导图社区 核酸的结构与功能
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英语词性
生物必修一
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。