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2020-10-26
2020-10-20
圖 ! !># 3%&’中的部分稀有堿基 ##(-)3%&’恒溫干浴器分子的一級結(jié)構(gòu)中存在一些能局部互補配對的核苷酸序列,可以形成局部雙鏈,使 3%&’ 的二級結(jié)構(gòu)呈三葉草形(:10G8<184H)。局部配對的雙鏈構(gòu)成葉柄( B38$),中間不能配對的區(qū)域部分則膨出 形成環(huán)狀(100,),好像三葉草的三片小葉(圖 ! !()。三葉草形結(jié)構(gòu)由 6@A環(huán)、反密碼環(huán)、額外環(huán)、I"環(huán) 和氨基酸臂等五部分組成。6@A環(huán)和 I"環(huán)是根據(jù)其含有的稀有堿基而命名。反密碼環(huán)中間的三個堿基 第一章 7核77酸"! 稱為反密碼子(!"#$%&’&"),可識別 ()*+上相應的三聯(lián)體密碼并與之互補配對。例如,負責轉(zhuǎn)運色氨酸 的 #)*+(#)*+,-.)的反密碼子 /0 11+ 20與 ()*+上相應的三聯(lián)體密碼
/0 344 20反向互補。 #)*+ 的特異性取決于它的反密碼子,借助此反密碼子,在蛋白質(zhì)的生物合成過程中,與反密碼子互補的 ()*+ 三聯(lián)體密碼才能識別氨基酸。氨基酸臂由堿基配對形成的莖和 20末端未配對序列組成, 20末端序列總 是 11+(/0!20),氨基酸就是與腺苷酸殘基( +)120 56形成酯鍵而連接在 #)*+上。不同的 #)*+的核 苷酸數(shù)目不等,這是因為它們的額外環(huán)的大小不同,也是 #)*+分類的重要指標。 7(2)#)*+的三級結(jié)構(gòu)呈“倒 8”形(圖 9 9/)。在倒 8形結(jié)構(gòu)中,氨基酸臂和 ,!臂組成一個雙螺旋, :63臂和反密碼子臂形成另一個近似聯(lián)系的雙螺旋,這兩個雙螺旋構(gòu)成倒 “8”的形狀。連接氨基酸的 20 末端遠離與 ()*+配對的反密碼子,這個結(jié)構(gòu)特點與它們在蛋白質(zhì)合成中的作用有關。 圖 9 9/7 #)*+的空間結(jié)構(gòu)示意圖 三、核糖體 !"# 77核糖體 )*+(-)*+)是細胞內(nèi)含量最多的 )*+,約占 )*+總量的 ;/< = >?<。-)*+與蛋白質(zhì)共同 構(gòu)成核糖體或稱為核蛋白體( -$@&A&(B),是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)生物合成的場所。原核生物與真核生物的核糖 體均由大亞基和小亞基構(gòu)成,平時兩個亞基分別游離存在于細胞質(zhì)中,在進行蛋白質(zhì)合成時聚合成為核糖 體,蛋白質(zhì)合成結(jié)束后又重新解聚。 77真核生物的核糖體的沉降速率為 >? C,由 D? C小亞基和 E? C大亞基構(gòu)成,小亞基由 9>C -)*+和 2? 多種蛋白質(zhì)構(gòu)成, /C、/F> C和 G> C三種 -)*+加上 /?余種蛋白質(zhì)構(gòu)成大亞基。 77原核生物的核糖體(;? C)由 /C、9E C、G2 C三種 )*+和幾十種核糖體蛋白構(gòu)成。其中 /C、G2 C -)*+和 2?多種蛋白質(zhì)構(gòu)成大亞基(/? C),9E C -)*+與 G?多種蛋白質(zhì)構(gòu)成小亞基(2? C)(表 9/)。 77各種 -)*+的堿基序列測定均已完成, -)*+一級結(jié)構(gòu)的一個特征就是甲基化殘基的存在,主要的修 飾位點在 ! :核糖的 1G0 56。二級結(jié)構(gòu)的模型也已構(gòu)建出來, -)*+分子內(nèi)部局部堿基互補,形成許 多“莖 H環(huán)”結(jié)構(gòu)(圖 9 9E),為核糖體蛋白的結(jié)合與組裝提供結(jié)構(gòu)基礎。 -)*+的功能還未完全清楚,但 它們對于核糖體的組裝是必需的,并參與 ()*+與核糖體的結(jié)合及多肽鏈的合成過程。最近的研究表 "!第一篇 !生物分子的結(jié)構(gòu)與功能 表 ! "#原核及真核生物核糖體的組成 核!糖!體亞!單!位 "#$% 原核生物(&’ ()小亞基()’ () *+ ( "#$% 大亞基(-’ () -( "#$% ,) ( "#$% 真
核生物(.’ ()小亞基(/’ () *. ( "#$% 大亞基(+’ () -( "#$% -1 . ( "#$% ,. ( "#$% 蛋!白!質(zhì) ,*種 )*種 ))種 /0種 明, "#$%還具有催化活性,可以加快肽鍵的形成。 圖 * *+!原核生物 *+ ( "#$%的二級結(jié)構(gòu) 第四節(jié) !核酸的理化性質(zhì) 一、核酸的一般性質(zhì) !!核酸溶液的黏度比較大,特別是 2$%。因為 2$%是線形高分子化合物,在水溶液中表現(xiàn)出極高的黏 性。 #$%分子遠遠小于 2$%,所以黏度要小得多。核酸黏度降低或消失,即意味著變性或降解。 2$%分 子的長度與直徑之比達到 *’&,極易在機械力的作用下發(fā)生斷裂,所以在提取細胞的基因組 2$%時,要避 免劇烈的振蕩。 !!溶液中的核酸分子在引力場中可以下沉,這是核酸的沉降特性。不同構(gòu)象的核酸(線形、開環(huán)、閉環(huán)、 超螺旋結(jié)構(gòu))在超速離心機的強大引力場中,沉降的速率存在很大的差異,所以可以用超速離心法純化核 酸,分離不同構(gòu)象的核酸,或者測定核酸的沉降系數(shù)和相對分子質(zhì)量。 第一章 !核!!酸"! 二、核酸的紫外吸收 !!嘌呤和嘧啶堿基具有共軛雙鍵,因此核苷、核苷酸及核酸具有可以吸收紫外光的性質(zhì),最大吸收峰位 于波長 "#$ %&附近,因此人們經(jīng)常用 !"#$( "#$ %&處的吸光度)表示核酸的濃度。鑒于核酸的紫外吸 收特性,可以用紫外分光光度法對 ’()和 *()進行定性和定量分析。 三、核酸的變性與復性 !!(一)變性 !!核酸的變性(+,%-./0-.12%)是指核酸的互補堿基之間的氫鍵斷裂。核酸變性時,構(gòu)成磷酸戊糖骨架 的 34,54磷酸二酯鍵并未發(fā)生變化, 34,54磷酸二酯鍵斷裂意味著核酸的降解。對于 ’()來說,
發(fā)生變 性時, ’()雙螺旋解體,變成兩條單鏈;而 *()分子內(nèi)部形成的局部雙鏈也被破壞,使 *()失去原有的 空間結(jié)構(gòu)。 !!溫度升高,溶液的鹽濃度降低,或者溶液的酸堿度改變, 都可以使核酸發(fā)生變性。實驗室中最常用的使 ’()分子變 性的方法之一是加熱。伴隨著 ’()分子的熱變性,會發(fā)生 一系列物理化學性質(zhì)的改變: !"#$ 增高,黏度降低,浮力密度 升高,酸堿滴定曲線改變等,同時失去生物活性。其中,當 ’()變性時, !"#$ 隨之增高,這種現(xiàn)象稱為 ’()的增色效應 (89:,0;802&1; ,<<,;.)。如果在加熱 ’()的過程中,以溫度 為橫坐標,測得的 !"#$ 為縱坐標作圖,所得到的曲線稱為 ’()的解鏈曲線(圖 6 67)。從曲線中可以看出, ’()的 變性作用發(fā)生在一個相當窄的溫度范圍內(nèi)。通常將 !"#$ 達 到最大值的一半時的溫度稱為 ’()的解鏈溫度( &,=.1%> .,&:,0-./0,),以 " & 表示。在 " & 時, ’()分子內(nèi) 5$?的雙 螺旋結(jié)構(gòu)解體。 ’()的 " & 值的大小與其堿基構(gòu)成及介質(zhì) 中的離子強度有關: @AB的比例越高, " & 值越大,因為 @ B配對會形成三個氫鍵,而 )C配對只有兩個氫鍵;介質(zhì)中的離子強度越高, " & 值也越大。 ’()的 " & 值可以根據(jù)其 @B含量計算,計算公式為: " & 值 D#EF 3 AG6(@AB)?,少于 "$個堿基的寡核苷酸的 " & DG(@AB)A"()AC)。 !!(二)復性與雜交 !!變性 ’()在適當條件下,兩條互補的單鏈重新締合,恢復天然的雙螺旋結(jié)構(gòu),這個過程稱為復性( 0,H %-./0-.12%)。熱變性的 ’()在緩慢冷卻時,可以復性,這一過程也稱為退火( -%%,-=1%>)。’()的片段越 大,復性則越慢; ’()的濃度越大,復性則越快。若將熱變性的 ’()驟然冷卻,則 ’()不可能復性。這 一特性可被用來保持變性 ’()的單鏈狀態(tài)。 !!將不同來源的 ’()分子放在同一溶液里,經(jīng)熱變性后緩慢冷卻,使其復性。若這些不同來源的變性 ’()單鏈之間在某些區(qū)域有堿基互補的序列,則復性時,它們之間會形成雙鏈,該過程稱為核酸分子雜交 (89I01+1J-.12%)(圖 6 6K)。這種現(xiàn)象也會發(fā)生在堿基序列互補的單鏈 ’()與 *()分子之
間。雜交技術 充分利用核酸的變性與復性的特性, ’() ’(),’() *()之間的分子雜交在分子生物學和分子遺傳 學研究中的應用十分廣泛,已成為生命科學研究不可缺少的技術之一,也是基因診斷最常用的基本技術。 圖 6 67! ’()的解鏈曲線 "!第一篇 #生物分子的結(jié)構(gòu)與功能 圖 ! !"#核酸分子雜交原理示意圖 # # $%不同來源的 &’$分子(分別用粗線和細線表示) 在加熱變性后的復性過程中可以形成雜化雙鏈; (%經(jīng)標記的寡核苷酸(")與變性后的單鏈 &’$互補結(jié)合 第五節(jié) #核酸的催化性質(zhì) ##生物體內(nèi)的各種化學反應幾乎都是在生物催化劑的催化作用下進行的。從 )*世紀初發(fā)現(xiàn)第一個具 有催化活性的蛋白質(zhì)以來,人們普遍認為蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)的催化劑,并稱它們?yōu)槊福▍⒁姷谖逭旅福?/span>