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2.1 DNA的一般性质
作者:生科院    文章来源:西北农林科技大学    点击数:3839    更新时间:2011/4/15
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1868年,瑞士的内科医生Friedrich Miescher从外科医院包扎伤口的绷带上的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);后来他又从鲑鱼精子中分离出类似的物质,并指出它是由一种碱性蛋白质与一种酸性物质组成的。

 20年后称为核酸 (nucleic acids),其功能不清楚。

 

1944年Avery等,发现从S 型肺炎球菌中提取的DNA与R型肺炎球菌混合后,能使某些R型菌转化为S型菌,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。结论是:S型菌的DNA将其遗传特性传给了R型菌,DNA就是遗传物质。

 

 

 

 

1952年A.D.Hershey和M.Cha-se用35S和32P双标记T2噬菌体证明DNA是遗传物质。

 噬菌体在35S培养基中外壳蛋白被标记;在32P培养基中DNA被标记;这种双标记的噬菌体感染大肠杆菌时,DNA进入细胞大量复制(只有亲本DNA链才有32P)并装配成子代颗粒,只有少量的噬菌体有32P,而无外壳有35S。

 

2.1.1 多核苷酸链

2.1.1.1 核酸的化学成分

核酸是生物体内的高分子化合物。它包括脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)和核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)两大类。

DNA和RNA是由单个核苷酸(nucleotide)头尾相连而形成的。

RNA平均长度大约为2000个核苷酸;人DNA可长达3×109个核苷酸。 

 

核苷酸是由碱基、戊糖和磷酸构成。

 

 

碱基(base):

嘌呤(purine) :腺嘌呤(adenine,A)、鸟嘌呤(guanine,G);

嘧啶(pyrimi-dine) :胞嘧啶(cytosine,C)、胸腺嘧啶(thymine,T)、尿嘧啶(uracil,U)。

DNA中存在:A、T、G、C;

RNA中存在:A、U、G、C。

 

 

 

 

 

 

嘌呤环上的N-9或嘧啶环上的N-1是构成核苷酸时与核糖(或脱氧核糖)形成糖苷键的位置。

 

核酸分子中还有数十种修饰碱基(themodified component),又称稀有碱基,(unusual component)。是五种碱基环上的某一位置被一些化学基团(如甲基化、甲硫基化等)修饰后的衍生物。

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。如DNA中的修饰碱基主要见于噬菌体DNA,RNA中以tRNA含修饰碱基最多。

戊糖:RNA中的戊糖是D-核糖,DNA中的戊糖是D-2-脱氧核糖。D-核糖的C-2所连的羟基脱去氧就是D-2脱氧核糖。

戊糖C-1所连的羟基是与碱基形成糖苷键的基团,糖苷键的连接都是β-构型。 

 

 

核苷(nucleoside):由D-核糖或D-2脱氧核糖与嘌呤或嘧啶通过糖苷键连接组成的化合物。核酸中的主要核苷有8种。

 

核苷酸(nucleotide):核苷与磷酸残基构成的化合物,即核苷的磷酸酯。

核苷酸是核酸分子的结构单元。核酸分子中的磷酸酯键是在戊糖C-3’和C-5’所连的羟基上形成的,构成核酸的核苷酸为3’-核苷酸或5’-核苷酸。

 

DNA分子中是含有A、G、C、T四种碱基的脱氧核苷酸;RNA分子中则是含A、G、C、U四种碱基的核苷酸。

核酸分子中的核苷酸都以多聚核苷酸形式存在,但在细胞内有多种游离的核苷酸,其中包括一磷酸核苷、二磷核苷和三磷酸核苷。

核苷酸分子中的主要化学成分为:碱基、戊糖、核苷、 核苷酸 。

 

 

2.1.1.2 核苷酸的连接方式

核酸是由多个核苷酸以3’,5’-磷酸二酯键聚合成的多聚核苷酸(poly nucleotide),相邻二个核苷酸之间以3’,5’-磷酸二酯键连接。

 

 

寡核苷酸(oligonucleotide):是指二至十个核苷酸残基以磷酸二酯键连接而成的线性多核苷酸片段。三十甚至更多个核苷酸残基的多核苷酸分子也称作寡核苷酸。

寡核苷酸可由仪器自动合成,它可作为DNA合成的引物(primer)、基因探针(probe)等,在现代分子生物学研究中具有广泛的用途。

核酸链的简写式:核酸分子的简写式可简明表示高度复杂的核酸分子。简写式表示的中心含义就是核酸分子的一级结构,即核酸分子中的核苷酸(或碱基)排列顺序。

 

字符式:用A、T、G、C、U代表碱基,用P代表磷酸残基。核酸分子中的糖基、糖苷键和酯键等均省略不写,将碱基和磷酸相间排列即可。因省略了糖基,故不再注解“脱氧”与否,简写式中出现T的为DNA链,出现U则为RNA链。以5’和3’表示链的末端及方向,分别置于简写式的左右二端。

5’pApCpTpTpGpApApCpG3’  DNA

 

5’pApCpUpUpGpApApCpC3’  RNA

 

简化为:

5’pACTTGAACG3’ DNA

5’pACUUGAACG3’RNA

简写式的5’-末端均含有一个磷酸残基(与糖基的C-5’位上的羟基相连),3’-末端含有一个自由羟基(与糖基的C-3’位相连),若5’端不写P,则表示5’-末端为自由羟基。

 

双链DNA分子的简写式多采用省略了磷酸残基的写法,在上述简式的基础上再增加一条互补链(complentarystrand)即可,链间的配对碱基用短纵线相连或省略。

5’GGAATCTCAT3’

3’CCTTAGAGTA5’

 

 线条式:在字符书写基础上,以垂线(位于碱基之下)和斜线(位于垂线与P之间)分别表示糖基和磷酸酯键。

 

2.1.2 DNA的一级结构

DNA的一级结构是指DNA分子中核苷酸的排列顺序,简称为DNA顺序(或序列)。

由于核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同,故可称为碱基顺序。

 

DNA是巨大的生物高分子,如人的DNA就包含了3×10碱基对,如此数目的碱基可容纳巨大的信息量。生物界里的遗传信息都包含在组成DNA的A、G、C、T这四种核苷酸的排列顺序之中。

 

DNA分子中不同排列顺序的DNA区段构成特定的功能单位,这就是基因,不同基因的功能各异,各自分布在DNA的一定区域。

基因的功能取决于DNA的一级结构,要解释基因的生物学含义,就必须弄清DNA顺序。因此,DNA顺序测定是分子遗传学中一项既重要又基本的课题。

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