第二章++核酸化学
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第02章核酸化学
嘌呤(purine)
N 7
5 6 1N
8 9 NH
43 2 N
2020/2/17
NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
O
N NH
NH
N
鸟嘌呤(guanine,
N
G)
H
2
嘧啶(pyrimidine)
O
5 4 3N 612
NH
NH2
N
NH
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
O
H 3C NH
NH
scRNA
蛋白质内质网定位有关， 是信号识别颗粒的组分
第二节 核苷酸(Nucleotide)
核苷酸是核酸的基本结构单位，由碱基、 戊糖和磷酸组成。
分子组成 —— 碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱 —— 戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖 —— 磷酸(phosphate)
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一、碱 基
• 反密码区 包括反密码 环，反密码环臂。密码 环由7个核苷酸组成。 当中三个碱基称“反密 码子”可与mRNA上的 “密码子”碱基互补配 对。
–二氢尿嘧啶区： 含有一个突环和一个 臂，突上有二氢尿嘧啶。 –TψC环区： 一个突环和一个臂，突 环上有TψC碱基序列 （φ假尿嘧啶核苷）这 是核糖体识别位点。 –可变区（额外臂） 这个区域变化较大
2020/2/17
（二）DNA双螺旋结构模型要点
DNA分子由两条相互平行但 走向相反的多核苷酸链组成， 两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨 架，以右手螺旋方式绕同一 公共轴盘旋。
二条链的磷酸和脱氧核糖形 成的长链骨架位于双螺旋的 外侧，疏水的碱基层叠于螺 旋的内部，脱氧核糖平面与 碱基平面垂直。
生物化学第二章核酸化学
核酸分类及命名规则
核酸可分为DNA和RNA两大类，根据来源不同可分为基因组DNA、病毒DNA、mRNA、tRNA、 rRNA等。
核酸的命名通常包括种类、来源和特定序列信息，如人类基因组DNA可命名为hgDNA，mRNA可命 名为信使RNA等。
02
DNA结构与性质
DNA双螺旋结构模型
DNA由两条反向平行的多核苷酸链 组成，形成右手螺旋结构。
长约21nt的双链RNA，可引导RISC复合物识别并切割靶mRNA，实现基因沉默。
其他小分子RNA
如piRNA、snoRNA等，在基因表达调控、RNA修饰等方面发挥作用。
04
核酸理化性质与分离纯化方法
核酸溶解度和沉淀条件
溶解度
核酸在不同溶剂中的溶解度不同，一般易溶于水，难溶于乙醇、乙醚等有机溶 剂。其溶解度受温度、pH、离子强度等因素的影响。
非同源重组
发生在非同源序列之间的重组过程。这种重 组不依赖于序列之间的相似性，而是通过一 些特殊的蛋白质和酶的作用来实现DNA片 段的连接。非同源重组可能导致基因的重排 和染色体的不稳定，进而对生物体产生遗传 影响。
07
总结与展望
核酸化学领域重要成果回顾
核酸结构与功能研
究
揭示了DNA双螺旋结构和RNA多 种功能，阐明了遗传信息存储、 传递和表达机制。
05
核酸酶及其作用机制
限制性内切酶和外切酶作用方式
限制性内切酶
识别DNA分子中的特定核苷酸序 列，并在该序列内部进行切割， 产生特定的DNA片段。
外切酶
从DNA或RNA链的末端开始，逐 个水解核苷酸，释放单个的核苷 酸或寡核苷酸。
DNA连接酶在基因工程中应用
连接DNA片段
生物化学第二章 核酸化学
李纳斯·鲍林（Linus Pauling）
DNA的二级结构是三螺旋？
1962年，三人分享诺贝尔生理医学奖
DNA的二级结构是双螺旋
（1）DNA分子由两条多聚 脱氧核糖核苷酸链(简称 DNA单链)组成。两条链 沿着同一根轴平行盘绕， 形成右手双螺旋结构。 螺旋中的两条链方向相 反，即其中一条链的方 向为5′→3′，而另一条链 的方向为3′→5′，螺旋结 构上有大沟和小沟。
两类 核酸在分子组成上的异同点
组分 磷酸 戊糖 碱 嘌呤 基 嘧啶
RNA
DNA
磷酸Βιβλιοθήκη 核糖脱氧核糖AG
U
C
T
核苷酸的衍生物
ⅰ ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
d d d
核苷酸及其多磷酸化合物
ⅱ 环腺苷酸（cAMP）和环鸟苷酸 （cGMP）
•这两种环核苷酸在细胞代谢调节中具有重要作 用，是传递激素作用的媒介物。称为二级信使。
（2）两条链上的碱基通 过氢键相结合，形成碱 基对。碱基的相互结合 具有严格的配对规律， 即A与T结合，G与C结 合，碱基之间的这种一 一对应关系，称为碱基 互补配对原则。A和T之 间形成两个氢键，G与C 之间形成三个氢键。
碱基互补配对
A
T
C
G
（3）嘌呤和嘧啶碱基位于螺旋 的内侧，磷酸和脱氧核糖基 位于螺旋外侧，彼此以3 ’-5’ 磷酸二酯键连接，形成DNA 分子的骨架。碱基环平面与 螺旋轴垂直，糖基环平面与 碱基环平面成90°角。
级结构的可能性较小。
* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补
配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定 其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。
原核细胞
真核细胞
细胞质
第二章-核酸化学
二级结构 三叶草形结构，由四臂四环组成。
2021/4/9
42
2021/4/9
酵母tRNA Ala 的二级结构
氨基酸臂 D臂（二氢尿嘧啶臂） D环 TC臂 TC环 额外环 AC臂（反密码臂） AC环
43
三级结构 —— 倒L型
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44
2021/4/9
45
二、rRNA的分子结构
原核生物rRNA有3类：5S、16S、23S 真核生物rRNA有4类： 5S、5.8S、18S、28S
核苷酸
Phosphates
戊糖(核糖、脱氧核糖)
Nucleotides
核苷 Pentoses
Nucleosides
碱基（嘌呤、嘧啶）
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Nitrogenous Base
4
㈠ 碱 基 Nitrogenous Base
主要包括嘌呤碱和嘧啶碱。
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5
嘌呤(purine)
N 7
许多rRNA的一级结构及由一级结构推导出来的 二级结构都已阐明，但是对许多rRNA的功能迄今 仍不十分清楚。 已有一些rRNA具有酶的活性，称为核酶 （ribozyme）。
2021/4/9
46
2021/4/9
5sRNA的二级结构
47
三、mRNA的分子结构
顺反子（cistron）：一个基因就是一个顺反子。 原核生物的mRNA一般是多顺反子。 真核生物的mRNA一般是单顺反子。
1953年，Watson和Click提出DNA双螺旋模型。
1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则。
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2
核酸的种类和分布
1. 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA） 原核: 裸露的DNA分子集中于核区 真核: 细胞核DNA：与组蛋白、非组蛋白形成染色体
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酵母tRNA Ala 的二级结构
氨基酸臂 D臂（二氢尿嘧啶臂） D环 TC臂 TC环 额外环 AC臂（反密码臂） AC环
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三级结构 —— 倒L型
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二、rRNA的分子结构
原核生物rRNA有3类：5S、16S、23S 真核生物rRNA有4类： 5S、5.8S、18S、28S
核苷酸
Phosphates
戊糖(核糖、脱氧核糖)
Nucleotides
核苷 Pentoses
Nucleosides
碱基（嘌呤、嘧啶）
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Nitrogenous Base
4
㈠ 碱 基 Nitrogenous Base
主要包括嘌呤碱和嘧啶碱。
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嘌呤(purine)
N 7
许多rRNA的一级结构及由一级结构推导出来的 二级结构都已阐明，但是对许多rRNA的功能迄今 仍不十分清楚。 已有一些rRNA具有酶的活性，称为核酶 （ribozyme）。
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5sRNA的二级结构
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三、mRNA的分子结构
顺反子（cistron）：一个基因就是一个顺反子。 原核生物的mRNA一般是多顺反子。 真核生物的mRNA一般是单顺反子。
1953年，Watson和Click提出DNA双螺旋模型。
1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则。
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核酸的种类和分布
1. 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA） 原核: 裸露的DNA分子集中于核区 真核: 细胞核DNA：与组蛋白、非组蛋白形成染色体
第二章核酸化学
正超螺旋----拧紧状态 负超螺旋----拧松状态
2.4 DNA的存在形式
真核细胞中，线状DNA分子与组蛋白结合形 成核小体 组蛋白：分子量11-21KD,富含赖氨酸和精 氨酸的碱性蛋白，分为H1,H2A,H2B,H3,H4 核小体：是真核生物染色体的基本结构元， 有一段大约200个碱基对的双螺旋DNA和五 种组蛋白组成。
本章简要讲解核酸的化学组成、 结构、理化性质、及分离纯化 的主要方法
1.1核酸的种类与分布
核酸分为两大类，即： 脱氧核糖核酸（DNA）--Deoxyribonucleic Acid 核糖核酸（RNA）--Ribonucleic Acid。
单 链
双 链
脱氧核糖核酸（DNA） 主要细胞核，线粒体、叶绿体少量 类核（原核细胞） tRNA ：10-15% mRNA ：5-10% rRNA ：75-80%
或5′ ACGCTGTA 3′-----最常用
2.2 DNA的二级结构
Watson和Crick 1953年 DNA的双螺旋结 构模型
2.2.1 DNA双螺旋结构特点
（1）DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链组 成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手 双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其 中一条链的方向为5′→3′，而另一条链的方 向为3′→5′。
大亚基
50S(23S,5S) 32种蛋白质 30S(16S) 21种蛋白质
小亚基
3.3
mRNA的分子结构
mRNA是以DNA为模板合成的，携带着 DNA的遗传信息，因此称为信使RNA。 mRNA是蛋白质合成的模板，决定着 蛋白质中氨基酸的顺序，
原核与真核细胞的mRNA在结构上的差异：
1. 原核细胞mRNA是多顺反子，真核细胞mRNA
2.4 DNA的存在形式
真核细胞中，线状DNA分子与组蛋白结合形 成核小体 组蛋白：分子量11-21KD,富含赖氨酸和精 氨酸的碱性蛋白，分为H1,H2A,H2B,H3,H4 核小体：是真核生物染色体的基本结构元， 有一段大约200个碱基对的双螺旋DNA和五 种组蛋白组成。
本章简要讲解核酸的化学组成、 结构、理化性质、及分离纯化 的主要方法
1.1核酸的种类与分布
核酸分为两大类，即： 脱氧核糖核酸（DNA）--Deoxyribonucleic Acid 核糖核酸（RNA）--Ribonucleic Acid。
单 链
双 链
脱氧核糖核酸（DNA） 主要细胞核，线粒体、叶绿体少量 类核（原核细胞） tRNA ：10-15% mRNA ：5-10% rRNA ：75-80%
或5′ ACGCTGTA 3′-----最常用
2.2 DNA的二级结构
Watson和Crick 1953年 DNA的双螺旋结 构模型
2.2.1 DNA双螺旋结构特点
（1）DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷酸链组 成。两条链沿着同一根轴平行盘绕，形成右手 双螺旋结构。螺旋中的两条链方向相反，即其 中一条链的方向为5′→3′，而另一条链的方 向为3′→5′。
大亚基
50S(23S,5S) 32种蛋白质 30S(16S) 21种蛋白质
小亚基
3.3
mRNA的分子结构
mRNA是以DNA为模板合成的，携带着 DNA的遗传信息，因此称为信使RNA。 mRNA是蛋白质合成的模板，决定着 蛋白质中氨基酸的顺序，
原核与真核细胞的mRNA在结构上的差异：
1. 原核细胞mRNA是多顺反子，真核细胞mRNA
生科第二章-核酸化学
组 蛋 白 与 DNA的 结 合
➢组蛋白核心(héxīn)： H2B, H2A, H3, H4。H1 组蛋白在核小体之间。
第三十四页，共74页。
DNA的存在(cúnzài)形式
第三十五页，共74页。
染色体包装------多级螺旋(luóxuán)模型
压缩倍数 7
6
40
DNA → 核小体 → 螺线管 →
第十九页，共74页。
3.2 核酸(hé suān)的一级结构（primary structure）
一级结构-----核酸(hé suān)分子中核苷酸的排列 顺序及连接方式。核苷酸的排列顺序代表了遗传信 息。
➢碱基序列（base sequence)即为DNA的一级结构。通 常碱基序列由DNA链的5 →3 方向(fāngxiàng)写。 ➢n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为 4n。
DNA double helix类型
bp/turn
D vertical rise/bp
11
2.3
0.255
10
2.0
0.34
12
1.8
0.37
direction 右 右 左
第二十八页，)结构（tertiary structure）
1. 环状DNA的超螺旋结构 DNA双螺旋进一步扭曲(niǔ qǔ)成超螺旋构成三级结 构。 一段双螺旋(luóxuán)在螺旋(luóxuán)均已形成的 情况下，双链环不发生进一步扭曲，称松弛环形 DNA。 若将线形DNA的螺旋(luóxuán)先拧松两周再连接 成环时，解链部分形成突环称解链环型DNA。
第二十页，共74页。
核苷酸的连接方式
1、核酸的基本结构(jiégòu)单位：核苷酸
生物化学重点_第二章核酸化学
生物化学要点 _第二章核酸化学第二章核酸化学一、核酸的化学构成 :1、含氮碱 : 参加核酸与核苷酸构成的含氮碱主要分为嘌呤碱与嘧啶碱两大类。
构成核苷酸的嘧啶碱主要有三种——尿嘧啶 (U) 、胞嘧啶 (C)与胸腺嘧啶 (T),它们都就是嘧啶的衍生物。
构成核苷酸的嘌呤碱主要有两种——腺嘌呤 (A) 与鸟嘌呤 (G),它们都就是嘌呤的衍生物。
2、戊糖 :核苷酸中的戊糖主要有两种,即β-D- 核糖与β-D-2- 脱氧核糖 ,由此构成的核苷酸也分为核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。
3、核苷 :核苷就是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。
由“罕有碱基”所生成的核苷称为“罕有核苷”。
如 :假尿苷 (ψ)二、核苷酸的构造与命名:核苷酸就是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物,包含核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。
核苷酸又可按其在 5’位缩合的磷酸基的多少 ,分为一磷酸核苷 (核苷酸 )、二磷酸核苷与三磷酸核苷。
别的 ,生物体内还存在一些特别的环核苷酸 ,常有的为环一磷酸腺苷 (cAMP) 与环一磷酸鸟苷 (cGMP),它们往常就是作为激素作用的第二信使。
核苷酸往常使用缩写符号进行命名。
第一位符号用小写字母 d 代表脱氧 ,第二位用大写字母代表碱基 ,第三位用大写字母代表磷酸基的数量 ,第四位用大写字母 P 代表磷酸。
三、核酸的一级构造 :核苷酸经过 3’ ,5-磷’酸二酯键连结起来形成的不含侧链的多核苷酸长链化合物就称为核酸。
核酸拥有方向性,5’-位上拥有自由磷酸基的尾端称为5’-端,3’-位上拥有自由羟基的尾端称为3’-端。
DNA 由 dAMP 、dGMP、dCMP 与 dTMP 四种脱氧核糖核苷酸所构成。
DNA 的一级构造就就是指 DNA 分子中脱氧核糖核苷酸的摆列次序及连结方式。
RNA由AMP,GMP,CMP,UMP 四种核糖核苷酸构成。
四、 DNA 的二级构造 :DNA 双螺旋构造就是 DNA 二级构造的一种重要形式 ,它就是 Watson与 Crick 两位科学家于 1953 年提出来的一种构造模型 ,其主要实验依照就是 Chargaff 研究小组对 DNA 的化学构成进行的剖析研究,即 DNA 分子中四种碱基的摩尔百分比为 A=T 、 G=C、 A+G=T+C(Chargaff 原则 ),以及由 Wilkins 研究小组达成的 DNA晶体 X 线衍射图谱剖析。
《生物化学》核酸化学
2、两条链之间 的碱基配对形成 氢键。
A-T: 2个氢键 G-C：3个氢键
放线菌素A结合于小沟 抑制DNA、RNA合成
调控蛋白结合处
DNA其它二级结构 Z型：左旋，每螺旋12个碱基
DNA其它二级结构
十字型
G-四链体
三链型
G-四链体功能
端粒保持
转录调控
复制调节
翻译抑制 Bochman et al, Nat Rev Genet. 2012 ,13: 770
融解温度(melting temperature, Tm)： 核酸加热变性过程中，紫外光吸收值
达 到 最 大 值 50% 时 的 温 度 , 又 称 为 解 链温度。 。
热变性
Tm：50%的DNA分子发生变性时的温度。
三、复性和分子杂交
复性：变性的核酸在适宜条件下， 重新形成双链螺旋结构。(又叫退火)
HH ATP ADP
H AMP
H3
三磷酸 二磷酸 一磷酸
OH
腺苷 腺苷 腺苷
H1
2H OH
DNA和RNA结构
第二节 DNA的结构与功能
(一）一级结构: 核苷酸顺序，即碱基顺序
O
5
O P O CH2
O
G
OH 4 H
H
H3
2H
O
O
5
O P O CH2
O
A
核苷酸以
OH 4 H
3'，5'磷酸二酯键连接。 H 3
环状---miRNA海绵
第四节 核酸的理化性质
一、一般理化性质 酸性，大分子，粘度大 紫外吸收:260nm
二、变性
受某些因素影响,核酸的双链间的 氢键解开形成单链。
A-T: 2个氢键 G-C：3个氢键
放线菌素A结合于小沟 抑制DNA、RNA合成
调控蛋白结合处
DNA其它二级结构 Z型：左旋，每螺旋12个碱基
DNA其它二级结构
十字型
G-四链体
三链型
G-四链体功能
端粒保持
转录调控
复制调节
翻译抑制 Bochman et al, Nat Rev Genet. 2012 ,13: 770
融解温度(melting temperature, Tm)： 核酸加热变性过程中，紫外光吸收值
达 到 最 大 值 50% 时 的 温 度 , 又 称 为 解 链温度。 。
热变性
Tm：50%的DNA分子发生变性时的温度。
三、复性和分子杂交
复性：变性的核酸在适宜条件下， 重新形成双链螺旋结构。(又叫退火)
HH ATP ADP
H AMP
H3
三磷酸 二磷酸 一磷酸
OH
腺苷 腺苷 腺苷
H1
2H OH
DNA和RNA结构
第二节 DNA的结构与功能
(一）一级结构: 核苷酸顺序，即碱基顺序
O
5
O P O CH2
O
G
OH 4 H
H
H3
2H
O
O
5
O P O CH2
O
A
核苷酸以
OH 4 H
3'，5'磷酸二酯键连接。 H 3
环状---miRNA海绵
第四节 核酸的理化性质
一、一般理化性质 酸性，大分子，粘度大 紫外吸收:260nm
二、变性
受某些因素影响,核酸的双链间的 氢键解开形成单链。
第二章 核酸的化学
心理因素、环境因素（—外因）
基因诊断、基因治疗已成为目前医学发展的最前沿的方向。 同时也成为新的财富源泉！
4.RNA病毒以RNA为遗传物质；
（二）RNA在蛋白质合成中起着重要的辅助作用
3.tRNA 转运RNA
2.rRNA 核糖体RNA
1.mRNA 信使RNA
第二节 核酸的组成
核酸
核苷酸
水
解
磷酸
核苷
酸？） （1944年）—DNA是基因的化学载体
DNA双螺旋
基因3％
假基因
基因间隔区
基因(Gene)即DNA上能够编译一个蛋白质或RNA 的最小单位，一个细胞内所有基因组合在一起统 称为“基因组” 。
DNA 的所有功能本质上反映的是基因的功能。
基生因老必病死须通过RNA起作用！
存在基因（—内因）
共同决定 生老病死
第二章 核酸的化学
1.核酸的分类与功能 2.核酸的组成 3.核酸的结构 4.核酸的性质 5.基因差别
什么是核酸？
1869年核酸最早分离自外科绷带脓细胞的细胞核， 当时发现这种物质含磷量之高超过当时发现的任 何一种有机物，并且含有很强的酸性，故得名核 酸。 1909年其组成被研究清楚，1944年生物功能初 步澄清，在X射线衍射技术支持下1951年结构澄 清。 核酸是脱氧核糖核酸（DNA）与核糖核酸（RNA） 的通称。
提问：起稳定作用的有哪些力呢？
答案：疏水作用力（主要） （又称碱基堆积力） 氢键 范德华力
D.其他类型的DNA双螺旋
在真核及原核细胞 皆有证据显示短的 Z 型 DNA 存 在 。 Z 型 DNA左旋、细长
3.3 DNA的三级结构
A.真核细胞染色体的DNA念珠状三级结构
核酸化学
第二章核酸化学I 主要内容一、核酸的种类、分布及主要功能核酸是以核苷酸为基本单位形成的生物大分子。
核酸根据其所含戊糖种类的不同分为核糖核酸（简称RNA）和脱氧核糖核酸（简称DNA）二种类型。
DNA是绝大多数生物体内遗传信息的贮存者和传递者，主要在遗传信息的贮存和传递中发挥作用；大多数为双链，少数为单链；真核细胞中分布在细胞核，原核细胞中存在于拟核区。
RNA一般是线状、单链，少数为环状双链；主要作用是参与蛋白质的生物合成，并根据其功能不同分为mRNA、tRNA和rRNA；主要分布在细胞质中。
另外，RNA在少数生物体内还起着遗传信息载体的作用。
二、核酸的化学组成核酸是由核苷酸为基本单位构成的一类生物大分子。
部分分解可以形成多核苷酸、核苷酸、核苷，完全水解可以形成磷酸、戊糖和含氮碱基。
参与核酸构成的含氮碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。
戊糖与含氮碱基之间通过C-N相连形成核苷（糖苷），核苷中戊糖基5′-OH与磷酸反应形成核苷酸。
细胞中存在的核苷酸绝大多数均为5′-核苷酸，以3′，5′-磷酸二酯键形成核酸分子。
三、核酸的分子结构（一）1．DNA或RNA一级结构DNA或RNA分子中核苷酸的排列顺序称为DNA或RNA的一级结构。
核酸分子中遗传信息就贮存在特定的核苷酸（碱基）排列顺序之中。
（二）DNA的二、三级结构1．DNA二级结构特点：（1）该结构由两条反向平行的DNA单链围绕其中心轴向右盘绕而成，其中一条链的方向是从3′- 5′，而另一条链的走向是从5′- 3′；（2）由磷与中心轴的走向相平行，碱基则位于双螺旋结构的内部，其平面与中心轴的走向垂直；（3）每螺旋上升一圈需要10个碱基对，螺距是3.4nm直径2.0nm；（4）DNA双链对应位置碱基之间具有严格的规律性，即A=T，G=C。
2. 维持DNA二级结构稳定的因素：（1）互补碱基对间的氢键；（2）碱基堆集力；（3）离子键。
3. 生物学意义：（1）揭示了DNA分子上遗传信息的贮存规律；（2）揭示了DNA分子的可复制性以及DNA分子内遗传信息的传递方式。
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三、磷酸残基上的负电荷与介质 中的阳离子(胺类，金属离子，稳 定蛋白)之间形成的离子键。
外来的 力量！
4、DNA双螺旋结构的多态性
以上介绍的DNA双螺旋结构模型 是DNA分子在细胞内和水溶液中的 主要形式，现在称为B-DNA，它是 相对湿度为92%时，DNA-钠盐纤维 所呈现的构象。在相对湿度为75%， 由B-DNA脱水制成的DNA钠盐纤维 为A-DNA。当DNA纤维中的水分再 进一步减少时就出现C-DNA。
Z-DNA
Z-DNA生物学意义
研究表明，Z-DNA的形成是DNA单链上出现嘌呤与 嘧啶交替排列所成的。比如CGCGCGCG或者 CACACACA。这种碱基排列方式会造成核苷酸的糖苷 键的顺式和反式构象的交替存在。当碱基与糖构成反式 结构时，它们之间离得远；而当它们成顺式时，就彼此 接近。嘧啶糖苷键通常是反式的，而嘌呤糖苷酸键既可 成顺式的也可成反式的。而在Z-DNA中，嘌呤碱是顺式 的。这样，在Z-DNA中嘧啶的糖苷链离开小沟向外挑出 ，而嘌呤上的糖苷键则弯向小沟。嘌呤与嘧啶的交替排 列就使得糖苷键也是顺式与反式交替排列，从而使Z－ DNA主链呈锯齿状或“之”字形。
第二章
核酸化学
Hoppe-seyler
霍佩-赛勒(Ernst Felix Hoppe-Seyler, 18251895)，德国人。
1877年首次提出Biochemie这个名 词 ，译成英文即Biochemistry，首创 蛋白质一词(proteids)。他首次获得纯 卵磷脂，曾获得结晶血红素，研究过叶 绿素、血液、脓细胞。
双螺旋分子中糖分子与 纵轴平行，与碱基平面 垂直
稳定双螺旋 结构的作用 力为氢键和 碱基堆积力 （即疏水作 用）
C. DNA 二 级 结 构 呈螺旋上升，旋 转过程中每10个 核苷酸旋转一圈， 螺旋上升一圈， 10个核苷酸上升 3.4nm ， 每 个 核 苷酸上升0.34nm， 螺 旋 的 直 径 2nm 。
（二）RNA 在细胞内的RNA主要存在于细胞 质中，约占90%，不论动、植、微生物细胞内 都含有三种主要的RNA。 1．核糖体RNA(ribosomal RNA 简写作rRNA) rRNA与蛋白质结合而构成核糖体 (ribosome)，它是合成蛋白质的细胞器，在 核糖体内有三种分子大小不同的rRNA。rRNA 约占总RNA的75-80%。
1944年，加拿大细菌学家Oswald Avery(1877-1955)美国生物学家 Macleod和McCarty 发表著名论文, 证明DNA是遗传物质。
大肠杆菌ＤＮＡ
dsDNA
1／7
核小体 1／6
螺线管
1／40 超螺线管 1／5 染色单体
人细胞含有5.74×109bp，
总长约2米，压缩在46个配对 的染色体中，总长只有200微
RNA的一级结构：
核糖核酸的一级结构很象脱氧 核糖核酸，是由许许多多的核糖核 苷酸借助3ˊ、5ˊ-磷酸二酯键连接 而成的多核苷酸链，尽管RNA的核 糖Cˊ2上有一自由羟基，但不形成 2ˊ，5ˊ-磷酸二酯键，用牛脾磷酸 二酯酶降解天然RNA，酶解产物中 只有3ˊ-核苷酸，并无2ˊ-核苷酸。
RNA转录自DNA
2.双螺旋结构稳定性
一、碱基堆积力：这是主要的稳定因素， 因为各个碱基堆积在一起，产生碱 基间的范德华引力，使得两条脱氧多核苷 酸链成螺旋开稳定结构，碱基堆积力是由 于芳香族碱基的π电子之间相互作用而引 起的DNA分子中碱基层层堆积，在DNA 分子内部形成了一个疏水核心，核心内几 乎没有游离水分子，所以使互补的碱基之 间形成氢键。
Bacteriophage
Lambda Bacteriophage DNA
第三节 RNA的结构
RNA的碱基组成：
RNA中所含的四种基本碱基是： 腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶， 此外还含有几十种修饰碱基。RNA的 碱基组成，不象DNA那样具有严格的 A=T，G=C的规律，因为RNA的结构 不象DNA那样，整个分子都是双螺旋 结构。
结 构 特 征
2.0 nm
A.两条脱氧核苷酸链的走向：DNA 分子由两条多脱氧核苷酸链组成， 这两条链都是以磷酸二酯键连接起 来的磷酸脱氧核糖长链骨架，位于 外侧，以右旋方式围绕一个共同的 中轴向前旋绕，但二条链的方向相 反，即一条链的走向为3ˊ→5ˊ方 向，另一条链为5ˊ→3ˊ走向，二 者呈逆平行状态形成双螺旋，在螺 旋中形成大沟和小沟。嘌呤和嘧啶 碱基重叠于螺旋内侧，碱基平面与 纵轴相互垂直。
核糖核酸（ribonucleic Acid， 简写作RNA）
（一）DNA
真核细胞内DNA主要分布在细胞核中，占总 量的98%以上，不同各生物的细胞核中的DNA含 量有很大差异，但同种生物的体细胞核中的DNA 含量是相同的，而性细胞核中DNA含量则占有体 细胞的一半，在细胞核内，DNA呈高度卷曲的双 股螺旋链状态，与碱性蛋白即组蛋白结合成为染 色质。每一个染色质含一个DNA分子，这个DNA 分子没有分枝，呈线状 。但是，原核细胞的DNA 呈环状，存在于拟核内。
(三) 核苷酸
由核苷和磷酸生成 酯，称为核苷酸。由核 糖核苷生成的核苷酸称 为核苷酸 (ribonudeotide)由脱 氧核糖核苷生成的核苷 酸则称为脱氧核糖核苷 酸 (deoxyribonudeotide) 。磷酸不是同碱基相连 ，而是同核糖的5’位相 连或2’位或3’位相连。
ATP
dATP
一、mRNA
mRNA的一级结构特点：
真核细胞的mRNA5ˊ-末端还有一特殊的 结构，m7GpppNm ，通称为“帽子结构”。5ˊ 末端的鸟嘌呤N7被甲基化m7G，核苷酸经过磷 酸与相邻的核苷酸（N）相连，形成5ˊ、5ˊ磷酸二酯键，这个（N）核苷酸的C2ˊ上也是 被甲基化了的，这种特殊的5ˊ末端有抗核酸 酶水解的作用。Nm表示N核苷酸的C2ˊ上也是 被甲基化了。
B. 碱基的配对：
碱基的配对是一条链的腺嘌呤与另一 条的胸腺嘧啶配对，一条链的鸟嘌呤与另 一条胞嘧啶配对，A与T形成两个氢键 (A=T)G与C之间形成三个氢键(G≡C)嘌呤， 每个碱基之间配对叫互补碱基，并联后的 两条多脱氧核苷酸链叫互补链，一条链的 碱基顺序确定之后，就可推知另一条链的 碱基顺序。
4、细胞内核苷酸衍生物
环核苷酸:常见的有3’,5’—环腺苷酸 cAMP、cGMP。它们是传递激素作用的 媒介物,在细胞代谢调节中具有重要作用。
第二节 DNA的分子结构
一、DNA的碱基组成 E.charguff规则: 1.体细胞碱基组成 2.不同生物碱基组成 3.亲缘关系相近的生物 4.A=T、G=C 5.A+G=C+T
• 这种结构是怎样生成的？这一结构在 天然状态下存在吗？它有什么生物学 意义？
• 人们相信，并用实验证明细胞DNA分 子中确实存在有Z－DNA区。而且， 细胞内有一些因素可以促使B－DNA 转变为Z－DNA。比如，胞嘧啶第五 位碳原子的甲基化。
螺距 残基数 碱基倾斜
A型(75%,Na) 2.8
B型(92%,Na) 3.4 C型(66%,Li) 3.1
11
10 9.3
20°
0° 6°
D/R hybrid
Z型
2.8
4.6
11
12
20°
9°
三股螺旋DNA
DNA三链结构
环型DNA
• 生物体内有些DNA是以双链环形DNA形 式存在的，如某些病毒DNA，噬菌体 DNA、细菌质粒DN A、真核细胞中的线 粒体DNA、叶绿体DNA等。
在细胞内，由于DNA分子与其他分 子的相互作用，使DNA双螺旋进一 步扭曲成三级结构，超螺旋是DNA 三级结构中最常见的形式。
米，压缩比达104。
polydactyly
植物DNA大约1011bp
豌豆DNA
第一节 核酸的种类和化学组成
核酸是由许多单核苷酸通过磷酸二 酯键连接而成的高分子物质，其基本单 位是核苷酸，是由上百个甚至几千万个 核苷酸聚合而成的长链。这种长链又称 多聚核苷酸。
Erwin Chargaff
DNA和RNA在强酸的作用下 可以完全水解，得到磷酸、戊糖 和碱基三种组分，DNA中的戊糖 是D-2-脱氧戊糖，RNA中的戊糖 是D-核糖，核酸分解成核苷酸， 核苷酸进一步分解成核苷和磷酸， 核苷进一步分解成碱基和戍糖。
但是，Wang和Rich 等人在研究人工合成的 CGCGCG单晶的X－射线 衍射图谱时分别发现这种 六聚体的构象与上面讲到 的完全不同。它是左手双 螺旋，在主链中各个磷酸 根呈锯齿状排列，有如“ 之”字形一样，因此叫它 Z构象（英文字Zigzag的 第一个字母）。还有，这 一构象中的重复单位是二 核苷酸而不是单核苷酸； 而且Z－DNA只有一个螺 旋沟，它相当于B构象中 的小沟，它狭而深，大沟 则不复存在。
二十多年后，1889年 R.Altman从酵母和动物细胞 核中制得不含蛋白质的核酸， 命名 nucleic acid。
人们认为核酸并不重要， 因为其化学组成非常简单。
1928年，英国医学微生物学家格里菲斯 （F·Griffith）发现肺炎球菌的转化现象
肺炎双球菌: 粗糙型R 光滑型S
原因？
Oswald Avery
大肠杆菌的RNA
二、核酸的化学组成
(一)碱基: 基本碱基的结构与命名
(A)
(G)
(C)
(T)
(U)
DNA中的四种碱基及它们间的氢键
胸腺嘧啶 胞嘧啶
T
C
A
腺嘌啉
G
鸟嘌啉
RNA分子中的四个碱基
Ura与DNA分子 中的Thy的区别
－C或嘧啶碱与核糖或脱氧核 糖连接便形成核苷，碱基与戊糖缩合而成 有化合物叫核苷，碱基与脱氧戊糖缩合而 成的化合物叫脱氧核苷。嘌呤碱以第9位 氮与戊糖的第一位碳的半缩醛羟基连接。 嘧啶碱则以第1位氮与第一位半缩醛基连 接。
C6H6(benzene)