核酸的结构与功能
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。
核酸的结构和功能
核酸的结构和功能核酸是生物体内的重要生物大分子之一，其结构和功能对于生物体的正常生理活动具有重要意义。
核酸主要包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA），它们在细胞中扮演着信息传递、遗传、调控等方面的重要角色。
本文将详细介绍核酸的结构和功能。
一、核酸的结构核酸是由核苷酸单元组成的长链分子。
核苷酸由一个含氮碱基、糖分子和磷酸组成。
核苷酸通过磷酸二酯键连接成链状结构，相邻核苷酸之间的磷酸二酯键被称为链的磷酸骨架。
在DNA中，糖分子是脱氧核糖（deoxyribose），而在RNA中则是核糖（ribose）。
碱基分为嘌呤（鸟嘌呤和胸腺嘧啶）和嘧啶（腺嘌呤、鸟嘌呤和尿嘧啶）两类。
在DNA中，鸟嘌呤和胸腺嘧啶以氢键的方式通过碱基配对相互结合，形成双螺旋结构。
而在RNA中，核糖和碱基之间没有形成稳定的双螺旋结构。
二、核酸的功能1.存储遗传信息：DNA是生物体内存储遗传信息的主要分子。
通过DNA的序列编码了生物体内所有蛋白质的合成信息。
每一个DNA分子都包含了生物体所有的遗传信息，它能够准确地复制自身，并通过遗传信息的传递实现后代群体的生存和繁殖。
2.转录和翻译：DNA的遗传信息通过转录作用被转录成一种中间产物RNA，即RNA的合成过程。
在细胞质中，RNA通过读取DNA上的密码信息并翻译成蛋白质序列，从而实现遗传信息的传递。
这个过程被称为翻译。
3.转运和储存能量：核酸还能承担转运和储存能量的功能。
例如，三磷酸腺苷（ATP）是细胞内的一种重要能量转移分子，在胞吞、细胞呼吸等细胞代谢过程中转运和释放能量。
4. 催化作用：部分RNA分子具有催化作用，被称为酶RNA （ribozyme）。
酶RNA能够在特定条件下催化化学反应，例如：RNA酶能够剪切RNA链，还能参与核酸的合成和修复等生物化学过程。
5.调控基因表达：除了DNA编码蛋白质的功能外，核酸还能调控基因表达过程。
RNA在细胞内扮演着信使RNA、转运RNA和核糖体RNA等不同角色，参与调控基因表达的过程，例如：转录因子通过与一些基因的调控区域结合，将DNA转录为RNA，进而调控该基因的表达。
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
核酸的结构和功能
核酸的结构和功能核酸是生命体内十分重要的一种生物大分子，它不仅可以储存遗传信息，还可以传递遗传信息和控制遗传信息的表达。
核酸的结构和功能一直是生物学研究中备受关注的重要领域，本文将从核酸的结构和功能两个方面进行探讨。
一、核酸的结构核酸是由核苷酸单元组成的，每个核苷酸单元由一个糖分子、一个碱基和一个磷酸基团组成。
糖分子是五碳糖，对于RNA来说，是核糖，对于DNA来说，是脱氧核糖。
碱基有四种类型，分别为腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶，它们可以自由地组合在一起，形成不同的核苷酸单元。
核苷酸单元通过磷酸基团的连接形成了核酸链。
RNA是单链结构，而DNA是双链结构，其中一条链具有正向朝向，另一条链具有反向朝向。
DNA两条链通过氢键相互串联在一起，即A碱基配对T碱基，C碱基配对G碱基，这种配对方式保证了DNA两条链互补性，且不同的DNA序列具有不同的特异性。
RNA在一些特殊情况下可以形成双链结构，例如siRNA和微小RNA可以通过与靶序列的互补配对来抑制基因表达。
二、核酸的功能核酸的功能主要包括储存遗传信息、传递遗传信息和控制遗传信息的表达。
1. 储存遗传信息DNA作为遗传物质的载体，在细胞分裂和繁殖的过程中，能够确保一定程度的遗传稳定性和连续性。
它能够储存所有生物的遗传信息，并且在细胞复制过程中保持遗传信息的准确复制。
当细胞分裂时，DNA能够在细胞的两个子细胞之间进行遗传信息的传递，从而保证遗传信息的传承。
2. 传递遗传信息RNA作为DNA的转录产物，能够通过核糖体进行翻译，合成蛋白质。
RNA分为mRNA、tRNA和rRNA三类，其中mRNA是将DNA上的遗传信息转录并运送到核糖体的，tRNA是将氨基酸运送到核糖体，rRNA是核糖体的主要构成部分之一。
RNA通过转录和翻译过程，将DNA上的遗传信息传递到蛋白质上，控制蛋白质的合成和功能性质。
3. 控制遗传信息的表达DNA序列中含有许多启动子和基因调控元件，它们能够通过结合转录因子调节基因的表达。
【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别出来的，由于它们是酸性的，并且最先是从核中分其他，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 种碱基的结构式以以下图所示。
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，为这类异构体的容量混杂物。
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特别重要。
比方尿嘧啶的互变异构反应式以以下图。
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 中的修饰碱基种类很多，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）平时与嘌呤的第 9 氮原子或嘧啶的第 1 氮原子相连。
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。
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。
【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。
核酸的结构与功能
目录
超螺旋(Supercoil): Coiled coils
目录
（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构
盘绕生成超螺旋
解螺旋
原核生物DNA多为环状的双螺旋分子 ，以 负超螺旋的形式存在，平均每200碱基就有一个 超螺旋形成。
目录
Avery证明遗传物质是DNA 的实验
目录
DNA双螺旋结构的研究背景
1951年， Pauling利用X线晶 体衍射技术研究α角蛋白的 空间结构，发现了蛋白质的 α螺旋结构 α螺旋结构理论首次用分子 形成螺旋这种方式解释生物 大分子的空间结构
Linus Pauling
目录
DNA双螺旋结构的研究背景
嘧啶
尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T)
仅存在于RNA中 仅存在于DNA中
目录
嘧啶(Pyrimidine，Py)
尿嘧啶(uracil, U)
胞嘧啶(cytosine, C)
胸腺嘧啶(thymine, T)
目录
嘌呤(Purine，Pu) 腺嘌呤(adenine, A)
鸟嘌呤(guanine, G)
目录
核糖体RNA 信使RNA 转运RNA
微小RNA 胞质小RNA
rRNA mRNA tRNA
microRNA scRNA/7SLRNA
细胞质 细胞质 细胞质
细胞质 细胞质
核糖体组成成分 蛋白质合成模板 转运氨基酸
翻译调控 信号肽识别体的组成成分
不均一核RNA hnRNA
目录
（二）真核生物DNA以核小体为单位形成高 度有序致密结构
核小体 （ nucleosome ） : 真核生物染色质 （ chromatin ） DNA 是线性双螺旋，缠绕
大学化学-核酸的结构与功能
（3）、Watson 和Crick提出双螺旋模型（1953）
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Franklin, Rosalind Elsie
(UK,1920-58), who conducted X-ray
diffraction studies on the structure of
the DNA molecule, the carrier of hereditary information, while working
1´
3´ 2´
5´
HOCH2 O OH
4´
1´
3´ 2´OH ຫໍສະໝຸດ HOH H-D –型
- D – 核糖
- D – 2 – 脱氧核糖
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两类核酸的基本成分
成分
磷酸 戊糖 嘌呤碱 嘧啶碱
RNA
磷酸 D-核糖 A、G C、U
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DNA
磷酸 D-2-脱氧核糖 A、G C、T
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核苷、核苷酸与多核苷酸
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二、DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸
脱氧核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键连接形成具 有方向性的线性DNA大分子，即多聚脱氧核苷酸 (polydeoxynucleotide)，常称DNA链。
H2O
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5´-末端
核酸是有方向性的： C 方向：5 → 3
磷酸二酯键 磷酸二酯键
(deoxyribonucleic acid, DNA)
存在于细胞核和线粒体
携带遗传信息，并通过复制传递 给下一代。
核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA)
分布于细胞核、细胞质、线粒体
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第三章核酸的结构与功能一、选择题【A型题】1.下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNAA.腺嘌呤B.胞嘧啶C.胸腺嘧啶D.尿嘧啶E.鸟嘌呤2.DNA和RNA共有的成分是A.D-核糖B.D-2-脱氧核糖C.腺嘌呤D.尿嘧啶E. 胸腺嘧啶3.稀有碱基主要存在于A.核糖体RNAB.信使RNAC.转运RNAD. 核DNAE.线粒体DNA4.核酸中各基本组成单位之间的连接方式是A.磷酸一酯键B.磷酸二酯键C.氢键D.离子键E.碱基堆积力5.DNA碱基配对主要靠A.范德华力B.疏水作用C.共价键D.盐键E.氢键6.DNA分子中与片段pTAGA互补的片段A. pTAGAB.pAGATC.pATCTD.pTCTAE.pUGUA7.双链DNA有较高的解链温度是由于它含有较多的A.嘌呤B.嘧啶C. A和TD.C和GE.A和C8.关于核小体下列哪项正确A.核小体有DNA和非组蛋白共同构成B.核小体有RNA和非组蛋白共同构成C.组蛋白的成分是H1，H2A，H2B，H3，和H4D.核小体由DNA和H1，H2，H3，H4各二分子组成E.组蛋白是由组氨酸构成的9.DNA的热变性时A. 磷酸二酯键发生断裂B. 形成三股螺旋C. 在波长260nm处光吸收减少D. 解链温度随A-T的含量增加而降低E. 解链温度随A-T的含量增加而增加10.DNA的解链温度指的是A.A260nm达到最大值时的温度B.A260nm达到最大变化值时的50%时的温度C.DNA开始解链时所需的温度D.DNA完全解链时所需的温度E.A280nm达到最大变化值时的50%时的温度11.hnRNA是下列哪种RNA的前体A.tRNAB.真核rRNAC.原核rRNAD.真核mRNAE.原核mRNA12.tRNA在发挥其“对号入座”功能时的两个重要部位是A.反密码子臂和反密码子环B.氨基酸臂和D环C.TψC环与可变环D.TψC环与反密码子环E.氨基酸臂和反密码子环13.对于tRNA的叙述下列哪项是错误的A. tRNA通常由70-80个核苷酸组成B.细胞内有多中tRNAC.参与蛋白质的生物合成D.分子量一般比mRNA小E.每种氨基酸都只有一种tRNA与之对应14.核小体串珠状核心蛋白是A. H2A、H2B、H3、H4各一个分子B. H2A、H2B、H3、H4各二个分子C. H1蛋白以及140-145碱基对DNAD. H2A、H2B、H3、H4各四个分子E.非组蛋白15.DNA变性的原因是A.温度升高是唯一原因B.磷酸二酯键断裂C.多核苷酸链解聚D.碱基的甲基化修饰E.互补碱基之间的氢键断裂16.DNA变性后下列哪项正确A.是一个循序渐进的过程B. A260nm增加C.形成三股螺旋D.溶液粘度增大E.变性是不可逆的17.单链DNA 5＇-pCpGpGpTpA-3＇能与下列哪种RNA单链分子进行杂交A. 5＇-pGpCpCpTpA-3＇B. 5＇-pGpCpCpApU-3＇C. 5＇-pUpApCpCpG-3＇D. 5＇-pTpApGpGpC-3＇E. 5＇-pTpUpCpCpAG3＇18.下列关于RNA的论述哪项是错误的A.主要有mRNA,tRNA ,rRNA 等种类B.原核生物没有hnRNA和snRNAC.tRNA是最小的一种RNAD.胞质中只有一种RNA即tRNAE.组成核糖体的RNA是rRNA19.关于真核生物的mRNA叙述正确的是A.在胞质内合成并发挥其功能B.帽子结构是一系列的核苷酸C.有帽子结构和多聚A尾巴D.在细胞内可长期存在E.前身是rRNA20.snRNA的功能是A.作为mRNA的前身物B.促进mRNA的产生成熟C.使RNA的碱基甲基化D.催化RNA的合成E.促进DNA合成21.tRNA分子的3＇末端的碱基序列是A-3＇B.AAA-3＇C-3＇D.AAC-3＇E.ACA-3＇22.关于核酶的叙述正确的是A.专门水解RNA的酶B.专门水解DNA的酶C.位于细胞核内的酶D.具有催化活性的RNA分子E.由RNA和蛋白质组成的结合酶23.人类基因组的碱基数目为A.2.9×109BPB. 2.9×106BPC. 4×109 BPD. 4×106 BPE. 4×108 BP24.参与hnRNA剪接的RNA是A.snRNAB.tRNAC. hnRNAD.mRNAE.rRNA25. 对核酸进行加热变性，温度升高到一定程度，核酸溶液的紫外光吸收开始增强；继续升温，在一个较小的温度范围内，光吸收值达到最大值。
一般将核酸加热变性中紫外光吸收值达到最大值的50％时的温度称为核酸的A．退火温度 B．解旋温度 C．复性温度D．解链温度 E．杂交温度26.有A、B、C三种不同来源的DNA，它们的Tm值依次为73℃、82℃和78℃，由此推出它们的分子组成是A.GC% A>B>CB.AT% A>B>CC. GC% B>C>AD. AT% A<B<CE. GC% C>A>B27.某一核酸分子是由78个核苷酸组成的一条多核苷酸链，其中10%是T、DHU、I和 等稀有核苷，其二级结构为三叶草形，此核酸分子属于A. tRNAB. mRNAC. rRNAD. hnRNAE. snRNA28．某一DNA片段中一股链的碱基序列为5 -AACGTT-3 ，其互补链应为：A．5 -TTGCAA-3B．5 -AACGTT-3C．5 -UUGCAA-3D．5 -AACGUU-3E．5 -ACGATT-329．真核生物染色质的基本结构单位是A．DNAB．组蛋白C．核小体D．染色单体E．核心颗粒30．真核生物染色体 DNA组成约为：A．104～105bpB．102～103bpC．107～109bpD．1010～2014bpE．1015～1020bp31． DNA变性是指：A．分子中3 ，5 -磷酸二酯键断裂B．核酸游离于溶液中C．双螺旋链间氢键断裂，双链解开D．Tm值下降E．粘度增加32．rRNA的含量约占总 RNA的A．50％B．60％C．70％D．80％E．90％33．真核生物 mRNA 5 末端的帽子结构是：A．—m2GpppXB．—m2CpppXC．—m2ApppXD．—m7GpppXE．—m7ApppX34．tRNA氨基酸臂的特点是A．5 端有羟基B．3 端有 CCA结构C．3 端有 polyA尾巴D．含较多稀有碱基E．5 端有 CCA结构35．B—DNA双螺旋的每一螺距为：A．2nmB．20nmC．0.34nm D．3.4nmE．34nm36．嘧啶核苷中，嘧啶与戊糖的连接位置是：A． N-3—C-1B． N-1—C-1C． N-3—C-5D． N-l—C-5E． C-l—C-137．下列是几种 DNA分子的碱基组成比例，哪一种 DNA的Tm值最高?A． A+T＝15％B． G+C＝25％C． G+C＝40％D． A+T＝20％E． G+C＝35％38．组成核酸的核苷酸之间彼此连接的化学键是A．3 ，5 -磷酸二酯键B．氢键C．糖苷键D．碳-碳键E．范德华力39．关于核酸在生物细胞中分布的叙述，哪项是错误的? A．生物细胞中的核酸包括核糖核酸和脱氧核糖核酸两大类B．生物细胞中的核酸均以核蛋白复合体的形式存在 C．在真核细胞中RNA主要存在于细胞质D．在真核细胞中 DNA主要存在于细胞核E．同种生物不同体细胞核，DNA含量相同40．关于 tRNA的叙述不正确的是A．约由70～90个核苷酸组成B．5 端皆为 CCAC．富含稀有碱基D．其二级结构为三叶草形E．在反密码环顶部有反密码子41．DNA的 Tm值A．与 DNA链长度无直接关系B．同一生物不同组织的 DNA的 Tm值不同C．无种属特异性D．与 A＝T碱基对含量呈正比E．与 G≡C碱基对含量呈正比42．不能引起核酸变性的因素是A．酸B．碱C．尿素D．热E．硫酸铵43. DNA和RNA共有的成分是:A.D-核糖B.D-2-脱氧核糖C.鸟嘌呤D.尿嘧啶E.胸腺嘧啶44．自然界游离核苷酸中的磷酸最常见的是连于戊糖的A． C—2B． C—3C． C—5D． C—lE． C—445．有关 DNA双螺旋结构模型的正确叙述是：A．双股链是平行反向B．嘌呤与另一嘌呤配对C．碱基间以共价键连接D．磷酸和核糖主链位于螺旋外侧E．碱基配对有摆动现象46．下列哪一项是 DNA的正常组分：A．鸟嘌呤，核糖B．腺嘌呤，核糖C．胸嘧啶，核糖D，胞嘧啶，脱氧核糖E．尿嘧啶，脱氧核糖47． DNA与 RNA的共同组分是：A．胸嘧啶，胞嘧啶B．胞嘧啶，尿嘧啶C．尿嘧啶，腺嘌呤D．胞嘧啶，鸟嘌呤E．尿嘧啶，鸟嘌呤48．核酸对紫外线的吸收主要由下列哪一种结构引起A．磷酸二酯键B．戊糖的呋喃环C．糖苷键D．磷酸酯键E．碱基环上的共轭双键49．能用于核酸含量测定的元素是：A． CB． HC． OD． NE． P50．某双链 DNA中已知一条链中 A＝30％， G＝24％，其互补链的碱基组成是：A． T和 C为46％B． T和 C为54％C． A和 G为54％D． T和 C为60％E． A和 C为54％51．关于双链 DNA中，碱基含量关系错误的是：A． A＝TB． A+G＝C+TC． A+T＝G+CD． A+C＝G+TE． G＝C52．能与单链 DNA 5 -CGGTA-3 杂交的RNA是：A．5 GCCTAB．5 GCCAUC．5 UACCGD．5 TACCGE．5 TUCCG53．原核生物与真核生物的核糖体中都含有A．18SrRNAB．30SrRNAC．5SrRNAD．28SrRNAE．5.8SrRNA54．关于 RNA的论述不正确的是：A．主要有 mRNA、tRNA和 rRNAB．原核生物没有 hnRNA和 snRNAC． tRNA是最小的一种 RNAD．胞质中只有 mRNA一种E．组成核糖体的是 rRNA55．DNA二级结构的正确叙述是： A．碱基平面和脱氧核糖平面与螺旋轴平行B．碱基平面和脱氧核糖平面与螺旋轴垂直C．碱基平面与螺旋轴平行，脱氧核糖平面与螺旋轴垂直D．碱基平面与螺旋轴垂直，脱氧核糖平面与螺旋轴平行E．以上都不对56．假尿苷(ψ)中的糖苷键是A． Nl—Cl 连接B． N3—Cl 连接C． C4—Cl 连接D． C5—C1 连接E． C6—Cl 连接57. DNA分子中没有哪种单核苷酸:A.腺嘌呤脱氧核苷酸B.尿嘧啶核苷酸C.胞嘧啶脱氧核苷酸D.胸腺嘧啶脱氧核苷酸E.鸟嘌呤脱氧核苷酸58. 维持核酸一级结构的化学键是:A.磷酸键B.氢键C.肽键D.磷酸二酯键E.糖苷键59.含有反密码子的结构是：A.rRNAB.tRNAC.蛋白质D.DNAE.mRNA60.关于DNA与RNA在结构上的异同，正确的叙述是：A.DNA富含稀有碱基B.RNA含有A，U，C，T四种碱基C.DNA既含有核糖，又含有脱氧核糖D.组成DNA的核苷酸以3 ,5 -磷酸二酯键连接E.DNA含有A，U，C，G四种碱基61.有关DNA结构的描述,下列哪项是错误的:A.右手双螺旋B.由两条方向相反的链组成C.两链间形成严格的碱基配对D.嘌呤与嘧啶在摩尔数量上无明显规律E.配对碱基以氢键相连62.稀有核苷酸碱基主要存在于下列哪一种核酸中?A.rRNAB.mRNAC.tRNAD.DNAE.hnRNA63.tRNA的分子结构特征是:A.有密码环B.有反密码环和3 -端C-C-AC.3 -端有多聚AD.5 -端有C-C-AE.有反密码环和5 -端C-C-A64.核苷酸分子中嘌呤N9 (或嘧啶N1)与核糖哪一位碳原子之间以糖苷键连接?A.5 -CB.4 -CC.3 -CD.2 -CE.1 -C65.关于tRNA的结构与功能，正确的叙述是：A.tRNA不具有二级结构B.tRNA具有转肽酶活性C.tRNA将氨基酸携至核糖体D.反密码环不是tRNA特有的E.tRNA分子中不含稀有核苷66.DNA的二级结构是:A.帽子结构B.双螺旋结构C.超螺旋结构D.三叶草结构E.茎-环结构【B型题】A.AMPB.ADPC.ATPD.dATPE.cAMP67.含一个高能磷酸键68.含脱氧核糖基69.含分子内3＇，5＇磷酸二酯键A.5sRNAB.28sRNAC. 16 sRNAD.snRNAE.hnRNA70.原核生物和真核生物核糖体都有的是71.真核生物核糖体特有72.原核生物核糖体特有A.tRNAB.mRNAC. rRNAD. hnRNAE.DNA73.有5＇帽子结构74.有3＇-CCA-OH结构75.有较多的稀有碱基76.其中有些片段被剪切掉A.变性B.复性C.杂交D.重组E.层析77.DNA的两股单链重新缔合成双链称为78.单链DNA与RNA形成局部双链79.不同来源的DNA单链形成局部双链称为【X型题】80.下列对核苷酸的叙述那些是正确的A.重要的环核苷酸有cAMP和cGMPB. cAMP和cGMP的作用相反C. cAMP是一种第二信使D. cAMP是由AMP在腺苷酸环化酶的作用下生成的E. cAMP分子内有环化的磷酸二酯键81.有关DNA双螺旋结构下列哪些叙述是正确的A.DNA二级结构中都是由两条多核苷酸链组成B. DNA二级结构中碱基不同，相连的氢键也不同C. DNA二级结构中，核苷酸之间形成磷酸二酯键D.磷酸与戊糖总是在双螺旋结构的内部E.磷酸与戊糖组成了双螺旋的骨架82.关于真核生物mRNA叙述正确的是A.在胞质中合成并发挥其功能B.有帽子结构C.有多聚A尾巴D.可在细胞内存在很长时间E.前身是hnRNA83.下列关于tRNA的叙述正确的是A.反密码环上含三联体反密码子B.其二级结构是三叶草型C.含稀有碱基较多D.有氨基酸臂E.可贮存遗传信息84.合成RNA的基本原料有A.ATPB.GTPC.CTPD.UTPE.TTP85.核酸变性后的描述正确的是A.氢键破坏B.紫外吸收值增加C.黏度下降D.分子量变小E.可以复性二、名词解释1.核苷2.核苷酸3.磷酸二酯键4.核酸的一级结构5.DNA的二级结构6.碱基互补规律7.Tm值8.增色效应9.核小体10.反密码子环11.核酶12.分子杂交13．DNA变性14．DNA复性15．探针三、填空题1.核酸的基本组成单位是__________。