核酸的結(jié)構(gòu)與功能及核苷酸代謝

.,1,核酸結(jié)構(gòu)與功能及核苷酸代謝,.,2,DNA染色體脫氧核糖核酸核酸RNA細(xì)胞核/質(zhì)核糖核酸,DNA:儲存細(xì)胞所有的遺傳信息RNA：在遺傳信息的表達及蛋白質(zhì)合成中起作用(某些病毒RNA也可作為遺傳信息的載體)。,Deoxyribonucleicacid,Ribonucleicacid,Nucleicacid,.,3,第一節(jié)核酸的化學(xué)組成,組成元素：C、H、O、N、P,基本單位（構(gòu)件分子）：核苷酸,磷酸酯鍵,磷酸酯鍵,.,4,堿基+核糖+磷酸嘧啶或嘌呤核糖或脫氧核糖核苷nucleoside核苷酸nucleotide,組成核酸的基本構(gòu)件分子：核苷酸,.,5,一、堿基：含氮的雜環(huán)化合物，有嘧啶和嘌呤的衍生物組成,嘌呤：,.,6,腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）,.,7,嘧啶：胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（U）,（C）,（U）,（T）,CH3,.,8,二、戊糖構(gòu)型：-D-核糖、-D-脫氧核糖,OH,OH,HOCH2,HOCH2,.,9,三、核苷含氮堿（嘌呤或嘧啶）+核糖（脫氧核糖）,核苷,H,糖苷鍵（N-C）,.,10,四、核苷酸（核苷+磷酸）核苷中戊糖5碳原子上的羥基與磷酸通過磷酸酯鍵相連形成,種類：核糖核苷酸脫氧核糖核苷酸,磷酸酯鍵,磷酸酯鍵,.,11,根據(jù)連接的磷酸數(shù)目分為：NMP、dNMP、NDP、dNDP、NTP、dNTP,.,12,核苷酸作用：1.合成核酸的主要原料2.在物質(zhì)代謝中起著供能（ATP、活性載體（UDPG、CDP-膽堿）3.構(gòu)成輔酶（NAD+、FAD）4.作為激素第二信使參與體內(nèi)信號傳遞（cAMP、cGMP）,.,13,13,信息分子-cAMP,能量ATP,活性葡萄糖供體,維生素B2、B3體內(nèi)活性形式,.,14,五、核酸中核苷酸的連接方式,連接鍵：3-5磷酸二酯鍵一個核苷酸的3-OH與另一個核苷酸的5-磷酸脫水縮合形成多聚核苷酸鏈。,具有方向性5到3,.,15,書寫方法,5pApCpTpGpCpT-OH3,5ACTGCT3,線條式,字母式,.,16,思考題：,什么叫做核酸、核苷酸、核苷？參與核酸組成的常用堿基是那些？參與核酸組成的糖有幾種？體內(nèi)有幾種核酸？核酸中連接核苷酸的的共價鍵是什么？,.,17,DNA分子的一極結(jié)構(gòu)多核苷酸鏈中的脫氧核糖核苷酸（堿基）的排列順序,參與堿基：A、T、C、G,第二節(jié)DNA的結(jié)構(gòu)與功能,排列順序？,dAMP、dTMP、dCMP、dGMP,.,18,二、.DNA的二級結(jié)構(gòu)：雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（doublehelixstructure)揭示了生物界遺傳性狀得以遺傳的分子奧秘,由許多脫氧單核苷酸組成的雙螺旋大分子,.,19,雙螺旋結(jié)構(gòu)特點：,（1）由兩條長度相同、反向平行的互補多脫氧核苷酸長鏈為骨架。右旋方式饒一個共同的中軸旋繞，直徑2nm。（2）疏水的堿基平面在螺旋的內(nèi)側(cè)，垂直于螺旋縱軸。親水的糖、磷酸骨架在螺旋外側(cè)，與堿基平面互相垂直。每個螺旋有10個堿基，兩個堿基之間的距離為0.34nm。,.,20,（3）螺旋的表面有大溝(majorgroove)、小溝(minorgroove)。是蛋白質(zhì)與DNA互相作用部位。（4）兩條反向平行鏈以堿基配對而固定在一起。A=T、G=C，兩者之間以氫鍵相連,.,21,縱向：堿基堆積力（上、下堿基平面的疏水基團形成的力）橫向：堿基對之間的氫鍵,（5）維持雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的兩種力,.,22,5,5,3,3,.,23,.,24,三、DNA的超級結(jié)構(gòu)在雙螺旋的基礎(chǔ)上進一步盤曲所形成的超螺旋結(jié)構(gòu)。,正超螺旋(positivesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方同相同,負(fù)超螺旋(negativesupercoil)盤繞方向與DNA雙螺旋方向相反,.,25,真核生物DNA的高級結(jié)構(gòu)-DNA與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物真核生物基因組DNA比較大，通常與蛋白質(zhì)結(jié)合，進行折疊壓縮染色體結(jié)構(gòu)。DNA纏繞在組蛋白上，折疊成核小體（染色質(zhì)的基本組成單位）,.,26,幾個核小體組成染色質(zhì)纖維，染色質(zhì)纖維進一步盤曲，折疊形成染色單體。,.,27,四、DNA的功能：生物遺傳信息的攜帶者，基因復(fù)制和基因表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）的模板,是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個體生命活動的信息基礎(chǔ)。,.,28,五、基因與基因組,能編碼有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或合成RNA所必需的DNA序列，是核酸分子的功能單位。,（gene),基因-DNA分子中的特定區(qū)段,.,29,基因組（genome),-一個生物體的全部基因序列（儲存了一個物種所有的遺傳信息。各種生物基因組的大小、結(jié)構(gòu)、基因的種類和數(shù)量都是不同的。,.,30,RNA的一級結(jié)構(gòu)-RNA分子中堿基組成和排列順序分子量小于DNA，數(shù)量多，種類多，分子大小不一，結(jié)構(gòu)不同,堿基種類：A、G、C、U、少量的稀有堿基,。,第三節(jié)RNA的結(jié)構(gòu)與功能,AMP、GMP、CMP、UMP,.,31,分類（參與蛋白質(zhì)合成中作用不同）tRNA（transferRNA)轉(zhuǎn)運氨基酸和識別密碼子mRNA(messengerRNA)在蛋白質(zhì)翻譯中提供遺傳密碼rRNA(ribosomalRNA)提供蛋白質(zhì)合成場所,.,32,種類多，分子大小不一，含量少，約占3%結(jié)構(gòu)：真核生物與原核生物結(jié)構(gòu)差異很大,一、信使RNA（mRNA）,.,33,mRNA的功能：傳遞DNA的遺傳信息，作為蛋白質(zhì)合成模板，指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成。分子中相鄰的三個核苷酸編成一組，作為密碼子，決定編碼某種氨基酸,.,34,二、tRNA的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點：,體內(nèi)將近有上百種tRNA，大部分核苷酸數(shù)都在60-90之間含有稀有堿基，約占1020，轉(zhuǎn)錄后修飾的所有的tRNA3末端都是-CCA-氨基酸臂二級結(jié)構(gòu)是三葉草型，局部的雙螺旋組成的發(fā)夾結(jié)構(gòu)功能區(qū)：氨基酸臂、反密碼環(huán)三級結(jié)構(gòu)是倒L型，兩端是功能區(qū),.,35,三葉草形,局部的雙螺旋+非互補區(qū)形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)四個螺旋區(qū)、四個環(huán)氨基酸臂：結(jié)合氨基酸T-C環(huán)：結(jié)合核蛋白體。含T、額外環(huán)：數(shù)目變異大。作為tRNA分類標(biāo)志反密碼環(huán)：其中三個核苷酸組成反密碼子與mRNA上的密碼子形成氫鍵DHU環(huán)：環(huán)中含有DHU（二氫尿嘧啶核苷酸）,.,36,倒L型在二極結(jié)構(gòu)上的一個折疊，形成兩端，一端為氨基酸臂，另一端為反密碼環(huán),堿基堆積力是穩(wěn)定構(gòu)型的主要因素,.,37,tRNA的功能：通過反密碼環(huán)識別mRNA的密碼子，然后作為載體轉(zhuǎn)運相應(yīng)的氨基酸，參與蛋白質(zhì)的生物合成,.,38,結(jié)構(gòu)特點：單鏈與局部雙螺旋的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu),三、核糖體RNA,細(xì)胞內(nèi)含量最多的RNA，80%以上,.,39,組成核糖體：rRNA+多種核蛋白體裝配形成大、小亞基,.,40,.,41,rRNA的功能：與蛋白質(zhì)組成核糖體，裝配蛋白質(zhì)，是蛋白質(zhì)合成場所,.,42,.,43,DNA和RNA的異同點,DNA的一級結(jié)構(gòu)多核苷酸鏈中的脫氧核糖核苷酸（堿基）的排列順序參與堿基A、G、C、T方向5-3連接鍵3-5磷酸二酯鍵分子大功能:攜帶遺傳信息部位:細(xì)胞核和線粒體,RNA的一級結(jié)構(gòu)多核苷酸鏈中的核糖核苷酸（堿基）的排列順序參與堿基A、G、C、U、有少量的稀有堿基方向5-3連接鍵3-5磷酸二酯鍵分子量小于DNA，數(shù)量多，種類多，分子大小不一，結(jié)構(gòu)不同功能:信息的復(fù)制與表達部位:核、質(zhì)、線粒體,.,44,思考題：,DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)特點。三種RNA分子及功能從一級結(jié)構(gòu)、參與堿基、連接鍵、分子大小、方向、存在的部位及功能等方面比較一下DNA和RNA,.,45,第四節(jié)核酸的理化性質(zhì),一、核酸的一般性質(zhì),含有較多的磷酸，呈現(xiàn)酸性分子很大，溶液中黏度很高，RNA分子小于DNA，黏度小于DNA,.,46,二、核酸的紫外吸收核酸中的堿基內(nèi)的共軛雙鍵，在260nm波長的紫外有較強的吸收，可用于核苷酸、核酸進行定性、定量分析,.,47,三、核酸的變性、復(fù)性和雜交,變性：在一定理化因素作用下，核酸雙螺旋等空間結(jié)構(gòu)中堿基之間的氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)解開變成單鏈的現(xiàn)象。理化因素：加熱、化學(xué)試劑（酸、堿、有機溶劑）,.,48,DNA變性的本質(zhì)是雙鏈間氫鍵的斷裂,.,49,復(fù)性（退火）：DNA變性是可逆的，當(dāng)變性條件緩慢去除后，解開的雙鏈經(jīng)過堿基配對又重新聚合形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的過程。熱變性后的復(fù)性-退火低色效應(yīng)：伴隨著復(fù)性，其核酸的紫外吸收降低的現(xiàn)象,.,50,.,51,雜交：具有互補序列的不同來源的兩條單鏈核酸分子，按堿基配對原則結(jié)合在一起。雜交分子：DNA-DNA、DNA-RNA、RNA-RNA,.,52,.,53,病人DNA樣本,帶標(biāo)記的含有疾病核苷酸特異序列,斑點雜交,.,54,思考題,什么為DNA變性，產(chǎn)生的原因何謂DNA復(fù)性何謂核酸雜交,.,55,RNA和DNA徹底水解后的產(chǎn)物是,核糖相同,部分堿基不同堿基相同,核糖不同部分堿基不同,核糖不同堿基不同,核糖相同以上都不是,思考題,.,56,核酸中核苷酸之間的連接方式是,2,3磷酸二酯鍵3,5磷酸二酯鍵2,5-磷酸二酯鍵糖苷鍵氫鍵,.,57,下列哪種堿基只存在于RNA而不存在于DNA中?,腺嘌呤胞嘧啶鳥嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶,.,58,核苷酸的代謝一、嘌呤核苷酸的代謝二、嘧啶核苷酸的代謝,.,59,核苷酸是核酸的基本組成單位,核酸：是有核糖核苷酸或脫氧核糖核苷酸組成的大分子化合物,脫氧,脫氧,脫氧,.,60,第一節(jié)嘌呤核苷酸代謝,嘌呤（核酸中參與的堿基是嘌呤）核苷酸的合成代謝從頭合成:利用體內(nèi)一些簡單原料（氨基酸、1C單位、CO2、磷酸核糖等）經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)合成嘌呤。是多數(shù)細(xì)胞合成核苷酸的主要途徑。,.,61,補救合成：利用體內(nèi)現(xiàn)成的嘌呤，通過比較簡單反應(yīng)過程來合成嘌呤核苷酸的過程。主要在腦、骨髓組織中。,.,62,嘌呤核苷酸的結(jié)構(gòu),.,63,從頭合成部位：體內(nèi)大多數(shù)細(xì)胞(腦、骨髓除外）關(guān)鍵酶：PRPP合成酶、酰胺轉(zhuǎn)移酶,.,64,合成的特點：在磷酸核糖基礎(chǔ)上由小分子物質(zhì)或基團逐漸合成嘌呤環(huán)部分，首先是IMP（次黃嘌呤核苷酸）,然后再進一步轉(zhuǎn)變成GMP（鳥嘌呤核苷酸、AMP（腺嘌呤核苷酸）。中間產(chǎn)物：IMP,先有糖的骨架，后有嘌呤環(huán),.,65,IMP合成過程,.,66,3）GMP、AMP生成,.,67,67,AMP+H2OIMP+NH3,GMP,腺苷酸脫氨酶,嘌呤核苷酸之間的轉(zhuǎn)換,鳥苷酸還原酶,.,68,ATP、GTP生成由AMP、GMP在激酶的作用下，以ATP為磷酸供體，經(jīng)過兩步磷酸化生成,激酶,激酶,AMP,ADP,ATP,GMP,GDP,GTP,激酶,激酶,ATP,ATP,ATP,ATP,ADP,ADP,ADP,ADP,.,69,補救合成部位：腦、骨髓（從頭合成酶系缺乏）酶：腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶-APRT次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶-HGPRT,.,70,特點：合成簡單,消耗ATP少，節(jié)省原料（來自與aa）在骨髓、腦組織等中無從頭合成酶系，只能以補救合成為主要途徑。,.,71,.,72,嘌呤核苷酸合成的抗代謝物6-巰基嘌呤（6-mercaptopurine,6MP）結(jié)構(gòu)與IMP相似，在體內(nèi)轉(zhuǎn)變成6-MP核苷酸，反饋抑制合成中的幾個關(guān)鍵酶（PRPP合成酶、酰胺轉(zhuǎn)移酶），干擾或阻斷AMP、GMP合成。起到抗腫瘤生長的作用。,.,73,腺嘌呤核苷酸IMP次黃嘌呤核苷腺苷,腺苷酸脫氨酶ADA,核苷酸酶,磷酸（+）,核苷酸酶,+磷酸,腺苷酸脫氨酶,嘌呤核苷磷酸化酶，PNP,+1-磷酸核糖,黃嘌呤氧化酶,黃嘌呤氧化酶,5-磷酸核糖,磷酸戊糖途徑,PRPP,黃嘌呤,次黃嘌呤,尿酸,嘌呤核苷酸的分解代謝類似食物核苷酸的消化,.,74,尿酸-是嘌呤核苷酸分解代謝的終產(chǎn)物，正常人尿中排出尿酸量為0.25-0.70g,如嘌呤分解過多或腎排受阻,可使血中尿酸含量增高.痛風(fēng)-尿酸的結(jié)晶沉積在關(guān)節(jié)、軟組織、軟骨或腎臟,導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛,臨床上稱為痛風(fēng)。,.,75,治療原則減少尿酸的生成增加尿酸的排出,.,76,第二節(jié)嘧啶核苷酸代謝,從頭合成：原料：天冬氨酸、氨基甲酰磷酸（谷氨酰胺和CO2）、PRPP關(guān)鍵酶：氨基甲酰磷酸酶II（CPS-II）,.,77,嘧啶核苷酸的結(jié)構(gòu),.,78,特點：先合成嘧啶環(huán)，再與PRPP結(jié)合，生成乳清酸核苷酸，脫羧生成UMP（尿嘧啶核苷酸），然后在三磷酸水平轉(zhuǎn)變成CMP(胞嘧啶核苷酸)。,.,79,酸,哺乳動物中，由多功能酶催化,合成過程,.,80,CTP是在三磷酸水平生成,遺傳性乳輕酸尿：基因缺失-酶缺陷-乳清酸堆積-乳清酸尿、臨床癥狀,.,81,補救合成酶:磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（主要）、嘧啶核苷激酶過程,嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶嘧啶+PRPPUMP+PPi尿苷激酶尿嘧啶核苷+ATPUMP+ADP,.,82,脫氧核苷酸合成代謝脫氧核苷酸是由二磷酸核苷還原而成，以氫原子取代其核糖分子中的C2上的羥基酶核糖核苷酸還原酶反應(yīng),NDP+NAPH+H+,dNDP+NADP+H2O,RR,.,83,dCMP,dUDP,水解,脫氨,脫氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）的生成,.,84,三磷酸腺苷的生成：,激酶dNDP+ATPdNTP+ADP,.,85,脫氧核苷酸合成的抗代謝物,5-氟尿嘧啶（5-Fu）結(jié)構(gòu)與胸腺嘧啶相似，5-Fu在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成FdUMP，在結(jié)構(gòu)上與dUMP相似，與胸苷酸合成酶結(jié)合成復(fù)合物，也可直接參入到RNA分子中，抑制核酸代謝。,（MTX）氨基碟呤結(jié)構(gòu)與葉酸相似，競爭二氫葉酸還原酶，影響1C單位的轉(zhuǎn)運，使1C單位不能參與核苷酸的合成。,.,86,嘧啶核苷酸分解代謝,嘧啶核苷酸嘧啶H3PO4核糖胞嘧啶NH3、CO2、-丙氨酸,胸腺嘧啶,NH3、CO2、-氨基異丁酸,部分轉(zhuǎn)變成琥珀酰輔酶A，進入TCA,.,87,四種核苷酸、脫氧核苷酸合成總途徑,IMP,AMP,GMP,ADP,ATP,dADP,dATP,dAMP,dGMP,dGDP,dGTP,GDP,GTP,嘌呤,RNA合成的原料,DNA合成的原料,DNA合成的