Nukleinsäure
DNA-Funktion
Das wichtigste genetische Material ist der Träger der genetischen Information
RNA-Funktion
Beteiligen Sie sich an der Proteinbiosynthese
Bei RNA-Viren ist RNA das genetische Material
Posttranskriptionelle RNA-Verarbeitung und -Modifikation
Beteiligt an der Regulierung der Genexpression und Zellfunktion
Nukleotid
Base
Cytosin (C), Uracil (U), Thymin (T)
Seltene Nukleotide: wie IMP (wichtige Substanz für den Nukleinsäurestoffwechsel)
Pentosezucker
Pentosezucker in der DNA: β-D-2′-Desoxyribose
Pentosezucker der RNA: β-D-Ribose
Nukleosid oder Desoxynukleosid
DNA
Primärstruktur
Bezieht sich auf den Verbindungsmodus und die Anordnungsreihenfolge zwischen Desoxynukleotiden. Der Verbindungsmodus ist 3′, 5′-Phosphodiesterbindung.
Sekundärstruktur
Doppelhelixstruktur (vorgeschlagen von Watson und Crick)
Antiparallele rechtsgängige Doppelhelix mit großen und kleinen Rillen auf der Oberfläche
Das Desoxyribose-Phosphat-Rückgrat befindet sich außen und die komplementäre Basenpaarung innen
Der Helixdurchmesser beträgt 2 nm, der vertikale Abstand zwischen benachbarten Basisebenen beträgt 0,34 nm, jede Windung beträgt 10 bp und die Helixsteigung beträgt 3,4 nm.
Die Hauptkräfte, die die Doppelhelixstruktur stabilisieren: Basenstapelkräfte und basenpaarende Wasserstoffbrückenbindungen
Gesetz der DNA-Basenzusammensetzung (Chargaff-Gesetz)
Gesetz der Basenäquivalenz: In der DNA fast aller Organismen gilt A=T, G=C, A G=T C
Die Basenzusammensetzung der DNA ist artspezifisch und das Asymmetrieverhältnis (A T)/(G C) variiert von Art zu Art.
Tertiärstruktur
Superhelical-Struktur
Natürliche DNA liegt hauptsächlich in einer negativen Superhelical-Struktur vor
RNA
mRNA
mRNA ist die Vorlage für die Proteinsynthese und nutzt hauptsächlich die Primärstruktur (Ribonukleotidverbindungsmethode und Anordnungsreihenfolge), um genetische Informationen zu übertragen.
Molekulare Struktur prokaryotischer mRNA
Bestehend aus einer Leader-Region, mehreren Translationsregionen (Cistronen) und terminalen Sequenzen
Normalerweise polycistronisch
Die 5’-Ende-Leaderregion weist eine Sequenz auf, die reich an Purinbasen ist, die SD-Sequenz.
Molekulare Struktur eukaryontischer mRNA
Am 5'-Ende befindet sich eine Kappenstruktur, gefolgt von der untranslatierten 5'-Region, der kodierenden Region und der untranslatierten 3'-Region.
Das 3'-Ende ist ein Poly(A)-Schwanz.
tRAN
Tragen und transportieren aktivierte Aminosäuren, erkennen die Codons auf der mRNA und transportieren spezifische Aminosäuren zum Ribosom zur Proteinsynthese entsprechend der Sequenz des genetischen Codes auf der mRNA.
Primäre Strukturmerkmale: Enthält seltenere Nukleoside; das 3′-Ende hat eine CCA-Sequenz
4 und 5 ´ Enden sind größtenteils pG (einige sind pC)
Sekundärstruktur: kleeförmige Struktur, bestehend aus vier Armen und vier Ringen: Dihydrouracil-Ring (D-Ring), D-Arm, Anticodon-Ring, Anticodon-Arm (AC-Arm), zusätzlicher Ring, TψC-Ring, TψC-Arm, Aminosäurearm (der 3´-CCA-Ende ist die Bindungsstelle für aktivierte Aminosäuren)
Tertiärstruktur: umgekehrte L-förmige Struktur
rRNA
Prokaryontische Zellen haben 3 Arten von rRNA (5S, 16S, 23S rRNA).
Es gibt 4 Arten von rRNA in eukaryotischen Zellen (5S, 5,8S, 18S, 28S rRNA).
Funktion: Die Transferaseaktivität, die Ribosomen bildet und die Bildung von Peptidbindungen katalysiert, existiert auf 23S-rRNA und ist an der Bindung von tRNA und mRNA beteiligt.
Ribosom
Virus
nichtzelluläre Organismen, die aus Nukleinsäuren und Proteinen bestehen
Chromosom
Die grundlegende Struktureinheit von Chromosomen und Chromatin ist das Nukleosom, das aus um Histone gewickelter DNA besteht.
Wichtige physikalische und chemische Eigenschaften
Allgemeine Eigenschaften:
(1) Kristallform: DNA in Form weißer Fasern, RNA in Form eines weißen Pulvers
(2) Löslichkeit: löslich in Wasser, unlöslich in organischen Lösungsmitteln
(3) Säuregehalt und Alkalität: offensichtlicher Säuregehalt, isoelektrischer Punkt nur 2,0–2,5,
(4) Viskosität: DNA hat eine hohe Viskosität, RNA hat eine niedrige Viskosität
(5) Amphotere Dissoziationseigenschaften: alkalische Hydrolyse und saure Hydrolyse
Eigenschaften der alkalischen Hydrolyse und sauren Hydrolyse:
(1) Unter milden alkalischen Bedingungen: Die Phosphodiesterbindungen der DNA sind stabil und die Phosphodiesterbindungen der RNA werden alle in 2‘- und 3‘-zyklische Nukleotide zerlegt
(2) Einwirkung verdünnter Säure über einen längeren Zeitraum (oder Erhöhung der Temperatur oder des Säuregehalts): Purin wird abgetrennt und eine kleine Anzahl von Phosphodiesterbindungen werden zersetzt.
(3) Behandlung mit mittelstarker Säure oder konzentrierter Säure: Pyrimidin zersetzt sich und weitere Phosphodiesterbindungen zersetzen sich
UV-Absorptionseigenschaften: maximale Absorption bei etwa 260 nm
Denaturierung, Renaturierung und molekulare Hybridisierung von Nukleinsäuren
Denaturierung: Unter dem Einfluss physikalischer und chemischer Faktoren werden die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen DNA-Basenpaaren aufgebrochen und die Doppelhelix entwirrt. Dabei handelt es sich um einen klimakterischen Prozess, der mit einem Anstieg von A260 (hyperchromer Effekt) und einem Verlust der DNA-Funktion einhergeht.
Denaturierungsfaktoren: thermische Denaturierung, Säure-Base-Denaturierung (pH-Wert unter 4 oder über 11),
Denaturierungsmittel (Harnstoff, Guanidinhydrochlorid, Formaldehyd usw.)
Tm: Die Temperatur, bei der A260 während der thermischen Denaturierung die Hälfte seines Maximalwertes erreicht, wird als Schmelztemperatur der DNA bezeichnet und durch Tm dargestellt
Renaturierung: Unter bestimmten Bedingungen werden die Basen zwischen den denaturierten DNA-Einzelsträngen neu gepaart, um die Doppelhelixstruktur wiederherzustellen. Einhergehend mit einer Abnahme von A260 (hypochromer Effekt) wird die DNA-Funktion wiederhergestellt.
Hauptfaktoren, die die Regeneration beeinflussen
1. Temperatur: Thermisch denaturierte DNA kann bei langsamer Abkühlung renaturiert werden, nicht jedoch bei schneller Abkühlung.
2. DNA-Konzentration: Je höher die Konzentration, desto schneller erfolgt die Renaturierung
3. DNA-Fragmentgröße: Je größer das Fragment, desto langsamer erfolgt die Renaturierung
4. Die Anzahl der wiederholten Sequenzen in einem DNA-Fragment
5. Ionenstärke der Lösung
Molekulare Hybridisierung: Solange es einen Basenpaarungsbereich zwischen DNA-Einzelsträngen aus unterschiedlichen Quellen oder zwischen einzelsträngiger DNA und RNA gibt, kann bei der Renaturierung ein lokaler Doppelhelixbereich gebildet werden, was als molekulare Nukleinsäurehybridisierung bezeichnet wird.
Anwendung:
1. Identifizierung der Reinheit (A280 ist die maximale Absorption von Proteinen und phenolischen Substanzen)
Der A260/A280 von reiner DNA sollte 1,8 (1,65–1,85) betragen.
Der A260/A280 der reinen RNA sollte 2,0 betragen.
Wenn es Proteine oder Phenole enthält, wird das A260/A280-Verhältnis deutlich reduziert.
2. Bestimmen Sie, ob die DNA denaturiert ist
Während des Denaturierungsprozesses der DNA erhöht sich der molare Absorptionskoeffizient (chromischer Effekt).
Beim Renaturierungsprozess der DNA sinkt der molare Absorptionskoeffizient (subtraktiver Effekt)
Unter den drei RNA-Typen kommt tRNA am häufigsten vor, gefolgt von rRNA und sehr wenig mRNA.
Wichtige experimentelle Grundlage
① Pneumokokken-Transformationsexperiment
② Bakteriophagen-Infektionsexperiment
[Ziel] Beherrschen Sie die Zusammensetzung von Nukleotiden, das Chargaff-Gesetz, die strukturellen Eigenschaften und Funktionen von DNA, tRNA, rRNA und mRNA, insbesondere die Schlüsselpunkte und die Bedeutung des DNA-Doppelhelix-Strukturmodells. Beherrschen Sie die UV-Absorptionseigenschaften, die Denaturierung und Renaturierung von Nukleinsäuren sowie die molekulare Hybridisierung.
[Wichtige Punkte] Die Struktur der DNA, die strukturellen Eigenschaften und Funktionen von tRNA, mRNA und rRNA sowie die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Nukleinsäuren.
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