The structure and facility of Nucleic acid

DNA结构的柔性

1. 类电话线，短程刚性强
2. 柔性受限制的因素
   • 碱基单键可旋转，受位阻影响
   • 戊糖单键旋转受限
   • 单磷氧键可以较为自由的旋转

正超螺旋与负超螺旋（环状DNA）

常见的线性B型DNA在其两端被蛋白质固定，或者连接成环后很容易形成超螺旋结构。正超螺旋旋转过多，为左旋；负超螺旋旋转过少，为右旋。

• 常存在于生命旺盛的细胞：正超螺旋广泛存在于复制叉头部和RNA聚合酶前端，需要用拓扑异构酶将其消除才能保证复制转录的正常进行。
• 松弛的环状DNA经拓扑异构酶和ATP作用形成负超螺旋，负超螺旋可以较为容易的部分解链可形成正超螺旋（正超螺旋的图层形似8，俯视顺时针拧）。
• 正的超螺旋在复制转录时会出现；原核生物的DNA都以负超螺旋的形式存在200碱基/个(部分嗜热菌内存在较多的正超螺旋，这对他们的耐热性有帮助)
• LK=Tw +Wr（Twist + writhe= Linking number）
  • linking number：闭环中DNA两条链相互缠绕的次数（DNA双螺旋中一条链以右手螺旋缠绕另一条链的次数）
  • writhing number：是螺旋轴穿过的次数(超螺旋数或者缠绕数)
  • twisting number：DNA分子中的螺旋数（$\frac{\mathrm{长}\mathrm{度}}{\mathrm{螺}\mathrm{距}}$）
  • LK能且仅能在DNA被切开后重新缝合改变，即仅有拓扑异构酶能够改变
• 超螺旋状态定量描述
  
  上述公示的意义：DNA分子中的右手螺旋部分解旋，使得超螺旋形成。解旋导致分子的连环数减少，而减少的的连环数转化为了超螺旋数。
• R-Loop
• 超螺旋的结构形成的意义：
  • 使DNA形成高度致密的状态以装入核中
  • 推动DNA结构的转化：负超螺旋上的张力引起互补链分开导致局部变形，使其更容易参与复制和转录等过程。（拓扑异构酶Gyrase和解螺旋酶的相关功能）
  • 维持十字形回文结构^[1]
  • 促进形成Z型DNA。

1. 长度：单链nt，双链bp
2. 拓扑异构酶

• type1：切开一条链
• type2：切开两条链
• 作用：解除张力，保持能量的稳定性。
• 拓扑异构体：仅仅在Linking number不同的DNA
• 超螺旋的DNA在琼脂糖ning凝胶电泳中的速度比Relax的DNA速度更快。

中心法则

1. DNA的一级结构决定基因的功能。
2. 基因：指DNA分子上的特定区段。大部分基因不参与中心法则，只负责一些调控。其中编码多肽链或RNA的基因又称为结构基因。
   

RNA

3. 人体含量最高的RNA是rRNA（75%-85%），其次tRNA（15%），再次mRNA（3%-5%）.其中蛋白质编码区只占人类基因组的2%~3%。非编码RNA（ncRNA——none coding）为人体中RNA的主要部分是编码RNA含量的上百倍。
4. 核内不均一RNA——hnRNA，分为内含子和外显子两部分，经剪切后成为成熟的mRNA。
5. 核内小RNA——snRNA ：参与hnRNA的剪接与转运。
6. 核仁小RNA——snoRNA：参与rRNA的加工与修饰。
7. RNA的特点：
   • 不稳定，易被降解。
   • 尽管存在某些复杂的二级结构，大多都视为单链。
   • 比DNA小得多，比DNA的多样性更丰富。

mRNA

5. 成熟mRNA上每三个密码子编译一个氨基酸，因此每三个核苷酸成为一个氨基酸的遗传密码。
6. 起始密码子(codon)通常是AUG——甲硫氨酸
7. 成熟的mRNA
   1. 对于真核生物，成熟mRNA:5‘端甲基化——加帽$m^{7}GpppNm$（甲基化的鸟苷酸残基）可作为翻译起始的标记，也能起到保护作用；3’端多聚腺苷酸序列（AAAAAAA...AA）该序列的长短代表mRNA的寿命长度；AAUAAA（为poly-A前端和poly-A聚合酶的识别区段）
   2. 对于原核生物，在AUG上游约10个核苷酸处有一段富嘌呤的序列，简称为SD序列，通常具有序列保守性，与翻译的起始有关，是核糖体小亚基16S rRna结合的部位。
   3. 成熟过程：
8. 核糖体对mRNA有保护的作用。
9. ORF（open read frame）：起始与终止密码子之间的片段

ncRNA

• 人和鼠的蛋白质编码基因有99%是相同的；人和猩猩的基因差别为1%，来源于非编码RNA。造成人个体差异的基因约有0.3%是蛋白质编码基因：生物的复杂性不是由编码蛋白质决定，而是由隐藏在基因组里的非编码RNA决定。
• 相关功能：
  1. 翻译：rRNA，tRNA
  2. snRNA识别hnRNA的剪切位点产生成熟的RNA。
  3. snoRNA将尿苷修饰为假尿苷;参与rRNA的加工、修饰.
  4. miRNA调节基因的表达与翻译
  5. 端粒酶RNA作为合成端粒重复序列的模板。

tRNA

1. 含多种稀有碱基，且修饰十分丰富
2. 结构
   • 反密码环
   • 可变环
   • 氨基酸接受臂
     
3. 不同的tRNA中也含有固定不变的碱基，这些碱基大多集中在突环中。
4. tRNA的三级结构：在二级结构的基础上进一步折叠形成倒L型.
5. 氨基酸接收臂都是以CCA结尾，然而不同的tRNA能够特异性识别氨基酸的原因是，有专门的蛋白（类似于分子伴侣）可以将氨基酸和对应的tRNA固定到一个较为接近的位置并成键。

rRNA

14. 核糖体中蛋白质和RNA占比：35%：65%
15. 组成：大亚基+小亚基
16. rRNA的空间结构较为特殊，以完成特别的任务

核酶：非蛋白质，是RNA

• 某些小RNA能够催化特定的RNA降解

siRNA

小片段干扰RNA：诱发mRNA降解