核酸

学生党看过来！一张对核酸知识总结和归纳的思维导图，针对大学课程生物化学，有机化学，分析化学、高中化学知识等进行整理。

核酸

• 由许多核苷酸单位通过3`,5`-磷酸二酯键连接起来 形成的不含侧链的具有方向性长链状化合物 一端3`端，一端5`端
• 一、 水解产物：核苷酸
  • 由核苷和磷酸经脱水缩合生成的磷酸酯类化合物 
  • 5'位核苷酸：一磷酸核苷（核苷酸）AMP，ADP, ATP
  • 磷酸
  • 核苷
    • 由戊糖和含氮碱基脱水缩合而成的化合物
    • 戊糖
      • 核糖
      • 脱氧核糖
    • 含氮碱
      • 嘌呤碱
      • 嘧啶碱
• 二、 组成
  • DNA
    • 1. 分布
      • 真核~：细胞核，线粒体mDNA，叶绿体ctDNA
      • 原核~：拟核，质粒DNA，病毒DNA
    • 2. 一级结构：由dAMP,dGMP,dCMP和dTMP四种脱氧核苷酸组成的多聚脱氧核苷酸链
      • DNA分子中脱氧核糖核苷酸的排列顺序及连接方式（3`,5`-磷酸二酯键）
      • dAMP脱氧腺苷酸,核苷酸序列=碱基序列
    • 3. 二级结构：
      • 双螺旋结构
        • 依据
          • 1||| DNA碱基组成有物种差异，且物种亲缘关系越远，差异越大
          • 2||| 同生物，不同组织器官DNA碱基组成相同，且不因年龄，环境及营养变化
          • 3||| DNA分子：A=T,G=C,A+G=T+C(Chargaff规则)碱基互补原则
        • 模型特点
          • 1||| 螺旋两条链反向平行，共同围绕一假想中心轴呈右手双螺旋结构
          • 2||| 疏水碱基：双螺旋内侧，平面与螺旋轴垂直； 亲水磷酸和脱氧核糖基：外侧，脱氧核糖平面与中心轴平行
          • 3||| 只能A与T（两个氢键），C与G（三个氢键）碱基互补配对
          • 4||| 双螺旋表面大小两个凹槽-大沟和小沟，交替出现
          • 5||| 双螺旋截面直径2nm，相邻两个碱基平面距离（轴距）0.34nm，每10个核苷酸形成一个螺旋（螺距）3.4nm
          • 6||| 两条链（碱基互补关系）借碱基间氢键和碱基堆积力（碱基间范德华力）牢固连接
        • 稳定因素：氢键，碱基堆积力，磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正电荷中和，碱基处于疏水环境中
        • 意义：
          • 1||| 揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征
          • 2||| 确认了碱基配对的原则
          • 3||| 是DNA复制，转录，反转录的分子基础；遗传信息传递和表达的基础
        • 三种类型：
      • 三链，四链：Hoogsteen氢键
      • 超螺旋结构
        • 双螺旋链再盘绕形成
        • 正超螺旋：越盘越紧（同向）
        • 负超螺旋：越盘越松（相反）
    • 4. 组装：染色质（DNA+蛋白质）-核小体组成染色质
      • 核小体：双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质八聚体，形成特殊串珠状结构 （DNA的高级结构）
    • 5. 功能：遗传物质的载体，为生物遗传信息复制以及基因信息转录提供模板
      • 基因：结构上，是指DNA分子中的特定区段，核苷酸排序决定基因功能 基因组:一个生物体的全部DNA序列，包括编码和非编码序列
  • RNA
    • 1. 遗传物质的表达
    • 2. 分布
      • 真核~：细胞质，核仁
      • 原核~：细胞质，病毒RNA
    • 3. 一级结构：由AMP,GMP,CMP,UMP四种核糖核苷酸组成的多聚核苷酸链
      • RNA分子中核糖核苷酸的排列顺序及连接方式
    • 4. tRNA
      • 结构：分子最小，但含稀有碱基最多（20％）的RNA；单链核酸，单分子中某些局部可形成双螺旋结构
      • 二级结构：“三叶草”结构：氨基酸臂（携带氨基酸），二氢尿嘧啶环（辨认并结合氨基酰tRNA合成酶），反密码环（识别mRNA上的密码），额外环，（识别并结合蛋白体）
      • 三级结构：倒L形
      • 功能：活化，搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质翻译
    • 5. mRNA
      • 结构：可形成局部双螺旋结构的二级结构；在真核生物中的初级产物为HnRNA
      • 结构特点:
        • mRNA
          • 1||| 种类多，大小不均一；半衰期短，实际含量低；
          • 2||| 原核生物mRNA一般为多顺反子，真核生物多为单顺反子
          • 3||| 真核生物mRNA在5`端有个帽子结构，3`端有多聚腺苷酸尾巴
        • 成熟真核mRNA：5`端反式7-甲基鸟苷三磷酸（m7GTP）帽子结构和3`端的多聚腺苷酸（polyA）尾巴结构
      • mRNA带有遗传密码，为蛋白质合成提供模板
        • 遗传密码：每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译和城市代表一个特定的氨基酸为遗传密码
    • 6. rRNA
      • 特征：单链，螺旋化程度比tRNA低；与蛋白质组成核糖体后方能发挥功能
      • 功能：参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所
    • 7. 其他小分子RNA和RNA组学
      • 小分子RNA=非mRNA小RNA(snmRNA)
      • RNA组学：研究细胞中snmRNA种类，结构，功能
      • 核酶：有特定降解活性，有催化作用的小RNA
• 三、 性质，变性，复性及应用
  • 性质：酸碱性，粘度大能吸收紫外光，最大吸收峰260nm。常用紫外分光光度法测核酸含量
  • 变性
    • DNA变性：理化因素作用下，DNA双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链，从而导致DNA的理化性质及生物学性质发生改变的现象
    • 原因：高温，强酸，强碱，有机溶剂导致
    • 变性/解链/溶解温度Tm;加热DNA溶液，使其对260nm紫外光的吸收度突然增加，达到其最大值一半时的温度C+G含量越高，则Tm越高
    • 变性后：增色效应（DNA变性后对260nm紫外光吸收度增加），旋光度下降，粘度降低，生物学功能丧失或改变
  • 降解：核苷酸骨架上3`,5`-磷酸二酯键断裂
  • DNA复性与分子杂交
    • DNA复性：变性DNA在适当条件下，两条互补链可重新配对，恢复天然的双螺旋结构的现象
    • 退火：将热变性后的DNA溶液缓慢冷却，在低于变性温度约25-30℃的条件下保温一段时间，即可恢复原有的性质的过程。
    • 减色效应：DNA复性时，其溶液OD260降低
    • 核酸的分子杂交：
      • 核酸的分子杂交：两条来源不同的单链核酸（DNA或RNA）,只要它们有大致相同的互补碱基顺序，经退火处理即可复性，形成新的杂化双螺旋的现象。
      • 作用：可以确定或寻找不同物种中具有同源顺序的DNA或RNA片段
      • 常用技术：原位杂交，斑点杂交
    • 同源顺序：不同来源的，具有大致相同互补碱基顺序的核酸片段
    • 探针：带有一定标记的已知顺序的核酸片段
• 四、 核酸酶
  • 核酸酶：能水解核酸的酶
  • 核酸外切酶：从多核苷酸链末端开始水解核酸的酶
  • 核酸内切酶：从多核苷酸链内部开始水解核算的酶
  • 限制性核酸内切酶：能识别特定的核苷酸顺序，并从特定定位点水解核酸的内切酶