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1、分子生物學(xué),試題分析 課程安排,第 二 章核酸和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,Structure and Function of Nucleic Acid and Protein,核酸：是以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，攜帶和傳遞遺傳信息。,第一節(jié) 核酸,核酸的分類及分布,核酸的化學(xué)組成及其一級(jí)結(jié)構(gòu)The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid,核酸的化學(xué)組成,1. 元素組成 C、H、O、N、P（910%）,嘌呤(purine),,,腺嘌呤(adenine, A),鳥嘌呤(guanine, G),堿 基,,,,嘧啶(pyrim

2、idine),胞嘧啶(cytosine, C),尿嘧啶(uracil, U),胸腺嘧啶(thymine, T),戊 糖,核苷：AR, GR, UR, CR 脫氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR,一、核苷酸的結(jié)構(gòu),核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脫氧核苷酸： dAMP, dGMP, dTMP, dCMP,C,G,A,DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)及功能,定義 核酸中核苷酸的排列順序。 由于核苷酸間的差異主要是堿基不同，所以也稱為堿基序列。,書寫方法,,5 pApCpTpGpCpT-OH 3,,5 A C T G C T 3,,,,,目 錄,DNA的甲基化,原核：多為一些酶切位點(diǎn)的修飾

3、 作用：對(duì)自身DNA產(chǎn)生保護(hù)作用 真核：基因表達(dá)調(diào)控 特點(diǎn)：甲基化的修飾可使DNA經(jīng) 過細(xì)胞許多代的分裂后，保持穩(wěn)定。,真核生物DNA中，幾乎所有甲基化發(fā)生在5-CG-3的C上，即5mCG-3。,DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)與功能Dimensional Structure and Function of DNA,DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)-雙螺旋結(jié)構(gòu) DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景和歷史意義 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)及其在染色質(zhì)中的組裝 DNA的超螺旋結(jié)構(gòu) 原核生物DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu) DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝 DNA的功能,1、 DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu) 雙螺旋結(jié)構(gòu),DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究背景,,,

4、,,目 錄,（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）,DNA分子由兩條相互平行但走向相反的脫氧多核苷酸鏈組成，兩鏈以-脫氧核糖-磷酸-為骨架，以右手螺旋方式繞同一公共軸盤。螺旋直徑為2nm，形成大溝(major groove)及小溝(minor groove)相間。,,,,,目 錄,（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）,堿基垂直螺旋軸居雙螺旋內(nèi)側(cè)，與對(duì)側(cè)堿基形成氫鍵配對(duì)（互補(bǔ)配對(duì)形式：A=T; GC） 。 相鄰堿基平面距離0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10對(duì)堿基。,,,,,目 錄,堿基互補(bǔ)配對(duì),T,A,

5、G,C,（二） DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點(diǎn) （Watson, Crick, 1953）,氫鍵維持雙鏈橫向穩(wěn)定性，堿基堆積力維持雙鏈縱向穩(wěn)定性。,,,,,目 錄,（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性,,,,,目 錄,（三）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu),（一）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu),超螺旋結(jié)構(gòu)(superhelix 或supercoil) DNA雙螺旋鏈再盤繞即形成超螺旋結(jié)構(gòu)。,正超螺旋(positive supercoil) 盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同,負(fù)超螺旋(negative supercoil) 盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反,意義 DNA超螺旋結(jié)構(gòu)整體或局部的拓?fù)鋵W(xué)變化及其調(diào)控對(duì)于DNA復(fù)制和RNA轉(zhuǎn)

6、錄過程具有關(guān)鍵作用。,超螺旋DNA比松弛型DNA更緊密，使DNA分子體積變更小對(duì)其在細(xì)胞內(nèi)的包裝更有利； 超螺旋能影響雙螺旋的解鏈程序，影響DNA 分子與其他分子之間的相互作用。,（三）DNA在真核生物細(xì)胞核內(nèi)的組裝,真核生物染色體由DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成，其基本單位是 核小體(nucleosome)。,核小體的組成 DNA：約200bp 組蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4,DNA的功能,DNA的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)。,基因從結(jié)構(gòu)上定義，是指DNA分子中的特定區(qū)段，其中的核苷酸排列順序決定了基因的

7、功能。,二、RNA的結(jié)構(gòu)與功能,Structure and Function of RNA,RNA的種類、分布、功能,（一）信使RNA的結(jié)構(gòu)與功能,,內(nèi)含子 (intron),* mRNA成熟過程,外顯子 (exon),,,,,目 錄,順反子：由結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成的RNA序列,原核生物mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn),多順反子 mRNA 5端無帽子結(jié)構(gòu)，3端一般也無多聚A尾巴。 mRNA一般也沒有修飾堿基。,真核生物mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn),1. 大多數(shù)真核mRNA的5末端均在轉(zhuǎn)錄后加上一個(gè)7-甲基三磷酸鳥苷，同時(shí)第一個(gè)核苷酸的C2也是甲基化，形成帽子結(jié)構(gòu)：m7GpppNm-。,2. 大多數(shù)真核mRNA的3末端有一個(gè)多

8、聚腺苷酸(polyA)結(jié)構(gòu)，稱為多聚A尾。,3、分子中可能有修飾堿基，主要甲基化修飾。 4、分子中有編碼區(qū)與非編碼區(qū)。,帽子結(jié)構(gòu),mRNA核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位 mRNA的穩(wěn)定性維系 翻譯起始的調(diào)控,帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾的功能,* mRNA的功能 把DNA所攜帶的遺傳信息，按堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，抄錄并傳送至核糖體，用以決定其合成蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序。,* tRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 含 1020% 稀有堿基，如 DHU 3末端為 CCA-OH 5末端大多數(shù)為G 具有 TC,（二）轉(zhuǎn)運(yùn)RNA的結(jié)構(gòu)與功能,* tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu) 三葉草形 氨基酸臂 DHU環(huán) 反密碼環(huán) 額外環(huán) TC環(huán),氨基酸臂,額外環(huán),,*

9、tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu) 倒L形,* tRNA的功能 活化、搬運(yùn)氨基酸到核糖體，參與蛋白質(zhì)的翻譯。,* rRNA的結(jié)構(gòu),（三）核蛋白體RNA的結(jié)構(gòu)與功能,* rRNA的功能 參與組成核蛋白體，作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。,* rRNA的種類（根據(jù)沉降系數(shù)）,真核生物 5S rRNA 28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA,原核生物 5S rRNA 23S rRNA 16S rRNA,核蛋白體的組成,四 、其他小分子RNA及RNA組學(xué),除了上述三種RNA外，細(xì)胞的不同部位存在的許多其他種類的小分子RNA，統(tǒng)稱為非mRNA小RNA(small non-messenger RNAs, snm

10、RNAs)。,snmRNAs,snmRNAs的種類 核內(nèi)小RNA 核仁小RNA 胞質(zhì)小RNA 催化性小RNA 小片段干涉 RNA,snmRNAs的功能 參與hnRNA和rRNA的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)。,RNA組學(xué)研究細(xì)胞中snmRNAs的種類、結(jié)構(gòu)和功能。同一生物體內(nèi)不同種類的細(xì)胞、同一細(xì)胞在不同時(shí)間、不同狀態(tài)下snmRNAs的表達(dá)具有時(shí)間和空間特異性。,RNA組學(xué),核 酶,催化性DNA (DNAzyme) 人工合成的寡聚脫氧核苷酸片段，也能序列特異性降解DNA。,催化性RNA (ribozyme) 作為序列特異性的核酸內(nèi)切酶降解mRNA。,核 酸 的 理 化 性 質(zhì) The Physical and

11、Chemical Characters of Nucleic Acid,,,,,目 錄,1. DNA或RNA的定量 OD260=1.0相當(dāng)于 50g/ml雙鏈DNA 40g/ml單鏈DNA（或RNA） 20g/ml寡核苷酸 2.判斷核酸樣品的純度 DNA純品: OD260/OD280 = 1.8 RNA純品: OD260/OD280 = 2.0,OD260的應(yīng)用,,,,,目 錄,二、DNA的變性(denaturation),定義：在某些理化因素作用下，DNA雙鏈解開成兩條單鏈的過程。,方法：過量酸，堿，加熱，變性試劑如尿素、 酰胺以及某些有機(jī)溶劑如乙醇、丙酮等。,變性后其它理化性質(zhì)變化：,

12、OD260增高粘度下降 比旋度下降浮力密度升高 酸堿滴定曲線改變生物活性喪失,,,,,目 錄,,DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂,例：變性引起紫外吸收值的改變,DNA的紫外吸收光譜,增色效應(yīng)：DNA變性時(shí)其溶液OD260增高的現(xiàn)象。,,,,,目 錄,熱變性,解鏈曲線：如果在連續(xù)加熱DNA的過程中以溫度對(duì)A260（absorbance，A，A260代表溶液在260nm處的吸光率）值作圖，所得的曲線稱為解鏈曲線。,,,,,目 錄,Tm：變性是在一個(gè)相當(dāng)窄的溫度范圍內(nèi)完成，在這一范圍內(nèi)，紫外光吸收值達(dá)到最大值的50%時(shí)的溫度稱為DNA的解鏈溫度，又稱融解溫度(melting temperature, Tm)。其大小與G+C含量成正比。,,,,,目 錄,三、DNA的復(fù)性與分子雜交,DNA復(fù)性(renaturation)的定義 在適當(dāng)條件下，變性DNA的兩條互補(bǔ)鏈可恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性。,減色效應(yīng) DNA復(fù)性時(shí)，其溶液OD260降低。,熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后即可復(fù)性，這一過程稱為退火(annealing) 。,,,,,目 錄,