第二章：核酸的結(jié)構(gòu)與功能

核酸：是以核苷酸為基本組成單位的生物信息大分子，具有復雜的結(jié)構(gòu)和重要的生物學功能。核酸可分為脫氧核糖核酸和核糖核酸兩大類。

第一節(jié)：核酸的化學組成以及一級結(jié)構(gòu)

核酸-核苷酸=磷酸+核苷=堿基+核糖或脫氧核糖

核糖/脫氧核糖+堿基=核苷

核苷+磷酸=核苷酸

一：核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位

堿基：是構(gòu)成核苷酸的基本組分之一。堿基是含氮的雜環(huán)化合物，可分為嘌呤和嘧啶兩類。常見的嘌呤包括腺嘌呤，鳥嘌呤，常見的嘧啶包括尿嘧啶，胸腺嘧啶和胞嘧啶。堿基與核糖或脫氧核糖反應生成核苷。

二：DNA是脫氧核糖核苷酸通過3；5；-磷酸二酯鍵連接形成的大分子。

三：rna也是具有3；5；-磷酸二酯鍵的線性大分子

四：核酸的一級結(jié)構(gòu)是核苷酸的排列順序

核酸的一級結(jié)構(gòu)：是構(gòu)成rna的核糖核苷酸或DNA的脫氧核糖核苷酸自5；-端至3；-端的排列順序。由于核苷酸之間的差異在于堿基的不同，因此核酸的一級結(jié)構(gòu)也就是它的堿基序列

第二節(jié)：DNA的空間結(jié)構(gòu)與功能

DNA的空間結(jié)構(gòu)：構(gòu)成DNA的所有原子在三維空間的相對位置關(guān)系是DNA的空間結(jié)構(gòu)。DNA的空間結(jié)構(gòu)可分為二級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)

一：DNA的二級結(jié)構(gòu)是雙螺旋結(jié)構(gòu)

（一）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的實驗基礎(chǔ)

Chargaff規(guī)則：1.不同生物個體的DNA其DNA堿基組成不同。2.同一個個體不同器官或不同組織的DNA具有相同的堿基組成。3.對于一特定的生物體而言，腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數(shù)相等，而鳥嘌呤與胞嘧啶的摩爾數(shù)相等。

（二）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型要點

1.DNA由兩條多聚脫氧核苷酸鏈組成：它們圍繞同一個螺旋軸形成右手螺旋，兩條鏈中的一條鏈的5；-3；方向是自上而下，而另一條鏈的5；-3；方向是自下而上的，呈現(xiàn)出反向平行的特征。

2.磷酸和核糖位于外側(cè)：由脫氧核糖和磷酸基團構(gòu)成的親水性骨架位于雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，而疏水堿基位于內(nèi)側(cè)

3.DNA雙鏈之間形成了互補堿基對：一條鏈上的腺嘌呤與另一條鏈上的胸腺嘧啶形成了兩個氫鍵，一條鏈上的鳥嘌呤和另一條鏈上的胞嘧啶形成了三個氫鍵

4.堿基對的疏水作用力和氫鍵共同維持著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（三）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性

（四）DNA的多鏈結(jié)構(gòu)

二：DNA的高級結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)

超螺旋結(jié)構(gòu)：由DNA雙鏈盤繞形成的空間構(gòu)象。當盤繞的方向與DNA雙螺旋方向相同時，其超螺旋結(jié)構(gòu)為正超螺旋，反之則為負超螺旋。

（一）原核生物的DNA環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)

（二）真核生物DNA以核小體為單位形成高度有序的致密結(jié)構(gòu)

核小體：是染色質(zhì)的基本組成單位，它是由DNA和五種組蛋白共同構(gòu)成的。兩分子的h2a，

H2b，h3和h4形成一個八聚體的組蛋白核心，長度約為150bp的DNA雙鏈在核心組蛋白八聚體上盤繞1.75圈形成核小體的核心顆粒。

端粒：是染色體末端膨大的顆粒狀結(jié)構(gòu)，由染色體末端DNA和dna結(jié)合蛋白構(gòu)成。端粒DNA由簡單重復序列構(gòu)成，人的端粒重復序列富含鳥嘌呤（G），端粒在維持染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和維持復制過程中DNA的完整性方面有重要作用，還與衰老及腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。

三：DNA是遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)

DNA的功能：

DNA是生物遺傳信息的載體，并為基因復制和轉(zhuǎn)錄提供了模板，它是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個體生命活動的信息基礎(chǔ)。

第三節(jié)：rna的結(jié)構(gòu)與功能

Rna的分類：mrna，tRNA，rrna

一：mrna是蛋白質(zhì)合成中的模板

1.真核生物mrna的5；-端有特殊的帽子結(jié)構(gòu)

功能：維持mrna的穩(wěn)定性，協(xié)同mrna從細胞核向細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運，以及在蛋白質(zhì)生物合成中促進核糖體和翻譯起始因子的結(jié)合

2.真核生物mrna的3；-端有多聚腺苷酸尾

功能：維持mrna的穩(wěn)定性，協(xié)同mrna從細胞核向細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運，以及翻譯起始的調(diào)控

3.mrna的堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列：

功能：Mrna為蛋白質(zhì)的生物合成提供模板

二：tRNA是蛋白質(zhì)合成中的氨基酸載體

1.tRNA含有多種稀有堿基

2.tRNA含有莖環(huán)結(jié)構(gòu)

3.tRNA的3；-端可連接氨基酸

4.tRNA的反密碼子能夠識別mrna的密碼子

三：以rrna為組分的核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所

Rrna：是細胞內(nèi)含量最多的rna，rrna與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體。

四：其他非編碼rna參與基因表達的調(diào)控

五：核酸在真核細胞和原核細胞中表現(xiàn)不同的時空特性

第四節(jié)：核酸的理化性質(zhì)

一：核酸分子具有強烈的紫外吸收

嘌呤和嘧啶含有共軛雙鍵。因此，堿基，核苷，核苷酸，核酸在260nm處有紫外吸收的性質(zhì)

二：DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程

DNA變性：在某些物理和化學因素下，DNA的雙鏈互補堿基對之間的氫鍵發(fā)生斷裂，使DNA雙鏈解離為單鏈。在變性過程中，由于更多的共軛雙鍵得以暴露，含DNA的溶液在260nm處紫外吸收增加，稱為增色效應。

DNA復性：當變性條件緩慢除去后，兩條解離的互補鏈可重新互補配對，恢復原來的雙螺旋結(jié)構(gòu)。這一現(xiàn)象稱為復性。隨著DNA的復性，更少的共軛雙鍵暴露在外，含DNA的溶液在260nm處的紫外吸收降低，稱為減色效應。

Tm：在DNA變性解鏈的過程中，紫外吸收變化達到最大變化值一半時的溫度。Tm值與DNA的長短以及堿基的gc含量相關(guān)。Gc含量越高，tm值越大。

三：變性的核酸可以復性或形成雜交雙鏈

核酸雜交：如果將不同的DNA單鏈或rna放在同一溶液中，只要兩種核酸單鏈之間存在著一定程度的堿基配對關(guān)系，他們就有可能形成雜化雙鏈，這種現(xiàn)象稱為核酸雜交。核酸雜交可發(fā)生在DNA和DNA，rna和DNA或rna和rna之間。

第五節(jié)：核酸酶

核酸酶：是所有可以水解核酸的酶。根據(jù)核酸酶底物的不同可以將其分為DNA酶和rna酶，依據(jù)對底物作用的方式可將核酸酶分為核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶。

核酸酶的功能：

1.參與DNA的合成與修復以及rna合成后的剪接等重要的基因復制和基因表達的過程。

負責清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，同時也可以清除侵入細胞的外源性核酸。