核酸医学宣教.ppt

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acid,）。,1930-40,年，,Kossel&Levene,等确定核酸的的组分：,脱氧核糖核酸（,DNA,）,核酸,核糖核酸（,RNA,）,格利菲斯试验,肺炎球菌试验,，,1927,光滑型肺炎球菌（,S,型）：,有夹膜，可致病。,粗糙型肺炎球菌（,R,型）：,无夹膜，无致病性。,Avery,的,“,肺炎双球菌转化,”,实验,1944,纽约洛克菲勒研究院，细菌学家,Avery,在研究细菌,烧死的光滑型菌在培养基上不能生长（左）烧死的光滑型菌在培养基上遇到活的粗糙型菌时，培养基上长出了光滑型菌（右）。,20,世纪,40,年代末，,Avery,的,“,肺炎双球菌转化,”,实验证明,DNA,是有机体的遗传物质：,DNA,无荚膜，不致病,温育,有荚膜，致病,传代,传代,有荚膜，致病,有荚膜，致病,有荚膜，致病,除少数病毒（,RNA,病毒）以,RNA,作为遗传物质外，多数有机体的遗传物质是,DNA,。,不同有机体遗传物质（,信息分子,）的结构差别，使得其所含蛋白质（,表现分子,）的种类和数量有所差别，有机体表现出不同的形态结构和代谢类型。,RNA,的主要作用是从,DNA,转录遗传信息，并指导蛋白质的合成。,核酸的组成成分,核酸,nucleic acid,核苷酸,nucleotide,核苷,nucleoside,磷酸,phosphate,嘌呤碱,嘧啶碱,碱基,base,核糖,ribose,脱氧核糖,deoxyribose,戊糖,amyl sugar,4.1,核苷酸,一、核苷酸的组成,核苷,nucleoside,磷酸,phosphate,DNA:,腺嘌呤（,A),、鸟嘌呤（,G,）、,胞嘧啶（,C,）、胸腺嘧啶（,T),碱基,base,核苷酸,nucleotide,戊糖,amyl sugar,RNA:,腺嘌呤（,A),、鸟嘌呤（,G,）、,胞嘧啶（,C,）、尿嘧啶（,U,）,DNA:D-2-,脱氧核糖,RNA:D-,核糖,（一）核糖和脱氧核糖,-D-2-,脱氧核糖,O,HOH,2,C,OH,O,H,OH,1,2,O,HOH,2,C,OH,OH,1,2,-D-2-,核糖,O,（二）嘌呤碱和嘧啶碱,N,N,N,N,H,H,H,H,NH,2,腺嘌呤,adenine,（,A,）,O,N,N,N,N,H,H,H,2,N,鸟嘌呤,guanine,（,G,）,嘧啶,1,2,3,4,5,6,N,N,H,H,H,H,N,N,H,H,H,H,NH,2,O,H,胞嘧啶,Cytosine,（,C,）,N,N,H,H,H,H,O,O,H,H,尿嘧啶,uracil,（,U,）,N,N,H,H,H,H,O,O,H,H,CH,3,胸腺嘧啶,thymine,（,T,）,（三）戊糖,组成核酸的戊糖有两种。,DNA,所含的糖为,-D-2-,脱氧核糖；,RNA,所含的糖则为,-D-,核糖。,（四）核苷,nucleoside,糖与碱基之间的,C-N,键，称为,C-N,糖苷键。,（五）核苷酸,nucleotide,核苷酸是核苷的磷酸酯。作为,DNA,或,RNA,结构单元的核苷酸分别是,5-,磷酸,-,脱氧核糖核苷和,5-,磷酸,-,核糖核苷。,OH,O,OCH,2,T,O=P,O,-,3,5,OH,O,-,O,OCH,2,G,O=P,O,-,3,5,O,O,OCH,2,OH,OH,A,O=P,O,O,-,3,5,3,5,1,P,P,P,OH,A,T,G,pGpTpA,OH,pG-T-A,pGTA,一、,DNA,的碱基组成及一级结构,（二）,DNA,的一级结构,因为,DNA,的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别，所以脱氧核苷酸的序列常被认为是,碱基序列,（,base sequence),。通常碱基序列由,DNA,链的,53,方向写。,DNA,中有,4,种类型的核苷酸，有,n,个核苷酸组成的,DNA,链中可能有的不同序列总数为,4,n,。,（一）,DNA,的碱基组成,规律：,1,、所有,DNA,中腺嘌呤（,A,）,=,胸腺嘧啶（,T,）；,鸟嘌呤（,G,）,=,胞嘧啶（,C,）。,2,、,DNA,的碱基组成具有种的特异性，没有组织器官的特异性。,二、,DNA,的空间结构,1953,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。,（一）,DNA,的二级结构,1,、,DNA,右手螺旋结构,克里克,罗沙林德,-,弗兰克林,韦尔金斯,克里克,沃森,沃森,DNA,双螺旋结构的特点,DNA,分子由两条,DNA,单链组成。,DNA,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。,双螺旋结构是,DNA,二级结构的最基本形式。,DNA,双螺旋结构的要点,DNA,分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链,(,简称,DNA,单链,),组成。两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴盘绕，形成右手双螺旋结构。,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。彼此通过,3,，,5,磷酸二酯键相连。碱基平面与螺旋轴垂直，糖基平面与碱基环平面成,90,角。双螺旋结构上有两个凹槽，一条较宽深，称大沟；一条较浅小，称小沟。,DNA,双螺旋结构的要点,双螺旋的平均直径为,2nm,，螺矩为,3.4nm,，相邻碱基距离为,0.34nm,，相邻碱基的夹角为,36,。每,10,个核苷酸形成一个螺旋。,DNA,双螺旋结构的要点,两条,DNA,链依靠彼此碱基之间形成的氢键结合一起。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。,DNA,双螺旋的稳定性,DNA,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：,两条,DNA,链之间形成的氢键；,碱基对产生的疏水疏水作用力和碱基堆积力；,介质中的阳离子（如,Na,+,、,K,+,和,Mg,2+,）中和了磷酸基团的负电荷，降低了,DNA,链之间的排斥力、范德华引力等。,改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。,2.DNA,双螺旋的构象类型,B-DNA,：,92%,相对湿度，接近细胞内的,DNA,构象，与,Watson,和,Crick,提出的模型相似。,A-DNA,：,75%,相对湿度，与溶液中,DNA-RNA,杂交分子的构象相似，推测转录时发生,BA,。其碱基平面倾斜,20,，螺距与每一转碱基对数目都有变化。,Z-DNA,：主链呈锯齿型左向盘绕，直径约,1.8nm,，螺距,4.5nm,，每一转含,12,个,bp,，只有小沟。,B-DNA,与,Z-DNA,的相互转换可能和基因的调控有关。,C-DNA,：,44-46%,相对湿度，螺距,3.09nm,，每转螺旋,9.33,个碱基对，碱基对倾斜,6,。可能是特定条件下,B-DNA,和,A-DNA,的转化中间物。,D-DNA,：,60%,相对湿度，,DNA,中,A,、,T,序列交替的区域。每个螺旋含,8,个,bp,，螺距,2.43nm,，碱基平面倾斜,16,。,（二）,DNA,的三级结构,线形分子、双链环状,(dcDNA),超螺旋,染色体包装,超螺旋,-,环状的双螺旋,DNA,做多次扭曲而形成像麻花状的结构。也叫,超卷曲,。,三、,DNA,的生物学功能,DNA,是遗传物质，是遗传信息的载体。,直接证据：,Avrey,，,1944,，细菌转化试验。,间接证据：,1,、,DNA,分布在染色体上，是染色体的主要成分。,2,、细胞核内,DNA,的含量十分稳定，而且与染色体的数目的多少有哦平行关系。体细胞含量为生殖细胞,DNA,含量的,2,倍。,3,、,DNA,在代谢上较稳定，不受营养条件、年龄等因素的影响。,4,、可作用于,DNA,的一些物理因素和化学因素都可以引起遗传特性的改变。,核小体,当染色体被温和地,“,去浓缩,”,，在电镜下显示为成串的,“,念珠,”,状。,“,珠,”,为,核小体,，是组蛋白与,DNA,的复合物；线是相邻核小体间的线状双链,DNA,，称为,连接,DNA,。核小体间距，即连接,DNA,的长度，通常为,55,个碱基对（,bP,），但在不同的生物中可在,8,114,个,bp,之间变化。即使在一个核内，相邻核小体的距离也会随一些因素而改变。,每个核小体核心颗粒含有,146bp,长的双链,DNA,片段，结合到,8,个组蛋白复合体上，组蛋白八聚体有,H2A,、,H2B,、,H3,和,H4,各两分子。,DNA,以,1,8,圈左手超螺旋缠绕在组蛋白八聚体表面上，,DNA,组蛋白的联系沿超螺旋的内表面形成。全部,DNA,的包装比约为,7,，即,DNA,长度由于缠绕核小体缩短了,7,倍。,螺线管与超螺线管,30nm,纤丝,组蛋白,H1,的存在加强了,“,串珠,”,的组构，在电子显微镜下呈现一种锯齿形的结构。随着盐浓度的改变，核小体进一步形成直径为,30nm,的纤丝。详细的研究表明这是核小体被组装成高度有序的左手螺旋，又叫,螺线管,的过程。每圈螺旋约,6,个核小体。,染色体包装的结构模型,多级螺旋模型,压缩倍数,7 6 40 5,（,8400,）,DNA,核小体 螺线管 超螺线管 染色单体,2nm 10nm 30(10)nm 400nm 210m,一级包装 二级包装 三级包装 四级包装,四、,DNA,与基因组织,DNA,Transcription,RNA,（,mRNA,、,tRNA,、,rRNA,）,Translation,Protein,基因,基因,是,DNA,片段的核苷酸序列，,DNA,分子中最小的功能单位。,结构基因,调节基因,基因组,（一）,DNA,与基因,（二）原核生物基因组的特点,1.DNA,大部分为结构基因，每个基因出现频率低。,2.,功能相关基因串联在一起，并转录在同一,mRNA,中（多顺反子）。,3.,有基因重叠现象。,A,B,C,D,E,F,G,（三）真核生物基因组的特点,1.,重复序列,单拷贝序列,：在整个,DNA,中只出现一次或少数几次，主要为编码蛋白质的结构基因。,中度重复序列,：在,DNA,中可重复几十次到几千次。,高度重复序列,：可重复几百万次,高度重复序列一般富含,A-T,或,G-C,，富含,A-T,的在密度梯度离心时在离心管中形成的区带比主体,DNA,更靠近管口；富含,G-C,的更靠近管底，称为,卫星,DNA,（,satellite DNA,）,富含,A-T,富含,G-C,主体,DNA,2.,有断裂基因,mRNA,1 872bp,内含子（,intron),：基因中不为多肽编码，不在,mRNA,中出现。,A,B,C,D,E,G,7 700bp,F,外显子（,exons,）：为多肽编码的基因片段。,：由于基因中内含子的存在。,例外,：组蛋白基因,(histongene),和干扰素基因,(interferon gene),没有内含子。,transcription,一、,RNA,的结构,RNA,分子是含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链。,RNA,分子碱基及戊糖的组成：,天然,RNA,是单链线性分子，局部区域为双螺旋结构。,一般双螺旋结构占,RNA,分子的,50%,。,二、,RNA,的类型,三种类型：,核糖体,RNA(rRNA),、转运,RNA(tRNA),、信使,RNA(mRNA),。此外，真核细胞中还含有少量核内小,RNA(snRNA).,（一）,rRNA,动物细胞核糖体,rRNA,有四类：,5SrRNA,，,5.8SrRNA,，,18SrRNA,，,28SRNA,。许多,rRNA,的一级结构及由一级结构推导 出来的二级结构都已阐明，但是对许多,rRNA,的功能迄今仍不十分清楚。,（二）,tRNA,tRNA,约占,RNA,总量的,15%,，主要作用是转运氨基酸用于合成蛋白质。,tRNA,分子量为,4S,，,1965,年,Holley,测定,Ala,tRNA,一级结构，提出三叶草二级结构模型。,反密码环,二氢尿嘧啶环,主要特征,：,1.,四臂四环；,2.,氨基酸臂,3,端有,CCA,OH,的共有结构；,3.D,环上有二氢尿嘧啶（,D,）；,4.,反密码环上的反密码子与,mRNA,相互作用；,5.,可变环上的核苷酸数目可以变动；,6.T,C,环含有,T,和,；,7.,含有修饰碱基和不变核苷酸。,tRNA,的三级结构,在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的,tRNA,的三级结构均为倒,L,型,（三）,mRNA,mRNA,约占细胞,RNA,总量的,3-5%,，是蛋白质合成的模板。,mRNA,一级结构的特点,真核细胞,mRNA,的3,-末端有一段长达200个核苷酸左右的聚腺苷酸(,polyA,),，,称为,“,尾结构,”,，5,-末端有一个甲基化的鸟苷酸，称为,“,帽子结构,”,。,极大多数真核细胞,mRNA,在,3,-,末端有一段长约,200,核苷酸的,polyA,。,polyA,是在转录后经,polyA,聚合酶的作用而添加上去的。原核生物的,mRNA,一般无,polyA,，但某些病毒,mBNA,也有,3,-polyA,。,polyA,可能有多方面功能,与,mRNA,从细胞核到细胞质的转移有关；与,mRNA,的半寿期有关，新合成的,mRNA,polyA,链较长，而衰老的,mRNA,，,polyA,链缩短,RNA,的其它功能,1981,年，,Cech,发现,RNA,的催化活性，提出,核酶,（,ribozyme,）。,大部分核酶参加,RNA,的加工和成熟，也有催化,C-N,键的合成。,23SrRNA,具肽酰转移酶活性。,RNA,在,DNA,复制、转录、翻译中均有一定的调控作用，与某写物质的运输与定位有关。,二、核苷酸的性质,（一）,核苷酸的紫外吸收性质,核酸,的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸收性质，吸收峰在,260nm,（,蛋白质,的紫外吸收峰在,280nm,）。,核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少,30-40%,，当核酸变性或降解时光吸收值显著增加（,增色效应,），但核酸复性后，光吸收值又回复到原有水平（,减色效应,）。,增色效应,减色效应,（二）核苷酸碱基影响核酸结构,1.,碱基对间的氢键；,2.,疏水堆积力；,3.,碱基配对,（,Watson-Crick,配对）,4.4,核酸的理化性质及分离提纯,一、核酸的理化性质,1,核酸的两性性质及等电点,与蛋白质相似，核酸分子中既含有酸性基团（磷酸基）也含有碱性基团（氨基），因而核酸也具有两性性质。,由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性（氨基）是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。如,DNA,的等电点为,4,4.5,，,RNA,的等电点为,2,2.5,。,RNA,的等电点比,DNA,低的原因，是,RNA,分子中核糖基,2-OH,通过氢键促进了磷酸基上质子的解离。,DNA,没有这种作用。,2,核酸的水解,（,1,）酸或碱水解,核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断。,DNA,和,RNA,对酸或碱的耐受程度有很大差别。例如，在,37,以下，,0.3 mol/L KOH,溶液中，,RNA,几乎可以完全水解，生成,2-,或,3-,磷酸核苷；,DNA,在同样条件下则不受影响。这种水解性能上的差别，与,RNA,核糖基上,2-OH,的邻基参与作用有很大的关系。在,RNA,水解时，,2-OH,首先进攻磷酸基，在断开磷酯键的同时形成环状磷酸二酯，再在碱的作用形成水解产物。,（,2,）酶水解,生物体内存在多种核酸水解酶。这些酶可以催化水解多聚核苷酸链中的磷酸二酯键。,以,DNA,为底物的,DNA,水解酶（,DNases,）和以,RNA,为底物的,RNA,水解酶（,RNases,）。,根据作用方式又分作两类：,核酸外切酶和核酸内切酶。,核酸外切酶的作用方式,是从多聚核苷酸链的一端（,3-,端或,5-,端）开始，逐个水解切除核苷酸；,核酸内切酶的作用方式,刚好和外切酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。,在分子生物学研究中最有应用价值的是,限制性核酸内切酶,。这种酶可以特异性的水解核酸中某些特定碱基顺序部位。,3,、核酸的紫外吸收,在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键体系，因而具有独特的紫外线吸收光谱，一般在,260nm,左右有最大吸收峰，可以作为核酸及其组份定性和定量测定的依据。,二、核酸的变性、复性与杂交,(,一,),核酸的变性,1,、核酸的变性,-,是指在一些物理或化学因素作用下，核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链无规则线团结构的过程。,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。,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。,RNA,本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为所引起的性质变化没有,DNA,那样明显。,利用紫外吸收的变化，可以检测核酸变性的情况。,例如，天然状态的,DNA,在完全变性后，紫外吸收,(260 nm),值增加,25,40%.,而,RNA,变性后，约增加,1.1%,。,增色效应,-,当核酸变性时，双螺旋结构被破坏，碱基暴露出来，其紫外吸收随之增加的现象。,2,、,DNA,变性的特征,DNA,的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。因此，通常将引起,DNA,变性的温度称为,融点,或,解链温度,，用,T,m,表示。,一般,DNA,的,T,m,值在,70-85,C,之间。,DNA,的,T,m,值与分子中的,G,和,C,的含量有关。,G,和,C,的含量高，,T,m,值高。因而测定,Tm,值，可反映,DNA,分子中,G,C,含量，可通过经验公式计算：,（,G+C)%=(Tm-69.3)X2.44,DNA,变性,当,DNA,的稀盐溶液加热到,80-100,时，双螺旋结构即发生解体，两条链彼此分开，形成无规线团。,DNA,变性后，它的一系列性质也随之发生变化，如紫外吸收,(260 nm),值升高,粘度降低等。,影响,Tm,的因素：,（,1,）,G-C,的相对含量,（,G+C,）,%=,（,Tm,69.3,）,2.44,（,2,）介质离子强度低，,Tm,低。,（,3,）高,pH,下碱基广泛去质子而丧失形成氢键的能力。,（,4,）变性剂如甲酰胺、尿素、甲醛等破坏氢键，妨碍碱基堆积，使,Tm,下降。,(,二,),核酸的复性,（退火）,变性,DNA,在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为,复性,。,DNA,复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一般只能得到部分的恢复。,DNA,复性的程度、速率与复性过程的条件有关。,将热变性的,DNA,骤然冷却至低温时，,DNA,不可能复性。但是将变性的,DNA,缓慢冷却时，可以复性。分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外，,DNA,的复性也与它本身的组成和结构有关。,DNA,复性,影响复性速度的因素,：,（,1,）单链片段浓度,（,2,）单链片段的大小,（,3,）片段内重复序列的多少,（,4,）溶液离子强度的大小,（,5,）溶液温度的高低,(,三,),核酸的杂交,热变性的,DNA,单链，在复性时并不一定与同源,DNA,互补链形成双螺旋结构，它也可以与在某些区域有互补序列的异源,DNA,单链形成双螺旋结构。,这样形成的新分子称为杂交,DNA,分子。,DNA,单链与互补的,RNA,链之间也可以发生杂交。,核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。,核酸的杂交,变性,复性,杂交,核酸的序列测定,目前多采用,Sanger,的酶法,和,Gilbert,的化学法,O,HOH,2,C,H,H,1,2,3,4,5,N,N,N,N,H,H,H,9,ddATP,P,P,P,核酸的生物功能,一、,DNA,的复制与生物遗传信息的保持,DNA,复制的要点是：,1,）在复制开始阶段,DNA,的双螺旋拆分成两条单链。,2,）以,DNA,单链为模板，按照碱基互补配对的原则,在,DNA,聚合酶催化下，合成与模板,DNA,完全互补的新链，并形成一个新的,DNA,分子。,3),通过,DNA,复制形成的新,DNA,分子,与原来的,DNA,分子完全相同。经过一个复制周期后，子代,DNA,分子的两条链中，一条来自亲代,DNA,分子，另一条是新合成的，所以又称为,半保留复制,。,DNA,复制过程,二、,RNA,与生物遗传信息的表达,首先，,DNA,通过转录作用，将其所携带的遗传信息（基因）传递给,mRNA,在三种,RNA,（,mRNA,、,tRNA,和,rRNA,）的共同作用下，完成蛋白质的合成。,中心法则,生物的遗传信息从,DNA,传递给,mRNA,的过程称为转录。根据,mRNA,链上的遗传信息合成蛋,白质的过程，被称为翻译和,表达。,1958,年,Crick,将生物,遗传信息的这种传递方式称为中心法则。,转录过程,翻译过程,1,转录,mRNA,的合成,转录,是以,DNA,为模板合成与其碱基顺序互补的,mRNA,的过程。,细胞生长周期的某个阶段，,DNA,双螺旋解开成为转录模板，在,RNA,聚合酶催化下，合成,mRNA,。,mRNA,不能自我复制，即其本身不能作为复制模板，因此在转录过程中即使出现某些差错，也不会遗传下去。,mRNA,是,DNA,的转录本，携带有合成蛋白质的全部信息。蛋白质的生物合成实际上是以,mRNA,作为模板进行的。,遗传密码,mRNA,分子中所存储的蛋白质合成信息，是由组成它的四种碱基（,A,、,G,、,C,和,U,）以特定顺序排列成三个一组的三联体代表的，即每三个碱基代表一个氨基酸信息。,这种代表遗传信息的三联体称为,密码子,，或,三联体密码子,。,mRNA,分子的碱基顺序即表示了所合成蛋白质的氨基酸顺序,。,mRNA,的每一个密码子代表一个氨基酸。,20,种基本氨基酸的三联体密码子都已经确定。此外，还有一个密码子是肽链合成,起始密码子,(,AUG,),三个是,终止密码子,(,UAG,、,UAA,、,UGA,),，以保证蛋白质合成能够有序地进行。,遗传密码,（,1,）氨基酸的活化,氨酰,-tRNA,的合成,2,翻译,蛋白质的合成,氨基酸活化的总反应式是：,氨基酰,-tRNA,合成酶,氨基酸,+ATP+tRNA+H,2,O,氨基酰,-tRNA+AMP+PPi,每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰,-tRNA,合成酶。它既催化氨基酸与,ATP,的作用,也催化氨基酰基转移到,tRNA,。,氨基酰,-tRNA,合成酶具有高度的专一性。每一种氨基酰,-tRNA,合成酶只能识别一种相应的,tRNA,。,tRNA,分子能接受相应的氨基酸,决定于它特有的碱基顺序,而这种碱基顺序能够被氨基酰,-tRNA,合成酶所识别。,(2),氨基酰,-tRNA,在,mRNA,模板指导下组装成蛋白质,氨基酰,-tRNA,通过反密码臂上的三联体反密码子识别,mRNA,上相应的遗传密码，并将所携带的氨基酸按,mRNA,遗传密码的顺序安置在特定的位置，最后在核糖体中合成肽链。,核糖体的结构与功能,核糖体由两个亚基组成：,大亚基（,50S,）和小亚基（,30S,）。,核糖体有两个,tRNA,结合位点：,P,位点和,A,位点。,A,位点,氨酰,-tRNA,结合位点。,P,位点,肽酰,-tRNA,结合位点。,大亚基（,50S,）,小亚基（,30S,）,现在已经知道作为多肽合成起始信号的密码子有两个，即甲硫氨酸的密码子,(,AUG,),和氨酸的密码子,(GUG)(,极少出现,),。在大肠杆菌中,起始密码子,AUG,所编码的氨基酸并不是甲硫氨酸本身,而是甲酰甲硫氨酸。,第一步：起始,阅读框架,第二步：延伸,第三步：终止,四、遗传变异的化学本质,DNA,结构的改变将导致相应蛋白质一级结构（氨基酸顺序）的变化，从而引起生物特征或性状发生变异。,所以，一切生物的变异和进化都可以认为是由于,DNA,结构的改变而引起蛋白质组成和性质变化的结果。,1,，,DNA,结构变化的类型及影响因素,生物遗传变异的分子机制是,DNA,分子中为氨基酸编码的三联体密码子的改变。,DNA,遗传密码的改变主要有如下几种类型：,碱基顺序颠倒，如,TA,被颠倒成,AT,；,某个碱基被调换，如,AT,换成,GC,；,少了或多了一对或几对碱基，例如：,5,ATGGCTATGC 3,变成,5,ATGGTATGC 3,3,TACCGATACG 5,3,TACCATACG 5,基因突变,上述,DNA,碱基顺序的改变，是,DNA,在复制过程中出现错误产生的。由于,DNA,是具有复制功能的分子，一旦,DNA,碱基顺序出错，它就会通过复制机制遗传下去。,由于,DNA,碱基顺序的改变引起生物遗传性状显著变化的现象，称为基因,“,突变,”,。,(1)DNA,分子中碱基互变异构,DNA,分子的碱基，存在酮式,烯醇式或氨式,亚胺式互变异构。不同的互变异构体形成氢键的方向和能力不同，有可能导致复制时出现错误。,例如在正常情况下，,A,（氨式结构）与,T,（酮式结构）配对；当,A,以亚胺式存在时（几率非常小），则与,C,配对。,(2),物理因素,能够引起基因突变的物理因素主要包括：紫外线（,UV,）、高能射线和电离辐射等。,当,DNA,受到大剂量紫外线（波长,260nm,附近）照射时，可引起,DNA,链上相邻的两个嘧啶碱基共价聚合，形成二聚体，例如,TT,二聚体,。,光聚合反应,胸腺嘧啶碱基在紫外光照射下，可以发生二聚加成反应：,在,DNA,分子中，如果两个胸腺嘧啶碱基相邻，在紫外光照射下，可能发生上述聚合反应，其结果是破坏了正常复制或转录。,X-,射线以及放射性物质产生的辐射具有很高的能量，能直接引起,DNA,物理或化学性质的改变。另外，电离辐射将也能使,DNA,周围环绕的其它分子（主要是水）产生具有很高活性的自由基，这些自由基能够进一步与,DNA,分子反应，导致,DNA,结构发生变化。,(3),化学因素,化学因素是引起,DNA,结构发生变化的最常见因素，主要包括：烷基化试剂，亚硝酸盐以及碱基类似物等。,烷基化试剂能够与,DNA,分子中的氨基或氧作用，生成烷基化,DNA,。除了碱基上有多个位置可被烷基化外，,DNA,链上磷酸二酯键中的氧也容易被烷基化，从而导致,DNA,链的断裂。,烷基化反应,由于含氧碱基存在酮式和烯醇式的互变异构，烯醇式中的羟基可以被烷基化转变为稳定的烯醇醚。,鸟嘌呤核苷烷基化形成,6-,甲氧基鸟嘌呤核苷后，不再与,C,配对，而与,T,配对。,这种情况将引起,DNA,的复制、转录及信息表达出现错误。,环外氨基的反应,环外氨基在适当条件下，也可以发生化学反应。,胞嘧啶核苷在亚硝酸作用下，可以形成重氮盐，再转变为尿嘧啶核苷。因此生物体内亚硝酸的存在有可能改变,DNA,的碱基组成。,腺嘌呤核苷和鸟嘌呤核苷也能发生类似的反应，分别形成次黄嘌呤核苷（,I,）和黄嘌呤核苷（,X,）。,这种变化，将影响或改变碱基形成氢键的能力和方向，导致,DNA,复制错误，是引起基因突变的重要原因之一。,碱基类似物是一类结构与核酸碱基相似的人工合成或天然化合物，由于它们的结构与核酸的碱基相似，当这些物质进入细胞后能够掺入到,DNA,链中，干扰,DNA,的正常复制和转录。,常见的有碱基衍生物及稠环、稠杂环类化合物。例如,5-,溴尿嘧啶（,5-BU,），它与胸腺嘧啶碱基的结构相似，能取代,T,与,A,配对。,又如一种称为二恶英的含氯芳香杂三环化合物（,2,3,7,8-,四氯,-,二苯,-,二恶英，简称,TCDD,），是一种具有强烈致癌和致畸物质。它能够进入细胞并与,DNA,结合，导致,DNA,复制发生错误，从而可能诱发癌变。,八、核酸的生物学功能和实践意义,核酸是基本遗传物质，在蛋白质的生物合成上又占有重要位置，因而在个体的生长、生殖、遗传、变异和转化等一系列生命现象中起决定性作用。,（一）核酸与遗传信息的传递,DNA,是基本遗传物质,有了一定结构的,DNA,，才能产生一定结构的蛋白质，由一定结构的蛋白质才有一定形态和生理特征，所以根据,DNA,的特定遗传密码产生的蛋白质就代表特定生物的遗传性。在遗传过程中,DNA,的具体作用,：,（,1,）,在细胞分裂时按照自己的结构精确复制传给后代；,（,2,）,作为模板将所贮遗传信息传给,mRNA,。,RNA,在传递遗传信息上的作用,mRNA,是蛋白质合成的模板；,tRNA,识别,mRNA,上的遗传密码，转运特定氨基酸到核糖体上合成肽链；,rRNA,是核糖体的主要成分，是翻译工作的场所。,（二）核酸与蛋白质的生物合成,DNA,转录为,mRNA,是有选择的，,tRNA,和,rRNA,也是,DNA,的转录产物。,（三）核酸结构改变与生物变异,一切生物的变异和进化都可以说是由于,DNA,的结构改变而引起蛋白质改变的结果。,生物遗传的变异起源于,DNA,碱基配对的改变，有的由于,DNA,碱基的颠倒（如,TA,被颠倒为,AT,）或被调换（如,GC,被换为,TA,）；有的由于在,DNA,复制过程中被遗漏了一对或多了一对核苷酸，或者在转译时发生了差误，如氨酰,tRNA,合成酶错将一个结构与正常氨基酸十分相似的物质交给,tRNA,。还有一些生物的遗传性状发生了突变。,（四）,DNA,与细菌转化,一种细菌的遗传性状因吸收了另一种细菌的,DNA,而发生改变的现象，称为细菌的转化。,（五）核酸与病变,遗传性疾病是由于遗传缺陷而产生的，也就是,DNA,结构改变的结果。,镰刀型红细胞贫血,和,白化病,(albinism),。,病毒对活细胞的侵染是寄主发生疾病，主要是由于核酸的的作用。流感、肝炎、带状疱疹、脊髓灰质炎、白血病、烟草斑纹病。,（六）遗传工程,遗传工程是用人工方法改组,DNA,，从而培育新型生物品种的技术。,实验室中将细菌作材料研究遗传工程过程可分为：,（,1,）重组,DNA,分子（基因重组）；（,2,）将重组,DNA,引入受体细胞（转化或转导）。,有利,：,（,1,）有可能培育出高产抗病、耐旱、耐寒、耐盐碱的优良性能的动植物新品种；（,2,）改良微生物品种使产生人工难以制得的生物活性物质如胰岛素、干扰素等；（,3,）解决某些疾病病因和控制这些疾病。,不利：,引起某些疾病的广泛流行和使某些细菌失去对抗菌素的敏感性，或者使某些酶或激素失去应有的生物活性等。,（七）克隆与克隆化,由单一亲代细胞用无性繁殖产生的子代细胞称克隆，形成克隆的过程称克隆化。,提要,本章主要介绍核酸的化学本质、结构和功能。总的要求是：,1.,了解核酸的化学本质及,DNA,和,RNA,在组分、结构和功能上的差异。,2.,弄清嘌呤、嘧啶、核苷、核苷酸和核酸在分子结构上的关系。,3.,了解核酸的结构和它们的性质、功能的相互关系。,认识核酸在生物科学上的重要性及其实践意义。,注意：,（,1,）核苷酸是核酸的基本组成单位，应以腺苷酸和胞苷酸为代表，彻底弄清核苷酸的化学结构和化学性质。结合有机化学把嘌呤和嘧啶的基本结构搞清楚，同时把核酸中存在的,A,、,T,、,U,、,C,、,G,的结构记熟。（,2,）注意嘌呤、嘧啶同核糖在哪个部位连接成核苷，核苷如何同磷酸连接成核苷酸，核苷酸又如何连接成一级结构的核苷酸链。要特别注意核酸的二、三级结构中碱基的配对规律。（,3,）从分析比较核酸分子的组成和结构上的特点，进而联系它们的性质和生物功能。,主要特征,：,1.,四臂四环；,2.,氨基酸臂,3,端有,CCA,OH,的共有结构；,3.D,环上有二氢尿嘧啶（,D,）；,4.,反密码环上的反密码子与,mRNA,相互作用；,5.,可变环上的核苷酸数目可以变动；,6.T,C,环含有,T,和,；,7.,含有修饰碱基和不变核苷酸。,CCGGTAGCAATT,3,5,模板,引物,GG,5,3,GG,C,GGC,C,GGCCAT,C,C,ddCTP,GGCC,A,GGCCATCGTTG,A,ddATP,A,GGCCATC,G,GGCCATCGTT,G,G,ddGTP,GGCCA,T,GGCCATCG,T,GGCCATCGT,T,T,ddTTP,C,C,A,T,C,G,T,T,G,A,5,3,