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《生物化学与分子生物学》 > 第十五章 核酸的结构与功能The Structure and Function of Nucleic Acid

小结

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核酸是由核苷酸聚合而成的高分子化合物,是所有生物遗传信息的携带者。根据核苷酸分子中戊糖的类型,将核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两大类。

核苷酸由磷酸基、戊糖和含氮碱基组成,碱基包括嘌呤和嘧啶两大类。DNA一般含A、C、G、T四种碱基,RNA含A、C、G、U四种碱基。

四种核苷酸按照一定的排列顺序,通过3′,5′磷酸二酯键相连形成的线形多核苷酸即DNA的一级结构。不同排列顺序的DNA区段构成的特定功能单位即基因,DNA的一级结构决定了基因的功能。

一般将细胞内染色体包含DNA的总体称为基因组。同一物种的基因组DNA含量总是恒定的,不同物种间基因组大小和复杂程度差异极大。真核生物具有复杂的染色体结构,其基因组DNA上存在着单一序列和大量重复序列,大多数真核基因都是不连续的,在成熟RNA中出现的部分称为外显子,在DNA拼接过程中被删除的部分称为内含子。原核生物没有核膜,其DNA与RNA和蛋白质一起形成一个相对集中的区域即类核。原核生物基因组上功能相关的基因常常串连在一起并转录在同一mRNA分子中,形成多顺反子结构。某些病毒中会出现基因重叠。

在进化过程中DNA可能发生突变,不影响生物体表型的DNA突变称为中性突变,中性突变常以孟德称显性遗传方式遗传给下一代,其中的限制性片段长度多态性已被广泛用于遗传病的诊断、产前诊断、亲子鉴定以及法医学上对罪犯的确认等。

双螺旋结构是DNA的二级结构,由戊糖和磷酸基构成的两条主锭以反平行的方式和右手方向相互缠绕,构成双螺旋的骨架。主链由于其亲水性而处于双螺旋的外表面,碱基由于其一定程度的疏水性而位于双螺旋的内部。两条链上的碱基按A:T和G:C的互补规律相互以氢链连接,构成遗传信息可靠传递、DNA半保留复制的基础。两条主链并不充满双螺旋的空间,而在表面形成大沟和小沟。大沟是调控蛋白质识别DNA信息的主要场所。

DNA分子结构并非一成不变,而是在不同条件下可以有所不同,即DNA结构的多态性。在生理状态下DNA主要为B构象,并可能有少量的A构象和Z构象。Z构象是唯一存在的左手双螺旋构象。

DNA链上的四种碱基也非均匀分布,因而产生了一些特异的序列。回文序列是许多限制性核酸内切酶和调控蛋白的识别位点;富含A/T序列则是许多分子遗传学过程所不可缺少的;嘌呤和嘧啶的排列顺序对双螺旋的稳定性也有重大影响。

DNA在热或其他变性剂的作用下,双螺旋结构遭到破坏,双链发生分离,即变性。变性DNA的某些理化性质和生物学性质随之改变,如增色效应。核酸加热变性过程中紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为核酸的解链温度(Tm),Tm值的大小与核酸分子大小和G+C所占总碱基数的百分比成正相关。变性的DNA单链在适当条件下又能恢复双螺旋结构,即复性作用。不同来源的变性核酸一起复性,则可能发生杂交,杂交是许多分子生物学技术的基础。

双螺旋DNA进一步扭曲而成的超螺旋称为DNA的三级结构。真核生物中,DNA与组蛋白形成核小体结构时,存在着负超螺旋。核小体是构成染色质的基本结构单位,每个核小体单位包括200bp左右的DNA和一个组蛋白八聚体以及一个分子的组蛋白H1。

RNA包括mRNA、hnRNA、rRNA、tRNA、snRNA和scRNA,它们均与遗传信息的表达有关。mRNA是遗传信息的携带者,其核苷酸序列决定着合成蛋白质的氨基酸序列;hnRNA是mRNA的前体,含有转录的、但不出现于成熟mRNA中的核苷酸片段(内含子);tRNA识别密码子,将正确的氨基酸转运至蛋白质合成位点;rRNA是蛋白质合成机器——核蛋白体的组成成分;snRNA在hnRNA向mRNA转变过程的剪接中起十分重要的作用。

复习题

1.比较RNA和DNA在结构上的异同点。

2.简述DNA双螺旋结构模式的要点及其与DNA生物学功能的关系。

3.原核生物与真核生物在基因组结构上有何不同?

4.什么是限制性片段长度多态性?

5.简述两种DNA序列测定方法的基本原理。

6.试述DNA结构的不均一性与其生物学功能的关系。

7.什么是核酸变性?简述影响特定核酸分子Tm的因素有哪些。

8.什么是分子杂交,何为探针?

9.试述RNA的种类及其生物学作用。

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