核酸的结构和功能

生物化学核酸的结构和功能思维导图

核酸的结构和功能

• 核酸分子的组成
  • 元素组成
    • C H O N P
      • • 占9%到10%
  • 分子组成
    • 碱基
      • 嘌呤
        • 腺嘌呤A
        • 鸟嘌呤G
      • 嘧啶
        • 尿嘧啶U
        • 胞嘧啶C
        • 胸腺嘧啶T
      • 具有紫外吸收的特性含有共轭双键吸收波长为260纳米用于定量测定
    • 戊糖
      • 核糖
      • 脱氧核糖
    • 磷酸
  • 核苷酸的结构
    • 核苷
      • AR GR UR CR
    • 脱氧核苷
      • dAR dGR dUR dCR
    • 假尿嘧啶核苷
      • 糖苷键不是碳氮键而是碳碳键
    • 核苷脱氧核苷和磷酸与磷酸酯键连接形成核苷酸脱氧核苷酸
      • 体内重要的游离核苷酸及衍生物
        • 多磷酸核苷酸
          • NMP NDP NTP
        • 环化核苷酸
          • cAMP cGMP
          • 是细胞内重要的第二信使
      • 核苷酸
        • AMP GMP UMP CMP
      • 脱氧核苷酸
        • dAMP dGMP dTMP dCMP
  • 核酸的生理功能
    • 生物界最主要的直接供能物质
    • 辅酶因子的组成成分
    • 生物调节物质
    • 多种核苷酸衍生物为生物合成过程中的中间物质
• 核酸的分子结构和功能
  • DNA一级结构
    • 核酸中核苷酸的排列顺序
  • DNA的二级结构
    • 规则稳定的局部空间结构
    • DNA分子反向平行的互补双链结构
      • 骨架是脱氧核糖和磷酸在外侧
      • 碱基位于主链骨架的内存
      • 主要是右手螺旋结构
      • 螺旋直径为2nm
      • 有大沟和小沟
      • 相邻碱基平面距离0.34nm
      • 螺旋一圈螺距为3.4nm
      • 一圈含有十对碱基
      • 维系键是疏水作用和氢键
  • DNA三级结构
    • 在二级结构的基础上进一步扭曲盘旋折叠而形成的高级结构
    • 超螺旋结构
      • DNA双螺旋在盘绕形成超螺旋结构
      • 正超螺旋
      • 负超螺旋
        • 负超螺旋与局部解链的RNA结构之间可相互转变利于DNA复制转录所以大部分天然的DNA中存在负超螺旋
      • 对DNA复制和RNA转录过程具有关键作用
    • 染色体结构
      • 细菌线粒体及某些病毒的DNA是环状的双链结构（共价闭合环状DNA）
      • 真核生物染色体由DNA和蛋白质构成
  • DNA的基本功能
    • 以基因的形成荷载遗传信息
    • 作为基因复制和转录的模板
    • 是生命遗传的物质基础
    • 个体生命活动的信息基础
  • RNA的结构
    • RNA通常以单链形式存在但也可形成局部的双螺旋结构
    • RNA分子的种类较多分子大小变化较大功能多样化
  • RNA的分类
    • mRNA
      • 5'帽子结构
        • 7-甲基鸟苷
          • 维持mRNA稳定
      • 编码序列
      • 3'多聚A尾
        • 维持mRNA稳定
        • 引导成熟mRNA向细胞质转运
      • 为蛋白质合成提供模板
    • tRNA
      • 一级结构
        • 分子最小（70~90个核苷酸）
        • 含10%到20%的稀有碱基
        • 3'末端为氨基酸臂
        • 5'末端大多数为鸟嘌呤
      • 二级结构
        • 三叶草形
          • 氨基酸臂
          • DHU环
          • 反密码环
            • 可以与mRNA上的密码子配对将合适的氨基酸携带到合适的位置
          • 额外环
        • 各种氨基酸的转运载体在蛋白质合成中转运氨基酸原料
      • 三级结构
        • 倒L型
        • 火化搬运氨基酸到核糖体参与蛋白质的翻译
    • rRNA
      • 种类（根据沉降系数）
        • 真核生物
          • 5s28s5.8s18s
        • 原核生物
          • 5s23s16s
      • 是细胞中含量最多的RNA占总量的80%
      • 功能参与组成核蛋白体作为蛋白质生物合成的场所
    • 其他小分子RNA
      • 核内小RNA
      • 核仁小RNA
      • 胞质小RNA
      • 催化性小RNA
      • 小片段干涉RNA
    • RNA组学
      • 研究细胞中其他小分子RNA的种类结构和功能
      • 同一生物体内不同种类的细胞同一细胞在不同时间不同状态下其他小分子RNA的表达具有时间和空间特异性
• Chargaff规律
  • 不同物种的碱基组成存在差异
  • 同一个体不同组织DNA的碱基组成相同
  • 同一生物的DNA碱基组成不随年龄营养状态环境的变化而发生变化
• 核酸的理化性质
  • 一般理化性质
    • 核酸具有酸性
    • DNA分子粘度大RNA分子黏度小
    • 可吸收紫外光最大吸收峰为260纳米用于核酸的定性和定量测定
  • DNA的变性
    • 某些理化因素作用下DNA双链解开成两条单链的过程
    • 方法
      • 过量的酸碱加热辐射
      • 变性试剂尿素酰胺
      • 有机溶剂乙醇丙酮
    • 变性的本质是双链间氢键的断裂
    • 变性后其它理化性质变化
      • 增色效应
      • 粘度下降
      • 比旋度下降
      • 浮力密度升高
      • 酸碱滴定曲线变化
      • 生物活性丧失
  • DNA的复性
    • 在适当的条件下变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象
    • 减色效应
    • 退火
      • 热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性
• 核酸化学
  • 以核苷酸为基本组成单位的生物大分子携带和传递遗传信息
  • • 核酸是生物有机体不可缺少的组成成分
  • • 核酸是生命遗传信息的携带者和传递者
• 分类
  • • 脱氧核糖核酸
      • • 携带遗传信息决定细胞和个体的基因型
    • • 核糖核酸
        • • 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
• 核酸的分离纯化
  • 质粒DNA
    • 培养细菌和扩增质粒
    • 收获细菌和溶菌
    • 采用氯化铯密度梯度分离法碱裂解法和煮沸裂解法提取纯化质粒
  • 真核生物基因组DNA
    • 尽量避免DNA断裂并防止降解
    • 将组织材料液氮冷冻研成细粉
    • 用SDS EDTA和蛋白酶k裂解细胞
    • 反复使用酚氯仿抽提除去蛋白质纯化DNA
  • 真核生物RNA
    • 总RNA的提取
    • mRNA的提取
• 分子杂交
  • 两条来源不同的单链核酸只要他们有大致相同的互补碱基顺序在适宜条件下经退火处理即可复性形成新的杂种双螺旋
  • 同源顺序
    • 不同来源具有大致相同互补碱基顺序的核酸片段
  • 液相杂交
  • 固相杂交
  • 应用
    • 研究DNA分子中某一基因的位置
    • 定两种核酸分子间的序列相似性
    • 检测某些专一序列在带碱样品中存在与否
    • 是基因芯片技术的基础
• 探针技术
  • 利用核酸的分子杂交可以确定或寻找不同物种中具有同源顺序的DNA或RNA片段
  • 探针
    • 一定标记的已知顺序的核酸片段
    • 放射性同位素
    • 生物素地高辛荧光素
• 碱基互补配对是半保留复制的基础
• 碱基堆积力是碱基平面之间的疏水作用力
• 碱基对平面与中心轴垂直糖基平面与中心轴平行
• 戊糖与含氮碱基脱水缩合而成
• 碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）