导图社区 核酸化学
- 145
- 1
- 0
- 举报
核酸化学
大学的基础生物化学课程的核酸化学详细的思维导图，主要内容有一、核酸概述与其结构单元——核苷酸二、DNA的分子结构三、RNA的分子结构与功能四、核酸的理化性质及提取分离等。
编辑于2022-11-19 21:40:00 江苏省- 核酸化学
- 相似推荐
- 大纲
核酸化学
一、 核酸概述 与其结构单元——核苷酸
引言
发展：1944年，Avery等人通过细菌转化实验证明核酸就是遗传物质→1952年，Hershey and Chase用同位素32P，35S标记实验发现进入细菌体内进行复制的是核酸而非蛋白质
***核酸的种类，分布与其功能
DNA
原核生物：核质区 真核生物：95％在细胞核，5％在线粒体和叶绿体
遗传信息的载体
RNA
原核生物：细胞质 真核生物：75％在细胞质， 15% 在线粒体和叶绿体， 10%在细胞核
tRNA
携带，转移aa
mRNA
肽链合成的模板
rRNA
核糖体主要成分
核酸的化学组成
元素组成：C,H,O,N,P，其中P的含量在核酸中相对恒定，可用于测定核酸的含量——定磷法
其基本结构单元：核苷酸（核酸是由许多核苷酸组成的长链
核苷酸的化学组成与命名
核苷酸
核苷
***戊糖（两者的不同2号C上是否有— OH)
核糖 ：
脱氧核糖：
碱基
嘌呤
嘧啶
DNA中的四种碱基：腺（Ade），鸟（Gue），胞（Cyt），胸腺（Thy）
RNA中的四种碱基 ：腺，鸟，胞，尿（Ura）
***戊糖第1位碳原子上的羟基与嘌呤的第9位氮原子或与嘧啶的第1位氮原子形成的N-C糖苷键
磷酸
游离核苷酸及其衍生物
①多磷酸化核苷酸 （能量分子）
***AMP（腺苷一磷酸）→ADP（腺苷二磷酸）→ATP（腺苷三磷酸）
②环化核苷酸（第二信使）：如：核苷酸的磷酸基团既与3'-OH又与5'-OH相连，从而形成环化的核苷酸，叫做3',5'-环核苷酸（cAMP)*** ;以及3＇，5＇－环鸟苷酸（cGMP)
③辅酶类单核核苷酸：
如：类似的辅酶有NAD+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)、NADP+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)、FMN(黄素单核苷酸)、FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)、辅酶A(CoA-SH,含腺苷－3＇，5＇－二磷酸)等***
二、 DNA的分子结构
1、DNA的一级结构
定义 ：DNA分子中各种脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序
脱氧核苷酸之间的连接方式是通过3＇，5＇－磷酸二酯键（共价键）***
DNA降解
※多聚脱氧核苷酸链的结构特点
①无分枝的长链
②具有方向性。两个末端分别为5'端和3'端；在天然DNA中，5'端常为磷酸，3'端为游离羟基
③由糖-磷酸相互间隔连接，构成主链；碱基连接在主链的核糖上，形成侧链。
其表示方法
①线条法
②文字法
※其结构分析
①1972年，Herbert Boyer限制性核酸内切酶II（PE-II）
②1975年，Sanger C “＋，-”法
③1977年，Madam Gilbert 化学定序法
G系统，PH＝8.0→脱G
A＋G系统，PH＝2.0→脱嘌呤
C系统，1.5mol／LNaCl→脱C
T＋C系统→脱嘧啶
④1977年，Sanger C ddNTP（酶）法 （双脱氧法）
2、DNA的二级结构
定义：是指DNA的双螺旋结构，双螺旋结构是DNA的两条链围着同一中心轴旋绕而成的一种空间结构
＊双螺旋结构模型提出的依据：
①DNA的碱基组成分析（Chargaff定则） ：
A＝T，G＝C
不对称比率（A＋T）／（G＋C）
A＋G／T＋C＝1 A＋T＝G＋C
亲缘越近的生物，其DNA的碱基组成越近，即不对称比率越相近
②DNA的X-射线衍射图
③DNA的碱基物化基础
※双螺旋结构模型的基本特征
① 反向平行的双链沿中心轴盘绕成右手螺旋
②双螺旋表面形成两种凹槽：较浅的叫小沟，另一条叫大沟
③ 由糖-磷酸相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧；碱基则伸向螺旋内部，与中轴垂直
④双螺旋内部的碱基按规则配对：A与T配对，形成2个氢键；G与C配对，形成3个氢键
⑤双螺旋直径为2nm，每对脱氧核苷酸残基沿纵轴旋转36°，上升0.34 nm。所以每10个碱基对形成一个螺旋，螺距3.4 nm。
⑥ 双螺旋的两条链也呈互补关系
＊DNA双螺旋结构的稳定因素
① 碱基对间形成的分子内氢键：弱键，可加热解链
②碱基堆积力
③离子键：磷酸酯键，强键，需酶促解链
DNA二级结构的多态性
B构象（右；B-DNA）：含水量90％以上，NaCl浓度为2.5 M
A构象（右） ：含水量75％
C构象
Z构象（左手螺旋）：0.7 M MgCl2
DNA的三股和四股螺旋
3、DNA的三级结构
主要形式→超螺旋
其定义
DNA超螺旋的特点：
①线状DNA分子：双螺旋与蛋白质结合后扭曲盘绕而形成螺旋的螺旋结构
②环状DNA分子 ：双螺旋扭曲而形成麻花状的超螺旋结构
超螺旋的方向分为
①正超螺旋：当螺旋旋转360⁰时，其相应碱基对数＞10，二级结构处于紧缠状态
②负超螺旋：＜10，松缠
DNA超螺旋的生物学意义
①DNA被压缩和包装，使其体积大大减小
②增加了DNA的稳定性
③可能与复制和转录的控制有关
三、 RNA的分子结构与功能
***RNA的结构特点
① 单链状，但许多区域可自身进行碱基配对，形成回折。
② 碱基配对规则：A-U，G-C，不能配对区域形成突起。
③ RNA分子比DNA分子小得多，一般含几十至几千个核苷酸。
④核苷酸之间的连结方式：3',5'-磷酸二酯键
分类
※tRNA （转移RNA）
功能：转运RNA，负责运送氨基酸
**※结构特点：数百种，分子量小，只有73-93个核苷酸组成，主要特点为含稀有核苷； 有较多的修饰成分；
***※二级结构：三叶草形
四环：D环（），反密码环，额外环，T屮C环
四臂：二氢尿嘧啶臂，反密码臂，氨基酸臂，T屮C臂
※三级结构：倒L型：（结构为行使功能提供基础）
一端是-CCA，另一端是反密码子环
※rRNA （核糖体RNA）
结构特点
①其占RNA总量的80％，种类少
***※其种类和大小
原核
70s
30s小亚基
16s
50s大亚基
23s+5s
真核
80s
40s 小亚基
18s
60s 大亚基
28s+5.8s+5s
②与蛋白质结合，组成大小亚基
③具有酶功能
④合成蛋白质的场所
⑤二级结构可形成茎环结构
mRNA （信使RNA）
***结构特点
① 含量少，单链分子大小不一，也能形成茎环结构
②mRNA是蛋白质生物合成的模板
③ 每一种蛋白质都有对应的mRNA，种类多。
***原核生物与真核生物的mRNA在结构上有所不同
原核生物：多顺反子，5＇端无帽子结构，3＇端无PolyA
真核生物：单顺反子，5＇端有一段帽子结构，3＇端有Pol yA
其他蛋白质非编码RNA分子（不参与蛋白质翻译的RNA）
①核内小分子RNA（snRNA）
②核仁小分子RNA（snoRNA）
③微RNA（miRNA）
④干扰小RNA（siRNA）
⑤piRNA
四、 核酸的理化性质及提取分离
1、一般物理性质
①形态
②溶解性
※③两性解离（两性性质）→沉淀核酸
①核酸既含有酸性基团（磷酸基），也含有碱性基团（碱基）
核酸的等电点（pI）
电泳：
2、光学性质
紫外吸收性质
嘌呤和嘧啶具有共轭双键，能强烈吸收紫外光→在260nm左右有最大吸收峰（A260）
①测定核酸的含量
※②鉴定核酸样品的纯度：A260／A280的值→纯的DNA A260／A280＝1.8 →纯的RNA ………………....＝2.0
3、核酸的变性，复性
变性
定义：其空间结构发生改变，但不涉及3＇，5＇-磷酸二酯键断裂和其一级结构的变化
增色效应：核酸变性时由于双螺旋解开，碱基外露，导致260nm紫外吸收值增加
典型的DNA变性曲线→S形
S形曲形下方平坦段表示：DNA的氢键未被破坏
***（DNA的熔点）熔解温度（Tm）：是使被测DNA的50％发生变性的温度，即增色效应达到一半的温度 →相当于吸光度增加的中点处所对应的横坐标上的温度
不同来源DNA的Tm存在差别，其原因
①DNA的均一性
②DNA的（G＋C）含量
③介质离子强度
④PH
复性 （退火）
定义：在适当的条件下，如一定的盐浓度下缓慢降温，两条互补链重新配对，全部或部分恢复到天然双螺旋结构的现象
是变性的逆转
减色效应：复性时，其溶液的DNA的紫外吸收量（A260值）减小
用以描述杂交核酸分子的形成过程
DNA复性比蛋白质复性容易→因为DNA结构单一，蛋白质空间结构复杂
五、 核酸的分析技术
1、Sanger双脱氧法
2、Maxam-Gilbert化学降解法
六、 基因与基因组
1、基因：是含特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传信息的最小功能单位，其编码产物是多肽链或RNA
2、基因组：整套DNA＝编码DNA＋非编码DNA＋线粒体DNA＋叶绿体DNA
核酸化学
一、 核酸概述 与其结构单元——核苷酸
引言
发展：1944年，Avery等人通过细菌转化实验证明核酸就是遗传物质→1952年，Hershey and Chase用同位素32P，35S标记实验发现进入细菌体内进行复制的是核酸而非蛋白质
***核酸的种类，分布与其功能
DNA
原核生物：核质区 真核生物：95％在细胞核，5％在线粒体和叶绿体
遗传信息的载体
RNA
原核生物：细胞质 真核生物：75％在细胞质， 15% 在线粒体和叶绿体， 10%在细胞核
tRNA
携带，转移aa
mRNA
肽链合成的模板
rRNA
核糖体主要成分
核酸的化学组成
元素组成：C,H,O,N,P，其中P的含量在核酸中相对恒定，可用于测定核酸的含量——定磷法
其基本结构单元：核苷酸（核酸是由许多核苷酸组成的长链
核苷酸的化学组成与命名
核苷酸
核苷
***戊糖（两者的不同2号C上是否有— OH)
核糖 ：
脱氧核糖：
碱基
嘌呤
嘧啶
DNA中的四种碱基：腺（Ade），鸟（Gue），胞（Cyt），胸腺（Thy）
RNA中的四种碱基 ：腺，鸟，胞，尿（Ura）
***戊糖第1位碳原子上的羟基与嘌呤的第9位氮原子或与嘧啶的第1位氮原子形成的N-C糖苷键
磷酸
游离核苷酸及其衍生物
①多磷酸化核苷酸 （能量分子）
***AMP（腺苷一磷酸）→ADP（腺苷二磷酸）→ATP（腺苷三磷酸）
②环化核苷酸（第二信使）：如：核苷酸的磷酸基团既与3'-OH又与5'-OH相连，从而形成环化的核苷酸，叫做3',5'-环核苷酸（cAMP)*** ;以及3＇，5＇－环鸟苷酸（cGMP)
③辅酶类单核核苷酸：
如：类似的辅酶有NAD+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)、NADP+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)、FMN(黄素单核苷酸)、FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)、辅酶A(CoA-SH,含腺苷－3＇，5＇－二磷酸)等***
二、 DNA的分子结构
1、DNA的一级结构
定义 ：DNA分子中各种脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序
脱氧核苷酸之间的连接方式是通过3＇，5＇－磷酸二酯键（共价键）***
DNA降解
※多聚脱氧核苷酸链的结构特点
①无分枝的长链
②具有方向性。两个末端分别为5'端和3'端；在天然DNA中，5'端常为磷酸，3'端为游离羟基
③由糖-磷酸相互间隔连接，构成主链；碱基连接在主链的核糖上，形成侧链。
其表示方法
①线条法
②文字法
※其结构分析
①1972年，Herbert Boyer限制性核酸内切酶II（PE-II）
②1975年，Sanger C “＋，-”法
③1977年，Madam Gilbert 化学定序法
G系统，PH＝8.0→脱G
A＋G系统，PH＝2.0→脱嘌呤
C系统，1.5mol／LNaCl→脱C
T＋C系统→脱嘧啶
④1977年，Sanger C ddNTP（酶）法 （双脱氧法）
2、DNA的二级结构
定义：是指DNA的双螺旋结构，双螺旋结构是DNA的两条链围着同一中心轴旋绕而成的一种空间结构
＊双螺旋结构模型提出的依据：
①DNA的碱基组成分析（Chargaff定则） ：
A＝T，G＝C
不对称比率（A＋T）／（G＋C）
A＋G／T＋C＝1 A＋T＝G＋C
亲缘越近的生物，其DNA的碱基组成越近，即不对称比率越相近
②DNA的X-射线衍射图
③DNA的碱基物化基础
※双螺旋结构模型的基本特征
① 反向平行的双链沿中心轴盘绕成右手螺旋
②双螺旋表面形成两种凹槽：较浅的叫小沟，另一条叫大沟
③ 由糖-磷酸相互间隔连接构成的主链处于螺旋外侧；碱基则伸向螺旋内部，与中轴垂直
④双螺旋内部的碱基按规则配对：A与T配对，形成2个氢键；G与C配对，形成3个氢键
⑤双螺旋直径为2nm，每对脱氧核苷酸残基沿纵轴旋转36°，上升0.34 nm。所以每10个碱基对形成一个螺旋，螺距3.4 nm。
⑥ 双螺旋的两条链也呈互补关系
＊DNA双螺旋结构的稳定因素
① 碱基对间形成的分子内氢键：弱键，可加热解链
②碱基堆积力
③离子键：磷酸酯键，强键，需酶促解链
DNA二级结构的多态性
B构象（右；B-DNA）：含水量90％以上，NaCl浓度为2.5 M
A构象（右） ：含水量75％
C构象
Z构象（左手螺旋）：0.7 M MgCl2
DNA的三股和四股螺旋
3、DNA的三级结构
主要形式→超螺旋
其定义
DNA超螺旋的特点：
①线状DNA分子：双螺旋与蛋白质结合后扭曲盘绕而形成螺旋的螺旋结构
②环状DNA分子 ：双螺旋扭曲而形成麻花状的超螺旋结构
超螺旋的方向分为
①正超螺旋：当螺旋旋转360⁰时，其相应碱基对数＞10，二级结构处于紧缠状态
②负超螺旋：＜10，松缠
DNA超螺旋的生物学意义
①DNA被压缩和包装，使其体积大大减小
②增加了DNA的稳定性
③可能与复制和转录的控制有关
三、 RNA的分子结构与功能
***RNA的结构特点
① 单链状，但许多区域可自身进行碱基配对，形成回折。
② 碱基配对规则：A-U，G-C，不能配对区域形成突起。
③ RNA分子比DNA分子小得多，一般含几十至几千个核苷酸。
④核苷酸之间的连结方式：3',5'-磷酸二酯键
分类
※tRNA （转移RNA）
功能：转运RNA，负责运送氨基酸
**※结构特点：数百种，分子量小，只有73-93个核苷酸组成，主要特点为含稀有核苷； 有较多的修饰成分；
***※二级结构：三叶草形
四环：D环（），反密码环，额外环，T屮C环
四臂：二氢尿嘧啶臂，反密码臂，氨基酸臂，T屮C臂
※三级结构：倒L型：（结构为行使功能提供基础）
一端是-CCA，另一端是反密码子环
※rRNA （核糖体RNA）
结构特点
①其占RNA总量的80％，种类少
***※其种类和大小
原核
70s
30s小亚基
16s
50s大亚基
23s+5s
真核
80s
40s 小亚基
18s
60s 大亚基
28s+5.8s+5s
②与蛋白质结合，组成大小亚基
③具有酶功能
④合成蛋白质的场所
⑤二级结构可形成茎环结构
mRNA （信使RNA）
***结构特点
① 含量少，单链分子大小不一，也能形成茎环结构
②mRNA是蛋白质生物合成的模板
③ 每一种蛋白质都有对应的mRNA，种类多。
***原核生物与真核生物的mRNA在结构上有所不同
原核生物：多顺反子，5＇端无帽子结构，3＇端无PolyA
真核生物：单顺反子，5＇端有一段帽子结构，3＇端有Pol yA
其他蛋白质非编码RNA分子（不参与蛋白质翻译的RNA）
①核内小分子RNA（snRNA）
②核仁小分子RNA（snoRNA）
③微RNA（miRNA）
④干扰小RNA（siRNA）
⑤piRNA
四、 核酸的理化性质及提取分离
1、一般物理性质
①形态
②溶解性
※③两性解离（两性性质）→沉淀核酸
①核酸既含有酸性基团（磷酸基），也含有碱性基团（碱基）
核酸的等电点（pI）
电泳：
2、光学性质
紫外吸收性质
嘌呤和嘧啶具有共轭双键，能强烈吸收紫外光→在260nm左右有最大吸收峰（A260）
①测定核酸的含量
※②鉴定核酸样品的纯度：A260／A280的值→纯的DNA A260／A280＝1.8 →纯的RNA ………………....＝2.0
3、核酸的变性，复性
变性
定义：其空间结构发生改变，但不涉及3＇，5＇-磷酸二酯键断裂和其一级结构的变化
增色效应：核酸变性时由于双螺旋解开，碱基外露，导致260nm紫外吸收值增加
典型的DNA变性曲线→S形
S形曲形下方平坦段表示：DNA的氢键未被破坏
***（DNA的熔点）熔解温度（Tm）：是使被测DNA的50％发生变性的温度，即增色效应达到一半的温度 →相当于吸光度增加的中点处所对应的横坐标上的温度
不同来源DNA的Tm存在差别，其原因
①DNA的均一性
②DNA的（G＋C）含量
③介质离子强度
④PH
复性 （退火）
定义：在适当的条件下，如一定的盐浓度下缓慢降温，两条互补链重新配对，全部或部分恢复到天然双螺旋结构的现象
是变性的逆转
减色效应：复性时，其溶液的DNA的紫外吸收量（A260值）减小
用以描述杂交核酸分子的形成过程
DNA复性比蛋白质复性容易→因为DNA结构单一，蛋白质空间结构复杂
五、 核酸的分析技术
1、Sanger双脱氧法
2、Maxam-Gilbert化学降解法
六、 基因与基因组
1、基因：是含特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传信息的最小功能单位，其编码产物是多肽链或RNA
2、基因组：整套DNA＝编码DNA＋非编码DNA＋线粒体DNA＋叶绿体DNA