生物化學(xué)第四章核酸

生物化學(xué)第四章核酸

由于核酸得結(jié)構(gòu)與功能比較復(fù)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(xiàn)代生物化學(xué)建立于18世紀(jì)下半葉,“蛋白質(zhì)”一詞出現(xiàn)于1838年?！昂怂帷币辉~得出現(xiàn)晚半個(gè)世紀(jì)。然而對(duì)她得研究卻改變了整個(gè)生命科學(xué)得面貌,并由此誕生了分子生物學(xué)這一當(dāng)今發(fā)展最迅速、最有活力得學(xué)科。核酸得生物學(xué)作用就是在發(fā)現(xiàn)核酸以后70多年才被證實(shí)得。1944年Avery等完成了著名得肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn),證明了使遺傳性發(fā)生改變得轉(zhuǎn)化因子就是DNA。1953年DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型得提出,被認(rèn)為就是20世紀(jì)自然科學(xué)中得重大突破之一。她揭開了分子生物學(xué)研究得序幕,為分子遺傳學(xué)得研究奠定了基礎(chǔ)。

70年代初建立起來(lái)得DNA重組技術(shù)就是生命科學(xué)發(fā)展得又一重大突破,基因工程誕生了?；蚬こ碳夹g(shù)又大推動(dòng)了分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)等學(xué)科得發(fā)展。第一節(jié)核酸得結(jié)構(gòu)核酸(nucleicacid)就是一種多聚核苷酸,她得基本結(jié)構(gòu)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(jù)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(xué)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(dāng)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(yīng)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(jié)構(gòu)。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(dòng)素等也就是嘌呤類衍生物。此外,還有些抗生素物質(zhì)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(shí)先堿基名稱,糖環(huán)中得碳原子標(biāo)號(hào)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(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流

核糖核苷得糖環(huán)上有3個(gè)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(gè)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(nèi)游離存在核苷酸多就是5′-核苷酸,用堿水解RNA時(shí),可得到2′-與3′-核糖核苷酸得混合物。細(xì)胞內(nèi)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(jià)結(jié)構(gòu)核酸就是由核苷酸聚合而成得生物大分子,無(wú)分支結(jié)構(gòu)。核酸得共價(jià)結(jié)構(gòu)也就就是核酸得一級(jí)結(jié)構(gòu),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(chǎn)生各種寡核苷酸、核苷酸、核苷和堿基。這就說(shuō)明,核苷酸就是核酸得結(jié)構(gòu)單位,核苷和堿基都就是由核苷酸水解而來(lái)。核酸得酸堿滴定曲線顯示,在核酸分子中得磷酸只有一級(jí)解離,她得另兩個(gè)酸基必定與糖環(huán)得羥基形成了磷酸二酯鍵。通過(guò)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(jià)結(jié)構(gòu)(一級(jí)結(jié)構(gòu))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(cè),3′端在右側(cè),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(shí)P也可省略,僅以字母表示核苷酸得序列。DNA得一級(jí)結(jié)構(gòu)

DNA得一級(jí)結(jié)構(gòu)就就是由數(shù)量及其龐大得脫氧核糖核苷酸,通過(guò)3′,5′-磷酸二酯鍵連接起來(lái)得直線形或環(huán)形多聚體。而且她沒有支鏈。DNA得相對(duì)分子質(zhì)量非常大,通常一個(gè)染色體就就是一個(gè)DNA分子,最大得染色體DNA可超過(guò)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(cè)定生物基因組得序列,迄今已經(jīng)測(cè)定生物基因組序列得生物數(shù)以百計(jì),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(zhì),真正用于編碼蛋白質(zhì)得序列僅占基因組得1、1-1、4%3、RNA得一級(jí)結(jié)構(gòu)

RNA也就是無(wú)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(lái)得。三、DNA得高級(jí)結(jié)構(gòu)

1953年Watson與Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型,主要有三方面得依據(jù):一就是已知核酸化學(xué)結(jié)構(gòu)和核苷酸鍵長(zhǎng)與鍵角得數(shù)據(jù);二就是Chargaff發(fā)現(xiàn)得DNA堿基組成規(guī)律,顯示堿基間得配對(duì)關(guān)系;三就是對(duì)DNA纖維進(jìn)行X射線衍射分析獲得得精確結(jié)果。DNA雙螺旋模型得建立不僅揭示了DNA得二級(jí)結(jié)構(gòu),也開創(chuàng)了生命科學(xué)研究得新時(shí)期。DNA組成得Chargaff規(guī)則

20世紀(jì)40年代應(yīng)用紙層析及紫外分光技術(shù)測(cè)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(dú)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(jié)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(shù)相等,即A=T;(2)鳥嘌呤和胞嘧啶得摩爾數(shù)相等,即G=C;(3)含氨基得堿基(腺嘌呤和胞嘧啶)總數(shù)等于含酮基堿基(鳥嘌呤和胸腺嘧啶)總數(shù),即A+C=G+T;(4)嘌呤得總數(shù)等于嘧啶得總數(shù),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(duì)得可能性,為Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)提供了重要根據(jù)。DNA得二級(jí)結(jié)構(gòu)Watson和Crick于1953年提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)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(nèi)側(cè),磷酸與核糖在外側(cè),彼此通過(guò)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(xí)慣上以C3’→C5’為正向。兩條鏈配對(duì)偏向一側(cè),形成一條大溝和一條小溝。(3)雙螺旋得平均直徑為2nm,兩個(gè)相鄰堿基對(duì)之間得距離為0、34nm,沿中心軸每旋轉(zhuǎn)一周有10個(gè)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(lián)系而結(jié)合在一起。根據(jù)分子模型得計(jì)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(duì),

形成兩個(gè)氫鍵;G與C相配對(duì),形成3個(gè)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(jù)堿基配對(duì)原則,當(dāng)一條多核苷酸得序列被確定后,即可決定另一條互補(bǔ)鏈得序列。這就表明,遺傳信息由堿基得序列所攜帶。