生化第二章核酸的结构与功能

生物化学与分子生物学思维导图，平时自己的总结。

核酸的结构与功能

• 核酸的化学组成及一级结构
  • 核苷酸是核酸的基本组成单位
    • 重要组成元素：C、H、O、N、P。被核酸酶水解释放出碱基 戊糖 磷酸（等摩尔）
    • 碱基是含氮的杂环化合物
      • 胸腺嘧啶（T）
      • 鸟嘌呤（G）
      • 腺嘌呤（A）
      • 胞嘧啶（C）
      • 尿嘧啶（U）
    • 戊糖（核糖）
      • β-D-核糖（存在于DNA中）
      • β-D-脱氧核糖（存在于RNA中，因其较稳定，被自然选择为遗传信息的载体）
    • 核苷是碱基与核糖缩合反应的产物。 核苷酸是细胞内化学能的载体，核苷二磷酸、核苷三磷酸均为高能有机磷算化合物。 核苷三磷酸环化形成cAMP、cGMP具有调控基因表达的作用
  • 脱氧核糖核酸 （DNA）
    • 概念：DNA是多个脱氧核糖核苷酸合聚而成的线性大分子，
    • 连接键：是一个脱氧核苷酸的3'的羟基与另一个核苷酸的5'的α-磷酸基团缩合而成的磷酸二酯键，且具有方向性（5'到3'方向）
  • 核糖核酸（RNA）
    • 与DNA类似。其区别在于：1.戊糖环是核糖 2.一般没有胸腺嘧啶
  • 核酸的一级结构（核酸中核苷酸的排列顺序) 用核苷酸数目或碱基对数目便是大小：短于50个称寡核苷酸
• DNA的空间结构及功能
  • DNA的二级结构——双螺旋结构
    • 由J.Waston和F.Crick提出DNA双分子螺旋结构的模型，称为B型-DNA
    • 结构要点：1双链反向平行。双链方向相反形成右手螺旋结构。2键间碱基互补。A=T，G≡C形成氢键维持横向稳定。 3亲水骨架讲互补碱基对包埋在DNA双螺旋结构内部。4碱基堆积力：包括范德华力和疏水作用力维持纵向稳定。
    • Z型-DNA具有左手螺旋的特征
  • DNA的高级结构——超螺旋结构
    • 以双螺旋结构为基础进一步旋转折叠形成（以负超螺旋为主）
    • 原核生物DNA大多以共价闭合双链环状形式存在。
    • 真核生物DNA：基本结构为核小体。由五种蛋白：H1、H2A、H2B、H3、H4组成。后四种组成核心蛋白，H1连接形成串珠样的结构。 人类DNA长度约为1.7~2m，一般以松散的染色质存在于细胞核内，分裂期形成致密的染色体
      • 在染色体形成过程中DNA长度被压缩了8000~10000倍
  • DNA是主要的遗传物质
    • 遗传信息以基因的形式存在
      • 基因即到哪种特定的核苷酸序列
      • 基因组是一个生物体的全部核苷酸序列
• 核酸理化性质
  • 核酸的一般理化性质
    • 酸性
    • 两性电解质
    • 微溶水，不溶于乙醇
    • 粘度：DNA>RNA
    • 沉降行为：溶液中的核酸在引力场种可以下沉，不同构象的核酸沉降速率不同
  • 具有很强大紫外线吸收性质
    • 碱基、核苷、核苷酸、核酸在紫外波端260nm处有强烈得吸收。由碱基和共轭双键决定
    • 可判断出溶液中的DNA和RNA含量
  • DNA变形
    • 某些极端的理化条件（加热、过量酸或碱、离子强度）可断裂DNA双链互补碱基之间氢键及碱基堆积力。。
    • 增色效应：DNA变性过程中由更多共轭双键暴露使得DNA在260nm处吸光度增强。
    • 解链温度：在解链曲线上，紫外吸光度变化达到50%时所对应的温度。GC含量与Tm值成正比
  • 分子杂交
    • 条件：两条DNA单链之间必须有碱基互补
    • 复性：变形条件去除后，两条解离的DNA胡不练可重新互补形成DNA双链
    • 核酸分子杂交：杂化双键可以在不同的DNA单键之间，也可以在RNA单链之间形成，甚至可以在DNA单链和RNA单链之间形成
• RNA的空间结构和功能
  • 信使RNA(mRNA）
    • 被证明是在核内以DNA为模板的合成产物
    • 特殊结构
      • 真核细胞mRNA的5'-端有帽结构（m7Gppp）
      • 真核生物和有些原核生物mRNA的3'端由多聚腺苷酸尾（80~250个腺苷酸连接而成）
      • 负责mRNA从细胞核向细胞质转运、维持mRNA的稳定性以及翻译起始的调控
    • 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（减掉内含子留下外显子）
    • mRNA依照自身的碱基顺序指导蛋白质氨基酸顺序合成。分为5'-非翻译区、编码区和3'-非翻译区
  • 转运RNA（tRNA）
    • 将氨基酸转运在核蛋白体上，具有稳定的空间结构。
    • tRNA含有多重稀有碱基：（m7G）
    • tRNA具有特定的空间结构：二级结构 三叶草形。三级结构 倒T形
    • tRNA的3'-端连接着氨基酸：1通过酯键与腺嘌呤A的C-3原子连接 2.不同tRNA可结合不同的氨基酸
    • tRNA的反密码子能够识别rRNA的密码子（依靠碱基互补的方式）
  • 核糖体(rRNA） 占总RNA的80%
    • 以rRNA为组分的核蛋白体是蛋白质的合成场所，二级结构由许多茎环结构
• DNA结构口诀 DNA，双螺旋。A对T，G对C。 配对时，靠氢键。AT2，GC3， 十碱基，转一圈。螺距35点中间。
• 核苷或脱氧核苷与磷酸通过磷酸酯键连接生成核苷酸或脱氧核苷酸
• 核糖或脱氧核糖C－1’与嘌呤N-9嘧啶N-1通过β-N-糖苷形成核苷或脱氧核苷