核酸化学

食品化学-核酸化学，包含核酸的化学组成、核酸的一级结构、DNA的空间结构与功能、RNA的空间结构与功能、核酸的理化性质。

核酸化学

• 核酸的化学组成
  • 1、核苷酸的化学组成
    • 1、
      • 碱基
      • 戊糖
      • 磷酸
    • 2、DNA与RNA组成成分的差异：DNA中的T RNA中的U
  • 2、基本组成单位——核苷酸
    • 1、核苷：戊糖加碱基
    • 2、常见的核苷酸：鸟嘌呤(G)尿嘧啶(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T) 腺嘌呤(A)
    • 3、核苷酸的生物学功能：①构成DNA RNA的结构单元②参与生物体内的能量代谢（ATP）③参与生物体内的物质代谢④260nm光吸收值最大
• 核酸的一级结构
  • DNA的一级结构：四种脱氧核苷酸按一定的排列顺序，通过3'，5’-磷酸二酯键连接形成的多核苷酸
  • RNA的一级结构：四种核糖核苷酸以及少量的稀有核苷酸通过3'，5’-磷酸二酯键连接起来的单链线性分子
• DNA的空间结构与功能
  • 1、DNA的二级结构——双螺旋结构
    • 1、研究基础
      • ①碱基组成分析 chargaff规则（A=T C=G）
      • ②A-T、C-G以氢键配对
    • 2、结构特点
      • ①反向平行，右手螺旋
      • ②磷酸戊糖处于螺旋外围，碱基处于内部
        • 碱基配对的氢键形成横向稳定力
      • ③螺旋直径2nm 相邻碱基平面垂直距离0.34nm 一圈有10个碱基对 一个碱基对上升36° 间隔3.4nm
    • 3、DNA结构多样性
      • A、B型为右手螺旋 Z型为左手螺旋
    • 4、双螺旋结构的稳定因素
      • 1、双螺旋结构
      • 2、碱基堆积形成疏水环境，有利于碱基之间形成氢键
      • 3、DNA分子中氢键数量多（C+G含量越高，DNA分子越稳定）
      • 4、磷酸基团上的负电荷与带正电的组蛋白或阳离子间形成离子键和范德华力，能减少双链间的静电排斥
  • 2、DNA的高级结构
    • 超螺旋结构
      • 定义：DNA的超螺旋结构是指在DNA双螺旋结构的基 础上进一步螺旋化形成的结构，
      • 正超螺旋（W＞0） 负超螺旋（W＜0）
        • 天然DNA中负超螺旋较多 方便解链、复制、转录
        • L=T+W（L=连环数、T=缠绕数、W=超螺旋数）
    • 染色体结构
      • ①每个核小体单位包括200bp的DNA、一个组蛋白核心和一个H1
      • ②H2A、H2B、H3、H4各两分子形成核心颗粒
      • ③DNA以左手螺旋缠绕在核心颗粒表面，两端被H1锁合
      • ④相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA
  • 3、DNA的功能—主要的遗传物质
    • 1、基因：含特定遗传信息的核苷酸序列（DNA或RNA）是遗传物质的最小单位
    • 2、基因组：一个生物体的全部基因序列
      • 原核生物基因组重复序列少，多为编码区
      • 真核生物基因组重复序列多，大量序列不编码蛋白质
• RNA的空间结构与功能
  • 1、功能：①RNA在传递遗传信息的作用②催化作用③在DNA复制、转录、翻译中起重要作用④作为遗传物质
  • 2、信使RNA（mRNA）
    • 特点：
      • ①含量少②种类多③半衰期最短（寿命短）
      • 5'-末端具有帽子结构（促进核蛋白体与mRNA结合、加快翻译起始速度、增强稳定性） 3’-末端具有多聚腺苷酸尾巴结构
      • 原核细胞mRNA的结构与真核细胞的不同：①无内含子②5'端无帽状结构③3’端不含尾巴结构④一般为多顺反子结构
  • 3、转运RNA（tRNA）
    • 结构特点：
      • 1、一级结构：①分子量最小的RNA②稀有碱基多③核苷酸几乎是不变的④3'末端CpCpAoh⑤5'末端大多为pG，但也有pC
      • 2、二级结构：三叶草型（氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码子环、额外环）
      • 3、三级结构：倒L型
  • 4、核蛋白体RNA（rRNA）——蛋白质合成的核心结构
    • ①含量最多的RNA ②rRNA由大小亚基组成与多种蛋白结合形成核糖体
  • 5、其他小分子RNA：核小RNA（参与mRNA剪切）、核仁小RNA（参与rRNA成熟加工）、指导RNA（参与RNA编辑）
• 核酸的理化性质
  • 1、核酸的一般性质
    • 1、溶解度和黏度：①极性、微溶于水、不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂②形成的钠盐易溶于水③RNA黏度小
    • 2、核酸的酸碱性质：具有较强酸性
      • DNA、RNA都可以被酸（糖苷键）或酶水解（磷酸二酯键） RNA可以被稀碱水解
  • 2、核酸的紫外吸收：嘌呤和嘧啶具有共轭双键，最大吸收值在260nm 纯的双链DNA A260/A280应是1.8 纯RNA应为2.0
  • 3、核酸的变性、复性、杂交
    • 变性
      • 本质：氢键的断裂
      • 条件：①加热②极端PH③有机试剂等
      • 指标：黏度降低、紫外吸收值增加、比旋光值降低等
    • 复性（退火）
      • 影响复性的因素①DNA片段大 Co↓②浓度大 Co↑③重复序列多 Co↑④离子强度↑ Co↑
      • 本质：氢键的形成
    • 分子杂交：在一定条件下，互补核酸链形成氢键
  • 4、熔解温度;DNA的结构失去时的温度（紫外吸收达到一半的温度）
    • 影响熔解温度（Tm）的因素：①DNA均一性↑ Tm范围↓②G+C含量↑ Tm↑③介质的离子强度↑ Tm↑
• 淬火：温度降低时，没有复性，保持单链变性的状态
• 2：糖苷键
• 1：磷酸酯键
• 2
• 1
• 原核细胞mRNA的转录和翻译是耦合的
• 读向：核酸链方向 5’—3' （与DNA合成、RNA合成、蛋白质合成过程中mRNA所携带的遗传信息的读取方向相同）