核酸的结构 与功能

核酸的结构 与功能的思维导图，核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，具有携带和传递遗传信息的功能。

核酸的结构 与功能

• 绪论
  • 核酸
    • 以核苷酸为基本组成单位的生物大分子
    • 具有携带和传递遗传信息的功能
  • 脱氧核糖核酸
    • 90%以上分布于细胞核，其余分布在线粒体内
    • 携带遗传信息，并通过复制传递给下一代
  • 核糖核酸
    • 分布在细胞核和胞浆中，是DNA的转录产物，参与遗传信息的复制与表达
    • 某些病毒RNA也可以携带遗传信息
• 核酸的化学组成以及一级结构
  • 核苷酸和脱氧核苷酸是构成核酸的基本单位
    • 核苷酸的3D结构
    • 脱氧核糖的稳定性优于核糖
    • 核苷=碱基+戊糖 ，核苷酸=磷酸+核苷
      • 磷酸和核苷之间以磷酸酯键相连
    • 核苷酸的生物学功能
      • 化学能载体：ATP
      • 细胞信号转导的信使分子
      • 辅酶的结构成分，治疗肿瘤的化疗药物
    • 核苷酸的结构与命名
      • 见上1
  • DNA是脱氧核苷酸通过3'，5'-磷酸二酯键连接形成的线性大分子
    • 多聚脱氧核糖核苷酸链在3'端增加脱氧核糖核苷酸
    • DNA链有从5'到3'端的方向性
  • • RNA是核糖核苷酸通过3'，5'-磷酸二酯键连接形成的线性大分子
      • 磷酸二酯键只在C3'和C5'间形成
      • RNA也具有从5'到3'端的方向性
  • 核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序
    • 核苷酸从5'-端到3'-端的排列顺序为多聚核苷酸链的一级结构
• DNA的空间结构与功能
  • DNA链上的功能团可以产生氢键，离子作用力，疏水作用力，空间位阻效应。DNA的空间结构可分为二级结构和高级结构
  • DNA的二级结构是双螺旋结构
    • DNA双螺旋结构的实验基础
      • chargaff定律
        • 不同生物个体的DNA，其碱基组成不同
        • 同一个体的不同器官或不同组织的DNA具有相同的碱基组成
        • 对于一个特定组织的DNA，其碱基组分不随其年龄，营养状态和环境而变化
        • A=T,G=C
      • DNA纤维X射线衍射图像
      • 碱基对结构参数
      • 结论：核苷酸成对存在
    • 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
        • 两条多聚脱氧核苷酸链围绕同一个螺旋轴形成反平行的右手螺旋
        • 两条链是反向平行，直径是2.73nm，螺距是3.54nm
      • DNA的两条多聚脱氧核苷酸链之间形成了互补碱基对
        • 碱基对平面与双螺旋结构的螺旋轴近乎垂直
        • 每一个螺旋有10.5个碱基对，碱基对平面之间的垂直距离为0.34nm
      • 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
        • 外侧为亲水性结构，外侧为疏水性结构
        • 使DNA表面产生一个大沟和一个小沟
      • 两个碱基对平面重叠产生碱基堆积作用
        • 碱基堆积作用和互补链之间碱基对的氢键共同维系DNA双螺旋结构的稳定
      • DNA双螺旋结构的意义
        • 解释DNA理化性质+DNA功能结构联系起来；揭示了DNA作为遗传信息载体的物质本质；提供了DNA复制和转录的结构基础；是现代生物学发展的里程碑
  • DNA变性是一条双链解离成两条单链的过程
    • 变性过程：氢键断裂
    • 变性因素：加热，过量酸或碱
    • DNA变性的增色效应：变形过程中，在260nm处的OD值增加
  • 变形的核酸可以复性或形成杂交双链
    • DNA分子的复性
      • 退火：热变性的DNA经缓慢冷却后的复性
      • 复性的条件：两条ssDNA之间满足碱基互补
      • 复性后的DNA在260nm的OD值吸收将降低到原来的水准
    • 核酸分子杂交
      • 条件：满足碱基互补配对
  • DNA是主要遗传物质
    • 具有高度稳定性，用来保持生物体系遗传特征的相对稳定性
    • 具有高度复杂性，可以发生各种重组和突变，适应环境的突变，为自然选择提供机会
  • DNA双链经过盘绕折叠形成致密的高级结构
    • 封闭环状的DNA具有超螺旋结构，自然界中环状DNA是以负超螺旋形式存在的
    • 真核生物DNA逐级有序地组装成高级结构
      • 电子显微镜下的染色质具有串珠样结构，基本组成单位是核小体
        • 组成核小体的蛋白质是富含Lys和Arg
    • 天然的双螺旋结构：A型-DNA，B型-DNA，Z型-DNA
    • DNA的三链结构，四链结构
    • • DNA超螺旋结构与组蛋白组成核小体
    • 线粒体DNA
      • 线粒体DNA是真核细胞核以外的遗传物质
      • 线粒体DNA具有封闭环状的超螺旋结构
• RNA的空间结构与功能
  • mRNA是蛋白质合成的模板
    • 丰度最小，仅占细胞RNA总重量的2%-5%；但种类最多，约有10的5次方个；真核细胞的mRNA比原核生物复杂
    • 真核生物mRNA的5'-端有帽结构
    • 真核生物的mRNA的3'-端有多聚腺苷酸尾的结构
      • 多聚腺苷酸尾与mRNA从核内向胞质的转移和mRNA的稳定性有关
    • hnRNA经过修饰成为成熟mRNA
      • hnRNA含有外显子和内含子，需经剪切和加工过程成为成熟的mRNA
  • tRNA是蛋白质合成中氨基酸的载体
    • 转运RNA：氨基酸的载体，参与多肽链的合成；占RNA总量的15%左右；长度在70-95nt；结构非常稳定
    • tRNA含有多种稀有碱基
      • 10%-20%的稀有碱基；在转录后修饰而成
    • tRNA具有特定的空间结构
      • tRNA的3'-端永远是CCA--
      • 局部的核苷酸碱基互补形成了茎环结构或发卡结构：DHU环，T屮C环，反密码子环
      • 二级结构酷似三叶草形状，三级结构为倒“L"形
      • 氨基酸接纳臂
    • tRNA的3'-端连接着氨基酸
      • 所有tRNA的3'-端都是以CCA三个核苷酸结束的
      • 连接在tRNA上的氨基酸才可以用来进行蛋白质的生物合成
      • 密码子的简并性
    • tRNA的反密码子能识别mRNA的密码子
  • 以rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成的场所
    • 核糖体由小亚基和大亚基组成
    • 细胞内含量最多的RNA，占80%
    • 有稳定的结构和保守的核苷酸序列
  • 组成性非编码RNA是基因表达中不可缺少的部分
    • 催化小RNA：也成为核酶，能催化特定RNA降解
    • 核仁内RNA：定位于核仁，参与rRNA的加工
    • 核内小RNA：富含尿嘧啶
  • 调控性非编码RNA参与了基因表达调控
    • 调控性非编码RNA不编码蛋白质
    • 具有重要生物学功能，参与胚胎发育，信号转导等基本生命活动和疾病的发生和发展
    • 调控性非编码RNA的种类
      • 短链非编码RNA
        • 微小RNA
        • 小干扰RNA
        • piRNA
      • 长链非编码RNA
        • 具有强烈的组织特异性和时空特异性
      • 环状RNA
        • 几乎完全定位于细胞内，不受RNA外切酶的影响，表达稳定，不易降解，具有序列的高度保守性，有一定的组织时序和疾病的特异性
• 核酸的理化性质
  • 强烈的紫外吸收
    • 条件：碱基是含有杂环的分子；共轭双键具有强烈的紫外吸收
    • 应用：确定样品中DNA,RNA的含量和纯度
• 调控性非编码RNA
  • 具有调控基因表达的作用，其丰度随外界环境和细胞性状发生改变/包括lncRNA,miRNA,circRNA,siRNA,piRNA
• 组成性非编码RNA
  • 确保实现基本生物学功能，丰度基本恒定,包括tRNA,rRNA,snRNA,snoRNA,scRNA
• 非编码RNA
• 编码RNA
  • 核苷酸序列可以翻译成蛋白质
• RNA
• 1
  • AMP：脱氧腺苷一磷酸
  • ADP：脱氧腺苷二磷酸
  • ATP：脱氧腺苷三磷酸
• 碱基
• 戊糖
• 核苷
• 磷酸
• 核苷酸
• 核酸
• 碱基
  • A 腺嘌呤
  • G 鸟嘌呤
  • C 胞嘧啶
  • U 尿嘧啶
  • T 胸腺嘧啶

核酸的结构 与功能

• 绪论
  • 核酸
    • 以核苷酸为基本组成单位的生物大分子
    • 具有携带和传递遗传信息的功能
  • 脱氧核糖核酸
    • 90%以上分布于细胞核，其余分布在线粒体内
    • 携带遗传信息，并通过复制传递给下一代
  • 核糖核酸
    • 分布在细胞核和胞浆中，是DNA的转录产物，参与遗传信息的复制与表达
    • 某些病毒RNA也可以携带遗传信息
• 核酸的化学组成以及一级结构
  • 核苷酸和脱氧核苷酸是构成核酸的基本单位
    • 核苷酸的3D结构
    • 脱氧核糖的稳定性优于核糖
    • 核苷=碱基+戊糖 ，核苷酸=磷酸+核苷
      • 磷酸和核苷之间以磷酸酯键相连
    • 核苷酸的生物学功能
      • 化学能载体：ATP
      • 细胞信号转导的信使分子
      • 辅酶的结构成分，治疗肿瘤的化疗药物
    • 核苷酸的结构与命名
      • 见上1
  • DNA是脱氧核苷酸通过3'，5'-磷酸二酯键连接形成的线性大分子
    • 多聚脱氧核糖核苷酸链在3'端增加脱氧核糖核苷酸
    • DNA链有从5'到3'端的方向性
  • • RNA是核糖核苷酸通过3'，5'-磷酸二酯键连接形成的线性大分子
      • 磷酸二酯键只在C3'和C5'间形成
      • RNA也具有从5'到3'端的方向性
  • 核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序
    • 核苷酸从5'-端到3'-端的排列顺序为多聚核苷酸链的一级结构
• DNA的空间结构与功能
  • DNA链上的功能团可以产生氢键，离子作用力，疏水作用力，空间位阻效应。DNA的空间结构可分为二级结构和高级结构
  • DNA的二级结构是双螺旋结构
    • DNA双螺旋结构的实验基础
      • chargaff定律
        • 不同生物个体的DNA，其碱基组成不同
        • 同一个体的不同器官或不同组织的DNA具有相同的碱基组成
        • 对于一个特定组织的DNA，其碱基组分不随其年龄，营养状态和环境而变化
        • A=T,G=C
      • DNA纤维X射线衍射图像
      • 碱基对结构参数
      • 结论：核苷酸成对存在
    • 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
        • 两条多聚脱氧核苷酸链围绕同一个螺旋轴形成反平行的右手螺旋
        • 两条链是反向平行，直径是2.73nm，螺距是3.54nm
      • DNA的两条多聚脱氧核苷酸链之间形成了互补碱基对
        • 碱基对平面与双螺旋结构的螺旋轴近乎垂直
        • 每一个螺旋有10.5个碱基对，碱基对平面之间的垂直距离为0.34nm
      • 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
        • 外侧为亲水性结构，外侧为疏水性结构
        • 使DNA表面产生一个大沟和一个小沟
      • 两个碱基对平面重叠产生碱基堆积作用
        • 碱基堆积作用和互补链之间碱基对的氢键共同维系DNA双螺旋结构的稳定
      • DNA双螺旋结构的意义
        • 解释DNA理化性质+DNA功能结构联系起来；揭示了DNA作为遗传信息载体的物质本质；提供了DNA复制和转录的结构基础；是现代生物学发展的里程碑
  • DNA变性是一条双链解离成两条单链的过程
    • 变性过程：氢键断裂
    • 变性因素：加热，过量酸或碱
    • DNA变性的增色效应：变形过程中，在260nm处的OD值增加
  • 变形的核酸可以复性或形成杂交双链
    • DNA分子的复性
      • 退火：热变性的DNA经缓慢冷却后的复性
      • 复性的条件：两条ssDNA之间满足碱基互补
      • 复性后的DNA在260nm的OD值吸收将降低到原来的水准
    • 核酸分子杂交
      • 条件：满足碱基互补配对
  • DNA是主要遗传物质
    • 具有高度稳定性，用来保持生物体系遗传特征的相对稳定性
    • 具有高度复杂性，可以发生各种重组和突变，适应环境的突变，为自然选择提供机会
  • DNA双链经过盘绕折叠形成致密的高级结构
    • 封闭环状的DNA具有超螺旋结构，自然界中环状DNA是以负超螺旋形式存在的
    • 真核生物DNA逐级有序地组装成高级结构
      • 电子显微镜下的染色质具有串珠样结构，基本组成单位是核小体
        • 组成核小体的蛋白质是富含Lys和Arg
    • 天然的双螺旋结构：A型-DNA，B型-DNA，Z型-DNA
    • DNA的三链结构，四链结构
    • • DNA超螺旋结构与组蛋白组成核小体
    • 线粒体DNA
      • 线粒体DNA是真核细胞核以外的遗传物质
      • 线粒体DNA具有封闭环状的超螺旋结构
• RNA的空间结构与功能
  • mRNA是蛋白质合成的模板
    • 丰度最小，仅占细胞RNA总重量的2%-5%；但种类最多，约有10的5次方个；真核细胞的mRNA比原核生物复杂
    • 真核生物mRNA的5'-端有帽结构
    • 真核生物的mRNA的3'-端有多聚腺苷酸尾的结构
      • 多聚腺苷酸尾与mRNA从核内向胞质的转移和mRNA的稳定性有关
    • hnRNA经过修饰成为成熟mRNA
      • hnRNA含有外显子和内含子，需经剪切和加工过程成为成熟的mRNA
  • tRNA是蛋白质合成中氨基酸的载体
    • 转运RNA：氨基酸的载体，参与多肽链的合成；占RNA总量的15%左右；长度在70-95nt；结构非常稳定
    • tRNA含有多种稀有碱基
      • 10%-20%的稀有碱基；在转录后修饰而成
    • tRNA具有特定的空间结构
      • tRNA的3'-端永远是CCA--
      • 局部的核苷酸碱基互补形成了茎环结构或发卡结构：DHU环，T屮C环，反密码子环
      • 二级结构酷似三叶草形状，三级结构为倒“L"形
      • 氨基酸接纳臂
    • tRNA的3'-端连接着氨基酸
      • 所有tRNA的3'-端都是以CCA三个核苷酸结束的
      • 连接在tRNA上的氨基酸才可以用来进行蛋白质的生物合成
      • 密码子的简并性
    • tRNA的反密码子能识别mRNA的密码子
  • 以rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成的场所
    • 核糖体由小亚基和大亚基组成
    • 细胞内含量最多的RNA，占80%
    • 有稳定的结构和保守的核苷酸序列
  • 组成性非编码RNA是基因表达中不可缺少的部分
    • 催化小RNA：也成为核酶，能催化特定RNA降解
    • 核仁内RNA：定位于核仁，参与rRNA的加工
    • 核内小RNA：富含尿嘧啶
  • 调控性非编码RNA参与了基因表达调控
    • 调控性非编码RNA不编码蛋白质
    • 具有重要生物学功能，参与胚胎发育，信号转导等基本生命活动和疾病的发生和发展
    • 调控性非编码RNA的种类
      • 短链非编码RNA
        • 微小RNA
        • 小干扰RNA
        • piRNA
      • 长链非编码RNA
        • 具有强烈的组织特异性和时空特异性
      • 环状RNA
        • 几乎完全定位于细胞内，不受RNA外切酶的影响，表达稳定，不易降解，具有序列的高度保守性，有一定的组织时序和疾病的特异性
• 核酸的理化性质
  • 强烈的紫外吸收
    • 条件：碱基是含有杂环的分子；共轭双键具有强烈的紫外吸收
    • 应用：确定样品中DNA,RNA的含量和纯度
• 调控性非编码RNA
  • 具有调控基因表达的作用，其丰度随外界环境和细胞性状发生改变/包括lncRNA,miRNA,circRNA,siRNA,piRNA
• 组成性非编码RNA
  • 确保实现基本生物学功能，丰度基本恒定,包括tRNA,rRNA,snRNA,snoRNA,scRNA
• 非编码RNA
• 编码RNA
  • 核苷酸序列可以翻译成蛋白质
• RNA
• 1
  • AMP：脱氧腺苷一磷酸
  • ADP：脱氧腺苷二磷酸
  • ATP：脱氧腺苷三磷酸
• 碱基
• 戊糖
• 核苷
• 磷酸
• 核苷酸
• 核酸
• 碱基
  • A 腺嘌呤
  • G 鸟嘌呤
  • C 胞嘧啶
  • U 尿嘧啶
  • T 胸腺嘧啶