生物化學第四章核酸

生物化學第四章核酸

由于核酸得結構與功能比較復雜,分子很不穩(wěn)定,在4類生物大分子中,她得研究開始最晚?，F代生物化學建立于18世紀下半葉,“蛋白質”一詞出現于1838年?！昂怂帷币辉~得出現晚半個世紀。然而對她得研究卻改變了整個生命科學得面貌,并由此誕生了分子生物學這一當今發(fā)展最迅速、最有活力得學科。核酸得生物學作用就是在發(fā)現核酸以后70多年才被證實得。1944年Avery等完成了著名得肺炎球菌轉化試驗,證明了使遺傳性發(fā)生改變得轉化因子就是DNA。1953年DNA雙螺旋結構模型得提出,被認為就是20世紀自然科學中得重大突破之一。她揭開了分子生物學研究得序幕,為分子遺傳學得研究奠定了基礎。

70年代初建立起來得DNA重組技術就是生命科學發(fā)展得又一重大突破,基因工程誕生了。基因工程技術又大推動了分子生物學和分子遺傳學等學科得發(fā)展。第一節(jié)核酸得結構核酸(nucleicacid)就是一種多聚核苷酸,她得基本結構單位就是核苷酸(nucleotide)。而核苷酸又由堿基、戊糖與磷酸組成。

核酸中得戊糖分兩類:D-核糖和D-2-核糖。核酸得分類就就是根據所含戊糖得種類不同而分為核糖核酸和脫氧核糖核酸。兩類核酸得基本化學組成一、核苷酸堿基核酸中得堿基分為兩類:嘌呤堿和嘧啶堿。(1)嘧啶堿核酸中常見得嘧啶堿有三種: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,有相當量得5-甲基胞嘧啶。一些大腸桿菌噬菌體DNA中,5-羥甲基胞嘧啶代替了胞嘧啶。(2)嘌呤堿核酸中常見得嘌呤堿有兩類:腺嘌呤和鳥嘌呤。

應用x光衍射分析法已證明了各種嘌呤和嘧啶得三維空間結構。嘌呤和嘧啶環(huán)很接近平面,但稍有撓折。自然界存在許多重要得嘌呤衍生物。一些生物堿,如茶葉堿(1,3-二甲基黃嘌呤)、可可堿(3,7-二甲基黃呤)、咖啡堿(1,3,7-三甲基黃嘌呤)等都就是黃嘌呤(2,6-二羥嘌呤)得衍生物。有些植物激素如玉米素、激動素等也就是嘌呤類衍生物。此外,還有些抗生素物質也就是嘌呤類衍生物。(3)稀有堿基核酸中還有一些含量很少得堿基,稱為稀有堿基,大多就是甲基化堿基。2、核苷核苷就是一種糖苷,由戊糖和堿基縮合而成。糖與堿基之間以糖苷鍵相連接,糖與堿基之間得連鍵就是N-C鍵,一般稱之為N-糖苷鍵。核苷分為核糖核苷和脫氧核糖核苷,命名時先堿基名稱,糖環(huán)中得碳原子標號上加“‘”。3、核苷酸核苷中得戊糖羥基被磷酸酯化,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脫氧核糖核苷酸。11大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流

核糖核苷得糖環(huán)上有3個自由羥基,能形成3種不同得核苷酸:2′-核糖核苷酸,3′-核糖核苷酸和5′-核糖核苷酸。脫氧核糖得糖環(huán)上只有兩個自由羥基,所以只能形成兩種核苷酸:3′-脫氧核糖核苷酸和5′-脫氧核糖核苷酸。生物體內游離存在核苷酸多就是5′-核苷酸,用堿水解RNA時,可得到2′-與3′-核糖核苷酸得混合物。細胞內有一些游離存在得多磷酸核苷酸,她們就是核酸合成得前體、重要得輔酶和能量載體。二、核酸得共價結構核酸就是由核苷酸聚合而成得生物大分子,無分支結構。核酸得共價結構也就就是核酸得一級結構,通常就是指核酸得核苷酸序列。核酸中核苷酸得連接方式核酸可被酸、堿和酶水解。核酸水解產生各種寡核苷酸、核苷酸、核苷和堿基。這就說明,核苷酸就是核酸得結構單位,核苷和堿基都就是由核苷酸水解而來。核酸得酸堿滴定曲線顯示,在核酸分子中得磷酸只有一級解離,她得另兩個酸基必定與糖環(huán)得羥基形成了磷酸二酯鍵。通過核酸得外切酶,可知RNA以3′,5′-磷酸二酯鍵連接核苷酸,而DNA得糖為2-脫氧核糖,只能形成3′,5′-磷酸二酯鍵。核酸得共價結構(一級結構)有幾種表示方法。上圖就是豎線式,用豎線代表戊糖,B為堿基,P為磷酸基,原則上5′端在左側,3′端在右側,磷酸二酯鍵得走向3′→5′。在文字式中,P在核苷之左表示與C5′相連,在右表示與C3′相連,有時P也可省略,僅以字母表示核苷酸得序列。DNA得一級結構

DNA得一級結構就就是由數量及其龐大得脫氧核糖核苷酸,通過3′,5′-磷酸二酯鍵連接起來得直線形或環(huán)形多聚體。而且她沒有支鏈。DNA得相對分子質量非常大,通常一個染色體就就是一個DNA分子,最大得染色體DNA可超過108bp,即大于1011。如此大得分子能夠編碼得信息量就是十分巨大得。為了闡明生物得遺傳信息,首先要測定生物基因組得序列,迄今已經測定生物基因組序列得生物數以百計,其中包括病毒、大腸桿菌、果蠅、玉米、水稻和人類得基因組。人類基因組得大小為3、2Gb,其中2、95Gb為常染色質,真正用于編碼蛋白質得序列僅占基因組得1、1-1、4%3、RNA得一級結構

RNA也就是無分支得線型多聚核糖核苷酸,主要由四種核糖核苷酸組成。這些核苷酸中得戊糖不就是脫氧核糖而就是核糖。組成RNA得核苷酸也就是以3′,5′-磷酸二酯鍵彼此連接起來得。三、DNA得高級結構

1953年Watson與Crick提出DNA雙螺旋結構模型,主要有三方面得依據:一就是已知核酸化學結構和核苷酸鍵長與鍵角得數據;二就是Chargaff發(fā)現得DNA堿基組成規(guī)律,顯示堿基間得配對關系;三就是對DNA纖維進行X射線衍射分析獲得得精確結果。DNA雙螺旋模型得建立不僅揭示了DNA得二級結構,也開創(chuàng)了生命科學研究得新時期。DNA組成得Chargaff規(guī)則

20世紀40年代應用紙層析及紫外分光技術測定各種生物DNA得堿基組成具有生物種得特異性,不同物種得DNA有其獨特得堿基組成。不同生物DNA得堿基組成Chargaff首先注意到了DNA堿基組成得某些規(guī)律性。1950年她總結出DNA堿基組成得規(guī)律,稱為Chargaff規(guī)則:(1)腺嘌呤和胸腺嘧啶得摩爾數相等,即A=T;(2)鳥嘌呤和胞嘧啶得摩爾數相等,即G=C;(3)含氨基得堿基(腺嘌呤和胞嘧啶)總數等于含酮基堿基(鳥嘌呤和胸腺嘧啶)總數,即A+C=G+T;(4)嘌呤得總數等于嘧啶得總數,即A+G=C+T。所有DNA中堿基組成必定就是A=T,C=G,這一規(guī)律暗示A與T,G與C相互配對得可能性,為Watson和Crick提出DNA雙螺旋結構提供了重要根據。DNA得二級結構Watson和Crick于1953年提出了DNA分子雙螺旋結構模型。(1)兩條反向平行得多核苷酸鏈圍繞同一中心軸相互纏繞,兩條鏈均為右手螺旋。(2)嘌呤與嘧啶堿位于雙螺旋得內側,磷酸與核糖在外側,彼此通過3′,5′-磷酸二酯鍵相連接,形成DNA分子得骨架。堿基平面與縱軸垂直,糖環(huán)得平面則與縱軸平行。多核苷酸鏈得方向取決于核苷酸間磷酸二酯鍵得走向,習慣上以C3’→C5’為正向。兩條鏈配對偏向一側,形成一條大溝和一條小溝。(3)雙螺旋得平均直徑為2nm,兩個相鄰堿基對之間得距離為0、34nm,沿中心軸每旋轉一周有10個核苷酸。(4)兩條核苷酸鏈依靠彼此堿基之間形成得氫鍵相聯系而結合在一起。根據分子模型得計算,一條鏈上得嘌呤堿必須與另一條鏈上得嘧啶堿相匹配,其直徑才正好與雙螺旋得直徑相吻合。A只能與T相配對,

形成兩個氫鍵;G與C相配對,形成3個氫鍵。(5)堿基得一條鏈上得排列順序不受任何限制。但就是根據堿基配對原則,當一條多核苷酸得序列被確定后,即可決定另一條互補鏈得序列。這就表明,遺傳信息由堿基得序列所攜帶。