核酸的结构与功能

参照复旦大学出版社出版的《生物化学与分子生物学》整理。

核酸的结构与功能

• 核酸的基本组成单位——核苷酸
  • 碱基
    • 嘌呤与嘧啶
      • 主要碱基——ATCGU
      • 稀有碱基
        • 正常碱基修饰：m6A，m5C
        • 非修饰：I，DHU
    • 碱基的理化特性影响核酸的结构与功能
      • 紫外吸收：260nm最大
      • 互变异构：酮式——烯醇式；氨基——亚氨基
      • 碱基之间的堆积力与、氢键
  • 戊糖——β-D-核糖与β-D-脱氧核糖
  • 核苷
    • 嘧啶糖苷键不能自由旋转，嘌呤可以——空间位阻效应
    • 有嘌呤的9号N或嘧啶的1号N与戊糖1号碳脱水缩合成N-糖苷键
    • tRNA中假尿嘧啶核苷酸是核糖与嘧啶环的C-5形成糖苷键
  • 核苷酸
    • 核苷或脱氧核苷的核糖C-5的羟基被磷酸化
    • 游离的多磷酸核苷酸
      • 能量储备载体：ATP,GTP等
      • 信号转导：cAMP，cGMP等
      • 合成辅酶：NAD，FAD，FMN等
  • 核酸
    • 众多的核苷酸通过3',5'-磷酸二酯键形成的无分支结构生物大分子
    • 磷酸基末端是5'端（左侧），羟基末端是3'端（右侧）
• DNA的结构与功能
  • DNA的一级结构
    • 脱氧核苷酸dATP,dGTP,dCTP,dTTP按照一定顺序通过3',5'-磷酸二酯键相连形成的无分支多聚脱氧核糖核苷酸链
    • Chargaff规则
      • A=T,C=G
      • 不同生物的DNA碱基组成不同
      • 同一个体的不同器官、组织中碱基组成相同，不随年龄，营养状态以及环境变化
  • DNA二级结构
    • 双螺旋结构——Watson&Crick
      • 反向平行，右手螺旋
      • 外侧亲水，内侧疏水
      • 碱基互补配对
      • 碱基对平面之间垂直距离是0.34nm，螺距3.54nm，每一个螺旋有10.5个碱基对，每个螺旋都有一个大沟和一个小沟，大沟是蛋白质识别DNA的结构基础
      • 垂直方向有碱基堆积力（包括疏水作用和范德华力），水平方向上是氢键，前者作用更为重要
    • 双螺旋结构的多样性
      • A型DNA：降低环境湿度至75%，B型DNA构象发生可逆改变，碱基对之间垂直距离为0.26nm，每个螺旋结构含有11个碱基对，碱基平面非平行，该结构还常见于RNA双链和DNA-RNA杂化双链
      • B型DNA：Watson&Crick提出的DNA结构
      • Z型DNA：具有左手螺旋结构，糖苷键呈反式
    • 特殊的DNA空间结构
      • 连续6个A，会导致DNA出现18度弯折
      • 一条单链DNA出现局部反向互补，会形成发夹结构；双螺旋DNA则会出现十字结构
      • 三链DNA
        • Pu-Pu-Py
        • Py-Pu-Py
        • 含有一个Watson Crick氢键和一个Hoogsteen氢键
        • 有方向相同和方向相反两种情况
      • 四链DNA
        • 鸟苷酸四聚体：位于端粒
        • 存在方向相同/相反