导图社区 核酸的结构和功能
这是一篇关于核酸的结构和功能的思维导图，主要内容包括：核酸的理化性质，RNA的结构与功能，DNA的空间结构与功能，核酸的分类、组成以及一级结构。
医学考研 生物化学 按照昭昭老师的课程整理。主要包含了生物化学导学、核酸的结构和功能、酶与酶促反应、脂类代谢、心肌疾病、维生素、糖代谢等重要知识点。
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核酸的结构和功能
核酸的分类、组成以及一级结构
核糖的分类
核酸的化学组成
基本单位
核苷酸是核酸的基本组成单位
构成要素
RNA
碱基
A、G、C、U
DNA
A、G、C、T
核酸的一级结构
化学键
3'-5'-磷酸二酯键
方向性
核苷酸/脱氧核苷酸 5'-3' 的排列顺序
一级结构
碱基的排列顺序
DNA的空间结构与功能
DNA的二级结构和高级功能
DNA双螺旋结构的基础（Chargaff规则）
不同生物个体的DNA其碱基组成不同
人和猪的碱基组成不同
同一个体不同器官或不同组织的DNA具有相同的碱基组成
只要是人，不论在什么部位，碱基都相同
对于一特定组织的DNA，其碱基组分不随年龄、营养状态和环境而变化
DNA一般不会变化
A=T C=G
DNA的二级结构 DNA双螺旋结构模型要点
Watson和Crick提出的双螺旋结构称为B-DNA或B型DNA
DNA由两条多聚脱氧核苷酸链组成
右手螺旋
两条链反向平行
一条链的方向是5'→3'
另一条链的方向是3'→5'
直径=2.37nm
螺距=3.54nm
核糖、磷酸、碱基的位置
碱基位于内侧，核糖和磷酸位于外侧
DNA双螺旋结构的表面存在一个大沟和一个小沟
DNA双链之间形成了互补碱基对
互补碱基对
碱基对平面与螺旋轴垂直，糖平面与螺旋轴平行
每一个螺旋有10.5个碱基对
每两个碱基对之间的相对旋转角度=36°
每两个相邻碱基对平面之间的垂直距离=0.34nm
碱基堆积力（更重要）和氢键共同维持双螺旋结构的稳定
碱性堆积力（疏水作用力）
维持双螺旋结构的纵向稳定
氢键
维持双螺旋结构的横向稳定
α-螺旋和DNA双螺旋对比
子主题
DNA双螺旋结构的多样性
右手螺旋结构（B-DNA）
沃森和克里克提出的双螺旋结构
A-DNA
环境的相对湿度降低后，DNA仍保持右手螺旋结构，但螺距、旋转角度等参数已发生了改变，人们将这种DNA称为A-DNA
Z-DNA
Rich发现了左手螺旋结构
三链结构
一条富含嘌呤的DNA单链+两条结构相似的富含嘧啶的DNA单链，在酸性环境下可生成DNA的三链结构
Hoogsteen氢键
G-四链
端粒
真核生物染色体3'端的一段高度重复富含GT的单链
人端粒序列--（TTAGGG）n---重复数百乃至上千
端粒具有较大的柔韧度，可以自身回折形成G-四链
DNA的高级结构是超螺旋结构
DNA的高级结构
概念
由DNA双链盘旋而成
分类
正超螺旋
与DNA螺旋方向相同
负超螺旋
与DNA螺旋方向相反
原核生物DNA的超螺旋结构
结构
类核结构
环状双螺旋分子
类核结构中80%是DNA，其余为蛋白质
特点
细菌DNA中，超螺旋结构可以相互独立存在，形成超螺旋区
在大肠杆菌DNA，平均每200bp就有一个负超螺旋形成
真核生物DNA的超螺旋结构
核小体
核小体是染色质的基本组成单位
构成
DNA+H1+H2A+H2B+H3+H4
DNA环绕（2个H2A+2个H2B+2个H3+2个H4）1.75圈
核心颗粒
H1位于核心颗粒的外侧
染色质
核心颗粒之间再由DNA和组蛋白H1共同构成的连接区连接起来形成串珠状的染色质纤维
以上是第一层次的折叠，使DNA压缩约7倍，接下来再完成第二、三、四层次折叠
生理意义
DNA超螺旋结构整体或局部拓扑学变化及其调控→对于DNA复制和RNA转录具有关键作用
RNA的结构与功能
RNA的分类
编码RNA（mRNA）
来源
从基因组上转录而来
功能
其核苷酸序列可以翻译成蛋白质
编码RNA仅有信使RNA（mRNA）一种
非编码RNA（ncRNA）
mRNA
mRNA的前体是hnRNA
hnRNA包含内含子和外显子
内含子为非编码基因会被剪去
剪刀叫snRNA
外显子为编码基因，多个外显子被拼接在一起就构成了mRNA
种类最多，寿命最短，大小不等
真核生物mRNA的5'-端有特殊帽结构
组成
反式的7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷（m7Gppp）
5'-帽结构
帽结构可以和帽结合蛋白（CBP）形成复合体
复合体有助于维持mRNA的稳定性
协同mRNA从细胞核→细胞质的转运
促进核糖体与翻译起始因子的结合
真核生物mRNA的3'-端有多聚腺苷酸尾
80-250个腺苷酸连接而成的多聚腺苷酸结构
多聚腺苷酸尾/多聚A尾（polyA）
可以与polyA结合蛋白（PABP）结合
与帽结构功能相似，都是维持稳定、协同转运、促进翻译开始
去除帽结构和多聚A尾→mRNA迅速降解
mRNA的碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列
作用
mRNA为蛋白质的生物合成提供模板
5'-非翻译区
5'-UTR
在尾端遇到AUG之后开始翻译
编码区
可读框（ORF）
3'-非翻译区
3'-UTR
在头部遇到UAA/UAG/UGA停止翻译
tRNA
tRNA含有多种稀有碱基
分子量
tRNA是细胞内分子量最小的核酸
长度74-95个核苷酸
稀有碱基
含有大量的稀有碱基，是含有稀有碱基最多的RNA
稀有碱基约占所有碱基的10%-20%
稀有碱基包括：DHU（双氢尿嘧啶）、假尿嘧啶核苷、甲基化的嘌呤
tRNA中的稀有碱基均是转录后修饰而成的
tRNA呈三叶草样二级结构
tRNA中的一些核苷酸序列，能够通过碱基互补配对原则，形成局部的、链内的双链结构
特殊结构
茎环结构/发夹结构
双链结构序列之间不能配对的序列，膨出形成环状或襻状结构
三叶草样形状
tRNA的二级结构因为茎环结构的存在，酷似三叶草形状
结构的顺序
从5→3依次为：DHU环→反密码子环→TφC环→CCA结构
rRNA
结构和功能
rRNA与核糖体蛋白共同构成核糖体
为mRNA、tRNA以及多种蛋白质因子提供相互结合和相互作用的空间环境
细胞内含量最多的RNA
真核
（28）岁的大（5）毕业生去（58）同城交友，她有个（18）岁的小妹妹
原核
我（5）爱上（23）了小我（16）岁的小妹妹
参与基因表达调控的非编码RNA
核酸的理化性质
核酸分子具有强烈的紫外吸收
吸光度
嘌呤和嘧啶都含有共轭双键，因此碱基、核苷、核苷酸和核酸在紫外波段都有较强的光吸收
在中性条件下，它们的最大吸收值的260nm
意义
根据260nm处的吸光度，可以确定溶液中DNA/RNA的含量
利用260nm与280nm的吸光度比值（A260/A280），可判断所提取核酸样品的纯度
酸性和黏滞度
酸性
核酸为多元酸，具有较强的酸性
黏滞度
DNA和RNA都是线性高分子，黏滞度极大
提取高分子DNA时，DNA在机械力的作用下易发生断裂
RNA分子量远小于DNA，黏滞度也较小
DNA的变性
定义
在某些理化因素（温度、PH、离子强度等）作用下，DNA双链互补碱基对之间的氢键发生断裂，使双链→单链的过程
变性因素
加热（最常用的方法）、加酸、加碱
结构变化
仅仅是氢键的断裂，空间结构的破坏
多核苷酸链不断裂，不破坏一级结构中的核苷酸序列
吸收值增加
增色效应
解链过程中，越来越多的共轭双键暴露，260nm处的吸光度随之增加
检测是否变性的最常用指标
溶液黏度降低
原来“刚硬”的双螺旋结构→两条比较柔软的单股多核苷酸链
Tm值（解链温度/融解温度）
核酸分子内双链解开50%时的温度
相关因素
DNA的长短、GC的含量、溶液的离子强度
以上因素与Tm成正比
计算公式
当寡核苷酸片段＜20bp时，Tm=4（G+C）+2（A+T）
A、T、C、G为寡核苷酸片段所含的碱基个数
复性和杂交
复性（退火）
变性的DNA在适当条件下，两条互补链可以重新配对，恢复双螺旋结构
热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，可产生褪色效应
共轭双键又被包埋进去了
如果迅速冷却至4℃以下，互补链来不及形成双链，DNA不能复性
这一特性被用来保持DNA的变性状态
杂交
不同DNA或RNA→存在一定碱基配对关系→可能形成杂化双链
研究DNA片段在基因组中的定位；鉴定核酸分子间的序列相似性；检测靶基因在待测样品中是否存在
