第二章 核酸的结构与功能

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第二章 核酸的结构与功能

• 核酸的化学组成以及一级结构
  • 核苷酸和脱氧核苷酸
    • 是核酸的基本组成单位
    • 成分：磷酸、碱基、核糖或脱氧核糖
    • 碱基
      • DNA：嘌呤（A、G）嘧啶（T、C）
      • RNA：嘌呤（A、G）嘧啶（U、C）
      • 嘌呤是双环，嘧啶是单环
    • 核糖
      • 核糖：DNA
      • 脱氧核糖：RNA
      • 脱氧核糖的化学稳定性优于核糖，原因在于氧原子
    • ß-N-糖苷键
      • 核糖 的C-1'原子和 嘌呤的N-9原子或嘧啶的N-1原子缩合而成
    • 磷脂键
      • 核苷或脱氧核苷的C-5'原子上的羟基与磷酸反应形成。
    • 酸酐键
      • 核苷三磷酸的ɑ-磷原子与ß-磷原子之间，ß-磷原子与ɣ-磷原子之间，水解可释放大量能量，因此核苷二磷酸和三磷酸属于高能化合物，其中ATP是最重要的能量的载体。
  • 3',5'-磷酸二酯键
    • 核苷酸与核苷酸之间是通过3',5'-磷酸二酯键共价结合的，5'端的磷酸基团与3'端的羟基结合，方向是5'——>3’
  • RNA与DNA的区别
    • 1、RNA的戊糖环是核糖 2、RNA的嘧啶有胞嘧啶和尿嘧啶，没有胸腺嘧啶
  • 核酸的一级结构
    • 从5'端到3'端的核苷酸（脱氧核苷酸）的顺序，也就是碱基的顺序。
• DNA的空间结构与功能
  • 二级结构
    • Chargaff规则
      • 1、不同生物个体的DNA，其碱基组成不同 2、同一个体的不同器官或不同组织的DNA具有相同的碱基组成 3、对于一个特定组织的DNA，其碱基组分不随年龄、营养状态或环境变化 4、对于一个特定的生物体，腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相同，鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相同
    • 双螺旋结构的要点
      • 1、DNA有两条多聚脱氧核苷酸链组成 2、DNA的两条多聚脱氧核苷酸链之间形成了互补碱基对 3、DNA链外面是亲水性骨架，里面是碱基对 4、两个碱基对平面重叠产生了碱基堆积作用
    • 双螺旋结构的多样性
      • A-型DNA：右手螺旋、每一螺旋的碱基对数目是11； B-型DNA：右手螺旋、碱基对数目是10.5，最稳定； Z-型DNA：左手螺旋，碱基对数目是12.
  • 高级结构（超螺旋）
    • 原核生物
      • 封闭环状；线粒体DNA(mtDNA)也是具有封闭环状的双螺旋结构
    • 真核生物
      • 核小体：DNA和碱性组蛋白组成，组蛋白（H2A*2、H2B*2、H2*2、H4*2）
      • H1：结合在DNA双链的进出口处，起到稳定核小体结构的作用
      • 端粒与着丝粒
        • 端粒：染色体端膨大的粒状结构，由端粒DNA与DNA结合蛋白组成；序列是TTAGGG 作用：稳定结构和维持复制过程的DNA的完整性
        • 着丝粒：两个染色单体的连接位点
• RNA的空间结构与功能
  • mRNA
    • 特点：种类最多，蛋白质合成的模板
    • 真核细胞mRNA的5'-端有帽结构：反式7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷（m7Gppp)
    • 真核和有些原核的3'-端有多聚腺苷酸尾的结构：poly(A)
    • hnRNA要经过修饰和剪接成为成熟的mRNA ：hnRNA被SnRNA（核小RNA）剪切，成为mRNA，剪掉内含子，连接外显子。
    • mRNA的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列
      • 5’-非翻译区：从5'端帽子结构开始到第一个AUG（起始密码子）的区域
      • 遗传密码子：从AUG开始，每三个连续的核苷酸组成一个遗传密码子
      • 终止密码子：UAA、UAG、UGA
      • 编码区：由起始密码子到终止密码子的区域，也叫可读框。
      • 3'-非翻译区：从可读框的下游到多聚A尾的区域
  • tRNA
    • 特点：含有稀有碱基，是蛋白质合成的载体
    • 常见的稀有碱基：双氢尿嘧啶、假尿嘧啶核苷、甲基化的嘌呤、次黄嘌呤（最常见）
    • 特定的空间结构
      • 茎环结构或发夹结构
      • 二级结构：四三叶草
        • 氨基酸臂、DHU环、T⨚C环、反密码子环
      • 三级结构：倒L形
    • 3’端连接着氨基酸：都是以CCA（酪氨酸）结束，氨酰-tRNA合成酶将氨基酸通过酯键连接在腺嘌呤A的C-3'原子上，生成了氨酰-tRNA。所携带的氨基酸种类是由反密码子决定的
    • tRNA上是反密码子
  • rRNA
    • 特点：含量最多，蛋白质合成的场所
    • rRNA 与核糖体蛋白共同构成核糖体
  • 组成性非编码RNA
    • 催化小RNA：核酶，属于RNA，具有催化功能
    • 核仁小RNA：snoRNA，位于核仁，参与rRNA的合成（18s、5.8s、5s）
    • 核小RNA：snRNA，切除内含子
    • 胞质小RNA：scRNA，位于胞质，与蛋白质结合，形成信号识别颗粒，引导含有信号肽的蛋白质进入内质网进行合成。
  • 调控性非编码RNA
    • 非编码小RNA：sncRNA，包括微RNA（miRNA）主要是降解内源性靶基因、干扰小RNA（siRNA)主要降解外源性靶基因。
    • 长非编码RNA：lncRNA
• 核酸的理化性质
  • 具有强烈的紫外吸收：含有共轭双键，吸收峰在260nm
    • 注意：色氨酸、酪氨酸的吸收峰在280nm
  • DNA变性:双链解离成为单链的过程，断的是碱基对之间的力，没有破坏核苷酸序列；解链过程伴随着DNA的增色效应； 最简单的和最直接的方法是加热；DNA的解链温度Tm或成为溶解温度，在此温度下，50%的DNA双链解离成为单链；Tm值与GC含量与离子强度有关。
  • DNA复性