研究生分子生物學工作基礎(chǔ)

研究生分子生物學工作基礎(chǔ)

核酸化學一，核酸分為核糖核苷酸（RNA）和脫氧核糖核苷酸（DNA），它們的基本組成單位是核苷酸DNA和RNA組成的差異

堿基戊糖磷酸DNAAGCT

脫氧核糖----RNAAGCU

核糖----二、核苷酸及其連接

三、DNA的結(jié)構(gòu)1．DNA的一級結(jié)構(gòu)DNA的一級結(jié)構(gòu)是指核酸分子中核苷酸的排列順序及其連接方式。由于DNA中核苷酸彼此之間的差別僅見于堿基部分，因此DNA的一級結(jié)構(gòu)又指其堿基排列順序，即DNA序列(sequence)2．DNA的空間結(jié)構(gòu)（1）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)特點如下。i，DNA分子由兩條反向平行（一條是5

一3

、另一條是3

一5

走向）的多核苷酸鏈圍繞同一個中心軸盤曲而成，兩條鏈均為右手螺旋。DNA鏈的骨架由交替出現(xiàn)的親水的脫氧核糖基和磷酸基構(gòu)成，位于雙螺旋的外側(cè)；堿基位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)。ii，兩條多核苷酸鏈間以配對堿基之間形成的氫鍵相聯(lián)系：一條鏈中的A與對側(cè)鏈的T配對，形成兩個氫鍵；G與C配對，形成三個氫鍵；氫鍵方向與長軸垂直。這種堿基配對（basepairing）又稱堿基互補（Fig.3-10），所以組成DNA的兩條鏈為互補鏈。iii，堿基對平面在螺旋中的位置與螺旋軸幾乎垂直，相鄰堿基對沿軸旋轉(zhuǎn)36о，上升0.34nm。每個螺旋結(jié)構(gòu)含10個堿基對，螺旋的螺距為3.4nm，直徑是2.0nm。DNA兩股鏈之間的螺旋狀凹陷一面較淺，稱為小溝(minorgroove)；對側(cè)較深，稱為大溝(majorgroove)(Fig.3-11)。近年研究證明，大、小溝攜帶了其他分子可識別的信息，是蛋白質(zhì)-DNA相互作用的基礎(chǔ)。IV，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要由互補堿基對之間的氫鍵和堿基堆積力來維持。（2）DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)與染色質(zhì)組裝

在細胞中，雙螺旋還可以進一步盤曲形成更加復雜的、多種形式的空間結(jié)構(gòu)，其中以超螺旋（supercoil）最常見

由于雙螺旋本身具有方向性，因此，超螺旋的旋轉(zhuǎn)方向不同可形成兩種不同手性的超螺旋：負超螺旋(negativesupercoil)，其超螺旋方向與雙螺旋方向相反，即左手超螺旋，這是生物體中最常見的DNA超螺旋形式；正超螺旋(positivesupercoil)，其超螺旋方向與雙螺旋方向相同，即右手超螺旋，目前僅發(fā)現(xiàn)于一種嗜熱菌Sulfolobus體內(nèi)

真核細胞基因組DNA的超級結(jié)構(gòu)與染色質(zhì)的組裝密切相關(guān)。首先，由雙螺旋DNA與一組稱為組蛋白(histones)的蛋白質(zhì)共同構(gòu)成核小體(nucleosome)。在一個典型的核小體中，大約有200個堿基對，其中146個堿基對與由組蛋白H2A、H2B、H3和H4各兩分子組成核小體的核心緊密纏繞；組蛋白H1則與處于核小體之間的連接DNA（linkerDNA）相連。在電子顯微鏡下，可觀察到核小體成串存在，呈念珠狀。在細胞分裂期間，形成核小體是DNA長度壓縮的第一步。其次，在核小體形成的基礎(chǔ)上，DNA鏈進一步折疊成每圈6個核小體、直徑為30nm的纖維狀結(jié)構(gòu)。這種30nm纖維再扭曲成襻，許多襻環(huán)繞核骨架(nuclearscaffold)形成棒狀的染色質(zhì)。核骨架中含有以組蛋白H1和拓撲異構(gòu)酶ⅡI為主的多種蛋白。四、RNA的結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)單股多聚核苷酸鏈中核糖核苷酸的排列順序和共價連接就是RNA的一級結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)盡管RNA分子是單股多聚核苷酸鏈，但是可有局部雙鏈結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)是在二級結(jié)構(gòu)形式基礎(chǔ)上折疊形成的空間構(gòu)象，其中常見的形式之一就是“假結(jié)”（pseudoknot）（Fig.3-16B）。RNA分子的折疊（folding）結(jié)構(gòu)不僅在結(jié)構(gòu)上與蛋白質(zhì)相似，而且在功能方面也有類似之處，即具有折疊形式的RNA有分子識別、結(jié)合或催化功能，例如具有三級結(jié)構(gòu)形式的tRNA和核酶（ribozyme）

1．mRNA的結(jié)構(gòu)m7GpppAAAAAAAADNAhnRNAmRNAAUGAUGUAAUCG5

untranslationregion3

untranslationregion←Translationregion→↑↑AUGAUGUAAUAGUGAUAAUAGUGAAAAAAAmRNA2．tRNA的結(jié)構(gòu)3．rRNA的結(jié)構(gòu)4．非編碼蛋白質(zhì)RNA

除了參與蛋白質(zhì)生物合成的mRNA,tRNA和rRNA外，細胞中還存在另一類非編碼蛋白質(zhì)的RNA(non-codingRNA,ncRNA)，此類RNA的一個共同特點是缺乏長的開放讀碼框架（ORF），不具有編碼蛋白質(zhì)的能力。至今，200多種ncRNA已經(jīng)被證實。研究表明，這些ncRNA在基因表達以及應激信號傳導等方面起著重要的調(diào)節(jié)作用。因此