生物化學(xué)

02核酸的結(jié)構(gòu)與功能公衛(wèi)執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試學(xué)習(xí)筆記核酸的化學(xué)組成1.1核苷酸的構(gòu)成核酸以核苷酸為基本組成單位的生物大分子，具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)和重要的生物學(xué)功能。核酸可以分為脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）兩類。核酸的基本組成單位是核苷酸，其結(jié)構(gòu)層次如下：堿基：含氮雜環(huán)化合物（嘌呤/嘧啶），是核苷酸的核心組分。核苷：堿基與核糖/脫氧核糖通過(guò)糖苷鍵縮合形成。核苷酸：核苷的羥基與磷酸通過(guò)磷酸酯鍵連接形成。核酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)：RNA的核苷酸和DNA的脫氧核苷酸從5’－端至3’－端的排列順序或堿基序列。1.2堿基的分類及記憶方法堿基類型名稱英文縮寫(xiě)存在核酸嘌呤腺嘌呤ADNA、RNA鳥(niǎo)嘌呤GDNA、RNA嘧啶胞嘧啶CDNA、RNA胸腺嘧啶T僅DNA尿嘧啶U僅RNAA、G、C、T是構(gòu)成DNA的堿基A、G、C、U是構(gòu)成RNA的堿基DNA的結(jié)構(gòu)與功能二級(jí)結(jié)構(gòu)：雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（Watson-Crick模型）核心要點(diǎn)：反向平行雙鏈：外側(cè)：脫氧核糖-磷酸骨架；內(nèi)側(cè)：堿基通過(guò)氫鍵配對(duì)（A=T，G≡C）。右手螺旋：螺旋上升一周包含10.5bp，堿基平面相距0.34nm；螺距3.54nm，每周含10.5個(gè)堿基對(duì)，直徑2nm；存在大溝（寬）和小溝（窄），是蛋白質(zhì)結(jié)合的關(guān)鍵位點(diǎn)。穩(wěn)定性維系：橫向：堿基間氫鍵（A=T2個(gè)，G≡C3個(gè)）；縱向：堿基堆積力（疏水作用+范德華力）。α螺旋（蛋白質(zhì)）與DNA雙螺旋對(duì)比特征α螺旋（蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)）DNA雙螺旋（DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)）本質(zhì)多肽鏈局部螺旋兩條DNA鏈反向纏繞螺距0.54nm（每周3.6個(gè)氨基酸）3.54nm（每周10.5個(gè)堿基對(duì)）外側(cè)基團(tuán)氨基酸側(cè)鏈（R基）脫氧核糖-磷酸骨架維系鍵氫鍵（鏈內(nèi)）氫鍵（橫向）+堿基堆積力（縱向）高級(jí)結(jié)構(gòu)：超螺旋定義：在雙螺旋基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤曲形成的緊密結(jié)構(gòu)（如真核生物核小體）。意義：壓縮分子體積，減少空間占用（無(wú)特定功能，僅為結(jié)構(gòu)壓縮）。DNA的功能遺傳信息載體：儲(chǔ)存生物體全部遺傳信息（基因組）。復(fù)制與轉(zhuǎn)錄模板：作為DNA復(fù)制（遺傳傳遞）和RNA轉(zhuǎn)錄（基因表達(dá)）的模板。是生命遺傳繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是個(gè)體生命活動(dòng)的基礎(chǔ)?；蚪M：一個(gè)生物體的全部基因序列。DNA理化性質(zhì)及其應(yīng)用變性與復(fù)性變性：雙螺旋DNA分子在某些理化因素作用下，使互補(bǔ)堿基對(duì)間的氫鍵斷裂，雙螺旋結(jié)構(gòu)松散，變成單鏈的過(guò)程。條件：高溫、強(qiáng)酸/堿、有機(jī)溶劑等；本質(zhì)：雙鏈間氫鍵斷裂，變?yōu)閱捂湥ㄒ患?jí)結(jié)構(gòu)不變，生物活性喪失）。復(fù)性（退火）：熱變性的DNA經(jīng)緩慢冷卻后，兩條互補(bǔ)鏈可重新恢復(fù)天然的雙螺旋構(gòu)象。條件：變性后緩慢冷卻；本質(zhì)：互補(bǔ)鏈重新形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。核酸雜交概念：互補(bǔ)核苷酸序列通過(guò)堿基配對(duì)形成雜合雙鏈（如DNA-DNA、DNA-RNA雜交）。應(yīng)用：基因檢測(cè)（探針技術(shù)）、疾病診斷（如病毒檢測(cè)）。紫外光吸收特性原理：堿基含共軛雙鍵，在260nm波長(zhǎng)處有最大吸收峰。應(yīng)用：核酸分子的堿基含有共軛雙鍵，在260nm波長(zhǎng)處有最大紫外光吸收，可以利用這一特性對(duì)核酸進(jìn)行定量和純度分析。RNA結(jié)構(gòu)與功能RNA也是遺傳信息載體分子，RNA和蛋白質(zhì)共同參與基因的表達(dá)調(diào)控；與DNA相比，RNA分子較小，僅含數(shù)十個(gè)至數(shù)千個(gè)核苷酸，RNA的功能多樣。4.1mRNA（信使RNA）特點(diǎn)：含量少（5%）、種類多、壽命短；5’端有帽子結(jié)構(gòu)，3’端有polyA尾。功能：攜帶遺傳信息，作為蛋白質(zhì)合成的直接模板（從DNA轉(zhuǎn)錄而來(lái)）。不均一核RNA（hnRNA）→成熟mRNA5’帽，3’polyA尾hn被剪接后變m4.2tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA）特點(diǎn)：分子量最小，含稀有堿基（如假尿嘧啶）；二級(jí)結(jié)構(gòu)為三葉草形，三級(jí)結(jié)構(gòu)為倒“L”形。功能：轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸至核糖體，參與蛋白質(zhì)合成（通過(guò)反密碼子與mRNA密碼子配對(duì)）。4.3rRNA（核糖體RNA）特點(diǎn)：含量最多（80%），與核糖體蛋白結(jié)合形成核糖體（蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所）。功能：提供蛋白質(zhì)合成的“機(jī)器”（催化肽鍵形成，維持核糖體結(jié)構(gòu)）。4.4DNA與RNA的異同比較比較項(xiàng)目DNARNA戊糖D-2-脫氧核糖D-核糖堿基A、G、C、TA、G、C、U結(jié)構(gòu)雙鏈雙螺旋（主要）單鏈（可形成局部雙鏈，如tRNA三葉草）一級(jí)結(jié)構(gòu)脫氧核糖核苷酸排