第4章　核　酸

4.1　复习笔记

一、核苷酸

1核苷酸的组成

（1）碱基

①嘧啶碱：胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T）。

②嘌呤碱：腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）。

③稀有碱基。

（2）核苷（核糖苷）

核苷是戊糖和碱基通过糖苷键连接形成的产物。糖环上的C₁与嘧啶碱的N₁或嘌呤碱的N₉相连接。

（3）核苷酸

①组成

核苷和磷酸以磷酸酯键连接形成核苷酸，分为核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸（图4-1）。

图4-1　两种核苷酸的结构式

②常见的核苷酸（表4-1）

表4-1　常见的核苷酸

（4）两类核酸的基本化学组成（表4-2）

表4-2　两类核酸的基本化学组成

2Watson-Crick配对

Watson-Crick配对是指A与U（T）、C与G配对。

3核苷酸的生物功能

（1）作为DNA和RNA合成的原料；

（2）作为体内能量的利用形式；

（3）核苷酸衍生物是许多生物合成的活性中间物；

（4）是许多酶辅因子的组成成分；

（5）参与代谢和生理调节；

（6）某些核苷酸介导细胞信息交流。

二、脱氧核糖核酸（DNA）

1DNA的碱基组成

（1）参与DNA组成的碱基

主要有腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T），以及少量稀有碱基。

（2）Chargaff规则

①嘌呤总数＝嘧啶总数，即A＋G＝G＋T。

②腺嘌呤总数＝胸腺嘧啶总数；鸟嘌呤总数＝胞嘧啶总数，即A＝T；G＝C（单链DNA例外）。

③DNA碱基组成具有种属特异性，但无组织器官特异性。

2DNA的一级结构

（1）定义

DNA的一级结构是指DNA分子中脱氧核糖核苷酸的排列顺序及连接方式，即碱基顺序，是遗传信息存储的分子形式。

（2）结构组成

DNA是由数量极其庞大的4种脱氧核糖核苷酸（即dAMT、dGMP、dCMP、dTMP）通过3′,5′磷酸二酯键连接起来的直线形或环形多聚体。

3DNA的空间结构

（1）DNA的二级结构

①DNA的右手双螺旋结构

a．双螺旋结构模型（B-DNA）的特点

第一，两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴盘绕成右手双螺旋。一条方向是5′→3′方向，另一条是3′→5′方向。

第二，嘌呤碱和嘧啶碱位于双螺旋的内侧，磷酸与核糖在外侧，彼此通过3′,5′-磷酸二酯键相连接，形成DNA分子的骨架。

第三，碱基平面与纵轴垂直，糖环的平面与纵轴平行。沿螺旋中心轴方向看去，双螺旋结构上有两个凹槽，一条较宽深，称为大沟；另一条较浅小，称为小沟。这些沟对DNA和蛋白质的相互识别具有重要作用。

第四，双螺旋的平均直径为2nm，螺距为3.4nm，相邻碱基距离为0.34nm，相邻碱基的夹角为36°。因此沿中心轴每旋转一周有10个碱基对，每旋转一周的高度（即螺距）为3.4nm。

第五，两条多核苷酸链由碱基对之间的氢键相连，且总是A＝T，G≡C。

b．碱基互补原则

碱基互补原则是指DNA碱基不能随意配对，只能腺嘌呤和胸腺嘧啶配对，形成两个氢键（A＝T）；鸟嘌呤和胞嘧啶配对，形成3个氢键（G≡C）。

c．维持双螺旋结构的作用力

氢键、碱基堆积力和静电作用。

②双螺旋结构的多态性

a．右手DNA双螺旋形态：A-DNA、B-DNA、C-DNA。

b．左手DNA双螺旋形态：Z-DNA。

③DNA分子的回文序列

回文结构序列是一种旋转对称结构，在轴的两侧序列相同但方向反向。任何一条完整的回文结构与另一回文结构的5′部分或3′部分都可以形成分子内的三股螺旋结构。

（2）DNA的三级结构

DNA的三级结构为超卷曲，又称超螺旋，是指环状DNA分子的双螺旋多转几圈后产生额外张力使DNA内部原子的位置重排，DNA发生扭曲的现象。超螺旋包括正超螺旋与和超螺旋，其中负超螺旋是自然界大多数DNA分子的超螺旋形式。

4DNA的生物学功能

（1）DNA是遗传物质

DNA是遗传信息的载体，并为基因复制和转录提供模版。

（2）DNA是转化因子

转化作用：转化是指受体菌直接吸收供体菌的DNA片段从而获得供体菌部分遗传性状的现象。

实质：外源DNA与受体细胞基因组间的重组，使受体细胞获得新的遗传信息。

三、核糖核酸（RNA）

1RNA的结构

RNA通常为单链线型分子，组成RNA的核苷酸以3′,5′磷酸二酯键连接，局部区域可自身回折形成双螺旋结构。除tRNA外几乎全部细胞中的RNA均与蛋白质形成核蛋白复合物。

2RNA的类型

表4-3　RNA的三种主要类型

（1）tRNA

①tRNA的一级结构

a．碱基组成含有多种稀有碱基，tRNA分子中的稀有碱基均是转录后修饰而成的。

b．3′末端为CCA—OH，用来接受活化的氨基酸，称为接受末端。

c．5′末端大多为pG…，也有pC…的。

②tRNA的二级结构

tRNA的二级结构均呈三叶草形，由氨基酸臂、二氢尿嘧啶环、反密码环、额外环和TΨC环5个部分组成。

③tRNA的三级结构

tRNA的三级结构是倒L形的空间结构。

（2）mRNA

①真核细胞mRNA的结构特点

a．大多数真核细胞mRNA在3′末端有一段长约200个核苷酸残基的poly（A），是转录后经poly（A）聚合酶作用而加上的。

b．真核细胞mRNA在5′末端有3′-m⁷G-5′ppp-5′-N_m-3′-p-，称为5′帽子。G代表鸟苷；N代表任意核苷；m在字母左边代表该碱基被甲基化，右上角数字表示甲基化的位置；m在字母右下角表示核糖被甲基化。

②poly（A）的功能

a．与mRNA分子的稳定性及从细胞核到细胞质的转移有关。

b．与mRNA的半衰期有关。新合成的mRNA半衰期较长，衰老的mRNA的poly（A）较短。

③5′帽子的功能

5′帽子具有防止5′核酸外切酶降解的作用，同时有助于核糖体与mRNA的识别与结合。

（3）rRNA

rRNA含量大，占细胞RNA总量的80%左右，是构成核糖体的骨架。rRNA的功能与蛋白质生物合成相关。

四、核酸的理化性质

表4-4　核酸的理化性质

 

五、核酸的研究方法

1琼脂糖凝胶电泳

琼脂糖凝胶电泳是指以琼脂糖为支持物的电泳，其影响因素如表4-5所示。

表4-5　琼脂糖凝胶电泳迁移率的影响因素

2DNA的序列测定方法

（1）化学法DNA测序

①待测DNA样品的5′末端用³²P标记。

②每份样品用一种碱基特异性试剂进行处理，它能特异性地破坏DNA中某种特定的碱基，使链在该种碱基处断裂，产生一系列标记片段。

③DNA中含有四种不同的碱基，故有四种不同的处理方式，可得到不同长度的DNA片段。

④经凝胶电泳后再进行放射自显影，可测出DNA序列。放射自显影条带的位置由标记末端到拆开的碱基之间的距离决定。

（2）双脱氧法DNA测序

该法是利用了2′,3′-双脱氧核苷三磷酸（2′,3′-ddNTP）可特异性地终止DNA链延长这一特点，在DNA聚合酶不断形成磷酸二酯键使DNA延伸的过程中，当ddNTP掺入其中，链的延长终止，形成不同长度的DNA片段。利用电泳分离和放射自显影，可识别出样品DNA的核苷酸序列。