生物化学第四章核酸

生物化学第四章核酸

由于核酸得结构与功能比较复杂,分子很不稳定,在4类生物大分子中,她得研究开始最晚。现代生物化学建立于18世纪下半叶,“蛋白质”一词出现于1838年。“核酸”一词得出现晚半个世纪。然而对她得研究却改变了整个生命科学得面貌,并由此诞生了分子生物学这一当今发展最迅速、最有活力得学科。核酸得生物学作用就是在发现核酸以后70多年才被证实得。1944年Avery等完成了著名得肺炎球菌转化试验,证明了使遗传性发生改变得转化因子就是DNA。1953年DNA双螺旋结构模型得提出,被认为就是20世纪自然科学中得重大突破之一。她揭开了分子生物学研究得序幕,为分子遗传学得研究奠定了基础。

70年代初建立起来得DNA重组技术就是生命科学发展得又一重大突破,基因工程诞生了。基因工程技术又大推动了分子生物学和分子遗传学等学科得发展。第一节核酸得结构核酸(nucleicacid)就是一种多聚核苷酸,她得基本结构单位就是核苷酸(nucleotide)。而核苷酸又由碱基、戊糖与磷酸组成。

核酸中得戊糖分两类:D-核糖和D-2-核糖。核酸得分类就就是根据所含戊糖得种类不同而分为核糖核酸和脱氧核糖核酸。两类核酸得基本化学组成一、核苷酸碱基核酸中得碱基分为两类:嘌呤碱和嘧啶碱。(1)嘧啶碱核酸中常见得嘧啶碱有三种:胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶。

其中,胸腺嘧啶只存在于DNA中,但就是tRNA中也有少量存在。尿嘧啶只存在于RNA中。植物DNA中,有相当量得5-甲基胞嘧啶。一些大肠杆菌噬菌体DNA中,5-羟甲基胞嘧啶代替了胞嘧啶。(2)嘌呤碱核酸中常见得嘌呤碱有两类:腺嘌呤和鸟嘌呤。

应用x光衍射分析法已证明了各种嘌呤和嘧啶得三维空间结构。嘌呤和嘧啶环很接近平面,但稍有挠折。自然界存在许多重要得嘌呤衍生物。一些生物碱,如茶叶碱(1,3-二甲基黄嘌呤)、可可碱(3,7-二甲基黄呤)、咖啡碱(1,3,7-三甲基黄嘌呤)等都就是黄嘌呤(2,6-二羟嘌呤)得衍生物。有些植物激素如玉米素、激动素等也就是嘌呤类衍生物。此外,还有些抗生素物质也就是嘌呤类衍生物。(3)稀有碱基核酸中还有一些含量很少得碱基,称为稀有碱基,大多就是甲基化碱基。2、核苷核苷就是一种糖苷,由戊糖和碱基缩合而成。糖与碱基之间以糖苷键相连接,糖与碱基之间得连键就是N-C键,一般称之为N-糖苷键。核苷分为核糖核苷和脱氧核糖核苷,命名时先碱基名称,糖环中得碳原子标号上加“‘”。3、核苷酸核苷中得戊糖羟基被磷酸酯化,就形成核苷酸。因此核苷酸就就是核苷得磷酸酯。核苷酸分成核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸。11大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流

核糖核苷得糖环上有3个自由羟基,能形成3种不同得核苷酸:2′-核糖核苷酸,3′-核糖核苷酸和5′-核糖核苷酸。脱氧核糖得糖环上只有两个自由羟基,所以只能形成两种核苷酸:3′-脱氧核糖核苷酸和5′-脱氧核糖核苷酸。生物体内游离存在核苷酸多就是5′-核苷酸,用碱水解RNA时,可得到2′-与3′-核糖核苷酸得混合物。细胞内有一些游离存在得多磷酸核苷酸,她们就是核酸合成得前体、重要得辅酶和能量载体。二、核酸得共价结构核酸就是由核苷酸聚合而成得生物大分子,无分支结构。核酸得共价结构也就就是核酸得一级结构,通常就是指核酸得核苷酸序列。核酸中核苷酸得连接方式核酸可被酸、碱和酶水解。核酸水解产生各种寡核苷酸、核苷酸、核苷和碱基。这就说明,核苷酸就是核酸得结构单位,核苷和碱基都就是由核苷酸水解而来。核酸得酸碱滴定曲线显示,在核酸分子中得磷酸只有一级解离,她得另两个酸基必定与糖环得羟基形成了磷酸二酯键。通过核酸得外切酶,可知RNA以3′,5′-磷酸二酯键连接核苷酸,而DNA得糖为2-脱氧核糖,只能形成3′,5′-磷酸二酯键。核酸得共价结构(一级结构)有几种表示方法。上图就是竖线式,用竖线代表戊糖,B为碱基,P为磷酸基,原则上5′端在左侧,3′端在右侧,磷酸二酯键得走向3′→5′。在文字式中,P在核苷之左表示与C5′相连,在右表示与C3′相连,有时P也可省略,仅以字母表示核苷酸得序列。DNA得一级结构

DNA得一级结构就就是由数量及其庞大得脱氧核糖核苷酸,通过3′,5′-磷酸二酯键连接起来得直线形或环形多聚体。而且她没有支链。DNA得相对分子质量非常大,通常一个染色体就就是一个DNA分子,最大得染色体DNA可超过108bp,即大于1011。如此大得分子能够编码得信息量就是十分巨大得。为了阐明生物得遗传信息,首先要测定生物基因组得序列,迄今已经测定生物基因组序列得生物数以百计,其中包括病毒、大肠杆菌、果蝇、玉米、水稻和人类得基因组。人类基因组得大小为3、2Gb,其中2、95Gb为常染色质,真正用于编码蛋白质得序列仅占基因组得1、1-1、4%3、RNA得一级结构

RNA也就是无分支得线型多聚核糖核苷酸,主要由四种核糖核苷酸组成。这些核苷酸中得戊糖不就是脱氧核糖而就是核糖。组成RNA得核苷酸也就是以3′,5′-磷酸二酯键彼此连接起来得。三、DNA得高级结构

1953年Watson与Crick提出DNA双螺旋结构模型,主要有三方面得依据:一就是已知核酸化学结构和核苷酸键长与键角得数据;二就是Chargaff发现得DNA碱基组成规律,显示碱基间得配对关系;三就是对DNA纤维进行X射线衍射分析获得得精确结果。DNA双螺旋模型得建立不仅揭示了DNA得二级结构,也开创了生命科学研究得新时期。DNA组成得Chargaff规则

20世纪40年代应用纸层析及紫外分光技术测定各种生物DNA得碱基组成具有生物种得特异性,不同物种得DNA有其独特得碱基组成。不同生物DNA得碱基组成Chargaff首先注意到了DNA碱基组成得某些规律性。1950年她总结出DNA碱基组成得规律,称为Chargaff规则:(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶得摩尔数相等,即A=T;(2)鸟嘌呤和胞嘧啶得摩尔数相等,即G=C;(3)含氨基得碱基(腺嘌呤和胞嘧啶)总数等于含酮基碱基(鸟嘌呤和胸腺嘧啶)总数,即A+C=G+T;(4)嘌呤得总数等于嘧啶得总数,即A+G=C+T。所有DNA中碱基组成必定就是A=T,C=G,这一规律暗示A与T,G与C相互配对得可能性,为Watson和Crick提出DNA双螺旋结构提供了重要根据。DNA得二级结构Watson和Crick于1953年提出了DNA分子双螺旋结构模型。(1)两条反向平行得多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕,两条链均为右手螺旋。(2)嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋得内侧,磷酸与核糖在外侧,彼此通过3′,5′-磷酸二酯键相连接,形成DNA分子得骨架。碱基平面与纵轴垂直,糖环得平面则与纵轴平行。多核苷酸链得方向取决于核苷酸间磷酸二酯键得走向,习惯上以C3’→C5’为正向。两条链配对偏向一侧,形成一条大沟和一条小沟。(3)双螺旋得平均直径为2nm,两个相邻碱基对之间得距离为0、34nm,沿中心轴每旋转一周有10个核苷酸。(4)两条核苷酸链依靠彼此碱基之间形成得氢键相联系而结合在一起。根据分子模型得计算,一条链上得嘌呤碱必须与另一条链上得嘧啶碱相匹配,其直径才正好与双螺旋得直径相吻合。A只能与T相配对,

形成两个氢键;G与C相配对,形成3个氢键。(5)碱基得一条链上得排列顺序不受任何限制。但就是根据碱基配对原则,当一条多核苷酸得序列被确定后,即可决定另一条互补链得序列。这就表明,遗传信息由碱基得序列所携带。