核酸的结构与功能

这是一篇关于核酸的结构与功能的思维导图，主要内容有核酸的化学组成以及—级结构、DNA的空间结构与功能、RNA的空间结构与功能、核酸的理化性质。

核酸的结构与功能

• 核酸的化学组成以及一级结构
  • 核酸的基本组成单位
    • 核苷酸
      • 核苷或脱氧核苷C-5'原子上的羟基与磷酸反应，脱水后形成一个磷脂键，生成核苷酸或脱氧核苷酸
      • 磷酸
      • 核苷
        • 碱基
          • 嘌呤
            • 腺嘌呤A
            • 鸟嘌呤G
          • 嘧啶
            • 尿嘧啶U
            • 胸腺嘧啶T
            • 胞嘧啶C
        • 戊糖（五碳糖）
          • 核糖有β-D-核糖和β-D-2‘-脱氧核糖之分。差别在于C-2’原子所连接的基团
          • 核糖
          • 脱氧核糖
        • 通过糖苷键形成核苷
      • 以磷酸脂键形成核苷酸
  • 核酸的一级结构
    • 为(脱氧)核苷酸从5'-端到3'-端的排列顺序，即核酸的碱基顺序
      • DNA是具有3',5'-磷酸二酯键的线性大分子
        • 脱氧核糖核苷酸链的3'-羟基与另一个游离的脱氧核苷三磷酸5'的α-磷酸基团发生缩合反应形成磷酸二酯键
        • 多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了有方向的线性分子——DNA链
        • DNA链的方向是5'→3'
        • 主链与侧链
          • 主链：磷酸-戊糖交替排列
          • 侧链：碱基
      • RNA是具有3',5'-磷酸二酯键的线性大分子
• DNA的空间结构与功能
  • DNA的二级结构是双螺旋结构
    • DNA双螺旋结构模型的要点
      • DNA由两条多聚脱氧核苷酸链组成
        • 右手螺旋结构
        • 两条链反向平行
        • 直径——2.37nm
        • 螺距——3.54nm
      • DNA的两条多聚脱氧核苷酸链之间形成了互补碱基对
        • 互补碱基对
          • A-T形成两对氢键
          • G-C形成三对氢键
          • 每一个螺旋有10.5个碱基对
        • 互补链
          • DNA的两条链
      • 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双螺旋结构内部
      • 两个碱基对平面重叠产生了碱基堆积作用
        • 碱基堆积作用和氢键维持DNA双螺旋结构的稳定
    • DNA双螺旋结构的多样性
    • DNA的多链结构
  • DNA双链经过盘绕折叠形成致密的高级结构
  • DNA是主要的遗传物质
• RNA的空间结构与功能
  • mRNA是蛋白质生物合成的模板
    • 真核细胞mRNA的5'-端有帽结构
      • 概述
        • 真核细胞mRNA的5'-端有一个反式7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷的起始结构
      • 作用
        • 5'-帽结构可以和帽结合蛋白CBP形成复合体，游离维持mRNA的稳定性
        • 协同mRNA转运
        • 促进核糖体和翻译起始因子的结合
    • 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
      • 概念
        • 真核生物mRNA的3'-端是一段由80~250个腺苷酸连接而成的多聚腺苷酸结构，称为多聚腺苷酸尾或多聚（A）尾结构。
        • 多聚（A）尾结构是在 mRNA转录完成后加入，催化酶为多聚腺苷酸聚合酶
      • 作用
        • 3'-多聚（A）尾结构和5'-帽结构共同作用
          • mRNA从细胞核向细胞质的转运
          • 维持mRNA的稳定性
          • 翻译起始的调控
    • 真核生物细胞核内的hnRNA经过一系列的修饰和剪接成为成熟的mRNA
    • mRNA的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列
  • tRNA是蛋白质合成中氨基酸的载体
    • tRNA含有多种稀有碱基
      • 双氢尿嘧啶
      • 假尿嘧啶核苷
      • 甲基化的嘌呤
    • tRNA具有特定的空间结构
      • 二级结构：三叶草
      • 三级结构
        • 碱基之间特殊氢键
        • 碱基堆积力
    • tRNA的3'-端连着氨基酸
      • 酰胺-tRNA合成酶将氨基酸通过酯键连接在腺嘌呤A的C-3'原子上，生成酰胺-tRNA.tRNA成为了氨基酸的载体
      • 连接在tRNA上的氨基酸才可以参与蛋白质合成
      • tRNA携带的氨基酸种类是由tRNA的反密码子决定的
      • 密码子的简并性
    • tRNA的反密码子能识别mRNA密码子
      • tRNA——反密码子
      • mRNA——密码子
  • 以rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成场所
    • rRNA与核糖体蛋白共同构成核糖体。为蛋白质合成提供场所。
  • 组成性非编码RNA是保障遗传信息传递的关键因子
    • 催化小RNA——核酶
      • 催化特定RNA降解的活性
    • 核仁小RNA——snoRNA
      • 参与rRNA加工
    • 核小RNA——snRNA
      • 参与真核细胞mRNA的成熟。识别hnRNA上外显子和内含子的接点，切除内含子。
    • 胞质小RNA——scRNA
      • 与蛋白质结合形成复合体发挥功能
  • 调控性非编码RNA参与了基因表达调控
• 核酸的理化性质
  • 具有强烈的紫外吸收
  • DNA变性是一条DNA双链解离为两条DNA单链的过程
    • DNA变性
      • 概念
        • 断裂DNA双链互补碱基对之间的氢键以及破坏碱基堆积力，使一条DNA双链解离成为两条单链
      • 变性因素
        • 某些极端理化条件
          • 温度
          • pH
          • 离子强度
      • 变性的实质
        • 破坏了DNA的空间结构，没有改变DNA的核苷酸序列
    • 增色效应
      • DNA解链过程中，包埋在双螺旋结构内部的碱基得以暴露，含DNA的溶液在260nm处的吸光度随之增加。
        • 检测DNA在260nm吸光度变化是判断DNA双链是否发生变性的常用方法
    • 解链温度
      • 概念
        • 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Tm.
      • DNA的Tm值与DNA长短以及碱基的GC含量相关
        • GC的含量越高，Tm值越高
        • 离子强度越高，Tm值也越高
  • 变性的核酸可以复性或形成杂交双链
    • 复性
      • 概念
        • 把变性条件缓慢地除去后，两条解离的DNA互补链可重新互补配对形成DNA双链，恢复到原来双螺旋结构
      • 举例
        • 退火
          • 热变性的DNA经缓慢冷却后可以复性
        • 但是
          • 将热变性的DNA迅速冷却至4℃，两条解离的互补链还来不及形成双链，不能发生复性
            • 此特性被用来保持解链后的DNA单链处在变性状态
    • 核酸分子杂交
      • 概念
        • 存在碱基互补配对关系的两种核酸单链（2DNA，2RNA，1DNA+1RNA），它们有可能形成杂化双链
      • 应用
        • 亲子鉴定、核酸检测方法等
• 核苷三磷酸ATP和GTP可环化形成环腺苷酸cAMP和环鸟甘酸cGMP，它们是信号转导过程的第二信使，具有调控基因表达作用
  • 一些分子辅酶结构中也有腺苷酸，如辅酶Ⅰ：NAD+、辅酶Ⅱ：NADP+、黄素腺嘌呤二核苷酸：FAD、辅酶A：CoA.