第二章 核酸的结构和功能

生物化学 第二章 核酸的结构和功能，包含DNA的空间结构和功能、RNA的结构和功能、核酸的理化性质等，介绍详细，知识全面，希望可以对大家有所帮助！

第二章 核酸的结构和功能

• 核酸的化学组成以及一级结构
  • 核苷酸和脱氧核苷酸是构成核酸的基本组成单位
    • 碱基
      • 腺嘌呤(adenine,简写为 A)
      • 鸟嘌呤(guanine,简写为、G)
      • 尿嘧啶( uracil,简写为 U)
      • 胸腺嘧啶(thymine,简写为T)
      • 胞嘧啶(cytosine,简写为 C)
    • 核糖
      • B-D-核糖(B-D-ribose)
      • B-D-2'-脱氧核糖(B-D-2'-deoxyribose）
        • 两者的差别仅在于C-2'原子所连接的基团
    • 磷酸
      • 核苷或脱氧核苷 C-5'原子上的羟基可以与磷酸反应,脱水后形成一个磷酯键
  • DNA 是脱氧核糖核苷酸通过3’，5'-磷酸二酯键聚合形成的线性大分子
    • 脱氧核糖核苷酸之间是通过3',5'-磷酸三酯键共价连接的
    • DNA 链有了5'-3'的方向性
  • RNA 是核糖核苷酸通过 3'，5'磷酸二酯键聚合形成的线性大分子
    • 核苷酸分子在RNA 聚合酶催化下通过3',5'-磷酸二酯键连接
    • 具有5'一3’的方向性
  • 核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序
    • 核苷酸之间的差异仅在于碱基的不同,因此核酸的一级结构也就是它的碱基序列
• DNA的空间结构和功能
  • DNA二级结构是双螺旋结构
    • Chargaff规则
      • 不同生物个体的DNA,其碱基组成不同
      • 同一个体的不同器官或不同组织的 DNA 具有相同的碱基组成
      • 对于一个特定组织的 DNA,其碱基组分不随其年龄、营养状态和环境而变化
      • 对于一个特定的生物体,腺嘌呤(A)的摩尔数与胸腺嘧啶(T)的摩尔数相等,鸟嘌呤(G)的摩尔数与胞嘧啶(C)的摩尔数相等（A=T,G=C,A+G=T+C,A+G+T+C=100%）
    • DNA 双螺旋结构模型的要点
      • DNA 由两条多聚脱氧核苷酸链组成
        • 一条链的5'一3'方向是自上而下,而另一条链的5'一3'方向是自下而上
          • 反向平行
        • 直径为2.37nm,螺距为 3.54nm
      • DNA 的两条多聚脱氧核苷酸链之间形成了互补碱基对
      • 两条多聚脱氧核苷酸链的亲水性骨架将互补碱基对包埋在 DNA 双螺旋结构内部
        • 外部：亲水性骨架
          • 脱氧核糖
          • 磷酸基团
        • 内部：疏水性碱基对
      • 两个碱基对平面重叠产生了碱基堆积作用
        • 在DNA 双螺旋结构的旋进过程中,相邻的两个碱基对平面彼此重叠(overlapping),由此产生了疏水性的碱基堆积力 它和互补链之间碱基对的氢键共同维系着 DNA 双螺旋结构的稳定。
    • DNA双螺旋结构的多样性
      • 右手双螺旋
        • B型-DNA
        • A型-DNA
      • 左手双螺旋
        • Z型-DNA
    • DNA的多链结构
  • DNA双链经过盘绕折叠形成致密的高级结构
    • 封闭环状的DNA具有超螺旋结构
      • 负超螺旋（主要）
      • 正超螺旋
    • 真核生物DNA被逐级有序地组装成高级结果
• RNA的结构和功能
  • mRNA 是蛋白质生物合成的模板
    • 丰度最小,种类最多,大小也各不相同，平均寿命也相差甚大
    • 在真核细胞中,细胞核内新生成的mRNA初级产物被称为核不均一RNA
    • 结构
      • 真核细胞 mRNA 的 5’-端有帽结构
      • 真核生物和有些原核生物 mRNA 的3'-端有多聚腺苷酸尾的结构
      • 真核生物细胞核内的 hnRNA经过一系列的修饰和剪接成为成熟的 mRNA
      • mRNA 的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列
        • 一条成熟的真核 mRNA 包括5’-非翻译区 编码区和3'-非翻译区
  • tRNA 是蛋白质合成中氨基酸的载体
    • tRNA具有多种稀有碱基
      • 双氢尿嘧啶
      • 假尿嘧啶核苷
      • 甲基化的嘌呤
    • tRNA 具有特定的空间结构
      • RNA 的二级结构形似三叶草；三级结构呈倒“L”形状
      • DHU环
      • TΨC环
      • 氨基酸臂
      • 反密码子环
    • .tRNA的 3'-端连接着氨基酸
    • tRNA的反密码子能够识别 mRNA 的密码子
  • 以 rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成的场所
    • 含量最多
    • 原核细胞
      • 小亚基：30S
        • rRNA：16S
      • 大亚基：50S
        • rRNA
          • 23S
          • 5S
    • 真核细胞
      • 小亚基：40S
        • rRNA:18S
      • 大亚基：60S
        • rRNA
          • 28S
          • 5.8S
          • 5S
  • 非编码RNA
    • 催化小 RNA（核酶）
      • 催化特定RNA降解的活性
      • 在RNA合成后的剪接修饰中具有重要作用
    • 核仁小 RNA（snoRNA）
      • 定位于核仁
      • 主要参与 rRNA 的加工
      • rRNA 的核糖 C-2'的甲基化过程和假尿嘧啶化修饰
    • 核小 RNA（snRNA）
      • 参与了真核细胞 mRNA 的成熟过程
      • 识别 bnRNA 上的外显子和内含子的接点,切除内含子
    • 胞质小 RNA（scRNA）
      • 存在细胞质中
      • 与蛋白质结合形成复合体后发挥生物学功能（SRP-RNA与六种蛋白质共同形成信号识别颗粒，引导含有信号肽的蛋白质进人内质网进行合成）
    • siRNA
      • 维持基因组稳定
      • 降解外源RNA
    • microRNA
      • 抑制或降解RNA
      • 调控生长发育
    • piRNA
      • 调控基因表达
    • circRNA
      • 解除基因抑制
      • 升高基因表达水平
• 核酸的理化性质
  • 核酸具有强烈的紫外吸收
    • 260nm
  • DNA 变性是一条 DNA 双链解离为两条 DNA 单链的过程
    • 某些极端的理化条件(温度、pH、离子强度等)可以断裂 DNA 双链互补碱基对之间的氢键以及破坏碱基堆积力,使一条 DNA 双链解离成为两条单链。
    • DNA的增色效应
      • 在 DNA 解链过程中,有更多的包埋在双螺旋结构内部的碱基得以暴露,因此含有 DNA 的溶液有260nm处的吸光度随之增加，这种现象称为~
      • 在解链曲线上,紫外吸光度的变化(ΔA₂₆₀)达到最大变化值的一半时所对应的温度被定义为 DNA 的解链温度（Tm或熔解温度）
        • 在此温度时,50%的 DNA 双链解离成为了单链
        • GC（碱基）含量越高，Tm越高
        • 离子强度越高，Tm越高
  • 变性的核酸可以复性或形成杂交双链
    • 复性
      • 把变性条件缓慢地除去后,两条解离的DNA互补链可重新互补配对形成DNA双链,恢复原来的双螺旋结构。
      • 热变性的 DNA 经缓慢冷却后可以复性（退火）
      • 热变性的 DNA迅速冷却至4℃时,两条解离的互补链还来不及形成双链,所以 DNA不能发生复性
        • 用来保持解链后的 DNA 单链处在变性状态
    • 分子杂交
      • 如果将不同种类的DNA单链或RNA单链混合在同一溶液中,只要这两种核酸单链之间存在着一定程度的碱基互补关系,它们就有可能形成杂化双链
• 核苷
  • 核糖
  • 碱基