1 / 59

第一章 核酸的化学 （ Chemistry of nucleic acid）

第一章 核酸的化学 （ Chemistry of nucleic acid）. 引 言. 早先，人们认为遗传物质是蛋白质。 1868年，瑞士科学家 F.miescher 从外科绷带上脓细胞的核中分离出了一种富含磷的有机物质，称为“核素”。 1872年，他从莱茵河鲑鱼中得到类似物。. 引 言. 1889年， Altman 等人又从酵母和动物的细胞核中得到了不含蛋白质的核酸，并首次使用“核酸” （ Nucleic Acid） 命名。 1944年， Avery 等人通过细菌转化实验证明 核酸就是遗传物质 。. 引 言. 引 言.

raymond-sheppard
Download Presentation

第一章 核酸的化学 （ Chemistry of nucleic acid）

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 第一章 核酸的化学（Chemistry of nucleic acid）

  2. 引 言 早先，人们认为遗传物质是蛋白质。 1868年，瑞士科学家F.miescher从外科绷带上脓细胞的核中分离出了一种富含磷的有机物质，称为“核素”。 1872年，他从莱茵河鲑鱼中得到类似物。

  3. 引 言 1889年，Altman等人又从酵母和动物的细胞核中得到了不含蛋白质的核酸，并首次使用“核酸” （Nucleic Acid）命名。 1944年，Avery等人通过细菌转化实验证明核酸就是遗传物质。

  4. 引 言

  5. 引 言 1952年，Hershey and Chase 用同位素32P，35S标记噬菌体T2的核酸和蛋白质，发现进入细菌体内进行复制的是核酸面非蛋白质。

  6. 一. 核酸的种类、分布与功能 引 言

  7. 二. 核酸的化学组成 引 言 1. 元素组成 C、 H、 O、 N、P 其中P的含量在核酸中相对恒定。 在DNA中为9.9%，在RNA中为9.4%。 这可用于测定核酸的含量——定磷法。

  8. 二. 核酸的化学组成 引 言 2. 核酸的基本结构单元 核苷酸 Nucleotide 核酸是由许多核苷酸组成的长链

  9. 核糖 戊糖 脱氧核糖 核苷 核苷酸 碱基 嘌呤 磷酸 嘧啶 第一节 核苷酸的结构

  10. 核苷酸的结构 RNA 中 DNA 中 1、戊 糖 它们均以呋喃糖态存在

  11. 核苷酸的结构 2、碱 基 DNA中的4种碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶 RNA中的4种碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶 3、磷 酸

  12. 嘌呤 腺嘌呤 Ade 6-氨基嘌呤 O O H N N O O N N 鸟嘌呤 Gue 2-氨基-6-氧嘌呤 N 4 N N N N 5 3 N 2 6 N N N H 6 1 5 1 7 CH CH CH 8 N N N N 9 2 4 N N N 3 NH2 嘧啶 胞嘧啶 Cyt 2-氧-4-氨基嘧啶 O H 尿嘧啶 Ura 2,4-二氧嘧啶 O NH2 H 胸腺嘧啶 Thy 5-甲基-2,4-二氧嘧啶 H2N CH3 碱 基

  13. 核苷酸的结构 腺苷 脱氧鸟苷 核 苷 戊糖第1位碳原子上的羟基与嘌呤的第9位氮原子或与嘧啶的第1位氮原子形成的N-C糖苷键。

  14. 核苷酸的结构 生物体内存在的核苷酸，多是5核苷酸。 ' 核 苷 酸

  15. 核苷酸的结构 核苷酸及其衍生物的功能 核苷酸除了作为核酸的基本结构单元外，它们在机体中还行使着许多重要的生理功能。

  16. 核苷酸的结构 磷酸化 磷酸化 AMP AMP AMP 核苷酸及其衍生物的功能 1、多磷酸化核苷酸 如腺苷酸的三种磷酸化形式

  17. 核苷酸及其衍生物的功能 核苷酸的结构 2、环化核苷酸 核苷酸的磷酸基团既与3'-OH又与5'-OH相连，从而形成环化的核苷酸，叫做3',5'-环核苷酸。 如3',5'-环腺苷酸（cAMP）

  18. 核苷酸及其衍生物的功能 核苷酸的结构 3、辅酶核苷酸 核苷酸是多种辅酶的组成成分，有些辅酶本身就是特殊的核苷酸。 类似的辅酶有NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoA等。

  19. 第二节 DNA的分子结构

  20. DNA的分子结构 一、DNA的一级结构 1. 定义 DNA分子中各种脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序。 四种脱氧核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键连接起来的多核苷酸链的排列顺序。

  21. DNA的分子结构 DNA单链的延伸 5’ 3’ 端       一、DNA的一级结构

  22. DNA的分子结构 一、DNA的一级结构 2. 多聚脱氧核苷酸链的结构特点 • 无分枝的长链 • 具有方向性。两个末端分别为5'端和3'端。 在天然DNA中，5'端常为磷酸，3'端为游离羟基。 • 由糖-磷酸相互间隔连接，构成主链；碱基连接在主链的核糖上，形成侧链。

  23. DNA的分子结构 一、DNA的一级结构 3、一级结构的表示方法 1）线条法

  24. DNA的分子结构 一、DNA的一级结构 2）文字式 5' pGpCpTpTpAOH 3' 5' pGCTTAOH 3' pGCTTAOH GCTTA

  25. DNA的分子结构 一、DNA的一级结构 DNA 一 级 结 构 分 析 （DNA sequencing ）

  26. 一、DNA的一级结构 DNA的分子结构 a) 1972年. Herbert Boyer 限制性核酸内切酶II (RE-II) 1975年. Sanger C. “＋ , —” 法 1977年. Maxam Gilbert 化学定序法 1977年.Sanger C. ddNTP(酶)法

  27. 一、DNA的一级结构 DNA的分子结构 b) Chemical sequencing G系统；pH 8.0 硫酸二甲酯 → G → m7G →C8~N9断裂 →脱G A+G系统；pH 2.0 哌啶甲酸（pidine）→ 嘌呤环 N质子化→ 脱嘌呤 C系统； 1.5 mol/L NaCl C + 肼（hydrazine）→ 脱C T + C系统； 肼(hydrazine) → 打开嘧啶环 →重新5C环化→脱嘧啶

  28. 一、DNA的一级结构 G系统脱G A+G系统脱嘌呤 C系统脱C T + C系统脱嘧啶 AACAGCTTCA Chemical sequencing

  29. 一、DNA的一级结构 N ddATP ddCTP ddTTP ddGTP H H A C T G CTGACTTCGACAA c) 双脱氧法 4ddNTP系统中 DNA链均终止 在ddXTP(二脱氧核苷酸)

  30. 一、DNA的一级结构 DNA的分子结构

  31. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 1. 二级结构的概念 DNA的二级结构是指DNA的双螺旋结构。 双螺旋结构是DNA的两条链围着同一中心轴旋绕而成的一种空间结构。 DNA的双螺旋模型是由Watson和Crick两位科学家于1953年提出的。

  32. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 1953年 Watsosn & Crick Right handed B-form DNA Double helix Model

  33. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 2. 双螺旋结构模型提出的依据 A.DNA的X-射线衍射图： (1) 衍射斑点呈交叉状分布 (2) 衍射点之间的距离与层次表明有0.34nm和3.4nm的周期性 (3) 图的顶上和底部是最强的衍射斑点，呈带状

  34. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 1952年 M. H. F. Wilkins & Rosalind Frankin X~ray photograph of DNA with high quality

  35. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 B. DNA的碱基组成分析：（Chargaff定则） (1) 所有DNA分子中A=T，G=C (2) 同一种生物的所有体细胞DNA的碱基组成相同，与年龄、健康状况、外界环境无关，可作为该物种的特征，用不对称比率 (A+T)/(G+C)来衡量。 (3) 亲缘越近的生物，其DNA的碱基组成越近，即不对称比率越相近。

  36. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 A + G / T + C = 1 A+T = G + C DNA双螺旋结构模型(DNA Double Helix Model) 1950年 Chargaff

  37. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 C、DNA的碱基物化数据 如碱基的几何大小、键长键角数据、酸碱滴定等。

  38. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 DNA的双螺旋结构 3. 双螺旋结构模型的基本特征 (1) 反向平行 的双链沿中心轴盘绕成右手螺旋。

  39. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 l碱基顶部基团裸露在DNA大沟内 l蛋白质因子与DNA 的特异结合依赖于 氨基酸与DNA 间的氢键的形成 l蛋白质因子沿大沟与DNA形成专一性 结合的机率与多样性高于沿小沟的结合 l大沟的空间更有利于与蛋白质的结合 (2) 双螺旋表面形成两种凹槽：较浅的叫小沟，另一条叫大沟。

  40. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 (3) 由糖-磷酸相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧；碱基则伸向螺旋内部，与中轴垂直。 Right handed B-form DNA Double helix Model

  41. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 (3) 由糖-磷酸相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧；碱基则伸向螺旋内部，与中轴垂直。 Right handed B-form DNA Double helix Model

  42. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 (4) 双螺旋内部的碱基按规则配对：A与T配对，形成2个氢键；G与C配对，形成3个氢键，称为碱基互补配对，双螺旋的两条链也呈互补关系。

  43. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 G C A=T

  44. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 (5) 双螺旋直径为2nm，每对脱氧核苷酸残基沿纵轴旋转36°，上升0.34nm。所以每10个碱基对形成一个螺旋，螺距3.4nm。

  45. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 互补碱基之间的氢键 (Hydrogen bond) 4. 影响双螺旋结构稳定性的因素 弱键, 可加热解链 氢键堆积, 有序排列(线性, 方向)

  46. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 碱基堆集力(Base stacking forces)：碱基堆集成非极性的区域，相互间产生疏水作用和范德华力 3.4A° 4. 影响双螺旋结构稳定性的因素 ☆ 疏水作用力 (Hydrophobic interaction) ☆Van de waals force(1.7A°/ 嘌呤环与嘧啶环作用半径)

  47. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 离子键 l0.2 mol / L Na+生理盐条件 消除DNA单链上磷酸基团间的静电斥力 4. 影响双螺旋结构稳定性的因素 磷酸酯键 (phosphoester bond) 强键, 需酶促解链

  48. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 5.DNA双螺旋构象的多态性 在生理状态及在溶液中，DNA一般为B型(含水量90％以上，NaCl浓度为2.5 M）。 当水合的DNA脱水时，转变为A型(含水量75％)。 还有Z型的DNA(左手螺旋，0.7 M MgCl2)。 类型 旋转方向 螺旋直径 螺距 每转碱基对数 碱基对间距 碱基倾角 A-DNA 右 2.3 2.8 11 0.255 20 B-DNA 右 2.0 3.4 10 0.34 0 Z-DNA 左 1.8 4.5 12 0.37 7

  49. Z-DNA A-DNA B-DNA Z-DNA DNA的分子构型 ( B, Z, A ) 比较

  50. 二、DNA的二级结构 DNA的分子结构 PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA PolyT/A TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA TTTTTTTTTTT AAAAAAAAAA 6.三链 DNA (T.S. DNA) ● D.S. DNA + D.S.DNA T.S. DNA + S.S. DNA

More Related