打开主菜单

分子生物学/核酸

< 分子生物学

目录

基本简介编辑

核酸是由许多核苷酸聚合成的生物大分子化合物,为生命的最基本物质之一。核酸广泛存在于所有动植物细胞、微生物体内,生物体内的核酸常与蛋白质结合形成核蛋白。不同的核酸,其化学组成、核苷酸排列顺序等不同。根据化学组成不同,核酸可分为核糖核酸(简称RNA)和脱氧核糖核酸(简称DNA)。DNA是储存、复制和传递遗传信息的主要物质基础。RNA在蛋白质合成过程中起着重要作用--其中转运核糖核酸,简称tRNA,起着携带和转移活化氨基酸的作用;信使核糖核酸,简称mRNA,是合成蛋白质的模板;核糖体的核糖核酸,简称rRNA,是细胞合成蛋白质的主要场所。

主要特征编辑

化学特征编辑

① 酸效应:在强酸和高温,核酸完全水解为碱基,核糖或脱氧核糖和磷酸。在浓度略稀的的无机酸中,最易水解的化学键被选择性的断裂,一般为连接嘌呤和核糖的糖苷键,从而产生脱嘌呤核酸。

②碱效应

1. DNA:当PH值超出生理范围(pH7~8)时,对DNA结构将产生更为微妙的影响。碱效应使碱基的互变异构态发生变化。这种变化影响到特定碱基间的氢键作用,结果导致DNA双链的解离,称为DNA的变性

2. RNA:PH较高时,同样的变性发生在RNA的螺旋区域中,但通常被RNA的碱性水解所掩盖。这是因为RNA存在的2`-OH参与到对磷酸脂键中磷酸分子的分子内攻击,从而导致RNA的断裂。

③化学变性:一些化学物质能够使DNA/RNA在中性PH下变性。由堆积的疏水剪辑形成的核酸二级结构在能量上的稳定性被削弱,则核酸变性。

物理特征编辑

④黏性:DNA的高轴比等性质使得其水溶液具有高黏性,很长的DNA分子又易于被机械力或超声波损伤,同时黏度下降。

⑤ 浮力密度:可根据DNA的密度对其进行纯化和分析。在高浓度分子质量的盐溶液(CsCl)中,DNA具有与溶液大致相同的密度,将溶液高速离心,则CsCl趋于沉降于底部,从而建立密度梯度,而DNA最终沉降于其浮力密度相应的位置,形成狭带,这种技术成为平衡密度梯度离心或等密度梯度离心。

光谱学编辑

⑥减色性:dsDNA相对于ssDNA是减色的,而ssDNA相对于dsDNA是增色的。

⑦ DNA纯度:A260/A280。

热力学编辑

⑧热变性:dsDNA与RNA的热力学表现不同,随着温度的升高RNA中双链部分的碱基堆积会逐渐地减少,其吸光性值也逐渐地,不规则地增大。较短的碱基配对区域具有更高的热力学活性,因而与较长的区域相比变性快。而dsDNA热变性是一个协同过程。分子末端以及内部更为活跃的富含A-T的区域的变性将会使其赴京的螺旋变得不稳定,从而导致整个分子结构在解链温度下共同变性。

⑨ 复性:DNA的热变性可通过冷却溶液的方法复原。不同核酸链之间的互补部分的复性称为杂交。

主要分类编辑

核酸大分子可分为两类:脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),在蛋白质的复制和合成中起着储存和传递遗传信息的作用。核酸不仅是基本的遗传物质,而且在蛋白质的生物合成上也占重要位置,因而在生长、遗传、变异等一系列重大生命现象中起决定性的作用。

核酸在实践应用方面有极重要的作用,现已发现近2000种遗传性疾病都和DNA结构有关。如人类镰刀形红血细胞贫血症是由于患者的血红蛋白分子中一个氨基酸的遗传密码发生了改变,白化病患者则是DNA分子上缺乏产生促黑色素生成的酪氨酸酶的基因所致。肿瘤的发生、病毒的感染、射线对机体的作用等都与核酸有关。70年代以来兴起的遗传工程,使人们可用人工方法改组DNA,从而有可能创造出新型的生物品种。如应用遗传工程方法已能使大肠杆菌产生胰岛素、干扰素等珍贵的生化药物。

核酸编辑

重要的生物大分子,它的构件分子是核苷酸(nucleotide)。

天然存在的核酸可分为:

╭脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)

╰核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)

DNA贮存细胞所有的遗传信息,是物种保持进化和世代繁衍的物质基础。

RNA中参与蛋白质合成的有三类:

╭转移RNA(transfer RNA,tRNA)

∣核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)

╰信使RNA(messenger RNA,mRNA)

20世纪末,发现许多新的具有特殊功能的RNA,几乎涉及细胞功能的各个方面。

核苷酸可分为:

╭核糖核苷酸:是RNA的构件分子

╰ 脱氧核糖核苷酸:是DNA构件分子。

细胞内还有各种游离的核苷酸和核苷酸衍生物,它们具有重要的生理功能。

核苷酸由:

╭ 核苷(nucleoside)

╰磷酸(Phosphonic.acid)

核苷由:

╭碱基(base)

╰ 戊糖(Pentose)构成

碱基编辑

构成核苷酸中的碱基是含氮杂环化合物,由嘧啶(pyrimidine)和嘌呤(purine)构成。

核酸:

嘌呤碱:

腺嘌呤(A)

鸟嘌呤(G) 核酸 核酸

嘧啶碱:

胞嘧啶(C)

胸腺嘧啶(T)

尿嘧啶(U)

DNA中含有4种碱基:腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶,胸腺嘧啶主要存在于DNA中,简记AGCT

RNA中也含有4种碱基:腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶,尿嘧啶主要存在于RNA中,简记AGCU

在某些RNA分子中也有胸腺嘧啶,少数几种噬菌体的DNA含尿嘧啶而不是胸腺嘧啶。这五种碱基受介质pH的影响出现酮式、烯醇式互变异构体。

在DNA和RNA中,尤其是tRNA中还有一些含量甚少的碱基,称为稀有碱基(rare bases)稀有碱基种类很多,大多数是甲基化碱基。tRNA中含稀有碱基高达10%。

戊糖编辑

核酸中有两种戊糖DNA中为D-2-脱氧核糖(D-2-deoxyribose),RNA中则为D-核糖(D-ribose)。在核苷酸中,为了与碱基中的碳原子编号相区别核糖或脱氧核糖中碳原子标以C-1’,C-2’等。脱氧核糖与核糖两者的差别只在于脱氧核糖中与2’位碳原子连结的不是羟基而是氢,这一差别使DNA在化学上比RNA稳定得多。

核苷编辑

核苷是戊糖与碱基之间以糖苷键(glycosidic bond)相连接而成。戊糖中C-1’与嘧啶碱的N-1或者与嘌吟碱的N9相连接,戊糖与碱基间的连接键是N-C键,一般称为N-糖苷键。

RNA中含有稀有碱基,并且还存在异构化的核苷。如在tRNA和rRNA中含有少量假尿嘧啶核苷(用ψ表示),在它的结构中戊糖的C-1不是与尿嘧啶的N-1相连接,而是与尿嘧啶C-5相连接。

核苷酸编辑

核苷中的戊糖5’碳原子上羟基被磷酸酯化形成核苷酸。核苷酸分为核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸两大类。依磷酸基团的多少,有一磷酸核苷、二磷酸核苷、三磷酸核苷。核苷酸在体内除构成核酸外,尚有一些游离核苷酸参与物质代谢、能量代谢与代谢调节,如三磷酸腺苷(ATP)是体内重要能量载体;三磷酸尿苷参与糖原的合成;三磷酸胞苷参与磷脂的合成;环腺苷酸(cAMP)和环鸟苷酸(cGMP)作为第二信使,在信号传递过程中起重要作用;核苷酸还参与某些生物活性物质的组成:如尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+),尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。