文档介绍：第二章核酸概论
第一节概论
一、核酸的发现
1868年,瑞士的内科医生Friedrich Miescher从脓细胞核中提取到一种富含磷元素的酸性化合物,将其称为核质(nuclein);后来他又从鲭鱼精子中分离出类似的物质,此酸性物质即是现在所知的核酸(nucleic acid)。1944年Oswald Avery,Colin Macleod和Maclyn McCarty发现,一种有夹膜、具致病性的肺炎球菌中提取的核酸DNA(deoxyribonucleic acid,脱氧核糖核酸),可使另一种无夹膜,不具致病性的肺炎球菌的遗传性状发生改变,转变为有夹膜,具致病性的肺炎球菌,且转化率与DNA纯度呈正相关,若将DNA预先用DNA酶降解,转化就不发生。该项实验彻底纠正了蛋白质携带遗传信息这一错误认识,确立了核酸是遗传物质的重要地位。1953年Watson和Crick创立的DNA双螺旋结构模型,不仅阐明了DNA分子的结构特征,而且提出了DNA作为执行生物遗传功能的分子,从亲代到子代的DNA复制(replication)过程中,遗传信息的传递方式及高度保真性,为遗传学进入分子水平奠定了基础,成为现代分子生物学发展史上最为辉煌的里程碑。后来的研究又发现了另一类核酸RNA(ribonucleic acid,核糖核酸),RNA在遗传信息的传递中起着重要的作用。从此,核酸研究的进展日新月异,如今,由核酸研究而产生的分子生物学及其基因工程技术已渗透到医药学、农业、化工等领域的各个学科,人类对生命本质的认识进入了一个崭新的天地。
二、核酸的种类、分布
核酸是生物体内的高分子化合物,包括DNA和RNA两大类。
RNA包括三种:mRNA 、tRNA、rRNA ,二者组成不同。
细胞核、细胞质(线粒体、叶绿体等)。
三、核酸的化学组成
组成核酸的元素有C、H、O、N、P等,与蛋白质比较,其组成上有两个特点:一是核酸一般不含元素S,二是核酸中P元素的含量较多并且恒定,约占9~10%。因此,核酸定量测定的经典方法,是以测定P含量来代表核酸量。
核酸经水解可得到核苷酸,因此核苷酸是核酸的基本单位。核酸就是由很多单核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。核苷酸可被水解产生核苷和磷酸,核苷还可再进一步水解,产生戊糖和含氮碱基。
(dAMP、AMP)
(dA、A)
分嘧啶碱基(pyrimidine) 、嘌呤碱基(purine)
核苷酸中的碱基均为含氮杂环化合物,它们分别属于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。核苷酸中的嘌呤碱(purine)主要是鸟嘌呤(guanine,G)和腺嘌呤(adenine,A);嘧啶碱(pyrimidine)主要是胞嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶(uracil,U)和胸腺嘧啶(thymine,T)。DNA和RNA都含有鸟嘌呤(G)、腺嘌呤(A)和胞嘧啶(C);胸腺嘧啶(T)一般而言只存在于DNA中,不存在于RNA中;而尿嘧啶(U)只存在于RNA中,不存在于DNA中。它们的化学结构见下图:
DNA的碱基组成:C、G、A、T; RNA的碱基组成:C、G、A、U。
核酸中五种碱基中的酮基和氨基,均位于碱基环中氮原子的邻位,可以发生酮式-醇式或氨基、亚氨基间的结构互变。这种互变异构在基因突变和生物进化中具有重要作用。
有些核酸中还含有修饰碱基(modified bases,或稀有碱基,minor bases),这些碱基大多是在上述嘌呤或嘧啶碱的不同部位甲基化(methylation)或进行其它的化学修饰而形成的衍生物。一般这些碱基在核酸中的含量稀少,在各种类型核酸中的分布也不均一。DNA中的修饰碱基主要见于噬菌体DNA,如5-甲基胞嘧啶(m5C),5-羟甲基胞嘧啶hm5C;RNA中以tRNA含修饰碱基最多,如1-甲基腺嘌呤(m1A),2,2一二甲基鸟嘌呤(m22G)和5,6-二氢尿嘧啶(DHU)等。
核酸中的戊糖有核糖(ribose)和脱氧核糖(deoxyribose)两种,分别存在于核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸中。为了与碱基标号相区别,通常将戊糖的C原子编号都加上“′”,如C1′表示糖的第一位碳原子。
(1)连接方式戊糖与嘧啶或嘌呤碱以糖苷键连接就称为核苷,通常是戊糖的C1′与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的N9通过β-糖苷键相连接。
(2)常见核苷及其代号:
核苷:嘌呤或嘧啶碱与核糖或脱氧核糖以糖苷键连接的复合物。
表:核酸中的常见核苷
简称
代号
简称
代号
腺苷
A
脱氧腺苷
dA
鸟苷
G
脱氧鸟苷
dG
胞苷
C
脱氧胞苷
dC
尿苷
U
-
-
-
-
脱氧胸苷
dT
均为反式构象,但习惯上写顺式构象。
核苷的解离会影响到碱基配对,