核酸的结构与功能

这是一篇关于核酸的结构与功能的思维导图，主要内容包括：核酸分子组成，DNA的结构与功能，RNA的结构与功能，核酸的理化性质。

核酸的结构与功能

• 核酸分子组成
  • 戊糖
    • 核糖
    • 脱氧核糖
  • 碱基
    • 嘌呤碱：包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）。 嘧啶碱：包括胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T，DNA 特有）、尿嘧啶（U，RNA 特有）
  • 核苷，核苷酸与多核苷酸
    • 核苷：由碱基与核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键连接而成，如腺苷、脱氧胞苷。 核苷酸：核苷的磷酸酯，由核苷 + 磷酸基团构成，是核酸的基本单位（如 ATP 为三磷酸腺苷）。 多核苷酸：核苷酸通过 3',5'- 磷酸二酯键聚合形成的链状分子，如 DNA 和 RNA，携带遗传信息。 三者依次构成核酸的结构层次，参与遗传信息的存储与传递。
• DNA的结构与功能
  • 核酸的一级结构
    • 核酸的一级结构指核苷酸通过 3',5'- 磷酸二酯键连接成的线性序列。DNA 中核苷酸含脱氧核糖和 T，RNA 含核糖和 U。序列中碱基排列顺序存储遗传信息，是核酸功能的基础，如 DNA 的双螺旋结构和 RNA 的多样功能均由其决定。
  • DNA的二级结构
    • DNA 的二级结构主要为双螺旋结构（沃森 - 克里克模型），特点如下： 由两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴盘旋形成右手螺旋，磷酸 - 脱氧核糖骨架在外，碱基对（A-T、G-C）在内。 碱基间通过氢键互补配对（A-T 含 2 个氢键，G-C 含 3 个氢键），维持结构稳定。 螺旋直径 2nm，每 10 个碱基对上升一圈（螺距 3.4nm），表面有大沟和小沟，供蛋白质识别结合。 此结构是 DNA 复制、转录等功能的基础。
  • DNA的超螺旋结构
    • DNA 的超螺旋结构是在双螺旋基础上进一步扭曲形成的高级结构，分为正超螺旋（过度拧紧导致顺时针扭曲）和负超螺旋（松弛状态下逆时针扭曲，更常见）。细菌、病毒等原核生物 DNA 多为环状，易形成超螺旋；真核生物 DNA 与组蛋白结合形成核小体，其折叠过程也伴随超螺旋。超螺旋可压缩 DNA 体积，同时影响复制、转录等过程中酶对 DNA 的识别与结合。
  • DNA的功能
    • 存储遗传信息：碱基序列编码生物性状的遗传指令，如人类基因组含约 30 亿碱基对。 自我复制：通过半保留复制保证遗传信息稳定传递，是细胞分裂和物种繁衍的基础。 指导蛋白质合成：通过转录生成 mRNA，再经翻译合成蛋白质，调控生命活动（如酶的合成、代谢途径）。 此外，DNA 还参与基因表达调控、遗传变异（如突变、重组）等过程，是生命遗传和代谢的核心物质。
• RNA的结构与功能
  • 结构
    • 化学组成：由核糖核苷酸通过 3',5'- 磷酸二酯键连接而成，碱基为 A、U、C、G，核糖含 2'- 羟基，通常为单链（可局部折叠形成茎环结构）。
    • ◦ mRNA（信使 RNA）：线性单链，携带 DNA 转录的遗传信息，5' 端有帽子结构，3' 端有 poly-A 尾。
    • ◦ tRNA（转运 RNA）：三叶草形二级结构，含反密码子环（识别 mRNA 密码子）和氨基酸臂（结合特定氨基酸）。
    • ◦ rRNA（核糖体 RNA）：与核糖体蛋白组成核糖体，真核生物含 28S、18S、5.8S、5S 四种 rRNA，形成复杂三维结构。
  • 功能
    • 遗传信息传递：mRNA 作为 “信使” 介导 DNA 到蛋白质的信息传递。 催化作用：部分 RNA（核酶）具有酶活性，参与 RNA 剪切、肽键形成等。 调控基因表达：如 siRNA、miRNA 通过碱基互补配对抑制靶基因翻译或降解 mRNA。 结构组分：rRNA 是核糖体的核心结构，tRNA 负责转运氨基酸至核糖体参与翻译。 病毒遗传物质：部分病毒（如 HIV、新冠病毒）以 RNA 为遗传物质，携带繁殖所需信息。
• 核酸的理化性质
  • 核酸的一般理化性质
    • 酸性：因含磷酸基团呈较强酸性，易溶于水和低盐溶液，不溶于乙醇等有机溶剂。 紫外吸收：碱基共轭双键使其在 260nm 波长有强吸收峰，可用于定量（如 OD₂₆₀值）和纯度判断（DNA 纯品 OD₂₆₀/OD₂₈₀≈1.8，RNA≈2.0）。
  • DNA的变性复性
    • 变性与复性：高温、酸碱等可破坏氢键使双螺旋解开（变性），冷却后互补链可重新结合（复性），DNA 变性时 OD₂₆₀值升高（增色效应）。
  • 核酸分子杂交
    • 核酸分子杂交是利用碱基互补配对原则，使不同来源的单链核酸（DNA/RNA）形成杂合双链的技术，用于检测核酸序列同源性，应用于基因诊断、克隆筛选等。