核酸化学

mRNA的结构：成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。从AUG 开始，每三个核苷酸（或碱基）为一组，称为密码子，编码一种氨基酸。AUG为起始密码子，编码甲硫氨酸（蛋氨酸）。

四、核酸化学

• 1.核酸的种类、分布和组成
  • 脱氧核糖核酸(DNA)
    • 分布：主要分布于细胞核，少量分布于线粒体，叶绿体，质粒等。
    • 功能：携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型。
  • 核糖核酸(RNA)
    • 分布：细胞质和细胞核。
    • 功能：参与细胞内DNA遗传信息的表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。
  • 核酸的化学组成
    • 元素组成：C、H、O、N、P（9~10%）
    • 分子组成
      • 戊糖：包括核糖、脱氧核糖两类
      • 碱基：含氮的杂环化合物，分为嘌呤和嘧啶两类。
      • DNA和RNA碱基差异
        • DNA: A、C、G、T
        • RNA: A、C、G、U
      • 磷酸
    • 核苷的形成
      • 碱基和戊糖通过糖苷键连接形成核苷。
      • 连接方式
        • 戊糖C1´与嘌呤N9通过糖苷键相连
        • 戊糖C1´与嘧啶N1通过糖苷键相连
• 2.核酸的一级结构
  • 核酸分子中核苷酸的排列顺序（碱基序列）
    • 核酸的构件(单体)：核苷酸是核酸的基本组成单位，即构件。
    • 核苷酸之间的连接方式：通过3 ′, 5 ′-磷酸二酯键链接，方向为5 ′ →3 ′
  • 核酸的基本组成单位：核苷酸
    • 结构
      • 核苷和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸。
    • 种类
      • 含磷酸数目不同
        • 核苷一磷酸(NMP)：构成RNA的基本结构单位、核苷二磷酸(NDP)、核苷三磷酸(NTP)
        • 脱氧核苷一磷酸(dNMP)：构成DNA的基本结构单位、脱氧核苷二磷酸(dNDP)、脱氧核苷三磷酸(dNTP)
      • 戊糖不同
        • 核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸
• 3.DNA的空间结构与功能
  • DNA的二级结构：双螺旋结构
    • DNA是反向平行的互补双链结构，脱氧核糖-磷酸为骨架位于双链的外侧，碱基在内侧，碱基之间以氢键相连；碱基平面与线性分子结构的长轴垂直。
    • 碱基互补配对，A=T，A-T之间形成两个氢键；C≡G，C-G之间形成三个氢键。
    • DNA是右手螺旋结构。螺旋一周包含10对碱基，每个碱基的旋转角度为36°。螺距为3.4nm，碱基平面之间的距离为0.34nm；DNA双螺旋存在一个大沟和一个小沟。
    • 氢键维持双链横向稳定性，碱基堆积力维持双链纵向稳定性。
    • 其它二级结构：B-DNA(右)、A-DNA(右)、Z-DNA(左，锯齿状)
  • DNA的三级结构
    • 超螺旋结构：是指在DNA双螺旋结构基础上，进一步扭曲折叠所形成的特定空间结构。
    • 染色体
      • 组成
        • 主要成分：DNA、RNA、组蛋白和非组蛋白
      • 结构
        • 核小体：染色体(质)的基本结构单位，是一种串珠状结构。由组蛋白八聚体（核小体核心和H2A、H2B、H3、H4各两分子）和180~200bp核小体DNA构成。
  • DNA的功能
    • DNA是遗传信息的载体（基因是荷载遗传信息的基本单位）
    • DNA 通过复制，将遗传信息传递给子代。
    • DNA作为基因表达的模板，通过转录和翻译使遗传信息得以表达。
  • 基因、基因组、结构基因
    • 基因：荷载特定遗传信息的DNA片段。
    • 基因组：是一个生物体内所有基因（遗传物质）的总和。
    • 结构基因：指能编码蛋白质肽链或RNA的DNA序列
• 5.核酸的理化性质
  • 一般理化性质
    • 大小与粘度：DNA远大于RNA
    • 紫外吸收（A260）：DNA、RNA有260nm紫外吸收（嘌呤、嘧啶碱基有共轭双键）。
  • 核酸变性
    • DNA变性：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程。本质：双链间氢键的断裂。
    • 变性因素：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。
    • 变性后理化性质变化：A260增高（增色效应）、粘度下降、生物活性丧失
    • 解链曲线：以温度对A260值作图，所得的曲线称为解链曲线。
    • 解链温度：紫外光吸收值A260达到最大值的一半时所对应的温度称为DNA的解链温度，又称融解温度( Tm)。Tm大小与G+C含量成正比。
  • 核酸复性
    • DNA复性：在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。
    • DNA复性时，其溶液A260降低（减色效应）。
  • 核酸分子杂交
    • 在DNA复性过程中，将不同来源单链核酸放在同一溶液中，只要两种单链之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成杂化双链，此过程称为核酸杂交。
    • 核酸杂交可以在DNA/DNA、DNA/RNA或RNA/RNA分子间进行。
• 4.RNA的结构和功能
  • mRNA的结构与功能
    • mRNA的结构：成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。从AUG 开始，每三个核苷酸（或碱基）为一组，称为密码子，编码一种氨基酸。AUG为起始密码子，编码甲硫氨酸（蛋氨酸）。
    • mRNA的功能
      • DNA所携带的遗传信息，通过转录转至mRNA，在核糖体上，mRNA作为蛋白质合成的模板，指导蛋白质的合成。
    • 真核生物mRNA结构特点和功能
      • 结构
        • 大多数真核mRNA的3´端有多聚腺苷酸尾结构(polyA尾)，5´端存在7-甲基鸟苷帽子结构（m7GpppNm）。
      • 功能
        • 有利于mRNA核内向胞质的转运；能维持mRNA的稳定性；是翻译起始的调控点。
  • tRNA的结构与功能
    • tRNA的二级结构：三叶草形
      • DHU环、反密码环(反密码子)、可变环、TΨC环、氨基酸臂(3′端CCA-OH)
    • tRNA的三级结构：倒L形
    • tRNA的功能
      • 携带、转运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。
  • rRNA的结构与功能
    • rRNA的结构
      • 茎环或发夹结构
    • rRNA的功能
      • 与蛋白质结合组成核糖体，为蛋白质生物合成，提供场所。（核糖体是蛋白质生物合成的场所）
• 核酸
  • 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，其功能是携带和传递遗传信息。