生物化學(xué)[第四章核酸]課程復(fù)習(xí)

1、精品文檔1歡。迎下載第四章 核酸431 核酸的分類1 脫氧核糖核酸 (deoxyribornucleic acid， DNA)DNA 是主要的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，是除少數(shù)病毒以外的所有生物的遺傳信息庫。 在原核細(xì)胞，DNA 集中在核區(qū)；在真核細(xì)胞，DNA 主要集中在染色體，少數(shù)分布 在線粒體和葉綠體等細(xì)胞器。2 核糖核酸 (ribonucleic acid ， RNA)RNA 也可作為遺傳物質(zhì)。在某些病毒中只具有RNA 無 DNA 保留了 RNA 的遺傳特性。在絕大多數(shù)生物中，DNA 通過轉(zhuǎn)錄和翻譯將一部分遺傳信息經(jīng)mRNA傳遞到蛋白質(zhì)上。tRNA 和 rRNA 在蛋白質(zhì)的生物合成中具有重要作用。R

2、NA 主要分為：(1) mRNA(messenger RNA)，信息 RNA 占細(xì)胞總 RNA 的 5%;(2) tRNA(transfer RNA)，轉(zhuǎn)運(yùn) RNA 占細(xì)胞總 RNA 的 15%;(3) rRNA(ribosomal RNA)，核糖體 RNA 占細(xì)胞總 RNA 的 85%。所有的細(xì)胞都同時含有這兩類核酸。DNA 主要存在于細(xì)胞核，少量分布在線 粒體、葉綠體和質(zhì)粒 ( 一種染色體以外的基因，能自主復(fù)制，并給出附加性狀 ) 。 RNA 主要存在于細(xì)胞質(zhì)(90 %)，少量分布在細(xì)胞核。病毒只具有這兩種核酸中的 一種，含有 RNA勺稱 RNA 病毒，含有 DNA 勺稱為 DNA 病毒。

3、4. 3. 2DNA 的結(jié)構(gòu)4 3 2 1 化學(xué)組成DNA 由四種脫氧核糖核苷酸(dAMR dGMP dCMP dTMP 組成。脫氧核糖核苷 酸又由含氮堿基、脫氧核糖及磷酸組成。DNA 堿基組成有一定的規(guī)律：所有 DNA中的腺嘌呤(A)與胸腺嘧啶(T)的摩爾含量相等，即 A=T;鳥嘌呤(G)與胞嘧啶精品文檔2歡。迎下載(C)(包括 5-甲基胞嘧啶)的摩爾含量相等，即 G= C。不同種的生物，堿基組成不 同，具有種的特異性；而同一種生物的不同器官、 不同組織的 DNA 具有相同的堿 基組成；年齡、營養(yǎng)狀態(tài)及環(huán)境的改變不影響堿基組成。 這些規(guī)律既為 DNA 雙螺 旋結(jié)構(gòu)模型的建立提供了重要依據(jù)，也

4、可以用作生物分類的指標(biāo)，同時， 又是我 們解題的根據(jù)。4. 3. 2. 2 DNA 的一級結(jié)構(gòu)核酸的一級結(jié)構(gòu)是指各種核苷酸之間連鍵的性質(zhì)，以及核苷酸的排列順序。DNA 勺一級結(jié)構(gòu)是由數(shù)量極其龐大的四種脫氧核苷酸，通過3 5-磷酸二酯鍵連接起來的直線或環(huán)形分子，無側(cè)鏈。4. 3. 2. 3 DNA 的空間結(jié)構(gòu)核酸的空間結(jié)構(gòu)指多核苷酸鏈內(nèi)或鏈與鏈之間通過氫鍵折疊卷曲而構(gòu)成的 構(gòu)象，可分為二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)。DNA 的二級結(jié)構(gòu)：是由 Watson 和 Crick 于 1953 年提出的，即 DNA 雙螺旋結(jié) 構(gòu)。其要點為：(1) DNA 分子是由兩條反向平行的多核苷酸鏈構(gòu)成的， 一條鏈的走向是 3-

5、 5,另一條鏈的走向是 5-3(2) DNA 的雙螺旋屬于右手螺旋，平均直徑 2 nm。(3) 磷酸戊糖構(gòu)成的主鏈位于螺旋的外側(cè)，堿基對位于內(nèi)側(cè)并形成氫鍵。堿 基對之間的軸距為 0. 34 nm 每個螺旋周期包含 10 個堿基對(bp)，軸距為 3. 4 nm 相鄰核苷酸彼此相差 36。(4)A= T，g C 互補(bǔ)配對。因此 gC 之間的連接更穩(wěn)定一些。DNA 分子，當(dāng)一條鏈的堿基順序確定以后，即可推出另一條鏈的堿基順序。DNA 的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、反轉(zhuǎn)錄都是在堿基互補(bǔ)配對的原則上進(jìn)行的。維持DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)桅頂?shù)淖饔昧χ饕欠肿又械膲A基堆集力， 還有互補(bǔ)堿基對之間的氫鍵及精品文檔3歡迎下載磷酸殘

6、基上的負(fù)電荷與介質(zhì)陽離子形成的鹽鍵。DNA 分子的超螺旋結(jié)構(gòu)是在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的。當(dāng)雙鏈環(huán)狀DNA 每圈螺旋的堿基數(shù)目發(fā)生改變時，可進(jìn)一步扭成超螺旋形，即形成三級結(jié)構(gòu)。超螺旋 DNA具有更為緊密的結(jié)構(gòu)，更高的浮力密度，更高的熔點和更大的S 值。當(dāng)其一條鏈上出現(xiàn)一個裂口 (nick)時，超螺旋結(jié)構(gòu)就被松開變成開環(huán)結(jié)構(gòu)。同一分子環(huán)狀 I)NA 在細(xì)胞內(nèi)可能存在三種拓?fù)洚悩?gòu)形式，即共價閉合環(huán)狀DNA(cccDNA、超螺旋 DNA 和開環(huán) DNA真核細(xì)胞 DNA 的三級結(jié)構(gòu)是核小體。核小體是由一種 DNA 與 5 種組蛋白構(gòu)成 的超螺旋結(jié)構(gòu)，它是染色體的基本結(jié)構(gòu)單位。4. 3. 2. 4 DNA

7、 結(jié)構(gòu)的多樣性細(xì)胞中的 DNA 因含水量和鹽離子不同，其結(jié)構(gòu)存在差異。ADNA 相對濕度 75% 鈉鹽BDNA90 %鈉鹽CDNA66 %鋰鹽細(xì)胞中一般以 B-DNA 存在，轉(zhuǎn)錄時發(fā)生 B-DNRA-DNA 的構(gòu)象變化。1979 年,美國麻省理工學(xué)院的 Rich 教授發(fā)現(xiàn)左旋 DNA 磷酸基的走向呈鋸齒狀，被稱為Z-DNA 是 B-DNA 的特殊構(gòu)象。構(gòu)ft向X H嬰對與輛喪肅B fXSfA右童2. 37 nm3 A run10.4ADNA12. 55 nm293 nm1LO19*C-DMA右養(yǎng)2.12 nn3-1 nm9-36*DNA - RMA2.55 nm2 , 3 nm1L020*2-

8、DNA左證L 84 nmX & nmI2L0細(xì)胞中還存在三鏈 DNA 第三條鏈可以來自分子間，也可以來自分子內(nèi)4. 3. 2. 5 DNA 結(jié)構(gòu)的某些特征精品文檔4歡。迎下載a .真核生物的 DNA 分子中普遍存在插入序列。在一個完整的結(jié)構(gòu)基因中， 出現(xiàn)一段或幾段非編碼區(qū)。結(jié)果， 結(jié)構(gòu)基因被插入序列所隔開。 這種被間斷的結(jié) 構(gòu)基因稱為分隔基因或斷裂基因。 能編碼的區(qū)段叫外顯子 (exon) ，非編碼區(qū)叫內(nèi) 含子 (intron) 。b .真核生物的 DNA 分子中具有重復(fù)序列。真核生物染色體 DNA 中有許多重 復(fù)出現(xiàn)的核苷酸序列，根據(jù)重復(fù)的頻率又分為高度重復(fù)序列(重復(fù)次數(shù)達(dá) 1061

9、07次)、中等重復(fù)序列 (重復(fù)幾十次到幾千次 )和單一序列。其中，高度重復(fù)序列不 能轉(zhuǎn)錄，中等重復(fù)序列只編碼組蛋白、rRNA 和 tRNA 基因，單一序列編碼除組蛋 白以外的所有蛋白質(zhì)。在 DNA 復(fù)性過程中，高度重復(fù)序列復(fù)性最快，中等重復(fù)序 列其次，單一序列最慢。c .存在回文結(jié)構(gòu)。真核細(xì)胞 DNA 分子中的非編碼區(qū)存在著一種倒轉(zhuǎn)重復(fù)的 對稱性的結(jié)構(gòu)， 稱回文結(jié)構(gòu)。 原核生物的某些操縱子基因中也存在回文結(jié)構(gòu)。 DNA 限制性內(nèi)切酶往往識別 DNA 的回文結(jié)構(gòu)。d .原核生物 DNA 中的基因重疊現(xiàn)象。在同一 DNA 區(qū)域中形成不同結(jié)構(gòu)基因 的現(xiàn)象。4. 3. 3RNA 的結(jié)構(gòu)除少數(shù) RNA

10、是雙股外，絕大多數(shù) RNA 是單鏈的，不存在堿基比例關(guān)系。但在 能形成堿基對氫鍵的部位形成局部雙螺旋，不能形成氫鍵的地方形成環(huán)狀突起。4. 3. 3. 1 mRNA 的結(jié)構(gòu)特征真核細(xì)胞 mRN 的結(jié)構(gòu)特點如下所述。(1) 5-端有一個特殊的帽子結(jié)構(gòu)。作用是抗核酸水解酶的水解，并與識別核糖體 rRNA 有關(guān)。(2) 3 -端有一個 Poly A 結(jié)構(gòu)。作用是維持 mRNA 勺穩(wěn)定，并與穿過核膜加 能有關(guān)。(3)在距起始密碼子 AUG5 近的前導(dǎo)序列中一段嘧啶核苷酸序列與 18SRNA 勺 3-端的一段嘌呤核苷酸互補(bǔ)配對。原核細(xì)胞 mRN 的結(jié)構(gòu)特點：精品文檔5歡。迎下載(1)存在多順反子，一條

11、mRN 鏈上含有多個基因的信息。多順反子之間有非 翻譯區(qū)；(2)在 5-端起始密碼子 AUG 之前，存在一段嘌呤核苷酸，與 16srRNA 的 3 - 端的一段嘧啶核苷酸互補(bǔ)配對。4 332 tRNA 結(jié)構(gòu)特征二級結(jié)構(gòu)為三葉草型。由 7090 個核苷酸組成，分子中由 A- U, G- C 堿基 對構(gòu)成局部雙螺旋的稱為臂，不能配對的部分形成的突起稱為環(huán)。 tRNA 的二級 結(jié)構(gòu)中有四環(huán)四臂，最重要的是氨基酸臂和反密碼環(huán)。(1)氨基酸：3-端含有 CCA-O!結(jié)構(gòu)，是結(jié)合氨基酸的部位，與氨基酸結(jié)合具 有特異性。(2)反密碼環(huán)：其上有與 mRNA 勺密碼子互補(bǔ)配對的反密碼子，起識別特異編 碼氨基酸的

12、作用。4 333 rRNA 的結(jié)構(gòu)特征rRNA 與蛋白質(zhì)共同組成核糖體。(1)原核細(xì)胞核糖體為 70s，由 30s 小亞基和 50s 大亞基構(gòu)成。30s 小亞基中含有 16srRNA 50s 大亞基中含有 5s、23srRNA(2)真核細(xì)胞核糖體為 80s，由 40s 小亞基和 60s 大亞基構(gòu)成。其中 40s 小亞基中含有 18srRNA 60s 大亞基中含有 5s、5. 8s 和 28srRNA434 核酸的性質(zhì)4. 3. 4. 1 核酸的溶解性在細(xì)胞內(nèi)，DNA 與蛋白質(zhì)結(jié)合成 DNP RNA 與蛋白質(zhì)結(jié)合成 RNPDNP 和 RNP 都微溶于水，不溶于乙醇、氯仿等有機(jī)溶劑，在有機(jī)溶劑中

13、產(chǎn)生沉淀。精品文檔6歡。迎下載(2)DNA 和 RNA 在鹽溶液中的溶解度不同。DNP 在低濃度(0 .14 mol/L NaCI) 鹽溶液中溶解度很低。RNP 在低濃度(0 . 14 mol/L NaCI)鹽溶液中溶解度較大。反之，DNP 在 1.0 mol/L NaCl 溶液中溶解度大，RNF 溶解度小。4342核酸的水解(1)酸水解：C-N 糖苷鍵和磷酸酯鍵對酸不穩(wěn)定，但 C-N 糖苷鍵更易水解。在常溫和稀酸溶液中，DNA 分子中的嘌呤堿基很容易水解下來。 這種產(chǎn)物稱為“無 嘌呤酸”。提高溫度或酸的濃度，可使 DNA 全部水解，產(chǎn)生嘌呤、嘧啶和磷酸。(2)堿水解：因 RNA 的戊糖的 2

14、 -C 原子上存在羥基，與堿作用能形成不穩(wěn) 定的磷酸三酯，然后再水解。產(chǎn)物為 2-核苷酸或 3-核苷酸。DNA 無 2 -OH, 所以不能形成環(huán)狀中間物，即不能水解。(3)酶水解：大多數(shù)核酸酶能水解核酸中的 3， 5 -磷酸二酯鍵，少數(shù)核酸 酶只水解核酸末端的磷酸基，稱為磷酸單酯酶。根據(jù)作用底物分為 RNA 酶(RNase)和 DNA 酶(DNase)，根據(jù)作用方式分為核酸 內(nèi)切酶、核酸外切酶和 DNA 艮制性內(nèi)切酶。4 343 核酸的變性和復(fù)性變性，是指核酸的空間構(gòu)象被破壞，氫鍵斷裂，生物活性散失的現(xiàn)象。變性 是核酸的一個極其重要的物理化學(xué)性質(zhì)。 變性不涉及共價鍵的斷裂， 多核苷酸共 價鍵的

15、斷裂叫降解。降解引起分子量的降低，而變性并不引起分子量的降低。引起變性的因素：熱變性、酸堿變性、有機(jī)溶劑變性及光輻射等。(1)DNA 的變性：螺旋向線團(tuán)的轉(zhuǎn)化。變性后的現(xiàn)象：紫外吸收增高；浮力 密度增高；黏性降低；比旋降低。(2)DNA 的解鏈溫度(Tm): DNA 雙螺旋解開一半時的溫度稱解鏈溫度。解鏈溫 度的影響因素主要有：a 與 G-C 的含量有關(guān)：若 G-C 含量高的則 Tm 就高。精品文檔7歡。迎下載Tm=693+041(G+C)b 與介質(zhì)的離子強(qiáng)度有關(guān)：離子強(qiáng)度低，Tm 就低，解鏈溫度范圍就寬。離 子強(qiáng)度高，Tm 就高，解鏈溫度就窄。c . DNA 的均一性：均質(zhì) DNA 發(fā)生在一

16、個較窄的范圍內(nèi)，異質(zhì) DNA 發(fā)生在一 個較寬的范圍內(nèi)。DNA 的復(fù)性：變性 DNA 恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的過程，叫復(fù)性。 復(fù)性時溶液要緩慢冷卻，控制一定條件。影響復(fù)性的因素：片段大小，越大越慢；離子強(qiáng)度，越高越快；DNA 濃度，越大越快；重復(fù)序列，越多越快。通常用 Cot 表示復(fù)性速度。復(fù)性符合二級反應(yīng)動力學(xué)。其中 Co 表示變性時 DNA的起始濃度；t 表示二級反應(yīng)的保溫時間。Cot 值越大，則表示復(fù)性速度越 慢。(4)核酸的分子雜交異源 DNA 或 RNA 在某些區(qū)域有相同序列，則復(fù)性時就會形成雜交分子。英國 生物學(xué)家 EMSouthern 發(fā)明的 Southern blotting 就是

17、將凝膠上的變性 DNA 片段轉(zhuǎn)移到硝酸纖維薄膜上，與32P 標(biāo)記的變性 DNA 進(jìn)行雜交。用類似的方法分析 RNA 稱為 Northern blotting。根據(jù)抗體抗原的原理分析蛋白質(zhì)的方法，稱 Westthern blotting 。4. 3. 5 核酸酶能夠水解核酸的酶稱為核酸酶，其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。核酸酶與 Ribozyme(核精品文檔8歡迎下載酶，酶性 RNA 是完全不同的，后者的化學(xué)本質(zhì)是核糖核酸(RNA)。大多數(shù)核酸酶能水解核酸分子中的3， 5- 磷酸二酯鍵，少數(shù)核酸酶只能水解核酸末端的磷酸基，稱為磷酸單酯鍵。根據(jù)作用底物將核酸酶分為DNA 酶(DNase)和 RNAB(RNas

18、e)；根據(jù)酶的作用方式又可分為核酸內(nèi)切酶、 核酸外切酶 和DNA 艮制性內(nèi)切酶。4 351 RNase(1)胰核糖核酸酶 (RNase 1) ，內(nèi)切酶。作用特點：專一性水解 RNA 分子中的嘧啶核苷酸的 3,磷酸基與相鄰核苷 酸的5 -OH 所形成的磷酸二酯鍵，產(chǎn)物為 3-嘧啶核苷酸及其結(jié)尾的寡核苷酸 片段。(2)核糖核酸酶 Tl(RNase T1) ，內(nèi)切酶。作用特點：專一性水解 RNA 分子中的鳥嘌呤核苷酸的 3-磷酸基與相鄰核 苷酸的5 -OH 所形成的磷酸二酯鍵，產(chǎn)物為 3-鳥苷酸及其結(jié)尾的寡核苷酸片 段。4 352 DNase(1)胰脫氧核糖核酸酶(DNase I)胰脫氧核糖核酸酶只能作用于 DNA 產(chǎn)生平 均鏈長為 4 個核苷酸的片段，產(chǎn)物為 5 -核苷酸片段 (5 -端為磷酸基， 3 -端 為 -OH)。(2)脫氧糖核酸酶U(RNaseH)脫氧糖核酸酶U只能作用于 DNA 產(chǎn)生平均鏈 長為6 個核苷酸的片段，產(chǎn)物為 3 -核苷酸片段。4 3 5 3 非專一性核酸酶(1) 蛇毒磷酸二酯酶(VPD