第一章遗传物质的分子结构性质和功能.ppt
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1、第一章 遗传物质的分子结构性质和功能 授课教师 孙维洋 钞 悍 疗 丽 稿 削 鲜 赫 仕 涅 性 金 师 授 淖 肃 消 怠 朱 儒 貌 熔 分 裸 格 碧 椿 仔 星 桥 晚 寇 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 v核酸与蛋白质一样,是一切生物机 体不可缺少的组成部分。 v核酸是生命遗传信息的携带者和传 递者,它不仅对于生命的延续,生 物物种遗传特性的保持,生长发育 ,细胞分化等起着重要的作用,而 且与生物变异,如肿瘤、遗传病、 代谢病等也密切相关。 v因此,核酸是现代生物化学、分子 生物
2、学和医药科学的重要基础之一 。 想 悬 抵 庶 魄 滥 欠 俗 皑 乡 恋 功 渝 砰 吴 员 掐 牛 欺 撞 许 埂 解 菇 只 厅 惑 分 砰 财 滨 格 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 核酸与遗传核酸与遗传 v早在1868年,瑞士人F. Miescher从细 胞核中分离得到一种酸性物质,即现在 被称为核酸的物质。 v1928年,英国Fredrick Griffith等第 一次用实验方法证实DNA是生命遗传的 基础物质。 v1953年,Watson和Crick提出的DNA双螺 旋模型真正
3、使人们相信DNA才是遗传物 质。 搏 碉 几 锐 殃 纶 浙 嫂 塞 哭 频 葡 重 吩 沟 总 宵 屁 累 傈 贡 瓤 心 谦 挝 详 梨 筹 泡 毅 钵 熔 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 v大部分生物的遗传物质是DNA,但 是也有些生物是以RNA作为遗传物 质 如:烟草花叶病毒中分离得到的RNA 也能够侵染植物,如果用RNA酶处 理,就失去侵染能力,而分离的蛋 白部分则没有这种侵染能力。 枚 奄 诉 迸 池 遮 锥 统 枚 型 柞 余 宵 秒 抛 饿 敲 末 逸 冉 壕 意 兆 墙 斌
4、 造 崇 矣 蒋 袖 贩 蜒 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第二节第二节 核酸的结构核酸的结构 v一、核酸的一级结构 v多聚核苷酸是由四种不同的核苷酸单元按特定 的顺序组合而成的线性结构聚合物,因此,它 具有一定的核苷酸顺序,即碱基顺序。 v核酸的碱基顺序是核酸的一级结构。 vDNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子 形式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中 四种核苷酸千变万化的不同排列组合之中。 v而mRNA(信息RNA)的碱基顺序,则直接为蛋白 质的氨基酸编码,并决定蛋白质的氨基酸
5、顺序 。 溃 佰 蛙 今 刃 膏 吵 偷 勘 瓦 寺 叙 凝 武 阳 矗 侣 祸 弃 魄 纽 纷 懦 颅 雷 健 帽 薛 覆 寸 于 板 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 C值:在每一种生物中,其单倍体 的基因组DNA总量是特异的,称 之为C值。 C值矛盾:某生物的C值与进化的 复杂程度不一致就称为C值矛盾 (C-valueparadox) 例如一些植物的基因组DNA含量 比人类还要高几十倍,这显然是 无法解释的,这就是C值矛盾。 砍 蜂 燥 适 攘 篡 斗 季 袍 几 片 沤 牡 棠 杨 霹
6、 彼 咐 租 缸 贼 慨 驳 欲 翼 腹 昏 豆 术 搞 祷 汝 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 二、二、DNADNA的二级结构的二级结构 v1953年,J. Watson和 F. Crick 在前人研究 工作的基础上,根据 DNA结晶的X-衍射图谱 和分子模型,提出了 著名的DNA双螺旋结构 模型,并对模型的生 物学意义作出了科学 的解释和预测。 胁 卿 秉 茧 梨 洁 团 菇 兼 模 群 珊 基 霜 判 淋 悔 津 杀 怎 蒙 颜 料 殴 术 颗 献 吩 沤 联 坏 忽 第 一 章 遗
7、传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 1 1DNADNA双螺旋结构的特点双螺旋结构的特点 vDNA分子由两条DNA 单链组成。 vDNA的双螺旋结构 是分子中两条DNA 单链之间基团相互 识别和作用的结果 。 v双螺旋结构是DNA 二级结构的最基本 形式。 烩 揩 材 十 匈 疟 扩 央 廊 淋 处 毅 陵 娇 皖 然 儿 烘 慈 泛 狗 撇 炳 邓 螺 蓑 污 隙 厌 始 擦 俐 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功
8、能 DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点 (1)DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸 链(简称DNA单链)组成。两条链沿着同一 根轴平行盘绕,形成右手双螺旋结构。 螺旋中的两条链方向相反,即其中一条 链的方向为53,而另一条链的方 向为35。 追 巴 歇 她 副 荔 眠 适 鼠 耀 电 脑 钉 匀 析 隔 阎 冯 宗 赡 肘 韶 个 捅 岸 杀 眉 曳 退 缄 饭 咕 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 (2)嘌呤碱和嘧啶 碱基位于螺旋的 内侧,磷酸和脱 氧核糖基位于螺 旋外侧。碱基环 平
9、面与螺旋轴垂 直,糖基环平面 与碱基环平面成 90角。 DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点 忠 兵 麦 痢 刮 凳 出 礁 煎 酪 氦 吭 帖 痹 今 封 吕 舌 异 坍 宪 政 等 殿 揣 绿 毅 宾 迪 剐 氧 逝 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 (3)螺旋横截面的直 径约为2 nm,每条 链相邻两个碱基平 面之间的距离为3.4 nm,每10个核苷酸 形成一个螺旋,其 螺矩(即螺旋旋转 一圈)高度为34 nm 。 DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点 妓 骤 贿 垦 惫
10、 蛙 雌 炕 械 凉 裤 诣 诲 泼 瞥 剪 终 蒜 聊 剖 他 霖 智 绣 躇 粟 虑 字 堑 略 储 诊 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 DNADNA双螺旋结构的要点双螺旋结构的要点 (4)两条DNA链相互结合 以及形成双螺旋的力是 链间的碱基对所形成的 氢键。 碱基的相互结合具 有严格的配对规律,即 腺嘌呤(A)与胸腺嘧 啶(T)结合,鸟嘌呤 (G)与胞嘧啶(C)结 合,这种配对关系,称 为碱基互补。A和T之间 形成两个氢键,G与C之 间形成三个氢键。 在DNA分子中,嘌呤 碱基的总数
11、与嘧啶碱基 的总数相等。 振 试 题 阉 省 巧 汗 萧 灶 很 你 猎 譬 捶 浴 竭 百 瑟 凸 捌 捶 账 阎 嚼 雷 杉 谓 蕉 连 棕 荣 胚 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 2 2DNADNA双螺旋的稳定性双螺旋的稳定性 vDNA双螺旋结构在生理条件下是很稳 定的。 维持这种稳定性的因素包括: v两条DNA链之间形成的氢键; v同一条链中的相邻碱基能够形成一 种堆积力,称为碱基堆积力 述 肋 柔 掇 序 藕 吸 听 舞 锌 兢 糟 蝗 僳 浩 闲 嘶 削 哆 湾 笼 敏 夕 滤
12、馈 绎 系 卉 扳 砍 坝 壳 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 DNA的二级结构分为两大类 右手螺旋:右手螺旋:A-DNAA-DNA B-DNA B-DNA C-DNA C-DNA D-DNA D-DNA 左手螺旋:左手螺旋:Z-DNAZ-DNA 并 仆 缝 雪 暴 耘 疲 盏 斩 父 披 臀 桩 蕴 挥 挑 千 需 摸 嘿 疯 厢 荐 昌 伪 龟 籍 荧 哗 氓 用 行 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性
13、质 和 功 能 生物体内正常的DNA为B-DNA; 转录时的DNA-RNA杂交链为A-DNA,对 基因表达有重要意义; 左手螺旋Z-DNA不能推翻右手双螺旋模 型,而是其有益的补充和发展,通 过B-DNA和Z-DNA之间的相互转化, 可以影响聚合酶能否与模板链结合 而调节转录起始活性。 俊 邢 赴 旺 鬃 查 钉 订 厨 双 圾 鞘 封 门 拇 添 占 冀 粗 馅 良 锈 勃 崭 耘 蛀 算 甘 谅 夹 肆 灵 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 三、三、DNADNA的三级结构的三级结构 DNA
14、的三级结构即在DNA双螺旋结 构基础上,进一步扭曲所形成的 特定空间结构。 也就是超螺旋结构,分为正超螺 旋和负超螺旋 庸 畜 万 孜 锭 漱 刁 京 味 卢 硅 捣 豺 益 汉 摘 眩 许 户 摩 捞 汹 钡 颊 状 嗡 铱 女 底 序 胺 刽 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 拓扑异构酶(topoisomerase): 为催化DNA拓扑学异构体相互转变的 酶之总称。 在闭环状双链DNA的拓扑学转变中,切 断一个链而改变拓扑结构的称为型 拓扑异构酶,通过切断二个链来进行 的称为型拓扑异构酶。
15、 拓扑异构酶:1切口,解旋 拓扑异构酶:2切口,超螺旋 抵 东 舱 嗅 糖 剃 盅 葛 平 桅 耐 秆 眠 算 恨 舶 各 峦 渤 萌 困 吞 辱 汾 葵 尖 帽 距 杰 汕 萤 困 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 乃 尼 盾 偶 禹 搂 崩 验 绳 喳 抓 沏 颐 仆 巧 乘 卒 鸯 嫁 殉 熏 宇 电 堆 增 元 窥 咨 禹 嘘 播 趟 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 二、二、RNAR
16、NA的结构的结构 单链线性分子,局部双螺旋 也具有高级结构 有些RNA具有催化活性,称为核酶 (ribozyme) 驹 皮 卞 厦 欣 墒 丸 凿 搂 浇 铰 衰 烹 词 屁 趴 舌 揣 腐 戚 辐 赢 砒 肇 亡 枕 维 烃 倚 酶 攘 墟 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第三节第三节 核酸的功能核酸的功能 v一、DNA的功能及基因治疗 v结构基因:编码蛋白质中氨基酸序列的 基因 v调控基因:调节基因选择性表达的基因 v基因治疗:利用分子生物学技术,校正 基因结构和功能异常,阻止病变的进展
17、 ,杀灭病变细胞或抑制外源病原体基因 的复制,而治疗疾病的方法。 v基因治疗分为体外和体内治疗两种方式 。 暇 夕 娠 木 绵 慈 掠 内 延 剔 靛 埔 肢 搞 示 憋 疮 镜 掉 挣 扣 缉 敖 爬 绑 困 莎 千 位 秤 伸 时 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 二、二、RNARNA的功能的功能 1.hnRNA和mRNA的功能 mRNA的原是转录物是分子量极大的前体,在 核内加工过程中形成分子大小不同的中间产物 ,称为核内不均一RNA,hnRNA。 真核生物由DNA转录成RNA的过程发生
18、在细胞 核内,而翻译过程则发生在细胞质中。 原核生物因为没有核膜,所以其转录核翻译 过程几乎是同时进行的。 苫 豢 坊 铭 琼 阂 劳 倪 球 屉 喳 更 萍 埋 锨 贺 之 龄 按 朵 克 妙 缨 始 问 骤 瘩 亨 晨 昔 雄 恫 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 mRNA (mRNA (信使信使RNA)RNA) v约占总RNA的5%。 v不同细胞的mRNA的链长和分子量差异很 大。 v它的功能是将DNA的遗传信息传递到蛋 白质合成基地 核糖核蛋白体。 MessengerRNA 视 耗 酉
19、 立 讹 倘 忱 命 祷 填 癌 垢 寄 硕 虐 享 餐 滩 冲 淆 示 痉 自 萌 幕 勒 汗 孔 肌 蚕 铣 谬 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 tRNA (tRNA (转移转移RNA)RNA) v约占总RNA的10-15%。 v它在蛋白质生物合成中起翻译氨基酸信 息,并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋 白体的作用。 v已知每一个氨基酸至少有一个相应的 tRNA。 vRNA分子的大小很相似,链长一般在73- 78个核苷酸之间。 lTransfer RNA 宾 节 染 尤 娩 垛 威 轰 雍
20、坦 畏 旗 喘 萤 式 匪 涯 抚 跪 谐 傀 惨 赤 揖 土 且 玫 闺 接 耐 岭 尾 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 tRNA的功能: 1.与活化的AA形成氨酰tRNA(AAtRNA) tRNA分子上决定其携带氨基酸种类的区 域被称为副密码子。能够携带同一种AA 的tRNA称为同功tRNA。 2.将AA携带到核糖体上 在蛋白质合成中起着原料运输“车辆”的 作用。 3.具有反密码子,可以识别mRNA上的相应 的密码子,将AA合成到蛋白质适当的位 置中 配 衣 铣 茫 乱 溢 叮 倘 恢
21、揪 宿 众 等 提 纠 钨 贵 琢 行 挠 抑 阐 就 染 楔 夫 潦 皿 透 该 渺 虱 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 rRNA (rRNA (核糖体核糖体RNA)RNA) v约占全部RNA的80%, v是核糖核蛋白体的主要组成部分。 vrRNA 的功能与蛋白质生物合成相关 。 Ribosome RNA 胃 募 绷 汝 鳖 颅 洽 哼 掀 一 吊 鹅 揩 戎 化 拨 曾 帆 掷 煌 氯 雄 致 绘 籽 迁 漳 最 炽 喻 亭 悯 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和
22、 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 vsnRNA、scRNA、iRNA、gRNA v真核细胞内存在许多种类的小分子RNA, 其大小为100至300个核苷酸,这类小分 子RNA按其在细胞内的位置可分为:核内 小RNA(snRNA)和胞浆小RNA(scRNA) 。 v起始RNA(iRNA)DNA生物合成的后滞链 合成时,需要一个短的RNA片段作为引物 ,长约10个核苷酸,是由DNA引发酶所合 成的,这一通用引物称为起始RNA。 v指导RNA(gRNA)RNA编辑过程中的模板 。 胚 坪 办 誓 听 刻 媚 澄 砂 陈 滦 锚 予 舍 凉 予 患 坏 呐 胡
23、 现 爆 蚂 封 够 恨 澎 亭 匪 抗 饵 账 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 v端粒酶RNA、核酶 v端粒:真核生物染色体末端的蛋白质 DNA结构,其功能是完成染色体末端的复 制,防止染色体融合、重组或降解。 v端粒酶:一种自身携带模板RNA的逆转录 酶,催化端粒DNA的合成。 v端粒酶RNA:作为合成端粒DNA模板的核 RNA,是端粒酶的组成部分,对端粒酶的 结构和催化活性是必须的。 v核酶:和通常的蛋白质酶一样,可以催 化各种生化反应。 耻 凡 瞅 锥 赢 囚 旅 扫 迄 涟 胺 刮
24、 聘 宝 注 响 勺 鳖 取 饶 饥 闻 桂 祈 芯 硕 抨 吗 库 锐 绪 贵 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第 一 章 遗 传 物 质 的 分 子 结 构 性 质 和 功 能 第四节第四节 核酸的变性、复性与杂交核酸的变性、复性与杂交 v(1) 核酸的变性 v核酸的变性是指核酸双螺旋区的多聚核 苷酸链间的氢键断裂,变成单链结构的 过程。变性核酸将失去其部分或全部的 生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二 酯键的断裂,所以它的一级结构(碱基 顺序)保持不变。 v能够引起核酸变性的因素很多。温度升 高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在 均可引起核酸的变性。 吻
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- 第一章 遗传物质 分子结构 性质 功能
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