生物化学思维导图-核酸化学（一）

姜呈全

一、 核酸通论
1、 核酸的生物功能：RNA和DNA生物学功能
2、 DNA和基因组概念
DNA分子中最小的功能单位称作基因，为RNA或蛋白质编码的基因称结构基因，只有调节功能，不转录生成RNA的称调节基因，某生物体所含的全部基因称该生物体的基因组。
3、 RNA功能的多样性
Ø 某些病毒的遗传物质；
Ø 控制蛋白质的合成；
Ø 遗传信息的加工；
Ø 基因表达和细胞功能的调控；
Ø 催化功能；
Ø 在细胞分化和个体发育中发挥重要作用；
Ø 在生命起源中可能有重要作用。



二、 核酸的结构
1、 核苷酸基本结构组成
1） 组成：
Ø 戊糖：组成核酸的戊糖有两种：D-核糖和D-2-脱氧核糖，据此，可以将核酸分为两种：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）
Ø 碱基：嘌呤碱—腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G）。嘧啶碱—胞嘧啶（C），尿嘧啶（U），胸腺嘧啶（T）。修饰碱基：植物中有大量5-甲基胞嘧啶，E.coli噬菌体中5-羟甲基胞嘧啶代替C。稀有碱基：100余种，多数是甲基化的产物。



DNA由A、G、C、T碱基构成。RNA由A、G、C、U碱基构成。



2） 结构：
Ø 核苷：由戊糖和碱基缩合而成，糖环上C1与嘧啶碱的N1或与嘌呤碱的N9连接，核酸中的核苷均为β-型核苷，DNA 的戊糖是脱氧核糖，RNA 的戊糖是核糖。
Ø 核苷酸：核苷中戊糖C3、C5羟基被磷酸酯化，生成核苷酸。



2、 DNA的一级结构：核酸中核苷酸的连接方式3’，5’-磷酸二酯键。核酸的一级结构：碱基的排列顺序。



3、 DNA的二级结构


1） DNA碱基组成的Chargaff规则：A-T,C-G;T-A,G-C; A=T，G=C 且A+G=C+T。
2） B型双螺旋结构要点：



Ø 两条链反向平行，绕同一轴相互缠绕成右手螺旋；
Ø 磷酸和戊糖交替处于螺旋外围，碱基处于内部，形成碱基对；
Ø 双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm；
Ø 一条链的核苷酸序列可以决定另一条互补链的核苷酸序列。
Ø 稳定双螺旋结构的作用力为氢键、碱基堆积力(即疏水作用)和环境中正离子的作用。
3） DNA的其他二级结构：A、B和Z型



A、B、Z型

4） DNA二级结构的不均一性：
Ø 反向重复序列（回文序列）
Ø 富含AT的序列



4、 DNA的三级结构
1） 定义：是在二级结构基础上，通过扭曲和折叠所形成的特定构象，其中包括单链与双链、双螺旋与双螺旋的相互作用，超螺旋是DNA三级结构的一种形式。
2） 拓扑学：White方程：L＝T＋W（L：连环数或拓扑环绕数；W：扭曲数，即超螺旋数；T：缠绕数，即双螺旋的圈数）
5、 RNA的结构
1） 一级结构：RNA一级结构是指RNA分子中核糖核苷酸的排列顺序及连接方式。除含有常见的4种碱基外，有时还含有某些稀有碱基。
2） 高级结构：tRNA
Ø 二级结构：沉降系数为4S，三叶草模型。主要特征：四臂四环；氨基酸臂3′端有CCAOH的共有结构；D环上有二氢尿嘧啶(D)；反密码环上的反密码子与mRNA相互作用；可变环上的核苷酸数目可以变动；TψC环含有T和ψ；含有修饰碱基和不变核苷酸。
Ø 三级结构：倒L形。功能:是蛋白质合成中的氨基酸载体；tRNA的反密码子能够识别mRNA的密码子。