核酸化学
2023-09-23 18:47:12 0 举报AI智能生成
生物化学-核酸化学思维导图，方便学习与梳理
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大纲/内容
核酸的分子结构
重点知识：
1、核酸分子中核苷酸的连接方式是什么？何谓核酸的一级结构？
2、核酸链中，主链和侧链分别是什么？
3、核酸链的方向？
4、DNA双螺旋结构的要点有哪些？Chargaff法则有哪些？
5、三种主要RNA在蛋白质生物合成中的作用是什么？
6、真核生物成熟mRNA的3ˊ端、5ˊ端分别有什么结构？tRNA的
3ˊ端是什么结构？能够与什么物质结合
7、tRNA的组成及结构特点有哪些？其二级结构和三级结构的
形状各是什么？
形状各是什么？
8、含稀有碱基最多的核酸是？
核酸的一级结构
定义：四种核苷酸（dAMP、dCMP、dGMP、dTMP）按照一定的排列顺序，通过 磷酸二酯键 连接形成的 多核苷酸 ，由于核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同，故又可称为碱基顺序。
核苷酸的连接方式：一个核苷酸的3'-羟基和相邻的苷酸的5'- 磷酸基缩合，形成3',5'-磷酸二酯键
骨架：磷酸与戊糖交替连接构成主链（骨架），具有亲水性碱基即侧链，具有疏水性
两端特点：5′端有游离的磷酸基，3′端有游离的羟基
DNA结构
DNA的二级结构
DNA的碱基组成规律——Chargaff规则
①DNA的碱基组成有物种差异，没有组织差异，即不同物种
DNA的碱基组成不同，同一个体不同组织DNA的碱基组成
相同。
②DNA的碱基组成不随个体的年龄、营养和环境改变而改变。
③DNA的碱基组成存在以下物质的量关系：A=T，G=C，
A+G=T+C
右手双螺旋结
两股DNA链反向互补结合成双链结构：
DNA主链（亲水）（磷酸脱氧核糖）位于外侧，碱基侧链（疏水）位于内侧，与对侧碱基形成氢键（WatonCrick碱基配对：A=T; GC,碱基配对原则） 。两股DNA链互称为互补链
DNA主链（亲水）（磷酸脱氧核糖）位于外侧，碱基侧链（疏水）位于内侧，与对侧碱基形成氢键（WatonCrick碱基配对：A=T; GC,碱基配对原则） 。两股DNA链互称为互补链
氢键和碱基堆积力
维持DNA双螺旋结构的稳定性： 碱基对氢键维持双链结构横向稳定，碱基对平面之间的碱基堆积力维持双结构链纵向稳定。
维持DNA双螺旋结构的稳定性： 碱基对氢键维持双链结构横向稳定，碱基对平面之间的碱基堆积力维持双结构链纵向稳定。
DNA的三级结构
定义：是指DNA在双螺旋的基础上进一步扭曲盘
绕形成的高级结构。
绕形成的高级结构。
超螺旋结构
定义：细菌、线粒体及某些病毒的DNA具有闭环结构，即其两股链均呈环状，这种
DNA称为共价闭合环状DNA。共价闭合环状DNA的三级结构为超螺旋结构。
DNA称为共价闭合环状DNA。共价闭合环状DNA的三级结构为超螺旋结构。
分类
正超螺旋(positive supercoil)
盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
负超螺旋(negative supercoil)
盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
染色体结构
定义：真核生物细胞核DNA双螺旋以高度有序、多级压缩形
成染色体结构。
成染色体结构。
周期特点：间期，DNA以松散的染色质（chromatin）形式存在；细胞分裂时，染色质凝集，并组装成染色体（chromosome）
核小体的结构
⚫ 负超螺旋的 DNA 146 bp 盘绕在组蛋白的八聚体上。
⚫ 组蛋白 H1 结合在 DNA 的连接处。
染色体的组成
核小体
DNA: 约 200 bp
⚫ 组蛋白:富含Lys和Arg的碱性蛋白质
H1(x1)
H2A （x2）, H2B （x2）,
生物学意义
DNA分子的长度在双螺旋基础上高度压缩,储存了大量的遗传信息。
超螺旋构象的改变可以协调DNA局部解链，影响复制和转录等过程，从而影响基因的表达
RNA分子结构
重点知识：
1、三种主要RNA在蛋白质生物合成中的作用是什么？
2、真核生物成熟mRNA的3ˊ端、5ˊ端分别有什么结构？
3、tRNA的组成及各级结构特点有哪些？ tRNA的3ˊ端 是什么结构？能够与什么物质结合？其二级结构和三级结构的形状各是什么？
4、含稀有碱基最多的核酸是？
与DNA一级结构的区别
①构成RNA的核苷酸含核糖而不含脱氧核糖，含尿嘧啶（U）而几乎不含胸腺嘧啶（T）
②RNA含有较多的稀有碱基
③RNA有较多核糖的2ˊ-羟基被甲基化了。
空间结构
主要为线性单链结构
①线性单链RNA也形成右手螺旋结构
②RNA分子中的某些区段具有序列互补性，可通过自身回折形成茎环结构（发夹结构）
③各种RNA具有复杂的三级结构
核酸的理化性质
重点知识
1、核酸的最大紫外吸收峰是多少
2、何谓核酸变性？核酸变性的实质是什么？
3、何谓增色效应？
4、何谓Tm？DNA分子中的G-C含量与Tm有何关系？
5、何谓核酸复性？
紫外吸收特征（因为核酸分子的碱基中含有共轭双键） 吸收峰260nm(蛋白质280nm)；
核酸变性
定义：在一定条件下（如加热）断开双链核酸碱基对氢键，可以使其局部解离，
甚至完全解离成单链，形成无规则线团，称为核酸的溶解、变性。
甚至完全解离成单链，形成无规则线团，称为核酸的溶解、变性。
由加热导致的变性称为热变性。
核酸的的一级结构(碱基顺序)保持不变。
变性因素：高温（一般＞75℃）、强氧化剂、强酸、强碱、乙醇和尿素等
机理：双链间氢键断开，成为两条单链
变性后特点：粘度下降、沉降速度加快、紫外吸收值增加（增色效应）、生物学功能丧失。
增色效应：核酸变性后其紫外吸收增强的现象（其在260nm处紫外吸收值增加）。
退火
定义：如果两条单链核酸的序列部分互补甚至完全互补，则在一定条件下可以自发结合，形成双链结构
解链温度（Tm）：在DNA溶解曲线中，使吸光度值达到最大变化值一半时（此时有50%双链DNA解链）对应的温度，又称变性温度、熔点。
DNA的G+C含量越高，其解链温度越高。
分类
同一来源单链核酸的退火称为复性
定义：缓慢降低温度可以使热变性DNA复性，即重新形成互补双链结构
减色效应：复性导致变性DNA的紫外吸收减弱的现象
决定复性快慢的因素
① DNA浓度越大
② DNA序列越简单
③ DNA片段越短
④ DNA溶液离子强度越高
⑤ 降温速度需缓慢
不同来源单链核酸的退火称为杂交
定义：不同来源的单链核酸，只要其序列存在互补性即可杂交。（可在不同DNA之间，也可存在DNA和RNA分子之间）
核酸的分子组成
化学组成
1. 元素组成
C、H、O、N、P（DNA 9.2%,RNA 9.0%）
C、H、O、N、P（DNA 9.2%,RNA 9.0%）
2. 核酸的基本结构单位——核苷酸
磷酸
核苷
戊糖
D－核糖
D－2｀－脱氧核糖
β-D-核糖
β-D-2脱氧核糖
碱基
主要碱基
胸腺嘧啶 T
胞嘧啶 C
腺嘌呤 A
鸟嘌呤 G
尿嘧啶 U
稀有碱基
嘌呤——次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、N2、N、2-二甲基鸟嘌呤
嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶、4-巯尿嘧啶
连结键
磷酸酯键核苷
糖苷键（碱基连结键）
酸酐键
高能化合物
NMP一磷酸核苷
NDP二磷酸核苷
NTP三磷酸核苷
核酸分类
DNA
碱基对
腺嘌呤-胸腺嘧啶
鸟嘌呤-胸腺嘧啶
鸟嘌呤-腺嘌呤
胸腺嘧啶-鸟嘌呤
碱基配对规则
A-T配对
G-C配对
碱基互补性
DNA链
编码链
模板链
反义链
DNA复制
半保留复制
DNA聚合酶
DNA合成
DNA复制起始点
DNA复制终止点
DNA转录
RNA聚合酶
RNA合成
RNA
碱基配对
A-U配对
G-C配对
碱基互补性
信使mRNA
定义
真核生物细胞核内初合成的mRNA前体，被称为核不均一RNA
（heterogeneous，hnRNA）。
hnRNA需经加工、剪接等过程才能转变为成熟的mRNA发挥其功能。
作用：在蛋白质合成过程中负责传递遗传信息、直接指导蛋白质合成（作为蛋白质合成的模板）
特点
含量低
种类多
寿命短
长度极不均一
真核生物mRNA结构
编码区：每相邻的三个核苷酸决定某种氨基酸信息
非编码区
5´帽子结构：免遭核酸外切酶的降解
3´多聚A尾：引导mRNA转移到细胞质
非编码RNA
管家RNA（非编码大RNA）
转移tRNA
作用：在蛋白质合成过程中负责运输氨基酸、解读mRNA遗传密码
一级结构特点：
①为单链小分子RNA，长73~93个核苷酸。
②是含稀有碱基最多的RNA。
③5′端往往是鸟苷酸。
④3′端是CCA-序列（3′-羟基是氨基酸的结合位点）
tRNA二级结构：三叶草形
tRNA三级结构：“倒L”形
核糖体rRNA
作用：与核糖体蛋白一起组成核糖体，核糖体是蛋白质生物合成的机器
特点：
含量多：rRNA是细胞内含量最多的RNA
寿命长
种类少：原核生物有三种rRNA，真核生物有四种rRNA
结构复杂
端粒RNA
胞质小RNA
核小RNA
核酶
定义：由活细胞合成、起催化作用的RNA
调控RNA(非编码小RNA）
微RNA
环（状）RNA
质粒
重要知识点
1、核酸分为哪两大类？
2、核酸的元素组成？
3、核酸的基本组成单位是什么？
4、核酸的基本组成成分有哪些？DNA与RNA的基
本组成成分上有何区别？
本组成成分上有何区别？
5、戊糖与碱基，磷酸与戊糖之间分别通过什么化
学键连接起来？
学键连接起来？
6、碱基分为哪两大类？RNA和DNA中的常规碱基
分别有哪些
分别有哪些
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