生物化学[第四章核酸]课程复习(共9页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上第四章 核酸431核酸的分类 1脱氧核糖核酸(deoxyribornucleic acid，DNA) DNA是主要的遗传物质基础，是除少数病毒以外的所有生物的遗传信息库。在原核细胞，DNA集中在核区；在真核细胞，DNA主要集中在染色体，少数分布在线粒体和叶绿体等细胞器。 2核糖核酸(ribonucleic acid，RNA) RNA也可作为遗传物质。在某些病毒中只具有RNA，无DNA，保留了RNA的遗传特性。在绝大多数生物中，DNA通过转录和翻译将一部分遗传信息经mRNA传递到蛋白质上。tRNA和rRNA在蛋白质的生物合成中具有重要作用。RNA主要分为： (1)mRN

2、A(messenger RNA)，信息RNA，占细胞总RNA的5； (2)tRNA(transfer RNA)，转运RNA，占细胞总RNA的15； (3)rRNA(ribosomal RNA)，核糖体RNA，占细胞总RNA的85。 所有的细胞都同时含有这两类核酸。DNA主要存在于细胞核，少量分布在线粒体、叶绿体和质粒(一种染色体以外的基因，能自主复制，并给出附加性状)。RNA主要存在于细胞质(90)，少量分布在细胞核。病毒只具有这两种核酸中的一种，含有RNA的称RNA病毒，含有DNA的称为DNA病毒。432DNA的结构 4321 化学组成 DNA由四种脱氧核糖核苷酸(dAMP、dGMP、dCM

3、P、dTMP)组成。脱氧核糖核苷酸又由含氮碱基、脱氧核糖及磷酸组成。DNA碱基组成有一定的规律：所有DNA中的腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)的摩尔含量相等，即A=T；鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)(包括5-甲基胞嘧啶)的摩尔含量相等，即GC。不同种的生物，碱基组成不同，具有种的特异性；而同一种生物的不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成；年龄、营养状态及环境的改变不影响碱基组成。这些规律既为DNA双螺旋结构模型的建立提供了重要依据，也可以用作生物分类的指标，同时，又是我们解题的根据。 4322 DNA的一级结构 核酸的一级结构是指各种核苷酸之间连键的性质，以及核苷酸的排列顺序。DNA的一级结构

4、是由数量极其庞大的四种脱氧核苷酸，通过3，5-磷酸二酯键连接起来的直线或环形分子，无侧链。 4323 DNA的空间结构 核酸的空间结构指多核苷酸链内或链与链之间通过氢键折叠卷曲而构成的构象，可分为二级结构和三级结构。 DNA的二级结构：是由Watson和Crick于1953年提出的，即DNA双螺旋结构。其要点为： (1)DNA分子是由两条反向平行的多核苷酸链构成的，一条链的走向是35，另一条链的走向是53 (2)DNA的双螺旋属于右手螺旋，平均直径2 nm。(3)磷酸戊糖构成的主链位于螺旋的外侧，碱基对位于内侧并形成氢键。碱基对之间的轴距为034 nm。每个螺旋周期包含10个碱基对(bp)，轴

5、距为34 nm。相邻核苷酸彼此相差36°。 (4)AT，GC互补配对。因此GC之间的连接更稳定一些。 DNA分子，当一条链的碱基顺序确定以后，即可推出另一条链的碱基顺序。DNA的复制、转录、反转录都是在碱基互补配对的原则上进行的。维持DNA双螺旋结构桅顶的作用力主要是分子中的碱基堆集力，还有互补碱基对之间的氢键及磷酸残基上的负电荷与介质阳离子形成的盐键。 DNA分子的超螺旋结构是在二级结构的基础上形成的。当双链环状DNA每圈螺旋的碱基数目发生改变时，可进一步扭成超螺旋形，即形成三级结构。超螺旋DNA具有更为紧密的结构，更高的浮力密度，更高的熔点和更大的S值。当其一条链上出现一个裂口(

6、nick)时，超螺旋结构就被松开变成开环结构。同一分子环状I)NA在细胞内可能存在三种拓扑异构形式，即共价闭合环状DNA(cccDNA)、超螺旋DNA和开环DNA。 真核细胞DNA的三级结构是核小体。核小体是由一种DNA与5种组蛋白构成的超螺旋结构，它是染色体的基本结构单位。 4324 DNA结构的多样性 细胞中的DNA因含水量和盐离子不同，其结构存在差异。 ADNA 相对湿度75 钠盐 BDNA 90 钠盐 CDNA 66 锂盐 细胞中一般以B-DNA存在，转录时发生B-DNAA-DNA的构象变化。1979年，美国麻省理工学院的Rich教授发现左旋DNA磷酸基的走向呈锯齿状，被称为Z-DNA

7、，是B-DNA的特殊构象。 细胞中还存在三链DNA，第三条链可以来自分子间，也可以来自分子内。 4325 DNA结构的某些特征 a真核生物的DNA分子中普遍存在插入序列。在一个完整的结构基因中，出现一段或几段非编码区。结果，结构基因被插入序列所隔开。这种被间断的结构基因称为分隔基因或断裂基因。能编码的区段叫外显子(exon)，非编码区叫内含子(intron)。 b真核生物的DNA分子中具有重复序列。真核生物染色体DNA中有许多重复出现的核苷酸序列，根据重复的频率又分为高度重复序列(重复次数达106107次)、中等重复序列(重复几十次到几千次)和单一序列。其中，高度重复序列不能转录，中等重复序列

8、只编码组蛋白、rRNA和tRNA基因，单一序列编码除组蛋白以外的所有蛋白质。在DNA复性过程中，高度重复序列复性最快，中等重复序列其次，单一序列最慢。 c存在回文结构。真核细胞DNA分子中的非编码区存在着一种倒转重复的对称性的结构，称回文结构。原核生物的某些操纵子基因中也存在回文结构。DNA限制性内切酶往往识别DNA的回文结构。 d原核生物DNA中的基因重叠现象。在同一DNA区域中形成不同结构基因的现象。433RNA的结构 除少数RNA是双股外，绝大多数RNA是单链的，不存在碱基比例关系。但在能形成碱基对氢键的部位形成局部双螺旋，不能形成氢键的地方形成环状突起。 4331 mRNA的结构特征

9、真核细胞mRNA的结构特点如下所述。 (1)5-端有一个特殊的帽子结构。作用是抗核酸水解酶的水解，并与识别核糖体rRNA有关。 (2)3-端有一个Poly A结构。作用是维持mRNA的稳定，并与穿过核膜加能有关。 (3)在距起始密码子AUG较近的前导序列中一段嘧啶核苷酸序列与18sRNA的3-端的一段嘌呤核苷酸互补配对。 原核细胞mRNA的结构特点： (1)存在多顺反子，一条mRNA链上含有多个基因的信息。多顺反子之间有非翻译区； (2)在5-端起始密码子AUG之前，存在一段嘌呤核苷酸，与16srRNA的3-端的一段嘧啶核苷酸互补配对。 4332 tRNA结构特征 二级结构为三叶草型。由709

10、0个核苷酸组成，分子中由AU，GC碱基对构成局部双螺旋的称为臂，不能配对的部分形成的突起称为环。tRNA的二级结构中有四环四臂，最重要的是氨基酸臂和反密码环。 (1)氨基酸：3-端含有CCA-OH结构，是结合氨基酸的部位，与氨基酸结合具有特异性。 (2)反密码环：其上有与mRNA的密码子互补配对的反密码子，起识别特异编码氨基酸的作用。 4333 rRNA的结构特征 rRNA与蛋白质共同组成核糖体。 (1)原核细胞核糖体为70s，由30s小亚基和50s大亚基构成。30s小亚基中含有16srRNA，50s大亚基中含有5s、23srRNA。 (2)真核细胞核糖体为80s，由40s小亚基和60s大亚基

11、构成。其中40s小亚基中含有18srRNA，60s大亚基中含有5s、58s和28srRNA。434核酸的性质 4341 核酸的溶解性 在细胞内，DNA与蛋白质结合成DNP；RNA与蛋白质结合成RNP。 (1)DNP和RNP都微溶于水，不溶于乙醇、氯仿等有机溶剂，在有机溶剂中产生沉淀。 (2)DNA和RNA在盐溶液中的溶解度不同。DNP在低浓度(014 molL NaCl)盐溶液中溶解度很低。RNP在低浓度(014 molL NaCl)盐溶液中溶解度较大。反之，DNP在10 molL NaCl溶液中溶解度大，RNP溶解度小。 4342 核酸的水解 (1)酸水解：C-N糖苷键和磷酸酯键对酸不稳定，

12、但C-N糖苷键更易水解。在常温和稀酸溶液中，DNA分子中的嘌呤碱基很容易水解下来。这种产物称为“无嘌呤酸”。提高温度或酸的浓度，可使DNA全部水解，产生嘌呤、嘧啶和磷酸。 (2)碱水解：因RNA的戊糖的2-C原子上存在羟基，与碱作用能形成不稳定的磷酸三酯，然后再水解。产物为2-核苷酸或3-核苷酸。DNA无2-OH，所以不能形成环状中间物，即不能水解。 (3)酶水解：大多数核酸酶能水解核酸中的3，5-磷酸二酯键，少数核酸酶只水解核酸末端的磷酸基，称为磷酸单酯酶。 根据作用底物分为RNA酶(RNase)和DNA酶(DNase)，根据作用方式分为核酸内切酶、核酸外切酶和DNA限制性内切酶。 4343

13、 核酸的变性和复性 变性，是指核酸的空间构象被破坏，氢键断裂，生物活性散失的现象。变性是核酸的一个极其重要的物理化学性质。变性不涉及共价键的断裂，多核苷酸共价键的断裂叫降解。降解引起分子量的降低，而变性并不引起分子量的降低。 引起变性的因素：热变性、酸碱变性、有机溶剂变性及光辐射等。 (1)DNA的变性：螺旋向线团的转化。变性后的现象：紫外吸收增高；浮力密度增高；黏性降低；比旋降低。(2)DNA的解链温度(Tm)：DNA双螺旋解开一半时的温度称解链温度。解链温度的影响因素主要有： a与GC的含量有关：若GC含量高的则Tm就高。 Tm=693+041(G+C) b与介质的离子强度有关：离子强度低

14、，Tm就低，解链温度范围就宽。离子强度高，Tm就高，解链温度就窄。 cDNA的均一性：均质DNA发生在一个较窄的范围内，异质DNA发生在一个较宽的范围内。 (3)DNA的复性：变性DNA恢复原有结构和性质的过程，叫复性。 复性时溶液要缓慢冷却，控制一定条件。 影响复性的因素：片段大小，越大越慢；离子强度，越高越快；DNA浓度，越大越快；重复序列，越多越快。通常用Cot表示复性速度。复性符合二级反应动力学。其中Co表示变性时DNA的起始浓度；t表示二级反应的保温时间。Cot值越大，则表示复性速度越慢。 (4)核酸的分子杂交异源DNA或RNA在某些区域有相同序列，则复性时就会形成杂交分子。英国生物

15、学家EMSouthern发明的Southern blotting就是将凝胶上的变性DNA片段转移到硝酸纤维薄膜上，与32P标记的变性DNA进行杂交。 用类似的方法分析RNA，称为Northern blotting。 根据抗体抗原的原理分析蛋白质的方法，称Westthern blotting。435核酸酶 能够水解核酸的酶称为核酸酶，其化学本质是蛋白质。核酸酶与Ribozyme(核酶，酶性RNA)是完全不同的，后者的化学本质是核糖核酸(RNA)。大多数核酸酶能水解核酸分子中的3，5-磷酸二酯键，少数核酸酶只能水解核酸末端的磷酸基，称为磷酸单酯键。根据作用底物将核酸酶分为DNA酶(DNase)和R

16、NA酶(RNase)；根据酶的作用方式又可分为核酸内切酶、核酸外切酶和DNA限制性内切酶。 4351 RNase (1)胰核糖核酸酶(RNase 1)，内切酶。 作用特点：专一性水解RNA分子中的嘧啶核苷酸的3，_磷酸基与相邻核苷酸的5-OH所形成的磷酸二酯键，产物为3-嘧啶核苷酸及其结尾的寡核苷酸片段。 (2)核糖核酸酶Tl(RNase T1)，内切酶。 作用特点：专一性水解RNA分子中的鸟嘌呤核苷酸的3-磷酸基与相邻核苷酸的5-OH所形成的磷酸二酯键，产物为3-鸟苷酸及其结尾的寡核苷酸片段。 4352 DNase (1)胰脱氧核糖核酸酶(DNase I)胰脱氧核糖核酸酶只能作用于DNA，产生平均链长为4个核苷酸的片段，产物为5-核苷酸片段(5-端为磷酸基，3-端为-OH)。 (2)脱氧糖核酸酶(RNase)脱氧糖核酸酶只能作用于DNA，产生平均链