核酸的种类与作用

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傈僳花_346
2016-05-11 · TA获得超过102个赞
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核酸同蛋白质一样,也是生物大分子。核酸的相对分子质量很大,一般是几十万至几百万。核酸水解后得到许多核苷酸,实验证明,核苷酸是组成核酸的基本单位,即组成核酸分子的单体。一个核苷酸分子是由一分子含氮的碱基、一分子五碳糖和一分子磷酸组成的。根据五碳糖的不同可以将核苷酸分为脱氧核糖核苷酸和核糖核苷酸。 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DNA RNA 名称脱氧核糖核酸 核糖核酸 结构规则的双螺旋结构 通常呈单链结构 基本单位脱氧核糖核苷酸 核糖核苷酸 五碳糖脱氧核糖 核糖 含氮碱基A(腺嘌呤)
G(鸟嘌呤)
C(胞嘧啶)
T(胸腺嘧啶) A(腺嘌呤)
G(鸟嘌呤)
C(胞嘧啶)
U(尿嘧啶) 分布主要存在于细胞核,少量存在于线粒体和叶绿体 主要存在于细胞质 功能携带遗传信息,在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用 作为遗传物质:只在RNA病毒中;不作为遗传物质:在DNA控制蛋白质合成过程中起作用。mRNA是蛋白质是合成的直接模板、tRNA能携带特定氨基酸、rRNA是核糖体的组成成分;催化作用:酶的一种 (1)五碳糖——DNA是脱氧核糖;RNA是核糖。
(2)碱基——DNA是A、T、C、G(不含U);RNA是A、U、C、G(不含T)。
(3)DNA通常是双螺旋结构;RNA通常是单链,局部可形成双螺旋结构。 核酸研究中划时代的工作是Watson和Crick于1953年创立的DNA 双螺旋结构模型。模型的提出建立在对DNA下列三方面认识的基础上:
1.核酸化学研究中所获得的DNA化学组成及结构单元的知识,特别是Chargaff于1950~1953年发现的DNA化学组成的新事实;DNA中四种碱基的比例关系为A/T=G/C=1。
2.X线衍射技术对DNA结晶的研究中所获得的一些原子结构的最新参数。
3.遗传学研究所积累的有关遗传信息的生物学属性的知识。综合这三方面的知识所创立的DNA双螺旋结构模型,不仅阐明了DNA分子的结构特征,而且提出了DNA作为执行生物遗传功能的分子,从亲代到子代的DNA复制 (replication)过程中,遗传信息的传递方式及高度保真性。其正确性于1958年被Meselson和Stahl的著名实验所证实。DNA双螺旋结构模型的确立为遗传学进入分子水平奠定了基础,是现代分子生物学的里程碑。从此核酸研究受到了前所未有的重视。
DNA分子具有规则的双螺旋结构。是由两条相互平行且反向右旋的脱氧核苷酸长链所构成,分子中央的碱基碱基互补配对原则以氢键相连。DNA独特的双螺旋结构和碱基互补配对能力使DNA的两条链“可分”,“可合”,半保留复制自如,“精确”复制的DNA通过细胞分裂等方式传递下去,使子代(或体细胞)含有与亲代相似的遗传物质。但“精确”复制并不是绝对不存在差错,复制差错率非常低(约1~10亿分之一),然而却导致基因发生突变,出现新基因,产生可遗传的变异,有利于生物的进化。 瑞士生物学家:米舍尔Friedrich Miescher
美国生物学家:沃森Watson,James Dewey
英国生物物理学家:克里克Crick,Francis Harry Compton
英国医生:格里菲思Griffith, F.
阿委瑞Avery O. T.
赫尔希Hershey, A.D.
蔡斯Chase, M. 核酸是生物体内的高分子化合物。它包括脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)和核糖核酸(ribonucleicacid,RNA)两大类。
核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖(核糖或脱氧核糖)和磷酸的混合物。核酸部分水解则产生核酸和核苷酸。每个核苷分子含一分子碱基和一分子戊糖,一分子核苷酸部分水解后除产生核苷外,还有一分子磷酸。 单个核苷酸是由含氮有机碱(称碱基)、戊糖(即五碳糖)和磷酸三部分构成的。
碱基(base):构成核苷酸的碱基分为嘌呤(purine)和嘧啶>;(pyrimi-dine)二类。前者主要指腺嘌呤(adenine,A)和鸟嘌呤(guanine,G),DNA和RNA中均含有这二种碱基。后者主要指胞嘧啶(cytosine,C)胸腺嘧啶(thymine,T)和尿嘧啶(uracil,U),胞嘧啶存在于DNA和RNA中,胸腺嘧啶只存在于DNA中,尿嘧啶则只存在于RNA中。
嘌呤环上的N-9或嘧啶环上的N-1是构成核苷酸时与核糖(或脱氧核糖)形成糖苷键的位置。
此外,核酸分子中还发现数十种修饰碱基(themodifiedcomponent),又称稀有碱基,(unusualcomponent)。它是指上述五种碱基环上的某一位置被一些化学基团(如甲基化、甲硫基化等)修饰后的衍生物。一般这些碱基在核酸中的含量稀少,在各种类型核酸中的分布也不均一。如DNA中的修饰碱基主要见于噬菌体DNA,RNA中以tRNA含修饰碱基最多。
戊糖(五碳糖):RNA中的戊糖是D-核糖(即在2号位上连接的是一个羟基),DNA中的戊糖是D-2-脱氧核糖(即在2号位上只连一个H)。D-核糖的C-2所连的羟基脱去氧就是D-2脱氧核糖。
戊糖C-1所连的羟基是与碱基形成糖苷键的基团,糖苷键的连接都是β-构型。
核苷(nucleoside):由D-核糖或D-2脱氧核糖与嘌呤或嘧啶通过糖苷键连接组成的化合物。核酸中的主要核苷有八种。
核苷酸(nucleotide):核苷酸与磷酸残基构成的化合物,即核苷的磷酸酯。核苷酸是核酸分子的结构单元。核酸分子中的磷酸酯键是在戊糖C-3’和C-5’所连的羟基上形成的,故构成核酸的核苷酸可视为3’-核苷酸或5’-核苷酸。DNA分子中是含有A,G,C,T四种碱基的脱氧核苷酸;RNA分子中则是含A,G,C,U四种碱基的核苷酸。
当然核酸分子中的核苷酸都以形式存在,但在细胞内有多种游离的核苷酸,其中包括一磷酸核苷、二磷核苷和三磷酸核苷。 3’,5’-磷酸二酯键:核酸是由众多核苷酸聚合而成的多聚核苷酸(polynucleotide),相邻二个核苷酸之间的连接键即:3’,5’-磷酸二酯键。这种连接可理解为核苷酸糖基上的3'位羟基与相邻5'核苷酸的磷酸残基之间,以及核苷酸糖基上的5'位羟基与相邻3'核苷酸的磷酸残基之间形成的两个酯键。多个核苷酸残基以这种方式连接而成的链式分子就是核酸。无论是DNA还是RNA,其基本结构都是如此,故又称DNA链或RNA链。DNA链的结构如下示意图。
寡核苷酸(oligonucleotide):这是与核酸有关的文献中经常出现的一个术语,一般是指二至十个核苷酸残基以磷酸二酯键连接而成的线性多核苷酸片段。但在使用这一术语时,对核苷酸残基的数目并无严格规定,在不少文献中,把含有三十甚至更多个核苷酸残基的多核苷酸分子也称作寡核苷酸。寡核苷酸可由仪器自动合成,它可作为DNA合成的引物(primer)、基因探针(probe)等,在现代分子生物学研究中具有广泛的用途。
核酸链的简写式:核酸分子的简写式是为了更简单明了的叙述高度复杂的核酸分子而使用的一些简单表示式。它所要表示的主要内容是核酸链中的核苷酸(或碱基)。下面介绍二种常用的简写式。
字符式:书写一条多核苷酸链时,用英文大写字母缩写符号代表碱基(DNA和RNA中所含主要碱基及缩写符号见表1-1),用小写英文字母P代表磷酸残基。核酸分子中的糖基、糖苷键和酯键等均省略不写,将碱基和磷酸相间排列即可。因省略了糖基,故不再注解“脱氧”与否,凡简写式中出现T就视为DNA链,出现U则视为RNA链。以5'和3'表示链的末端及方向,分别置于简写式的左右二端。下面是分别代表DNA链和RNA链片段的二个简写式:
5'pApCpTpTpGpApApCpG3'DNA
5'pApCpUpUpGpApApCpG3'RNA
此式可进一步简化为:
5'pACTTGAACG3'
5'pACUUGAACG3'
上述简写式的5'-末端均含有一个磷酸残基(与糖基的C-5'位上的羟基相连),3'-末端含有一个自由羟基(与糖基的C-3'位相连),若5'端不写P,则表示5'-末端为自由羟基。双链DNA分子的简写式多采用省略了磷酸残基的写法,在上述简式的基础上再增加一条互补链(complentarystrand)即可,链间的配对碱基用短纵线相连或省略,错配(mismatch)碱基对错行书写在互补链的上下两边,如下所示:
5'GGAATCTCAT3'
3'CCTTAGAGTA5'
5'GGAATC错配)
线条式:在字符书写基础上,以垂线(位于碱基之下)和斜线(位于垂线与P之间)分别表示糖基和磷酸酯键。如下图所示
上式中,斜线与垂线部的交点为糖基的C-3'位,斜线与垂线下端的交点为糖基的C-5'位。这一书写式也可用于表示短链片段。不难看出,简写式表示的中心含义就是核酸分子的一级结构,即核酸分子中的核苷酸(或碱基)排列顺序。

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