首都师范大学考研生物化学知识点(图文)(9)

本站小编福瑞考研网/2016-10-12

DNA二级结构的特点与生物学功能：
DNA分子双螺旋结构的主要特点：
DNA分子是有2条链组成，反向平行盘旋成双螺旋结构。脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基对排列在内侧。碱基通过氢键连接成碱基对，并遵循碱基互补配对原则。
DNA的双螺旋结构，DNA具有特殊的空间结构：
1）DNA分子是由两条平行的脱氧核苷酸长链盘旋而成的；
2）DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替联结，排列在外侧，构成了基本骨架；碱基在内侧；导致了DNA分子结构的不对称性，所以DNA分子是有极性的，即两条链反向平行排列。
3）内侧：两条链上的碱基通过氢键联结起来，形成碱基对——维持双螺旋结构稳定
DNA双螺旋结构中碱基对的组成是有一定的规律的：配对的严格专一性
4）DNA双螺旋结构的多态性
A-DNA   B-DNA Z-DNA    H-DNA（三螺旋核酸）
【题目】
DNA双螺旋的稳定性：
1）DNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。
2）维持这种稳定性的因素包括：两条DNA链之间形成的氢键；
3）由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；介质中的阳离子（如Na+、K+和Mg2+）中和了磷酸基团的负电荷，降低了DNA链之间的排斥力、范德华引力等
4) 改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。
DNA的其它螺旋结构
回文结构：DNA序列中以某一中心区域为对称轴，其两侧的碱基对顺序正读和反读都相同的双螺旋结构。              即对称轴一侧的片段旋转180°后，与另一侧片段对称重复。回文结构能形成十字结构和发夹结构
镜像重复：存在于同一股上的某些DNA区段的反向重复序列。此序列各单股中没有互补序列，不能形成十字型或发夹结构。
【题目】
DNA三股螺旋（H-DNA）:DNA三股螺旋构型称为H-DNA，它是双螺旋DNA分子中一条链的某一节段，通过链的折叠与同一分子中DNA结合而形成。其中一条链只有嘌呤AG，另一条链只有嘧啶CT，并具有镜像重复，这种结构在形成分子内三股螺旋时胞嘧啶需发生H+化过程，故称为H-DNA。通过DNA单链之间形成氢键实现的
H-DNA可在转录水平上阻止基因的转录
DNA的三级结构与生物学功能：
双螺旋进一步扭曲形成的超螺旋。是一种比双螺旋更高层次的空间构象。包括：线状DNA形成的纽结、超螺旋和多重螺旋、环状DNA形成的结、超螺旋和连环等
DNA三螺旋结构的特点
（1）组成三螺旋的DNA单链，一般都是由单一的嘌呤碱基（A和G）或单一的嘧啶碱基（C和T）所组成。
（2）DNA三螺旋的基本结构有两种，一种是由两条多聚嘧啶碱基核苷酸链和一条多聚嘌呤    碱基核苷酸链组成，即嘧啶-嘌呤-嘧啶。三条链中碱基形成氢键的情况是：T-A-T ,C-G-C。第二种是由两条多聚嘌呤碱基核苷酸链和一条多聚嘧啶碱基核苷酸链组成，简单表示为嘌呤-嘌呤-嘧啶。三条链中碱基形成氢键的情况是：A-A-T，G-G-C。上述两种结构中，中间的碱基必须是嘌呤碱基。
（3）每一条单链至少由8个核苷酸组成
功能：（1）控制基因转录      （2）保护靶序列防止酶切
【题目】以原核生物为例，说明蛋白质合成的分子机制。（10分）
答：原核生物的蛋白质生物合成氨基酸在核糖体上缩合成多肽链是通过核糖体循环而实现的。此循环可分为肽链合成的起始(intiation)，肽链的延伸(elongation)和肽链合成的终止(termination)三个主要过程。原核细胞的蛋白质合成过程以E.coli细胞为例。（一）氨基酸的活化转运氨基酸的活化过程及其活化后与相应 tRNA的结合过程，都是由氨基酰tRNA合成酶来催化的，反应方程为：tRNA+氨基酸+ATP〖FY(KN〗氨基酰tRNA合成酶〖FY)〗氨基酰-tRNA+AMP+焦磷酸。以氨基酰tRNA形式存在的活化氨基酸，即可投入氨基酸缩合成肽的过程。氨基酰tRNA合成酶存在于胞液中，具有高度特异性。它们既能识别特异的氨基酸，又能辨认携带该种氨基酸的特异tRNA分子。在体内，每种氨基酰tRNA合成酶都能从多种氨基酸中选出与其对应的一种，并选出与此氨基酸相应的特异tRNA。这是保证遗传信息准确翻译的要点之一。
【题目】

（二）核蛋白提循环　tRNA所携带的氨基酸，是通过“核蛋白体循环”在核蛋白体上缩合成肽，完成翻译过程。原核生物中蛋白质合成为例，将核蛋白体循环人为地分为启动、肽链延长和终止三个阶段进行介绍。1.启动阶段在蛋白质生物合成的启动阶段，核蛋白体的大、小亚基，mRNA与一种具有启动作用的氨基酸tRNA共同构成启动复合体。这一过程需要一些称为启动因子的蛋白质以及GTP与镁离子的参与。原核生物中的启动因子有 3种，IF 1辅助另外两种启动因子IF 2、IF 3起作用。
启动阶段的具体步骤如下：
(1)30S亚基在IF 3与IF 1的促进下与mRNA的启动部位结合，在IF 2的促进与IF 1辅助下与甲酰蛋氨酰tRNA以及GTP结合，形成30S启动复合体。30S启动复合体由30S亚基、mRNA、fMet-tRNA fMet及IF 1、IF 2、IF 3与GTP共同构成。
（2）30S启动复合体一经形成，IF 3即行脱落，50S亚基随之与其结合，形成了大、小亚基，mRNA，fMet－tRNA fMet及IF 1、IF 2与GTP共同构成的70S启动前复合体。
（ 3）70S启动前复合体的GTP水解释出GDP与无机磷酸的同时，IF 2和IF 1随之脱落，形成了启动复合体。至此，已为肽链延长作好了准备。
启动复合体由大、小亚基， mRNA与fMet－tRNA fMet共同构成。已知核蛋白体上有两个位置，分别称为“给位”与“受位”，启动复合体中 mRNA的启动信号相对应的fMet－tRNA fMet亦即处于核蛋白体的给位。
2．肽链延长阶段
这一阶段，根据 mRNA上密码子的要求，新的氨基酸不断相应的被特异的tRNA运至核蛋白体受位，形成肽键。同时，核蛋白体从mRNA的5′端向3′端不断移位推进翻译过程。肽链延长阶段需要数种称为延长因子的蛋白质、GTP与某些无机离子的参与。
【题目】
(1)进位
受位上 mRNA密码子相对应的氨基酸tRNA进入受位，生成复合体V。此步骤需要GTP、Mg2+和称为肽链延长因子EFTu与EFTs的蛋白质因子。
（2）转肽
50S亚基的给位有转肽酶的存在，可催化肽键形成。此时在转肽酶的催化下，将给位上tRNA所携的甲酰蛋氨酰（或肽酰）转移给受位上已特异性进入的氨基酸tRNA，与其所带的氨基酸的氨基结合形成肽键。此酶需要Mg 2+与K 2+存在。
（3）脱落
原在给位上的脱去甲酰蛋氨酰后的 tRNA fMet，从复合物上脱落。
（4）移位
【题目】
核蛋白体向 mRNA的3′端挪动相当于一个密码子的距离，使下一个密码子准确定位在受位，同时带有肽链的tRNA由受体移至给位，此步需有肽链延长因子EFG、GTP与Mg 2+。以后肽链上每增加一个氨基酸残基，就按①进位（新的氨基酸tRNA进入“受位”）②转肽（形成新的肽键）③脱落（转肽后“给位”上的tRNA脱落）④移位（核蛋白体挪动的同时，原处于“受位”带有肽链的tRNA随之转到“给位”）。
3．终止阶段
当多肽链合成已完成，并且“受位”上已出现终止信号（UAA），此后即转入终止阶段。终止阶段包括已合成完毕的肽链被水解释放，以及核蛋白体与tRNA从mRNA上脱落的过程。这一阶段需要一种起终止作用的蛋白质因子——终止因子的参与。
终止因子使大亚基“给位”的转肽酶不起转肽作用，而起水解作用。在转肽酶的作用下，“给位”上tRNA所携带的多肽链与tRNA之间的酯键被水解，并从核蛋白体及tRNA上释出。
从mRNA上脱落的核蛋白体，分解为大小两个亚基，重新进入核蛋白体循环。核蛋白体的解体需要IF 3的参与。
【题目】在DNA复制和基因表达中，怎样避免遗传信息的传递出现差错？
答：在DNA复制和基因表达中，通过以下方式避免遗传信息的传递出现差错：
一、DNA的分子结构特点：
(1)在DNA分子中，两股DNA链围绕一假想的共同轴心形成一右手螺旋结构，双螺旋的螺距为3.4nm，直径为2.0nm。
(2)链的骨架(backbone)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。
(3)碱基位于双螺旋的内侧，两股链中的嘌呤和嘧啶碱基以其疏水的、近于平面的环形结构彼此密切相近，平面与双螺旋的长轴相垂直。一股链中的嘌呤碱基与另一股链中位于同一平面的嘧啶碱基之间以氢链相连，称为碱基互补配对或碱基配对(base pairing)，碱基对层间的距离为0.34nm。碱基互补配对总是出现于腺嘌呤与胸腺嘧啶之间(A=T)，形成两个氢键；或者出现于鸟嘌呤与胞嘧啶之间(G=C)，形成三个氢键。
(4)DNA双螺旋中的两股链走向是反平行的，一股链是5′→3′走向，另一股链是3′→5′走向。两股链之间在空间上形成一条大沟(major groove)和一条小沟(minor groove)，这是蛋白质识别DNA的碱基序列，与其发生相互作用的基础。
    DNA双螺旋的稳定由互补碱基对之间的氢键和碱基对层间的堆积力(basestacking force)维系。DNA双螺旋中两股链中碱基互补的特点，逻辑地预示了DNA复制过程是先将DNA分子中的两股链分离开，然后以每一股链为模板(亲本)，通过碱基互补原则合成相应的互补链(复本)，形成两个完全相同的DNA分子。因为复制得到的每对链中只有一条是亲链，即保留了一半亲链，将这种复制方式称为DNA的半保留复制(semiconservative replication)。后来证明，半保留复制是生物体遗传信息传递的最基本方式。 DNA双螺旋是核酸二级结构的重要形式。双螺旋结构理论支配了近代核酸结构功能的研究和发展，是生命科学发展史上的杰出贡献。
【题目】
二、生物个体内存在DNA损伤修复系统
1.直接修复（direct repair）
是通过一种可连续扫描DNA，识别出损伤部位的蛋白质，将损伤部位直接修复的方法。该修复方法不用切断DNA或切除碱基。
一些蛋白质可以识别和修复某种损伤的核苷酸和错配的碱基，这些蛋白可以连续监测DNA。胸腺嘧啶二聚体就可以通过直接修复机制修复。胸腺嘧啶二聚体是紫外线辐射造成的。在所有原核生物和真核生物中都存在一种光激活酶（photoreactivating enzyme），在可见光存在下，这种酶可以结合胸腺嘧啶二聚体引起的扭曲双螺旋部位，催化两个胸腺嘧啶碱基再生，正常的A-T碱基对重新形成，然后光复活酶从已修复好的DNA上脱落。
2.核苷酸切除修复（excision repair）
通过切除-修复内切酶使DNA损伤消除的修复方法。一般是切除损伤区，然后在DNA聚合酶的作用下，以露出的单链为模板合成新的互补链，最后用连接酶将缺口连接起来。
形成胸腺嘧啶二聚体会引起DNA双螺旋结构的变形，这样的损伤也可以通过核苷酸切除系统修复。修复系统中的主要酶ABC切除核酸酶。给出了ABC切除核酸酶修复DNA损伤的过程。首先ABC切除核酸酶从损伤部位的两侧切去含有损伤的DNA链。然后，解旋酶除去内切酶切点之间的DNA片段，有时DNA片段由外切酶降解，产生单链缺口。然后在DNA聚合酶的催化下按照互补链填充缺口，切口最后通过DNA连接酶连接。
3.碱基切除修复DNA
糖基化酶（DNA glycosylases）能识别DNA中的不正确碱基，如尿嘧啶、次黄嘌呤和黄嘌呤，这些碱基是由胞嘧啶、腺嘌呤和鸟嘌呤脱氨形成的。DNA糖基化酶可以切断这种碱基N-糖苷键，将其除去，形成的脱嘌呤或脱嘧啶部位通常称为"abasic"部位或AP位点。然后由AP内切核酸酶（AP endonucleases）切去含有AP位点的脱氧核糖-5-磷酸，在DNA聚合酶作用下重新放置一个正确的核苷酸，最后通过DNA连接酶将切口封闭。每种DNA糖基化酶通常对一种类型的碱基损伤特异。
【题目】
4.错配修复（mismatch repair）
在含有错配碱基的DNA分子中，使正常核苷酸序列恢复的修复方式。这种修复方式的过程是：识别出下正确地链，切除掉不正确链的部分，然后通过DNA聚合酶和DNA连接酶的作用，合成正确配对的双链DNA。
错误的DNA复制会导致新合成的链与模板链之间的产生错误的碱基配对。这样的错误可以通过E.coli中的3个蛋白质（MutS、MutH和MutL）校正。该修复系统只校正新合成的DNA，因为新合成DNA链的GATC序列中的A（腺苷酸残基）开始未被甲基化。GATC中A甲基化与否常用来区别新合成的链（未甲基化）和模板链（甲基化）。这一区别很重要，因为修复酶需要识别两个核苷酸残基中的哪一个是错配的，否则如果将正确的核苷酸除去就会导致突变。(右图)说明了MutS、MutH和MutL三种蛋白质是如何校正新合成DNA中的一个错配错误的。未甲基化的GATC序列不需要紧靠着错配碱基，因为错配碱基与GATC序列之间的间隔的DNA序列可以被外切核酸酶切除，是从3ˊ还是从5ˊ方向切除取决于不正确碱基的相对位置。

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