第二章 核酸的結(jié)構(gòu)與功能

　　一、核酸的分子組成：基本組成單位是核苷酸，而核苷酸則由堿基、戊糖和磷酸三種成分連接而成。

　　兩類核酸：脫氧核糖核酸（DNA），存在于細(xì)胞核和線粒體內(nèi)。

　　核糖核酸（RNA），存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)。

　　1、堿基：

　　NH2

　　NH2 O CH3 O O

　　O O O NH2

　　胞嘧啶 胸腺嘧啶 尿嘧啶 鳥嘌呤 腺嘌呤

　　嘌呤和嘧啶環(huán)中均含有共軛雙鍵，因此對波長260nm左右的紫外光有較強(qiáng)吸收，這一重要的理化性質(zhì)被用于對核酸、核苷酸、核苷及堿基進(jìn)行定性定量分析。

　　2、戊糖：DNA分子的核苷酸的 糖是β-D-2-脫氧核糖，RNA中為β-D-核糖。

　　3、磷酸：生物體內(nèi)多數(shù)核苷酸的磷酸基團(tuán)位于核糖的第五位碳原子上。

　　二、核酸的一級結(jié)構(gòu)

　　核苷酸在多肽鏈上的排列順序?yàn)楹怂岬囊患壗Y(jié)構(gòu)，核苷酸之間通過3′，5′磷酸二酯鍵連接。

　　三、DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能

　　1、DNA的二級結(jié)構(gòu)

　　DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是核酸的二級結(jié)構(gòu)。雙螺旋的骨架由 糖和磷酸基構(gòu)成，兩股鏈之間的堿基互補(bǔ)配對，是遺傳信息傳遞者，DNA半保留復(fù)制的基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：

　　a.DNA是一反向平行的互補(bǔ)雙鏈結(jié)構(gòu) 親水的脫氧核糖基和磷酸基骨架位于雙鏈的外側(cè)，而堿基位于內(nèi)側(cè)，堿基之間以氫鍵相結(jié)合，其中，腺嘌呤始終與胸腺嘧啶配對，形成兩個(gè)氫鍵，鳥嘌呤始終與胞嘧啶配對，形成三個(gè)氫鍵。

　　b.DNA是右手螺旋結(jié)構(gòu) 螺旋直徑為2nm。每旋轉(zhuǎn)一周包含了10個(gè)堿基，每個(gè)堿基的旋轉(zhuǎn)角度為36度。螺距為3.4nm，每個(gè)堿基平面之間的距離為0.34nm。

　　c.DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的維系 橫向靠互補(bǔ)堿基的氫鍵維系，縱向則靠堿基平面間的疏水性堆積力維持，尤以后者為重要。

　　2、DNA的三級結(jié)構(gòu)

　　三級結(jié)構(gòu)是在雙螺旋基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭曲形成超螺旋，使體積壓縮。在真核生物細(xì)胞核內(nèi)，DNA三級結(jié)構(gòu)與一組組蛋白共同組成核小體。在核小體的基礎(chǔ)上，DNA鏈經(jīng)反復(fù)折疊形成染色體。

　　3、功能

　　DNA的基本功能就是作為生物遺傳信息復(fù)制的模板和基因轉(zhuǎn)錄的模板，它是生命遺傳繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。

　　DNA中的核糖和磷酸構(gòu)成的分子骨架是沒有差別的，不同區(qū)段的DNA分子只是堿基的排列順序不同。

　　四、RNA的空間結(jié)構(gòu)與功能

　　DNA是遺傳信息的載體，而遺傳作用是由蛋白質(zhì)功能來體現(xiàn)的，在兩者之間RNA起著中介作用。其種類繁多，分子較小，一般以單鏈存在，可有局部二級結(jié)構(gòu)，各類RNA在遺傳信息表達(dá)為氨基酸序列過程中發(fā)揮不同作用。如：

　　名 稱 功 能

　　核蛋白體RNA (rRNA) 核蛋白體組成成分

　　信使RNA (mRNA) 蛋白質(zhì)合成模板

　　轉(zhuǎn)運(yùn)RNA (tRNA) 轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸

　　不均一核RNA (HnRNA) 成熟mRNA的前體

　　小核RNA (SnRNA) 參與HnRNA的剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)

　　小核仁RNA (SnoRNA) rRNA的加工和修飾

　　1、信使RNA（半衰期最短）

　　1）hnRNA為mRNA的初級產(chǎn)物，經(jīng)過剪接切除內(nèi)含子，拼接外顯子，成為成熟的mRNA并移位到細(xì)胞質(zhì)

　　2）大多數(shù)的真核mRNA在轉(zhuǎn)錄后5′末端加上一個(gè)7-甲基鳥嘌呤及三磷酸鳥苷帽子，帽子結(jié)構(gòu)在mRNA作為模板翻譯成蛋白質(zhì)的過程中具有促進(jìn)核蛋白體與mRNA的結(jié)合，加速翻譯起始速度的作用，同時(shí)可以增強(qiáng)mRNA的穩(wěn)定性。3′末端多了一個(gè)多聚腺苷酸尾巴，可能與mRNA從核內(nèi)向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位及mRNA的穩(wěn)定性有關(guān)。

　　3）功能是把核內(nèi)DNA的堿基順序，按照堿基互補(bǔ)的原則，抄錄并轉(zhuǎn)送至胞質(zhì)，以決定蛋白質(zhì)合成的氨基酸排列順序。mRNA分子上每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸，為三聯(lián)體密碼。

　　2、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（分子量最?。?

　　1）tRNA分子中含有10％～20％稀有堿基，包括雙氫尿嘧啶，假尿嘧啶和甲基化的嘌呤等。

　　2）二級結(jié)構(gòu)為三葉草形，位于左右兩側(cè)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)分別稱為DHU環(huán)和Tψ環(huán)，位于下方的環(huán)叫作反密碼環(huán)。反密碼環(huán)中間的3個(gè)堿基為反密碼子，與mRNA上相應(yīng)的三聯(lián)體密碼子形成堿基互補(bǔ)。所有tRNA3′末端均有相同的CCA-OH結(jié)構(gòu)。

　　3）三級結(jié)構(gòu)為倒L型。

　　4）功能是在細(xì)胞蛋白質(zhì)合成過程中作為各種氨基酸的戴本并將其轉(zhuǎn)呈給mRNA。

　　3、核蛋白體RNA（含量最多）

　　1）原核生物的rRNA的小亞基為16S，大亞基為5S、23S；真核生物的rRNA的小亞基為18S，大亞基為5S、5.8S、28S。真核生物的18SrRNA的二級結(jié)構(gòu)呈花狀。

　　2）rRNA與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體，它是蛋白質(zhì)合成機(jī)器－－核蛋白體的組成成分，參與蛋白質(zhì)的合成。

　　4、核酶：某些RNA 分子本身具有自我催化能，可以完成rRNA的剪接。這種具有催化作用的RNA稱為核酶。

　　五、核酸的理化性質(zhì)

　　1、DNA的變性

　　在某些理化因素作用下，如加熱，DNA分子互補(bǔ)堿基對之間的氫鍵斷裂，使DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單鏈，即為變性。監(jiān)測是否發(fā)生變性的一個(gè)最常用的指標(biāo)是DNA在紫外區(qū)260nm波長處的吸光值變化。解鏈過程中，吸光值增加，并與解鏈程度有一定的比例關(guān)系，稱為DNA的增色效應(yīng)。紫外光吸收值達(dá)到最大值的50％時(shí)的溫度稱為DNA的解鏈溫度（Tm），一種DNA分子的Tm值大小與其所含堿基中的G＋C比例相關(guān)，G＋C比例越高，Tm值越高。

　　2、DNA的復(fù)性和雜交

　　變性DNA在適當(dāng)條件下，兩條互補(bǔ)鏈可重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象，這一現(xiàn)象稱為復(fù)性，其過程為退火，產(chǎn)生減色效應(yīng)。不同來源的核酸變性后，合并一起復(fù)性，只要這些核苷酸序列可以形成堿基互補(bǔ)配對，就會形成雜化雙鏈，這一過程為雜交。雜交可發(fā)生于DNA－DNA之間，RNA－RNA之間以及RNA－DNA之間。

　　六、核酸酶（注意與核酶區(qū)別）

　　指所有可以水解核酸的酶，在細(xì)胞內(nèi)催化核酸的降解?？煞譃镈NA酶和RNA酶；外切酶和內(nèi)切酶；其中一部分具有嚴(yán)格的序列依賴性，稱為限制性內(nèi)切酶。