第十二章? 核酸通論

6.1.1 核酸通論（1）

• 核酸（Nucleic acids）是一類重要的生物大分子，擔負著生命信息的儲存和傳遞。
• 核酸是現代生物化學、分子生物學的重要研究對象和領域。
• 核酸的發現和研究歷史
• 1868 Miescher從膿細胞的細胞核中分離出了一種含磷酸的有機物，當時稱為核素（nuclein）。
• 1879年Kossel經過10年的努力，搞清楚核素中有四種不同的組成成分：ATCG（1910年諾貝爾醫學獎）
• 1889年Altmann建議將核質改名為核酸，并且已經認識到核素乃核酸與蛋白質的復合體。
• Leven在鑒定核酸中糖和闡明核苷酸化學鍵做出了重要貢獻，但他關于“四核苷酸假說”曾嚴重阻礙核酸研究達30年之久。
• 1928年，荷蘭細菌學家Griffith的細菌轉化實驗，證明DNA是遺傳物質。
• 1944年美國的Avery、Macleod及Mccarty等人在Griffith工作的基礎上，對轉化的本質進行了深入的研究，證明蛋白質和莢膜多糖均不引起轉化，而DNA卻能引起轉化，證明DNA是遺傳物質。
• 1952年，病毒學家Hershey和Chase的噬菌體感染實驗進一步證明DNA是遺傳物質。
• 1953年 James Watson和Francis Crick建立了DNA結構的雙螺旋模型，說明了基因的結構、信息和功能三者間的關系，推動了分子生物學的迅猛發展，因此他們與Wilkins一起獲得了1962年的諾貝爾醫學和生理學獎。
• 60年代RNA研究取得了大發展（操縱子說，遺傳密碼，逆轉錄酶）
• 70年代建立DNA重組技術，改變了分子生物學的面貌，并導致生物技術的興起。
• 80年代RNA研究出現第二次高潮：ribozyme、反義RNA、“RNA世界”假說等。
• 90年代以后，實施人類基因組計劃（HGP），開辟了生命科學新紀元。
• 2001年美英等國完成人類基因組基本計劃框架，生命科學進入后基因組時代。
• 核酸的分類和分布

脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid, DNA）

核糖核酸（Ribonucleic acid，RNA）

• 小分子RNA： 真核生物除mRNA、rRNA和tRNA外，還有許多種小分子RNA，如核內小RNA，反義RNA、dsRNA、smRNA、siRNA和miRNA等。

6.1.2 核酸通論（2）

• asRNA：可通過互補序列與特定的mRNA結合，抑制mRNA的翻譯，asRNA除主要在翻譯水平抑制基因表達外，還可抑制DNA的復制和轉錄。
• 2004年，發現一種小dsRNA能夠作用于神經基因表達，并且能在轉錄水平上直接誘導神經干細胞向神經細胞分化。這種RNA在基因轉錄水平上直接參與調控，它被命名為smRNA（small non-coding RNA）。
• 雙鏈RNA（dsRNA）經酶切后會形成許多小片段 siRNA（small interfering RNA）和miRNA（microRNA）。siRNA一旦與mRNA中的同源序列互補結合，會導致mRNA失去功能，即不能翻譯產生蛋白質，也就是使基因“沉默”了。
• 核酸的生物學功能

DNA是主要遺傳物質：基因（遺傳因子）是遺傳的物質基礎，是編碼蛋白質或RNA等具有特定功能產物的遺傳信息的基本單位，是染色體或基因組的一段DNA序列。基因有三個基本屬性: (1)通過復制，將遺傳信息傳給子代；（2）通過轉錄控制生物的表型；（3）通過突變形成各種等位基因。

RNA參與蛋白質的生物合成。有三類RNA控制蛋白質的合成：（1）rRNA：占總RNA的80%，組成核糖體，是蛋白質的合成場所。（2）tRNA：占總RNA的15%，是轉換器，攜帶氨基酸起翻譯作用。（3）mRNA，占總RNA的3%~5%，是蛋白質合成模板。

RNA功能的多樣性：（1）某些病毒的遺傳物質；（2）參與蛋白質的合成；（3）遺傳信息的加工；（4）基因表達和細胞功能的調控；（5）催化功能。

第十三章? 核酸的結構

6.2.1 核酸的結構（1）

• 核酸的基本結構單位：核苷酸（Nucleotide）
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• 堿基、核苷、核苷酸的概念和關系如上圖所示。
• 基本堿基結構和命名：嘌呤、嘧啶
• 常見（脫氧）核苷酸命名：腺嘌呤核苷酸、鳥嘌呤核苷酸、尿嘧啶核苷酸、胞嘧啶核苷酸、脫氧腺嘌呤核苷酸、脫氧鳥嘌呤核苷酸、脫氧尿嘧啶核苷酸、脫氧胞嘧啶核苷酸。
• 幾種稀有核苷：假尿苷、二氫尿嘧啶等
• 細胞內游離核苷酸及其衍生物
• 核苷酸的生物學功能：

作為核酸的單體

細胞中的攜能物質（如ATP、GTP、CTP、TTP）

酶的輔助因子的結構成分（如NAD）

細胞通訊的媒介（如cAMP、cGMP）

• DNA的分子結構
• 核酸分子的共價鍵：核酸分子中核苷酸之間的共價鍵
• DNA分子中各脫氧核苷酸之間的連接方式和排列順序叫做DNA的一級結構，簡稱為堿基序列。不同的DNA分子具有不同的核苷酸排列順序，因此攜帶有不同的遺傳信息。
• 一級結構的表示法：結構式、線條式、字母式

6.2.2 核酸的結構（2）

• DNA堿基組成的Chargaff規則
• Chargaff首先注意到DNA堿基組成的某些規律性，在1950年總結出DNA堿基組成的規律：

腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩爾數相等，即A=T。

鳥嘌呤和胞嘧啶的摩爾數也相等，即G=C。

含氨基的堿基總數等于含酮基堿基總數，即A+C=G+T.

嘌呤的總數等于嘧啶的總，即A+G=C+T.

• DNA的二級結構
• DNA的雙螺旋模型特點：兩條反向平行的多聚核苷酸沿一個假設的中心軸右旋相互盤繞而形成；堿基配對原則，Chargaff定律等。
• DNA的雙螺旋結構穩定因素：氫鍵，堿基堆集力，磷酸基上負電荷被胞內組蛋白或正離子中和，堿基處于疏水環境中。
• DNA的雙螺旋結構的意義：該模型揭示了DNA作為遺傳物質的穩定性特征，最有價值地確認了堿基配對原則，這是DNA復制、轉錄和反轉錄的分子基礎，亦是遺傳信息傳遞和表達的分子基礎。該模型的提出是本世紀生命科學的重大突破之一，它奠定了生物化學和分子生物學乃至整個生命科學飛速發展的基石。
• DNA雙螺旋的不同構象：A-DNA，B-DNA，C-DNA, D-DNA, Z-DNA
• DNA分子的三股螺旋（triplex）
• DNA的三級結構指雙螺旋DNA分子通過扭曲和折疊所形成的特定構象，包括不同二級結構單元間的相互作用、單鏈和二級結構單元間的相互作用以及DNA的拓撲特征。
• 超螺旋DNA，松弛型DNA

6.2.3 核酸的結構（3）

• 超螺旋狀態的定量描述
• DNA超螺旋結構形成的意義：

使DNA形成高度致密狀態從而得以裝入核中。

推動DNA結構的轉化以滿足功能上的需要。如負超螺旋分子所受張力會引起互補鏈分開導致局部變性，利于復制和轉錄。

• 原核生物兩類拓撲異構酶
• 除連環數（L）不同外其他性質均相同的DNA分子稱為拓撲異構體。DNA拓撲異構酶通過改變DNA的L值而影響其拓撲結構。
• 拓撲異構酶I通過使DNA的一條鏈發生斷裂和再連接，能使超螺旋DNA轉變成松弛型環狀DNA，每催化一次可消除一個負超螺旋，即使L增加1，反應無需供給能量。
• 拓撲異構酶II，作用剛好相反，可使松弛型環狀DNA轉變成負超螺旋DNA，每催化一次，L減少2，可引入負超螺旋。拓撲異構酶II亦稱促旋酶，它可以使DNA的兩條鏈同時斷裂和再連接，當它引入超螺旋時需要ATP提供能量。
• 細胞內兩類拓撲異構酶的含量受嚴格的控制，使細胞內DNA保持在一定的超螺旋水平。
• DNA與蛋白質復合物的結構
• 生物體內的核酸通常都與蛋白質結合形成復合物，以核蛋白的形式存在。DNA分子十分巨大，與蛋白質結合后被組裝到有限的空間中。
• 噬菌體T2結構
• 組蛋白與DNA的結合
• RNA的一級結構： RNA分子鐘各核苷酸之間的連接方式和排列順序叫做RNA的一級結構。
• RNA與DNA的差異：1. 糖，DNA(脫氧核糖)；RNA（核糖）；2.堿基，DNA（AGCT,不含稀有堿基）;RNA(AGCU，含稀有堿基)。
• tRNA的結構
• 二級結構特征：單鏈，三葉草葉形，四臂四環
• 三級結構特征：在二級結構基礎上進一步折疊扭曲形成倒L型。
• 酵母tRNA的二級結構
• mRNA的分子結構：先導區+翻譯區（多順反子）+末端序列

總結

以上是生活随笔為你收集整理的《生物化学与分子生物学》----核酸----听课笔记（十二）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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