核酸化学生物化学

碱基平面之间的距离
（轴距）为0.34 nm，
每10个核苷酸形成一
小 沟
个螺旋，其螺距（即
螺旋旋转一圈）的高
度）为3.4 nm。
大 沟
DNA双螺旋结构模型要点（5）
两条链借碱基之间 的氢键和碱基堆积 力（即碱基之间的 范德华力）牢固的 连接起来，维持 DNA双螺旋的三 维结构。
两条链是碱基互补 关系。
3. DNA的双螺旋结构稳定因素
• 氢键 •碱基堆积力 •磷酸基上负电荷被胞内 组蛋白或正离子中和 •碱基处于疏水环境中
4. DNA的双螺旋结构的意义
该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征， 最有价值的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、 转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达 的分子基础。该模型的提出是上个世纪生命科学的重 大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整 个生命科学飞速发展的基石。
1928年细菌学家Griffith 细菌毒性实验
1952年美国Hershey 噬菌体感染实验
DNA的遗传作用的进一步证明 是来自A.Hershy和M.Chase的噬菌 体感染大肠杆菌的研究。用放射性 同位素32P标记噬菌体DNA，使标 记的噬菌体感染大肠杆菌，经短期 保温后，噬菌体就附着在细菌上。 然后用搅拌器（10000转/分）搅拌 几分钟，使噬菌体与大肠杆菌分开， 再用高速离心机使细菌沉淀，分析 沉淀和上清中的放射性（右图）。 用35S标记噬菌体的蛋白质外壳， 进行同样的验证实验。
5’
3’ 5’
3’
5′-磷酸端（常用5′-P表 示）；3′-羟基端（常用3 ′-OH表示）
核苷酸链具有方向性，当 表示一个核苷酸链时，必 须注明它的方向是5′→3′ 或是3′→5′。
结构式
ACG T 3' 3' 3' 3'
P P P P OPH 5' 5' 5' 5'
线条式
5′PAPCPGPCPTPGPTPAOH 3′ 5′ PACGCTGTAOH 3′
D-核糖
HOCH2 O OH HH
H
H
OH H
D-2-脱氧核糖
二、碱基
1. 嘌呤（Purine）
腺嘌呤Adenine A
鸟嘌呤guanine G
2. 嘧啶（Pyrimidine）
胞嘧啶
C
尿嘧啶
U
胸腺嘧啶 T
核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱 基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。
NH 2
一、核酸的研究历史
•1868 F. Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种 含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein）,后称为核 酸（nucleic acid）。 •1944 Avery 等通过肺炎球菌转化试验证明DNA是遗 传物质。 •1952 Hershey, Chase-噬菌体标记实验。 •1953 Watson和Crick提出DNA结构的双螺旋模型。 •1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则。 •1973 Boyer，Cohen-DNA Cloning(克隆）。 •1976 DNA Sequencing(序列分析）。 •1990 Human Genome Project（人类基因组计划）。
线粒体mDNA （少量）
脱氧核糖核酸 叶绿体ctDNA （少量）等
拟核 质粒DNA（plasmi
病毒DNA
RNA
细胞质（90%）
核糖核酸 核仁（少量）
细胞质 病毒RNA
注：生物细胞都含有DNA 和 RNA； 病毒中只含 DNA 或 只含 RNA。
第二节 核酸的化学组成
核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合而成的 具有一定空间结构的生物大分子。
(D o r h U )
H CH 3 N
N
N
NN
dR
N 6 -M e th y l-d A
NH 2
N
CH 3
ON
dR5Leabharlann -M e th yl-d C（2）
Ade HO CH 2 O
HH
H OH
H OCH 3
2 '- O - 甲 基 腺 苷 ((AAmm) )
（3）
O
HN
O
HO CH 2 O
H
H
H OH OH
N
CH 3
ON
dR
5 -M e th y l-d C
二氢尿嘧啶 （DHU）
修饰碱基的简写符号
取代基
取代位置 核苷
m22 N
取代基的数目 ( 为1时可以不写 )
三、核苷（nucleoside）
•核苷：戊糖+碱基 •糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键 •核苷中戊糖与碱基的连接方式：
5’
4’
1’
螺旋中的两条链反向平行，即其中一条 链的方向为5′→3′，而另一条链的方向 为3′→5′，两条链共同围绕一个假想的 中心轴呈右手双螺旋结构。
DNA双螺旋结构模型要点（2）
疏水的碱基位于双螺旋的内侧，亲水 的磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。 碱基平面与螺旋轴垂直，脱氧核糖平 面与中心轴平行。
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。
NH 5
1' H
假尿嘧啶核苷
(p s e u d o u rid in e )
(ψ)
取代基用下列小写英文字母表示 :
甲基m
乙酰基ac
甲硫基ms
羟基o或h
异戊烯基i
羧基c
氨基n 硫基s
例：
S HN
O
N
R
O
HN
O
N
R
s4 U
CH 2 OH
o m 5U或 h m 5U
四、核苷酸（nucleotide）
1．提出DNA双螺旋结构模型的根据
（1）Chargaff定则 （1950s,E. Chargaff发现）
I. DNA碱基组成符合： A=T；G=C； A+G=T+C。
II. 不对称比率：A+T/G+C； III. 物种不同，DNA碱基组成不同； IV. 物种亲缘愈接近，碱基组成也愈接近，该
比 V. 率越相近似。 VI. Ⅲ.具有种的特异性，没有器官和组织的特异
DNA双螺旋构象 的类型
（三）DNA的三级结构---超螺 旋
1）超螺旋是指双螺旋进 一步扭曲或再螺旋的构 象。 2）正超螺旋（变紧，过 旋）和负超螺旋（变松， 欠旋）。 3）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。
负超螺旋
核小体盘绕及染色质示意图
2) 一个细胞或生物体所含的全套基因称 基因组。
二、RNA的分子结构
（一） RNA的分类及特点 （二） RNA分子的结构特点
（一）RNA的特点及分类
结构特点： 1. 碱基组成：A、G、C、U （A＝U/G≡C）； 2. 稀有碱基较多，稳定性较差，易水解； 3. 多为单链结构，少数局部形成螺旋（发夹结构）； 4. 分子较小。
DNA的存在形式--核小体
• 真核生物中DNA双螺旋沿着组蛋白 八聚体核心的短轴绕1.75圈，形成 左手超螺旋，称核小体。
• 染色质的基本结构单位是核小体。 • 串珠状结构进一步卷曲形成螺线管，
后者再进一步卷曲形成超螺旋管， 形成染色单体。
基因和基因组
1) 基因即一段有功能的DNA片段，生物 细胞中DNA分子的最小功能单位（交 换单位）。
字母式
DNA的一级结构也可指DNA分子中碱基的顺序。
DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形 式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种 核苷酸千变万化的不同排列组合之中。
（二）DNA的二级结构
Watson 和 Crick 于1953年提 出了DNA 双螺旋结构模型，说 明了DNA 的二级结构。（即B型 DNA）
3’ 2’
(OH)
5’
4’
1’
3’ 2’
(OH)
修饰核苷/稀有核苷
修饰核苷包括三种情况:
（1）由修饰碱基和糖组成的核苷 （2）由非修饰碱基和2'-O-甲基核糖组成的核苷 （3）由碱基与糖连接方式特殊的核苷
（1） O
H
HN
H
H ONH
R 二5氢, 6 -尿d ih 嘧y d r啶o u r核id in苷e
1944年Avery细菌转化实验
肺炎病菌有二种，一种是光滑型肺炎双球菌：有荚 膜、菌落光滑且有毒。这种菌通常外包有一层黏性 发光的多糖荚膜，它是细菌致病性的必要成分，引 起肺炎；另一种是粗糙型肺炎双球菌：无荚膜、菌 落粗糙且无毒。
（a）将光滑型肺炎双球菌注入小鼠体内，使小鼠致 死。 （b）将粗糙型肺炎双球菌注入小鼠体内，对小鼠无 害。 （c）将光滑型肺炎双球菌加热杀死后，再注入小鼠 体内，对小鼠无害。 （d）将加热杀死的光滑型肺炎双球菌与粗糙型肺炎 双球菌一起注入小鼠体内，小鼠死掉。 这说明粗糙 型肺炎双球菌变成了致死的光滑型肺炎双球菌。暗示 着被杀死的光滑型肺炎双球菌中含有某种因子，它进 入了粗糙型肺炎双球菌将它转化成了致死的光滑型肺 炎双球菌。 （e）从加热杀死的光滑型肺炎双球菌中提取DNA， 并且尽可能地将混在DNA中的蛋白质除去，然后将除 去了蛋白质的DNA与粗糙型肺炎双球菌混合后，再注 入小鼠体内，小鼠死掉。
第 二 章
核 酸 化 学
本章内容
第一节 概述 第二节 核酸的化学组成 第三节 核酸的分子结构 第四节 核酸的性质 第五节 核酸的研究方法
第一节 概 述
核酸（nucleic acid—NA）是一类重要 的生物大分子，担负着生命信息的储 存与传递。