生物化學(xué)與分子生物學(xué)/核酸的結(jié)構(gòu)與功能小結(jié)
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核酸是由核苷酸聚合而成的高分子化合物，是所有生物遺傳信息的攜帶者。根據(jù)核苷酸分子中戊糖的類型，將核酸分為脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)兩大類。
核苷酸由磷酸基、戊糖和含氮堿基組成，堿基包括嘌呤和嘧啶兩大類。DNA一般含A、C、G、T四種堿基，RNA含A、C、G、U四種堿基。
四種核苷酸按照一定的排列順序，通過3′，5′磷酸二酯鍵相連形成的線形多核苷酸即DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)。不同排列順序的DNA區(qū)段構(gòu)成的特定功能單位即基因，DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了基因的功能。
一般將細(xì)胞內(nèi)染色體包含DNA的總體稱為基因組。同一物種的基因組DNA含量總是恒定的，不同物種間基因組大小和復(fù)雜程度差異極大。真核生物具有復(fù)雜的染色體結(jié)構(gòu)，其基因組DNA上存在著單一序列和大量重復(fù)序列，大多數(shù)真核基因都是不連續(xù)的，在成熟RNA中出現(xiàn)的部分稱為外顯子，在DNA拼接過程中被刪除的部分稱為內(nèi)含子。原核生物沒有核膜，其DNA與RNA和蛋白質(zhì)一起形成一個(gè)相對(duì)集中的區(qū)域即類核。原核生物基因組上功能相關(guān)的基因常常串連在一起并轉(zhuǎn)錄在同一mRNA分子中，形成多順反子結(jié)構(gòu)。某些病毒中會(huì)出現(xiàn)基因重疊。
在進(jìn)化過程中DNA可能發(fā)生突變，不影響生物體表型的DNA突變稱為中性突變，中性突變常以孟德稱顯性遺傳方式遺傳給下一代，其中的限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性已被廣泛用于遺傳病的診斷、產(chǎn)前診斷、親子鑒定以及法醫(yī)學(xué)上對(duì)罪犯的確認(rèn)等。
雙螺旋結(jié)構(gòu)是DNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，由戊糖和磷酸基構(gòu)成的兩條主錠以反平行的方式和右手方向相互纏繞，構(gòu)成雙螺旋的骨架。主鏈由于其親水性而處于雙螺旋的外表面，堿基由于其一定程度的疏水性而位于雙螺旋的內(nèi)部。兩條鏈上的堿基按A：T和G：C的互補(bǔ)規(guī)律相互以氫鏈連接，構(gòu)成遺傳信息可靠傳遞、DNA半保留復(fù)制的基礎(chǔ)。兩條主鏈并不充滿雙螺旋的空間，而在表面形成大溝和小溝。大溝是調(diào)控蛋白質(zhì)識(shí)別DNA信息的主要場(chǎng)所。
DNA分子結(jié)構(gòu)并非一成不變，而是在不同條件下可以有所不同，即DNA結(jié)構(gòu)的多態(tài)性。在生理狀態(tài)下DNA主要為B構(gòu)象，并可能有少量的A構(gòu)象和Z構(gòu)象。Z構(gòu)象是唯一存在的左手雙螺旋構(gòu)象。
DNA鏈上的四種堿基也非均勻分布，因而產(chǎn)生了一些特異的序列。回文序列是許多限制性核酸內(nèi)切酶和調(diào)控蛋白的識(shí)別位點(diǎn)；富含A/T序列則是許多分子遺傳學(xué)過程所不可缺少的；嘌呤和嘧啶的排列順序?qū)﹄p螺旋的穩(wěn)定性也有重大影響。
DNA在熱或其他變性劑的作用下，雙螺旋結(jié)構(gòu)遭到破壞，雙鏈發(fā)生分離，即變性。變性DNA的某些理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)隨之改變，如增色效應(yīng)。核酸加熱變性過程中紫外光吸收值達(dá)到最大值的50%時(shí)的溫度稱為核酸的解鏈溫度(Tm)，Tm值的大小與核酸分子大小和G+C所占總堿基數(shù)的百分比成正相關(guān)。變性的DNA單鏈在適當(dāng)條件下又能恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)，即復(fù)性作用。不同來源的變性核酸一起復(fù)性，則可能發(fā)生雜交，雜交是許多分子生物學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)。
雙螺旋DNA進(jìn)一步扭曲而成的超螺旋稱為DNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)。真核生物中，DNA與組蛋白形成核小體結(jié)構(gòu)時(shí)，存在著負(fù)超螺旋。核小體是構(gòu)成染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，每個(gè)核小體單位包括200bp左右的DNA和一個(gè)組蛋白八聚體以及一個(gè)分子的組蛋白H1。
RNA包括mRNA、hnRNA、rRNA、tRNA、snRNA和scRNA，它們均與遺傳信息的表達(dá)有關(guān)。mRNA是遺傳信息的攜帶者，其核苷酸序列決定著合成蛋白質(zhì)的氨基酸序列；hnRNA是mRNA的前體，含有轉(zhuǎn)錄的、但不出現(xiàn)于成熟mRNA中的核苷酸片段(內(nèi)含子)；tRNA識(shí)別密碼子，將正確的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)至蛋白質(zhì)合成位點(diǎn)；rRNA是蛋白質(zhì)合成機(jī)器——核蛋白體的組成成分；snRNA在hnRNA向mRNA轉(zhuǎn)變過程的剪接中起十分重要的作用。
復(fù)習(xí)題
1.比較RNA和DNA在結(jié)構(gòu)上的異同點(diǎn)。
2.簡(jiǎn)述DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模式的要點(diǎn)及其與DNA生物學(xué)功能的關(guān)系。
3.原核生物與真核生物在基因組結(jié)構(gòu)上有何不同?
4.什么是限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性?
5.簡(jiǎn)述兩種DNA序列測(cè)定方法的基本原理。
6.試述DNA結(jié)構(gòu)的不均一性與其生物學(xué)功能的關(guān)系。
7.什么是核酸變性?簡(jiǎn)述影響特定核酸分子Tm的因素有哪些。
9.試述RNA的種類及其生物學(xué)作用。
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