比较DNA与RNA的功能结构的异同

DNA和RNA都是遗传物质，但它们的结构组成不同，DNA的组成是：脱氧核糖核苷酸，它又是由脱氧核糖和核苷酸组成的，而RNA是由核糖核苷酸组成的，核糖核苷酸是由核糖和核苷酸组成的。

RNA有好几种，每种的功能也不相同，比如信使RNA，就是转录DNA 上的碱基的，还有转录RNA是将信使RNA上的碱基翻译到蛋白质，DNA就只有储存遗传物质的功能。

一、核酸的化学组成核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子。

包括两类：一类为脱氧核糖核酸（DNA），另一类为核糖核酸（RNA）。

DNA存在于细胞核和线粒体内，携带遗传信息；RNA存在于细胞质和细胞核中，参与细胞内遗传信息的表达。

核酸的基本组成单质是核苷酸，而核苷酸又是由碱基、戊糖、磷酸组成。

(一)碱基构成核苷酸的碱基主要有五种，分属嘌呤和嘧啶两类。

嘌呤类化合物包括腺嘌呤A和鸟嘌呤G两种。

嘧啶类化合物有三种，胞嘧啶C、胸腺嘧啶T和尿嘧啶U。

(二)戊糖与核苷、核苷酸戊糖是核苷酸的另一个主要成分，构成DNA的核苷酸的戊糖是β-D－2-脱氧核糖，而构成DNA的核苷酸的戊糖为β-D—核糖。

即RNA糖环上2号碳原子处连的是-OH，而DNA 此处连的是-H。

表示碱基和糖环上各原子次序时，在碱基杂环上标以顺序1，2，3…；在糖环上标以l′，2′，3′… 以作区别。

碱基与戊糖通过糖苷键连接成核苷。

连接位置是C-1′。

核苷与磷酸通过磷酸酯键连接成核苷酸连接位置是C-5′。

此处可连接一个、二个、三个磷酸基团，称为核苷一磷酸、核苷二磷酸、核苷三磷酸。

二、DNA的结构与功能DNA与蛋白质一样，也有其一级、二级、三级结构。

（一）DNA的一级结构指DNA分子中核苷酸的排列顺序。

由于核苷酸的差异主要表现在碱基上，因此也叫做碱基序列。

四种核苷酸按一定排列顺序，通过磷酸二酯键连成主要核苷酸链，连接都是由前一核苷酸3′-OH与下一核苷酸5′-磷酸基形成3′-5′磷酸二酯键，故核苷酸链的两个末端分别是5′-游离磷酸基和3′-游离羟基，书写应从5′到3′。

（二）DNA的二级结构即双螺旋结构模型1．Chargaff规则DNA分子中腺嘌呤与胸腺嘧啶的含量相等，鸟嘌呤与胞嘧啶的含量相等；因此DNA中嘌呤与嘧啶的总数相等：即A＋G=C＋T2．双螺旋结构模型1953年Watson和Crick正式提出了关于DNA二级结构的右手双螺旋结构模型，主要内容有：（1）DNA分子由两条反向平行的多聚核苷酸链围绕同一中心轴盘曲而成，两条链均为右手螺旋，链呈反平行走向，一条走向是5′→3′，另一条是3′→5′。

（2）DNA链的骨架由交替出现的亲水的脱氧核糖基和磷酸基构成，位于双螺旋的外侧，碱基配对位于双螺旋的内侧。

（3）两条多聚核苷酸链以碱基之间形成氢键配对而相连，即A与T配对，形成两个氢键，G与C配对，形成三个氢键。

碱基相互配对又叫碱基互补。

RNA中若也有配对区，A 是与U以两个氢键配对互补。

(4)碱基对平面与螺旋轴几乎垂直，相邻碱基对沿轴转36°，上升0．34nm。

每个螺旋结构含10对碱基，螺旋的距为3．4nm，直径是2．0nm。

DNA两股链之间的螺旋形成凹槽：一条浅的，叫小沟；一条深的，叫大沟。

大沟是蛋白质识别DNA的碱基序列发生相互作用的基础，使蛋白质和DNA可结合而发生作用。

DNA双螺旋结构要与蛋白质的相区别：DNA 是两条核苷酸链通过碱基之间氢键相连而成，而蛋白质的α-螺旋是一条肽链自身盘曲而成，其氢键是其内部第一位肽键的N-H与第四个肽键的羰基氧形成的。

（5）DNA双螺旋结构的稳定主要由互补碱基对之间的氢键和碱基堆积力来维持。

碱基堆积力是碱基对之间在垂直方向上的相互作用，可以使DNA分子层层堆积，分子内部形成疏水核心，这对DNA结构的稳定是很有利的，碱基堆积力对维持DNA的二级结构起主要作用。

3．DNA结构的多样性DNA右手双螺旋结构是DNA分子在水性环境和生理条件下最稳定的结构，但并不是不变的，当改变溶液的离子强度或相对湿度时，DNA结构会发生改变，除了Waston－Crick 模型（B－DNA）外，还存在Z－DNA和A－DNA（三）DNA三级结构真核生物DNA分子很大，DNA链很长，但却要存在于小小的细胞核内，因此DNA必须在二级结构的基础上紧密折叠，这就形成了三级结构。

1超螺旋——原核生物DNA的三级结构绝大部分原核生物DNA是共价闭合的环状双螺旋分子，此环形分子可再次螺旋形成超螺旋，非环形DNA分子在一定条件下局部也可形成超螺旋。

2.真核细胞基因组DNA真核细胞核内染色体即是DNA高级结构的主要表现形式。

组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两分子组成组蛋白八聚体。

DNA双螺旋缠绕其上构成核心颗粒，颗粒之间再以DNA和组蛋白H1连成核小体，核小体再经多步旋转折叠形成棒状染色体，存在于细胞核中。

(四)DNA的功能DNA的基本功能就是作为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板，是生命遗传繁殖的物质基础，也是个体生命活动的基础。

三、RNA的结构与功能DNA是遗传信息的载体，遗传信息的作用通常由蛋白质的功能来实现，但DNA并非蛋白质合成的直接模板，合成蛋白质的模板是RNA。

正常细胞遗传信息的流向是：与DNA相比，RNA种类繁多，分子量相对较小，一般以单股链存在，但可以有局部二级结构。

RNA分子比DNA分子小，它的功能多样，种类较多，主要有信使RNA、核蛋白体RNA、转运RNA、小核RNA及核不均一RNA等。

各类RNA在遗传信息表达为氨基酸序列过程中发挥不同的作用。

（一）信使RNA（mRNA）在细胞核内以DNA单链为模板转录生成hnRNA,hnRNA经过剪切变为成熟的mRNA,出核后在胞质内为蛋白质合成提供模板。

成熟mRNA的结构特点：1具有5′端帽子结构即在5′端加上一个7-甲基鸟苷；且原来第一个核苷酸C２′也是甲基化，这种mGpppGm 即为帽子结构，2. 3′端多聚腺苷酸尾在mRNA3′端有一段多聚腺苷酸节段，是在转录后切掉一段多余的RNA后逐个添加上去的，这个多聚尾可能与mRNA从核内向细胞质的转位及mRNA的稳定性有关。

3生物体内mRNA种类多，含量少，代谢活跃，在各种RNA分子中，mRNA半衰期最短，这是细胞内蛋白质合成速度的调控点之一。

(二)核蛋白体RNA(rRNA)的结构与功能rRNA是细胞内含量最多的RNA，与核糖体蛋白共同构成核糖体——蛋白质的合成部位，参与蛋白质的合成。

核蛋白体由大亚基和小亚基组成。

1.原核生物：小亚基由16SrRNA和20多种蛋白质组成。

大亚基由5S、23SrRNA与30余种蛋白质组成。

2.真核生物：小亚基由18SrRNA与30余种蛋白质组成。

大亚基由5S、5.8S、28SrRNA和近50种蛋白质构成。

(三)转运RNA(tRNA)的结构与功能1.tRNA的一级结构tRNA是细胞内分子量最小的一类核酸，含有大量稀有碱基：如甲基化的嘌呤、双氢尿嘧啶、次黄嘌呤和假尿嘧啶核苷。

tRNA的作用是携带相应的氨基酸将其转运到核蛋白体上以供蛋白质合成。

2.tRNA的二级结构呈三叶草样二级结构：一些能局部互补配对的区域形成局部对链，不能配对的部分膨出成环状。

此结构从5′末端起第一个环为二氢尿嘧啶环（DHU），第二个环为反密码子环，因其环中部的三个碱基可与mRNA中三联体密码子形成碱基互补配对，在蛋白质合成过程中解读密码子，把正确的氨基酸引入合成位点。

第三个环为假尿嘧啶环（Tφ），所有tRNA3′末端为CCA-OH结构，与氨基酸在此缩合成氨基酰-tRNA，起到转运氨基的作用。

3．tRNA的三级结构tRNA的三级结构呈倒L形。

（四）其他类型的RNA如小核RNA（snRNA）参与hnRNA的加工。

还有一类RNA分子本身具有自我催化功能，可完成rRNA的剪接。

这种具有催化作用的RNA被称为核酶。

四、核酸的理化性质及其应用（一）核酸的一般理化性质①核酸为多元酸，具有较强的酸性。

②DNA是线性高分子，粘度极大，在机械力作用下易断裂，因此提取DNA过程中应注意不能过度用力，比如剧烈震荡吹打等。

③由于核酸所含的嘌呤和嘧啶分子中都有共轭双键，使核酸分子在紫外260nm波长处有最大吸收峰，这个性质可用于核酸的定量测定。

这要与蛋白质在280mm波长处有最大的吸收峰相区别，又因为分子生物学实验核酸提取过程中，蛋白质是最常见的杂质，故常用UD260/UD280来检测提取的核酸纯度如何。

（二) DNA的变性、复性和杂交1．变性，这是DNA最重要的一个性质。

①在某些理化因素作用下，DNA分子互补碱基对之间的氢键断裂，使DNA双螺旋结构松散，变成单链，即为DNA变性。

DNA变性只涉及二级结构改变，不伴随一级共价键的断裂。

②DNA的变性从开始到解链完全，一、在细胞内，DNA的合成方式有两种：DNA复制：以原有DNA为模板合成相同的DNA分子，具有普遍意义。

逆转录：以RNA为模板合成双链DNA，只存在于反转录病毒中。

二、DNA的复制（一）DNA的半保留复制DNA由两条多核苷酸链组成。

两条链的碱基通过A-T、G-C之间的氢键连接在一起，所以这两条链是互补的。

一条链上的核苷酸排列顺序决定着另一条链上的核苷酸排列顺序。

所以任何一条链都包含合成它的互补链所需的全部信息。

DNA半保留复制的理论1953年，Watson和Crick在提出DNA双螺旋结构模型时曾推测：DNA复制中碱基间的氢键破裂使双链解旋分开；以每一条链为模板在其上合成新互补链,原来一个亲代DNA分子变成核苷酸排列顺序完全相同的两个子代DNA分子，每个子代DNA分子的一条链来自亲代，另一条则是新合成的，这样的复制合成方式称为半保留复制。

三、DNA复制的全过程可总结为八步：①解链酶结合于复制起始区，局部解开DNA双链。

然后，单链结合蛋白结合到已解开的单链上，避免已解开的单链重新互相配对，同时保护它不受核酸酶的水解。

②引发体结合于被打开的DNA单链上，合成出小段RNA引物。

③DNA旋转酶在复制叉前面特定位点解旋，以释放复制叉前进过程中产生的张力。

④DNA聚合酶Ⅲ进入复制起点，它识别引物3-OH末端，并结合在模板上，以四种dNTP为底物，按碱基配对原则，催化与模板互补的脱氧核苷酸的5-磷酸基以磷酸酯键连接到引物3-OH上，同时释放焦磷酸，使链延长。

⑤聚合反应继续到新链与前一个冈崎片段的RNA引物5'-端相遇时，DNA聚合酶Ⅲ脱离。

⑥DNA聚合酶Ⅰ以其5→3外切酶活力切除RNA引物，产生的空缺也由DNA聚合酶Ⅰ的5→3聚合酶活力补齐。

⑦冈崎片段之间的裂缝由DNA连接酶连接，成为连续的新链。

⑧新合成子链与它的亲链模板链缠绕成双螺旋。

四、RNA生物合成以DNA为模板进行RNA聚合反应，按碱基互补配对原则合成出与模板碱基顺序互补的RNA链，这一过程称转录。