二、核酸

核酸是脱氧核苷酸（DNA)和核糖核酸(RNA)的总称，是由许多核苷酸单位聚合成的生物大分子化合物，为生命的最基本物质之一。

核酸

• 概述
  • 是以核苷酸为基本单位，能够储存，携带和传递遗传信息的生物大分子
  • 分类
    • 核糖核苷酸
      • 转运RNA
      • 信使RNA
      • 核糖体RNA
    • 脱氧核糖核酸
• 化学组成
  • 碱基
    • 嘧啶
      • 尿嘧啶
        • U
      • 胞嘧啶
        • C
      • 胸腺嘧啶
        • T
    • 嘌呤
      • 腺嘌呤
        • A
      • 鸟嘌呤
        • G
    • 稀有碱基
      • tRNA中常见
  • 戊糖
    • 核糖
    • 2’－脱氧－D－核糖
  • 核苷
    • 戊糖和碱基通过糖苷键连接形成
  • 核苷酸
    • 核苷和磷酸以磷酸酯键连接形成
      • 天然只有5’连接磷酸的核苷酸
    • 磷酸化
      • 腺苷一磷酸
        • AMP
      • 二磷酸
        • DP
      • 三磷酸
        • TP
    • 生理功能
      • 合成核酸的原料
        • RNA
          • ATP，GTP，CTP，UTP
        • DNA
          • dATP，dGTP，dCTP，dTTP
      • 能量的贮存和供应形式
        • 除ATP，还有GTP，UTP，CTP等
      • 参与细胞中的代谢和调节
        • 环状核苷酸cAMP和cGMP作为细胞之间传递信息的第二信使
      • 酶的辅助因子成分
        • 辅酶或辅基含AMP
      • 作为代谢的中间物载体
        • UDP携带糖基，CDP携带胆碱，腺苷携带蛋氨酸等
  • DNA分子的结构
    • 一级结构
      • 脱氧核苷酸的排列顺序，即碱基
      • 连接方式
        • 前一分子3’－OH和后一分子5’－磷酸基形成3’，5’－磷酸二酯键连接而成的链状聚合物
        • 自由磷酸基
          • 5’-磷酸端
        • 自由羟基
          • 3’－羟基端
      • 书写方式
        • 注明方向
      • 测序
        • sanger双脱氧链终止法
    • 二级结构
      • 两条多聚核苷酸链间通过氢键形成双螺旋结构
      • 碱基组成规则
        • 具有种的特异性，但是没有器官和组织的特异性
        • 符合碱基当量定律
      • 特点
        • 由两条反平行的多核苷酸链组成，绕同一中心轴，形成右手螺旋
        • 碱基位于螺旋内侧，磷酸和脱氧核糖位于螺旋外侧
        • 内侧碱基呈平面状，与中心轴垂直。脱氧核糖平面与中心轴平行。
        • 相邻碱基间距 0.34nm，每10个核苷酸形成一个螺旋，高3.4.分为大沟和小沟
        • 两条核苷酸链，靠碱基互补形成的氢键结合。A=T，C三G。两条链为互补关系
      • 稳定因素
        • 氢键和碱基堆积力
        • 磷酸基团上的负电荷和介质中的阳离子形成的离子键
      • DNA的回文结构
        • 碱基顺序以某一中心区域为轴正读反读序列都相同。限制性内切酶识别位点。
      • DNA的三螺旋结构
        • 基因的调控区或染色质的重组部位
        • Hoogsteen配对
    • 三级结构（超螺旋结构）
      • 双螺旋进一步扭曲，折叠形成的更高层次的空间结构
      • 作用
        • 减少空间，DNA高效包装
        • 改变双螺旋的解开程度，控制DNA与其它分子的相互作用
    • 核小体的串珠状结构
  • RNA的结构
    • 特点
      • RNA中U代替DNA中T，核苷酸也是3’－5’磷酸二酯键连接
      • 单链分子
        • 部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成的部分形成突环。
        • 局部双螺旋结构碱基配对不严格，tRNA中常见稀有碱基
    • mRNA的一级结构
      • 种类多，分子量不均一，最不稳定
        • 作为模板指导蛋白质的合成
          • 占总量3%—5%
      • 真核生物
        • 5’帽子结构
          • 作用
            • 防止mRNA遭受核酸外切酶的水解破坏
            • 为核苷酸提供识别位点，启动和加速翻译过程
            • mRNA核内向胞质的转位
        • 3’末端多聚腺苷酸结构
          • 由100－200个A组成的A尾巴
          • 与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关
          • 增加mRNA的半衰期即稳定性有关
          • 促进核糖体的有效循环
        • 单顺反子，只编码一个蛋白质的mRNA
      • 原核生物
        • 多顺反子，编码多个蛋白质的mRNA
    • 二级结构
      • 不严格配对，部分形成双螺旋结构。“发夹型”结构
    • tRNA
      • 二级结构
        • ‘三叶草’形状，分为四环四臂
      • 三级结构
        • 倒写的‘L’型三维结构
      • 概述
        • 游离存在细胞质中
        • 种类很多，一种氨基酸对应几种tRNA
        • 富含稀有碱基
      • 功能
        • 转运氨基酸，识别密码子
          • 携带活化氨基酸，转运到与核糖体结合的mRNA上
    • rRNA
      • 最多的一种RNA，核糖体的主要组成部分，蛋白质生物合成的场所
• DNA－遗传物质
  • 证明DNA是遗传物质
    • 肺炎双链球菌转化实验
    • 噬菌体感染实验
• DNA的性质
  • 微溶于水，钠盐溶解度大（RNA溶解度小），不溶于乙醇等有机溶剂
  • 在溶液中呈粘稠状，乙醇中呈白色絮状沉淀
  • 具有两性性质
  • 可鉴定核酸样品纯度
    • 核酸在260nm最大
    • 蛋白质在280nm最大
    • 纯DNA样品A260|A280为1.8，纯RNA为2.0以上
  • DNA的降解和变性
    • 降解：通过核酸酶或物理，化学的方法使3’，5’磷酸二酯键断裂，多聚核苷酸链变成小段寡聚核甘酸链。
      • 振荡，搅拌，反复冻融等易导致DNA的降解
    • 变性：DNA分子由稳定的双螺旋结构，松解为单链无规则线性结构的构象
      • 过酸过碱，加热，变性试剂，低离子强度，有机溶剂等
      • 只涉及次级键的断裂，DNA一级结构不变
      • OD260增高，粘度下降，沉降系数增加，酸碱滴定曲线改变，活性降低
  • 增色效应
    • 变性后对260nm紫外线吸收值明显增加
  • 减色效应
    • 复性后对260nm紫外线吸收值明显降低
  • Tm－接链温度（融解温度）
    • 50%的DNA分子发生变性时的温度
    • 影响因素
      • G和C的含量高，Tm值高
        • 测定Tm值可反应G、C的含量
      • DNA的均一性
      • 离子强度
        • 一般保存在1mol/l的NaCl中
  • DNA的复性
    • 变性的DNA的两条互补链恢复天然的双螺旋构象
      • 有利条件
        • 高浓度DNA
        • 高离子强度
        • 中性PH值条件
        • DNA的结构
    • 退火
      • 高温变性的DNA经缓慢冷却后可复性
    • 淬火
      • 高温变性的DNA溶液温度急速降至0℃，除一小部分非特异性配对外，仍保持单链状态
  • DNA分子杂交
    • 异源DNA分子或RNA分子某些区域有互补序列，复性时可以在不同的分子间形成杂化双链
  • 限制和修饰
    • 原核生物存在限制性内切酶，可以在特殊部位切断外源DNA
      • 识别，切割双链DNA中特点序列（反向重复，回文序列）
      • 粘性末端
        • 识别序列对称轴，形成凸出部分
      • 平头末端
        • 识别序列中间切开
    • 两者识别同一序列（回文序列）
    • 甲基化酶催化该特殊部位的甲基化，保护细胞的DNA避免被限制性内切酶切断