第二章 核酸的化学(提要)

核酸是生物体内普遍存在的一类生物大分子。根据化学组分,核酸可以分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)两大类。所有生物细胞内部含有这两类核酸,但在病毒,要么只含DNA,要么只含RNA,没有既含DNA又含RNA的病毒。类病毒只是游离的小分子RNA。核酸的生物功能是多种多样的,但最主要的是它具有贮存和传递遗传信息的功能。DNA在细胞内主要存在于染色体中,是遗传信息的主要载体,通过半保留复制将全部遗传信息传给子细胞。细胞核和细胞质中都有RNA。RNA至少有三种主要类型:(1)核糖体RNA(rRNA),(2)转移RNA(tRNA),(3)信使RNA(mRNA)。它们在蛋白质生物合成     

双链RNA

一般认为,DNA分子是由双链形成的双螺旋结构(Watson-crick模型),而RNA分子是单链的,其中只有部分碱基序列自相互补,形成局部折迭的双螺旋。但生物界还存在有像DNA分子结构那样的,完全是双链的高分子量RNA(double-stranded RNA,以下简称ds RNA)。由于这种ds RNA是许多病毒--双链RNA病毒(Diplornaviruses)     

肽核酸在分子生物学技术中的应用

肽核酸(PNA)作为一种人工合成的核酸类似物,以中性的肽链酰胺2-氨基乙基甘氨酸键取代了DNA中的戊糖磷酸二酯键骨架,其余部分与DNA相同。PNA可通过Watson-Crick碱基配对的形式识别并结合DNA或RNA序列,形成稳定的双螺旋结构。与传统的DNA或RNA相比,PNA具有生物学稳定性高、杂交特异性强、杂合体的稳定性高和杂交速度快等明显优点,使PNA具有良好的物理化学性质和生物学特性,在检测目的核酸序列中单碱基突变、PCR基因分子诊断与检测、荧光原位杂交定量分析、基因芯片和生物传感器技术等调控水平和临床应用上有自己的特点。简要综述了近年来肽核酸在上述分子生物学技术中的运用以及应用前景的展望。     

生物工程技术讲座(十) 核酸标记—生物探针法

在核酸的研究中不用放射性同位素,而用生物素(biotin)标记DNA或RNA分子做为探针来检测核酸分子的方法,是最近几年内开展起来的实验新技术。按一般常规在进行核酸的分析、鉴定以及分子杂交等实验之前,首先以所谓“DNA缺口翻译”的方法制备用同位素标记的DNA(探针)。即把待标记的已知DNA分子用核酸酶(DNase)切成缺口,加入能识别并附着在缺口上的大肠杆菌     

外周血循环RNA、微小RNA与肿瘤诊断*

循环核酸(circulating nucleic acid, CNA)是指存在于血液(血清或血浆)等体液中的细胞外游离DNA和RNA,与生理和病理状态下的细胞代谢密切相关,循环DNA和RNA水平的检测及其在基因诊断等方面的应用对于恶性肿瘤等疾病的诊断和监测具有十分重要的意义。近期人们在进行循环DNA、RNA分子检测的同时,在循环微小RNA(microRNA, miRNA)方面也做了许多的工作,研究结果使得与肿瘤相关的核酸分子检测这一领域变的更加让人振奋。在血液中检出肿瘤特异性的miRNA并将其作为肿瘤的生物学标志对于早期诊断肿瘤具有至关重要的意义。     

稳定的RNA发夹结构及其生物学功能

以UNCG、GNRA、CUUG(N=A、U、C或G,R=G或A)为端环能够形成稳定的、保守的发夹结构。高分辨率的溶液结构、晶体结构和计算机模拟等方法从原子水平上解析了这些发夹特殊的结构特征。在体内,它们发挥着重要的生物学功能:在折叠过程中作为折叠的起始位置帮助组织RNA分子正确折叠;与核酸受体结合参与三级相互作用;与蛋白质发生相互作用;阻止逆转录酶的延伸等等。另外,由于C(UUCG)G发夹极其稳定的特征,在体外RNA分子的实验测定中它还是稳定核酸结构的理想工具。这些稳定的发夹广泛分布于体内rRNA、催化RNA和非编码mRNA中。但在对人类编码区mRNA结构特征的研究当中,却未发现C(UUCG)G发夹。     

RNome计划：又一个人类基因组计划

<正>2023年4月,生命科学界同时庆祝了两大里程碑事件的完成——DNA双螺旋结构发现70周年、人类基因组计划完成20周年,这标志着人类在解析生命科学的奥秘的显著成就。同时,也诞生了一个新的问题,下一个生命科学的里程碑会是什么？1958年DNA双螺旋结构发现者克里克(Francis Crick)提出了中心法则,其中从DNA到RNA的转录过程极为复杂,尤其是RNA分子修饰,这一过程出错率极高,这使得RNA具有高度的多样性。     

锁核酸研究进展

锁核酸(locked nucleic acid,LNA)是一种新型的寡核酸衍生物,结构中β-D-呋喃核糖的2’-O,4’-C位通过缩水作用形成环形的氧亚甲基桥、硫亚甲基桥或胺亚甲基桥,呋喃糖的结构锁定在C3’内型的N构型,形成了刚性的缩合结构。LNA作为一种新的反义核酸,具有与DNA／RNA强大的杂交亲和力、反义活性、抗核酸酶能力、水溶性好及体内无毒性等优点。LNA在基因诊断和基因治疗上有很多优势,如：单链核酸的多态性基因分型、LNA寡聚体具有高效抑制端粒酶活性及LNA修饰的DNA核酶(LNAzymes)高效清除高级结构的RNA等,有良好的应用研究前景。     

电镜技术在核酸分子杂交研究中的应用

电子显微镜是目前唯一能直接看到DNA或RNA分子的工具,而电泳、同位素标记等技术只能间接地测定这些分子,电镜就是以它这种得天独厚的优点在核酸分子研究中崭露头角。基因的准确定位,核酸复制模型的完善,真核基因DNA倒转重复序列“十字架”结构的观 察及内含子的二发现等等,近四十年来,核酸分子杂交技术取得如此可喜的成绩,电镜所作的贡献是不能低估的。     

核酸分子中碱基含量的计算

关于核酸分子中碱基含量的计算,在遗传学和高中生物教学中相当重要,但在教科书中通常没有专门讲述。我们根据碱基互补配对规律及中心法则进行归纳总结,从DNA结构、DNA复制、转录、翻译等方面探讨了DNA、RNA、蛋白质3者之间的关系,分析了核酸分子中碱基的含量。互核酸分子中碱基含量的计算1．且已知双链DNA分子中一种碱基的含量,推断其他碱基的含量：例1：一双链‘DNA分子中,（A－C）占碱基总量的Zo％。求A、T、G、C各占多少？解：在双链DNA分子中,据规律知,1．2由碱基含量推断核酸分子的结构——单链或双链、DNA或RNA…     

维持DNA结构稳定性的因素

对DNA分子结构的稳定性的原因进行了讨论,介绍了维持DNA分子一级结构的主要因素,即共价键和核糖上羟基的缺乏;维持DNA分子二级结构的主要因素,即氢键、碱基堆积力、正负电荷作用以及DNA分子双螺旋结构本身的一些特征.     

非编码RNA与医学

正20世纪50年代可谓是"基因元年",发现了DNA双螺旋结构并提出遗传学中心法则。传统意义上的中心法则指的是遗传信息从DNA经由RNA流向蛋白质。该法则在一个时代里成为了细胞生物学最重要的基本法则,然而,过去10年对长短链非编码RNA(non-coding RNA,nc RNA)的广泛研究极大地补充和改变了该法则,提出RNA可以直接作为功能分子参与调控生命活动。基因组中非编码     

细菌病毒phi29DNA—装运泵六聚体RNA结构和功能的研究方法

在双链DNA病毒增殖和成熟的过程中 ,需要将相当长的子代DNA装入一个极为有限空间的新生病毒衣壳。整个核酸装壳过程是耗能的过程 ,必需依靠生物泵来将DNA推入壳中。在细菌病毒phi2 9的核酸装壳过程中 ,需要RNA分子作为此生物泵的重要构成组分。6个RNA分子构成一个六边形样螺帽 ,将DNA如螺栓般装入病毒衣壳。6个RNA的这种依次运动的轮流作用模型如同汽车发动机的 6个气缸依次起火的原理一样 ,只是能源来自ATP而不是汽油。综述了此RNA的结构 ,及其结构对其功能所起的重要作用 ,并着重阐述研究 pRNA结构的独特构思和方法     

核酸一级结构的测定

核酸(DNA、RNA)是一类重要的生物高分子化合物。它的主要功能是贮存、传递和表达生物体的遗传性状。为了了解生命过程的奥秘,就必须测定DNA和RNA的一级结构。由此可知核酸一级结构的测定,是分子生物学的基本课题之一。此外,核酸一级结构的测定也是生物工程的一个重要基础。自1965年第一个核酸——酵母丙氨酸 RNA一级结构被测出以来,已测出的最长的核酸顺序已达17万个核苷酸。美国的一个电子计算机软件(Gen Bank,1985年10月版)共收集已测定顺序的5700多种DNA和RNA的顺序。总计超过5×10~6个核苷酸。从这些数据可以     

DNA特殊二级结构及其应用进展

核酸在生命遗传过程中发挥着重要作用,其特殊的DNA二级结构不仅包含遗传信息,还可在体内发挥特定的生理功能、在体外被用作生物传感器的组成元件。目前,DNA特殊二级结构主要包括发卡(hairpin)、十字形(cruciform)、双螺旋(double helix)、三螺旋(triplex)、G-四联体(G-quadruplex)、G-三联体(G-triplex)和i-motif等。DNA特殊二级结构无论是在体外还是在体内均已被广泛研究,因此,基于已有的研究成果,概括总结了DNA特殊二级结构中G-quadruplex、G-triplex、i-motif的发展史、结构组成、特殊功能以及在生物传感、纳米材料、体内检测等方面的应用,最后剖析了目前在DNA特殊二级结构的研究中存在的问题与不足,并对其今后的研究方向做出了展望,以期为DNA特殊二级结构在生物传感、分子医学等领域的应用提供理论支持。     

核酸适配体结合纳米材料用于肿瘤靶向治疗

核酸适配体(aptamer)是一类由指数富集配体系统进化(systematic evolution of ligands by exponential enrichment,SELEX)技术筛选出的RNA和单链DNA寡核苷酸片段。因其非同寻常的分子识别能力及结构特性,核酸适配体已经成为最具有应用前景的生物分子之一,综述了核酸适配体结合不同的纳米材料在肿瘤靶向治疗上的应用。     

用电镜直接观察核酸分子的制样技术

脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)都是链状生物高分子。双链核酸1埃长度的平均质量为196—197道尔顿,如果DNA分子量为2×10~6,则其长度应为10~4埃,即1.0微米左右,如此巨大的分子在电子显微镜下完全应能观察到,主要问题在于如何克服生物高分子反差弱的困难和保持核酸分子在溶液中的构型。若在制样时能克服上述困难,则通过电子显微镜的直接观察,可以区分各种核酸的单链和双链,环状或支链等不同的形态,计算核酸分子的长度和分子量,     

分子生物学技术讲座（五）：放射性标记的DNA和RNA探针的制备

放射性标记的核酸探针（DNA和RNA探针）目前已被广泛地应用于分子生物学的各个领域,例如克隆的筛选,Southern杂交分析,基因表达水平的测定等等。放射性核酸分子探针是指特定的已知核酸分子片段,内含放射性核素（例：‘千、‘H和”S）,并能与被检测的核酸分子退火杂交（核酸序列互补）,因此可用于待测核酸样品中特定基因序列片段的探测。1探针的种类和选择根据核酸分子探针的来源及其性质可将其分成3大类,即：DNA探针、RNA探针和人工合成的寡聚核青酸探针。而DNA探针又可分为基因组DNA探针和。DNA探针。探针的选择是根据不…     

提高易自聚合蛋白质与核酸相互作用效率的一种简单方法

对蛋白质、DNA和RNA的相互作用(结合)的研究是分子生物学的基本课题.多数DNA和RNA的结合蛋白都具有自聚合倾向,在体外实验中会造成难以和DNA或RNA形成结合物而影响实验的结果.用荧光素异硫氰酸酯(FITC)标记蛋白质能显著抑制这种自聚合倾向,而大幅度提高其与核酸分子的结合效率.这一简单方法已用于在细胞角蛋白18与转录因子C/EBPβ3′UTR RNA结合研究中.     

基于核酸适配体的DNA纳米结构在肿瘤研究中的应用进展

DNA纳米结构具有强大的分子载带量、良好的稳定性、可编辑性和生物相容性等特点,是纳米材料领域的研究热点。核酸适配体是一段短的寡核苷酸序列(RNA或ss DNA),能够折叠成特定的三维结构与靶标高特异性、高亲和力的结合。将核酸适配体的分子识别特性和DNA纳米结构相结合,可将靶向识别、生物成像及药物递送等特点集于一体,在生命科学研究领域,尤其是肿瘤领域,有着良好的应用前景。本文介绍了DNA纳米结构和核酸适配体的特点与优势,对近年来核酸适配体-DNA纳米结构在肿瘤标志物检测、靶向成像以及药物靶向递送的研究进展进行了综述,并对其发展前景进行了展望,期待核酸适配体-DNA纳米结构能为肿瘤的靶向诊疗提供新的策略。