核酸化学

核酸化学思维导图，主要包括核酸分子的组成、核酸的分子结构、核酸的理化性质三部分内容，适合考前记忆和建立体系思维。

核酸化学

• 核酸的分子组成
  • 概念
    • 是生物大分子、核苷酸聚合物，细胞核的主要成分，分为核酸和脱氧核酸
  • 核酸的基本结构
    • 核酸的元素组成
      • C、H、O、N、P，P为特征元素
    • 核苷和核苷酸
      • 核苷：含氮碱基与核糖通过糖苷键连接形成核苷
      • 核苷酸：核酸基本组成单位，由核苷与磷酸组成（碱基+戊糖、磷酸）
    • 环化核苷酸
      • cAMP,cGMP
        • 核糖3'，5'-成环
        • 功能：第二信使，激素，一些药物、神经递质通过其发挥生理作用
• 核酸的分子结构
  • 核酸的一级结构
    • 是指核酸分子和核苷酸序列，由于核酸分子中核苷酸的区别主要在于碱基，因此核苷酸序列又称为碱基序列
    • 核酸主链由磷酸和戊糖交替连接而成，侧链即碱基。核酸链有方向性，有两个不同的末端，分别为有游离磷酸基的5'端和有游离羟基的3'端。书写都从5'→3'，与其合成方向一致
  • DNA的空间结构
    • DNA的二级结构
      • Chargaff规则
        • DNA的组成有物种差异，没有组织差异，即不同物种DNA的组成不同，同一个个体不同组织DNA组成相同
        • DNA的组成不随个体年龄、营养和环境的变化而变化
        • DNA的组成存在以下物质的量关系：A=T、G=C、A+G=C+T
      • 右手螺旋结构
        • 双螺旋结构模型要点
          • 两条链反向平行，围绕同一中心轴构成右手双螺旋。螺旋直径2nm，表面有大沟和小沟
          • 磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋外侧，碱基垂直于螺旋轴而伸入内测（侧链）。每圈螺旋含10个碱基对，螺距为3.4nm
          • 两条链通过碱基之间的氢键相连，A对T有两个氢键，G对C有三个氢键，这种A-T、G-C配对的规律，称为碱基互补规则
          • 维持双螺旋稳定的因素；横向为氢键，纵向为碱基间的堆积力（疏水力和范德华力）；大沟小沟，调节关键
        • 口诀：右双螺旋，反向平行；碱基在内，主链在外；碱基互补，A=T、C=G；螺旋一圈，十对碱基；结构稳定，副键维系
      • 其他二级结构
        • A-DNA：发生体外脱水，Z-DNA：左手螺旋型
    • DNA的三级结构
      • 超螺旋结构：DNA双螺旋再盘绕即形成超螺旋结构，分为正超螺旋和反超螺旋
        • 正超螺旋
          • DNA以双螺旋方向进一步缠绕形成
          • 生理功能：DNA分子在长度上高度压缩，有利于组装
        • 反超螺旋
          • DNA以双螺旋相反方向旋转形成
          • 生理功能：超螺旋结构影响DNA的复制和转录
      • 染色体结构
        • 组成
          • DNA、RNA、组蛋白、非组蛋白，DNA为主要成分
        • 结构
          • 真核生物DNA在双螺旋的基础上经过多级压缩形成染色体结构
          • 基本结构单位：核小体。由组蛋白八聚体（核小体核心）和核小体DNA构成
  • RNA的种类和分子结构
    • mRNA
      • 在蛋白质合成中负责传递信息、直接指导蛋白质合成
      • 结构特点：有5'端加帽和3'端加尾，5'端加帽表示为 ，3'端加尾也称为poly(A)尾、多聚(A)尾
      • 结构功能：mRNA的稳定维系、mRNA核内向胞质的转位、加速翻译起始的调控
    • hnRNA
      • 真核生物蛋白基因的初级转录产物称为mRNA前体，经过加工得到成熟mRNA
    • tRNA
      • 蛋白质合成过程中负责转运氨基酸、解读mRNA遗传密码
      • 一级结构：①是含稀有碱基最多的RNA、②3'端是CCA序列（—CCA-OH）
      • 二级结构：呈三叶草形，有四臂三环
      • 三级结构：呈L形或称为倒L形
    • rRNA
      • 与核糖体蛋白形成核糖体
      • rRNA是细胞内含量最高的RNA
      • 沉降系数：原核生物核糖体70S、大亚基50S、小亚基30S，真核生物核糖体80S、大亚基60S、小亚基40S
    • 其他非编码RNA
• 核酸的理化性质
  • 核酸的一般性质
    • 胶体特性、沉降特性、黏度
  • 核酸的紫外吸收
    • 因为碱基中有共轭双键，在260mm附近存在吸收峰，所以通过比色测定可以进行核苷酸和核酸的定量分析。单链DNA紫外吸收比双链高，由此可判定DNA的变性程度
  • 核酸的变性、复性、杂交
    • 变性
      • 在一定条件下断开双链核酸碱基对氢键，可以使局部解离，甚至完全解离成单链，形成无规则线团，也可称为核算的溶解
      • 根本原因：氢键断裂
      • 增色效应：变性导致核酸的一些物理性质改变，例如黏度降低、沉降速度加快、紫外吸收增强。其中变性导致其紫外吸收增强的现象称为增色效应
      • 熔点（Tm)：又称解链温度、变性温度，使双链DNA解链度达到50%所需的温度
      • 退火：热变性的DNA经缓慢冷却，形成双链
    • 复性
      • 缓慢降低温度可以使热变性DNA复性，即重新形成互补双链结构
      • 减色效应：复性导致DNA的紫外吸收减弱，这一现象称为减色效应
    • 杂交
      • 包括DNA与DNA杂交，DNA与RNA杂交，RNA与RNA杂交。这就是核酸杂交技术的分子基础
      • 核酸杂交技术：将已知序列的单链核酸片段进行标记已便于检测，再与未知序列的待测核酸样品进行杂交，从中鉴定相同序列或同源序列