核酸化学

这是一篇关于核酸化学的思维导图，包括核酸化学概述、核酸理化性质、核酸的发现、核酸元素组成等内容。

核酸化学

• 核酸的概念和重要性
  • 除少数病毒（RNA病毒）以RNA作为遗传物质外，多数有机体除外的遗传物质是DNA
  • 不同有机体遗传物质（信息分子）的结构差别，使得其所含蛋白质（表现分子）的种类和数量有所差别，有机体表现出不同的形态结构和代谢类型。
  • RNA的主要作用是从DNA转录遗传信息，并指导蛋白质的合成
• 核酸的组成成分
  • 各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和DNA合成的直接原料
  • 在体内能量代谢中的作用：ATP——能量的“货币“、UTP——参加糖的互相转化与合成、CTP——参加磷脂的合成、GTP——参加蛋白质和嘌呤的合成
  • 第二信使——cAMP
• DNA的结构
  • 一级结构：因为DNA的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有所区别，所以脱氧核苷酸的序列被认为是碱基序列，通常碱基序列由DNA链的5'——3'方向写。DNA中有4种类型的核苷酸，由n个核苷酸组成的DNA链中可能有不同序列总数为4n.
  • 双螺旋结构
    • 结构模型：①两条多核苷酸链反向平行，②碱基内侧，A与T、G与C配对，分别形成3和2个氢键，③双螺旋每转一周由10个bp,螺距3.4nm,直径2nm。
    • 稳定因素：①氢键；②碱基堆积力；③离子键
    • 构象类型:B-DNA、A-DNA、Z-DNA、C-DNA、D-DNA
• DNA和基因组
  • 基因是DNA片段的核苷酸序列，DNA分子中最小的功能单位。
  • 原核生物基因组的特点: 1.DNA大部分为结构基因，每个基因出现频率低。 2.功能相关基因串联在一起，并转录在同一mRNA中(多顺反子)。 3.有基因重叠现象。
  • 真核生物基因组的特点：①重复序列，②有断裂基因
• 核酸的生物学功能和实践意义
  • 核酸是基本遗传物质，在蛋白质的生物合成上又占有重要位置，因而在个体的生长、生殖、遗传、变异和转化等一系列生命现象中起决定性作用。
    • (一)核酸与遗传信息的传递 1.DNA是基本遗传物质 有了一定结构的DNA，才能产生一定结构的蛋白质由一定结构的蛋白质才有一定形态和生理特征，所以根据DNA的特定遗传密码产生的蛋白质就代表特定生物的遗传性。在遗传过程中DNA的具体作用:(1)在细胞分裂时按照自己的结构精确复制传给后代;(2)作为模板将所贮遗传信息传给mRNA。 2.RNA在传递遗传信息上的作用 mRNA是蛋白质合成的模板;tRNA识别mRNA上的遗传密码，转运特定氨基酸到核糖体上合成肽链;rRNA是核糖体的主要成分，是翻译工作的场所。
    • (二)核酸与蛋白质的生物合成 DNA转录为mRNA是有选择的，tRNA和rRNA也是DNA的转录产物。
    • (三)核酸结构改变与生物变异 一切生物的变异和进化都可以说是由于DNA的结构改变而引起蛋白质改变的结果。
    • (四)DNA与细菌转化 一种细菌的遗传性状因吸收了另一种细菌的DNA而发生改变的现象，称为细菌的转化。
    • (五)核酸与病变 遗传性疾病是由于遗传缺陷而产生的，也就是DNA结构改变的结果。镰刀型红细胞贫血和白化病(albinism)。病毒对活细胞的侵染是寄主发生疾病，主要是由于核酸的的作用。流感、肝炎、带状疱疹、脊髓灰质炎、白血病、烟草斑纹病。
    • (六)遗传工程 遗传工程是用人工方法改组DNA，从而培育新型生物品种的技术。 实验室中将细菌作材料研究遗传工程过程可分为:(1)重组DNA分子(基因重组):(2)将重组DNA引入受体细胞(转化或转导)。 有利:(1)有可能培育出高产抗病、耐旱、耐寒、耐盐碱的优良性能的动植物新品种:(2)改良微生物品种使产生人工难以制得的生物活性物质如胰岛素、干扰素等;(3)解决某些疾病病因和控制这些疾病。 不利:引起某些疾病的广泛流行和使某些细菌失去对抗菌素的敏感性，或者使某些酶或激素失去应有的生物活性等。
    • (七)克隆与克隆化 由单一亲代细胞用无性繁殖产生的子代细胞称克隆，形成克隆的过程称克隆化。
• 核酸的序列测定
  • 采用Sanger的酶法和Gilbert的化学法
• 核酸的性质
  • 理化性质： 1.为两性电解质，通常表现为酸性。 2DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，不溶于有机溶剂。 3DNA溶液的粘度极高，而RNA溶液要小得多。 4RNA能在室温条件下被稀碱水解而DNA对碱稳定。 5.利用核糖和脱氧核糖不同的显色反应鉴定DNA与RNA
  • 紫外吸收性质：核酸的碱基具有共扼双键，因而有紫外吸收性质，吸收峰在260nm(蛋白质的紫外吸收峰在280nm)。核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少30~40%，当核酸变性或降解时光吸收值显著增加(增色效应)，但核酸复性后，光吸收值又回复到原有水平(减色效应)。
  • 结构的稳定性：1.碱基对间的氢键;2.碱基堆积力;3.环境中的正离子。
  • 变性 :双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏， 形成单链无规线团状，只涉及次级键的
  • 核酸的复性(退火):变性核酸的互补链在适当条 件下重新缔合成双螺旋的过程，
    • 影响复性速度的因素: (1)单链片段浓度(2)单链片段的大小 (3)片段内重复序列的多少(4)溶液离子强度的大小 (5)溶液温度的高低 (T-25°℃)
  • 分子杂交 :在退火条件下，不同来源的DNA互补区 形成氢键，或DNA单链和RNA链的互补区形成DNA-RNA杂合双链的过程。 探针:用放射性同位素或荧光标记的DNA或RNA片段。 原位杂交技术:直接用探针与菌落或组织细胞中的核酸杂交，未改变核酸所在的位置。 点杂交:将核酸直接点在膜上，再与核酸杂交。 Southern印迹法:将电泳分离后的DNA片段从凝胶转移到硝酸纤维素膜上，再进行杂交。 Northern印迹法:将电泳分离后的RNA吸印到纤维素膜上再进行分子杂交。
• RNA的结构和功能
  • tRNA约占RNA总量的15%，主要作用是转运氨基酸用于合成蛋白质。 主要特征:1.四臂四环;2.氨基酸臂3'端有CCAOH的共有结构:3.D环上有二氢尿嘧啶(D);4.反密码环上的反密码子与mRNA相互作用:5.可变环上的核苷酸数目可以变动;6.TuC环含有T和u;7.含有修饰碱基和不变核苷酸。
  • rRNA：占细胞RNA总量的80%，与蛋白质（40%）共同组成核糖体
  • mRNA约占细胞RNA总量的3~5%，是蛋白质合成的模板。 真核生物mRNA的前体在核内合成，包括整个基因的内含子和外显子的转录产物，形成分子大小极不均匀的hnRNA。
  • snRNA主要存于细胞核中，占细胞RNA总量的0.1~1%，与蛋白质以RNP(核糖核酸蛋白)的形式存在，在hnRNA和 rRNA的加工、细胞分裂和分化、协助细胞内物质运输、构成染色质等方面有重要作用。 asRNA可通过互补序列与特定的mRNA结合，抑制mRNA的翻译，还可抑制DNA的复制和转录。
  • 大部分核酶参加RNA的加工和成熟，也有催化C-N键的合成。23SrRNA具肽酰转移酶活性。 RNA在DNA复制、转录、翻译中均有一定的调控作用，与某写物质的运输与定位有关。
• RNA分子是含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链