导图社区 生物化学第二章 核酸的结构与功能
生物化学第二章 核酸的结构与功能思维导图 介绍了核酸的化学组成及一级结构，DNA的空间结构与功能，RNA的结构与功能，核算的理化性质等相关知识点
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第二章 核酸的结构与功能
核酸
定义：是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息
分类（根据所含戊糖不同）
脱氧核糖核酸DNA
分布于细胞核和线粒体
携带遗传物质，并通过复制传递给下一代
核糖核酸RNA
分布于细胞核，细胞质，线粒体
是DNA转录的产物，参与遗传信息的复制与表达。某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体
核酸的化学组成及一级结构
核酸组成
核酸（DNA和RNA）
核苷酸
磷酸
核苷和脱氧核苷
戊糖
核糖R
脱氧核糖dR
碱基（含氮的杂环化合物）
嘌呤
腺嘌呤A
鸟嘌呤G
存在于DNA和RNA中
嘧啶
胞嘧啶C
尿嘧啶U
仅存在于RNA中
胸腺嘧啶T
仅存在于DNA中
核苷酸和脱氧核苷酸是构成核酸的基本组成单位
碱基
AGCT是构成DNA的碱基，AGCU是构成RNA的碱基
核苷
是碱基与核糖的缩合反应的产物
核糖的C-1'原子和嘌呤的N-9原子或者嘧啶的N-1原子通过缩合反应形成了β-N-糖苷键
核苷或脱氧核苷与磷酸反应，生成核苷酸NMP，或脱氧核苷酸dNMP
分类（根据连接的磷酸数目）
核苷一磷酸NMP
核苷二磷酸NDP
核苷三磷酸NTP
磷原子分别命名为α，β，γ磷原子
核苷酸衍生物
环化核苷酸：cAMP cGMP,是细胞信号转导的第二信使，具有调控基因表达的作用
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
3'的羟基与5'的α-磷酸缩合形成磷酸二酯键
多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸，即DNA链
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
核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序
核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列，（5'开始）
DNA的空间结构与功能
DNA的二级结构是双螺旋结构
ØChargaff 规则
不同生物种属的DNA的碱基组成不同
同一个体的不同器官或组织的DNA碱基组成相同。
[A] = [T]，[G] = [C]
DNA双螺旋结构模型的要点
DNA由2条多聚脱氧核苷酸链组成
反向平行 右手螺旋——两右平反
DNA的两条脱氧多聚核苷酸链之间形成了互补碱基对
Ø碱基配对关系称为互补碱基对
ØDNA的两条链则互为互补链
碱基对平面与螺旋轴垂直
两条多聚脱氧核苷酸链的亲水性骨架将互补碱基对包埋在DNA双螺旋结构的内部
亲水性骨架位于双螺旋结构的外侧，疏水的碱基位于内侧
Ø双螺旋结构的表面形成了一个大沟和一个小沟。
两个碱基对平面重叠产生了碱基堆积作用
碱基堆积力和互补碱基对的氢键共同维系着DNA结构的稳定
真核生物DNA被逐级有序地组装成高级结构
DNA以松散的染色质形式（串珠样）存在，在细胞分裂期，则形成高度致密的染色体
核小体基本组成单位是核小体
DNA是主要的遗传物质
生物体的遗传信息是以基因的形式存在
基因是指DNA分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能
核酸的理化性质
酸碱及溶解度性质
多元酸，具有较强的酸性
高分子性质
粘度：DNA>RNA dsDNA > ssDNA（单链＞双链
核酸具有强烈的紫外吸收
核酸在波长 260nm 处有强烈的吸收，是由碱基的共轭双键所决定的
Ø确定样品中核酸的纯度
纯 DNA: A260/A280 = 1.8 纯 RNA: A260/A280 = 2.0
DNA变性是一条DNA双链解离为两条DNA单链的过程
本质：互补碱基之间的氢键断裂
nDNA解链曲线及增色效应
增色效应：在解链过程中，有更多包埋在双螺旋结构内部的碱基得以暴露，因此含有DNA的溶液在260nm处的吸光度随之增加
解链过程中，紫外吸光度的变化达到最大变化值的一半时所对应的温度即解链温度
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
复性
定义：当变性条件缓慢地除去后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，
例如：退火：热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性的这一过程
减色效应
核酸分子杂交
杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成，也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成
应用
研究DNA分子中某一种基因的位置
监定两种核酸分子间的序列相似性
检测某些专一序列在待检样品中存在与否
RNA的结构与功能
RNA
分类
编码RNA（能够指导合成蛋白质）
仅有信使RNA（mRNA）
非编码RNA（不编码蛋白质）
组成性非编码RNA
转运RNA（tRNA）
核糖体RNA (rRNA)
端粒RNA
信号识别颗粒RNA
确保实现基本生物学功能
调控性非编码RNA
在基因表达过程中发挥调控作用
以单链的形式存在 ，比DNA小的多， 表现出多样性
mRNA是蛋白质合成中的模板
信使RNA（mRNA）
不均一核RNA(hnRNA)经过剪切后成为成熟mRNA
在核内以DNA为模板的合成产物，然后转移至细胞质内
真核生物mRNA的5‘-端有特殊帽结构
帽子结构 7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷
mRNA的帽结构可以与帽结合蛋白结合。保证了mRNA从细胞核向细胞质转运、结合及稳定
原核生物没有5'-帽结构
真核生物和有些原核生物mRNA的3¢ -端有多聚腺苷酸尾的结构
n帽子结构和多聚A尾的功能
mRNA核内向胞质的转位
mRNA的稳定性维系
翻译起始的调控
mRNA成熟过程
不均一核RNA(hnRNA)含有内含子和外显子
外显子是氨基酸的编码序列，而内含子是非编码序列
mRNA的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列
从成熟mRNA的5'帽结构到核苷酸序列中的的第一个AUG（起始密码子）之间的核苷酸序列组成一个遗传密码子
AUG被称为起始密码子；决定肽链终止的密码子则称为终止密码子
从AUG 开始，每三个核苷酸为一组编码了一个氨基酸，称为三联体密码
成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成
tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体（适配器）
ØtRNA占细胞总RNA的15%
具有很好的稳定性。
tRNA含有多种稀有碱基
双氢尿嘧啶（DHU）
tRNA具有特定的空间结构
二级结构：三叶草形
Ø氨基酸臂
ØDHU环
Ø反密码子环
三级结构：倒L形结构
tRNA的3¢-末端连接着氨基酸
3¢-末端都是以CCA结尾
tRNA的反密码子识别mRNA的密码子
反密码子环上有一个由三个核苷酸构成的反密码子
反密码子依照碱基互补的原则识别mRNA上的密码子
例题：反密码子UAG识别mRNA上的密码子是 CUA
以rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成的场所（装配机 ）
核蛋白体RNA(rRNA)是细胞内含量最多的RNA
rRNA与核蛋白体蛋白结合组成核蛋白体，为蛋白质的合成提供场所
