核酸特性、结构和功能
核酸的结构与功能
核酸的结构与功能核酸，这个生物体的基本组成部分，以其独特的结构和功能，影响着生物体的生命活动。
它包括DNA和RNA两种主要类型，各有其独特的特点和功能。
一、核酸的结构核酸是由磷酸、核糖和四种不同的碱基组成。
这四种碱基分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。
它们通过特定的方式连接在一起，形成DNA或RNA。
DNA，也被称为脱氧核糖核酸，是生物体遗传信息的主要载体。
它是由两条相互旋转的链组成的双螺旋结构，其中碱基通过氢键以特定的配对方式连接，即A与T配对，G与C配对。
这种配对方式保证了DNA 的稳定性和遗传信息的正确复制。
RNA，也被称为核糖核酸，是生物体内重要的信息传递者和调节者。
它通常是由单链结构组成，也可以是双链结构。
与DNA不同，RNA的碱基配对方式相对简单，通常是A与U配对，G与C配对。
二、核酸的功能1、遗传信息的储存和传递：DNA是生物体遗传信息的主要载体，负责储存和传递生物的遗传信息。
这些信息通过DNA的复制传递给下一代，并指导生物体的生长和发育。
2、基因表达的调控：RNA在基因表达中起着重要的调控作用。
它可以通过碱基配对原则识别并携带DNA中的遗传信息，将遗传信息从DNA传递到蛋白质合成的地方。
同时，一些RNA还可以作为调节分子，影响基因的表达。
3、蛋白质合成：RNA不仅是遗传信息的载体，还是蛋白质合成的模板。
在蛋白质合成过程中，RNA将DNA中的遗传信息翻译成蛋白质中的氨基酸序列。
4、细胞内的信号传导：某些RNA分子可以作为分子开关，调控细胞内的信号传导通路。
这些RNA可以结合并调控蛋白质的活性，从而影响细胞内的生物化学反应。
5、免疫反应的调节：某些RNA分子还可以作为免疫反应的调节剂。
它们可以影响免疫细胞的活性，从而影响免疫反应的强度和持续时间。
总结起来，核酸是生物体中至关重要的分子，其结构和功能共同保证了生物体的正常生长和发育。
从DNA中的遗传信息传递到RNA的信息载体作用，再到蛋白质的合成和细胞内信号传导的调控，核酸都发挥着不可或缺的作用。
生化第二章核酸的结构和功能
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。
核酸的结构和功能
缠绕1.75圈 约140~160bp
60bp
核心颗粒 2 (H2A·H2B ·H3 ·H4 )
染色质纤维
人类46条染色体的DNA总长可达 1.7m，经过螺旋化压缩，实际总 长只有200nm。
中心法则 (Central Dogma)
Replication
Reverse transcription
OH
HN
HCH3
H
H
ON
H
胸腺嘧啶 thymine
（T）
DNA
胸腺嘧啶 (T)
腺嘌呤 (A)
鸟嘌呤 (G)
胞嘧啶 (C)
RNA
尿嘧啶 (U)
（二）戊糖
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
OH OH
β-D-2-核糖
核糖 (Ribose) 构成 RNA
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
（2）碱基互补配对：AT配对（两个氢键）， GC配对（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴 （3）右手双螺旋：螺距为3.4 nm，直径为2.0 nm，10.5 bp/圈
（4）表面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋 白质识别DNA碱基序列的基础 （5）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向 稳定，碱基堆积力维持螺旋纵向稳定
脱氧 d
碱基 A G T C U
磷酸基数目 M D T
磷酸 P
• DNA、RNA组成异同
DNA与RNA在组成成份上略有不同：
DNA
RNA
磷酸 碱基
戊糖
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） D-2脱氧核糖（dR）
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U）
分子生物学第三章核酸的结构与功能
分子生物学第三章核酸的结构与功能核酸是生物体内重要的生物大分子，在维持遗传信息传递、调控基因表达和蛋白质合成等生物学过程中起着重要的作用。
本文将介绍核酸的结构和功能，包括DNA和RNA的结构、功能以及细胞中的DNA重复序列和嵌合DNA的现象。
核酸是由核苷酸单元组成的大分子。
核苷酸由一糖分子（核糖或脱氧核糖），一个含有一键磷酸基的磷酸基团和一个含有碱基的碱基组成。
DNA的碱基包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C），而RNA的碱基包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C）。
DNA（去氧核糖核酸）是双链结构，由两条互补的单链以互补碱基配对（A和T，G和C）的方式相互连接而成。
这种双链结构被称为双螺旋结构，其中的两个链通过氢键相互链接。
DNA在细胞中起着存储遗传信息的作用，是遗传物质的主要组成部分。
DNA通过转录过程产生RNA分子，进而通过翻译过程合成蛋白质。
RNA（核糖核酸）有多种类型，包括信使RNA（mRNA）、核糖体RNA （rRNA）和转运RNA（tRNA）。
mRNA是由DNA转录得到的，其中的密码子序列编码蛋白质的氨基酸序列。
rRNA是核糖体的组成部分，参与蛋白质合成的过程。
tRNA将氨基酸带入核糖体与mRNA相匹配的密码子上，完成蛋白质合成的过程。
在细胞中，存在许多DNA重复序列。
其中，基因是密集编码蛋白质的DNA序列，它们在核酸的遗传信息传递和基因表达中起着重要作用。
除了基因，还存在大量的非编码DNA序列，如内含子和调控序列，它们对基因表达的调控起着重要作用。
此外，DNA重复序列还包括微卫星、线粒体DNA和细胞质DNA等。
总之，核酸是生物大分子，在维持遗传信息传递和调控基因表达等生物学过程中起着重要作用。
DNA和RNA具有不同的结构和功能，包括存储遗传信息、编码蛋白质序列、调控基因表达和蛋白质合成等。
此外，细胞中存在多种形式的DNA重复序列和嵌合DNA现象，对维持细胞功能和遗传多样性具有重要作用。
高中生物学中的核酸结构与功能解析
高中生物学中的核酸结构与功能解析引言：生物学中的核酸是一种重要的分子，它们在细胞中扮演着关键的角色。
核酸分为DNA和RNA两种类型，它们具有不同的结构和功能。
本文将对核酸的结构与功能进行解析，以帮助高中生更好地理解这一重要的生物分子。
一、DNA的结构与功能DNA（脱氧核糖核酸）是一种双链螺旋结构，由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳞甘嘧啶）组成。
这些碱基通过氢键相互配对，形成了DNA的双链结构。
DNA的主要功能是存储和传递遗传信息。
通过碱基配对规则，DNA能够复制自身，并在细胞分裂时传递遗传信息给下一代细胞。
此外，DNA还参与了基因的表达和调控，控制了生物体内各种生化过程的进行。
二、RNA的结构与功能RNA（核糖核酸）也是一种核酸分子，与DNA有着相似的碱基组成，但它只有单链结构。
RNA的主要功能是在蛋白质合成过程中起到携带遗传信息的作用。
在转录过程中，DNA的信息被转录成RNA，然后RNA通过核糖体的作用，将信息翻译成蛋白质。
除了携带遗传信息外，RNA还参与了多种细胞过程，如基因调控、细胞信号传导等。
三、DNA与RNA的区别与联系DNA和RNA在结构和功能上有一些明显的区别。
首先，DNA是双链结构，而RNA是单链结构。
其次，DNA的碱基组成包括胸腺嘧啶，而RNA的胸腺嘧啶被鸟嘌呤取代。
此外，DNA主要存在于细胞核中，而RNA则可以在细胞核和细胞质中存在。
然而，DNA和RNA之间也有一定的联系。
RNA是通过转录过程由DNA合成的，它们之间具有亲缘关系。
此外，DNA和RNA都是核酸分子，都参与了细胞的遗传信息传递和调控过程。
四、核酸的重要性与应用核酸作为生物体内一种重要的分子，对生物体的正常功能发挥起着至关重要的作用。
通过研究核酸的结构与功能，我们可以更好地理解生物体内的遗传信息传递和调控机制。
此外，核酸还具有广泛的应用价值。
例如，在医学领域，核酸可以用于诊断疾病、研发新药等；在农业领域，核酸可以用于改良作物品质、提高产量等；在环境领域，核酸可以用于检测环境中的污染物等。
细胞中的核酸知识点
核酸知识点【基础知识整合】1．核酸的基本组成单位：，其分子组成为。
3．核酸的功能：细胞内携带的物质，控制合成。
2．核酸的功能特性(1)构成DNA的是4种脱氧核苷酸，但成千上万个脱氧核苷酸的排列顺序是多种多样的，DNA分子具有多样性。
(2)每个DNA分子的4种脱氧核苷酸的比率和排列顺序是特定的，其特定的脱氧核苷酸排列顺序代表特定的遗传信息。
(3)有些病毒只含有RNA一种核酸，其核糖核苷酸排列顺序也具有多样性。
考点二核酸与蛋白质【知识拓展】细胞质内核糖体上细胞核、线粒体、叶绿体等2.联系(1)核酸控制蛋白质的合成(2)DNA 多样性、蛋白质多样性和生物多样性的关系【总结提升】蛋白质和核酸两者均存在物种特异性，因此可以从分子水平上为生物进化、亲子鉴定、案件侦破等提供依据，但生物体内的水、无机盐、糖类、脂质、氨基酸、核苷酸等不存在物种的特异性。
考点三 “观察DNA 和RNA 在细胞中的分布”实验 【知识拓展】 一、实验原理①DNA 主要分布于细胞核中，RNA 主要分布于细胞质中。
②甲基绿和吡罗红对DNA 、RNA 的亲和力不同： 利用甲基绿、吡罗红混合染色剂将细胞染色，可以显示DNA 和RNA 在细胞中的分布。
③盐酸(HCl)能够改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞，同时使染色体中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合。
二、实验流程图1、取口腔上载玻片上滴一滴生理盐水↓消毒牙签刮口腔内侧壁后在液滴中涂抹几下载玻片在酒精灯上烘干↓载玻片在酒精灯上烘干载玻片放入盛有30 mL 质量分数为8%的盐酸的小烧杯中↓大烧杯中加入30 ℃温水↓小烧杯放入大烧杯中保温5 min2、水解3、冲洗涂片：用蒸馏水的缓水流冲洗载玻片10 s染色吸水纸吸去载玻片上的水分↓用吡罗红甲基绿染色剂2滴染色5 min↓吸去多余染色剂，盖上盖玻片4、观察低倍镜观察：选染色均匀、色浅区域移至视野中央、调清晰后观察↓高倍镜观察：调节细准焦螺旋，观察细胞核、细胞质染色情况三、实验现象及相关结论结论：真核细胞的DNA 主要分布在细胞核，少量分布在线粒体、叶绿体。
2 核酸的结构与功能
RNA的种类与分布
RNA主要存在于细胞质中。 mRNA 约占细胞总RNA的5%，在蛋白质合成中起 模板作用 rRNA 占细胞总RNA的80%，是核糖体的组分，是 合成蛋白质的场所 tRNA 占细胞总RNA的10-15%，蛋白质合成中起携 带活化氨基酸的作用 小RNA：microR.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
① 1949-1951 年 Chatgaff 应用紫外分光光度法 和纸层析等技术，对不同来源的DNA进行碱 基定量分析，得出组成DNA四种碱基的比例 关系。
1.1.1核酸的生物学功能
DNA作为遗传物质的载体，负责遗传 信息的储存、传递和发布；RNA负责 遗传信息的表达，也可作为遗传信息 的载体，功能多样复杂。
细胞 内DNA含量很稳定，不受营养条 件、年龄等因素的影响。DNA是染色 体的主要成分，而染色体与遗传直接 有关。可作用于DNA的一些物理、化 学因素都可以引起遗传特性的改变。
B-DNA与Z-DNA的比较
比较内容 B-DNA 螺旋手性 右旋 螺旋周期的核苷酸数目 10 螺旋直径 2.0nm 碱基平面的间距 0.34nm 螺距 3.4nm 相邻碱基对间的转角 36° 轴心是否穿过碱基对 穿过
Z-DNA
左旋 12 1.8nm 0.37nm 4.5nm 60°
不穿过
天然DNA分子中存在有Z-DNA区。B-DNA与ZDNA的互变可能与基因的调控有关。 如胞嘧啶C5的甲基化，在甲基周围形成局部的 疏水区。这一区域扩伸到B-DNA的大沟中， 使B-DNA不稳定而转变为Z-DNA。这种C5甲 基化现象在真核生物中是常见的。
核酸的生物化学结构和功能解析
核酸的生物化学结构和功能解析核酸是构成生物体的重要分子之一，它在细胞内担负着存储和传递遗传信息的重要功能。
本文将深入探讨核酸的生物化学结构和功能，揭示核酸在生命活动中的重要作用。
一、核酸生物化学结构核酸是由核苷酸组成的大分子化合物。
核苷酸是由碱基、糖和磷酸基团组合而成。
碱基分为嘌呤和嘧啶两类，嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），嘧啶则包括胸腺嘧啶（T）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C）。
糖分为核糖（在RNA中）和脱氧核糖（在DNA中）。
磷酸基团连接在糖的3'位和5'位，形成磷酸二酯键，从而将核苷酸链接成链状结构。
核酸的主要类型包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
DNA是双链结构，由两条互补的核苷酸链缠绕而成，通过碱基配对形成稳定的螺旋结构。
RNA则是单链结构，可以形成类似DNA的二级结构，也可以形成各种不同的三维结构。
二、核酸的功能1. 存储遗传信息DNA是细胞中的遗传物质，它编码了细胞中合成蛋白质所需的遗传信息。
每个生物体细胞核内都包含一段完整的DNA，称为基因组。
基因组中的基因决定了生物的遗传特征，包括形态、功能和行为等。
2. 转录和翻译DNA通过转录过程生成RNA，而RNA通过翻译过程转化为蛋白质。
这一过程被称为中心法则。
在细胞内，DNA通过转录酶酶解，使其中的一条链作为模板，合成相应的RNA分子。
这一过程可以是一次性的（即合成的RNA直接用于蛋白质合成）或经过修饰后再转化为蛋白质。
通过这种机制，细胞可以根据需要合成特定的蛋白质，发挥不同的功能。
3. 调控基因表达RNA具有多种功能，其中包括调控基因表达。
在基因调控过程中，某些RNA分子可以与DNA的调控区结合，阻止或促进基因的转录。
这种调控方式可以调整细胞内基因的表达水平，对细胞功能的稳定和适应具有重要影响。
4. 催化反应核酸具有催化某些生物化学反应的能力。
在细胞中，一类特殊的RNA分子称为酶RNA（ribozyme），它能够催化化学反应，如自身剪切、肽键形成等。
核酸的结构与功能
RNA）通过碱基配
对形成杂交分子的
过程。
• 特点：灵敏度高、
专一性强
（G+C）%=（Tm-69.3）×2.44
• DNA的均一性：均质DNA Tm范围窄；
• 介质的离子强度：低离子强度，Tm较低，范
围较宽；高离子强度，Tm较高，范围较窄。
（二）复性（renaturation）
1、定义：热变性DNA在温度逐渐降低时，在一定 浓度的盐溶液中，两条分开的单链重新恢复双螺 旋结构的过程，又称为退火（annealing） 。 2、复性的特征 • 减色效应（hypochromicity） • 粘度上升，浮力密度下降 • 生物活性部分恢复
• 分子量最小、不同tRNA分子的大小很相似
• 功能：转运活化的 Aa 到生长肽链的正确位
置。
• 每个Aa至少有一个对应的tRNA（如丙氨酸
tRNA、tRNAAla）。
3、rRNA（核糖体RNA）
• 比例最大，
• 是核糖体的主要组成部分。 • 功能：与蛋白质生物合成相关。
已经发现的RNA种类
名称 核糖体RNA 缩写 rRNA 功能 核糖体组成成分
水
磷酸phosphate
核苷nucleoside
解
戊糖ribose
碱基base
嘌呤碱purine
嘧啶碱pyrimidine
1、戊糖（Ribose）
β —D—核糖 (in RNA)
β —D— 2’－脱氧核糖
(in DNA)
2、碱基 （Base）
嘧啶环
RNA
DNA
胞嘧啶 C
尿嘧啶 U
胸腺嘧啶 T 腺嘌呤 A
核酸的结构功能
一、核酸的种类、分布和功能
核酸特性、结构和功能(英文版)
2020/10/16
30 nm filament
1
DNA Loops (5-200 kb) SAR/MAR
Nuclear Scaffold/Matrix
6
2020/10/16
The Nucleosome
146 bp DNA
2X H3, H4, H2A, H2B
Query: 22 ILRDNIQGITKPAIRRLARRGGVKRISGLIYEEVRAVLKSFLESVIRDSVTYTEHAKRKT 81 +LRDNIQGITKPAIRRLARRGGVKRISGLIYEE R VLK FLE+VIRD+VTYTEHAKRKT
Sbjct: 21 VLRDNIQGITKPAIRRLARRGGVKRISGLIYEETRGVLKVFLENVIRDAVTYTEHAKRKT 80
23A
How does chromatin become compacted??
“Beads on a String”
30 nm Filament
???
Low salt
2020/10/16
High salt
24
The “Linker” Histone H1/H5
• Largest histone (21 kD), less conserved • Binds 165 bp: “Chromatosome” • Facilitates chromatin compaction
H3 N-terminus
21
H3 H4 H2A H2B
H2B N-terminus
2020/10/16
22
核酸的结构与生物学功能
核酸的结构与生物学功能引言核酸是生物体中重要的大分子，包括DNA（脱氧核酸）和RNA（核糖核酸）。
它们在细胞中起着关键的生物学功能。
本文将探讨核酸的结构和其在生物体中的功能。
1. 核酸的结构1.1 DNA的结构DNA是由两条互补链缠绕在一起形成的双螺旋结构。
每条链由磷酸基团、脱氧核糖和碱基组成。
磷酸基团通过磷酸二酯键连接核糖，而核糖与碱基通过酯键连接。
DNA的螺旋结构具有一定的稳定性，碱基之间形成了氢键。
其中，腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）之间形成两个氢键，而鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）之间形成三个氢键。
这种碱基之间的氢键结构赋予了DNA某种选择性配对能力。
1.2 RNA的结构RNA与DNA的结构相似，但有一些关键区别。
RNA是由单个链构成的，而非双链。
此外，RNA中的核糖酮基核苷酸（ribose nucleotides）含有核糖（ribose）而不是DNA中的脱氧核糖。
RNA的碱基与DNA类似，包括腺嘌呤（A）、尿嘧啶（U）、胸腺嘧啶（T）和鸟嘌呤（G）。
然而，RNA中没有胞嘧啶，而是含有一种与之相似的鸟嘌呤衍生物——尿嘧啶。
2. 核酸的生物学功能2.1 DNA的功能DNA是遗传信息的载体，主要存在于细胞核中。
它存储了细胞的遗传信息，包括基因的顺序和结构。
DNA的主要功能是指导细胞的生物合成过程，以及通过遗传方式传递信息。
2.2 RNA的功能RNA在细胞内具有多种重要的功能。
其中的一个主要功能是转录基因。
这意味着RNA将DNA 中的基因信息转录成为RNA分子，进而参与到蛋白质的合成中。
此外，RNA还可以具有催化性质，即具备酶的功能。
这些酶被称为核酸酶。
相比蛋白质酶，核酸酶的特殊之处在于其能够以RNA的形式与RNA底物特异性结合。
RNA还参与到细胞内的调控机制中，例如通过RNA干扰（RNA interference）控制基因表达。
这种机制使得RNA能够在基因组中起到更为复杂的调控作用。
3. 核酸与疾病核酸的结构和功能异常可能与多种疾病的发生和发展有关。
核酸的结构与功能
核酸分子杂交(hybridization)
在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类 的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要 两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系， 在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同 的分子间形成杂化双链(heteroduplex)。
这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形 成，也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分 子间形成。这种现象称为核酸分子杂交。
* tRNA的功能 活化、搬运氨基酸到核糖体，参
与蛋白质的翻译。
rRNA的结构与功能
* rRNA的种类（根据沉降系数-单位离心力场里的沉降速度） 原核及真核生物核糖体的组成
核糖体
原核生物 (70S)
亚单位
小亚基(30S) 大亚基(50S)
rRNA
16S rRNA 5S rRNA 23S rRNA
（三）DNA双螺旋结构的多样性
A型DNA
B型DNA
Z型DNA
三螺旋DNA
三、DNA的三级结构-超螺旋结构 及其在染色质中的组装
DNA的超螺旋结构
超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
➢20世纪40年代Chargaff规则-碱基组成分析 ①DNA碱基组成有种的特异性，但没有组织、器官特异性。
来源
碱基的相对含量（ｘ） 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶* 胸腺嘧啶
来源
碱基的相对含量（ｘ）
腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶* 胸腺嘧啶
人
30.9 19.9 19.8
29.4
扁豆
29.7 20.6 20.1
核酸的结构与功能
核酸的结构与功能核酸是生物体内重要的生物大分子之一，它不仅参与到遗传信息的传递和转录过程中，还在细胞生理活动中发挥着重要的功能。
本文将重点介绍核酸的结构和功能。
一、核酸的结构核酸主要由核苷酸组成，而核苷酸又由糖基、碱基和磷酸残基构成。
1. 糖基：核酸中的糖基有两种，即脱氧核糖和核糖。
脱氧核糖是构成DNA的糖基，而核糖则是RNA的糖基。
2. 碱基：碱基是核苷酸的重要组成部分，它可分为两类，嘌呤和嘧啶。
嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），而嘧啶则包括胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。
3. 磷酸残基：磷酸残基是核苷酸的磷酸部分，通过醣苷酸的骨架连接在一起，形成了核酸的链状结构。
二、核酸的功能1. 遗传信息的传递：核酸承载着生物体的遗传信息，其中DNA是生物体遗传信息的主要媒介。
DNA分子通过编码自身的碱基序列，传递给下一代，从而实现了生物遗传的连续性。
2. 转录过程中的模板：DNA作为模板参与到转录过程中，转录酶根据DNA的碱基序列合成RNA，这个过程被称为转录。
RNA承载着从DNA传递过来的信息，进一步参与到蛋白质的合成中。
3. 蛋白质的合成：核酸在蛋白质的合成过程中发挥着重要的功能。
由DNA转录形成的RNA分子将遗传信息带到细胞质中的核糖体，核糖体根据RNA的信息合成特定的氨基酸序列，最终形成特定的蛋白质。
4. 能量传递：核酸有能量转移的功能。
在细胞生理活动中，ATP（腺苷三磷酸）作为一种常见的核苷酸，通过释放相应的磷酸，将化学能转化为细胞内能量。
5. 调节基因表达：核酸还通过一系列的调控机制来调节基因的表达。
例如，RNA干扰技术能够通过干扰特定基因的转录过程，实现对基因表达的调控。
结语：通过对核酸的结构与功能进行了解，我们深刻认识到核酸在生物体内的重要性。
作为遗传信息的承载者和调控蛋白质合成的关键参与者，核酸在维持生物体的正常功能和生理过程中起着不可忽视的作用。
进一步研究核酸的结构和功能有助于揭示生命活动的本质，并为生物技术领域的发展提供新的思路和路径。
生物高一知识点核酸
生物高一知识点核酸核酸是生物体内一类重要的生物大分子，也是生命的基础之一。
它在细胞中扮演着重要的角色，不仅能储存遗传信息，还能参与蛋白质合成等生命活动。
本文将详细介绍核酸的结构和功能。
一、核酸的结构核酸主要由核苷酸组成，每个核酸分子都有一个或多个核苷酸链。
核苷酸由糖、磷酸和一个氮碱基组成。
在DNA（脱氧核酸）和RNA（核糖核酸）中，糖分别是脱氧核糖和核糖，磷酸以磷酸二酯的形式连接在糖的3'端和5'端。
氮碱基可以分为嘧啶和嘌呤两类，DNA中的氮碱基有腺嘌呤（A）、胞嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（C），RNA中则用胸腺嘧啶的衍生物尿嘧啶（U）替代了胞嘧啶。
二、DNA与RNA的区别DNA和RNA是两种不同的核酸，它们在结构和功能上有所不同。
首先，在糖的部分，DNA中的糖是脱氧核糖，而RNA中的糖是核糖。
其次，在氮碱基的组成上，DNA中有胞嘧啶，而RNA 中有尿嘧啶。
此外，DNA是双链结构，呈右旋螺旋状，而RNA则是单链结构。
最后，在功能上，DNA主要负责遗传信息的储存和传递，而RNA参与了蛋白质的合成过程。
三、DNA的功能1. 遗传信息的储存和传递：DNA是生物体内最重要的遗传物质，它可以将生物体的遗传信息传递给下一代。
通过DNA的复制，每个细胞都能获得完整的遗传信息，并将其传递给后代。
2. 蛋白质合成：DNA通过转录过程生成了RNA，然后RNA通过翻译过程合成了蛋白质。
这是生物体内蛋白质合成的基本过程，也是生命活动中不可或缺的环节。
3. 调控基因表达：DNA上的不同基因区域可以激活或抑制基因的表达，从而控制细胞的功能和特性。
通过DNA上的甲基化、化学修饰等过程，细胞可以对基因进行调控，实现细胞分化和发育等过程。
四、RNA的功能1. 转录：DNA通过转录过程生成了RNA，这是基因表达的第一步。
在细胞核内，RNA通过与DNA互作用，合成与DNA上的编码相对应的RNA序列。
2. 翻译：由转录生成的RNA被转移到细胞质中，参与蛋白质的合成过程。
核酸的生物化学特性与功能研究进展
核酸的生物化学特性与功能研究进展核酸是生物体中非常重要的生物大分子之一，它在生命活动中发挥着关键的作用。
在过去的几十年里，科学家们对核酸的生物化学特性与功能进行了广泛研究，取得了许多重要的进展。
本文将综述这些研究进展，探讨核酸的结构特性、功能和应用前景。
一、核酸的结构特性1. DNA的双螺旋结构DNA（脱氧核糖核酸）以其独特的双螺旋结构而为人所熟知。
DNA 双螺旋结构的发现为进一步研究核酸的功能奠定了基础。
该结构由两个互补的单链DNA通过氢键相互缠绕形成，有序排列的碱基序列包含有机体的遗传信息。
2. RNA的多样结构RNA（核糖核酸）具有多种结构，包括单链RNA（ssRNA）和双链RNA（dsRNA）等。
ssRNA能够通过特定的碱基配对形成次级结构，其中重要的类型包括折叠RNA（folded RNA）和发夹RNAs（hairpin RNAs）。
dsRNA则在某些生物过程中起到调节基因表达等重要功能。
二、核酸的功能1. 遗传信息的传递DNA是遗传物质的载体，它能够储存和传递有机体的遗传信息。
DNA通过基因表达机制，指导蛋白质的合成过程，从而决定生物的性状和功能。
RNA则在转录和翻译过程中参与基因表达调控，与DNA共同完成遗传信息的传递。
2. 酶的催化作用核酸既可以作为催化酶（核酸酶）的组成部分，也可以与其他分子一起形成复合酶。
核酸酶负责DNA、RNA的降解和修复，对维持遗传信息的完整性和稳定性起到至关重要的作用。
3. 基因调控和表达核酸在基因调控和表达过程中发挥重要功能。
例如，miRNA （microRNA）通过与靶基因mRNA结合，调控基因的转录和翻译水平。
这种调控方式在植物和动物的发育、免疫和疾病中具有重要作用。
4. 药物与基因治疗核酸作为药物分子具有广泛的应用前景。
例如，寡核苷酸和寡核苷酸合成物可以用于抑制特定基因的表达，用于疾病的治疗。
此外，基因治疗（gene therapy）也利用核酸修复和替代缺陷基因，为某些疾病的治疗带来新的可能性。
【高中生物】核酸的结构与生物学功能
（生物科技行业）核酸的结构与生物学功能核酸的结构与生物学功能核酸是生物体内极其重要的生物大分子，是生命的最基本的物质之一。
最早是瑞士的化学家米歇尔于1870年从脓细胞的核中分离出来的，由于它们是酸性的，并且最先是从核中分离的，故称为核酸。
核酸的发现比蛋白质晚得多。
核酸分为脱氧核糖核酸（简称DNA）和核糖核酸（简称RNA）两大类，它们的基本结构单位都是核苷酸（包含脱氧核苷酸）。
1．核酸的基本单位——核苷酸每一个核苷酸分子由一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成。
碱基分为两类：一类是嘌呤，为双环分子；另一类是嘧啶，为单环分子。
嘌呤一般均有A、G2种，嘧啶一般有C、T、U3种。
这5种碱基的结构式如下图所示。
由上述结构式可知：腺嘌呤是嘌呤的6位碳原子上的H被氨基取代。
鸟嘌呤是嘌呤的2位碳原子上的H被氨基取代，6位碳原子上的H被酮基取代。
3种嘧啶都是在嘧啶2位碳原子上由酮基取代H，在4位碳原子上由氨基或酮基取代H而成，对于T，嘧啶的5位碳原子上由甲基取代了H。
凡含有酮基的嘧啶或嘌呤在溶液中可以发生酮式和烯醇式的互变异构现象。
结晶状态时，为这种异构体的容量混合物。
在生物体内则以酮式占优势，这对于核酸分子中氢键结构的形成非常重要。
例如尿嘧啶的互变异构反应式如下图。
酮式（2，4–二氧嘧啶）烯酸式（2，4–二羟嘧啶）在一些核酸中还存在少量其他修饰碱基。
由于含量很少，故又称微量碱基或稀有碱基。
核酸中修饰碱基多是4种主要碱基的衍生物。
tRNA中的修饰碱基种类较多，如次黄嘌呤、二氢尿嘧啶、5–甲基尿嘧啶、4–硫尿嘧啶等，tRNA中修饰碱基含量不一，某些tRNA中的修饰碱基可达碱基总量的10％或更多。
核苷是核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶生成的糖苷。
戊糖的第1碳原子（C1）通常与嘌呤的第9氮原子或嘧啶的第1氮原子相连。
在tRNA中存在少量5–核糖尿嘧啶，这是一种碳苷，其C1是与尿嘧啶的第5位碳原子相连，因为这种戊糖与碱基的连接方式特殊（为C—C连接），故称为假尿苷如下图。
核酸结构及其功能性研究
核酸结构及其功能性研究核酸是一种非常重要的宏观生物分子，它是构成生物体的遗传信息的载体，也是维持细胞正常生理活动所必需的物质。
核酸分为DNA和RNA两种，它们的结构和功能有很多共同点，也有不同之处。
本文将重点介绍核酸的结构和功能性研究。
一、核酸的结构核酸分子是由核苷酸单元按照一定的序列组成的，核苷酸又是由糖分子、碱基和磷酸分子组成的。
DNA的糖分子是脱氧核糖，RNA的糖分子是核糖，两者结构略有不同。
碱基分为嘌呤和嘧啶两类，DNA的四种碱基是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C），RNA中的胸腺嘧啶换成了尿嘧啶（U）。
磷酸分子连接着相邻的核苷酸单元，构成了线性的核酸链。
DNA是双链结构，由两根互相平行、互相对称的链组成螺旋状结构；RNA是单链结构，呈现出多种复杂的形态，如线性、环形、Y形、二级结构等。
二、核酸的功能性研究研究核酸的功能，包括对其遗传信息存储、复制、转录和翻译等过程的理解。
这些过程不仅与生物体的正常生长和发育密切相关，也与人类很多疾病的发病机制有关。
以下以一些典型的研究为例，介绍核酸功能性研究的进展。
1.基因表达调控的研究基因表达是指基因信息在遗传物质中的转录和翻译过程。
这个过程的调控是细胞生命活动的中心环节之一。
研究人员发现，一些特定的核酸序列，如转录因子结合位点和RNA启动子，能够与特定的蛋白质相互作用，从而影响基因的表达量和选择性。
另外，利用新一代测序技术可以高精度地测定全基因组的DNA甲基化信息，这对于研究基因表达调控的分子机制也非常有帮助。
2.组蛋白修饰与染色质结构的研究组蛋白是染色质的主要成分，其N端部位包含了多个可以被甲基化、磷酸化、乙酰化等修饰的残基。
这些修饰对于维持染色质结构和基因表达具有重要作用。
研究表明，这些修饰的动态变化在生物体的生长发育、细胞增殖和分化等过程中发挥着重要的调控作用。
因此，对组蛋白修饰的分子机制的深入研究，对于深入理解基因调控和重大疾病的发生机制，以及开发新型药物具有极为重要的意义。
生物软物质的形态结构与功能特性
生物软物质的形态结构与功能特性生物软物质是指一类具有高度柔软、可挥发、可流动，并在自然状态下形成均匀分布的柔软物质。
它们是组成人体、动物和植物的基本元素，包括蛋白质、碳水化合物、核酸和脂质等。
这些物质的形态结构和功能特性对生命的各种过程至关重要。
因此，探究生物软物质的形态结构和功能特性具有重要意义。
一、蛋白质的形态结构与功能特性1.蛋白质的形态结构：蛋白质分为四级结构。
初级结构是由简单的氨基酸单元组成的线性多肽链，二级结构是由氢键形成的螺旋结构和折叠片段，三级结构是由螺旋、折叠片段和无规则结构组成的具有三维空间结构的单元，而四级结构是多个三级结构的组合体，即一定数量的多肽链的聚合体。
2.蛋白质的功能特性：蛋白质是细胞中最重要的功能分子之一，包括酶、激素、抗体、结构蛋白和传递信息的信使蛋白质等。
优异的生物活性及其广泛应用的原因在于其复杂的形态结构和各种反应机理。
二、碳水化合物的形态结构与功能特性1.碳水化合物的形态结构：碳水化合物包含单糖、双糖、多糖等。
单糖是由为骨架的碳原子、羟基基团和一个醛基或酮基组成的一种简单的糖分子，双糖是由两个单糖分子组成，多糖是ɑ-或β环式构象的多个单糖分子组成的聚合体。
2.碳水化合物的功能特性：碳水化合物广泛存在于生物体内，可作为能量供应的重要来源，同时也能组成细胞膜、配合蛋白、组合成抗原等。
另外，碳水化合物在人类体内起到很重要的生理作用，例如葡萄糖的能量供应、乳糖对婴儿的生长及发育等。
三、核酸的形态结构与功能特性1.核酸的形态结构：核酸是由DNA分子和RNA分子构成的，由核苷酸单元链组成。
具有四个不同的碱基，即腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T），RNA中的胸腺嘧啶（T）由尿嘧啶（U）替代，是细胞内的基本遗传物质。
2.核酸的功能特性：在一个细胞生命周期中，核酸分子在某种特定的序列中指示及调控着蛋白质的合成。
此外，核酸具有存储和传递遗传信息的功能，能够控制细胞的生长和分裂等过程。
核酸的原理
核酸的原理核酸是许多生物最重要的物质之一，它们不仅起着重要的生物学功能，而且对人类的医疗保健、疾病预防、精准医疗都具有重要的意义。
本文介绍核酸的原理，内容包括：核酸的构造、核酸的特性、核酸的生物学功能和核酸在人类健康方面的应用。
核酸的构造是一种以氮-磷链结构为基础的高分子，由碱基、糖和磷酸三种成分构成。
碱基是核酸的基本组成部分，它们互相链接而成，其中有两种，即腺嘌呤和胸腺嘧啶核苷（A和G），每一对碱基组成一个“碱基对”（bp）。
其他类型的核酸，如三磷酸核苷（T）和胞嘧啶（C），也可以作为碱基组成核酸。
糖是核酸的其他组成部分，它们通常是双糖或多糖，如葡萄糖、半乳糖或阿尔颖糖。
最后，磷酸是核酸的最后组成部分，它们以磷酸结尾，以维持核酸的结构稳定性。
核酸的特性是非常特殊的，它们是双螺旋结构，结构形状可以随着外界的环境而变化。
它们可以有效的工作，在有限的热能和外界的抗拒下，核酸也能够稳定地运行。
核酸拥有非常优越的分子特性，可以用作模板，在生物反应中可以容易地褪色和再结合，以便在生物系统中发挥重要作用。
核酸的生物学功能是多方面的。
它们可以在体内作为基因的载体，其中的遗传信息可以被转录为蛋白质和其他生物分子，以此来实现各种生物功能。
此外，核酸还可以作为消化酶，加速体内物质的新陈代谢，保持生物代谢稳定；它们也可以作为编码蛋白质的中间体，核糖核酸（mRNA）可以把基因中编码蛋白质的信息转录到外周细胞；核酸还可以作为抗原，可以通过免疫反应帮助人体抵抗外界的侵扰。
核酸在人类健康方面的应用也是非常广泛的。
它们在诊断和治疗中扮演着重要的角色，如：核酸探针分子诊断、核酸抗原定位诊断和核酸靶向用药等。
核酸探针是一种能够通过特定的碱基序列鉴定和检测病原体的工具，在诊断准确性方面比传统的抗原定位更强、更可靠。
核酸靶向用药也是一种新型技术，它可以在对药物设计、开发和使用中发挥重要作用，帮助减少药物副作用，提高药效。
综上所述，核酸是一种强大而多功能的分子，它们通过自身的特性和多样性发挥着重要的作用，其在疾病诊断和治疗中的应用可以帮助我们更准确的预防和治疗疾病，从而改善人类的健康水平。
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1
Chromatin
DNA Compaction
Chromatin Remodeling Machines
DNA Accessibility
免疫学信息网
NIH
Basic Unit of Chromatin Structure: Polynucleosome
11
4 helix-bundle
H2A
免疫学信息网
H2B H4
12
H3 H4 H2A H2B
免疫学信息网
Not in Handout
Diameter = 110 Aº
H3 H4 H2A H2B
免疫学信息网
免疫学信息网
A Mitotic Human Chromosome
DNA length: 4.6 x 107 bp = 1.5 cm Chromosome length: 2 µ m
Compaction ratio = 8000
免疫学信息网
???
Low salt
High salt
免疫学信息网
24
The “Linker” Histone H1/H5
• Largest histone (21 kD), less conserved • Binds 165 bp: “Chromatosome” • Facilitates chromatin compaction
Ac
Ac Ac Ac Mitosis (Aurora B)
10
Ac Ac
28
Newly-synthesized histones P M
N-SGRGKGGKGLGKGGAKRHRKVLRDNIQ -H4
Ac Ac Ac Ac
SSN6/TUP1 P
N-SGRGKQGGKTRAKSKTRSSRAGL-H2A
DNA entry
H2A
H2B
免疫学信息网
Not in Handout
N-term helix
DNA exit
DNA entry
H3 H2A
H2B
免疫学信息网
Not in Handout
N-term helix
DNA exit
DNA entry
N-term helix
H3
H2A H2B
免疫学信息网
Not in Handout
Energetic and Topological Consequences of DNA Wrapping
免疫学信息网
免疫学信息网
Histone H5 reduces salt requirement for chromatin compaction
免疫学信息网
25
Globular domain of Histone H5 “winged helix-turn-helix domain”
Core Particle
4
The 30 nm Chromatin Fiber
免疫学信息网 Compaction ratio = 50
5
A Mitotic Human Chromosome
DNA length: 4.6 x 107 bp = 1.5 cm Chromosome length: 2 µ m
18
Histones Have Variable Length Tails
Core
N-ARTKQTARKSTGGKAPRKQLATKAARKSAPATGGVKKPHRYRPGTVALREIRRYQKSTE- H3 N-SGRGKGGKGLGKGGAKRHRKVLRDNIQ - H4 N-SGRGKQGGKTRAKSKTRSSRAGL- H2A N-SDPAKSAPAAKKGSKKAVTKTQKKDGKKRRKSRKES- H2B
17
Discrete Band Positioning 免疫学信息网 Smear Random Orientation
Implications of Translational Positioning
免疫学信息网
免疫学信息网
19
Are Nucleosomes “Positioned?”
1. Sequence at Unique Position 3. Restriction Digest
2. Micrococcal Nuclease Digest 4. Southern Blot
Core
H3
H4
-ERA-C
-RTLYGFGG-C
H2A -ELNKLLGGVTIAQGGVLPNIQSVLLPKKTESSKSTKSK-C
H2B -PGELAKHAVSEGTKAVTKYTSAK-C
免疫学信息网
20
H3 N-terminus
H3 H4 H2A H2B
Interference Footprinting
DNA + MMS
14
+ Saturating [Protein]
Cleave backbone @ modified bases
免疫学信息网
Gel Shift
“Chromatin is the last refuge of scoundrels”
36,000
31,000
21,000
14,000
H2B/H3 H2A H4
免疫学信息网
7
Domain Structure of Histones
Core Domain N L1 L2 C
1
2
3
免疫学信息网
H3 N-terminus
免疫学信息网
21
H2B N-terminus
H3
H4
H2A
H2B
免疫学信息网
22
H4
_ + _ + _ + H2A H2B
免疫学信息网
Translational and Rotational Positioning
Basepair: 1 5 10 15
Histone Core
免疫学信息网
Translational and Rotational Positioning
Basepair: 1 5 10 15
8
H2B
1
L2
H3
N
L1
1
2 3
3
2
H2A
2
3H4ຫໍສະໝຸດ 13免疫学信息网
1 2
9
H3
H4
免疫学信息网
10
4 helix-bundle
H3’ H3
H4’
H4
免疫学信息网
免疫学信息网 Compaction ratio = 6
2
Limited Micrococcal Nulcease Digestion of Chromatin Generates a ~200 bp Ladder
免疫学信息网
Histone Core
Tilt
免疫学信息网
15A
H2A H2B
L1-L2 Minor groove
16
L1-L2 Minor groove
1- 1 免疫学信息网 Minor groove
DNA exit
Histone Core
免疫学信息网
Translational and Rotational Positioning
Basepair: 1 5 10 15
ARE COUPLED!
Histone Core
免疫学信息网
Ac Ac P
N-SDPAKSAPAAKKGSKKAVTKTQKKDGKKRRKSRKES-H2B
Ac
免疫学信息网
Ac Ac
Ac Ac Ac
23A
How does chromatin become compacted??
“Beads on a String” 30 nm Filament
Sbjct: 81
免疫学信息网
Not in Handout
Histones are Low MW Chromosomal Proteins
200,000 116,000 97,000 66,000 55,000
MW Chromosomal Proteins
6
The Nucleosome
146 bp DNA 2X H3, H4, H2A, H2B
H3 H4 H2A H2B
免疫学信息网
Not in Handout
Blast Search with S. cerevisiae Histone H4
Query: Subject: S. cerevisiae H. sapiens
30 nm filament
Compaction ratio = 8000
免疫学信息网
1
DNA Loops (5-200 kb)
SAR/MAR
Nuclear Scaffold/Matrix
免疫学信息网
23
Active Inactive region Region (heterochromatin, X-inactivation) M MP MP
Active region Core M
K79
N-ARTKQTARKSTGGKAPRKQLATKAARKSAPATGGVKKPHRYRPGTVALREIRRYQKSTE- H3
13
Width = 45 Aº
H3
H4
H2A
H2B
免疫学信息网
14
Axis of dyad symmetry