生物化学与分子生物学—核酸的结构和功能.docx

第四章 核酸的结构和功能第一节 核酸的化学组成以及一级结构核苷酸包括：核苷一/二/三磷酸NMP/NDP/NTP构成DNA的四种核苷酸：dAMP,dGMP,dCMP,dTMP构成RNA的四种核苷酸：AMP,GMP,CMP.UMP多聚核苷酸链（DNA/RNA）：核苷酸的碱基的C-3的-OH + 下一个核苷酸的磷酸的-OH，形成另一个3,5-磷酸二脂键； 5端是磷酸基团，3端是羟基，只能从3-OH端延长。链具有53的方向性。核酸的一级结构是核苷酸自5-端至3-端的排列顺序。即核酸的碱基序列。单链DNA和RNA分子的大小：核苷酸数目表示双链DNA分子的大小：碱基对/千碱基对数目表示一个由N个脱氧核苷酸组成的DNA有4N个可能的排列组合。第二节 DNA的空间结构与功能DNA的空间结构：构成DNA的所有原子在三维空间的相对位置关系；包括二级结构、高级结构DNA中四种碱基组成的Chargaff规则：不同生物个体的DNA，其碱基组成不同 同一个体不同器官或不同组织的DNA具有相同的碱基组成 对于一特定组织的DNA，其碱基组分不随其年龄、营养状态和环境而变化 对于一特定的生物体而言，A=T，G=CDNA双螺旋结构模型的要点：DNA由两条多聚脱氧核苷酸链组成（右手螺旋、反向平行） 核糖与磷酸位于外侧（疏水的碱基位于内侧；DNA表面存在一个大沟、一个小沟）DNA双链之间形成了互补碱基对（氢键个数：AT,GC；每一个螺旋有10.5个碱基对，每两个碱基对之间的相对旋转角度为36，每两个相邻碱基对平面之间的垂直距离为0.34nm） 碱基对的疏水作用力和氢键共同维持着DNA双螺旋结构的稳定（疏水性的碱基堆积力最重要）DNA双螺旋结构的多样性：溶液的离子强度或相对湿度的变化可以使DNA双螺旋结构的沟槽、螺距、旋转角度等发生变化。B-DNA,A-DNA,Z-DNA(左手螺旋)端粒：真核生物染色体DNA的3-端的结构（富含G和T的重复序列）；端粒DNA的末端是单链结构，可以自身回折形成G-四链结构。G-平面：这四链结构的核心是由4个鸟嘌呤通过8个Hoogsteen氢键形成的G-平面。G-四链结构：若干个G-平面的堆积某些基因的启动子以及mRMA的5-端非翻译区都是富含鸟嘌呤的序列。这些序列通过G-四链结构对基因表达进行适度的调控。DNA的高级结构是超螺旋结构：当盘绕方向相同正超螺旋，反之负超螺旋绝大多数原核生物DNA是环状的双螺旋分子。在细胞内进一步盘绕后形成类核结构（80%的DNA和20%的蛋白质）。在细菌DNA中，超螺旋结构可以相互独立存在，形成超螺旋区。真核生物DNA以核小体为单位形成高度有序致密结构。具体见医学细胞学第三节 RNA的结构和功能动物细胞内主要的RNA种类及功能RNA种类缩写细胞内位置（80%，最多；+核糖体蛋白核糖体；原核生物为5S、16S、23S；真核生物为5S+5.8S+28S60S大亚基，18S40S小亚基）功能核糖体RNArRNA细胞质核糖体的组成成分信使RNAmRNA细胞质（在细胞核内合成；2%5%，丰度最小，种类最多；真核生物的mRNA的5-端有特殊帽结构，3-端有多聚腺苷酸尾，共同负责mRNA从细胞核向细胞质的转运、维持mRNA的稳定性以及翻译起始的调控）蛋白质合成模板转运RNAtRNA细胞质（15%，含有茎环/发夹结构，三叶草形状，上方3-端为CCA，连氨基酸氨基酰-tRNA;下方为反密码子识别mRNA的密码子；与氨基酸的关系为n对1；倒L形的空间结构）转运氨基酸微RNAmicroRNA细胞质翻译调控胞质小RNAscRNA/75L-RNA细胞质信号肽识别体的组成成分不均一核RNA（含内含子、外显子）hnRNA细胞核（mRNA的初级产物）成熟mRNA的前体核小RNAsnRNA细胞核参与hnRNA的剪接、转运线粒体核糖体RNAmt rRNA线粒体核糖体组成成分线粒体信使RNAmt mRNA线粒体蛋白质合成模板线粒体转运RNAmt tRNA线粒体转运氨基酸其他非编码RNA（ncRNA）参与基因表达的调控种类位置功能长链非编码RNA（lcnRNA）结构上类似mRNA,但序列中不存在开放读框短链非编码RNA（sncRNA）snRNA（核内小RNA）细胞核参与真核细胞hnRNA的内含子加工剪接snoRNA（核仁小RNA）核仁参与rRNA的加工和修饰（如甲基化修饰）scRNA（胞质小RNA）细胞质参与形成信号识别颗粒，引导含有信号肽的蛋白质进入内质网定位合成催化性小RNA（核酶）细胞内催化特定RNA的降解活性，在RNA的剪接修饰中具有重要作用siRNA（小干扰RNA）以单链形式与外源基因表达的mRNA相结合，有道相应nRNA降解miRNAs（微RNA）通过结合mRNA而选择性调控基因的表达第四节 核酸的理化性质核酸分子具有强烈的紫外吸收：嘌呤和嘧啶都含有共轭双键在中性条件下，最大吸收值在260nm附近。根据260nm处的吸光度，可以确定出溶液中的DNA或RNA的含量。DNA变形是双链解离为单链的过程：DNA变性：某些理化因素（温度、pH、离子强度等）会导致DNA双链互补碱基对之间的氢键发生裂解，使DNA双链解离为单链。改变了DNA的空间结构，但是没有改变核苷酸序列。DNA的增色效应：监测DNA双链是否发生变形的一个最常用指标。DNA的解链曲线（加热）：DNA的解链温度Tm/溶解温度。碱基的GC含量越高，离子强度越高，Tm值越高。小于20bp寡核苷酸片段的Tm=4(G+C)+2(A+T)变性的核酸可以复性或形成杂交双链：复性/退火：当变性条件缓慢出去后，两条解离的互补链可重新互补配对，恢复原来的双螺旋结构。保持DNA的变性状态：将热变形的DNA迅速冷却至4以下，两条解离的互补链还来不及形成双链，所以DNA不能发生复性。核酸杂交：将不同种类的DNA单链或RNA放在同一溶液中，只要两种核酸单链之间存在着一定程度的碱基配对关系，它们就有可能形成杂化双链。这种杂化双链可以在不同的DNA单链之间形成，也可以在RNA单链之间成，甚至还可以在DNA单链和RNA单链之间形成。这种现象称为核酸杂交。核酸分子杂交是分子生物学的常用实验技术。 艾滋病（AIDS）：是由人类免疫缺陷病毒（Human Immunodeficie