第十二章? 核酸通論

6.1.1 核酸通論（1）

• 核酸（Nucleic acids）是一類(lèi)重要的生物大分子，擔(dān)負(fù)著生命信息的儲(chǔ)存和傳遞。
• 核酸是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)的重要研究對(duì)象和領(lǐng)域。
• 核酸的發(fā)現(xiàn)和研究歷史
• 1868 Miescher從膿細(xì)胞的細(xì)胞核中分離出了一種含磷酸的有機(jī)物，當(dāng)時(shí)稱(chēng)為核素（nuclein）。
• 1879年Kossel經(jīng)過(guò)10年的努力，搞清楚核素中有四種不同的組成成分：ATCG（1910年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）
• 1889年Altmann建議將核質(zhì)改名為核酸，并且已經(jīng)認(rèn)識(shí)到核素乃核酸與蛋白質(zhì)的復(fù)合體。
• Leven在鑒定核酸中糖和闡明核苷酸化學(xué)鍵做出了重要貢獻(xiàn)，但他關(guān)于“四核苷酸假說(shuō)”曾嚴(yán)重阻礙核酸研究達(dá)30年之久。
• 1928年，荷蘭細(xì)菌學(xué)家Griffith的細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，證明DNA是遺傳物質(zhì)。
• 1944年美國(guó)的Avery、Macleod及Mccarty等人在Griffith工作的基礎(chǔ)上，對(duì)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)進(jìn)行了深入的研究，證明蛋白質(zhì)和莢膜多糖均不引起轉(zhuǎn)化，而DNA卻能引起轉(zhuǎn)化，證明DNA是遺傳物質(zhì)。
• 1952年，病毒學(xué)家Hershey和Chase的噬菌體感染實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明DNA是遺傳物質(zhì)。
• 1953年 James Watson和Francis Crick建立了DNA結(jié)構(gòu)的雙螺旋模型，說(shuō)明了基因的結(jié)構(gòu)、信息和功能三者間的關(guān)系，推動(dòng)了分子生物學(xué)的迅猛發(fā)展，因此他們與Wilkins一起獲得了1962年的諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。
• 60年代RNA研究取得了大發(fā)展（操縱子說(shuō)，遺傳密碼，逆轉(zhuǎn)錄酶）
• 70年代建立DNA重組技術(shù)，改變了分子生物學(xué)的面貌，并導(dǎo)致生物技術(shù)的興起。
• 80年代RNA研究出現(xiàn)第二次高潮：ribozyme、反義RNA、“RNA世界”假說(shuō)等。
• 90年代以后，實(shí)施人類(lèi)基因組計(jì)劃（HGP），開(kāi)辟了生命科學(xué)新紀(jì)元。
• 2001年美英等國(guó)完成人類(lèi)基因組基本計(jì)劃框架，生命科學(xué)進(jìn)入后基因組時(shí)代。
• 核酸的分類(lèi)和分布

脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid, DNA）

核糖核酸（Ribonucleic acid，RNA）

• 小分子RNA： 真核生物除mRNA、rRNA和tRNA外，還有許多種小分子RNA，如核內(nèi)小RNA，反義RNA、dsRNA、smRNA、siRNA和miRNA等。

6.1.2 核酸通論（2）

• asRNA：可通過(guò)互補(bǔ)序列與特定的mRNA結(jié)合，抑制mRNA的翻譯，asRNA除主要在翻譯水平抑制基因表達(dá)外，還可抑制DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。
• 2004年，發(fā)現(xiàn)一種小dsRNA能夠作用于神經(jīng)基因表達(dá)，并且能在轉(zhuǎn)錄水平上直接誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞分化。這種RNA在基因轉(zhuǎn)錄水平上直接參與調(diào)控，它被命名為smRNA（small non-coding RNA）。
• 雙鏈RNA（dsRNA）經(jīng)酶切后會(huì)形成許多小片段 siRNA（small interfering RNA）和miRNA（microRNA）。siRNA一旦與mRNA中的同源序列互補(bǔ)結(jié)合，會(huì)導(dǎo)致mRNA失去功能，即不能翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)，也就是使基因“沉默”了。
• 核酸的生物學(xué)功能

DNA是主要遺傳物質(zhì)：基因（遺傳因子）是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，是編碼蛋白質(zhì)或RNA等具有特定功能產(chǎn)物的遺傳信息的基本單位，是染色體或基因組的一段DNA序列。基因有三個(gè)基本屬性: (1)通過(guò)復(fù)制，將遺傳信息傳給子代；（2）通過(guò)轉(zhuǎn)錄控制生物的表型；（3）通過(guò)突變形成各種等位基因。

RNA參與蛋白質(zhì)的生物合成。有三類(lèi)RNA控制蛋白質(zhì)的合成：（1）rRNA：占總RNA的80%，組成核糖體，是蛋白質(zhì)的合成場(chǎng)所。（2）tRNA：占總RNA的15%，是轉(zhuǎn)換器，攜帶氨基酸起翻譯作用。（3）mRNA，占總RNA的3%~5%，是蛋白質(zhì)合成模板。

RNA功能的多樣性：（1）某些病毒的遺傳物質(zhì)；（2）參與蛋白質(zhì)的合成；（3）遺傳信息的加工；（4）基因表達(dá)和細(xì)胞功能的調(diào)控；（5）催化功能。

第十三章? 核酸的結(jié)構(gòu)

6.2.1 核酸的結(jié)構(gòu)（1）

• 核酸的基本結(jié)構(gòu)單位：核苷酸（Nucleotide）
• ??
• 堿基、核苷、核苷酸的概念和關(guān)系如上圖所示。
• 基本堿基結(jié)構(gòu)和命名：嘌呤、嘧啶
• 常見(jiàn)（脫氧）核苷酸命名：腺嘌呤核苷酸、鳥(niǎo)嘌呤核苷酸、尿嘧啶核苷酸、胞嘧啶核苷酸、脫氧腺嘌呤核苷酸、脫氧鳥(niǎo)嘌呤核苷酸、脫氧尿嘧啶核苷酸、脫氧胞嘧啶核苷酸。
• 幾種稀有核苷：假尿苷、二氫尿嘧啶等
• 細(xì)胞內(nèi)游離核苷酸及其衍生物
• 核苷酸的生物學(xué)功能：

作為核酸的單體

細(xì)胞中的攜能物質(zhì)（如ATP、GTP、CTP、TTP）

酶的輔助因子的結(jié)構(gòu)成分（如NAD）

細(xì)胞通訊的媒介（如cAMP、cGMP）

• DNA的分子結(jié)構(gòu)
• 核酸分子的共價(jià)鍵：核酸分子中核苷酸之間的共價(jià)鍵
• DNA分子中各脫氧核苷酸之間的連接方式和排列順序叫做DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)為堿基序列。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列順序，因此攜帶有不同的遺傳信息。
• 一級(jí)結(jié)構(gòu)的表示法：結(jié)構(gòu)式、線(xiàn)條式、字母式

6.2.2 核酸的結(jié)構(gòu)（2）

• DNA堿基組成的Chargaff規(guī)則
• Chargaff首先注意到DNA堿基組成的某些規(guī)律性，在1950年總結(jié)出DNA堿基組成的規(guī)律：

腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，即A=T。

鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶的摩爾數(shù)也相等，即G=C。

含氨基的堿基總數(shù)等于含酮基堿基總數(shù)，即A+C=G+T.

嘌呤的總數(shù)等于嘧啶的總，即A+G=C+T.

• DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)
• DNA的雙螺旋模型特點(diǎn)：兩條反向平行的多聚核苷酸沿一個(gè)假設(shè)的中心軸右旋相互盤(pán)繞而形成；堿基配對(duì)原則，Chargaff定律等。
• DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定因素：氫鍵，堿基堆集力，磷酸基上負(fù)電荷被胞內(nèi)組蛋白或正離子中和，堿基處于疏水環(huán)境中。
• DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的意義：該模型揭示了DNA作為遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性特征，最有價(jià)值地確認(rèn)了堿基配對(duì)原則，這是DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和反轉(zhuǎn)錄的分子基礎(chǔ)，亦是遺傳信息傳遞和表達(dá)的分子基礎(chǔ)。該模型的提出是本世紀(jì)生命科學(xué)的重大突破之一，它奠定了生物化學(xué)和分子生物學(xué)乃至整個(gè)生命科學(xué)飛速發(fā)展的基石。
• DNA雙螺旋的不同構(gòu)象：A-DNA，B-DNA，C-DNA, D-DNA, Z-DNA
• DNA分子的三股螺旋（triplex）
• DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)指雙螺旋DNA分子通過(guò)扭曲和折疊所形成的特定構(gòu)象，包括不同二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用、單鏈和二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的相互作用以及DNA的拓?fù)涮卣鳌?/li>
• 超螺旋DNA，松弛型DNA

6.2.3 核酸的結(jié)構(gòu)（3）

• 超螺旋狀態(tài)的定量描述
• DNA超螺旋結(jié)構(gòu)形成的意義：

使DNA形成高度致密狀態(tài)從而得以裝入核中。

推動(dòng)DNA結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化以滿(mǎn)足功能上的需要。如負(fù)超螺旋分子所受張力會(huì)引起互補(bǔ)鏈分開(kāi)導(dǎo)致局部變性，利于復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。

• 原核生物兩類(lèi)拓?fù)洚悩?gòu)酶
• 除連環(huán)數(shù)（L）不同外其他性質(zhì)均相同的DNA分子稱(chēng)為拓?fù)洚悩?gòu)體。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶通過(guò)改變DNA的L值而影響其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
• 拓?fù)洚悩?gòu)酶I通過(guò)使DNA的一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，能使超螺旋DNA轉(zhuǎn)變成松弛型環(huán)狀DNA，每催化一次可消除一個(gè)負(fù)超螺旋，即使L增加1，反應(yīng)無(wú)需供給能量。
• 拓?fù)洚悩?gòu)酶II，作用剛好相反，可使松弛型環(huán)狀DNA轉(zhuǎn)變成負(fù)超螺旋DNA，每催化一次，L減少2，可引入負(fù)超螺旋。拓?fù)洚悩?gòu)酶II亦稱(chēng)促旋酶，它可以使DNA的兩條鏈同時(shí)斷裂和再連接，當(dāng)它引入超螺旋時(shí)需要ATP提供能量。
• 細(xì)胞內(nèi)兩類(lèi)拓?fù)洚悩?gòu)酶的含量受?chē)?yán)格的控制，使細(xì)胞內(nèi)DNA保持在一定的超螺旋水平。
• DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)
• 生物體內(nèi)的核酸通常都與蛋白質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物，以核蛋白的形式存在。DNA分子十分巨大，與蛋白質(zhì)結(jié)合后被組裝到有限的空間中。
• 噬菌體T2結(jié)構(gòu)
• 組蛋白與DNA的結(jié)合
• RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)： RNA分子鐘各核苷酸之間的連接方式和排列順序叫做RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)。
• RNA與DNA的差異：1. 糖，DNA(脫氧核糖)；RNA（核糖）；2.堿基，DNA（AGCT,不含稀有堿基）;RNA(AGCU，含稀有堿基)。
• tRNA的結(jié)構(gòu)
• 二級(jí)結(jié)構(gòu)特征：單鏈，三葉草葉形，四臂四環(huán)
• 三級(jí)結(jié)構(gòu)特征：在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊扭曲形成倒L型。
• 酵母tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)
• mRNA的分子結(jié)構(gòu)：先導(dǎo)區(qū)+翻譯區(qū)（多順?lè)醋?#xff09;+末端序列

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《生物化学与分子生物学》----核酸----听课笔记（十二）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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