当前课程知识点:分子生物学——原理与技术 > 第一讲 生命之源,遗传信息的物质基础 > Lecture 2 揭秘遗传物质的化学本质The nature of genetic material > Lecture 2 揭秘遗传物质的化学本质
但凡有一点生物学知识的你
现在都知道DNA是
主要的遗传物质
不过如果我要问你
是谁发现了DNA
你是不是
首先会想到沃森和克里克
这可是个天大的误会
那么到底是谁
发现了这神奇的DNA分子呢
来看
这一堆灰白色黏糊糊的东西
就是我们的遗传物质DNA了
1929年Phoebus Aaron Levene
首先鉴定出DNA是有
四种碱基和磷酸构成的
并且提出了四核苷酸学说
认为DNA是由
等量的四种碱基排列的四连环
真的是这样么
生化里你可能已经知道
核酸的化学组成
那么我们一起先复习一下
组成核酸的基本化学集团吧
组成核酸的基本化学集团
包括戊糖 碱基和磷酸三个部分
戊糖的环状结构是
由其1’ 2’ 3’ 4’位的碳原子
和氧构成的
而其第5’位的碳原子
则在戊糖环的外侧
DNA分子中
戊糖环2’位碳上
链接的是氢原子
叫做脱氧核糖
而RNA分子中这个位置上
链接的是一个羟基
叫做核糖
可是就这一点点微小的差异
却对DNA和RNA分子的
结构和功能有着不小的影响
核酸分子中的另一个基本组成
是碱基
碱基分为碳氮双环的嘌呤碱基
和单环结构的嘧啶碱基
其中嘌呤碱基包括
腺嘌呤和鸟嘌呤
而嘧啶碱基包括
胞嘧啶 胸腺嘧啶和尿嘧啶
它们分别缩写作
A G C T 和 U
其中嘌呤碱基的9位
和嘧啶碱基的1位
是碱基和戊糖连接的位点
而嘌呤碱基的6位
和嘧啶碱基4位则可以
形成氢键从而实现碱基的配对
AGCT主要出现在DNA分子中
而AGCU则是
构成RNA分子的碱基
注意
T主要出现在DNA分子中
而U只出现在RNA分子中
RNA分子中还包括一些
其他不太常见的微量碱基
我们叫做稀有碱基
比如你知道tRNA中
含有二氢尿嘧啶和假尿嘧啶
它们就是稀有碱基了
核酸分子的最后一个
基本化学组成单元是磷酸根
磷酸根的存在使得
DNA和RNA分子在生理环境下
显酸性
这也是为什么它们叫做
核酸的原因
你现在已经知道了
组成核酸的基本化学组成单元
包括戊糖 碱基和磷酸
那么它们是怎么链接的呢
来看
碱基和戊糖1’位碳上的羟基结合
脱去一分子水形成的叫做核苷
磷酸基和核苷中戊糖5’位碳结合
形成5’磷酸单酯
那么磷酸加上核苷形成的分子
就叫做核苷酸
根据核苷酸中连接的磷酸的数目
它们分别可以叫做单磷酸核苷酸
二磷酸核苷酸和三磷酸核苷酸
比如说我们体内的能量物质ATP
就是三磷酸腺苷酸
这张表中主要列出了我们体内
各种主要的核苷和核苷酸的命名
那么在体内核苷酸
主要以三磷酸核苷酸的形式存在
这也是DNA和RNA分子
合成的前提物质存在的状态
当我们不区分
是何种脱氧核苷三磷酸
或三磷酸核苷的时候
你可以把它
统称为dNTPs或者NTPs
这一点在你将来读文献
或者
订购试剂的时候可是要用到的
一个核苷酸上连接于
戊糖5’位的磷酸
和另一个核苷酸戊糖3’位上的
羟基结合形成磷酸二酯键
就把两个核苷酸连接在一起了
核苷酸以磷酸二酯键
依次排列相连形成的多聚核苷酸
就叫做核酸了
核酸的骨架链为磷酸二酯键
连接的依次排列的戊糖和磷酸
又叫做糖磷酸骨架
尽管形成了磷酸二酯键
但是磷酸基团中的氧
仍然是负离子化的
核酸分子带负电的性质
使得其很难在脂质分子中穿行
这也使得DNA和RNA分子
能够很好地被保留在
核膜或细胞膜中
难以通过扩散而丢失
你可别骗我啊
我们生物老师可是说过
真核细胞RNA分子
在细胞核中合成之后
可是要穿过核膜到胞质中
发挥作用的
是的
包括RNA分子在内的
很多生物大分子
都可以进出核膜
不过他们可不是自由穿行的
他们需要一些特殊的具有
核定位信号或者是胞质定位信号
的蛋白质来协助
通过核孔复合物进行转运
核酸单链的两个末端是不对称的
其一段是5’的磷酸基团
又叫five primer
有时候磷酸可以被水解掉
留下5’端游离的羟基
核酸单链的另一端是
戊糖3’位的游离羟基
又叫3’末端
或者three primer
核酸单链在书写的时候
我们习惯上从左到右
按照5’端到3’端的方向书写
并且可以用简写字母AGCT
来代替整个核苷酸
比如说上面这段序列可以写作
5’-AGCT-3’
或者再简单一点
直接写作AGCT就可以了
而核苷酸的数目 nt
或者碱基数bases
可以用来表示核酸链的长度
我知道DNA是互补双链的啊
可是那怎么表示
它的方向和长度呢
对 DNA是双链结构
那么我们在书写
DNA双链序列的时候
一般默认上面的那条链
从左到右按照5’到3’端的
方向去书写
那么由于DNA双链
是互补反向平行的
那么下面的那条链从左到右
就是3’到5’端的方向了
有的时候为了简便
你也可以不把它写出来
而在表示DNA双链长度的时候
我们通常采用碱基对的数目
basepairs 或者bp来表示
对于很长很长上千个碱基对的
DNA链你可以
用kb或者kbp来表示
这一点对于你将来阅读
DNA的序列或者在实验室里
开展实验是蛮实用的
核酸分子可不仅仅只有DNA
让我们看看它的同胞兄弟RNA
RNA和DNA的一级结构
非常相似
只是在其糖磷酸骨架链的
戊糖二位上是羟基
那么这个羟基的存在却使得
RNA和DNA在碱性条件下的
稳定性有着巨大的差别
戊糖上2’C连接的羟基
可以在碱性条件下在分子内的
取代反应中发挥亲核攻击的作用
而使磷酸二酯键水解断裂
DNA呢
由于缺乏这一个羟基
在碱性条件下就会稳定的多
核酸的故事远不止发现它们的
化学结构的组成这么简单
下一节
我们来告诉你关于双螺旋的结构
-Lecture 1 分子生物学的前世今生 The past and present journey of molecular biology
--学习说明-第一讲 lecture 1 分子生物学的前世今生-大纲重点
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