DNA的分子结构和功能
1.DNA的结构
DNA的主干由磷酸和脱氧核糖交互组成,磷酸和糖由3’、5’一磷酸二酯键联结在一起。碱基接在每一脱氧核糖的1’碳上
其结构要点如下:
(1)两条DNA链反向平行,一条走向是5’→3’,另一条走向是3’→5’,两条互补链相互缠绕,形成双螺旋状。
(2)碱基配对不是随机的。腺嘌呤(A)通过两个氢键与胸腺嘧啶(T)配对,鸟嘌呤(G)通过三个氢键与胞嘧啶(C)配对(见右图)。GC对丰富的DNA比AT对丰富的DNA更为稳定。
(3)DNA的双螺旋结构中,碱基顺序没有限制性,但是碱基对的顺序却为一种DNA分子提供了它性质上的特异性。
(4)双链DNA具有不同的构型,其中3种具有生物学上重要性。
①B—DNA:右旋,正常生理状态下的常见形式。②A-DNA:右旋,脱水状态下的常见形式。③Z—DNA:左旋,这种结构可能与真核生物中基因活性有关。
2.DNA的功能
(1)DNA的复制 凡有增殖能力的细胞,DNA复制是在间期细胞核的S期完成的。DNA的复制为半保留复制,DNA复制是从复制子起点开始的。DNA复制时,由于 DNA合成的方向是 5’→3’,所以一条长链是连续合成,另一条为不连续合成,先合成冈崎片段,去引物质再由DNA连接酶连成一条长链。总的来看,DNA是半不连续复制。复制从复制子起点开始,沿两个方向进行,当两个复制手的复制叉相接时,即相连在一起,当许多复制子的复制又相连时,两条新合成的链同各自的模板链相连形成两个相同的DNA分子。
高等生物的染色体是多复制子,原核生物则是单复制子。另外,噬菌体和质粒的环状DNA大都是随复制又同时向两侧移动方式复制。
(2)基因的表达 包括转录和翻译两个过程,在原核生物中这两个过程同时进行,在真核生物中是在不同时间、不同地点进行的。
①转录 转录是以DNA分子的一条链为模板,合成RNA的过程,合成方向也为5’→3’,转录不是沿DNA分子全长进行,是以包括一个成多个基因区段为单位进行合成。
原核细胞tRNA、mRNA、rRNA由一种RNA酶催化合成。而真核细胞具有三种聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,其中Ⅰ催化rRNA的合成,Ⅱ催化mRNA合成,Ⅲ催化tRNA的合成。
合成出的m RNA前体需经过戴帽、加尾、甲基化和剪接等加工程序,最后才成为成熟的mRNA。
②翻译它是以m RNA分子为模板,按5’→3’的方向在核糖体上合成蛋白质的过程。蛋白质合成是从N→C端。遗传密码在mRNA上,每三个相邻的碱基形成一个密码子,方向为5’→3’,四种碱基可组合形成64种密码,其中有两种起始密码,三种终止密码,密码子的特点是不重叠性、无标点符号、简并性、终止密码和起始密码、通用性。
反密码子是t RNA反密码环中的三个相邻碱基,阅读方向为3’→5’。然而,反密码子5’端的一个碱基并不一定与密码于3’端的一个碱基互补(摆动学说),因此,t RNA的反密码子按一定规则与m RNA密码子互补配对,从而把某密码子转译为相同或不同的氨基酸。
氨基酸在酶的催化下通过酯键连在t RNA3’末端的CCA中的A残基上。(其C’C’A是酶的作用加上去的)
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