第二章+核酸的结构与功能
第二单元 核酸的结构和功能
(1～2题共用备选答案)
A.G、C、T、U
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱG、A、C、T
C.A、G、C、U
D.G、A、T、U
E.I、C、A、U
【助理】
1RNA分子中所含的碱基是
四、DNA的功能
DNA是遗传的物质基础，表现生物性状的遗传信息贮存在DNA分子的核苷酸序列中。当细胞分裂时，生物遗传信息通过复制从亲代(细胞)传递给子代(细胞)，使物种得以延续。因此，DNA与细胞增生、生物体传代有关。DNA还可通过转录指导RNA(包括mRNA)合成，将遗传信息传递给mRNA；继而以mRNA为模板合成特异的蛋白质分子。蛋白质赋予生物体或细胞特异的生物表型和代谢表型，使生物性状遗传。
C．DNA双螺旋以右手螺旋的方式围绕同一轴有规律地盘旋
D．两股单链的5′至3′端走向在空间排列上相同
E．两碱基之间的氢键是维持双螺旋横向稳定的主要化学键
答案：D
三、DNA的三级结构
原核生物没有细胞核，其DNA分子在双螺旋基础上进一步扭转盘曲，形成超螺旋，使体积压缩。超螺旋结构就是DNA的三级结构。
在真核生物的染色体中，DNA的三级结构与蛋白质的结合有关。与DNA结合的蛋白质有组蛋白和非组蛋白两类。组蛋白有H1，H2A，H2B，H3和H4共5种，它们都是含有丰富的赖氨酸和精氨酸残基的碱性蛋白质。组蛋白H2A、H2B、H3和H4各两分子形成八聚体，八聚体之外绕有近1圈约140至146个碱基对的DNA，构成一个核小体。H1位于核小体与核小体之间的连接区，并与约75至100个碱基对的DNA结合，组成串珠状结构。在核小体结构基础上，DNA链进—步折叠，形成染色(单)体。人类细胞核中有46条(23对)染色体，这些染色体的DNA总长达1．7m，经过折叠压缩，46条染色体总长也仅200nm左右。
第二章 核酸的结构与功能
来源的核酸经变性和复性的过程，其中一些不同 的核苷酸单链由于存在局部碱基互补片段，而在 复性时形成杂化双链(heteroduplex)的过程。
分子探针(probe):带有某种标记物的分子，如
核苷酸链片段
分子杂交和探针技术是许多分子生物学技术的基
础，有广泛的应用价值。
P53
双链DNA
AT C C
TAG G
A
AT C C
TAG G
变性
加热
AT C C
单链DNA
AT C C
TAG G
TAG G
复性 杂链DNA
AT C C TAG G
退火
AT C C
TAG G
双链DNA
加热 变性
B
复性 退火
单链DNA
杂链DNA
两种最重要的生物大分子比较
二、戊糖
RNA:D-核糖
DNA:D-2-脱 氧核糖 D-核糖的C-2 所连的-OH脱去
核 糖
D-
氧就是D-2脱氧
核糖
脱氧核糖
D-
两类核酸的基本成分
RNA
磷酸 磷酸
DNA
磷酸
戊糖
嘌呤碱
D-核糖
腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U)
D-2-脱氧核糖
腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T)
第二章 核酸 的结构与功能
（The structure and
function of nucleic acids）
第一节
核酸的基本概念
P26
02 核酸的结构与功能
2.DNA双链之间形成了互补碱基对 碱 基 配 对 关 系 称 为 互 补 碱 基 对 (complementary base pair)。 DNA 的 两 条 链 则 互 为 互 补 链 (complementary strand)。 碱基对平面与螺旋轴垂直。
大沟与小沟
3.疏水作用力和氢键共同维系着DNA双螺旋 结构的稳定。 相邻两个碱基对会有重叠， 产生了疏水性的碱基堆积力 (base stacking interaction)。 碱基堆积力和互补碱基对的 氢键共同维系着DNA结构的 稳定。
目录
（二） DNA双螺旋结构模型要点
1.DNA是反向平行、右手螺旋的双链结构 两条多聚核苷酸链在空间的走向呈反向平行(antiparallel)。两条链围绕着同一个螺旋轴形成右手螺 旋(right-handed)的结构。双螺旋结构的直径为2nm， 螺距为3. 4nm。
脱氧核糖和磷酸基团组成的亲水性骨架位于双螺旋 结构的外侧，疏水的碱基位于内侧。 双螺旋结构的表面形成了一个大沟(major groove) 和一个小沟(minor groove)。
CH2 O H H H H H
3´,5´-磷酸二酯键
O
P O-
O
碱基
O
P O-
O
CH 2 O H H OH
3´-羟基
目录
H H H
三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯键 的线性大分子
RNA也是多个核苷酸分子通过酯化反应形 成的线性大分子，并且具有方向性； RNA的戊糖是核糖； RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。
两种最重要的生物大分子比较
项 目
组成单位
种 类
蛋 白 质
氨基酸
第二章 核酸的结构与功能
第二章核酸的结构与功能第一部分：选择题1.核酸中核苷酸之间的连接方式是：3'，5'-磷酸二酯键2.腺嘌呤的克分子数等于胸腺嘧啶的克分子数3.同种生物体不同组织中的DNA碱基组成极为相似4.DNA双螺旋中碱基对位于内侧5.二股多核苷酸链通过A与T或C与G之间的氢键连接6.维持双螺旋稳定的主要因素是氢键和碱基堆积力7.RNA和DNA彻底水解后的产物：碱基不同，核糖不同8.DNA和RNA共有的成分是：鸟嘌呤9.核酸具有紫外吸收能力的原因是：嘌呤和嘧啶环中有共轭双键10.DNA超螺旋结构中，核小体由DNA和组蛋白共同构成组蛋白的成分是H1,H2A,H2B,H3和H411.大肠杆菌的基因组的碱基数目为：4700kb12.DNA的解链温度指的是：A260nm达到最大值的50％时的温度，G＋C比例越高，Tm值也越高13.热变性后相同的DNA经缓慢冷却后可复性，此过程也称作退火14.核酶是RNA分子，但具有酶的功能，可作为肿瘤和病毒的基因治疗手段15.DNA的变性是指DNA分子中碱基间氢键的断裂16.真核生物DNA的高级结构包括：核小体，环状DNA，双螺旋17.DNA双链结构中氢键形成的基础是：碱基中的酮基或氨基，与介质中的pH有关，酮式烯醇式互变18.RNA分子：主要是单链，可以有局部双链，具有功能多样性19.DNA存在于：线粒体，细胞核20.DNA双螺旋的提出依据：依据Chargaff规则，X线衍射图21.DNA结构的多样性是指：改变离子强度与温度对DNA构型有影响，不同构象的DNA在功能上有差异22.真核生物mRNA：5'端帽子结构与生物进化有关，5'端帽子结构与蛋白质合成起始有关，3'端的poly A尾结构与mRNA稳定有关23.在双股DNA的Watson－Crick结构模型中，碱基平面垂直于螺旋长轴，核糖平面平行于螺旋长轴，磷酸和核糖位于外侧，碱基位于内侧24.DNA双螺旋模型有大沟和小沟，两条链的碱基配对为T=A,G≡C，一条链是5'→3',另一条链是3'→5'方向25.核苷酸分子中核糖1'-C与嘌呤N-9或嘧啶N-1相连26.tRNA含甲基化核苷酸，三叶草形的二级结构，有局部的双链结构，含有二氢尿嘧啶环，3'末端有氨基酸臂，有假尿嘧啶核苷酸，3'端是C－C－A结构27.3 ．DNA分子由两条脱氧核苷酸链组成，脱氧单核苷酸之间靠磷酸二酯键连接，碱基配对为A＝T，G≡C28.原核生物核糖体RNA小亚基中是16SrRNA，小亚基中有21种蛋白质，大亚基中有5S和23SrRNA，大亚基中有31种蛋白质29.转运特异氨基酸的RNA是：tRNA，具有DHU环的RNA30.3'末端具有多聚腺苷酸结构的RNA是：mRNA，hnRNA第二部分：白皮书1.tRNA结构：3'端为CCA-OH，5'端为鸟氨酸2.mRNA更新最快3.5s-rRNA二级结构：局部双螺旋结构4.组成DNA的基本单位：dAMP,dGMP,dCMP,dTMP5.组成RNA的基本单位：AMP,GMP,CMP,UMP6.DNA与RNA：嘌呤碱基相同，嘧啶碱基不同，所含戊糖不同，功能不同，在细胞中分布不同7.DNA的基本功能是携带遗传信息并通过复制将遗传信息进行传达，它是复制和转录过程的模板，tRNA的基本功能是作为载体将氨基酸搬运运到mRNA上翻译遗传密码，rRNA的基本功能是作为蛋白质合成场所，mRNA的基本功能是转录核内DNA遗传信息的碱基排列顺序并带至细胞质，指导蛋白质合成中氨基酸排列顺序。
第二章 核酸的结构与功能
核酸的结构与功能
❖ 1868年，瑞士外科医生Fridrich从外科手术绷带上的脓细胞的细 胞核中分离出一种溶于碱而不溶于酸的酸性有机化合物，其分子 中含磷2.5%、含氮14%，该物质被命名为核酸。
❖ 根据核酸分子中所含戊糖的差别： （一）脱氧核糖核酸（DNA）:主要存在于细胞核中（真核细胞的 线粒体中也存在不少量的DNA），携带着决定个体基因型的遗传信 息，是遗传信息的贮存和携带者； （二）核糖核酸（RNA）:主要存在于细胞核和细胞质中，参与细
比DNA复制得多，这与它的功能多样化密切相关。
一、mRNA是蛋白质合成中的模板
❖ 1960年，Jacob 和 Monod 等人用放射性核素示踪实验证实： 一类大小不同的RNA才是细胞内合成蛋白质的真正模板，于 1961年首先提出了信使RNA（mRNA）这个概念。
❖ 在各种RNA分子中，mRNA约占细胞内RNA总量的2～5%，种类 最多，分子大小相差很大；
N H
❖DN生称AN物为稀体有的D碱N基A8 N和79NH。RN45 AN36分12 子N 中NH2还含有一些65含1N4 3量2N 很O 少H的3C碱基65 1，N4 32
N
O
鸟嘌呤
RNA
胞嘧啶
胸腺嘧啶
5´
HOCH2
4´ H
OH O
H 1´
H
H
3´
2´
OH OH
β-D-核糖（构成RNA）
5´
HOCH2
遗传的相对稳定性，又可发生各种重组和突变，适应环境的 变迁，为自然选R型择细提菌供：无机毒会型。肺炎球菌
S型细菌：有毒型肺炎球菌
肺炎球菌转化实验
第三节
RNA 的结构与功能
❖ RNA和蛋白质共同担负着基因的表达和表达调控功能。 ❖ RNA通常以单链形式存在，但可通过链内的碱基配对形成
第二章核酸的结构与功能
第二章核酸的结构与功能第二章核酸的结构和功能1991。
核小体6。
核酶2。
碱基互补7。
核酸分子杂交3。
增色效应。
反码环4。
商标值9。
脱氧核糖核酸5。
核糖体2。
填空题1。
在典型的脱氧核糖核酸双螺旋结构中，由磷酸戊糖组成的主链位于双螺旋的 ________ ,碱基为____________ 2.tRNA都具有 __________ _的二级结构和 ___________ 的普通三级结构。
3.成熟基因的结构特征如下: ______________________________ 4.4的基本功能。
脱氧核糖核酸是 ________________ 和 _______________5。
Tm值与DNA的___________ 口所含碱基的___________ 正比6。
脱氧核糖核酸双螺旋结构的稳定性在水平方向由___________ 保持，在垂直方向由 _________ 保持。
7.当脱氧核苷酸或核苷酸连接时，3'，5'磷酸二酯键总是由 ____________ 和 ____________ 形成。
8.嘌呤和嘧啶环都含有 ___________ ，所以它们对____________ 有很强的吸收。
9.核糖和核糖或脱氧核糖通过____________ 键形成核苷。
3。
选择题(1)键入问题1。
核酸中核苷酸之间的连接方式为a.2 ‘，3'-磷酸二酯键b.3 ‘，5'-磷酸二酯键c.2 ‘，5'-磷酸二酯键d . 糖苷键 e .氢键2。
与pCAGCT 互补的DNA 序列是_ _ _a . pagctgb . pgtcgac . pgucgad . pagcuge . paggugg |哪一个描述的DNA 双螺旋结构模型是不正确的？腺嘌呤的摩尔数等于胸腺嘧啶的摩尔数。
同一生物体内不同组织的脱氧核糖核酸的基本组成非常相似。
脱氧核糖核酸双螺旋中的碱基对位于外侧。
两条多核苷酸链在连接..维持双螺旋稳定性的主要因素是氢键和碱基堆积力。
生物化学《生物化学》
第二章核酸的结构和功能一．名词解释变性和复性分子杂交增色效应和减色效应Tm cAMP Chargaff定律二．填空题1、tRNA的二级结构呈（）型。
2、DNA变性后，紫外吸收（）。
3、核苷由（）和（）组成。
4、维持DNA双螺旋稳定的作用力是（）。
5、碱基当量定律： A =（）、G =（）。
6、 DNA的一级结构是指DNA中各种脱氧核苷酸之间的（）和（）。
三．判断题1、核酸变性后其分子量也发生改变。
（）2、RNA主要分布于细胞核中。
（）3、稀有核苷酸主要存在于tRNA中。
（）4、DNA的三级结构呈倒 L 型。
（）5、原核生物的mRNA是单顺反子。
（）6、分子杂交只发生于不同分子的DNA之间。
（）7．B-DNA是反平行双链右手螺旋。
（）8、DNA链一级结构的读向是3′→ 5′（）四．1、有一DNA片段是pCTGGAC，另有两条片段互补，①条对还是②条对（）①pGACCTC ②pGTCCAG（因为DNA片段是5ˊ→3ˊ，互补就应该是从3ˊ→5ˊ，所以②对。
）2、如果Tm高，那么A+T的量是高还是低，Tm高说明G+C含量高，G+C三个H键熔解温度比A=T二个氢键的高。
3、DNA一个螺旋有几个碱基对？10个，若某DNA的分子量是3×107，每一对碱基的分子量是670，问这DNA的长度是多少？要计算长度先必须算碱基对一个碱基对上升高度是34A所以，3.4×44776=15.22×10-4cm,那么这一段有多少个螺旋?等于4478个螺旋.五．问答题1、某DNA样品含腺嘌呤15.1%（按摩尔碱基计），计算其余碱基的百分含量。
2、DNA双螺旋结构是什么时候，由谁提出来的？试述其结构模型。
3、tRNA的结构有何特点？有何功能？4、DNA和RNA的结构有何异同？5、嘧啶、核苷、核苷酸和核酸在分子结构上的关系6、 E.chargaff定则的内容是什么？第三章蛋白质化学一．名词解释等电点（pI）肽键和肽链肽平面及二面角一级结构二级结构三级结构四级结构超二级结构结构域蛋白质变性与复性分子病肽二．问答题和计算题1、为什麽说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？2、试举例说明蛋白质结构与功能的关系（包括一级结构、高级结构与功能的关系）。
核酸的结构与功能
二、核酸的结构与功能1.核酸：是以核苷酸为基本结构单位的组成贮存和传递遗传信息的生物大分子，是生命的基础物质之一，存在于所有的生物中。
2.参与蛋白质合成的RNA分类：3.RNA 种类：rRNA（核糖体）tRNA（转移）mRNA（信使）比例80%—82%15%—16%3%—5%代谢稳定性稳定稳定不稳定存在形式与多种蛋白质形成核糖蛋白体，位于粗面内质网上，或以单体形式存在与氨基酸结合或以游离状态存在与核糖体结合或单独存在存在部位细胞浆细胞浆细胞浆生理功能蛋白质合成场所在蛋白质合成中运输活化氨基酸蛋白质合成的模板4.核酸的分布：真核生物原核生物病毒DNA主要分布于细胞核中分布于“拟核”中只存在一种核酸，RNA或DNA线粒体、叶绿体也有少量RNA主要分布于细胞质中分布于细胞质中核仁、线粒体、叶绿体也有少量5.核酸的生物学功能DNA:贮存遗传信息 传递遗传信息DNADNARNA蛋白质生物学功能是通过蛋白质体现的。
RNA：病毒RNA 贮存遗传信息转录DNA 的遗传信息，指导参与蛋白质生物合成 参与基因表达调控 生物催化作用（酶的作用）6.核酸的元素组成C、H、O、N、P、S（个别有硫）PDNA(9.9%)RNA(9.5%)7.核酸的化学组成亲代复制子代转录翻译备注：DNA包含碱基：腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧啶TRNA包含碱基：腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C、尿嘧啶U8.核苷定义：是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的糖苷。
核苷类型：RNA核糖核苷（核苷）：A、G、C、UDNA脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dA、dG、dC、dT9.核苷酸定义：是由核苷和磷酸经脱水缩合而生成的磷酸脂类化合物。
核苷酸类型：RNA核糖核苷酸（N MP）：AMP、GMP、CMP、UMPDNA脱氧核糖核苷酸（d N MP）：dAMP、dGMP、dCMP、dTMP。
生物化学第二章核酸
（五）体内重要的游离核苷酸及其衍生物
1、多磷酸核苷酸
NDP NTP (A，G, C, U）
dNDP dNTP (A，G, C, T）
H N
N H
N
H
9
N
H
O-
O-
O-
腺嘌呤
~ ~ -O— P -O— P -O— P HOH2C5′ O OH
‖
‖
O
O
‖
O
4′
1′
3′ 2′
M-单 D-二 T－三 P-磷酸
Erwin Chargaff （1905－1995）
3、 DNA 分子X射线衍射照片
DNA 分子 X射线衍射照片
4、DNA双螺旋结构模型（double-helical structure） 1953年，James Watson & Francis
James Watson & Francis Crick
第二章 核酸的结构和功能
Structure and function of Nucleic Acid
核 酸(nucleic acid)
是以核苷酸为基本组成单位的生 物大分子，携带和传递遗传信息。
核酸的种类、分布和功能
脱氧核糖核酸
(deoxyribonucleic acid, DNA)
分布于细胞核（98％），线 粒体，叶绿体， 质粒。
由于几何形状的限制，碱基对只能由嘌呤和嘧啶配对，即A 与T，G与C。这种配对关系，称为碱基互补。A和T之间形 成两个氢键， G与C之间形成三个氢键。
碱基配对和氢键形成
3、双螺旋横截面的直径约为2 nm，相邻两个 碱基平面之间的距离（轴距）为0.34 nm， 每10个核苷酸形成一个螺旋，其螺距（即螺 旋旋转一圈的高度）为3.4 nm。
核酸的结构与功能
现代分子生物学的基础：1953年 Watson和 Crick发现DNA的双螺旋结构
P24
• 1968年 Nirenberg发现遗传密码 • 1973年美国斯坦福大学首次进行了体外基因重组 • 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶 • 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA测序方法 • 1985年 Mullis发明PCR技术 • 1990年 启动人类基因组计划(HGP) • 2003年 完成人类基因组计划 • 20世纪末 发现许多具有特殊功能的RNA
2003年4月14日，美、英、日、意、中同时宣布： 人类30亿碱基DNA序列已测定出来
P30
核酸分子大小的表示方法
碱基数目（单链）： base或kilobase, kb 碱基对数目（双链）： base pair, bp或kilobase pair, kb DNA和RNA的分子量呈多样性
<50bp常被称为寡核苷酸(oligonucleotide)
P32
0.34nm
3.4nm
1nm
3、两条核苷酸链通过碱 基间的氢键连接。遵从
T
A
碱基互补原则，即：
A-T配对，形成两个氢键 C
G
G-C配对，形成三个氢键
互补
P32
4、碱基堆积力（疏水力）和氢键 维系DNA双螺旋结构的稳定 力量
P32
Watson-Crick的DNA双螺旋
2.0 nm
DNA双螺旋结构存在多样性：
第三节 DNA的结构与功能 第四节 RNA的结构与功能 第五节 核酸的理化性质及应用
第四节 RNA的结构与功能
RNA的一级结构即核苷酸的排列顺序 RNA的基本组成单位是4种核糖核苷酸 AMP、GMP、CMP、UMP RNA的基本结构键是 3’，5’ – 磷酸二酯键 RNA的分子小，种类多，稀有碱基多
第2章核酸的结构与功能ppt课件
Sanger测序原理
1.2.1.2 DNA的二级结构及其多态性
Watson和Crick在总结前人研究工作的基础上， 在1953年以立体化学上的最适构型建立了与 DNA X-射线衍射资料相符的分子模型—— DNA双螺旋结构模型。 它可在分子水平上 阐述遗传(基因复制)的基本特征。
⑴DNA双螺旋结构的主要依据
核酸根据核酸的化学组成和生物学功能，将核 酸分为：
核糖核酸（ribonucleic acid RNA）和
脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid DNA)
所有细胞都同时含有DNA和RNA两种核酸。病 毒只含一种核酸，DNA或RNA，故有DNA 病毒和RNA病毒之分。多数细菌病毒（噬菌 体）属DNA病毒，而植物和动物病毒多为 RNA病毒。
5’pApCpUpUpGpApApCpC3’ RNA
简化为： 5’pACTTGAACG3’ DNA
5’pACUUGAACG3’RNA
简写式的5`-末端均含有一个磷酸残基（与糖基 的C-5`位上的羟基相连），3`-末端含有一个 自由羟基（与糖基的C-3`位相连），若5`端 不写P，则表示5`-末端为自由羟基。
3.4nm 2.8nm 36° 33°
Z-DNA
Wang和Rich等在研究人工 合成的d（CGCGCG）单 晶的X-射线衍射图谱时， 发现这种六聚体的构象不 同于B-构象。
它是左手双螺旋，在主链 中各个磷酸根呈锯齿 （Zigzag）状排列，因此 称Z-构象。
B-DNA与Z-DNA的比较
比较内容
B-DNA
T 24.8
28 25.6 29.7 28.9 29.2 32.9
G 24.1 23.2 21.9 20.5 20.4 20.4 18.7
第2章 核酸的结构与功能
第二章核酸的结构和功能核酸是以核苷酸为基本组成单位的线性多聚生物信息分子。
分为DNA和RNA两大类。
其化学组成见下表：DNA RNA碱基①嘌呤碱 A、G A、G②嘧啶碱 C、T C、U戊糖β-D-2 脱氧核糖β-D-核糖磷酸磷酸磷酸碱基与戊糖通过糖苷键相连，形成核苷。
核苷的磷酸酯为核苷酸。
根据核苷酸分子的戊糖种类不同，核苷酸分为核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸，前者是RNA的基本组成单位，后者为DNA的基本组成单位，核酸分子中核苷酸以3’,5’－磷酸二酯键相连，形成多核苷酸链，是核酸的基本结构。
多核苷酸链中碱基的排列顺序为核酸的一级结构。
多核苷酸链的两端分别称为3’－末端与5’－末端。
DNA的二级结构即双螺旋结构的特点：⑴两条链走向相反，反向平行，为右手螺旋结构；⑵脱氧核糖和磷酸在双螺旋外侧，碱基在内侧；⑶两链通过氢键相连，必须A与T、G与C配对形成氢键，称为碱基互补规律。
⑷大（深）沟，小（浅）沟。
⑸螺旋一周包含10个bp，碱基平面间的距离为0.34nm，螺旋为3.4nm，螺旋直径2nm；⑹疏水作用。
氢键及碱基平面间的疏水性堆积力维持其稳定性。
DNA的基本功能是作为遗传信息的载体，并作为基因复制转录的模板。
mRNA分子中有密码，是蛋白质合成的直接模板。
真核生物的mRNA一级结构特点：5’－末端“帽”，3’－末端“尾”。
tRNA在蛋白质合成中作为转运氨基酸的载体，其一级结构特点：含有较多的稀有碱基；3’－CCA－OH，二级结构为三叶草形结构。
rRNA与蛋白质结合构成核蛋白体，作为蛋白质合成的“装配机”。
细胞的不同部位还存在着许多其他种类小分子RNA，统称为非mRNA小RNA（snmRNAs），对细胞中snmRNA 种类、结构和功能的研究称为RNA组学。
具有催化作用的某些小RNA称为核酶。
碱基、核苷、核苷酸及核酸在260nm处有最大吸收峰。
加热可使DNA双链间氢键断裂，变为单链称为DNA变性。
DNA变性时，OD260增高。
核酸的结构与功能
核酸的结构与功能
核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。
核酸的结构包括核苷酸、磷酸基骨架和碱基。
核苷酸由一分子磷酸、一分子五碳糖（脱氧核糖或核糖）和一分子含氮碱基组成。
磷酸基骨架连接核苷酸形成线性或环状的核酸分子。
碱基分为嘌呤和嘧啶两类，包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、尿嘧啶（U）等。
核酸的功能主要包括以下几个方面：
1.遗传信息传递与储存：DNA是细胞内遗传信息的主要储存库，而
RNA则将这些信息从DNA中传递到蛋白质的合成过程中。
2.蛋白质合成：RNA在蛋白质合成过程中起着重要的角色。
其中，
转录过程将DNA上的信息转录成RNA分子，而翻译过程则利用RNA 的遗传信息来合成特定的蛋白质。
3.酶的活性调节：某些RNA分子本身具有催化活性，称为核糖酶。
这些核糖酶可以催化特定的生化反应，从而调节细胞内的代谢和信号传递过程。
4.调控基因表达：RNA通过调控基因表达来控制细胞的发育和功能。
其中，小干扰RNA（siRNA）和微小RNA（miRNA）等RNA分子可以与特定的mRNA结合，从而抑制或加强特定基因的转录和翻译过程。
5.病毒的复制与感染：一些病毒利用RNA作为基因材料进行复制和
传播。
例如，HIV等病毒具有RNA基因组，通过感染宿主细胞并复制RNA来使病毒持续存在。
生物化学讲义第二章核酸化学
核酸的结构与功能【目的和要求】1. 熟悉核酸的种类、分布和主要的生物学功能。
2．掌握核酸的化学组成、核苷酸的连接方式。
3．归纳区分两类核酸在化学组分上的异同点。
4．说出DNA二级结构的模型及其主要特点。
5．简述RNA分子组成和结构的特点。
6．简述三种RNA结构特点和主要功能。
7．了解核酸重要的理化特性及其在医学上的应用。
8．能说出生物体内重要的单核苷酸及其生化功能。
【本章重难点】1.核酸的种类、分布和生物学功能。
2．核酸的化学组成。
3．DNA和RNA的分子结构与功能。
4．核酸的变性、复性及杂交。
5．生物体内重要的单核苷酸。
学习内容第一节核酸的化学组成第二节 DNA的分子结构第三节 RNA的分子结构第四节核酸的理化性质第一节核酸的化学组成一、核酸（nucleic acid）的分类、分布与生物学功能分类分布生物学功能核糖核酸（RNA）细胞质参与蛋白质的生物合成5 % 蛋白质合成的直接模板tRNA 15 % 活化与转运AArRNA 80 % 充当装配机，提供场所脱氧核糖核酸（DNA ） 核内、染色质遗传的物质基础** 基因 —— DNA 分子中的功能片段（决定遗传特性的碱基序列）。
二、核酸的分子组成1．核酸的元素组成：C.H.O.N.和P ；代表元素P ，平均含量9～10％。
2．核酸的基本组成单位：核苷酸（nucleotide ）1）核苷酸的组成戊糖、碱基：核苷、核苷酸：核苷酸链：3/,5/－磷酸二酯键；3/－羟基端，5/－磷酸基端水解 水解 磷酸 戊糖(戊糖、脱氧戊糖)核酸 核苷酸核苷 嘧啶（C.T.U ）碱基嘌呤(A.G)2）核苷酸的结构与命名3）核苷酸的功用3．两类核酸在分子组成上的异同点第二节 DNA 的分子结构一、DNA 的一级结构组成DNA 分子的基本单位是四种脱氧核苷酸:dAMP 、dCMP 、dGMP 和dTMP1．DNA 的碱基组成规律：Chargaff 规则：①同一生物不同组织的DNA 样品，其碱基成分含量相同。
生化第二章核酸的结构和功能
第二章核酸的结构与功能本章重点核酸前言：1.真核生物DNA存在于细胞核和线粒体内，携带遗传信息，并通过复制的方式将遗传信息进行传代；真核生物RNA存在于细胞质、细胞核和线粒体内。
2.在某些病毒中，RNA也可以作为遗传信息的载体。
一、核酸的化学组成以及一级结构（一）、核苷酸是构成核酸的基本组成单位1．DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，而RNA的基本组成单位是核糖核苷酸。
2．核苷酸中的碱基成分:含氮的杂环化合物。
①DNA中的碱基：A\T\C\G。
②RNA中的碱基：S\U\C\G。
★这五种碱基的酮基或氨基受所处环境的pH是影响可以形成酮-烯醇互变异构体或氨基-亚2．核糖①β-D-核糖：C-2’原子上有一个羟基。
②β-D-脱氧核糖：C-2’原子上没有羟基☆脱氧核糖的化学稳定性比核糖好，这使DNA成为了遗传信息的载体。
3．核苷①核苷②脱氧核苷③核糖的C-1’原子和嘌呤的N-9原子或者嘧啶的N-1原子通过缩合反应形成了β-N-糖苷键。
在天然条件下，由于空间位阻效应，核糖和碱基处在反式构象上。
3．核苷酸的结构与命名①核苷或脱氧核苷C-5’原子上的羟基可以与磷酸反应，脱水后形成磷酸键，生成核苷酸或脱氧核苷酸。
②根据连接的磷酸基团的数目不同，核苷酸可分为核苷一磷酸（NMP）、核苷二磷酸（NDP）、核苷三磷酸（NTP）。
③生物体内游离存在的多是5’核苷酸★细胞内一些参与物质代谢的酶分子的辅酶结构中都含有腺苷酸，如辅酶Ⅰ（NAD+），它们是生物氧化体系的重要成分，在传递质子或电子的过程中具有重要的作用。
（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1.脱氧核糖核苷三磷酸C-3’原子的羟基能够与另一个脱氧核糖核苷三磷酸的α-磷酸基团缩合，形成了一个含有3’，5’-磷酸二酯键的脱氧核苷酸分子。
2.脱氧核苷酸分子保留着C-5’原子的磷酸基团和C-3’原子的羟基。
3.多聚体核苷酸链的5’-端是磷酸基团，3’-端是羟基。
第二章 核酸的分子结构与功能(间)
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图
不同类型的DNA双螺旋结构
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B型双螺旋DNA的结构特点：
1. 为右手反平行双螺旋；
2. 主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；
3. 两条链间存在碱基互补：A与T或G与C配对形
成氢键，称为碱基互补原则（A与T为两个氢
键，G与C为三个氢键）；
4. 螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力；
5. 螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm。
参与hnRNA的剪接、转运 rRNA的加工、修饰 蛋白质内质网定位合成 的信号识别体的组分
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胞浆小RNA
一、mRNA的结构与功能
mRNA是在细胞核内以DNA为模板合成;
mRNA又作为模板将来自DNA的信息经翻译， 指导合成蛋白质。称信使RNA，或模板RNA 。
在细胞内合成的mRNA初级产物分子大小不 一，被称为核内不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA) 。
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分类
功能 遗传的物质基础, 携带、传递遗传信 息。
分布
细胞核和 线粒体内
DNA 核酸
mRNA RNA tRNA
模板（信使） 转运氨基酸 识别密码子 细胞质和 细胞核内
rRNA 构成核蛋白体
合成蛋白质的场所
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核酸是存在于细胞中的一类大分子酸性物质， 包括核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）和脱 氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）两 大类。
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3’-末端的多聚A尾结构:
真核生物mRNA的3’-末端，大多数 有数十个至百余个腺苷酸连接而成的 多聚腺苷酸结构称为多聚A尾结构，即 poly(A)结构。
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真核生物DNA分子很大，DNA链很长，但却要存在于小小的细胞核内，因此DNA必须在二级结构的基础上紧密折叠，这就形成了三级结构。
1超螺旋——原核生物DNA的三级结构
绝大部分原核生物DNA是共价闭合的环状双螺旋分子，此环形分子可再次螺旋形成超螺旋，非环形DNA分子在一定条件下局部也可形成超螺旋。
(4)碱基对平面与螺旋轴几乎垂直，相邻碱基对沿轴转36°，上升0．34nm。每个螺旋结构含10对碱基，螺旋的距为3．4nm，直径是2．0nm。DNA两股链之间的螺旋形成凹槽：一条浅的，叫小沟；一条深的，叫大沟。大沟是蛋白质识别DNA的碱基序列发生相互作用的基础，使蛋白质和DNA可结合而发生作用。DNA双螺旋结构要与蛋白质的相区别：DNA是两条核苷酸链通过碱基之间氢键相连而成，而蛋白质的α-螺旋是一条肽链自身盘曲而成，其氢键是其内部第一位肽键的N-H与第四个肽键的羰基氧形成的。
（一）信使RNA（mRNA）
在细胞核内以DNA单链为模板转录生成hnRNA,hnRNA经过剪切变为成熟的mRNA,出核后在胞质内为蛋白质合成提供模板。成熟mRNA的结构特点：
1具有5′端帽子结构
即在5′端加上一个7-甲基鸟苷；且原来第一个核苷酸C２′也是甲基化，这种mGpppGm即为帽子结构，
2. 3′端多聚腺苷酸尾
二、DNA的结构与功能
DNA与蛋白质一样，也有其一级、二级、三级结构。
（一）DNA的一级结构
指DNA分子中核苷酸的排列顺序。由于核苷酸的差异主要表现在碱基上，因此也叫做碱基序列。
四种核苷酸按一定排列顺序，通过磷酸二酯键连成主要核苷酸链，连接都是由前一核苷酸3′-OH与下一核苷酸5′-磷酸基形成3′-5′磷酸二酯键，故核苷酸链的两个末端分别是5′-游离磷酸基和3′-游离羟基，书写应从5′到3′。
（二）DNA的二级结构
即双螺旋结构模型，要与蛋白质的α-螺旋相区别。
1．Chargaff规则
DNA分子中腺嘌呤与胸腺嘧啶的含量相等，鸟嘌呤与胞嘧啶的含量相等；因此DNA中嘌呤与嘧啶的总数相等：即A＋G=C＋T
2．双螺旋结构模型
1953年Watson和Crick正式提出了关于DNA二级结构的右手双螺旋结构模型，主要内容有：
1．掌握核苷酸组成及化学结构
2．掌握DNA的分子结构（一、二级及高级结构）
3．掌握RNA的种类及三种主要的RNA的空间结构与功能
4．掌握核酸的理化性质并了解其应用
基本内容
1．核酸的化学组成
2．核酸的一级结构（重点）
3．DNA双螺旋结构(重点及难点)
4．DNA的超螺旋结构
重点
难点
1．简述B-DNA双螺旋结构的特点？
(一)碱基
构成核苷酸的碱基主要有五种，分属嘌呤和嘧啶两类。嘌呤类化合物包括腺嘌呤A和鸟嘌呤G两种。嘧啶类化合物有三种，胞嘧啶C、胸腺嘧啶T和尿嘧啶U。嘌呤和嘧啶环中均含有共轭双键，因此对波长260nm左右的紫外光有较强吸收，这一性质可用于对核酸、核苷酸、及碱基进行定性定量分析。
(二)戊糖与核苷、核苷酸
（1）DNA分子由两条反向平行的多聚核苷酸链围绕同一中心轴盘曲而成，两条链均为右手螺旋，链呈反平行走向，一条走向是5′→3′，另一条是3′→5′。
（2）DNA链的骨架由交替出现的亲水的脱氧核糖基和磷酸基构成，位于双螺旋的外侧，碱基配对位于双螺旋的内侧。
（3）两条多聚核苷酸链以碱基之间形成氢键配对而相连，即A与T配对，形成两个氢键，G与C配对，形成三个氢键。碱基相互配对又叫碱基互补。RNA中若也有配对区，A是与U以两个氢键配对互补。
南方医科大学
教案
2010—2011学年秋季学期
所在单位南方医科大学
系、教研室基因工程研究所
课程名称生物化学
授课对象预防医学本科、中西医临床医学本科
授课教师危敏
职称副教授
教材名称《生物化学》人卫第7版
教案首页
授课题目
第2章核酸的结构与功能
授课形式
理论
授课时间
2010－09－20
授课学时
4
教学目的
与要求
（二) DNA的变性、复性和杂交
1．变性，这是DNA最重要的一个性质。
①在某些理化因素作用下，DNA分子互补碱基对之间的氢键断裂，使DNA双螺旋结构松散，变成单链，即为DNA变性。DNA变性只涉及二级结构改变，不伴随一级共价键的断裂。②DNA的变性从开始到解链完全，是在一个相当窄的温度内完成的，在这一范围内，紫外光吸收值增加达到最大增加值的50％时的温度叫做DNA的解链温度（Tm）。一种DNA分子的Tm值的大小与其所含碱基中的G＋C的比例相关也与DNA分子大小及变性条件有关，G+C的比例越高，DNA分子越长，溶液离子强度越高，Tm值越大。③加热、低盐及强酸、强碱均可使DNA变性。
在mRNA3′端有一段多聚腺苷酸节段，是在转录后切掉一段多余的RNA后逐个添加上去的，这个多聚尾可能与mRNA从核内向细胞质的转位及mRNA的稳定性有关。
3生物体内mRNA种类多，含量少，代谢活跃，在各种RNA分子中，mRNA半衰期最短，这是细胞内蛋白质合成速度的调控点之一。
(二)核蛋白体RNA(rRNA)的结构与功能
三、RNA的结构与功能
DNA是遗传信息的载体，遗传信息的作用通常由蛋白质的功能来实现，但DNA并非蛋白质合成的直接模板，合成蛋白质的模板是RNA。正常细胞遗传信息的流向是：
与DNA相比，RNA种类繁多，分子量相对较小，一般以单股链存在，但可以有局部二级结构。RNA分子比DNA分子小，它的功能多样，种类较多，主要有信使RNA、核蛋白体RNA、转运RNA、小核RNA及核不均一RNA等。各类RNA在遗传信息表达为氨基酸序列过程中发挥不同的作用。
（5）DNA双螺旋结构的稳定主要由互补碱基对之间的氢键和碱基堆积力来维持。碱基堆积力是碱基对之间在垂直方向上的相互作用，可以使DNA分子层层堆积，分子内部形成疏水核心，这对DNA结构的稳定是很有利的，碱基堆积力对维持DNA的二级结构起主要作用。
3．DNA结构的多样性
DNA右手双螺旋结构是DNA分子在水性环境和生理条件下最稳定的结构，但并不是不变的，当改变溶液的离子强度或相对湿度时，DNA结构会发生改变，除了Waston－Crick模型（B－DNA）外，还存在Z－DNA和A－DNA
五、核酸酶
指水解核酸的酶，根据底物不同分DNA酶、RNA酶，根据作用位点不同分核酶外切酶和核酸内切酶，其中限制性核酸内切酶在分子生物学技术中的应用尤为重要。
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2.真核细胞基因组DNA
真核细胞核内染色体即是DNA高级结构的主要表现形式。组蛋白H2A、H2B、H3、H4各两分子组成组蛋白八聚体。DNA双螺旋缠绕其上构成核心颗粒，颗粒之间再以DNA和组蛋白H1连成核小体，核小体再经多步旋转折叠形成棒状染色体，存在于细胞核中。
(四)DNA的功能
DNA的基本功能就是作为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板，是生命遗传繁殖的物质基础，也是个体生命活动的基础。
有关本内容的新进展
主要参考资料或相关网站
1.《生物化学》，第六版，周爱儒主编，人民卫生出版社出版
2.《现代医学分子生物学》，第一版，谷志远主编，人民军医出版社出版
3.《生物化学》，李刚主编，科学技术文献出版社出版
4.Harper’s Biochemistry，3rdEdition
《Biochemistry》by Christopher K. Mathews & K.E. van Holde. 1990
2．目前已知的DNA构型有哪些？各有何特点？
3．DNA与RNA有哪些异同点？
4．简述tRNA二级结构的组成特点及其每一部分的功能。
5．DNA热变性有何特点，Tm值表示什么？
主要教学
媒体
PPT
主要外
语词汇
Nucleic acid ; nucleotide ; DNA ; RNA ; base ; purine ; pyrimidine ; superhelix ;nucleosome ; exon ; intron ;Tm ; hybridization
2．复性
变性DNA在适当条件下，两条互补链可重新恢复天然的双螺旋构象，这种现象称为复性。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程也叫退火，一般认为，比Tm值低25℃的温度是DNA复性的最佳条件。
3．DNA复性的实际应用——杂交：通过变性DNA的复性性质，我们可知道，DNA单链之间、RNA单链之间、一条DNA和一条RNA链之间只要存在序列互补配对区域，不管是整条链互补，还是部分序列互补，即可重新形成整条双链或部分双链，这即为核酸分子杂交，这在分子生物学研究中有极大的应用，比如：可用于在基因组中对特异基因的定位及检测，PCR技术扩增目的基因等，很多分子生物学实验技术应用的都是核酸分子杂交的原理，如Southern Blot, Northern Blot,包括PCR技术等。
3．tRNA的三级结构
tRNA的三级结构呈倒L形。
（四）其他类型的RNA
如小核RNA（snRNA）参与hnRNA的加工。还有一类RNA分子本身具有自我催化功能，可完成rRNA的剪接。这种具有催化作用的RNA被称为核酶。
四、核酸的理化性质及其应用
（一）核酸的一般理化性质
①核酸为多元酸，具有较强的酸性。②DNA是线性高分子，粘度极大，在机械力作用下易断裂，因此提取DNA过程中应注意不能过度用力，比如剧烈震荡吹打等。③由于核酸所含的嘌呤和嘧啶分子中都有共轭双键，使核酸分子在紫外260nm波长处有最大吸收峰，这个性质可用于核酸的定量测定。这要与蛋白质在280mm波长处有最大的吸收峰相区别，又因为分子生物学实验核酸提取过程中，蛋白质是最常见的杂质，故常用UD260/UD280来检测提取的核酸纯度如何。
rRNA是细胞内含量最多的RNA，与核糖体蛋白共同构成核糖体——蛋白质的合成部位，参与蛋白质的合成。核蛋白体由大亚基和小亚基组成。