核糖核酸盐

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核糖核酸盐具有绕同一轴心旋转的两条螺旋链(见图)。根据化学常识我们假定,每条链包括联结β-D-脱氧呋喃核糖的3',5'磷酸二酯键。两条链(不是它们的碱基)与纤维轴旋转对称垂直,并呈右手螺旋。由于旋转对称性,两条链的原子顺序方向相反。每条链都与弗尔伯格的第一号模型粗略地相似;即碱基在螺旋内部,磷酸在外边。糖的构型及其附近的原子与弗尔伯格“标准构型”相似,即糖和与其相联的碱基大致相垂直。每条链在z向每隔3.4埃有一个核苷酸。我们假定,同一条链中相邻核苷酸之间呈36度角,因此,一条链每10个核苷酸,即34埃出现一次螺旋重复。磷原子与纤维轴之间的距离为10埃。因为磷酸基团在螺旋的外部,正离子则易于接近它们。

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核糖核酸盐

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最近,我们提出了一个脱氧核糖核酸盐的结构模型。这个模型如果正确的话,就直接地解释了遗传物质自我复制的机制。与我们的前文同时发表的伦敦金氏学院学者们的X射线资料,定性地支持我们的结构模型而与以前提出的所有结构模型都是矛盾的。虽然这一结构模型尚需更多的X射线资料加以证实,我们充满信心地认为,现在就讨论它的遗传学意义是正确的。为此,我们假定脱氧核搪核酸盐的纤维并非由于制备方法而产生的矫作物。威尔金斯及其同事们曾经指出,由分离出的DNA纤维和某些完整的生物材料,如精子头部和噬菌体颗粒等,同样可以得到类似的X射线图谱。
脱氧核糖核酸的化学结构现在已经完全确立了。如图1所示,它是一个很长的分子,以有规律地交替出现的糖和磷酸构成其骨架。每一个糖联结一个含氮碱基,而碱基又有四种不同的类型(我们认为5-甲基胞嘧啶与胞嘧啶等同,因为两者在DNA结构中皆能很好地参与碱基配对)。两种可能出现的碱基——腺嘌呤和鸟嘌呤为嘌呤;另外两种——胸腺嘧啶和胞嘧啶为嘧啶。迄今所知,多核苷酸链中碱基顺序是无规律的。由磷酸、糖和碱基构成的单体称核苷酸。
我们这个具有生物学意义的结构模型的第一个特点,在于它不是由一条而是由两条(多核苷酸)链所构成。这两条链皆绕一个共同的纤维轴旋转,如图2所示。一般认为DNA汉有一种化学结构形式,因此螺旋结构中只应有一条链。但是,X射线所得密度图强有力地证明螺旋结构中有两条链。
另一个有生物学重要意义的特点是这两条链维系在一起的方式。这种方式表现为碱基间形成的氢键,如图3所示。碱基以配对方式联结在一起,即一条链上一个碱基与另一条链上上个碱基通过氢键联结在一起。关键问题在于螺旋结构中仅能形成某些专一的碱基对,为了维系两条链,碱基对中一个碱基是嘌呤,另一个则必定是嘧啶。否则,如果一个碱基对包含两个嘌呤,两条链之间则容纳不下。
我们相信,碱基几乎完全以常见的互变异构形式存在。果真如此的话,形成氢键的条件则是非常严格的。仅能形成的碱基对为:
腺嘌呤与胸腺嘧啶
鸟嘌呤与胞嘧啶
碱基间形成氢键的方式如图4和图5所示。碱基对能以两种方式形成。例如,两条链上都可能出现腺嘌呤。一条链上出现腺嘌呤,则另一条链上和它配对的碱基必是胸腺嘧啶。反之亦然。
最近的分析结果指出,在测定过的各种来源的DNA样品中,腺嘌呤的数量接近胸腺嘧啶的数量,鸟嘌呤的数量接近胞嘧啶数量。但是,腺嘌呤与鸟嘌呤的比值则因来源不同而不同。这些分析结果强有力地支持碱基配对法则。事实上,多核苷酸链的碱基顺序如果是无规律的话,除了求助于我们的配对法则外,要解释这些分析结果是很困难的。
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