导图社区 核酸化学
核酸是脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的总称,是由许多核苷酸单体聚合成的生物大分子化合物,为生命的最基本物质之一。 核酸是一类生物聚合物,是所有已知生命形式必不可少的组成物质,是所有生物分子中最重要的物质,广泛存在于所有动植物细胞、微生物体内。 核酸由核苷酸组成,而核苷酸单体由五碳糖、磷酸基和含氮碱基组成。如果五碳糖是核糖,则形成的聚合物是RNA;如果五碳糖是脱氧核糖,则形成的聚合物是DNA。
编辑于2022-09-23 01:11:18 江西中药学拥有几千年的历史,关于中药学你知道多少呢?本图总结了中药学的起源发展、材质加工、药性理论以及临床应用等知识,本专业和有兴趣的朋友们不要错过!
酶促反应(Enzyme catalysis)又称酶催化或酵素催化作用,指的是由酶作为催化剂进行催化的化学反应。 生物体内的化学反应绝大多数属于酶促反应。酶作为一种生物催化剂在催化一个化学反应时,既具有一般的催化剂的特征,又具有不同于一般催化剂的特殊性。
核酸是脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的总称,是由许多核苷酸单体聚合成的生物大分子化合物,为生命的最基本物质之一。 核酸是一类生物聚合物,是所有已知生命形式必不可少的组成物质,是所有生物分子中最重要的物质,广泛存在于所有动植物细胞、微生物体内。 核酸由核苷酸组成,而核苷酸单体由五碳糖、磷酸基和含氮碱基组成。如果五碳糖是核糖,则形成的聚合物是RNA;如果五碳糖是脱氧核糖,则形成的聚合物是DNA。
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中药学拥有几千年的历史,关于中药学你知道多少呢?本图总结了中药学的起源发展、材质加工、药性理论以及临床应用等知识,本专业和有兴趣的朋友们不要错过!
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核酸是脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的总称,是由许多核苷酸单体聚合成的生物大分子化合物,为生命的最基本物质之一。 核酸是一类生物聚合物,是所有已知生命形式必不可少的组成物质,是所有生物分子中最重要的物质,广泛存在于所有动植物细胞、微生物体内。 核酸由核苷酸组成,而核苷酸单体由五碳糖、磷酸基和含氮碱基组成。如果五碳糖是核糖,则形成的聚合物是RNA;如果五碳糖是脱氧核糖,则形成的聚合物是DNA。
核酸化学
导论:核酸
概念
以核苷酸为基本单位
由很多核苷酸聚合而成的多核苷酸
含有磷酸基团的生物大分子
最初从细胞核分离获得
具有酸性
分类
脱氧核糖核酸(DNA)
分布
90%以上分布于细胞核
其余分布于核外,如
线粒体
叶绿体
质粒 等
作用
携带遗传信息
决定……的基因型
细胞
个体
核糖核酸(RNA)
分布
胞核
胞液
作用
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
核酸的分子组成
核苷酸的组成
核蛋白
水解
c
H
O
N
P(9~10%)
组成
蛋白质
核酸➡核苷酸
磷酸
磷酸基电离带负电荷
磷酸基使核酸带大量负电荷
可以与带正电荷蛋白质结合
核苷
戊糖
核糖
脱氧核糖
碱基
主要碱基
嘌呤碱
腺嘌呤(A)
鸟嘌呤(G)
嘧啶碱
尿嘧啶(U)
胞嘧啶(C)
胸腺嘧啶(T)
稀有碱基/修饰碱基
DNA与RNA的核苷酸组成有差异
脱氧核糖核苷酸 DNA
磷酸
戊糖:脱氧核糖
碱基
A
G
C
T
核糖核苷酸 RNA
磷酸
戊糖:核糖
碱基
A
G
C
U
核苷酸的结构
糖苷键与核苷
碱基
核糖(脱氧核糖)
通过糖苷键(为 β糖苷键)连接形成
分类
脱氧核苷
脱氧腺苷dAR
脱氧鸟苷dGR
脱氧胞苷dCR
脱氧胸苷dTR
核苷
腺苷AR
鸟苷GR
胞苷CR
尿苷UR
核苷(脱氧核苷)
磷酸酯键与核苷酸
磷酸
核苷(脱氧核苷)
通过磷酸酯键连接形成
分类
脱氧核苷酸dNMP
脱氧腺苷酸dAMP
脱氧鸟苷酸dGMP
脱氧胞苷酸dCMP
脱氧胸苷酸dTMP
核苷酸NMP
腺苷酸AMP
鸟苷酸GMP
胞苷酸CMP
尿苷酸UMP
核苷酸(脱氧核苷酸)
酸酐键与高能化合物
第二个磷酸基
核苷酸(脱氧核苷酸)
通过酸酐键结合形成
二磷酸脱氧核苷dNDP
dADP
dGDP
dCDP
dTDP
二磷酸核苷NDP
二磷酸腺苷ADP
二磷酸鸟苷GDP
二磷酸胞苷CDP
二磷酸尿苷UDP
第三个磷酸基
核苷酸(脱氧核苷酸)
通过酸酐键结合形成
三磷酸脱氧核苷dNTP
三磷酸脱氧腺苷dATP
三磷酸脱氧鸟苷dGTP
三磷酸脱氧胞苷dCTP
三磷酸脱氧胸苷dTTP
三磷酸核苷NTP
三磷酸腺苷ATP
三磷酸鸟苷GTP
三磷酸胞苷CTP
三磷酸尿苷UTP
高能化合物
概念:含有……的化合物是高能磷酸化合物→属于高能化合物
高能磷酸基团
或 高能磷酸键
涵盖的部分内容
三个磷酸基,距戊糖由近及远依次是
α-磷酸基
β-磷酸基
γ-磷酸基
属于
高能磷酸基团
高能基团
高能键
酸酐键
连接磷酸基
属于
高能磷酸键
高能键
举例
AMP不属于
仅有α-磷酸基
不含
β-磷酸基
γ-磷酸基
ADP、ATP属于,含
β-磷酸基
γ-磷酸基
磷酸二酯键与环核苷酸
环化磷酸化:……在细胞的代谢调节中有重要作用
cGMP
cAMP
称为第二信使,含有磷酸二酯键
3',5'-磷酸二酯键
此处指在分子内
结构特别的核苷酸
cGMP
环磷酸鸟苷
环鸟苷酸
cAMP
环磷酸腺苷
环腺苷酸
核苷酸的功能
核酸合成原料
直接为生命活动提供能量
合成代谢中间产物
构成辅助因子
代谢调节
化学修饰调节
变构调节
第二信使
神经递质
核酸的分子结构
核酸的一级结构
核酸的结构单位
DNA的结构单位:四种dNMP
RNA的结构单位:四种NMP
核苷酸的连接方式
一个核苷酸的的3'-羟基
相邻的苷酸的5'-磷酸基
缩合形成→3',5'-磷酸二酯键
此处指分子间
化学键:3’,5’-磷酸二酯键
定义
核酸分子中核苷酸的排列顺序
由于核苷酸间的差异主要是碱基不同
所以也称为碱基序列
观察
主链(骨架):两条长链上的……交替排列的顺序是稳定不变的
脱氧核糖
磷酸
侧链:长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的
注意
核苷酸间以3′-5′磷酸二酯键相连
一端称为5′-磷酸端(5’-P表示)
一端称为3′-羟基端(3’-OH表示)
多聚核苷酸链具有方向性,表示时注意方向
5′→3′
3′→5′
DNA的大小表示
碱基数目:单链DNA
碱基对数目:双链DNA
皆可用于RNA
DNA的二级结构
定义:核酸中规则、稳定的空间结构
Chargaff’s 规则
有种属特异性
无组织、器官特异性
嘌呤与嘧啶总数相等
[A]+[G]=[T]+[C]
[A]=[T]
[C]=[G]
不受……影响
年龄
营养
其他环境等
右手双螺旋结构
DNA双链和基团的排列分布
DNA分子由两条……的脱氧多核苷酸链组成
相互平行
走向相反
两链以- 脱氧核糖 - 磷酸 - 为骨架
碱基位于螺旋的内侧
位于螺旋外侧
磷酸
脱氧核糖基
Waston-Crick碱基互补配对原则
A=T
G≡C
结构
DNA双链以右手螺旋方式绕同一公共轴盘
……与……垂直
碱基平面
螺旋轴
螺旋直径为2nm
螺旋一圈螺距3.4nm
相邻碱基平面距离0.34nm
一圈10对碱基
3.4➗0.34=10
双螺旋表面有两道沟槽
相对较深、较宽的大沟
相对较浅、较窄的小沟
相间
DNA双螺旋的稳定
碱基堆积力维持双链纵向稳定性
氢键维持双链横向稳定性
……形成的离子键
磷酸基团上的负电荷
介质中的阳离子
DNA双螺旋的多样性:由于DNA纤维的含水量不同,可分为三种
B-DNA
Waston and Crick提出的DNA双螺旋结构
可能为溶液和细胞中天然状态的DNA
A-DNA
碱基与中心轴不相垂直
呈20º倾角
Z-DNA
可能存在于染色体与某些病毒的DNA中
为左手双螺旋结构
DNA的三级结构
定义
二级结构的基础上
……所形成的高级结构
双螺旋进一步扭曲
或 再次螺旋
原核生物与真核生物的情况
原核生物
大部分原核生物的DNA是共价封闭的环状双螺旋
这种双螺旋还可以再次螺旋化形成超螺旋
真核生物
……组装成染色体
DNA
蛋白质
染色体的基本单位是核小体
DNA的超螺旋结构
……的高级结构
原核生物
原核生物DNA多为闭环双螺旋结构
以负超螺旋的形式存在
线粒体DNA
超螺旋结构:DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构
正超螺旋
盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
紧密
右手超螺旋
负超螺旋
盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
松缠
左手超螺旋
更利于
复制
转录
真核生物染色体结构
染色体的基本单位是核小体
核小体的组成
DNA
组蛋白
H1
H2A
H3
H4
核心组蛋白
H2B
……组装成染色体
DNA
蛋白质
真核生物DNA分子结构:多层次压缩包装
DNA
核小体·一级包装
螺线管·二级包装
超螺线管·三级包装
染色单体·四级包装
多级螺旋模型
真核生物DNA长度1.74m→
直径5μm的细胞核
被压缩了8k-10k倍
DNA三级结构的生理功能
DNA的长度上高度压缩,有利于装配
超螺旋影响DNA复制与转录
解链
复制
转录
启动
进程
RNA的总类和分子结构
RNA的一级结构与DNA一致
RNA的二级结构
基本上是单股分子
其二级结构比DNA简单的多
也存在少数碱基配对区域,即双螺环结构
RNA的结构特点
嘌呤的总数不一定等于嘧啶的总数(RNA是单链分子)
“发夹型”结构
部分区域也能形成双螺旋结构
不能形成双螺旋的部分
则形成单链突环
G 除了可以和C 配对外,也可以和U配对
在RNA的双螺旋结构中,碱基的配对情况不象DNA中严格
G-U配对形成的氢键较弱
不同类型的RNA
其二级结构有明显的差异
存在稀有碱基
tRNA中除了常见的碱基外
还存在一些稀有碱基
这类碱基大部分位于突环部分
原核生物和真核生物mRNA在结构上有所区别
分类
mRNA (信使RNA)
Messenger RNA
含量低:约占总RNA的1-5%
种类多:达105种
寿命短
细菌mRNA约1.5min
脊椎动物半衰期约3h
长度差异大:不同细胞的mRNA链长和分子量差异很大
功能:其功能是将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地 – 核糖核蛋白体
tRNA (转移RNA)
总
Transfer RNA
约占总RNA的10-15%
每一个AA至少有一个相应的tRNA
一种tRNA只能携带一种氨基酸
在蛋白质生物合成中翻译AA信息、将相应AA转运到核糖核蛋白体
tRNA的一级结构特点
含 10~20% 稀有碱基,如 DHU
3´末端为 — CCA-OH
5´末端大多数为G
具有 TψC
tRNA分子大小相似,一般为73-95个nt核苷酸
tRNA的二级结构:三叶草形
氨基酸臂:接受活化氨基酸末端为CCA
DHU环
8~12核苷酸
两个二氢尿嘧啶三到四对螺旋区
识别氨酰tRNA酶
反密码环
7个核苷酸
3个碱基密码子
识别密码子
额外环
变化大
分类指标
假尿苷
TΨC环
7个核苷酸组成
识别核糖体
tRNA的三级结构:L形
tRNA的功能
……氨基酸到核糖体
活化
搬运
参与蛋白质的翻译
rRNA (核糖体RNA)
Ribosome RNA
含量高:约占全部RNA的80%
寿命长
rRNA更新慢
寿命长
种类少
原核三种
真核四种
少量
线粒体rRNA
叶绿体rRNA
是核糖核蛋白体的主要组成部分
功能与蛋白质生物合成相关
其他非编码RNA:细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA
非编码小RNA
snmRNA
小 于 300nt
长链非编码 RNA
LncRNA
300-1000nt
核酸的理化性质
紫外吸收特征
原因:核酸中有嘌呤与嘧啶碱
特点
碱基含有共轭双键
……在240~290nm的紫外波段有强烈的光吸收
碱基
核苷
核苷酸
核酸
最大吸收峰260nm左右
变性、复性与杂交
DNA变性
定义
在某些理化因素作用下
DNA双链解开成两条单链的过程
方法
过量
酸
碱
极端pH
加热
热变性
解链曲线
如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260值作图
A260代表溶液在260nm处的吸光率
所得曲线称为解链曲线
Tm
变性是在一个相当窄的温度范围内完成
这一范围内
双链DNA解链度达到50%时的温度称为 DNA 的解链温度
又称融解温度
其大小与G+C含量成正比
经验公式
(G-C)%=(Tm-69.3)×2.44%
一般DNA Tm 值在85 - 90 °C之间
变性试剂
尿素
酰胺 等
某些有机溶剂
乙醇
丙酮 等
变性后其它理化性质变化
OD260增高
增色效应
DNA变性时其溶液OD260增高的现象
粘度下降
生物活性丧失
酸碱滴定曲线改变
比旋度下降
浮力密度升高
实质
某些理化因素破坏了
氢键(双链间氢键的断裂)
碱基堆积力
使核酸分子……改变
高级结构
理化性质
生物活性
不涉及磷酸二酯键断裂
一级结构不变
过程
部分双螺旋解开
无规则线团
链内碱基配对
DNA的复性
定义
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
退火
热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性
这一过程称为退火
减色效应
DNA复性时
其溶液OD260降低
条件
分子量越大复性越难
浓度越大,复性越容易
DNA复性也与它本身组成和结构有关
具有很多重复序列DNA
复性快
减色效应
又称 低色效应
复性时紫外吸收减少的现象
核酸分子杂交
杂化双链的形成
在DNA变性后的复性过程中
如果将不同种类的……放在同一溶液中
DNA单链分子
或 RNA分子
只要两种单链分子之间
存在着一定程度的碱基配对关系
在适宜的条件下
温度
离子强度
就可以在不同的分子间形成杂化双链
核酸分子杂交现象:这种杂化双链可以在不同……分子之间形成
DNA与DNA
RNA与RNA
DNA与RNA
应用
检测
待检样品中是否存在特定序列
基因序列是否变异
目的基因 的
表达状态
速度
研究DNA分子中某一种基因的位置
鉴定两种核酸分子间的序列相似性
是基因芯片技术的基础