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第二章 第三节核酸
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核酸的分类及分布 脱氧核糖核酸 核糖核酸 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。 ( DNA)
分布于胞核、胞液。 ( DNA) (RNA) 脱氧核糖核酸 核糖核酸 携带遗传信息,决定细胞和个体的基因型。 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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一、 核酸的化学组成 核酸的元素组成: C、H、O、N、P。 P的含量:9%----10% 核酸的基本单位:核苷酸,核苷酸由
一、 核酸的化学组成 核酸的元素组成: C、H、O、N、P。 P的含量:9%----10% 核酸的基本单位:核苷酸,核苷酸由 磷酸、戊糖、含氮碱组成。
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核酸的水解产物: 核糖 脱氧核糖 磷酸 核苷 戊糖 含氮碱 核酸 核苷酸 嘌呤碱 嘧啶碱
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(一).戊糖: 1´ 2´ 3´ 4´ 5´ -D-核糖(ribose) -D-脱氧核糖(deoxyribose) (构成RNA)
(构成DNA) -D-脱氧核糖(deoxyribose) 2´ 3´ 4´ 5´ O H CH 2 (三)核苷
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1. 嘌呤碱): (二)、核苷酸中的碱基组成 3 1 2 4 5 6 7 8 9 N H O 腺嘌呤(adenine, A)
鸟嘌呤(guanine, G) N H O
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2. 嘧啶碱(pyrimidine): 尿嘧啶 胞嘧啶 胸腺嘧啶 O 4 5 C 3 N H 6 2 1
尿嘧啶 胞嘧啶 胸腺嘧啶 Uracil,U Cytosine,C Thymine,T 3 1 2 4 5 6 N O H C
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(三)核苷 核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。
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腺苷(AR) 脱氧胞苷(dCR) β1,N9-糖苷键 β1,N1-糖苷键 β1 N9 N1 OH
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(四)核苷酸 核苷与磷酸通过磷酸酯键连接,即为核苷酸。
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5-核苷酸又可按其在5位缩合的磷酸基的多少,分为一磷酸核苷(核苷酸)、二磷酸核苷和三磷酸核苷。
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(二)核苷酸的种类与命名 核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物,包括核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两大类。
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DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四种脱氧核糖核苷酸所组成。
RNA分子主要由AMP,GMP,CMP,UMP四种核糖核苷酸组成。
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类别 DNA RNA 基本单位 脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸 碱基 腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T) 腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U) 戊糖 脱氧核糖 核糖 酸 磷酸 核苷酸的名称 腺嘌呤脱氧核苷酸(dAMP) 鸟嘌呤脱氧核苷酸(dGMP) 胞嘧啶脱氧核苷酸(dCMP) 胸腺嘧啶脱氧核苷酸(dTMP) 腺嘌呤核苷酸(AMP) 鸟嘌呤核苷酸(GMP) 胞嘧啶核苷酸(CMP) 尿嘧啶核苷酸(UMP)
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二、 DNA结构与功能: (一)、核酸的一级结构: 核苷酸之间的连接方式:一分子核苷酸的3-位羟基与另一分子核苷酸的5-位磷酸基通过脱水可形成3,5-磷酸二酯键,从而将两分子核苷酸连接起来。
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核酸就是由许多核苷酸单位通过3,5-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的长链状化合物。
5′端 3′端 C G A 核酸就是由许多核苷酸单位通过3,5-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的长链状化合物。 核酸是具有方向性的长链状化合物,多核苷酸链的两端,一端称为5-端,另一端称为3-端。
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核酸的一级结构就是指核酸分子中核苷酸(或)脱氧核苷酸)的排列顺序。
化学键:3,5-磷酸二酯键 核酸一级结构的表示方法: DNA的一级结构: 5-AGTCCATG-3 AGTCCATG 3-TCAGGTAC-5 RNA的一级结构: 5-AGUCCAUG-3 AGUCCAUG
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(二)DNA的空间结构 1、DNA的二级结构——双螺旋结构:DNA双螺旋结构是DNA二级结构的一种重要形式,它是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来的一种结构模型(获1962年度诺贝尔奖)。 James Watson (L) and Francis Crick (R), and the model they built of the structure of DNA
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B型DNA双螺旋结构模式图
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B型双螺旋DNA的结构特征
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(1.) DNA是反向平行的多聚核苷酸链结构,呈双螺旋;
(2). 两条链间存在碱基互补:A与T或G与C配对形成氢键,称为碱基互补原则(A与T为两个氢键,G与C为三个氢键); (3) 螺旋的螺距为3.4nm,直径为2nm。 (4). 螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力2. (5)主链位于螺旋外侧,碱基位于内侧; ;
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碱基互补配对 A T G C
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2、DNA的超级结构 原核生物的DNA的超级结构形成超螺旋结构。
真核生物的形成核小体,由DNA和组蛋白构成,通过核小体不同层次的折叠使1M的DNA容纳于只有几微米的细胞核内。
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3、DNA的功能 DNA的基本功能是作为遗传信息的载体,为生物遗传信息复制以及基因信息的转录提供模板。
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一级结构:由AMP、GMP、CMP、UMP四种核苷酸由磷酸二酯键相连形成的序列。 RNA通常以单链形式存在,但也可形成局部的双螺旋结构。
主要的RNA种类有rRNA、mRNA、tRNA、HnRNA、SnRNA、SnoRNA、ScRNA等。
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1、信使RNA(mRNA) 真核生物mRNA的加工包括首、尾修饰和剪接。大多数真核mRNA的5’-末端有7-甲基鸟嘌呤的帽结构。前体mRNA在3’端特异位点断裂并加上多聚 腺苷酸尾 。
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帽子结构
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尾部修饰是和转录终止同时进行的过程。 poly A的有无与长短,是维持mRNA作为翻译模板的活性,以及增加mRNA本身稳定性的因素。 一般真核生物在胞浆内出现的mRNA,其poly A长度为100至200个核苷酸之间,也有少数例外。 前体mRNA分子的断裂和加多聚腺苷酸尾是多步骤过程。
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C A B D 断裂基因(splite gene)
真核生物结构基因,由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成,去除非编码区再连接后,可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质,这些基因称为断裂基因。 C A B D 非编码区 编码区 A、B、C、D
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鸡卵清蛋白基因及其转录、转录后修饰 鸡卵清蛋白基因 hnRNA 首、尾修饰 hnRNA剪接 成熟的mRNA
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2、tRNA的转录后加工 TGGCNNAGTGC GGTTCGANNCC DNA RNA pol Ⅲ tRNA前体
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RNAaseP、内切酶
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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 氨基酸臂 额外环
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tRNA的三级结构:倒L型结构
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3、rRNA的转录后加工 28S 5.8S 18S 45S - rRNA 5.8S和28S-rRNA 18S - rRNA 内含子 rDNA
剪接 5.8S和28S-rRNA 18S - rRNA
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mRNA(信使RNA) tRNA(转运RNA) rRNA(核糖体RNA) 细胞中的含量 5%~10% 80%~90% 结构特点 基本上呈线形。局部呈双链,形成发夹式结构 呈三叶草形,柄部和基部呈现双螺旋结构,柄部3′端有CCA三个碱基,其相对端的反密码环中有三个碱基为反密码子 线形,局部呈发夹状结构 功能 转录DNA分子上的遗传信息,并带到核糖体上,作为合成蛋白质的模板 在蛋白质合成中,运输特定氨基酸到核糖体上 与蛋白质结合形成核糖体,是细胞内蛋白质的合成场所
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四、 核酸的理化性质、 (一)核酸的一般性质:多元酸。 (二)紫外线吸收性质: 能吸收紫外光,最大吸收峰为260nm。
四、 核酸的理化性质、 (一)核酸的一般性质:多元酸。 (二)紫外线吸收性质: 能吸收紫外光,最大吸收峰为260nm。 故常用紫外分光光度法测定核酸的含量。
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(三)、变性与复性 1、DNA的变性:在理化因素作用下,DNA双螺旋的两条互补链之间的氢键断裂,松散而分开成为单链,从而导致DNA的理化性质及生物学性质发生改变,这种现象称为DNA的变性引起DNA变性的因素主要有:①高温,②强酸强碱,③有机溶剂等。 变性后的DNA紫外吸收能力增强,称为增色效应。TM值:DNA断裂一半时的温度。
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2、DNA的复性(退火):将热变性后的DNA溶液缓慢冷却,则变性的两条单链DNA可以重新互补而形成原来的双螺旋结构并恢复原有的性质。
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DNA-DNA杂交示意图 DNA-DNA 杂交双链分子 变性 复性 不同来源的DNA分子
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3、核酸的分子杂交 两条来源不同的单链核酸(DNA或RNA),只要它们有大致相同的互补碱基顺序,经退火处理即可复性,形成新的杂种双螺旋,这一现象称为核酸的分子杂交。
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DNA-RNA杂交示意图
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复习题: 1、.维持核酸一级结构的化学键是:: A.磷酸键 B.氢键 C.肽键 D.磷酸二酯键 E、以上都不对
2、只在DNA中含有的碱基有: A 、T B 、C C G D U E、A 3、只在RNA中含有的碱基有: 4、.假设有一段DNA序列为5‘ATCCGAC3’,其互补序列是: A.5’TAGGCTG3’ B.5’UAGGCUG3’ C.5’GUCGGAU3’ D.5’TAGGCUG3’E以上都不对 5、.含有反密码子的结构是: A.rRNA B.tRNA C.蛋白质 D.DNA E、 mRNA 6、核酸中核苷酸之间连接方式是: A.2‘,3’-磷酸二酯键 B.3‘,5’-磷酸二酯键 C.2‘,5’-磷酸二酯键 D.糖苷键 E.氢键 四、1、简述DNA双螺旋结构的特点。2、列表比较DNA和RNA的组成成分和基本单位。
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二、选择题 1.RNA和DNA彻底水解后的产物 A、核糖相同,部分碱基不同 B、碱基相同,核糖不同 C、碱基不同,核糖不同 D、碱基不同,核糖相同 2.核酸中核苷酸之间的连接方式是 A、2’,5’—磷酸二酯键 B、氢键 C、3’,5’—磷酸二酯键 D、糖苷键 3.下列关于DNA分子中的碱基组成的定量关系哪个是不正确的? A、C+A=G+T B、C=G C、A=T D、C+G=A+T 4.维系DNA双螺旋稳定的最主要的力是 A、氢键 B、离子键 C、碱基堆积力 D范德华力 5、tRNA的分子结构特征是 A、有反密码环和 3’—端有—CCA序列 B、有密码环 C、有反密码环和5’—端有—CCA序列 D、5’—端有—CCA序列 6、tRNA的三级结构是 A、三叶草叶形结构 B、倒L形结构 C、双螺旋结构 D、发夹结构
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