生物化学 药立波 b站视频配套 第二章：核酸的结构与功能
第二章：核酸的结构与功能
核酸：是以核苷酸为基本组成单位的生物信息大分子，具有复杂的结构和重要的生物学功能。核酸可分为脱氧核糖核酸和核糖核酸两大类。
第一节：核酸的化学组成以及一级结构
核酸-核苷酸=磷酸+核苷=碱基+核糖或脱氧核糖
核糖/脱氧核糖+碱基=核苷
核苷+磷酸=核苷酸
一：核苷酸是构成核酸的基本组成单位
碱基：是构成核苷酸的基本组分之一。碱基是含氮的杂环化合物，可分为嘌呤和嘧啶两类。常见的嘌呤包括腺嘌呤，鸟嘌呤，常见的嘧啶包括尿嘧啶，胸腺嘧啶和胞嘧啶。碱基与核糖或脱氧核糖反应生成核苷。
二：DNA是脱氧核糖核苷酸通过3；5；-磷酸二酯键连接形成的大分子。
三：rna也是具有3；5；-磷酸二酯键的线性大分子
四：核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序
核酸的一级结构：是构成rna的核糖核苷酸或DNA的脱氧核糖核苷酸自5；-端至3；-端的排列顺序。由于核苷酸之间的差异在于碱基的不同，因此核酸的一级结构也就是它的碱基序列
第二节：DNA的空间结构与功能
DNA的空间结构：构成DNA的所有原子在三维空间的相对位置关系是DNA的空间结构。DNA的空间结构可分为二级结构和高级结构
一：DNA的二级结构是双螺旋结构
（一）DNA双螺旋结构的实验基础
Chargaff规则：1.不同生物个体的DNA其DNA碱基组成不同。2.同一个个体不同器官或不同组织的DNA具有相同的碱基组成。3.对于一特定的生物体而言，腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，而鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等。
（二）DNA双螺旋结构模型要点
1.DNA由两条多聚脱氧核苷酸链组成：它们围绕同一个螺旋轴形成右手螺旋，两条链中的一条链的5；-3；方向是自上而下，而另一条链的5；-3；方向是自下而上的，呈现出反向平行的特征。
2.磷酸和核糖位于外侧：由脱氧核糖和磷酸基团构成的亲水性骨架位于双螺旋结构的外侧，而疏水碱基位于内侧
3.DNA双链之间形成了互补碱基对：一条链上的腺嘌呤与另一条链上的胸腺嘧啶形成了两个氢键，一条链上的鸟嘌呤和另一条链上的胞嘧啶形成了三个氢键
4.碱基对的疏水作用力和氢键共同维持着DNA双螺旋结构的稳定。
（三）DNA双螺旋结构的多样性
（四）DNA的多链结构
二：DNA的高级结构是超螺旋结构
超螺旋结构：由DNA双链盘绕形成的空间构象。当盘绕的方向与DNA双螺旋方向相同时，其超螺旋结构为正超螺旋，反之则为负超螺旋。
（一）原核生物的DNA环状超螺旋结构
（二）真核生物DNA以核小体为单位形成高度有序的致密结构
核小体：是染色质的基本组成单位，它是由DNA和五种组蛋白共同构成的。两分子的h2a，
H2b，h3和h4形成一个八聚体的组蛋白核心，长度约为150bp的DNA双链在核心组蛋白八聚体上盘绕1.75圈形成核小体的核心颗粒。
端粒：是染色体末端膨大的颗粒状结构，由染色体末端DNA和dna结合蛋白构成。端粒DNA由简单重复序列构成，人的端粒重复序列富含鸟嘌呤（G），端粒在维持染色体结构的稳定和维持复制过程中DNA的完整性方面有重要作用，还与衰老及肿瘤的发生发展有关。
三：DNA是遗传信息的物质基础
DNA的功能：
DNA是生物遗传信息的载体，并为基因复制和转录提供了模板，它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。
第三节：rna的结构与功能
Rna的分类：mrna，tRNA，rrna
一：mrna是蛋白质合成中的模板
1.真核生物mrna的5；-端有特殊的帽子结构
功能：维持mrna的稳定性，协同mrna从细胞核向细胞质的转运，以及在蛋白质生物合成中促进核糖体和翻译起始因子的结合
2.真核生物mrna的3；-端有多聚腺苷酸尾
功能：维持mrna的稳定性，协同mrna从细胞核向细胞质的转运，以及翻译起始的调控
3.mrna的碱基序列决定蛋白质的氨基酸序列：
功能：Mrna为蛋白质的生物合成提供模板
二：tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体
1.tRNA含有多种稀有碱基
2.tRNA含有茎环结构
3.tRNA的3；-端可连接氨基酸
4.tRNA的反密码子能够识别mrna的密码子
三：以rrna为组分的核糖体是蛋白质合成的场所
Rrna：是细胞内含量最多的rna，rrna与核糖体蛋白共同构成核糖体。
四：其他非编码rna参与基因表达的调控
五：核酸在真核细胞和原核细胞中表现不同的时空特性
第四节：核酸的理化性质
一：核酸分子具有强烈的紫外吸收
嘌呤和嘧啶含有共轭双键。因此，碱基，核苷，核苷酸，核酸在260nm处有紫外吸收的性质
二：DNA变性是双链解离为单链的过程
DNA变性：在某些物理和化学因素下，DNA的双链互补碱基对之间的氢键发生断裂，使DNA双链解离为单链。在变性过程中，由于更多的共轭双键得以暴露，含DNA的溶液在260nm处紫外吸收增加，称为增色效应。
DNA复性：当变性条件缓慢除去后，两条解离的互补链可重新互补配对，恢复原来的双螺旋结构。这一现象称为复性。随着DNA的复性，更少的共轭双键暴露在外，含DNA的溶液在260nm处的紫外吸收降低，称为减色效应。
Tm：在DNA变性解链的过程中，紫外吸收变化达到最大变化值一半时的温度。Tm值与DNA的长短以及碱基的gc含量相关。Gc含量越高，tm值越大。
三：变性的核酸可以复性或形成杂交双链
核酸杂交：如果将不同的DNA单链或rna放在同一溶液中，只要两种核酸单链之间存在着一定程度的碱基配对关系，他们就有可能形成杂化双链，这种现象称为核酸杂交。核酸杂交可发生在DNA和DNA，rna和DNA或rna和rna之间。
第五节：核酸酶
核酸酶：是所有可以水解核酸的酶。根据核酸酶底物的不同可以将其分为DNA酶和rna酶，依据对底物作用的方式可将核酸酶分为核酸外切酶和核酸内切酶。
核酸酶的功能：
1.参与DNA的合成与修复以及rna合成后的剪接等重要的基因复制和基因表达的过程。
负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸。
