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　　知識(shí)點(diǎn)二：核酸的結(jié)構(gòu)和功能

　　1.核酸的基本組成單位―核苷酸(非常重要)

　　核酸包括脫氧核糖核酸(dna)和核糖核酸(rna)兩大類。dna是遺傳信息的貯存和攜帶者，rna主要參與遺傳信息表達(dá)的各過(guò)程。

　　1.1.核苷酸分子組成

　　核酸也稱為多核苷酸，是由數(shù)十個(gè)以至數(shù)千萬(wàn)計(jì)的核苷酸構(gòu)成的生物大分子。核苷酸分子由堿基、核糖或脫氧核糖和磷酸三種分子連接而成。堿基與糖通過(guò)糖苷鍵連成核苷，核苷與磷酸以酯鍵結(jié)合成核苷酸。參與核苷酸組成的主要堿基有5種，屬于嘌呤類化合物的堿基有腺嘌呤a和鳥(niǎo)嘌呤g。屬于嘧啶類化合物的堿基有胞嘧啶c、尿嘧啶u和胸腺嘧啶t。

　　1.2.核酸(dna和rna)

　　幾個(gè)或十幾個(gè)核苷酸通過(guò)磷酸二酯鍵連接而成的分子稱寡核苷酸，由更多的核苷酸連接而成的聚合物就是多聚核苷酸(方向：5?→3?)。dna分子中出現(xiàn)的堿基有a、t、c和g，糖為脫氧核糖。rna分子中所含的堿基是a、u、c和g，糖為核糖。dna分子由2條脫氧核糖核苷酸鏈組成，rna分子由1條核糖核苷酸鏈組成。

　　2.dna的結(jié)構(gòu)與功能

　　2.1.dna堿基組成規(guī)律

　?、?dna分子中a的摩爾數(shù)與t的摩爾數(shù)相等，c與g的相等。

　?、?dna堿基組成具有種屬特異性。

　?、?dna堿基組成無(wú)組織或器官特異性。同一個(gè)體不同器官或組織的dna具有相同的堿基組成。

　?、苌矬w內(nèi)堿基組成不受年齡、生長(zhǎng)狀況、環(huán)境等條件的影響。

　　2.2.dna的一級(jí)結(jié)構(gòu)

　　dna的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指核酸分子中核苷酸的排列順序及其連接方式。在任何dna分子中的脫氧核糖-磷酸，或在任何rna分子中的核糖-磷酸連成的長(zhǎng)鏈?zhǔn)窍嗤模煌氖沁B在糖環(huán)c-1’位上的堿基排列順序。所以核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)也稱為堿基序列。

　　2.3.dna雙螺旋結(jié)構(gòu)

　　雙螺旋是dna二級(jí)結(jié)構(gòu)形式，它的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)如下：

　?、?dna分子由兩條反向平行的脫氧多核苷酸鏈組成;兩鏈以脫氧核糖-磷酸作骨架的雙鏈組成，以右手螺旋的方式圍繞同一中心軸盤(pán)旋成雙螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋直徑2nm，并形成交替出現(xiàn)的大溝和小溝。

　?、?兩股單鏈的脫氧核糖-磷酸骨架位于螺旋外側(cè)，戊糖相連的堿基平面垂直于螺旋軸而伸入螺旋之內(nèi)。每個(gè)堿基與對(duì)應(yīng)鏈上的堿基共處同一平面，并以氫鍵維持配對(duì)關(guān)系，a與t配對(duì)，c與g配對(duì)。螺旋旋轉(zhuǎn)一周為10對(duì)堿基。

　?、?兩堿基之間的氫鍵是維持雙螺旋橫向穩(wěn)定的主要化學(xué)鍵?？v向則以堿基平面之間的堿基堆積力(主要作用)維持穩(wěn)定。

　?、? 每?jī)蓚€(gè)相鄰堿基對(duì)平面之間的距離是0.34nm;螺旋每轉(zhuǎn)一周的螺距為3.4nm,每個(gè)旋距內(nèi)含10個(gè)堿基對(duì)。

　?、?堿基可以在多核苷酸鏈中以任何排列順序存在。

　　2.4.dna的高級(jí)結(jié)構(gòu)

　　原核生物沒(méi)有細(xì)胞核，其dna分子在雙螺旋基礎(chǔ)上進(jìn)一步扭轉(zhuǎn)盤(pán)曲，形成超螺旋，使體積壓縮。超螺旋結(jié)構(gòu)就是dna的三級(jí)結(jié)構(gòu)。

　　真核生物的染色體中，dna的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指dna與組蛋白結(jié)合構(gòu)成核小體進(jìn)而形成超螺旋結(jié)構(gòu)。

　　意義：①利于胞內(nèi)組裝②影響雙螺旋解鏈程序

　　2.5.dna的功能

　　dna的基本功能是以基因的形式荷載遺傳信息，并作為基因復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的模板。dna是生命遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的信息基礎(chǔ)。

　　3.dna變性及其應(yīng)用

　　3.1.dna變性和復(fù)性的概念

　　在極端的ph值(加酸或堿)和受熱條件下，dna分子中雙鏈間的氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)解開(kāi)，這就是dna的變性。變性后的dna在260nm的紫外光吸收增強(qiáng)，稱為高色效應(yīng)。在dna變性中以dna的熱變性意義最大。dna的熱變性又稱dna的解鏈或融解作用。在dna熱變性過(guò)程中，使紫外吸收達(dá)到最大增值50%時(shí)的溫度稱為解鏈溫度，又稱融解溫度tm。tm與dna分子g+c量有關(guān)。

　　熱變性的dna溶液經(jīng)緩慢冷卻，兩條解鏈的互補(bǔ)單鏈重新締合，恢復(fù)雙螺旋結(jié)構(gòu)，即退火。變性dna經(jīng)退火恢復(fù)原狀的過(guò)程稱變性dna的復(fù)性。伴隨復(fù)性，dna溶液紫外吸收減弱，稱減色效應(yīng)。

　　3.2.核酸雜交

　　復(fù)性是指核酸雙鏈分子中分開(kāi)的兩股單鏈重新結(jié)合。復(fù)性可以發(fā)生在具有堿基配對(duì)的不同來(lái)源的核酸鏈之間，形成雜化雙鏈，這一過(guò)程稱為核酸雜交，生成的雙鏈稱為雜化雙鏈。核酸雜交技術(shù)(例：核酸探針)是目前研究核酸結(jié)構(gòu)、功能常用的手段之一。

　　4.rna結(jié)構(gòu)與功能

　　rna與dna不同，它通常以數(shù)十個(gè)至數(shù)千個(gè)核苷酸組成的單鏈形式存在，但也可以有局部的二級(jí)結(jié)構(gòu)或三級(jí)結(jié)構(gòu)。它比dna分子小，它的功能多樣，種類較多，主要有信使rna(mrna)、轉(zhuǎn)運(yùn)rna(trna)、核糖體rna(rrna)三類。

　　4.1. 信使rna(mrna)：

　　mrna為線狀單鏈結(jié)構(gòu)。可作為蛋白質(zhì)合成的模板。

　　真核生物：①mrna在5’-端含倒裝的7-甲基三磷酸鳥(niǎo)苷(m7gppp)，稱為帽子結(jié)構(gòu)(可避免核酸酶的降解)。②mrna的3’-末端有一段長(zhǎng)短不一的多聚腺苷酸polya序列，由數(shù)十個(gè)至上百個(gè)腺苷酸連接而成。3’-末端的多聚腺苷酸結(jié)構(gòu)可增加轉(zhuǎn)錄活性，增加mrna穩(wěn)定性。③5’加 “帽”、3’加“尾”屬轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程。④分子中有修飾堿基并有編碼區(qū)和非編碼區(qū)。

　　原核生物：①mrna往往是多順?lè)醋英跓o(wú)帽子結(jié)構(gòu)無(wú)多聚a尾巴③無(wú)修飾堿基。

　　分子中的每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上一個(gè)氨基酸，稱為遺傳密碼。其特點(diǎn)：①三個(gè)相連核苷酸組成一個(gè)密碼子，編碼一個(gè)氨基酸，共有64個(gè)密碼子。②密碼子之間無(wú)核苷酸間隔。③一種氨基酸可有多種密碼子。④所有生物使用同一套密碼子。

　　4.2.轉(zhuǎn)運(yùn)rna(trna)：

　　70至90個(gè)核苷酸構(gòu)成。分子中含有稀有堿基，包括雙氧尿嘧啶、假尿嘧啶和甲基化的嘌呤。

　?、賢rna的作用是攜帶相應(yīng)的氨基酸將其轉(zhuǎn)運(yùn)到核蛋白體上以供蛋白質(zhì)合成。

　?、趖rna的二級(jí)結(jié)構(gòu)呈三葉草樣。

　?、踭rna的三級(jí)結(jié)構(gòu)呈倒l形。

　　4.3.核蛋白體rna(rrna)：

　　細(xì)胞內(nèi)含量最多的rna，約占rna總量的80%以上。rrna與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體。rrna由大亞基和小亞基組成。真核生物的核糖體小亞基由18srrna和30多種核糖體蛋白構(gòu)成，大亞基則由5s、5.8s及28s三種rrna與50種核糖體蛋白組成。當(dāng)大小亞基聚合時(shí)，可作為蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。

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