碱基对

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碱基对(bp)是双链核酸的基本单位,由两个通过氢键相互结合的核碱基组成。它们构成DNA双螺旋结构的基石,并有助于DNA和RNA的折叠结构。 根据特定的氢键模式,Watson-Crick(或Watson-Crick-Franklin)碱基对(鸟嘌呤-胞嘧啶和腺嘌呤-胸腺嘧啶)允许DNA螺旋保持规则的螺旋结构,该结构微妙地依赖于其核苷酸序列。 这种基于配对结构的互补性提供了每条DNA链中编码的遗传信息...

简介

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碱基对 (bp) 是双链核酸的基本单位,由两个通过氢键相互结合的核碱基组成。 它们构成 DNA 双螺旋结构的基石,并有助于 DNA 和 RNA 的折叠结构。

根据特定的键模式,Watson-Crick(或 Watson-Crick-Franklin)碱基对(鸟嘌呤-胞嘧啶和腺嘌呤-胸腺嘧啶)允许 DNA 螺旋保持规则的螺旋结构,该结构微妙地依赖于其核苷酸序列。

这种基于配对结构的互补性提供了每条 DNA 链中编码的遗传信息的冗余副本。 DNA 双螺旋提供的规则结构和数据冗余使 DNA 非常适合存储遗传信息,而 DNA 和传入核苷酸之间的碱基配对提供了 DNA 聚合酶复制 DNA 和 RNA 聚合酶将 DNA 转录为 RNA 的机制。 许多 DNA 结合蛋白可以识别特定的碱基配对模式,从而识别基因的特定调控区域。

分子内碱基对可以出现在单链核酸中。 这在 RNA 分子(例如转移 RNA)中尤为重要,其中 Watson-Crick 碱基对(鸟嘌呤-胞嘧啶和腺嘌呤-尿嘧啶)允许形成短双链螺旋,以及各种非 Watson-Crick 相互作用 (例如,G–U 或 A–A)允许 RNA 折叠成范围广泛的特定三维结构。 此外,转移 RNA (tRNA) 和信使 RNA (mRNA) 之间的碱基配对构成了分子识别事件的基础,这些事件导致 mRNA 的核苷酸序列通过遗传密码被翻译成蛋白质氨基酸序列。

单个基因或生物体的整个基因组的大小通常以碱基对来衡量,因为 DNA 通常是双链的。 因此,总碱基对的数量等于其中一条链中的核苷酸数量(端粒的非编码单链区域除外)。 单倍体人类基因组(23 条染色体)估计长约 32 亿个碱基,包含 20,000-25,000 个不同的蛋白质编码基因。 千碱基 (kb) 是分子生物学中的计量单位,等于 1000 个碱基对的 DNA 或 RNA。 地球上的 DNA 碱基对总数估计为 5.0×1037,重量为 500 亿吨。 相比之下,生物圈的总质量估计高达 4 TtC(万亿吨碳)。

氢键和稳定性

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氢键是构成上述碱基配对规则基础的化学相互作用。 氢键供体和受体的适当几何对应关系只允许正确的对稳定形成。 GC 含量高的 DNA 比 GC 含量低的 DNA 更稳定。 但是,与普遍的看法相反,氢键并不能显着稳定 DNA; 稳定性主要是由于堆叠相互作用。

较大的核碱基,腺嘌呤和鸟嘌呤,是一类称为嘌呤的双环化学结构的成员; 较小的核碱基、胞嘧啶和胸腺嘧啶(以及尿嘧啶)是一类称为嘧啶的单环化学结构的成员。 嘌呤仅与嘧啶互补:嘧啶-嘧啶配对在能量上是不利的,因为分子相距太远而无法建立氢键; 嘌呤-嘌呤配对在能量上是不利的,因为分子太近,导致重叠排斥。 AT 或 GC 或 UA(在 RNA 中)的嘌呤-嘧啶碱基配对导致正确的双链结构。 xxx的其他嘌呤-嘧啶配对是 AC 和 GT 和 UG(在 RNA 中); 这些配对是不匹配的,因为氢供体和受体的模式不对应。 具有两个氢键的 GU 配对确实经常出现在 RNA 中。

碱基对

配对的 DNA 和 RNA 分子在室温下相对稳定,但两条核苷酸链会在熔点以上分离,熔点由分子长度、错配程度(如果有)和 GC 含量决定。 较高的 GC 含量导致较高的熔化温度; 因此,嗜热栖热菌等极端微生物的基因组特别富含 GC 也就不足为奇了。 相反,基因组中需要经常分离的区域——例如,经常转录基因的启动子区域——GC 相对较差。 在设计用于 PCR 反应的引物时,还必须考虑 GC 含量和解链温度。

例子

以下 DNA 序列说明了配对双链模式。 按照惯例,顶链是从 5'端写到 3'端; 因此,底部链被写为 3' 到 5'。

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  1. 简介
  2. 氢键和稳定性
  3. 例子

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