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生物化学核酸知识要点总结.docx

生物化学核酸知识要点总结.docx

上传者: 糖糖糖Mejewel 2018-01-11 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《生物化学核酸知识要点总结docx》,可适用于自然科学领域,主题内容包含核酸DNA真正遗传信息携带者兼具存储和传递遗传信息双重功能。RNA将DNA的遗传信息翻译和表达成具有各种功能的蛋白质一、核酸的分类和组成(一)分类D符等。

核酸DNA真正遗传信息携带者兼具存储和传递遗传信息双重功能。RNA将DNA的遗传信息翻译和表达成具有各种功能的蛋白质一、核酸的分类和组成(一)分类DNA双链分子其中大多数是链状结构大分子少部分环状在叶绿体线粒体中RNA单链分子(二)组成、核酸的结构单元mdash核苷酸()碱基都具有芳香环的结构特征嘌呤环和嘧啶环都呈平面或接近于平面结构。有共轭双键体系在紫外区吸收峰为nm(可利用这一性质鉴定不同碱基)稀有碱基是碱基甲基化产物()戊糖DNAbetaD脱氧核糖RNAbetaD核糖()核苷糖与碱基之间的CN键称为CN糖苷键糖苷中碱基近似垂直于糖平面()核苷酸是核苷的磷酸酯、核苷酸的衍生物()ATP、GTPATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。含有两个高能磷酸键水解时可释放大量能量。Question:ATP的磷酸键为什么显示出高的水解能和优良的磷酸基转移性能?a静电效应ATP的焦磷酸根四个可解离质子全部解离带有负电荷。这些负电荷之间静电排斥作用使磷酸酯键处于高能状态。b共振稳定因素ATP解离成ADPAMP后共振稳定性大大增强。GTP主要是作为蛋白质合成中磷酰基供体也是一种高能化合物()cAMP和cGMP作为细胞之间传递信息的信使是环状核苷酸环状磷酯键是高能磷酸键。、多聚核苷酸多聚核苷酸具有方向性当表示一个多聚核苷酸链时必须注明方向。二、核酸的结构(一)DNA结构一级结构碱基顺序二级结构双螺旋结构、双螺旋结构要点:DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链组成。两条链沿着同一根轴平行盘绕形成右手螺旋结构。螺旋中两条链方向相反。嘌呤碱基和嘧啶碱基位于螺旋内侧磷酸和脱氧核糖基位于外侧碱基环平面与螺旋轴垂直糖基环平面与碱基环平面垂直。螺旋横截面的直径为nm每条链相邻两个碱基平面之间的距离为nm每个核苷酸构成一个螺旋其螺距高度为nm。两条DNA链相互结合以及形成双螺旋的力是碱基对所形成的氢键。、DNA双螺旋的稳定性两条DNA链之间形成氢键由于双螺旋结构内部形成疏水区消除了介质中水分子对碱基之间的氢键的影响介质中的阳离子中和了磷酸基团的负电荷降低了DNA链之间的排斥力范德华引力、DNA的三螺旋结构特点:组成三螺旋的DNA单链一般都是由单一的嘌呤或单一的嘧啶碱基DNA三螺旋的基本结构有两种:一种嘧啶嘌呤嘧啶(TAT,CGC)另一种是嘌呤嘌呤嘧啶(AAT,GGC)。上述这两种结构中中间的碱基必须是嘌呤碱基。每条单链至少有个核苷酸组成、DNA的超螺旋结构(螺旋的螺旋)负超螺旋几乎所有天然DNA都是负超螺旋细胞中的环状DNA呈负超螺旋。(二)RNA结构(单链分子)、mRNA的结构(占%将DNA的遗传信息传递到蛋白质合成基地mdash核糖核蛋白体)()mRNA的ldquo帽结构rdquo真核细胞mRNA末端有一个甲基化的鸟苷酸称为ldquo帽结构rdquo。功能:保护mRNA的免受核酸酶从末端开始对它的水解并且在翻译中起重要作用。()mRNA的ldquo尾结构rdquo极大多数真核细胞mRNA在末端有一段长约核苷酸的polyA称为ldquo尾结构rdquoPolyA是在转录后经polyA聚合酶的作用添加上去的。原核生物的mRNA一般无polyA但某些病毒mRNA也有polyA。PolyA可能有多方面功能,与mRNA从细胞核到细胞质的转移有关、tRNA的结构(翻译氨基酸信息、并将相应的氨基酸转运到核糖核蛋白体)()一级结构tRNA分子最小(~个核苷酸)含稀有碱基如DHU等。acute末端为mdashCCAOH(氨基酸臂)acute末端大多数为G()二级结构(三叶草型)氨基酸臂DHU环反密码环额外环TPsiC环rsquoOH端可以结合氨基酸反密码环可与mRNA上密码子配对,将合适氨基酸携带到合适位置()三级结构(倒ldquoLrdquo型)特点:两个端点分别为氨基酸接受臂CCA(OH)端和反密码子环。转角由二氢尿嘧啶环和TpsiC环构成碱基堆积及三级氢键相互作用在L型三级结构的形成及维持稳定中起重要作用。、核糖体RNA(rRNA)的结构(参与组装核糖体作为蛋白质生物合成的场所)原核生物真核生物SrRNASrRNASrRNASrRNASrRNASrRNASrRNARNA的生物学功能参与蛋白质的生物合成(最主要)作用于RNA转录后加工与修饰基因表达与细胞功能的调节生物催化与其他细胞持家功能遗传信息的加工与进化。三、核酸的性质(一)核酸的两性性质及等电点(核酸等电点较低)Question:RNA的等电点比DNA的低的原因。RNA分子中核糖基rsquoOH通过氢键促进了磷酸基上质子的解离。(二)核酸的水解、酸或碱水解核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断Question:DNA和RNA对酸和碱的耐受程度有很大差别原因?在RNA水解时rsquoOH首先进攻磷酸基在断开磷酯键的同时形成环状磷酸二酯再在碱的作用下形成水解产物。、酶水解()核酸外切酶(如牛胰核糖核酸酶):作用方式是从多聚核苷酸链的一端(prime端或prime端)开始逐个水解切除核苷酸()核酸内切酶它从多聚核苷酸链中间开始在某个位点切断磷酸二酯键。(三)核酸的变性、复性和杂交、核酸的变性(双链间的氢键断裂)()定义:在某些理化因素作用下核酸的氢键和碱基堆积力被破坏核酸空间结构改变引起其理化性质和生物学功能改变。()引起核酸变性的因素过量酸、碱加热变性试剂如尿素、甲酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后DNA特征:DNA结构由双螺旋rarr无规线团Tm:紫外光吸收值达到最大值的时的温度称为DNA的解链温度又称融解温度Tm的大小与GC含量成正比、核酸的复性定义:变性DNA在适当条件下两条互补链可恢复天然的双螺旋构象这一现象称为复性、核酸的杂交定义:在DNA复性过程中如果把不同DNA单链分子放在同一溶液中或把DNA与RNA放在一起只要在DNA或RNA的单链分子之间有一定的碱基配对关系就可以形成局部或全部双链这种现象称为核酸分子杂交。四、遗传信息的传递与表达(一)DNA的复制半保留复制:按半保留复制方式子代DNA与亲代DNA的碱基序列一致即子代保留了亲代的全部遗传信息体现了遗传的保守性。参与DNA复制的物质底物:dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶:依赖DNA的DNA聚合酶(DNApol)模板:解开成单链的DNA母链引物:提供OH端引物酶、单链结合蛋白、连接酶、解链酶、拓扑异构酶等DNA复制化学反应的特点DNA新链生成需引物和模板新链的延长只可沿rarr方向进行DNA复制过程基本过程:原核个阶段(起始、延长、终止)真核个阶段(起始、延长、终止、末端复制)、复制的起始DNA解链引发体和引物:含有解螺旋酶、拓扑异构酶、引物酶和DNA复制起始区域的复合结构称为引发体。引物是由引物酶催化合成的短链RNA分子、复制的延长领头链连续复制而随从链不连续复制这就是复制的半不连续性。、复制的终止(二)DNA的损伤和修复、光复活修复光复活是一种酶促反应过程它可以完全修复因紫外线照射引起的嘧啶二聚体的DNA损伤。光修复酶结合到嘧啶二聚体上吸收蓝光光子通过电子转移使环断裂恢复正常的碱基配对结构。、碱基切除修复主要修复小段的DNA损伤例如烷化剂、氧化和电离辐射造成的碱基损伤。碱基切除修复过程主要涉及到的酶有DNA糖苷酶、AP内切核酸酶、DNA聚合酶和DNA连接酶等。、错配修复如果DNA在复制过程中发生错误的配对如G与T配对可以通过DNA聚合酶的primerarrprime外切酶活性校正但是如果这个错误没有被校正复制的DNA在这个部位含有一个错配的碱基对引起基因突变。这个错误可以被细胞的错配修复系统校正该系统能够对新复制的DNA进行扫描搜索错配的碱基对或单个碱基插入和删除所产生的复制错误。(三)RNA指导下的DNA合成以RNA为模板即按照RNA的核苷酸顺序合成DNA这与通常转录过程中遗传信息传递从DNA到RNA的方向相反因此称为逆转录。催化逆转录反应的酶(RNA指导的DNA聚合酶)一般称为逆转录酶。逆转录RNA模板、原料(dNTP)、引物(tRNA)、逆转录酶引物:tRNA(四)DNA指导下的RNA合成Ⅰ转录转录体系包括:模板:DNA的一条链原料:NTP(ATP、GTP、CTP、UTP)酶:RNA聚合酶某些蛋白质因子和无机离子转录模板:DNA转录的不对称性:DNA复制是全长复制转录有选择性结构基因:能转录出RNA的DNA区段不对称性的含义:在DNA双链分子上一股链可转录模板链并非永远在同一单链上转录后的加工过程RNA加工的主要类型.剪切和剪接剪切:切除部分序列剪接:剪切后再将某些片段连接起来.末端添加核苷酸tRNArsquo末端添加CCA.碱基修饰在碱基分子上发生化学修饰反应。例:tRNA中尿苷经化学修饰后变为假尿苷信使RNA(mRNA)的加工(真核)剪接有约~的核苷酸片段被切去加ldquo帽rdquo甲基鸟嘌呤核苷酸(mGTP)加ldquo尾rdquo多聚腺苷酸(polyA)的ldquo尾rdquo碱基修饰稀有碱基(如甲基化)tRNA转录后加工、剪切去除初级产物中多余核苷酸、剪接去除初级转录中的内含子再连接、添加rsquo末端添加CCA-OH(tRNA特有)、碱基修饰()甲基化:mGmA()还原反应:DHU()脱氨反应:腺苷酸脱氨为次黄嘌呤核苷酸Ⅱ翻译蛋白质的合成过程氨基酸的活化活化氨基酸的转运活化氨基酸在核糖体上的缩合(核糖体循环)肽链合成启动肽链延长肽链合成的终止()氨基酸的活化与转运是酶促需能反应()氨基酰tRNA合成酶保证翻译的忠实性肽链延长(原核生物)即核糖体自mRNArsquo端向rsquo端推进翻译过程需延长因子(EF)、GTP和无机离子肽链延长过程特点:每一循环生成一个肽键每生成一个肽键消耗个高能磷酸键(活化:进位:转位:)密码子阅读方向:rsquorsquo多肽链延长方向:N端C端肽链合成的终止:当mRNA上终止密码出现后多肽链合成停止肽链从肽酰tRNA中释出mRNA、核糖体等分离这些过程称为肽链合成的终止。终止因子辨认终止密码子(UAA、UGA、UAG)转肽酶转变为水解酶肽链释放mRNA释放大小亚基分离(五)抑制蛋白质合成的化合物蛋白质合成抑制剂研究对于阐明蛋白质合成机制及药物开发具有重要意义。抑制蛋白质合成的靶点主要是:核糖体、氨基酰tRNA合成酶及延伸因子等。、作用于核糖体氨基糖苷类抗生素:由氨基糖与氨基环醇通过氧桥连接而成的抗生素。主要是抑制细菌蛋白质的合成作用点在S核糖体亚单位的SrRNA解码区的A部位。氯霉素、四环素:可抑制原核细胞蛋白质的生物合成但对真核细胞蛋白质合成无影响。氯霉素可与原核细胞的S核糖体结合从而影响肽酰转移反应对真核细胞S核糖体无作用但却可以抑制真核细胞线粒体内蛋白质的合成因此对人产生毒性。嘌呤霉素:可作为氨酰基tRNA的类似物与正在延伸的多肽链结合而抑制了蛋白质的合成。、作用于延伸因子在蛋白质合成过程中需要多种蛋白因子如起始因子延伸因子和终止因子具有GTP酶活性。、作用于其它蛋白红霉素(erythromycin):可与原核细胞核糖体的S亚基结合抑制了肽酰基转移酶的活性阻碍了肽链的延伸。梭链孢酸(fusidicacid):可抑制EFG:GDP从核糖体上的移位反应从而抑制蛋白质的合成。(六)糖蛋白的生物合成在高等动物中大部分糖类聚合物往往都与蛋白质共价连接。糖蛋白的糖链在受精、发生、发育、分化、炎症与自身免疫疾病、癌细胞异常增殖及转移、病原体感染等过程中都具有重要作用。、糖蛋白中糖链的化学组成D半乳糖、D甘露糖、D葡萄糖、L岩藻糖、D木糖、L阿拉伯糖等、糖肽连接键的类型N连接:该类糖蛋白中仅有一种糖残基与天冬酰胺相连即N乙酰氨基葡萄糖。这种连接方式又称为N连接糖链。该类糖蛋白一般由到数十个糖基连接成糖链且都有分支。血浆糖蛋白(如血清类粘蛋白、免疫球蛋白、激素类糖蛋白等)属于此类型。O连接:糖基或糖链的还原端与肽链中的Ser、Thr、羟赖氨酸、羟脯氨酸羟基中的氧原子相连称为O连接糖链。最常见的O连接方式是N乙酰氨基半乳糖与SerThr连接糖基最少只有一个多达个以上。、糖蛋白中糖链部分的功能细胞质膜糖蛋白的功能。质膜在主动运输、作为病毒、激素和抗体的受体、参与细胞间的识别和粘着等作用中与糖蛋白密切相关。、糖链对蛋白质性质的影响影响蛋白质的折叠:多肽链需要折叠形成一定空间结构的蛋白质分子,才能发挥生物学功能。在蛋白质折叠的过程中,糖基化起到关键作用。影响蛋白质构象的稳定:糖链的引入能够增加蛋白的结构稳定性,并且这种稳定性与糖基的数量成正比。影响蛋白质的溶解性:糖类含有大量亲水基团糖基化改性后的蛋白质-糖复合物中引入大量的羟基使得蛋白质分子的溶解度明显增加。糖链生物合成的特点:糖链的生物合成没有模板。糖链的生物合成是由糖基的受体、糖基的供体和糖基转移酶这三类分子协调完成的。(七)化学物质与核酸的相互作用Ⅰ化学物质的致突变作用基因突变类型:碱基置换:转换颠换移码突变:指发生一对或几对不等于的倍数的碱基减少或增加导致从受损点开始碱基序列完全改变形成错误的密码并转译为不正常的氨基酸密码子插入或丢失(大段损伤):DNA链大段缺失或插入。这种损伤有时可跨越两个或数个基因涉及数以千计的核苷酸。Ⅱ化学诱变剂及其作用原理、烷化剂类:诱变剂分子中具有一个或多个活性烷基它们能够转移到DNA分子中电子云密度极高的位点上去置换氢原子进行烷化反应。烷基化后的生物学效应:碱基错配碱基脱落DNA断裂碱基交联、碱基类似物诱变剂:化学物质的结构与碱基非常相似能在S期中与天然碱基竞争并取代其位置从而掺入到DNA分子中而引起遗传变异、移码诱变剂:有些大分子能以静电吸附形式嵌入DNA单链的碱基之间或DNA双螺旋结构的相邻多核苷酸链之间称嵌入剂。如果嵌入到模板链的两碱基之间就会使互补链插入一个多余的碱基如果嵌入到新合成的互补链上就会使之缺少一个碱基。无论多或少一个碱基都会造成移码。吖啶黄、吖啶橙、脱氨基诱变剂:有些化学物可对碱基产生氧化作用改变或破坏碱基的化学结构有时引起链断裂。如亚硝酸能使腺嘌呤和胞嘧啶发生氧化脱氨分别变为次黄嘌呤和尿嘧啶羟胺能使嘧啶C位的氨基变为羟氨基。这些改变都会造成转换型碱基置换。Ⅲ化学致癌物质及其作用机制根据化学致癌物的作用方式可分为:直接致癌物间接致癌物促癌物直接致癌物:是指进入机体后不需经体内代谢转化直接作用于细胞中的大分子化合物(RNA、DNA、蛋白质等)而引起癌症的物质如某些烷化剂、亚硝酰胺类物质。间接致癌物:是指在体内需经代谢活化才与大分子化合物结合的致癌物如多环芳烃类、亚硝胺类、芳香胺等。促癌物:是指本身并不致癌但当它与致癌物同时作用时能明显地强化致癌的一类物质如巴豆油、丙酮、酚、氧化铁粉尘和咖啡因等。亚硝酰胺:化学性质活泼致癌作用强是直接致癌物亚硝胺类:间接致癌物萘胺是对人体致癌作用最强的化学物质之一。芳香族偶氮化合物含有偶氮基团(N=N)多数与芳香基团相连少数则连接于杂环基团或烃链上属间接致癌物Ⅳ化学致癌的特点:存在明显的量效关系具有较长的潜伏期各种致癌物之间存在协同性积累性受宿主因素影响遗传因素、种族、年龄、性别等可垂直传播癌症的发生具有多阶段性Ⅴ小分子药物与DNA的相互作用以DNA为靶分子的各种物质生物效应的分子基础其键合状态可能是导致癌变、突变及细胞死亡的重要环节。、共价结合:丝裂霉素C经酶的还原活化会引起结构中某些碳位甲醇组成的脱去继而进行DNA的烷基化。氨茴霉素、茅屋霉素首先迅速地非共价地结合在DNA的小沟区再通过失水或醇与鸟嘌呤碱基上N形成共价键、非共价键结合静电结合、沟区结合和嵌插结合三种方式。

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