核酸的结构和功能思维导图

这是一篇关于核酸的结构和功能的思维导图。该思维导图归纳总结了关于核算的结构和功能的基本知识点，比较系统全面。

核酸的结构和功能

• RNA的空间结构与功能
  • 概况
    • RNA通常以单链形式存在，可形成局部双螺旋
    • RNA分子种类较多，分子大小变化大，功能多样化
    • 主要有mRNA、rRNA、tRNA、HnRNA、SnRNA、SnoRNA、ScRNA等
  • mRNA是蛋白质合成的模板
    • mRNA
      • 局部可形成双螺旋结构
      • 在真核生物中的初级产物称为hnRNA
      • 丰度最小、种类最多、寿命相差最大
    • mRNA 5'-端帽子结构
      • 反式7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷
      • 帽结合蛋白，维持mRNA稳定性，协同mRNA从胞核到胞质的转运，促进核糖体与翻译起始因子的结合
    • mRNA 3'-端polyA结构
      • 多聚腺苷酸尾或多聚(A)尾
      • 3'-多聚(A)尾结构和5'-帽结构共同负责mRNA从胞核向胞质的转运，维持mRNA的稳定性以及翻译起始的调控
    • mRNA的功能
      • mRNA分子中带有遗传密码，其功能是为蛋白质的合成提供模板
      • 遗传密码
        • mRNA 分子中每三个相邻的核苷酸组成一组,在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸,这种核苷酸三联体称为遗传密码
      • 开放阅读框
        • 从mRNA5端起始密码子 AUG 到3’端终止密码子之间的核苷酸序列,各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链,称为开放阅读框(ORF)
  • tRNA是蛋白质合成的氨基酸载体
    • tRNA
      • 稀有碱基最多的RNA，达20%
      • 保守性最强的RNA
      • 局部可形成双螺旋结构
    • tRNA的二级结构
      • 三叶草结构：氨基酸臂、DHU臂、反密码臂、可变臂、TψC臂
    • tRNA的三级结构
  • 以rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所
    • rRNA
      • 含量最多的RNA，占80%
      • 与蛋白质一起构成核糖体
    • 核糖体的组成
    • rRNA的二级结构
      • 茎环结构
  • 其他非编码RNA参与基因表达的调控
    • 长链非编码RNA（IncRNA）、短链非编码RNA（sncRNA）、环状RNA（circular RNA）
    • 指存在于细胞内不同部位的一类不编码蛋白质但具有重要生物学功能的RNA
    • 功能：转运调控、RNA剪切和修饰、翻译、蛋白质的稳定和转运、染色体的形成和结构的稳定
• 核酸的理化性质
  • 核酸分子具有强烈的紫外吸收
    • 核酸具有酸性；粘度大；能吸收紫外光，中性条件下，最大吸收峰为260nm
    • 用紫外分光光度法测定核酸含量
  • DNA变性是双链解离为单链的过程
    • 定义：在理化因素作用下, DNA 双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链,从而导致 DNA 的理化性质及生物学性质发生改变,这种现象称为 DNA 的变性(denaturation)
    • 因素：高温、强酸、强碱、有机溶剂等
    • DNA变性后的性质改变
      • 增色效应：指DNA变性后对260nm紫外光的光吸收度增加的现象
      • 旋光性下降
      • 粘度降低
      • 生物学功能丧失或改变
    • DNA的变性温度
      • 加热 DNA 溶液,使其对260nm紫外光的吸收度突然增加,达到其最大值一半时的温度,就是 DNA 的解链温度(熔解温度, melting temperature , Tm )
      • Tm 的高低与 DNA 分子中 G + C 的含量及 DNA 长短有关, G + C 的含量越高,则 Tm 越高
  • 变性的核酸可以复性或形成杂交双链
    • 将热变性后的 DNA 溶液缓慢冷却,在低于变性温度约25~30C的条件下保温一段时间(退火 annealing ),则变性的两条单链 DNA 可以重新互补而形成原来的双螺旋结构并恢复原有的性质
    • DNA的复性
      • 将变性 DNA 经退火处理,使其重新形成双螺旋结构的过程
    • 核酸的分子杂交
      • 两条来源不同的单链核酸( DNA 或 RNA ),只要它们有大致相同的互补碱基顺序,经退火处理即可复性,形成新的杂种双螺旋
      • 核酸杂交可以是DNA-DNA，也可以是DNA-RNA
      • 不同来源的，具有大致相同互补碱基顺序的核酸片段称为同源序列
      • 功能：可以确定或寻找不同物种中具有同源顺序的DNA或RNA片段
      • 原为杂交、斑点杂交、Southern杂交、Northern杂交
• DNA的空间结构与功能
  • DNA的二级结构
    • 发现
      • DNA碱基组成有物种差异
      • 相同物种，不同组织器官碱基组成相同
      • A=T、C=G、A+G=T+C
    • DNA的双螺旋结构
      • 可分为A、B、C、D、Z型，除Z型为左手双螺旋，其余为右手双螺旋
      • 稳定性
        • 碱基互补配对：A和T形成两对氢键，C和G形成三对氢键
        • 碱基堆积力：相邻的两个碱基对平面彼此重叠，由此产生疏水性的碱基堆积力
      • B型双螺旋DNA结构特点
        • 为右手、反平行双螺旋
        • 主链位于螺旋外侧,碱基位内侧
        • 两条链间存在碱基互补: A 与 T 或 G 与 C 配对形成氢键,称为碱基互补原则( A 与 T 为两个氢键, G 与 C 为三个氢键)
        • 螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力
        • 螺旋的螺距为3.54nm, 直径为2.37nm
  • DNA的高级结构
    • 超螺旋结构：DNA双螺旋链再盘绕
    • 正超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方向相同
    • 负超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
    • 核小体
      • 在真核生物中,双螺旋的 DNA 分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕,从而形成特殊的串珠状结构
  • DNA的功能
    • DNA是主要的遗传物质
    • 作为遗传信息的载体，为生物遗传信息复制以及基因信息的转录提供模板
• 核酸的化学组成以及一级结构
  • 核苷酸和脱氧核苷酸是核酸基本组成单位
    • 碱基
      • DNA：A、G、C、T
      • RNA：A、G、C、U
    • 核糖
      • DNA：脱氧核糖
      • RNA：核糖
      • 核糖碳原子以C-1'、···、C-5'表示。脱氧核糖的化学稳定性优于核糖
    • 核苷
      • 碱基与核糖的缩合反应产物
      • 核糖的C-1'原子和嘌呤的N-9原子或者嘧啶的N-1原子缩合形成β-N-糖苷键
    • 核苷酸
      • 核苷或脱氧核苷C-5'上的羟基可以与磷酸反应，脱水形成一个磷酯键，生成核苷酸
      • 根据磷酸基团的数量
        • 核苷一磷酸（NMP）
        • 核苷二磷酸（NDP）
        • 核苷三磷酸（NTP）
      • 核苷二磷酸和核苷三磷酸为高能有机磷酸化合物
      • 环腺苷酸（cAMP）、环鸟苷酸（cGMP）：细胞信号转导过程中的第二信使
  • DNA分子
    • DNA是脱氧核糖核苷算通过3'，5'-磷酸二酯键聚合形成的线性大分子（共价连接）
    • 链分为5'-端和3'-端，DNA链的方向为5'→3'
    • DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP、dTMP四种脱氧核糖核苷酸组成
  • RNA分子
    • RNA是脱氧核糖核苷算通过3'，5'-磷酸二酯键聚合形成的线性大分子（共价连接）
    • 链分为5'-端和3'-端，RNA链的方向为5'→3'
    • RNA分子主要由AMP、GMP、CMP、UMP四种核糖核苷酸组成
  • 核酸的一级结构
    • 核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序，也就是它的碱基序列
    • 长度短于50个核苷酸的核酸片段常被称为寡核苷酸
    • DNA两条链反向平行。题目中未标出5'-端和3'-端时，默认左为5'-端
• 核酸：是存在于细胞中的一类大分子酸性物质，包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）两大类