《核酸思维导图生物》

一、核酸概述

1.1 定义

• 携带遗传信息的生物大分子。
• 控制生物的生长、发育和繁殖。

1.2 分类

• 脱氧核糖核酸 (DNA)
  • 主要存在于细胞核中，少量存在于线粒体和叶绿体中。
  • 双链螺旋结构。
  • 遗传物质，指导蛋白质合成和生物性状。
• 核糖核酸 (RNA)
  • 主要存在于细胞质中，也存在于细胞核中。
  • 单链结构 (部分病毒RNA为双链)。
  • 参与蛋白质合成，调控基因表达，部分RNA具有催化功能。

二、核酸的基本单位：核苷酸

2.1 组成

• 五碳糖
  • DNA：脱氧核糖 (缺少2'位的氧原子)
  • RNA：核糖
• 磷酸
  • 连接不同的核苷酸形成核酸链。
• 含氮碱基
  • 嘌呤 (双环)
    • 腺嘌呤 (A)
    • 鸟嘌呤 (G)
  • 嘧啶 (单环)
    • 胞嘧啶 (C)
    • 胸腺嘧啶 (T) (DNA特有)
    • 尿嘧啶 (U) (RNA特有)

2.2 核苷和核苷酸的区别

• 核苷：五碳糖 + 含氮碱基
• 核苷酸：五碳糖 + 含氮碱基 + 磷酸

2.3 核苷酸的命名

• 依据五碳糖和碱基命名。
  • DNA：脱氧腺苷酸、脱氧鸟苷酸、脱氧胞苷酸、脱氧胸苷酸
  • RNA：腺苷酸、鸟苷酸、胞苷酸、尿苷酸

2.4 核苷酸之间的连接

• 通过磷酸二酯键连接。
• 一个核苷酸的5'位磷酸与另一个核苷酸的3'位羟基相连，形成磷酸二酯键。

三、DNA的结构与功能

3.1 DNA双螺旋结构 (沃森-克里克模型)

• 主链：由脱氧核糖和磷酸交替连接构成。
• 碱基：位于主链内部，碱基之间通过氢键互补配对。
• 碱基互补配对原则：
  • A与T配对 (2个氢键)
  • G与C配对 (3个氢键)
• 双链反向平行：一条链的5'端对应另一条链的3'端。
• 螺旋结构：双链围绕中心轴旋转形成螺旋结构。
• 大沟和小沟：由于碱基的排列不完全对称，导致螺旋表面出现大沟和小沟。

3.2 DNA的功能

• 储存遗传信息：DNA序列决定了生物的遗传特征。
• 传递遗传信息：通过DNA复制将遗传信息传递给子代。
• 指导蛋白质合成：通过转录和翻译过程将DNA中的遗传信息转化为蛋白质。
• 控制生物性状：基因 (DNA片段) 通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状。

3.3 DNA复制

• 定义：以亲代DNA为模板，合成子代DNA的过程。
• 时间：细胞分裂间期 (S期)。
• 场所：细胞核、线粒体、叶绿体。
• 方式：半保留复制。
• 酶：
  • 解旋酶：打开双链。
  • DNA聚合酶：催化DNA链的延伸，需要引物。
  • DNA连接酶：连接DNA片段 (冈崎片段)。
• 过程：
  1. 解旋：解旋酶打开双链，形成复制叉。
  2. 引物合成：RNA聚合酶合成引物。
  3. DNA链延伸：DNA聚合酶沿着模板链合成新的DNA链。
  4. 引物去除和缺口填补：去除引物，DNA聚合酶填补缺口。
  5. 连接：DNA连接酶连接DNA片段。

四、RNA的种类与功能

4.1 mRNA (信使RNA)

• 功能：携带遗传信息，作为蛋白质合成的模板。
• 结构：单链结构，含有密码子。
• 来源：转录而来。

4.2 tRNA (转运RNA)

• 功能：转运氨基酸到核糖体，参与蛋白质合成。
• 结构：三叶草结构，含有反密码子。
• 特点：每种tRNA只能携带一种特定的氨基酸。

4.3 rRNA (核糖体RNA)

• 功能：与蛋白质结合形成核糖体，核糖体是蛋白质合成的场所。
• 结构：复杂，与蛋白质结合形成核糖体。

4.4 其他RNA

• siRNA (小干扰RNA): 参与基因沉默，调控基因表达。
• miRNA (微小RNA): 参与基因表达调控。

五、基因表达

5.1 转录

• 定义：以DNA为模板，合成RNA的过程。
• 场所：细胞核。
• 酶：RNA聚合酶。
• 模板：DNA一条链 (模板链，反义链)。
• 过程：
  1. RNA聚合酶识别启动子，与启动子结合。
  2. 解旋：RNA聚合酶打开DNA双链。
  3. RNA链延伸：RNA聚合酶沿着模板链合成RNA链。
  4. 终止：RNA聚合酶到达终止子，转录结束，释放RNA。

5.2 翻译

• 定义：以mRNA为模板，合成蛋白质的过程。
• 场所：核糖体。
• 过程：
  1. 起始：核糖体小亚基与mRNA结合，寻找起始密码子 (AUG)。
  2. 延伸：tRNA携带氨基酸进入核糖体，与mRNA上的密码子配对，氨基酸之间形成肽键。
  3. 终止：核糖体遇到终止密码子 (UAA, UAG, UGA)，翻译结束，释放蛋白质。
• 密码子：mRNA上决定氨基酸序列的三个碱基序列。
• 反密码子：tRNA上与mRNA密码子互补配对的三个碱基序列。
• 中心法则：遗传信息从DNA传递到RNA，再从RNA传递到蛋白质。

六、基因突变

6.1 定义

• DNA分子中碱基对的增添、缺失或替换，引起基因结构的改变。

6.2 类型

• 碱基对替换：一个碱基对被另一个碱基对替换。
  • 错义突变：导致氨基酸序列改变。
  • 无义突变：导致终止密码子提前出现，蛋白质截短。
  • 沉默突变：由于密码子的简并性，不改变氨基酸序列。
• 碱基对增添或缺失：导致阅读框移位，氨基酸序列发生巨大改变。

6.3 原因

• 自发突变：DNA复制过程中发生的错误。
• 诱发突变：物理、化学或生物因素引起的突变。

6.4 影响

• 可能导致生物性状发生改变。
• 可能对生物体有害，也可能有利。
• 基因突变是生物进化的重要来源。

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