生物及化学复习资料第三篇 核酸的结构及功能广东医学院.docx
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生物及化学复习资料第三篇核酸的结构及功能广东医学院
生化第三章
第三章核酸的结构与功能StructureandFunctionofNucleicAcid
核酸(nucleicacid):
单核苷酸为基本单位组成的生物大分子。
是生物遗传的物质基础。
核酸:
脱氧核糖核酸(DNA)
核糖核酸(RNA):
mRNAtRNArRNA
第一节核酸的化学组成和一级结构TheChemicalComponentofNucleicAcid
核酸的化学组成
1.元素组成:
C、H、O、N、P(9~10%)
2.分子组成:
——碱基(base):
嘌呤碱,嘧啶碱
——戊糖(ribose):
核糖(ribose)(构成RNA),脱氧核糖(deoxyribose)(构成DNA)
——磷酸(phosphate)
嘌呤(purine)腺嘌呤(adenine,A)鸟嘌呤(guanine,G)
嘧啶(pyrimidine)尿嘧啶(uracil,U)胞嘧啶(cytosine,C)胸腺嘧啶(thymine,T)
一、核苷酸的结构
1.核苷(ribonucleoside)的形成
碱基和核糖(脱氧核糖)通过糖苷键连接形成核苷(脱氧核苷)。
核苷:
AR,GR,UR,CR脱氧核苷:
dAR,dGR,dTR,dCR
2.核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名
核苷(脱氧核苷)和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸(脱氧核苷酸)。
核苷酸:
AMP,GMP,UMP,CMP脱氧核苷酸:
dAMP,dGMP,dTMP,dCMP
体内重要的游离核苷酸及其衍生物
●多磷酸核苷酸:
NMP,NDP,NTP
●环化核苷酸:
cAMP,cGMP
●含核苷酸的生物活性物质:
NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD等都含有AMP
二、核酸的一级结构
定义:
核酸中核苷酸的排列顺序。
由于核苷酸间的差异主要是碱基不同,所以也称为碱基序列。
核苷酸之间以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链,即核酸。
第二节DNA的空间结构与功能DimensionalStructureandFunctionofDNA
一、DNA的二级结构——双螺旋结构
(一)DNA双螺旋结构提出的依据
(二)DNA双螺旋结构模型要点(Watson,Crick,1953)
◆DNA分子是反向平行的互补双链结构,两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架,以右手螺旋方式绕公共轴盘旋。
螺旋直径为2nm,形成大沟及小沟相间。
◆碱基垂直螺旋轴在内侧,与对侧碱基形成氢键配对(互补配对形式:
A=T;GC)。
◆相邻碱基平面距离0.34nm,螺旋一圈螺距3.4nm,一圈10对碱基。
◆氢键维持双链横向稳定性,碱基堆积力维持双链纵向稳定性。
(三)DNA双螺旋结构的多样性
二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装
(一)DNA的超螺旋结构(supercoil)
DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
正超螺旋——DNA双螺旋(在拓扑异构酶的作用下)——负超螺旋
(二)原核生物DNA的三级结构
(三)DNA在真核生物细胞核内的组装
真核生物染色体由DNA和蛋白质构成,其基本单位是核小体(nucleosome)。
核小体的组成:
DNA:
约200bp组蛋白:
H1、H2A,H2B、H3、H4
三、DNA的功能
以基因的形式荷载遗传信息,并作为基因复制和转录的模板。
基因:
是指DNA分子中的特定区段,包含有编码生物活性产物的信息单位。
第三节RNA的结构与功能StructureandFunctionofRNA
RNA的种类、分布、功能
一、信使RNA的结构与功能
*mRNA含量较少(占细胞总RNA的3%~5%),种类最多
内含子(intron)外显子(exon)
*mRNA的功能
把DNA所携带的遗传信息,按碱基互补配对原则,抄录并传送至核糖体,用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。
真核生物mRNA结构特点
1.5´末端形成帽子结构:
m7GpppNm-。
2.3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构,称为多聚A尾。
帽子结构和多聚A尾的功能:
mRNA核内向胞质的转位
mRNA的稳定性维系翻译起始的调控
二、转运RNA的结构与功能
ØtRNA是细胞内分子量最小的RNA(占总RNA的15%)
Ø含10~20%稀有碱基包括双氢尿嘧啶(DHU)、假尿嘧啶(ψ)和甲基化的嘌呤等
稀有碱基:
N,N二甲基鸟嘌呤、双氢尿嘧啶、N6-异戊烯腺嘌呤、
4-巯尿嘧啶
tRNA的二级结构——三叶草形:
氨基酸臂、DHU环、反密码环、额外环、TΨC环
tRNA的三级结构——倒L形
*tRNA的功能:
活化、搬运氨基酸到核糖体,参与蛋白质的翻译。
三、核糖体RNA的结构与功能
细胞内含量最多的RNA,占RNA总量的80%以上
rRNA的功能:
参与组成核糖体,作为蛋白质生物合成的场所。
四、其他小分子RNA及RNA组学
除了上述三种RNA外,细胞的不同部位存在的许多其他种类的小分子RNA,统称为非mRNA小RNA(smallnon-messengerRNAs,snmRNAs)。
snmRNAs的种类:
核内小RNA、核仁小RNA、胞质小RNA、催化性小RNA、小片段干涉RNA
snmRNAs的功能:
参与hnRNA和rRNA的加工和转运。
RNA组学:
研究细胞中snmRNAs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snmRNAs的表达具有时间和空间特异性。
第四节核酸的理化性ThePhysicalandChemicalCharactersofNucleicAcid
一、A260的应用
1.DNA或RNA的定量
A260=1.0,相当于50μg/ml双链DNA、40μg/ml单链DNA(或RNA)、20μg/ml寡核苷酸
2.判断核酸样品的纯度
DNA纯品:
A260/A280比值=1.8RNA纯品:
A260/A280比值=2.0
二、DNA的变性(denaturation)
定义:
在某些理化因素作用下,DNA双链解开成两条单链的过程。
方法:
过量酸,碱,加热,尿素、酰胺、有机溶剂(如乙醇、丙酮)等。
变性后理化性质变化:
A260增高、粘度下降、生物活性丧失
DNA变性的本质是双链间氢键的断裂
Ø增色效应:
DNA变性时其溶液A260增高的现象。
例:
变性引起紫外吸收值的改变
Ø解链曲线:
如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260值作图,所得的曲线。
紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为DNA的解链温度,又称熔解温度(meltingtemperature,Tm)。
其大小与G+C含量成正比。
三、DNA的复性与分子杂交
DNA复性(renaturation):
在适当条件下,变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象。
热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性,这一过程称为退火(annealing)。
核酸分子杂交(hybridization)在DNA复性过程中,如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中,在适宜的条件(温度及离子强度)下,就可以在不同的分子间形成杂化双链(heteroduplex)。
这种现象称为核酸分子杂交。
核酸分子杂交的应用:
1.研究DNA分子中某一种基因的位置
2.鉴定两种核酸分子间的序列相似性3.检测某些专一序列存在与否4.是基因芯片技术的基础
第六节核酸酶Nuclease
核酸酶:
是指所有可以水解核酸的酶
依据底物不同分类:
DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)、RNA酶(ribonuclease,RNase)
依据切割部位不同:
核酸内切酶、核酸外切酶
核酸酶的功能
◆参与DNA的合成、修复及RNA剪接等
◆负责清除多余的、结构和功能异常的核酸
◆降解食物中的核酸以利吸收
◆体外重组DNA技术中的重要工具酶
核酶(ribozyme)
催化性RNA(ribozyme)作为序列特异性的核酸内切酶降解mRNA。
催化性DNA(DNAzyme)人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段,也能序列特异性降解RNA。
(一)核酶:
具有催化活性的RNA
(1)1982年,Cech首先发现四膜虫L19RNA既有RNA酶活性,又有RNA聚合酶活性。
随后的研究表明:
L19RNA具备酶促催化的几个特征:
高度的底物专一性、遵循Michaelis-Menten动力学、对竞争性抑制剂的敏感性
(2)1992年,Piccirilli等发现L19RNA具有氨酰酯酶的活性,催化氨酰酯水解。
(3)L19RNA还有限制性内切酶作用
(4)1997年,Zhang和Cech用人造的RNA分子催化合成了肽链,表明RNA具有肽基转移酶活性。
(5)原核生物RNaseP和兔肌1,4--葡聚糖分枝酶
均包括RNA+蛋白组分,起催化作用的都是RNA。
(二)核酶的研究意义与应用前景
RNA既能携带遗传信息,又有生物催化功能。
——RNA可能早于蛋白质和DNA,是生命起源中首先出现的生物大分子。
切割癌基因、致病病毒基因
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