遗传物质的分子结构、性质和功能.ppt
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1、第一章 核酸的分子结构、性质和功能,第一节 DNA的结构与功能 第二节 RNA的结构与功能 第三节 核酸的分子杂交 第四节 反义核酸及药物 第五节 RNA干扰,1869年,F.Miescher从脓细胞中提取到一种富含磷元素的酸性化合物。 称核素(nuclein),一、核酸的种类和分布 核酸有两大类:DNA 和RNA DNA分布的主要场所:细胞核,线粒体,叶绿体 RNA分布的主要场所:细胞核,细胞质 细胞生物中DNA 和RNA 均有 病毒体内则只含有DNA 或RNA 二、核酸是主要的遗传物质 历史经典实验证明遗传物质是DNA而不是蛋白质 1928年 Griffith 肺炎球菌转化实验 1943年
2、Avery离体条件下完成转化 1952年Hershey Chase噬菌体转导实验,一、DNA的一级结构 DNA的一级结构是由4种脱氧核糖核苷酸即:腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶脱氧核苷酸,通过3,5,磷酸二酯键连接起来的直线形或环形多聚体。,第一节 DNA的结构与功能,DNA的一级结构,5,3,5,5-3,DNA的相对分子质量非常大,通常一个染色体就是一个DNA分子,最大的染色体DNA可超过108bp。,bp, base pair b,base,那么一种生物基因组有多大呢?,DNA分子量的表示方法,C值:一个物种单倍体的染色体所含的DNA的量。,C值矛盾:DNA含量与其结构和功能并不一致,可
3、能有的基因种类远大于实际所需的DNA含量。,为了阐明生物的遗传信息,首先要测定生物基因组的序列。迄今已经测定基因组序列的生物数以百计,其中包括病毒、大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和拟南芥菜、玉米、水稻和人类基因组。,Genome size,Gene number,基因组大小实际上就是它的C值,DNA的二级结构就是指两条脱氧核苷酸链反向平行排列所形成的双螺旋结构,右手螺旋,A-DNA、B-DNA、 C-DNA、 D-DNA 左手螺旋,Z-DNA,不同螺旋形式DNA分子主要参数比较:,二、DNA的二级结构,关于DNA双螺旋的小沟和大沟,大沟 宽,小沟 窄,蛋白质的alpha螺旋,1.B-DNA是活性最
4、高的DNA构象,B变成A仍有活性,但变成Z,活性明显降低。2.双螺旋是动态的平衡,结构改变以适应行使不同的功能。,说明:,三、DNA的三级结构,DNA三级结构是指DNA分子通过扭曲和折叠所形成的特定构象。包括不同二级结构单元间的相互作用、单链与二级结构单元间的相互作用及DNA的拓扑特征。 超螺旋是三级结构的一种形式。,拓扑结构 见p9 就是指在DNA双螺旋的结构基础上,DNA进异步扭曲形成的特定的空间结构。超螺旋是其主要的形式。超螺旋又有正和负之分。 负超螺DNA易于解链。 DNA的复制、重组和转录等过程都需将两条链解开,因此负超螺旋有利于这些功能的进行,但这些过程需要的需要的负超螺旋程度是各
5、不相同的,可以通过DNA的拓扑结构来调节其功能 拓扑异构酶 DNA的拓扑异构体之间的转变是通过拓扑异构酶(topoisomerase)来实现的。,四、Triplex(三股螺旋),Hoogsteen于1963年描述了三股螺旋结构。 第三股碱基可与Watson-Crick碱基对中的嘌呤碱形成Hoogsteen配对; 第三股与寡嘌呤核苷酸之间同向平行; 第三股可来自分子间也可来自分子内。,RNA的一级结构 RNA的二级结构 分子内的局部双链 图tRNA RNA的三级结构 tRNA 三叶草 倒L rRNA的高级结构 其他RNA高级结构 核酶:锤头型、发夹型等,第二节 RNA的结构与功能,一、RNA的结
6、构,RNA 的一级结构,RNA 的二级结构,RNA 的二级结构,二、RNA的功能 mRNA tRNA rRNA 细菌rRNA有5S、16S、23S三种; 哺乳动物rRNA有5S、5.8S、18S、28S四种 sRNA snRNA 核小RNA scRNA 胞浆RNA 通常与蛋白质结合形成核糖核蛋白颗粒(RNP),U-snRNP 对基因表达和细胞功能有调节功能的RNA miRNA RNAi RNA干扰,一、核酸的变性和复性核酸的变性(denaturation)是指核酸双螺旋氢键的断裂,变成单键并不涉及共价键的断裂。共价键的断裂是核酸的降解.将DNA双螺旋失去一半时的温度称为该DNA的Tm(melt
7、ing temperature),第三节 核酸的分子杂交 p15,复性(renaturation)变性DNA在适当的条件下又可使两条彼此分开的链自发重新缔合成为双螺旋结构的过程称为复性。变性DNA在缓慢冷却时可以复性,称为退火,核酸的变性和复性在基因工程中有何应用?,已经复性的DNA分子如果两条链来源不同,就叫杂交分子 核酸的杂交(hybridization )序列互补的单链RNA和DNA,或DNA和DNA,或RNA和RNA,根据碱基互补的原则,借助氢键相连而形成双链杂交分子的过程,二、核酸分子杂交的基本原理,探针probe: 是一段可以与靶核酸序列特异结合发生相互作用的核酸序列,经过标记后可
8、以用来检测出靶核酸序列 探针的性质:DNA,RNA,双链或单链均可 探针的长度:从20bp到几kb都可以 探针的标记:同位素或非同位素,三、核酸探针及标记,1. Southern blot 1975英国分子生物学家E.M.Southern发明的DNA 印迹方法 检测DNA 2. Northern blot 1977年 Alwine 建立Thonas 改进 的RNA 印迹方法 检测RNA 3. Western blot 以亲和或免疫反应检测蛋白的蛋白质印迹方法,四、核酸分子杂交的应用,Southern Blot,4. hybridization in situ 原位杂交 在组织或细胞水平上使用标
9、记探针与细胞内DNA或RNA杂交的方法 5.其他形式的杂交 如斑点杂交,狭缝杂交,菌落杂交,噬菌斑杂交,本质还是Southern or Northern blot,6. Biochip生物芯片 来源于微阵列技术(Microarray) 生物芯片:将数以万计的生物大分子探针分别固定在微小载体表面而制成的芯片。目前有蛋白质芯片和核酸芯片两类。 原理:核酸或蛋白质之间的杂交,1998年世界十大科技进展之一,第四节 反义核酸及药物p18,(1)概念: 反义核酸是根据碱基互补的原理,利用人工合成或细胞中天然存在的DNA或RNA片段(或其化学修饰的衍生物)与目的靶序列核酸结合,通过空间位阻作用或诱导RNA
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