生物化学 核酸的结构与功能

生物化学 核酸的结构与功能，内容有：核酸的化学组成和一级结构、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。

生物化学 核酸的结构与功能

• 核酸的化学组成和一级结构
  • 核酸基本组成单位
    • 核苷酸（RNA）
      • 碱基：ACGU
      • 核糖：核糖
      • 磷酸
    • 脱氧核苷酸（DNA）
      • 碱基：ACGT
      • 核糖：脱氧核糖
      • 磷酸
  • DNA是脱氧核糖核苷酸通过3’，5’磷酸二酯键合成的线性大分子
    • ＤＮＡ链方向：５’→３’
  • ＲＮＡ是核糖核苷酸通过３’，５’磷酸二酯键形成的线性大分子
  • 核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序=碱基的排列顺序
• DNA的空间结构与功能
  • DNA的二级结构是双螺旋结构
    • Chargaff规则/互补配对原则：①不同生物个体DNA，碱基组成不同②同一个体不同器官不同组织的DNA，具有相同的碱基组成③数目上 A=T，C=G
    • DNA双螺旋结构模型要点
      • DNA由两条多聚脱氧核苷酸链组成，两条链反向平行
      • DNA的两条多聚脱氧核苷酸链之间形成了互补碱基对：A=T，C三G，A+C+T+G=100%
      • 两条多聚脱氧核苷酸链的脱氧核糖和磷酸排列在外侧构成亲水骨架，碱基对在内侧（酸酸甜甜在外侧，苦在内）
      • 两碱基对平面重叠产生了碱基堆积作用：横向碱基堆积力，纵向氢键作用力
    • DNA双螺旋结构的多样性
      • B型-DNA(经典型)
        • 右手螺旋，螺旋直径2.37nm，一圈碱基对数10.5，螺距3.45nm
      • A型-DNA
        • 右手螺旋
      • Z型-DNA
        • 左手螺旋
  • DNA双链经过盘旋折叠形成高级结构—超螺旋结构
• RNA的空间结构与功能
  • mRNA是蛋白质合成的模板
    • mRNA特点:丰度最小,占RNA总重2~5%，种类最多，寿命（半衰期）最短。
      • hnRNA细胞核内合成→转录修饰加工snRNA 剪接→成熟mRNA
    • 5’端帽子结构和3’端多聚腺苷酸尾结构（真核mRNA有原核无）→维持mRNA 稳定，调控翻译过程
  • tRNA是运输氨基酸的载体
    • tRNA特点：15%，含稀有碱基多，分子量最小
    • 空间结构：三环一体
      • 所有的tRNA 3’端都是-CCA-OH-结构结合氨基酸
      • 反密码子能识别mRNA上的密码子
  • rRNA+核糖体蛋白→核糖体（蛋白质合成的场所）
    • rRNA 特点：含量最多RNA
    • 原核细胞核糖体组成：23,5,16（儿孙我要六）
    • 真核细胞核糖体组成：5.8,28,18(我爸是恶霸给我一巴掌)
  • 非编码RNA
    • 组成性非编码RNA
      • 催化小RNA/ribozyme: 催化RNA降解，参与RNA剪接修饰
      • 核仁小RNA/snoRNA:参与rRNA加工修饰
      • 核小RNA/snRNA:参与真核细胞成熟过程
      • 胞质小RNA/scRNA：蛋白质内质网定位合成信号识别体的组成
    • 调控性非编码RNA
      • 干扰小RNA/siRNA:降解外源RNA，维持基因组稳定
      • 微RNA/microRNA/miRNA:与mRNA结合，抑制/降解mRNA,调控生长发育
      • piRNA:调控基因沉默
      • IncRNA:协助基因调控
      • circRNA:解除基因抑制，升高基因表达水平
• 核酸的理化性质
  • 核酸在260nm处具有强烈的紫外吸收
    • 应用判断溶液中DNA或RNA的含量
    • 核酸为多元酸，具有较强的酸性，粘度大
  • DNA 变性是一条DNA双链解离为两条DNA单链的过程
    • 本质：双链间氢键断裂，破坏了空间结构，没改变核苷酸序列
    • 变性相关名词：
      • 增色效应：DNA解链过程中，含有DNA溶液在260nm处吸光度增加的现象
      • Tm降低：在解链曲线上，紫外吸光度变化达到最大变化值的一半时所对应的温度叫DNA的解链温度，在此温度时50%DNA双链被解离为单链
        • Tm 影响因素：G三C数量多，介质离子强度高（DNA多），DNA长度长，Tm 高，均质DNA（纯），Tm 变化范围窄。
  • 变性的核酸可以复性或形成杂交双链
    • 复性：把变性条件缓慢去除后，两条解离的DNA互补链可重新互补配对形成DNA双链，恢复原来的双螺旋结构。DNA复性时，溶液OD260降低的现象叫做减色效应
    • 退火：热变性的DNA经缓慢冷却后可复性的过程
    • 核酸分子杂交
      • 定义：两条核算单链之间存在一定程度的碱基互补关系，就可能形成杂化双链。可以是DNA+DNA,RNA+RNA,DNA+RNA。
        • DNA分子片段大，复性慢；浓度大，复性慢。

生物化学 核酸的结构与功能

• 核酸的化学组成和一级结构
  • 核酸基本组成单位
    • 核苷酸（RNA）
      • 碱基：ACGU
      • 核糖：核糖
      • 磷酸
    • 脱氧核苷酸（DNA）
      • 碱基：ACGT
      • 核糖：脱氧核糖
      • 磷酸
  • DNA是脱氧核糖核苷酸通过3’，5’磷酸二酯键合成的线性大分子
    • ＤＮＡ链方向：５’→３’
  • ＲＮＡ是核糖核苷酸通过３’，５’磷酸二酯键形成的线性大分子
  • 核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序=碱基的排列顺序
• DNA的空间结构与功能
  • DNA的二级结构是双螺旋结构
    • Chargaff规则/互补配对原则：①不同生物个体DNA，碱基组成不同②同一个体不同器官不同组织的DNA，具有相同的碱基组成③数目上 A=T，C=G
    • DNA双螺旋结构模型要点
      • DNA由两条多聚脱氧核苷酸链组成，两条链反向平行
      • DNA的两条多聚脱氧核苷酸链之间形成了互补碱基对：A=T，C三G，A+C+T+G=100%
      • 两条多聚脱氧核苷酸链的脱氧核糖和磷酸排列在外侧构成亲水骨架，碱基对在内侧（酸酸甜甜在外侧，苦在内）
      • 两碱基对平面重叠产生了碱基堆积作用：横向碱基堆积力，纵向氢键作用力
    • DNA双螺旋结构的多样性
      • B型-DNA(经典型)
        • 右手螺旋，螺旋直径2.37nm，一圈碱基对数10.5，螺距3.45nm
      • A型-DNA
        • 右手螺旋
      • Z型-DNA
        • 左手螺旋
  • DNA双链经过盘旋折叠形成高级结构—超螺旋结构
• RNA的空间结构与功能
  • mRNA是蛋白质合成的模板
    • mRNA特点:丰度最小,占RNA总重2~5%，种类最多，寿命（半衰期）最短。
      • hnRNA细胞核内合成→转录修饰加工snRNA 剪接→成熟mRNA
    • 5’端帽子结构和3’端多聚腺苷酸尾结构（真核mRNA有原核无）→维持mRNA 稳定，调控翻译过程
  • tRNA是运输氨基酸的载体
    • tRNA特点：15%，含稀有碱基多，分子量最小
    • 空间结构：三环一体
      • 所有的tRNA 3’端都是-CCA-OH-结构结合氨基酸
      • 反密码子能识别mRNA上的密码子
  • rRNA+核糖体蛋白→核糖体（蛋白质合成的场所）
    • rRNA 特点：含量最多RNA
    • 原核细胞核糖体组成：23,5,16（儿孙我要六）
    • 真核细胞核糖体组成：5.8,28,18(我爸是恶霸给我一巴掌)
  • 非编码RNA
    • 组成性非编码RNA
      • 催化小RNA/ribozyme: 催化RNA降解，参与RNA剪接修饰
      • 核仁小RNA/snoRNA:参与rRNA加工修饰
      • 核小RNA/snRNA:参与真核细胞成熟过程
      • 胞质小RNA/scRNA：蛋白质内质网定位合成信号识别体的组成
    • 调控性非编码RNA
      • 干扰小RNA/siRNA:降解外源RNA，维持基因组稳定
      • 微RNA/microRNA/miRNA:与mRNA结合，抑制/降解mRNA,调控生长发育
      • piRNA:调控基因沉默
      • IncRNA:协助基因调控
      • circRNA:解除基因抑制，升高基因表达水平
• 核酸的理化性质
  • 核酸在260nm处具有强烈的紫外吸收
    • 应用判断溶液中DNA或RNA的含量
    • 核酸为多元酸，具有较强的酸性，粘度大
  • DNA 变性是一条DNA双链解离为两条DNA单链的过程
    • 本质：双链间氢键断裂，破坏了空间结构，没改变核苷酸序列
    • 变性相关名词：
      • 增色效应：DNA解链过程中，含有DNA溶液在260nm处吸光度增加的现象
      • Tm降低：在解链曲线上，紫外吸光度变化达到最大变化值的一半时所对应的温度叫DNA的解链温度，在此温度时50%DNA双链被解离为单链
        • Tm 影响因素：G三C数量多，介质离子强度高（DNA多），DNA长度长，Tm 高，均质DNA（纯），Tm 变化范围窄。
  • 变性的核酸可以复性或形成杂交双链
    • 复性：把变性条件缓慢去除后，两条解离的DNA互补链可重新互补配对形成DNA双链，恢复原来的双螺旋结构。DNA复性时，溶液OD260降低的现象叫做减色效应
    • 退火：热变性的DNA经缓慢冷却后可复性的过程
    • 核酸分子杂交
      • 定义：两条核算单链之间存在一定程度的碱基互补关系，就可能形成杂化双链。可以是DNA+DNA,RNA+RNA,DNA+RNA。
        • DNA分子片段大，复性慢；浓度大，复性慢。