核酸化学学习笔记

普通生物化学核酸化学部分的知识点有核酸组成、核算与病毒、核酸分离合成及鉴定原理、核算的性质、生物功能与实际意义、核苷酸的组成、结构及性质。

核酸化学

• 核酸
  • 组成
    • RNA
      • 分类
        • mRNA
          • 一级结构：
            • 单链多聚核苷酸 核苷酸之间通过 3‘，5’-磷酸二酯键
              • 种类多 分子量差异大
              • 真核细胞mRNA
                • 5’帽子结构：防止5’核酸外切酶的降解作用，有助于核糖体与mRNA的识别和结合
                • 单顺反子：有3‘-非编码区和5’-非编码区
                • 3‘有poly(A)结构：与mRNA分子的稳定性和运输有关
              • 原核细胞mRNA
                • 多顺反子：一条mRNA有多个编码区
                • 没有poly(A)结构
          • 功能
            • 将DNA的遗传信息传递到核糖体上，是蛋白质合成的直接模板
              • 遗传密码：密码子:mRNA上3个相邻的核苷酸序列，一个密码子代表一个氨基酸
                • 起始密码子：AUG
                • 终止密码子：UAA UAG UGA
        • rRNA
          • 一级结构：核糖体RNA
            • 由大小两个不同亚基组成
            • rRNA的修饰碱基含量比tRNA少得多，有甲基化核苷存在
          • 二级结构：三叶草形
          • 功能
        • tRNA
          • 一级结构
            • 相对分子质量小
            • 有较多的修饰碱基
          • 二级结构：三叶草形
            • 五部分：
              • 氨基酸臂
              • TΨC环
              • DH环
              • 额外环
              • 反密码环
          • 三级结构：倒L形
            • L端是3‘端CCA 另一端是反密码子
            • 碱基对间氢键维系三级结构
      • 功能：
        • 通过参与蛋白质的合成、中心法则和逆转录过程传递遗传信息
      • 组成
        • 腺嘌呤A 鸟嘌呤G 胞嘧啶C 尿嘧啶U
          • D-2-核糖
      • 结构
        • RNA的一级结构：核苷酸之间的连接方式和核苷酸的序列
          • 通过3’，5‘-磷酸二酯键相连
        • 测定RNA序列的方法
          • 用专一性核糖核酸酶裂解RNA
          • 用化学试剂裂解
          • 逆转录cRNA
        • 核糖核酸酶：降解RNA的核酸酶
          • RNase1
          • RNaseT1
        • RNA的二级结构：大多数RNA分子链的许多区域自身发生回折。回折区内的多核苷酸段呈螺旋结构。
          • 螺旋结构的稳定因素
            • 主要是碱基堆积力
            • 氢键
    • DNA
      • DNA和RNA在核糖和嘧啶是有区别的
      • 组成
        • D-2-脱氧核糖
        • 腺嘌呤A 鸟嘌呤G 胞嘧啶C 胸腺嘧啶T
      • 结构
        • 一级结构：DNA分子中核苷酸之间的连接方式和核苷酸的序列
          • DNA分子核苷酸之间的连接方式通过 3‘，5’-磷酸二酯键
          • 没有支链
          • 核苷酸链碱基的顺序是5‘--3‘
        • 研究DNA结构的工具酶
          • Dnase1 Dnase2 限制酶 蛇毒磷酸二酯酶 牛脾磷酸二酯酶
        • 研究DNA分子中的核苷酸序列
          • 化学裂解法
          • 链终止法
        • DNA双螺旋结构模型
          • 双螺旋结构的特点
            • 两条DNA互补链反向平行。
            • 由脱氧核糖和磷酸间隔相连而成的亲水骨架在螺旋分子的外侧，而疏水的碱基对则在螺旋分子内部。
            • 碱基平面与螺旋轴垂直，螺旋旋转一周正好为10个碱基对，螺距为3.4nm，这样相邻碱基平面间隔为0.34nm并有一个36◦的夹角。
            • DNA双螺旋的表面存在一个大沟和一个小沟，蛋白质分子通过这两个沟与碱基相识别。
            • 两条DNA链依靠彼此碱基之间形成的氢键而结合在一起。根据碱基结构特征，只能形成嘌呤与嘧啶配对，即A与T相配对，形成2个氢键；G与C相配对，形成3个氢键。因此G与C之间的连接较为稳定。
          • 稳定该结构的三种作用力：氢键、碱基堆积力、离子键
          • 种类：右手螺旋 A-DNA B-DNA C-DNA 左手螺旋:Z-DNA
          • DNA的三链和四链结构
        • 三级结构：在二级结构上进一步扭曲、折叠而形成，超螺旋是最常见的形式
          • 超螺旋：DNA三级结构的主要形式，由双螺旋DNA进一步扭曲盘绕 而形成
            • 分类
              • 负超螺旋：与DNA双螺旋的旋转方向相反的扭转
              • 正超螺旋：与DNA双螺旋的旋转方向相同的扭转
            • 特点（与线状或开环DNA相比)
              • 结构更紧密，粘度较低，浮力密度大，沉降速度快
              • 在变性时温度高，变形后两条链难以分开
        • 真核细胞染色体DNA的结构特点
          • 有重复序列
            • 高度重复序列
            • 重度重复序列
            • 单一序列
          • 有回文序列
  • 核酸与病毒
    • 病毒是含DNA或RNA的核蛋白，结构以核酸为中心，外包以保护性蛋白质外壳，主要成分为糖蛋白。
      • RNA病毒：烟草花叶病毒
      • DNA病毒：牛痘病毒和T4噬菌体
  • 核酸分离、合成、鉴定原理
    • 原则：DNA要注意保证分子完整性，RNA注意完全抑制RNAase的活性
    • DAN的分离纯化步骤：将细胞破碎，提取DNA。用苯酚或氯仿等除去蛋白质，用2倍体积的乙醇沉淀DNA，得纤维状DNA，再去多糖等杂质，得较纯DNA。然后用柱层析或密度梯度离心等方法纯化，得纯的DNA。
    • RNA的分离纯化：RNA提取用苯酚提取法，破碎细胞做成匀浆时，加入含水苯酚，含水苯酚和匀浆一起震荡，然后离心。上层水含多糖和RNA，取出水相，加入2倍体积的乙醇使RNA沉淀，再进一步纯化。
    • 人工合成核酸的方法
      • 酶促合成法：用核苷酸磷酸化酶或者有关专一性核酸聚合酶合成DNA或RNA
      • 化学合成法
  • 性质
    • 水解：
      • 酸水解：糖苷键比磷酸二酯键更容易水解
      • 碱水解：RNA的磷酸二酯键容易被水解，产生核苷酸混合物
      • 酶水解：产物取决于酶的性质
    • 酸解解离：有PI
    • 紫外吸收特征：有共轭双键
    • DNA变性：
      • 定义：指DNA双链互补碱基对之间的氢键在某些理化因素（温度、PH、离子强度等)作用下发生断裂，使双链DNA解离为单链的现象
      • Tm（融解温度)：DNA的解链温度——50%的DNA双链被打开时对应的温度
        • G-C含量越高，Tm越高，离子强度越高，Tm也越高
        • 均一性高的样品，熔点范围变化小。均一性低的范围大
        • 离子强度较低的介质中,Tm较低，变性温度的范围较宽
      • 用来监测DNA是否变形的指标---增色效应：在DNA解链过程中，由于有更多共轭双键暴露，DNA在260nm的吸光度增加
    • DNA复性或退火：
      • 定义：两条解离的互补链在变性条件缓慢地除去后可重新配对，恢复原来的双螺旋结构的现象
      • 复性因素
        • 热变性DNA迅速冷却到4摄氏度以下，不可能发生复性
        • DNA浓度高，易于复性
        • DNA片段大小，大的扩散速度慢，减少互补链的碰撞机会
      • 核酸分子杂交：在复性过程中，不同种类的DNA和RNA之间存在着一定程度的碱基配对关系而发生配对的现象。
        • 原理：利用硝酸纤维素滤膜能牢固地结合单链核酸
        • 方法：
          • Southern印迹法（DNA转移技术)
          • Nouthern印迹法(RNA)
          • Western印迹法(蛋白质)
      • 沉降：在超离心机的离心力作用下，核酸分子下沉的现象。用氯化铯作介质
  • 生物功能与实践意义
    • DNA
      • 生物遗传的主要物质基础
      • 在细胞分裂时按照自己的结构精确复制传给后代
      • 作为模板将所储存遗传信息传给mRNA
    • DNA与变异：DNA碱基对的改变，引起蛋白质改变
    • DNA与病变:
      • 先天性疾病：由于遗传缺陷产生的，DNA结构改变的结果
      • 癌变：物理或者化学因素导致DNA结构的改变，形成一种变异的癌细胞DNA
    • 基因重组与遗传工程：人工方法改组DNA从而培育新型生物品种的技术
      • 重组DNA分子：利用限制性内切酶和DNA连接酶使不同来源的DNA分子重新组合成杂种DNA分子的方法
        • 构建基因组文库或CDNA文库，从中筛选
        • PCR
        • 人工合成
      • 将重组DNA引入受体细胞——转化
    • 克隆：由单一亲代细胞用无性繁殖产生的子代细胞
    • 克隆化：形成克隆的过程
• 核苷酸
  • 腺苷酸 AMP
    • 脱氧腺苷dAMP
  • 组成
    • 碱基
      • 嘌呤
      • 嘧啶
    • 核糖
      • 脱氧核糖
      • 核糖
    • 核苷
    • 磷酸
    • 核苷酸的组成
  • 结构
    • 与磷酸连接生成糖-磷酸酯
  • 性质
    • 物理性质：易溶于水 不溶于有机溶液 具有旋光性 在酸性溶液不稳定 中性及碱性溶液中很稳定
    • 互变异构现象：碱基上有酮基的核苷酸都有酮式和烯醇式的互变异构现象
    • 紫外吸收：嘌呤和嘧啶都有共轭双键，碱基、核苷及核苷酸在260nm附近有最大吸收峰
    • 两性电解质 有等电点
  • 重要衍生物
    • ATP类高能磷酸化合物
    • 辅酶核苷酸
    • 核苷多磷酸和寡核苷多磷酸类化合物