导图社区 核酸知识导图
生物化学中核酸这一章节的知识总结，核酸是以核苷酸为基本的生物大分子，携带和传递遗传信息。
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核酸
简介
定义：是以核苷酸为基本组成的生物大分子，携带和传递遗传信息
分类及分布
脱氧核糖核酸（DNA）:存在于细胞核和线粒体，携带遗传信息，并通过复制传递给下一代
核糖核酸（RNA）：分布与细胞核，细胞质，线粒体，是DNA转录产物，参与遗传信息的复制与表达，某些病毒的RNA也可作为遗传信息的载体。
分子组成和基本结构单位
核酸（DNA和RNA）
核苷酸
磷酸
核苷和脱氧核苷
戊糖
核糖
脱氧核糖
子主题
嘌呤
嘧啶
核苷酸是构成核酸的基本组成单位
分子组成
碱基
定义：含氮的杂环化合物
分类
腺嘌呤
鸟嘌呤
胞嘧啶
尿嘧啶：仅存在于RNA中
胸腺嘧啶：仅存在于DNA中
戊糖：脱氧核糖是呋喃环2号位上羟基脱氧
脱氧核苷和核苷
脱氧核苷：嘌呤N-9与脱氧核糖C-1通过β-N-糖苷键相连形成脱氧核苷
核苷或脱氧核甘与磷酸通过酯键结合构成核苷酸或脱氧核苷酸
核酸衍生物：环化核苷酸，烟酰胺嘌呤二核苷酸
DNA是脱氧核苷酸通过3'，5'磷酸二酯键形成的大分子
一个脱氧核苷酸3'的羟基与另一个核苷酸5'的α-磷酸基团结合形成磷酸二酯键
多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸，即DNA链。
DNA链的方向是5'-3'，交替的磷酸基团和戊糖构成了DNA的骨架。
RNA也是具有3'，5'磷酸二酯键形成的大分子
RNA也是多个核苷酸分子通过3'，5'磷酸二酯键连接形成的线性大分子，也具有3'-5'方向性。
核算的一级结构是核苷酸的排列顺序
定义：核酸中核甘酸的排列顺序。由于核苷间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列
单链DNA和RNA分子的大小常用核苷酸的数目（nt）表示，双链核酸分子的大小常用碱基数目来表示。
小的核酸片段（<50bp）常被称为寡核苷酸，自然界中的DNA和RNA的长度可高达几十万个碱基。
DNA的空间结构和功能
DNA的空间结构
构成DNA的所有原子在三维空间的相对位置
DNA的空间结构又分为二级结构和高级结构
二级结构又是双螺旋结构
实验基础
Chargaff规则：不同生物种属的DNA的碱基组成
同一个体的不同器官或组织的DNA碱基组成相同
对于一特定组织的DNA，其碱基组成成分不随年龄，营养状态和环境而变化
DNA双螺旋结构模型特点
DNA由两条多聚脱氧核苷酸链围绕着同一个螺旋轴形成右手螺旋的结构
脱氧核糖与磷酸位于外侧，疏水的碱基位于内侧，双螺旋结构的表面形成了一个大沟和一个小沟，每一个螺旋包含10.5个碱基，螺旋的直径为2.37nm，螺距为3.54nm
DNA双链之间形成互补碱基对
碱基对的疏水堆积力和氢键共同维持着DNA双螺旋结构的稳定
DNA双螺旋结构的多样性：A-DNA, B-DNA, Z-DNA
DNA的多链结构
胡哥斯汀氢键：不破坏Waston-Crick氢键，由此形成了C+GG的三链结构
四链结构：鸟嘌呤之间通过8个胡哥斯汀氢键形成特殊的四链结构
真核生物3'末端是富含CT的多次重复序列，因为自身形成了折叠的四链结构
DNA的高级结构是螺旋结构
超螺旋结构：DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构
正螺旋结构：盘旋方向与DNA双螺旋方向相同
负螺旋结构：盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
原核生物DNA的环状超螺旋结构
原核生物的DNA多位环状的双螺旋分子，以负超螺旋的形式存在，于是每200碱基就有一个超螺旋形成
真核生物DNA以核小体为单位形成高度有序致密结构
DNA染色质的电镜图像
DNA染色质呈现出串珠样结构
染色质的基本单位是核小体
核小体的组成：DNA（约200bp）组蛋白H1,H2A,H2B,H3,H4
DNA是遗传信息的物质基础
DNA是生物信息的遗传基础，并为基因复制和转录提供了模板，它是生物遗传的物质基础，它是个体生命活动的信息基础，基因是携带遗传信息的DNA片段。
RNA的结构与功能
mRNA使蛋白质合成中的模板
信使RNA（mRNA）是细胞内合成蛋白质的模板
生物体内mRNA的丰度最小，种类最多，大小也各不相同，寿命最短
mRNA的初级产物为不均一核RNA（huRNA）,含有内含子和外显子
huRNA经过剪切后成为成熟的mRNA
成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成
真核生物mRNA的5'-端有特殊帽结构，
mRNA的帽结构可以与帽结合蛋白结合
mRNA核内向胞质转移，mRNA的稳定性的维系，翻译起始的调控
mRNA碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列
从mRNA分子的5'端起的第一个AUG开始，每3个核苷酸为一组，成为密码子
位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列称为开放阅读框，决定了多肽链的氨基酸序列
在mRNA的开放阅读框两侧，为非翻译序列
tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体
tRNA在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体，将氨基酸转呈到mRNA，由74~95个核苷酸组成，占细胞总数的15%，具有很好的稳定性。
（1）tRNA中含有多种稀有碱基，稀有碱基是指除A,G,C,U外的一些碱基。
（2）tRNA具有局部茎环结构，tRNA的二级结构为三叶草形
（3）tRNA3'末端连接氨基酸，3'末端以CCA结尾，3'末端的A与氨基酸以酯键相连生成氨基酰-tRNA。不同的tRNA连接不同的氨基酸
（4）tRNA的反密码子通过碱基互补识别mRNA的密码子，
以rRNA为组分的核糖体是蛋白质的合成场所
核糖体的RNA是细胞含量最多的RNA（80%）
rRNA与核糖体蛋白结合成核糖体，为蛋白质的合成提供场所
其它非编码RNA参与基因表达的调控：
非编码RNA（ncRNA）：不编码蛋白质，但具有重要生物学功能的RNA分子，如长链非编码RNA（lncRNA）
核酸在真核细胞和原核细胞中表现出不同的时空特性
原核生物基因表达的特异性
DNA——RNA——肽链——细胞膜
真核生物基因表达的特异性
DNA——hnRNA——tRNA——mRNA，rRNA——肽链——蛋白质
核酸的理化性质
核酸分子有强烈的紫外吸收
核酸在260nm处有强烈的紫外吸收，是由碱基的共轭双键所决定的
DNA或RNA的定量：A260=1.0，相当于50μg/ml双链DNA（dsRNA）;40μg/ml单链DNA（ssRNA或RNA），20μg/ml寡核苷酸，确定样品中的核酸纯度
DNA的变性是双链解离成单链的过程
定义：某些理化因素导致DNA双链互补碱基对之间的氢键发生断裂，DNA双链解离成单链的过程。（不影响核苷酸的一级结构）
DNA变性的本质是双链间氢键的断裂
DNA解离时对紫光吸收的作用
增色效应：当DNA变性时，其溶液DO260增高的现象
连续加热DNA的过程中，以温度相对于A260作图，所得的曲线为解链曲线
解链温度（Tm）：解链过程中，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
解链曲线变化：G+C含量越高，解链温度就越高
变性的核酸可以复性形成杂化双链
复性定义：当变性条件缓慢地去除后，两条解离的互补链可以重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一现象称为DNA复性。
热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为退火。
减色效应：DNA复性是，其Do260降低。
核酸分子的杂交
杂化双链：不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件可以在不同的分子间形成杂化双链。
核酸分子杂交：这种杂化双链可以在不同的DNA和DNA之间形成，也可以在DNA和RNA分子间或RNA和RNA分子间形成，这种现象称为核酸分子杂交。
核酸分子杂交的应用
研究DNA分子中某一种基因的位置
鉴定两种核酸分子间的序列相似性
检测靶基因在待检样品中存在与否
存在于DNA和RNA中
