导图社区 生化核酸的结构与功能
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。
编辑于2022-12-16 22:35:44 河北省第二章核酸的结构与功能
第一节核酸的化学组成以及一级结构
核酸 (nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子,具有携带和传递遗传信息的功能。 脱氧核糖核酸:90%以上分布在细胞核,其余分布在线粒体内 携带遗传信息,并通过复制传递给下一代 核糖核酸:分布在细胞核和胞浆中 是DNA的转录产物,参与遗传信息的复制与表达 某些病毒RNA也可以携带遗传信息
核苷酸是构成核酸的基本组成单位
核苷酸
碱基
嘌呤(G,A)
嘧啶(T,C,U)
核糖或脱氧核糖
核苷
磷酸
戊糖
β-D-核糖
β-D-2’-核糖
核苷:碱基和戊糖环处在反式构像;碱基与戊糖的连接键是β-N-糖苷键
核苷酸:脱氧腺苷三磷酸(dATP) 戊糖2’端连碱基,5’端连磷酸(磷脂键) 一磷酸(AMP)二磷酸(ADP)三磷酸(ATP)
核苷酸的生物学功能:化学能载体:ATP 细胞信号转导的信使分子:cAMP 辅酶的结构成分:CoA、FAD、NAD+ 治疗肿瘤的化疗药物:5-FU
DNA是脱氧核糖核苷酸通过3´,5´-磷酸二脂键链接形成的线性大分子
RNA是核糖核苷酸通过3´,5´-磷酸二脂键链接形成的线性大分子
核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序
人们把RNA的核苷酸和DNA的脱氧核苷酸从5’端至3’端的排列顺序定义为核酸的一级结构
第二节DNA的空间结构和功能
DNA的空间结构(spatial structure):构成DNA的所有原子在三维空间的相对位置 DNA的空间结构:二级结构、高级结构 氢键、离子作用力、疏水作用力和空间位阻效应共同作用的结果。
DNA的二级结构是双螺旋结构
DNA双链螺旋结构的实验基础:Chargaff 定律 DNA纤维X射线衍射图像 碱基对的结构参数
DNA双螺旋结构的结构特征
两条多聚脱氧核苷酸链反向平行。直径2.37nm,螺距3.54nm
DNA的两条多聚脱氧核苷酸链之间形成了互补碱基对。 碱基对平面与螺旋轴近乎垂直,脱氧核糖平面垂直于碱基平面。 每一个螺旋有10.5个碱基对,每两个相邻的碱基对之间的相对旋转角度为36° 。
戊糖+磷酸=亲水性骨架 外侧 碱基=疏水性 内侧 大沟小沟
碱基堆积力
DNA双螺旋结构的多样性
天然的双螺旋结构:A型-DNA(右手螺旋)、B型-DNA(右手螺旋)、Z型-DNA(左手螺旋)
DNA的多链结构
DNA的高级结构是以超螺旋结构为基础的高度致密结构
他是一条双链DNA和4种碱性的组蛋白共同构成的
第三节RNA的空间结构
RNA是DNA的转录产物 编码RNA:核苷酸可以翻译成蛋白质 非编码RNA:组成性RNA 调控性RNA
mRNA是蛋白质合成的模板(信使RNA)
信使RNA (messenger RNA, mRNA):蛋白质生物合成的模板 仅占细胞RNA总重量的2~5% 约有105个不同种类 大小、丰度和稳定性差异巨大。 真核生物mRNA比原核生物mRNA更复杂。
1.真核细胞mRNA的5´-端有帽结构:真核生物mRNA的5-端是一个通过5-5连接、 在N7位甲基化的鸟嘌呤,称为5-帽结构(5-cap)
2.真核生物mRNA的3´-端有多聚腺苷酸尾的结构: 真核生物mRNA的3-端有一段长度约为20-250腺苷酸,称为多聚腺苷酸尾 (poly-A tail) 。 多聚A尾结构可以与多聚A结合蛋白 (polyA tail binding protein) 结合。
3.hnRNA经过修饰成为成熟mRNA: 细胞核内新生成的mRNA初级产物被称为不均一核RNA (简称hnRNA)。 hnRNA有外显子和内含子。 外显子是编码氨基酸的序列,内含子是非编码序列。 hnRNA经过剪接和加工过程,剔除内含子,连接外显子,成为成熟mRNA。
tRNA是蛋白质合成中氨基酸的载体(转运RNA)
转运RNA (transfer RNA, tRNA):氨基酸的载体参与多肽链合成 约占RNA总量的15% 100多种 tRNA 长度为70~95 nt 结构非常稳定
1.tRNA含有多种稀有碱基
2.tRNA具有特定的空间结构: tRNA的3´-端永远是CCA。 局部的核苷酸碱基互补形成了茎环 结构或发卡(DHU环;TψC环;反密码子环) 结构。 氨基酸接纳臂 二级结构酷似三叶草形状。(三级结构:倒L形空间结构)
3.tRNA的3´-端连接着氨基酸
4.tRNA的反密码子能够识别mRNA的密码子
以rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成的场所
组成性非编码RNA是基因表达中不可缺少的因子
1.催化小RNA(核酶):降解 2.核仁小RNA(snoRNA):rRNA加工 3.核内小RNA(snRNA):mRNA的成熟 4.胞质小RNA(scRNA):胞质内
调控性非编码RNA参与了基因表达调控
短链非编码RNA( sncRNA) 长链非编码RNA(lncRNA) 环状RNA(circRNA)
第四节核酸的理化性质
核酸具有强烈的紫外吸收
碱基是含有杂环的分子。 共轭双键具有强烈的紫外吸收。
确定样品中DNA 或 RNA的含量:OD260 = 1.0 等同于 50μg/ml 双链DNA (dsDNA) 40μg/ml 单链DNA (ssDNA or RNA) 20μg/ml 寡核苷酸
确定样品中DNA 或 RNA的纯度:纯 DNA: OD260/OD280 = 1.8 纯 RNA: OD260/OD280 = 2.0
DNA变性是一条双链解离为两条单链的过程
变性过程 :在某些理化因素作用下, 一条双链DNA (dsDNA) 中碱基对之间的氢键会断裂, 解离成为两条单链DNA (ssDNA)。 变性因素:加热、过量酸或碱
在DNA变性过程中,它在260nm处的OD值会发生增加。这种变化称为增色效应
DNA解链特性的表征:解链曲线 :OD@260随温度变化的曲线 解链温度:DNA的解链过程中,紫外光吸收值达到最大变化值的50%时的温度。
变性的核酸可以复性或形成杂交双链
逐渐去除变性条件,两条ssDNA会缓慢地形成一条dsDNA,恢复天然的双螺旋结构,称为DNA复性 。 退火:热变性的DNA经缓慢冷却后的复性 DNA复性的条件:两条ssDNA之间满足碱基互补 复性后的DNA在260nm的OD值吸收将降低到原来的水平。
核酸分子杂交 :具有碱基序列互补的两条不同ssDNA、或一条ssDNA与另一条ssRNA、或两条不同ssRNA之间都可以形成双链现象。 ssDNA 和 ssRNA 满足碱基互补配对