化核苷酸: cAMP，cGMP
• 含核苷酸的生物活性物质：
NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有 AMP
NNHHN22H2
N
NN N
O OO OOO HO PHOO PPH OOO PPP OOO CCHCH2H2OO2O NNN
NN N O
NN N
C H 2O
N
OH OOHH OOHOHH
cAMP
医学课件A园DANPTAPD+AMP
OOHOH HOOHOH H
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O P O OH O HNADP+
NH2 N
N
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5′端
二、核酸的一级结构
C
定义
核酸中核苷酸的排
列顺序。
A
由于核苷酸间的差
异主要是碱基不同，所
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NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(A)
O
N NH
NH
N
鸟嘌呤(G)
NH2
.
6
嘧啶
5 4 3N 612
NH
NH2
N
NH
O
胞医学嘧课件啶园 (C)
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O
NH
NH
O
尿嘧啶(U)
O
H 3C NH
NH
O
胸腺嘧啶(T)
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戊糖
H O CH 2
O H H O CH 2
• 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
2. 大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸 (polyA)结构，称为多聚A尾。
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帽子结构
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帽子结构和多聚A尾的功能
mRNA核内向胞质的转位 mRNA的稳定性维系 翻译起始的调控
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意义 DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学
变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过 程具有关键作用。
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（二）原核生物DNA的高级结构
原核生物没有典型的细胞核结构，超螺旋 结构被认为是原核生物DNA的三级结构。
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（三）DNA在真核生物细胞核内的组装
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内 側，与对側碱基形成氢键配 对 （ 互 补 配 对 形 式 ： A=T; GC） 。
相邻碱基平面距离0.34nm， 螺旋一圈螺距3.4nm，一圈 10对碱基。
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碱基互补配对
A
T
C
G
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（二） DNA双螺旋结构模型要点
OH OH
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核苷酸的结构与命名
核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键
连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。
NN HH 22
NN O
核苷酸：
H O P H OO CCHH 22 OO NN OO OH
AMP, GMP, UMP, CMP
脱氧核苷酸：
OOHH OO HH
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
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RNA 的 一 级 结 构
与DNA的差别在于：
1、戊糖是核糖而非脱氧核糖
2、嘧啶成分是胞嘧啶（C）和尿 嘧啶（U），无胸腺嘧啶（T）
核酸分子的大小常用碱基数目或
碱基对数目来表示。核酸片段<50bp
医称学课为件园 寡核苷酸
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第二节 DNA的空间结构与功能
二、转运RNA的结构与功能
* tRNA的一级结构特点
➢ 含 10~20% 稀有碱基，如 DHU
➢ 3´末端为 — CCA-OH
➢ 具有 TC
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O
稀有碱基
N
NH
NH N
CH3 N
CH3
N,N二甲基鸟嘌呤
HN CH2 CH
C CH3 CH3
N
N
NH N
N医6学-异课件戊园 烯腺嘌呤
• 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架
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二、核酸的分类及分布
脱氧核糖核酸
( DNA)
90%以上分布于细胞核，其余分布于 核外如线粒体，叶绿体，质粒等。
携带遗传信息，决定细胞和个 体的基因型(genotype)。
核糖核酸
(RNA)
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转运RNA
tRNA
mt tRNA 转运氨基酸
核内不均一RNA HnRNA
成熟mRNA的前体
核内小RNA
SnRNA
参与hnRNA的剪接、转运
核仁小RNA
SnoRNA
rRNA的加工、修饰
胞浆小RNA scRNA/7SL-RNA
蛋白质内质网定位合成 的信号识别体的组分
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OH
5´ O
O
4´
1´
3´ 2´
OH OH
核糖 （构成RNA）
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OH
脱氧核糖 （构成DNA）
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核苷的形成
碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖
苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。
NH2
N
核苷：AR, GR, UR, CR
1
H O CH 2 O N
O
1´
脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR
（Watson, Crick, 1953）
DNA分子由两条相互平行但 走向相反的脱氧多核苷酸链 组成，两链以-脱氧核糖-磷 酸-为骨架，以右手螺旋方 式绕同一公共轴盘。螺旋直 径为2nm，形成大沟及小沟 相间。
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（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
真核生物染色体由DNA和蛋白质构成， 其基本单位是 核小体。
核小体的组成
DNA：约200bp
组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4
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•H2A、H2B、H3和H4各两分
子组成组蛋白八聚体，构成核 心组蛋白。
•双螺旋DNA以左
手超螺旋的方式绕 核心颗粒1.75圈，
以也称为碱基序列。
G
3′端
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5´端
C
核苷酸的连接
核苷酸之间以
磷酸二酯键连接形
A
成多核苷酸链，即
核酸。
G
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3.´端
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书写方法
AGT GCT
5 P P P P P P OH 3
5 pApGpTpGpCpT-OH 3
5 A G T G C T 3
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二、DNA的超螺旋结构及其在染色质 中的组装
（一）DNA的超螺旋结构
超螺旋结构 DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
正超螺旋 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
负超螺旋
盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
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缠绕在核心组蛋白 表面，构成核心颗 粒。
•核心颗粒和 连接区DNA
及附着在连接区DNA上的
组蛋医白学课H件园1构成核小体。 .
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三、DNA的功能
DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗 传信息，并作为基因复制和转录的模板。它 是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动 的信息基础。
第二章
核酸的结构和功能
核酸：是以核苷酸为基本组成单
位的生物大分子，携带和传递遗 传信息。
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核酸的发现和研究工作进展
• 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
(1) 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等. A=T
鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等. G=C
嘌呤总数=嘧啶总数
A+G=C+T
(2) DNA的组成具有种属特异性
(3) DNA的碱基组成没有组织的特异性,
且较为稳定,不随年龄、营养状态、
环境改变的影响
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（二） DNA双螺旋结构模型要点
两类核酸的基本化学组成比较
碱基
嘌呤碱 嘧啶碱
DNA
腺嘌呤 (A ) 鸟嘌呤 (G) 胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶(T)
RNA
腺嘌呤 (A) 鸟嘌呤 (G) 胞嘧啶 (C) 尿嘧啶 (U)
戊糖
D-2-脱氧核糖 D-核糖
酸
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磷酸
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磷酸
5
碱基
嘌呤
N 7
5 6 1N
8 9 NH