第2章 核酸的结构与功能
Chapter 2 核酸的结构与功能教学教材
核酸的结构与功能
Structures and Functions of Nucleic Acids
内容
2.1 核酸的种类与分布 2.2 核苷酸 2.3 DNA的分子结构 2.4 核酸与蛋白质的复合体 2.5 RNA的分子结构 2.6 核酸的理化性质
2
2.1 核酸（Nucleic acid） 的种类与分布
48
（四）DNA双螺旋结构的多样性
49
双螺旋DNA的类型及相关参数
类型 螺旋方向
存在条件
螺距 碱基数/螺旋 碱基倾角
A-DNA 右手
相对湿度75% 2.53 nm
11
19°
B-DNA 右手
相对湿度92% 3.54 nm
10.4
1°
Z-DNA 左手 嘌呤－嘧啶二核 4.56 nm
12
苷酸为重复单位
N=A/U/G/C
同样，dNDP、dNTP， N=A/T/G/C
腺嘌呤 腺苷
16
核苷多磷酸的生物学功能:
§NTP和dNTP分别是RNA和DNA的直接前体。 §ATP分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。水
解时, ATP可以释放出大量自由能，推动生物体内 各种需能的生化反应。 §UDP、ADP、GDP在多糖合成中，可作为携带葡 萄糖基的载体；CDP在磷脂合成中可作为携带胆 碱的载体。 §GTP、CTP、UTP在某些生化反应中也具有传递能 量的作用。
11
稀 有 碱 基
大多甲基化碱基，tRNA含量丰富 (高达10％) 12
2.2.3 戊糖
β-D-核糖
β-D-脱氧核糖
13
2.2.4 核苷
碱基和核糖（或脱氧核糖）通过C-N 糖苷 键连接形成核苷（或脱氧核苷）。
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
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。
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。
生物化学第二章笔记
⽣物化学第⼆章笔记第⼆章核酸的结构与功能核酸（uncleic acid）是以核苷酸为基本组成单位的⽣物信息⼤分⼦，携带和传递遗传信息。
脱氧核糖核苷酸（deoxyribonucleic acid，DNA）90%以上分布于细胞核，其余分布于核外，如线粒体，叶绿体和质粒等。
携带遗传信息，决定细胞和个体的遗传型（genotype）。
核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）分布于细胞质、细胞核和线粒体内。
参与细胞内DNA遗传信息的表达。
某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。
第⼀节核酸的化学组成及结构核酸组成⼀、核苷酸是构成氨基酸的基本组成单位分⼦组成：碱基（嘌呤碱、嘧啶碱）、戊糖（核糖、脱氧核糖）、磷酸。
碱基（base）是含氮的杂环化合物。
嘌呤N-9或嘧啶N-1与脱氧核糖C-1’通过β-N-糖苷键相连形成脱氧核苷或核苷。
核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸或脱氧核苷酸。
核苷酸还存在衍⽣物，如环化核苷酸（cAMP、cGMP）是细胞信号转导中的第⼆信使。
⼆、DNA是脱氧核苷酸通过3’，5’-磷酸⼆酯键连接形成的⼤分⼦⼀个脱氧核苷酸3’的羟基与另⼀个核苷酸5’的α-磷酸基团缩合形成磷酸⼆酯键。
多个脱氧核苷酸通过磷酸⼆酯键构成了具有⽅向性的线性分⼦，称为多聚脱氧核苷酸，即DNA链。
DNA链的⽅向是5’→3’。
交替的磷酸基团和戊糖构成了DNA的⾻架。
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。
四、核酸的⼀级结构是核苷酸的排列顺序由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为碱基序列。
核酸分⼦的⼤⼩常⽤碱基数⽬来表⽰。
⼩的核酸⽚段(<50bp)常被称为寡核苷酸。
⾃然界中的DNA 和RNA的长度可以⾼达⼏⼗万个碱基。
DNA和RNA之间的差别第⼆节DNA的空间结构与功能DNA的空间结构：构成DNA的所有原⼦在三维空间具有确定的相对位置关系。
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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33
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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第2章核酸的结构与功能学习要求1．掌握核酸的概念及其生物学意义、分子组成、结构与功能及其相互关系；RNA的种类及各自的功能，核酸酶的概念及作用；DNA变性、复性、增色效应、Tm、退火及分子杂交等概念。
2．熟悉核酸的理化性质及其应用；基因及基因组的概念。
3．了解DNA结构的多样性及snmRNAs的生物学作用；核酸的一般理化性质。
基本知识点核酸是由核苷酸组成。
核苷酸是由碱基、戊糖和磷酸组成。
碱基、戊糖和磷酸决定了核苷酸的种类，也影响着核苷酸的性质。
核苷酸因碱基含有共轭双键而具有紫外吸收性质，最大紫外吸收峰在260nm。
DNA 和RNA都是由核苷酸经3',5'-磷酸二酯键连接而成的线性大分子。
DNA由含有A、G、C、T的脱氧核糖核苷酸组成；而RNA由含有A、G、C、U的核糖核苷酸组成。
DNA的一级结构是脱氧多核苷酸链中脱氧核苷酸的排列顺序，即碱基序列。
DNA对遗传信息的储存是利用碱基排列方式变化而实现。
DNA的二级结构是反向平行、右手螺旋的互补双链。
通过互补关系，DNA双链中的腺嘌呤与胸腺嘧啶形成两个氢键的碱基对；鸟嘌呤与胞嘧啶形成三个氢键的碱基对。
具有双螺旋结构的DNA在细胞内还将进一步折叠成超螺旋结构，并且在组蛋白的参与下构成核小体，核小体进一步折叠成螺旋管、染色质纤维空管，最后组装成染色体。
DNA的生物学功能是作为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板。
RNA分子大多是单链结构，但可以折叠形成局部的双螺旋区。
细胞内的RNA主要是mRNA、tRNA 和rRNA和snmRNAs。
mRNA在胞质中是蛋白质生物合成的模板。
真核生物的成熟mRNA含有5'-末端帽结构和3'-末端的多聚A尾结构，中间为信息区。
mRNA分子上从5'的AUG开始每3个核苷酸为一组构成了一个密码子，决定了肽链上的一个氨基酸。
tRNA在蛋白质生物合成中是作为各种氨基酸的运载体。
tRNA 分子中稀有碱基较多，二级结构是三叶草形，三级结构是倒L形。
mRNA和tRNA通过密码子-反密码子的碱基互补关系相互识别。
rRNA与核糖体蛋白构成核糖体，核糖体是蛋白质生物合成的场所。
核糖体为mRNA、tRNA和肽链合成所需要的多种蛋白因子提供结合位点和相互作用所需要的空间环境。
细胞内的snmRNAs表现出了种类、结构和功能的多样性，是转录后加工、转运以及基因表达调控中必不可少的因子。
核酸具有在260nm波长处紫外吸收特征，可利用这一性质对核酸进行定性和定量分析。
由于核酸的种类和结构的不同，因而导致它们的沉降特征和密度特征不同。
DNA的变性是它的一个很重要的性质。
DNA 的变性是指某些理化因素会导致DNA双链互补碱基之间的氢键发生断裂，使双链DNA解离为单链的现象。
DNA变性后，许多性质发生了变化，包括它的生物学活性和紫外吸收性质。
变性的DNA在一定条件下可以复性。
DNA的复性是指当变性条件缓慢解除后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来双螺旋结构的现象。
热变性的DNA经缓慢冷却后可以恢复原来的双链结构，这一过程称为退火。
复性的速度与温度、离子强度、pH、DNA的大小和浓度有关。
在DNA复性过程中，如果将不同种类的DNA单链或RNA放在同一溶液中，只要两条单链分子之间存在着碱基互补配对关系，它们就有可能形成杂化双链，这种杂化双链可以在不同的DNA单链之间形成也可以在RNA单链之间形成，还可以在DNA单链和RNA单链之间形成，这种现象称为核酸分子杂交。
生物体内含有种类很多、专一性不同的核酸酶。
不同的核酸酶在不同的研究中有不同的应用。
在从细胞中分离核酸时应特别注意使用核酸酶的抑制剂。
自测练习题一、选择题（一）A型题1．核酸的基本组成单位是A．磷酸和核糖B．核苷和碱基C．单核苷酸D．含氮碱基E．脱氧核苷和碱基2．DNA的一级结构是A．各核苷酸中核苷与磷酸的连接键性质B．多核苷酸中脱氧核苷酸的排列顺序C．DNA的双螺旋结构D．核糖与含氮碱基的连接键性质E．C、A、U、G 4种核苷酸通过3′ ,5′-磷酸二酯键连接而成3．在核酸中，核苷酸之间的连接键是A．糖苷键B．氢键C．3′ ,5′-磷酸二酯键D．1′ ,3′-磷酸二酯键E．2′ ,5′-磷酸二酯键4．核酸中稀有碱基含量最多的是A．rRNA B．mRNA C．tRNA D．hnRNA E．snmRNA5．核酸的最大紫外光吸收值一般在A．280nm B．260nm C．240nm D．200nm E．220nm6．有关核酸酶的叙述正确的是A．由蛋白质和RNA构成B．具有酶活性的核酸分子C．由蛋白质和DNA构成的D．专门水解核酸的核酸E．专门水解核酸的酶7．DNA与RNA彻底水解后的产物是A．戊糖不同，碱基不同B．戊糖相同，碱基不同C．戊糖不同，碱基相同D．戊糖不同，部分碱基不同E．戊糖相同，碱基相同8．关于DNA的二级结构，叙述错误的是A．A和T之间形成三个氢键，G和C之间形成两个氢键B．碱基位于双螺旋结构内侧C．碱基对之间存在堆积力D．两条链的走向相反E．双螺旋结构表面有大沟和小沟9．关于mRNA叙述正确的是A．大多数真核生物的mRNA在5′末端是多聚腺苷酸结构B．大多数真核生物的mRNA在5′末端是m7GpppN-C．只有原核生物的mRNA在3′末端有多聚腺苷酸结构D．原核生物的mRNA在5′末端是m7GpppN-E．所有生物的mRNA分子中都含有稀有碱基10．关于DNA热变性的描述正确的是A．A260下降B．碱基对可形成共价键连接C．在一个相当窄的温度范围内完成D．多核苷酸链裂解成寡核苷酸链E．可见减色效应11．核小体核心颗粒的蛋白质是A．非组蛋白B．H2A、H2B、H3、H4各一分子C．H2A、H2B、H3、H4各二分子D．H2A、H2B、H3、H4各四分子E．H1组蛋白与140-145碱基对DNA12．如果双链DNA的胸腺嘧啶含量为碱基总含量的20%，则鸟嘌呤含量应为A．10% B．20% C．30% D．40% E.50%13．DNA的核酸组成是A．ATP、CTP、GTP、TTP B．ATP、CTP、GTP、UTPC．dAMP、dCMP、dGMP、dTMP D．dATP、dCTP、dGTP、dUTPE．dATP、dCTP、dGTP、dTTP14．正确解释核酸具有紫外吸收能力的是A．嘌呤和嘧啶环中有共轭双键B．嘌呤和嘧啶连接了核糖C．嘌呤和嘧啶中含有氮原子D．嘌呤和嘧啶连接了核糖和磷酸E．嘌呤和嘧啶连接了磷酸基团15．如果mRNA中的一个密码为5′CAG3′，那么与其相对应的tRNA反密码子是A．GUC B．CUG C．GTC D．CTG E．IUG16．自然界DNA以螺旋结构存在，其主要方式是A．A-DNA B．B-DNA C．Z-DNA D．C+GC三链螺旋DNA E．多链螺旋DNA 17．DNA的解链温度是A．DNA开始解链时所需的温度B．△A260达到最大变化值50%时所对应的温度C．A260达到最大值50%时所对应的温度D．△A260达到最大变化值时所对应的温度E．DNA完全解链时所需的温度18．DNA的二级结构是A．α-螺旋B．β-折叠C．β-转角D．双螺旋E．无规卷曲19．决定tRNA携带氨基酸特异性的关键部位是A．-CCA 3'末端B．TψC环C．DHU环D．反密码环E．额外环20．以hnRNA为前体的RNA是A．tRNA B．rRNA C．mRNA D．snRNA E．siRNA（二）B型题A．三叶草结构B．倒L形C．双螺旋结构D．α-螺旋E．hnRNA1．tRNA的三级结构是2．DNA的二级结构是3．tRNA的二级结构是4．成熟mRNA的前体A．rRNA B．mRNA C．tRNA D．hnRNA E．snmRNA5．参与转运氨基酸6．蛋白质合成的模板7．核糖体的组成成分8．参与RNA的加工与转运A．疏水作用B．磷酸二酯键C．静电斥力D．碱基共轭双键E．氢键9．碱基对之间的堆积力是10．核酸分子吸收紫外光的键是11．破坏双螺旋稳定力的键是12．碱基对之间的键是A．Tm值低B．Tm值高C．Tm值范围广D．Tm值范围狭窄E．Tm值不变13．DNA样品均一时14．DNA样品不均一时15．DNA样品中GC含量高时16．DNA样品中AT含量高时（三）X型题1．维持DNA二级结构稳定的力是A．盐键B．氢键C．疏水性堆积力D．二硫键E．肽键2．RNA不同于DNA的是A．核苷酸中的戊糖成分不是脱氧核糖，而是核糖B．核苷酸中的戊糖成分不是核糖，而是脱氧核糖C．以单链为主，而非双螺旋结构D．嘧啶成分为胞嘧啶和尿嘧啶，而不是胸腺嘧啶E．嘧啶成为胸腺和尿嘧啶，而不是胞嘧啶3．DNA完全水解后的产物有A．碱基ATCG B．碱基AUCG C．磷酸D．核糖E．脱氧核糖4．关于DNA双螺旋结构模型的描述正确的有A．腺嘌呤的分子数等于胸腺嘧啶的分子数B．碱基对位于双螺旋结构内侧，磷酸戊糖构成的主链位于双螺旋结构外侧C．反向平行的二条多核苷酸链通过A与T和G与C之间的氢键连接D．双螺旋结构的稳定，横向依靠两条链互补碱基间的氢键维系E．双螺旋结构的稳定，纵向依靠碱基平面的疏水性堆积力维系5．直接参与蛋白质生物合成的RNA是A．rRNA B．mRNA C．tRNA D．hnRNA E．snmRNA6．真核生物核糖体中含有A．5.8S rRNA B．28S rRNA C．18S rRNA D．5S rRNA E．16S rRNA7．tRNA的结构为A．三级结构呈倒L形B．二级结构呈三叶草形C．含多种稀有碱基D．3'末端有CCA结构E．含有DHU环8．可用于生物样品中核酸含量测定的有A．碱基B．戊糖C．氧D．磷E．氮9．关于DNA变性的描述，正确的是A．加热是使DNA变性的常用方法B．DNA变性后产生增色效应C．DNA变性是不可逆的过程D．在Tm时，DNA分子有一半被解链E．DNA变性后A260减小10．关于DNA的碱基组成，正确的说法是A．腺嘌呤与鸟嘌呤分子数相等，胞嘧啶与胸腺嘧啶分子数相等B．不同种属DNA碱基组成比例不同C．同一生物的不同器官DNA碱基组成不同D．年龄增长但DNA碱基组成不变E．DNA中含有尿嘧啶11．与DNA对比，RNA的特点包括A．分子较小，仅含数十至数千碱基B．是含局部双链结构的单链分子C．种类、大小及分子结构多样D．功能多样性，主要是参与蛋白质的生物合成E．二级结构是双螺旋结构12．原核生物核糖体有三个重要的部位，他们分别是A．A位B．B位C．P位D．E位E．C位二、是非题1．DNA是生物遗传物质，RNA则不是。
2．脱氧核糖核苷中的戊糖环3'位没有羟基。
3．通常不存在RNA中，也不存在DNA中的碱基是黄嘌呤。