第二章 核酸和蛋白质的结构和功能
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第二章 核酸和蛋白质的结构和功能. 第一节 、 DNA------- 遗传的物质基础. 一、 DNA 是遗传物质的实验证据. 1 、肺炎球菌的转化现象. 两种类型:光滑的 S 型( Smooth )有毒 粗糙的 R 型( Rough ) 无毒. Griffith 的转化实验. 转化:将无毒的 R 型菌在加热杀死的 S 型菌的作用下,转化为有毒的 S 菌,称为转化。. S 菌 抽 提 物. 蛋白酶处理. DNA 酶处理. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第一节 、 DNA------- 遗传的物质基础
一、 DNA 是遗传物质的实验证据1 、肺炎球菌的转化现象
两种类型:光滑的 S 型( Smooth )有毒
粗糙的 R 型( Rough ) 无毒
Griffith 的转化实验
1944 年 Avery 重复了上述实验:确认转化物为DNA
S 菌 抽 提 物
DNA 酶处理 蛋白酶处理
不起转化作用 转化率不受影响
1949 年将 Pr 污染降至〈 0.02%
DNA 纯度越高,转化率越高
说明: 1 )进入细菌的只是 DNA 而蛋白质留在外面
2 )噬菌体 DNA 借用细菌的复制机制,大量复制噬菌 体 DNA ,并翻译出其蛋白质,最终组装成子代 T2 。
只有 DNA 是世代间的连续物质。
二、 DNA 的结构
(一) DNA 的基本结构单位 ------- 核苷酸
一分子碱基 嘌呤: A , G
嘧啶: C , U , T
一分子戊糖: 核糖: RNA
脱氧核糖: DNA
一分子磷酸:
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(二) DNA 的结构
1. DNA 的一级结构:指 DNA 分子中核甘酸的排列顺序
( 1 )四种脱氧核糖核苷酸通过 3 ', 5 ' - 磷酸二酯键聚合成直线(真核生物)或环型 DNA 分子(细菌和噬菌体)。( 2 )核苷酸长链具有方向性(极性)
5 '端:戊糖 5 '位有 -OH 或磷酸3 '端:戊糖 3 '位有 -OH
书写方向: 5 ' 3 '
2 . DNA 的二级结构:双螺旋结构
( 1 )双螺旋结构的主要内容A :两条链反向平行 5 ' 3'
3' 5'B :右手螺旋为主,局部有左螺旋
C :碱基在内侧,磷酸和戊糖在外侧(疏水) (亲水)
D :碱基互补配对:氢键( A=T , G=C )E :形成两条沟(对pr与DNA的相互识别很重要) 大沟:两个螺旋之间
小沟:两条链之间
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(2) 、DNA的变性和复性
变性:导致DNA双螺旋结构破坏,使双链分开 成单链的过程,称为变性.
条件:加热, 极端酸碱, 高盐溶液等
热变性(溶解 Melting ):加热引起的变性
将 50%DNA 分子变性时的温度称溶解温度( Tm ):
GC 含量 Tm
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3 、 DNA 的三级结构:超螺旋结构
( 1 )原核生物 (图 2-8 ):大部分原核生物 DNA 都是 环状的
开放环状 DNA ( open circular DNA ): 双链 DNA 中的一条链有缺口
闭合环状 DNA ( closed circular DNA ):
正螺旋(顺时针方向,自然界无)
负超螺旋(逆时针)
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核小体 ----- 螺线管 ----- “ 袢环”(每个袢环包含 315 个核小体)
沿染色体纵轴(由非组蛋白所构成的支架),由中央向四周伸出,构成放射环,环基部在中央集中并与非组蛋白轴相连
-----
----- 每 18 个袢环呈放射平面排列成一圈,形成 1 个微带
----- 约 106 个微带沿纵轴构建成染色单体。(如图)
A :袢环模型
( 2 )真核生物:染色体(分裂期) -- 染色质(间期)
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B :染色质(间期)与染色体(分裂期):同一物质
结构(图 2-10 ):长( q )、短( P )臂
着丝粒
端粒
核型(图 2-11 :):生物体细胞中的全套染色体
分类(图 2-12 ):中央着丝粒染色体 亚中央着丝粒染色体 近端着丝粒染色体
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( 1 )结构基因:外显子 + 内含子
2 、真核生物基因的结构(图 2-14 )
( 2 )顺式调控元件:( cis-acting elements )
指与基因表达的调控有关,能与转录因子结合的 DNA 序列。
主要有: 启动子:真核生物: TATA box 上游启动子元件 反应元件 增强子 加尾信号
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上游启动子元件( upstream promoter elements ): 位于 TATA box 上游
主要有: CAAT box , CACA box , GC box
反应元件:与信息分子的受体结合
增强子:位置灵活,内含负增强子( negative enhancer )
加尾信号:最后一个外显子的一段保守 AATAAA 序列
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第二节 RNA 的结构一、组成成分
碱基: A 、 U 、 G 、 C
戊糖:核糖磷酸
二、 RNA 的分类
mRNA 、 tRNA 、 rRNA 、 SnRNA 、 ScRNA 等
1 、 mRNA ( messenger RNA )
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( 1 )原核细胞 mRNA 的特点:(图 2-15 )
顺反子( cistron ):由结构基因转录生成的 mRNA 真核生物:单顺反子
原核生物:多顺反子
A :原核生物往往是多顺反子 .
B : mRNA 5'端无帽子( cap )结构,3'端一般无 poly A.
C :一般没有修饰碱基
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5’pppG AUG(GUG) UAG AUG UAA AUG UAG AOH 3‘
A蛋白顺反子
外壳蛋白顺反子
复制酶顺反子
非翻译区
与核蛋白体结合部位
原核 mRNA 的一级结构模式(噬菌体 MS2 的结构)
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( 2 )真核生物 mRNA 结构的特点 : ( 图 2-16)
m7GpppNm(Nm) AUG 翻译区UGA
UAA
UAG
AAUAAA
>100
AAAAnAOH
3’
20-200
5’
与核蛋白体结合部位
m6A m6A
非翻译区
真核 mRNA 的 一级结构模式(哺乳动物)
39D :一般有修饰碱基 ( 甲基化
)
A :真核生物往往是单顺反子 .B : mRNA 5'端有帽子( cap )结构 ( 图 2-17).
C :3'端一般有 20bp-300bp(base pair) 的 poly A.
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2. tRNA(transfer RNA) : 约占总 RNA 的 15% 左右 .
特点 :
A :单链小分子 , 73-93bp.B :有修饰碱基和稀有碱基 .C :5'端总是磷酸化 (pG), 3'端为 CPCPAOH 序列 .D :可形成三叶草型的二级结构 .E :三级结构为倒 L 型
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4. 具有催化活性的 RNA: 核酶 (ribozyme)
P16
5. 核内不均一 RNA(heterogeneous nuclear RNA, hnRNA)
真核细胞 mRNA 的前体
6. 小分子核内 RNA(small nuclear RNA, SnRNA)
真核生物内 , 长度 <300bp, 序列高度保守 不单独存在 , 常与 Pr 形成 SnRNP (small nuclear ribonucleoprotein particle)
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2 .空间结构:立体结构、高级结构( 1 )二级结构 : 多肽链内部通过次级键形成的结构
主要有 : - 螺旋 (-helix) -折叠 (-pleated sheet) 无规则卷曲 (random coil) - 螺旋 (-helix)
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超二级结构 (super secondary structure):
二级结构组合在一起形成的结构称 (motif)
目前有三种基本形式 : - 螺旋组合 () - 螺旋折叠组合 ()
折叠组合 ()
结构域 (domain):
超二级结构形成紧密、稳定而且在蛋白质分子构象上可明显区分的区域。
由多个 motif 组成
模体( motif )
属三级结构
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三、蛋白质 ----DNA 相互作用
DNA (顺式作用元件):启动子,增强子等蛋白质(反式作用因子): DNA 结合蛋白
调节基因的表达
具有特殊的 motif 锌指结构 P25螺旋 - 转角 - 螺旋
大多数与 DNA 的大沟结合