导图社区 核酸的结构与功能
生物化学与分子生物学的第二章核酸相关知识总结。
编辑于2020-09-24 22:16:01第二章·核酸的结构与功能
第一节·核酸的化学组成及其一级结构
构成
完全水解后放出等摩尔的碱基、磷酸、戊糖
戊糖
碱基
磷酸
核苷酸
核苷
磷酸
空间位阻的影响核糖和碱基处于反式构象
核苷酸和脱氧核苷酸是构成核酸的基本单位
化学键
RNA是核糖核苷酸通过3`,5`-另算二质检聚合形成的线性大分子
DNA是脱氧核糖核苷酸通过3` , 5`磷酸二酯键聚合形成的线性大分子
意义
核苷酸是细胞内化学能的载体
信号转导的第二信使,具有调控基因表达的作用
核苷酸及其核苷酸祖坟的衍生物具有临床药用价值
相关概念
核酸的一级结构
核苷酸的排列顺序
碱基序列
命名
寡核苷酸
短于50
成键
核糖和碱基
β-N-糖苷键
核糖之间的连接
脱氧核糖之间的连接
3`,5`磷酸二酯键
顺序
5`→3`
第二节·DNA的空间结构与功能
DNA的二级结构是双螺旋结构基础
DNA双螺旋结构的实验基础
Chargaff原则
不同生物个体的DNA,其碱基组成不同
同一个体不同器官不同组织的DNA具有相同的碱基
对于特定组织的DNA碱基组分不随其年龄、营养状态、环境所变化
A=T,C=G
X射线衍射
DNA双螺旋结构模型特点
DNA是由两条 多聚脱氧核苷酸链 围绕同一个螺旋轴 形成 反向平行 的右手螺旋
相关数据
直径
2.37nm
螺距
3.54nm
每个螺旋有10.5个碱基对
碱基对平面之间垂直距离
0.34nm
两个碱基之间旋转角
3.6°
碱基
AT
两氢键
GC
三氢键
反向平行
构造
大沟
小沟
两条多聚脱氧核糖核苷酸链的 亲水性骨架
将 互补碱基对 包埋在DNA双螺旋结构内部
疏水性碱基对
位置
双螺旋结构的内部
亲水性骨架
位置
外部
组成
核糖
磷酸
特点
非对称性
DNA双螺旋结构的多样性
类型
B型DNA
旋转方向
右旋
沃森和克里克发现的,我们口中的DNA通常为此
A型DNA
旋转方向
右旋
实验室获得
环境相对湿度降低后,B型的空间参数发生改变
A型DNA
Z型DNA
旋转方向
左旋
自然存在
不同点
螺旋方向
螺旋直径
每一螺旋的碱基对数目
螺距
相邻碱基对之间的垂直距离
糖苷键构象
使构想稳定的相对环境湿度
碱基对平面发现与主轴的夹角
大沟
小沟
DNA的多链结构
三链DNA
TAT三碱基平面
组成条件
正常的特殊DNA
一条富含嘌呤的链
一条富含嘧啶的链
一条富含嘧啶的单链且序列与富含嘧啶链有极高相似度
单链插入正常DNA大沟
四链DNA
自然界中存在
端粒
条件
高度重复的富含GT的单链
对应富含AC的单链
具有较大柔韧性可自身挥着成G-四链结构
作用
保护端粒完整性
相关概念
DNA双链经过盘绕折叠形成致密的高级结构
原因
DNA双链一旦弯曲就会产生应力,超螺旋结构可以释放应力
条件
拓扑异构酶
相关结论
使DNA处于一个低能量的稳定状态
自然条件下一般是反超螺旋存在
相关概念
盘绕方向与DNA双螺旋结构相同时候为正超螺旋,反之为反超螺旋
原核生物
封闭环状的DNA具有超螺旋结构
原核生物的环状DNA
功能
负超螺旋产生了DNA双链的局部接连效应,有助于复制转录等生物过程
结论
不同DNA区域可以有不同程度的超螺旋结构
超螺旋结构可以互相独立存在
超螺旋DNA双链只能在闭环的形式存在
或者在蛋白质结合的条件下存在
以避免他们相互纠缠
真核生物
真核生物DNA被主机有序的组装成高级结构
相关结论
染色质
细胞周期的大部分时间里,DNA以松散的染色质形式存在
染色体
基本单位
核小体
由一段双链DNA和四种碱性的组蛋白共同构成
H2A X 2
H2B X2
H3 X2
H4 X2
八聚体核心组蛋白
连接相邻核小体之间的一段DNA称为连接段DNA
是非组蛋白结合区域
第一次折叠
核小体形成串珠结构
第二次折叠
染色质纤维按照左手螺旋在组蛋白H1的参与下形成中空状螺线管
相关参数
外径30nm
内径10nm
每个螺旋6个核小体
染色质纤维中空状螺线管的形成
第三次折叠
多级螺线化模型
功能区
端粒
概念
染色体端膨大的粒状结构
组成
染色体端DNA(端粒DNA)
DNA结合蛋白
着丝粒
两个染色单体的连接位点,富含AT序列
DNA是主要遗传物质
相关概念
基因组
包含在该生物的DNA中的全部遗传信息
一套染色体中完整的核苷酸序列
DNA特点
高度稳定系
高度复杂性
子主题
核酸的理化性质
提取方法
超速离心法
特性
紫外吸收
范围
260nm
原因
嘌呤嘧啶都含有共轭双键的杂环分子
作用
通过吸光度值判断核酸含量
具体比例
A(260)=1.0
50ug/ml双链DNA
49ug/ml单链DNA/RNA
20ug/ml寡核苷酸
A(260)/A(280)的比例判断生物样品中提取的纯度
DNA纯品比例是1.8
RNA纯品比例是2.0
DNA变性
含义
双链解离为两条DNA单链的过程
条件
温度
PH
离子强度
特性变化
DNA增色效应
解链过程中碱基暴露,260nm处的吸光度随之增加
判断DNA是否变性的主要方法
相关概念
DNA解链温度
260nm吸光度达到最大变化值的一半所对应的温度
强酸性
粘滞度大
DNA的复性
含义
把变性条件去除后,两题解离的DNA互补链重新配对成DNA双链,恢复原来结构
退火
热变性DNA缓慢冷却的复性
核酸分子杂交
条件
两条核酸单链之间存在一定程度上的互补关系,可能形成杂化双链
应用
PCR扩增
鉴定核酸分子间序列的相似性
子主题
RNA的空间结构与功能
mRNA是蛋白质生物合成的模板
真核细胞的生物核内的hnRNA经过一系列的修饰和剪接成为成熟的mRNA
hnRNA
外显子
内含子(丢)
加帽加尾
mRNA
mRNA的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列
真核mRNA
包括
5`非翻译区
编码区
3`非翻译区
MRNA
丰度最小
种类最多
相关概念
细胞核中新形成的mRNA初级产物被称为核不均一RNA(hnRNA)
特有结构
真核细胞mRNA的5`-端有帽结构
特殊参与分子
反式七甲基鸟嘌呤三磷酸腺苷
特殊化学键
5`-5`三磷酸键
原核生物没有5``帽结构
真核生物的5`帽结构可与帽结合蛋白分子结合形成复合体
有助于mRNA的稳定系
概要
真核生物和有些原核生物mRNA的3`端有多聚线核苷酸尾的结构
组成
由80~250个腺苷酸连接而成的多聚腺苷酸结构
简称
多聚线核苷酸尾(多聚(A)尾)
加入RNA时期
mRNA转录完成后
多聚核苷酸聚合酶
多聚A尾与poly(A)结合蛋白结合
tRNA是蛋白质合成中氨基酸的载体
功能
参与蛋白质合成
具体是提供氨基酸
特点
具有稳定的空间结构
tRNA含有多种稀有碱基
均是转录后修饰而成的
如假尿嘧啶
双氢尿嘧啶
甲基化嘌呤
tRNA具有特定的空间结构
局部的双螺旋结构
碱基互补配对原则的存在
茎环/发夹结构
局部双螺旋之间的核苷酸序列不能形成互补配对
则膨出形成环状或攀状结构
反密码子环就是位于下方的发夹结构
tRNA的3`端连接着氨基酸
所有3`端都是以CCA三个核苷酸结束
一个tRNA只能对应一种氨基酸
一个氨基酸可以对应多种tRNA
tRNA的反密码子能够识别mRNA密码子
二级结构
三叶草形状
三级结构
形状
倒“L”形
构造力
特殊氢键
碱基堆积力
rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成的场所
结论
rRNA是细胞中含量最多的RNA
rRNA有确定的种类和保守的核苷酸序列
原核生物
3种rRNA
真核细胞
4种rRNA
类似的方式构成了大小亚基
二级结构
有许多茎环结构
核糖体
A位
结合氨酰-tRNA
P位
结合肽酰-tRNA
E位
tRNA的排除位
组成性非编码RNA是保障遗传信息传递的关键因子
催化小RNA(核酶)
催化功能的RNA分子统称
核仁小RNA
参与rRNA的加工
核小RNA
参与真核细胞MRNA成熟过程
识别hnRNA上的外显子和内含子的接点,切除内含子
有与mRNA相似的帽结构
胞质小RNA
sRNA存在细胞质中,与蛋白质结合形成复合体后发挥生物学功能
组成性非编码RNA
作用
参与RNA剪接、蛋白质转运、调控基因的表达
调控性非编码RNA参与了基因的表达与调控
非编码小RNA的特征和作用
微RNA
miRNA
细胞的生长、分化、衰老、凋亡、自噬、迁徙、侵袭
piRNA
PIWI蛋白质家族成员结合后发挥调控作用
siRNA
抑制转录
primiRNA
形成miRNA
长非编码RNA的特征作用
不编码蛋白质
环状RNA的特征和作用
circRNA无5`3`端,不受RNA外切酶影响,不易被降解
高度保守性
组织时序疾病特异性
RNA分类
编码RNA
定义
从基因组上转录而来、其核苷酸序列可以翻译成蛋白质的RNA
仅信使RNA(mRNA)
非编码RNA
分类
组成性非编码RNA
确保实现基本生物学功能的RNA
特点
丰度恒定
组成
转运RNA(tRNA)
核糖体RNA(rRNA)
端粒RNA
信号识别颗粒RNA
调控性非编码RNA
特点
丰度易被改变
外界环境
应激条件
细胞性状
成熟度
代谢活跃度
健康状态
相关结论
RNA通常以单链形式存在
较长的RNA可以通过链内的碱基互补配对形成局部的双螺旋二级结构以及复杂的高级结构
RNA的种类丰度大小和空间结构逗比DNA复杂
通过与调控因子或非编码RNA的相互做哟经调控蛋白质生物合成
去除该两种结构则易被降解
mRNA从细胞核向细胞质的转运、维持mRNA的稳定性、翻译起始的调控
长度为146bp的DNA绕组蛋白1.75圈形成核小体核心颗粒
10nm串珠结构(染色质纤维)
腺苷代表腺嘌呤核苷
核苷一磷酸
核苷三磷酸
核苷二磷酸