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，包括核算的化学组成以及一级结构、DNA空间结构和功能、核酸的理化性质等内容。

核酸的结构和功能

• 核酸的化学组成以及一级结构
  • 核酸的分类
    • 脱氧核糖核酸（DNA)
    • 核糖核酸（RNA）
  • 核苷酸是构成核酸的基本组成单位
    • 核酸水解产物
      • 碱基
        • DNA：A、G、C、T RNA：A、G、C、U
        • 嘌呤（A、G）
        • 嘧啶（C、U、T）
      • 戊糖
        • 核糖
        • 脱氧核糖
      • 磷酸
    • 核苷酸
      • 核苷一磷酸
      • 核苷二磷酸
      • 核苷三磷酸
      • 多磷酸核苷酸（高能磷酸键）
    • 核苷酸衍生物
      • 环化核苷酸
        • cAMP
        • cGMP
        • 细胞信号传导中的 第二信使
      • 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
    • 其它生物学功能
      • 化学能载体：ATP
      • 辅酶的结构成分：CoA、FAD
      • 治疗肿瘤的化疗药物：5-FU
  • DNA与RNA的结构组成
    • 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
      • DNA链的方向是5'→3'
      • 交替的磷酸基团和戊糖构成了DNA的骨架
      • 多聚脱氧核苷酸链只能从3'-端得到延长
    • 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
      • RNA链的方向是5'→3'
      • 四种基本核酸：AMP、GMP、CMP、UMP
      • 磷酸二酯键只能在C3'和C5'间形成
  • 核酸的一级结构是氨基酸的排列顺序
    • 5'端→3'端
    • 单链DNA/RNA分子大小用核苷酸数目表示
    • 双联DNA/RNA分子大小用碱基数目表示
    • 寡糖苷酸
• DNA的空间结构和功能
  • 二级结构
    • DNA的二级结构是双螺旋结构
    • 实验基础
      • Chargaff规则
      • 高质量的DNA分子的X射线衍射照片
      • 提出DNA分子双螺旋结构
    • DNA双螺旋结构模型
      • 由两条多聚脱氧核苷酸链组成
        • 两条链反向平行
        • 成右手螺旋结构
        • 双螺旋结构的直径为2.37nm，螺距为3.54nm
      • 双链间形成互补碱基对
        • A与T间有2对氢键，G与C间有3对氢键
        • 碱基对平面与螺旋轴垂直，脱氧核糖平面垂直于碱基平面
        • 每一个螺旋有10.5个碱基对
      • 核糖与磷酸形成的亲水性骨架位于双螺旋结构外侧，疏水的碱基位于内侧
        • 双螺旋结构表面形成了大沟、小沟（DNA与蛋白质相互作用的位置）
      • 维持DNA结构稳定
        • 横向：氢键
        • 纵向：碱基堆积力
      • 结构的多样性
        • A型-DNA
        • B型-DNA
        • 右手螺旋
        • Z型-DNA
          • 左手螺旋
  • 多链结构
    • C+GC平面
      • GC之间是以Waston-Crick氢键结合
      • C+G之间是以Hoogsteen氢键结合
    • TAT平面
    • G-四链结构
      • 富含G和T的重复序列，如：TTAGGG
      • 自身可回折形成的四链结构
      • 四个鸟嘌呤（G）通过八对Hoogsteen氢键形成一个四链体平面
  • 高级结构
    • 超螺旋结构：正/反
    • 原核生物
      • 原核生物的DNA是封闭环状超螺旋结构
      • 每200碱基就有一个负超螺旋形成
        • 大肠杆菌
      • 负超螺旋：避免DNA双链间相互纠缠，利于DNA双链的解链
    • 真核生物
      • 真核生物的DNA被逐级有序地组装成高级结构
      • 核小体
        • DNA+碱性组蛋白
        • 蛋白质成分
          • 组蛋白八聚体：H2A(*2)、H2B(*2)、H3(*2)、H4(*2)
          • 组蛋白H1
      • 双链DNA的折叠盘绕、形成高度有序、致密的染色体
      • 染色体
        • 端粒：DNA由简单重复的TTAGGG构成，以G-四链体结构存在
        • 着丝粒：富含A、T序列
  • 功能
    • DNA是生物遗传信息的载体，为基因复制和转录提供了模板
    • DNA具有高度稳定性的特点，用来保持生物体系遗传特征的相对稳定性
    • DNA又有高度可变性的特点，它可以发生各种重组和突变，适应环境的变迁
• 核酸的理化性质
  • 核酸的一般性质
    • 两性解离
    • 线性生物大分子：黏度-RNA<DNA
    • 极性化合物
    • 大小表示：DNA链长度、沉降系数、碱基对、核苷酸数
  • 核酸具有强烈的紫外吸收（260nm）
    • 机理
      • 碱基是含有杂环的分子
      • 共轭双键具有强烈的紫外线吸收
    • 应用
      • 确定样品中DNA或RNA的含量
      • 确定样品中DNA或RNA的纯度
  • DNA变性
    • 基本原理
      • DNA变性是一条双链解离为两条单链的过程
      • 变性本质：双链间氢键断裂
      • 因素：加热，过量酸或碱、有机溶剂等
      • 结果：理化性质改变、黏度下降、紫外线吸收值增加
    • 增色效应
    • 解链温度（Tm）
      • DNA解链过程中，紫外光吸收值达到最大变化值50%时的温度
      • 与DNA链长、GC含量、离子浓度大小有关
        • G+C含量越高，解链温度就越高
  • 变性的核酸可以复性或形成杂交双链
  • 核酸分子杂交应用
    • PCR扩增技术
    • 基因芯片
    • 斑点印记
• RNA的空间结构和功能
  • 分类
    • 编码RNA
      • mRNA
    • 非编码RNA
      • 组成性非编码RNA
        • tRNA、rRNA
      • 调控性非编码RNA
        • 短链非编码RNA、长链非编码RNA
  • 信使RNA（mRNA）
    • 特点
      • 蛋白质生物合成的模板
      • 初级产物为核不均一RNA(hnRNA)
      • 仅占细胞RNA总重量的2~5%，丰度最小
      • 种类最多
      • 大小、稳定性差异巨大
    • 5'-帽结构
    • 3'-多聚A尾
    • 1.mRNA由核内向胞质转移 2.维持mRNA的稳定性 3.翻译起始的调控
    • hnRNA
      • 外显子、内含子
      • 外显子是编码氨基酸的序列、内含子是非编码序列
      • 经剪切和加工后，剔除内含子，连接外显子，加尾加帽成为成熟mRNA
    • mRNA碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列
  • 转运RNA（tRNA）
    • 特点
      • 氨基酸的载体，参与多肽链合成
      • 约占RNA总量的15%
      • 100多种tRNA
      • 长度为70~95 nt
      • 结构非常稳定
    • tRNA含有多种稀有碱基
    • 具有特定的空间结构
      • 二级结构似三叶草形状
      • DHU环、TΨC环、反密码子环
      • 氨基酸接纳臂
      • 三级结构：倒“L”型
        • 三级结构维持：某些碱基间 的特殊氢键、碱基堆积力
    • 3'-末端为CCA结尾
    • tRNA的反密码子能够识别mRNA的密码子
  • 核糖体RNA（rRNA）
    • 特点
      • 与核糖体蛋白共同组成了蛋白质生物合成的场所
      • 细胞内含量最多的RNA:80%
      • 稳定的结构
      • 保守的核苷酸序列
    • 核糖体分子组成
      • 原核生物：16S、23S、5S
      • 真核生物：18S、28S、5.85S、5S
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