核酸化学笔记整理

生物化学核酸化学部分，核酸结构，功能及理化性质。

核酸化学

• 核酸
  • 核苷酸通过3 5 磷酸二酯键相连接形成的多聚核苷酸，再经过折叠卷曲形成有特定空间结构的生物大分子
  • 核糖核酸
  • 脱氧核糖核酸
  • RNA
    • mRNA 含量最少，约占细胞总RNA5%
      • 在蛋白质生物合成中起决定氨基酸序列的模版作用
    • r RNA
      • 含量最多约占总细胞的80% 与蛋白质构成核糖体，核糖体是合成蛋白质场所
    • t RNA
      • 相对分子质量较小10% ，15% 。在蛋白质合成过程中起起携带活化氨基酸的作用
  • 碱基修饰
    • 大多数是指碱基环上的某一位置原子被一些化学基团修饰后的衍生物，也可以是戊糖和碱基链接方式的差异
    • 二氢尿嘧啶核苷DHU
    • 假尿嘧啶核甘
    • 甲基化修饰以m 表示
      • 修饰基团在碱基上时写在碱基符号的左方
      • 修饰碱基在核糖上时写在碱基的右方
      • 核甘pC～N糖苷键
        • 子主题
  • DNA 的一级结构
    • DNA 分子中核苷酸排列顺序和链接方式
    • 脱氧核苷酸之间的连接方式
      • DNA 分子是由数量巨大的4 种脱氧核苷酸按一定顺序延3 ～ 5 磷酸二酯键连接而成的多聚脱氧核苷酸
      • 由一个脱氧核苷酸的脱氧核糖5”上的磷酸基团和另一个脱氧核苷酸的脱氧核糖3”上的羟基形成脱水形成3”磷酸酯键，这种同一个磷酸形成的两个脂键合称为磷酸二酯键，属共建键，也是稳定DNA 一级结构主要作用力。
  • DNA 二级结构
    • E•Chargaff
      • 对于不同来源的DNA 进行碱基定量分析，得出DNA4 中碱基的比例关系
      • 以摩尔含量表示，不同来源的DNA 都存在这种关系
      • 特点DNA 双螺旋结构的要点
        • 1 ，双螺旋是反向平行的右手螺旋
        • 2 ，双螺旋的外侧是两条脱氧核糖磷酸构成的主链
          • 每个脱氧核苷酸残基沿纵轴旋转36 。
          • 上升0 、34nm
          • 每十对脱氧核苷酸残基旋转一圈并上升3 ，4nm
          • 碱基对的平面与纵轴垂直，这样就使得由核糖和磷酸相互连接的主链位于螺旋外侧，而碱基却申向螺旋内部
          • 双螺旋内部的碱基按W C 规则配对一股链中的嘧啶碱基与另一股链的嘌呤碱基以氢键相连，成为碱基互补配对
          • 双螺旋的两条链是互补关系
          • 从双螺旋DNA 结构中延螺旋轴方向观察，配对的碱基并没有充满双螺旋的空间
          • 在双螺旋表面形成两种凹槽分别为大沟和小沟，这是蛋白质识别DNA 碱基序列
        • DNA 双螺旋的稳定因素
          • 碱基对间的氨基和内酰胺形成的分子内氢键
          • 碱基对疏水芳香环堆积产生的作用力和堆积的碱基对间的范德华力
        • DNA 二级结构的多肽性
          • 他们是以在生理盐溶液中抽提出的DNA 纤维在92% 相对湿度下进行X 射线衍射图谱为依据进行推测的
            • 这一条件下为B 构象
          • Na K Se 作为反离子，相对湿度75% 时，DNA 的X 射线衍射图谱
            • A 构象
          • Li 作为反离子相对湿度为66%
            • C 构象
        • ZDNA
          • 左手双螺旋，在主链中各磷酸根成锯齿状排列，如之字型。
          • 是DNA 单链上出现嘌呤与嘧啶交替排列所形成的
          • 生物学意义
            • 1:ZDNA 的形成过程在热力学上是不利的。因为带负电荷的磷酸根距离太近，会产生静电斥力
            • 2:DNA 的局部不稳定区成为潜在的解链位点
            • 3:DNA 的解螺旋是DNA 复制和转录过程中必要的环节，因此认为这一结构位点与基因调节有关
            • 4:ZDNA 的螺旋沟的特征在其信息表达过程中也起关键作用
  • RNA 分子的结构和功能
    • 单链RNA 可以自身回折，通过分子内碱基互补配对，形成一个或数个短的局部双螺旋区，称为茎区
    • 1859 个核苷酸，在5‘端有一个帽结构，3’端有多聚腺苷酸polyA 序列的尾。
    • 真核生物mRNA5’含有7 甲基鸟甘三磷酸帽结构，m7GpppNmp
    • m7G 是转录后加上的，即鸟嘌呤第七位N 被甲基化在不同真核生物mRNA 中，5‘端帽子可分为O ，I ，II
    • m7Gppp ，m7GpppNmp ，m7GpppNmp
    • 帽结构中m7Gppp 与下一个核苷酸是以5’ 5’相连的方式
    • 功能
      • 1: 一是5’帽端可以与蛋白质结合，对翻译可能起识别作用
      • 2: 稳定mRNA ，mRNA 的帽结构可以保护mRNA5‘端避免外切酶的攻击，mRNA 一般没有5’帽端结构
      • 大多数真核生物的mRNA3‘端都有50 ～ 200 个腺苷酸残基，构成polyA
      • 一般认为mRNA3' 端非常保守的AAUAAA 序列是加尾信号，原核细胞的mRNA 没有加帽或加尾信号
  • tRNA 的结构
    • 1: 在蛋白质生物合成中，tRNA 主要起转运氨基酸并识别密码子的作用
    • tRNA 的结构是tRNA 单链通过自身配对折叠形成一种形状像三叶草的茎环结构
    • 1:D 环：二氢尿嘧啶核苷酸D 臂 2:T&C 环含保守的TC 序列而得名与之相连的臂为TC 臂 3: 额外环：由3 ～ 21 个核苷酸组成，不同的tRNA 有不同大小的可变环 4:反密码子环：由7 个核苷酸组成，环中部有三个相邻碱基构成反密码子环，可以与mRNA 上的相应的密码子反平行互补配对结合识别密码子 5:氨基酸接受臂，由单链两端经互补配对形成在3‘末端有一个保守的CCA5'序列，其中三叶草结构的核糖体上的-OH通过共价键结合而接受氨基酸
• 核酸的理化性质及提取
  • 经过纯化的DNA 为白色纤维状固体，RNA 为白色粉末状固体 水溶液中溶解度较低，钠盐在水溶液中溶解度较大
  • DNA 核蛋白难溶于0.14mol/LNaCl RNA 核蛋白易溶于0.14mol/NaCL
  • 核酸等电点：核酸的解离状态随溶液的pH 而改变。核酸分子内的酸性解离和碱性解离程度相等，所带正负电荷相同，即为两性离子，此时核酸溶液的PH 就称为核酸等电点
  • DNA 的等电点为4 ～ 4.5 RNA 的等电点为2 ～ 2.5 原因：RNA 分子中核糖2‘-OH 通过氢键作用促进磷酸基上的质子解离
  • 核酸光学活性
    • 在核酸分子中，由于嘌呤碱和嘧啶碱具有双共轭体系，因而具有独特的紫外光吸收光谱，一般在260nm 处有最大吸收峰
    • 核酸的比吸光系数：浓度为1ug/ml 的核酸水溶液在260nm 处的吸光率，天然状态双链DNA 的比吸光系数为0.020 ，RNa 为0.022
    • 纯DNA 样品：A260/A280=1.8 纯RNA 样品：A260/A280=2.0
    • DNA 变性
      • 是指在某些物理或化学因素（加热，改变DNA 溶液PH ，乙醇、尿素、甲酰胺、丙酰胺等有机溶剂）作用下，DNA 的氢键断裂，有规则的双螺旋结构解开，转变为无规则的单链线团，使DNA 某些光学活性和流体力学性质（如粘度，沉降速度，紫外光吸收率）发生变化。有时，变性后的DNA 部分或全部丧失生物学活性，但并不涉及35 磷酸二酯键断裂
      • 增色效应：由于DNA 在260nm 处最大吸收值与碱基有关，当DNA 处于双螺旋结构时其碱基藏于内侧，但在其变性时由于双螺旋解开，碱基外露，导致260nm 处紫外吸收值增加
      • 溶解温度：是使被测DNA 的50% 发生变性的温度，即增色效应达到一半时的温度
      • 均一性：1:DNA 分子碱基组成的均一性 2: 待测样品碱基组成是否均一
      • DNA 的（C+G ）的含量在溶剂固定的前提下，Tm 的高低取决于DNA 分子中（G+C ）的含量 （G+C ）%= （Tm-69.3 ）%
      • DNA 的复性：变性条件下两条互补链重新配对，全部或部分恢复到天然双螺旋结构的现象。他是变性的一种逆转录的过程，此时，DNA 的紫外光吸收量也随之减少
  • 核酸提取
    • 质粒
      • 1: 经过分离提取，可得到完整的分子 2: 本身相对分子质量较小，有利于基因重组 3: 能进行自我复制扩增繁殖 4: 带有可认的表型特征，有利于选择鉴定 5: 对于某些限制性核酸内切酶具有单一切点
    • 提取方法
      • 1: 细菌培养 2: 先用碱处理和SDS 去污剂共同作用破环细胞壁和外膜，使细菌细胞裂解，释放质粒 3: 在用酚氯仿混合溶液沉淀除去提取液中的蛋白质，乙醇沉淀核酸，70% 乙醇洗涤盐分 4:RNA 酶降解RNA
    • mRNA 提取
      • 真核生物在3‘有polyA 尾，因此可以用oligo （dT ）- 纤维素或poly （U ）-Sepharous 亲和层析法从大量细胞总RNA 中分离出mRNA
  • 核酸分离技术
    • sanger 双脱氧法
      • 子主题
    • PCR 技术