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整理：皮皮學姐
編輯：菜瓜
核酸的結(jié)構(gòu)與功能
核酸( mudeic acid)是以該苷酸為基本組成單位的生物信息大分子，具有復雜的結(jié)構(gòu)和重要的生物學功能。核酸可以分為脫氧核糖核酸( doexyrihonucleic acid，DNA） 和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA)兩類。
真核生物DNA存在于細胞核和線粒體內(nèi),攜帶遺傳信息，并通過復制的方式將速傳信息進行傳代細胞以及個體的基因型( genotrpe)是由這種遺傳信息組成的。在絕大多數(shù)生物中，RNA是DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，參與遺傳信息的復制和表達真核生物RNA存在于細胞質(zhì)、細胞核和線粒體內(nèi)。在某些病毒中,RNA也可以作為遺傳信息的載體。
01
核算的化學組成以及一級結(jié)構(gòu)
1.核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位
核苷酸是構(gòu)成核酸的基本組成單位。堿基(base)是構(gòu)成核苷酸的基本組分之一。堿基是含氮的雜環(huán)化合物，可分為嘌呤( purine)和嘧啶( pyrimidine )兩類。常見的嘌呤包括腺嘌呤( adenine，A)和鳥嘌呤( gua-nine，G),常見的嘧啶包括尿密啶( uracil，U)、胸腺嘧啶( thymine ，T)和胞嘧啶( cytosine，C)。DNA中的堿基有A、G、C和T；而RNA中的堿基有A、G、C和U。
①五種堿基的酮基或氨基所處的環(huán)境PH的影響可以形成酮-烯醇互變異構(gòu)體或氨基-亞氨基異構(gòu)體，這為堿基之間形成氫鍵提供了基礎(chǔ)。
②核糖有β-D-核糖和β-D-2-脫氧核糖
③脫氧核糖化學穩(wěn)定性比核糖好，所以DNA成了遺傳信息的載體
④在天然條件下，由于空間位阻效應(yīng)，核糖和堿基在反式構(gòu)象上
AMP? 腺苷一磷酸? ? ? ? dAMP 脫氧腺苷一磷酸
GMP? 鳥苷一磷酸? ? ? ? dGMP 脫氧鳥苷一磷酸
CMP? 胞苷一磷酸? ? ? ? dCMP 脫氧胞苷一磷酸
UMP? 尿苷一磷酸? ? ? ? dMP5脫氧胸苷一磷酸
DNA是脫氧核苷酸通過3'，5'-磷酸二脂鍵連接成的大分子
DNA鏈的方向，5'一3'的方向性，
RNA鏈的方向，5'一3'的方向性。
單鏈DNA和RNA分子的大小常用核苷酸（muclectide ）數(shù)目表示，雙鏈DNA則用堿基對( base pair，bp)或千堿基對( kilobase pair，kbp)數(shù)目來表示。小的核酸片段( <50bp)常被稱為寡核苷酸。自然界中的DNA和RNA的長度可以高達幾十萬個堿基。DNA攜帶的遺傳信息完全依靠堿基排列順序變化。
02
DNA的空間結(jié)構(gòu)和功能
1.一級結(jié)構(gòu)
核酸的一級結(jié)構(gòu)是構(gòu)成DNA的脫氧核苷酸或RNA的核糖核苷酸自5'-端至3'-端的排列順序。
2.二級結(jié)構(gòu)
Chargaff規(guī)則:
①不同生物個體的DNA其堿基組成不同
②同一個體不同器官或不同組織的DNA具有相同的堿基組成
③對于特定組織的DNA、其堿基組分不隨其年齡、營養(yǎng)狀態(tài)和環(huán)境而變化
④對于特定的生物體而言，腺嘌呤(A)與胸腺噙啶(T)的摩爾數(shù)相等.而鳥嘌吟(G)與胞嘧啶(C)的摩爾數(shù)相等。這一規(guī)則暗示了DNA的堿基之間存在著某種對應(yīng)的關(guān)系。
雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點：
①DNA由雙兩條反向平行的多聚脫氧核苷酸鏈組成
右手螺旋，直徑2.37nm，螺距3.54nm；
②核糖與磷酸位于外側(cè)，有大溝和小溝；
③DNA雙鏈之間形成了堿基互補配對；
堿基對平面與雙螺旋旋結(jié)構(gòu)的螺旋軸垂直
④堿基對的硫冰作用力和氫鍵共同維持著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的多樣性：
B型-DNA? A型-DNA? Z型-DNA
DNA有多鏈結(jié)構(gòu)
3.DNA的高級結(jié)構(gòu)是超螺旋結(jié)構(gòu)
原核生物DNA的環(huán)狀超螺旋結(jié)構(gòu)
絕大部分原核生物的DNA是環(huán)狀的雙螺旋分子。在細胞內(nèi)進一步盤繞后,形成了類核(nu-cleoid)結(jié)構(gòu)。類核結(jié)構(gòu)中的80%是DNA，其余是蛋白質(zhì)。在細菌DNA中，超螺旋結(jié)構(gòu)可以相互獨立存在形成超螺旋區(qū)。各區(qū)域間的DNA可以有不同程度的超螺旋結(jié)構(gòu)。
真核生物DNA以核小體單位形成高度有序致密結(jié)構(gòu)
核小體（由DNA和H1，H2A，H2B，H3和H4等5種組蛋白共同構(gòu)成）→中空螺旋管→超螺旋管纖維→染色單體
著絲粒：在有絲分裂中發(fā)揮重要的作用
端粒：在維持染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)實和維特DNA復制過程中DNA的完整性方面有重要作用，還有衰老和腫癌瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)系。
DNA的功能: DNA是生物遺傳信息載體,并為基因復制和轉(zhuǎn)錄提供模板。
03
RNA的結(jié)構(gòu)與功能
RNA與蛋白質(zhì)共同相負起基因的表達和表達調(diào)控功能。RNA比DNA小得多，但是它的種類，大小和結(jié)構(gòu)卻遠比DNA復雜的多。
mRNA
①真核生物mRNA的5'-端有特殊帽結(jié)構(gòu)。
②真核生物mRNA的3'-端有多聚腺苷酸尾，在真核生物mRNA的3'-端，有一段由至250個腺苷酸連接而成的多聚腺苷酸結(jié)構(gòu)，稱為多聚腺苷酸尾( poly( A)-tail)或多聚A尾。
③mRNA的堿基序列決定蛋白質(zhì)的氨基酸序列。mRNA為蛋白質(zhì)的生物合成提供模板。成熟的mRNA由編碼區(qū)和非編碼區(qū)組成。
tRNA
① tRNA 含有多種稀有堿基：稀有堿基是指除A,G,C,U外的些堿基，包括雙氫尿嘧啶、假尿嘧啶核苷和甲基化的嘌呤等。
②tRNA含有莖環(huán)結(jié)構(gòu)（三葉草的形狀）
③tRNA的3'-端可連接氨基酸，所有的tRNA的3'-端都是以CCA三個核苷酸結(jié)束的。
④tRNA的反密碼子能夠識別mRNA密碼子
rRNA
核糖體RNA( rRNA)是細胞內(nèi)含量最多的RNA,約占RNA總量的80%以上。RNA與核糖體蛋白共同構(gòu)成核糖體，它為蛋白質(zhì)生物合成所需要的mRNA，tRNA以及多種蛋白因子提供了相互結(jié)合和相互作用的空間環(huán)境。
其他非編碼RNA參與基因表達的調(diào)控
核內(nèi)小RNA? 胞質(zhì)小RNA? 催化性小RNA? 小干擾RNA? 微RNA
04
核算的理化性質(zhì)
1.核算分子具有強烈的紫外線吸收
在中性條件下，堿基、核苷、核苷酸和核酸在紫外波段有較強的光吸收，最大吸收值在260nm附近。
核酸為多元酸，具有較強的酸性。
2.DNA變性是雙鏈解離為單鏈的過程
DNA變性及復性:在某些理化因素下(如PH、溫度，離子強度下)會導致DNA雙鏈之間的互補堿基對之間的氫鍵發(fā)生斷裂。
在變性條件緩慢去除后，兩條解離的互補鏈可以重新互補配對，形成DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。
DNA增色主應(yīng): DNA分子變性后，雙鏈之詞的雙鏈解離，使得更多的共軛雙建得以暴露，在含有DNA的溶液在260nm處的吸光度隨之增加。
Tm：在解鏈過程中，紫外吸光度的變化達到最大值的一半時所對應(yīng)的溫度定義為DNA的解鏈溫度或融解溫度。
05
核酸酶
核酸酶是所有可以水解核酸的酶。依據(jù)核酸酶底物的不同可以將其分為DNA酶d和RNA酶兩類。DNA 酶能夠?qū)Ｒ恍缘卮呋撗鹾颂呛怂岬乃猓鳵NA酶能夠?qū)Ｒ恍缘卮呋颂呛怂岬乃狻?按照對底物級結(jié)構(gòu)的專一性，核酸陷還有單鏈酶和雙鏈酶之分。
依據(jù)對底物的作用方式可將核酸醇分為核破外切酶和核酸內(nèi)切酶。核酸外切酶僅能水解位于核酸分子鏈末端的磷酸二脂鍵。
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