第四章 核酸化学
第四章 核酸化学1
多聚核苷酸是通过一个核苷酸的C3’-OH 与另一分 子核苷酸的5’-磷酸基形成3’,5’-磷酸二酯键相连 而成的链状聚合物。
5’
3’ 5’
3’
一、核苷酸
3’-, 5’磷酸二酯键将核苷 酸连接成核酸大分子。
5′-磷酸端（常用5’-P表示）；3′-羟基端 （常用3’-OH表示） 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚 核苷酸链时，必须注明它的方向是5′→3 ′ 或是3′→5′。 书写顺序：从左→右为 5′→3 ′。
D-核 糖
D-2-脱 氧 核 糖
Ribose
Deoxyribose
2.核酸的分布
DNA：
真核细胞：主要在细胞核中，是染色体的主要 成分。此外在线粒体、叶绿体、质粒及细胞膜 上. 原核细胞：类核区或质粒。 真核细胞 ：主要分布在细胞质基质，还有线粒 体、叶绿体，细胞核中也有部分的RNA。
原核细胞 ：主要分布在细胞质基质。
1944年，艾弗里（Avery）的细菌转化实验
or
and
可分离
噬菌体感染实验
35S标记蛋白质外壳的噬菌体感染细菌细菌无
放射性 32P标记DNA内芯的噬菌体感染细菌细菌有放 射性 这一结果确凿无疑地证明，进入寄主细胞内的是 噬菌体DNA，而不是蛋白质外壳。噬菌体的DNA不 但包括噬菌体自我复制的信息，而且包括合成噬 菌体蛋白质所需要的全部信息。
2、DNA的双螺旋二级结构
（1）、双螺旋结构模 型建立的依据： ♣ 根据DNA碱基组成 的定量分析提出 chargaff碱基配对原 则：A=T，G=C ♣根据对DNA纤维和晶 体的x-衍射分析。 ♣电位滴定证明。
James Dewey Watson （ 1928～）
化学人教版(2019)选择性必修3 4.3核酸(共19张ppt)
随堂练习
1. 下列叙述错误的是( A )
A. 组成核酸的基本单位是脱氧核苷酸 B. DNA是生物体遗传信息的载体，蛋白质合成的模板 C. RNA可以根据DNA提供的信息，控制蛋白质的合成 D. 核酸分为DNA和RNA，是一类含磷的高分子化合物
随堂练习
2. 下列说法正确的是( D )
A. RNA主要存在于细胞核中，它根据DNA提供的信息控制体内蛋白质的合成 B. DNA与RNA完全水解后产物的特点是碱基不同，戊糖相同 C. 除病毒外，一切生物都有核酸存在 D. 1981年，我国科学工作者用人工方法合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸
➢ 在细胞质中，以mRNA为模板，合成具 有一定氨基酸顺序的蛋白质。
探秘RNA
思考：阅读教材124-125页，分析RNA(核糖核酸)和DNA(脱氧核糖核酸)在 结构上有哪些异同？
脱氧核糖(戊糖)
DNA
戊糖 (脱氧核糖)
含N碱基 (ATCG)
RNA
戊糖 (核糖)
含N碱基 (AUCG)
核糖(戊糖)
拓展阅读
我国在核酸研究中取得的成就
➢ 1981年，我国科学家采用有机合成与酶促合成相结合的 方法，人工合成了具有生物活性的核酸分子酵母丙氨 酸转移核糖核酸；
➢ 1999年，我国参与了 人类基因组计划(破译30亿个碱基 对序列)，成为参与该项计划的唯一发展中国家,顺利完 成1%的工作量(3000万个)；
➢ 2002年，我国科学家完成了水稻基因组图谱的绘制。
第四章 第三节 核酸
一、核酸的组成 二、核酸的结构 三、核酸的生物功能
核酸的组成
核酸因其最早在细胞核中发现，并具有酸性而得名。天然的核酸根据其组 成中所含戊糖的不同，分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)；
人教版高中化学选择性必修第3册教学设计 第四章 第三节 核酸
第四章第三节《核酸》教学设计一、课标解读《核酸》是《普通高中化学课程标准（版）》中模块3《有机化学基础》主题3“生物大分子及合成高分子”中二级标题“生物大分子”的内容，在新人教版教材中位于选择性必修3第四章第三节。
【内容要求】（1）了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点和生物功能；（2）认识人工合成核酸的意义，体会化学科学在生命科学发展中所起的重要作用。
【学业要求】（1）能辨识核糖核酸、脱氧核糖核酸中的磷酯键，能基于氢键分析碱基的配对原理；（2）能说明核糖核酸、脱氧核糖核酸对于生命遗传的意义。
二、教材分析本节内容首先基于宏观视角认识核酸的组成结构，再基于化学键视角来认识核酸的形成过程，进而显化核酸的水解以及形成过程，进一步深化研究复杂有机物大分子结构的学习方法，结合我国在核酸的相关研究，增强文化自信。
本节内容注重凸显“宏观辨识与微观探析”、“证据推理与模型认知”、“社会责任”等化学核心素养。
教材首先介绍人们认识核酸组成时所采用的方法。
让学生进一步认识到，研究复杂的大分子时，可以通过化学反应使共价键断裂，将其分解成较小片段，然后通过分析产物来推测大分子的组成和结构。
这一方法在前两节糖类和蛋白质的学习中已有所体现，教材在这里通过正文叙述和图4-15“核酸的水解产物示意图”将其进一步显性化，在介绍相关知识的同时，让学生了解化学研究的方法，以提高其“证据推理与模型认知”的学科核心素养。
在根据实验结果进行逆向分析的基础上，教材指出核酸是戊糖、碱基和磷酸这三种基本组分通过缩合反应形成的生物大分子（缩合聚合物），并以示意图的形式直观呈现了核酸与其基本组分之间的转化和层次关系。
学生在高中生物课中学习的DNA双螺旋结构，以及选择性必修2“物质结构与性质”教材中的相关内容，为本节介绍核酸的结构奠定了知识基础。
因此，本节教材和教学主要从化学角度分析核酸独特结构的形成原因，通过图4-19展现氢键在DNA形成过程中的作用。
《生化》第四章核酸化学(修改)(4学时)
CH3
H H
N,N二甲基鸟嘌呤
HN N NH N CH2 N
CH3
CH C CH3 CH3
双氢尿嘧啶 S
NH NH O 4-巯尿嘧啶
N6-异戊烯腺嘌呤
（3）r RNA：无明显的一级结构特征。
3. RNA的二级结构
RNA的二级结构主 要是呈线状的多核苷酸 单链，在某些位置能自 身回折，碱基彼此靠近， 并按A=U,C=G的原则 配对，形成局部双螺旋 结构，其他未配对的碱 基区形成突环。
氢键：碱基互补配对形成的氢键，这 是稳定双螺旋结构的主要的力。
离子键：磷酸基团上的负电荷与介质 中的阳离子之间形成离子键。
3. DNA的三级结构
DNA的三级结构是指DNA在二级结构的 基础上，进一步扭曲，螺旋而成的结构。又称 为超螺旋DNA。
4. 染色质DNA
在真核细胞中， DNA以超螺旋的形式盘绕在 组蛋白颗粒上，构成核小体，许多个核小体再高度 折叠相连，形成念珠状的结构，构成染色质。
核小体的串珠状结构
二、RNA的结构
1. RNA的类型
在生物细胞中主要含有三种类型的RNA （1）m RNA（信使RNA）：它是蛋白质合成的模板。其信 息来源于DNA，是由DNA转录而来，占总RNA的3-5%。 （2）r RNA（核糖体RNA）：是核糖体的主要组成成分， 核糖体是蛋白质合成的场所。占总RNA的80%。 （3）t RNA（转运RNA）：携带氨基酸参与蛋白质的生物 合成，占总RNA的15%。t RNA种类较多，每一种氨基 酸都有其特异的t RNA。
1´
OH OH
脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR
4. 核苷酸(ribonucleotide)
新教材2023版高中化学第四章生物大分子第三节核酸学生用书新人教版选择性必修3
第三节核酸课程目标1．了解核酸的组成和分类。
2．了解核酸的结构和生物功能。
3．认识人工合成核酸的意义。
图说考点必备基础——自学·尝试[新知预习]一、核酸的组成1．概念：核酸是一种生物________，相对分子质量可达________。
2．分类3．组成(1)核酸可以看作______、________和________通过一定方式结合而成的生物大分子。
(2)核酸的水解和生成二、核酸的结构三、核酸的生物功能核酸是生物体________的载体。
1．DNA的生物功能(1)基因：有一定________排列顺序的DNA片段含有特定的________信息。
(2)基因作用：DNA分子上有许多基因，决定了生物体的一系列________。
2．RNA的生物功能：主要负责传递、翻译和表达DNA所携带的遗传信息。
[即学即练]1．下列关于核酸的说法不正确的是( )A．核酸属于高分子化合物B．核酸分子中肯定含有磷原子C．核酸可分为脱氧核糖核酸和核糖核酸D．核酸和酶都属于蛋白质2．核糖是合成核酸的重要原料之一，其结构简式为CH2OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHO，下列关于核糖的说法正确的是( )A．能发生还原反应B．能发生水解反应C．能与NaOH反应D．与葡萄糖互为同分异构体3.如图表示不同化学元素所组成的生命大分子及其水解产物，以下说法错误的是( )A．若①为某种大分子的组成单位，则①最可能是氨基酸B.若②是人体中重要的储能物质，则②可能是脂肪C．若③为能储存遗传信息的大分子物质，则③一定是DNAD．若④能够作为医疗注射物，则④是葡萄糖核心素养——合作·分享提升点核酸及其生物功能例. 如图甲是脱氧核糖核酸(DNA)的结构片段，它的碱基中胞嘧啶的结构如图乙，下列说法正确的是( )A．脱氧核糖核酸中含有的化学键都是不同原子形成的极性共价键B．2脱氧核糖(C5H10O4)与葡萄糖属于同系物，都能发生银镜反应C．胞嘧啶的分子式为C4H5N3O，含有的官能团是氨基和肽键D．脱氧核糖核酸由磷酸、2脱氧核糖和碱基通过一定方式结合而成[提升] 因为核酸是生命的基础物质，是病毒的“身份证”，所以某些患者的诊断需要做核酸检验。
第四章核酸化学
-
P O CH H
O
-
P O CH
图5-9 RNA和DNA的共价骨架结构 9 RNA和DNA的共价骨架结构
3′
O H H H O C
2
O H H OH O C
2
H O
H
H O
O
-
P O CH H
O
-
P O CH
O H H H O A
2
O H H OH O A
2
H O
H
H O
O
-
P O CH H
O
-
P O CH
食品生物化学
图5-8 8
次黄嘌呤核苷酸
食品生物化学
第三节 核酸的结构
核酸水解为核苷酸，核苷酸经完全水解后，可释放出等量 的碱基、戊糖和磷酸。核苷酸是核酸的基本组成单位，DNA的 基本组成单位是脱氧核糖核苷酸，RNA的基本组成单位是核糖 核苷酸。各种核酸中核苷酸少的有70多个，多的有几十万种。 而且核苷酸以一定的数量和排列顺序相互连接，并形成一定的 空间结构。
食品生物化学
二、核酸的水解产物
核酸是一种聚合物，它的结构单位是核苷酸 。
核酸 核苷酸
磷酸
核苷
戊糖 碱基 (嘌呤碱和嘧啶碱) (核糖或脱氧核糖) ChemPaster
图5-1 1 核酸的水解产物
食品生物化学
三、核酸水解产物的化学结构
1．戊糖 DNA和RNA的主要区别是所含戊糖不同，DNA分子中的戊 糖是β-D-2-脱氧核糖，而RNA分子中的戊糖是β-D-核糖 。
HOCH2 O H H OH
β-D-核糖
图5-2 2
OH H OH H
HOCH2 O H H OH
第四章 核酸化学
（五）游离核苷酸及其衍生物
1.多磷酸核苷酸
ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
NH2 N O O P O
-
N N N H H
O O P O
-Байду номын сангаас
O O P O
-
OCH2 H H
O
OH OH 三磷酸腺苷 (AT P)
2.环状核苷酸：
磷酸基既与戊糖的3'-OH相连，又与5 ' -OH相连，形成环状核苷酸
其中以环腺苷酸（cAMP），环鸟苷酸（cGMP） 最常见
稀有碱基
• 5-甲基胞嘧啶
• 5，6-二氢尿嘧啶
• 6-氧嘌呤（次黄嘌呤）
• 2，6-二氧嘌呤（黄嘌呤） • 7-甲基尿嘧啶
碱基的主要性质 1. 酮式
O N O N HO N N
烯醇式
OH
在生理条件下，常以酮式存在，有利于形成氢键。
2. 紫外吸收性：碱基---260 nm 核酸、核苷酸、核苷—260 nm 定量、定性分析
二、核酸的组成
核酸 核苷酸 磷酸 核苷
戊糖 碱基
•戊糖：核糖（RNA）、脱氧核糖（DNA） •碱基：DNA主要有：Ade，Gua，Cyt，Thy RNA主要有：Ade，Gua，Cyt，Ura
（一）、碱基
1.嘧啶碱
• Cyt胞嘧啶： • Ura尿嘧啶：
• Thy胸腺嘧啶：
2.嘌呤碱
• Ade腺嘌呤： • Gua鸟嘌呤：
(5）、DNA双螺旋结构的稳定性
• 碱基碓积力:大量疏水的碱基层层堆积，使双螺旋内 部形成一个强大的疏水区，与介质中的水分隔开。 是稳定DNA双螺旋结构的主要力。
• 互补碱基对之间的氢键。 • 离子键：生理条件下，双螺旋外侧的磷酸基团带负 电荷，与介质中的阳离子（Na+，Mg2+，K+，Ca 2+等）之间形成离子键等，可以减少双链之间的静 电斥力，从而稳定双螺旋构象。 此外在原核细胞中DNA常与精胺、亚精胺结合，真核 细胞中与组蛋白结合。
生物化学第四章 核酸化学知识点归纳
生物化学第四章核酸化学核酸是生物体内的重要生物大分子；核酸不仅与正常的生命活动如生长繁殖等有着密切关系，而且与生命的异常活动如人体肿瘤发生、辐射损伤等也息息相关。
核酸的研究是分子生物学的重要领域。
一、核酸的概述二、核酸的化学组成目录三、核酸的分子结构四、核酸及核苷酸的性质五、核酸的分离提取和纯化一、核酸的发展史二、核酸的分类和分布三、核酸的生物学功能概述I一、核酸的发展史●1869 年，瑞士生物学家Miescher首先从外科手术绷带上脓细胞的细胞核中分离出白色微酸性的含磷有机物质-称为核质（nuclein)。
Miescher ●1889年，Altmann 制备了不含蛋白的核酸制品，提出核酸(nucleic acid)；了肺炎双球菌的转化现象肺炎双球菌肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae)是一种病原菌，存在着光滑型(Smooth简称S型）和粗糙型（Rough简称R型）两种不同类型。
肺炎双球菌的种类S型肺炎双球菌R型肺炎双球菌菌落（肉眼观察）菌落光滑菌落粗糙菌体（显微镜观察）有多糖类荚膜无多糖类荚膜毒性（动物实验）有毒无毒致病情况使人患肺炎，使老鼠患败血症死亡不使人和老鼠患病实验证实：SⅢ型死菌体内有转化因子能引起RⅡ型活菌转化产生SⅢ型活菌，这种转化因子是遗传物质。
1944年，美国的O.Avery、C. Macleod及M.Mccarty等人在Griffith工作的基础上，利用体外转化实验对肺炎双球菌的转化本质进行了深入的研究。
实验：从SⅢ型活菌体内提取DNA、蛋白质和荚膜多糖，将它们分别和RⅡ型活菌混合均匀后，注射入小白鼠体内。
结果：只有注射SⅢ型菌DNA和RⅡ型活菌的混合液的小白鼠才死亡O.Avery实验证实：DNA是遗传物质光滑型细胞（有毒）粗糙型细胞（无毒）破碎细胞DNAase降解后的DNA 粗糙型细胞接受光滑型DNA只有粗糙型SS R RR DNA +1952年，Hershey和Chase的T2噬菌体的感染实验。
第四章核酸的化学详解演示文稿
• ATP 分子的最显著特点是含有两 个高能磷酸键。ATP水解时, 可 以释放出大量自由能。
• ATP 是生物体内最重要的能量转 换中间体。ATP 水解释放出来的 能量用于推动生物体内各种需能 的生化反应。
• ATP 也是一种很好的磷酰化剂。 磷酰化反应的底物可以是普通的有 机分子，也可以是酶。磷酰化的底 物分子具有较高的能量（活化分 子），是许多生物化学反应的激活 步骤。
第25页，共116页。
3、核苷结构
糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键。
9
9
1
1
1’
1’
1’
1’
第26页，共116页。
核苷——是指嘌呤的N9或嘧啶的N1与核糖的C1通过 糖苷键连接而成的化合物。
鸟苷（G）
第27页，共116页。
胞苷（C）
第28页，共116页。
2、脱氧核苷——是指嘌呤的N9或嘧啶的N1与脱氧 核糖的C1通过糖苷键连接而成的化合物。
第4页，共116页。
核酸是生物遗传的物质基 础，各种生物遗传信息储 存于DNA的核苷酸序列 中，蛋白质的结构是由核
酸决定的。
第5页，共116页。
四、核酸的分布
真核生物
原核生物
DNA 细胞核（98%） 细胞质（少量）
细胞质（类核部分) 质粒DNA
线粒体（少量）
病毒DNA
叶绿体（少量）等
RNA 细胞质（90%）
第46页，共116页。
cAMP
cGMP
第47页，共116页。
第三节 核酸的分子结构
一、磷酸二酯键与多核苷酸链 二、DNA的分子结构 三、RNA的分子结构
第48页，共116页。
一、磷酸二酯键与多核苷酸链
04 核酸化学
DNA的超螺旋结构
原核生物DNA的高级结构 DNA在真核生物细胞核内的组装Fra bibliotek赵丹丹
第4章 核酸化学
37
1、DNA的二级结构
1953年，James.Watson和Francis.Crick 提出了DNA二级结构模型——双螺旋 结构模型。 主要有三方面的依据： 一是已知核酸化学结构和核苷酸键长 与键角的数据； 二是Chargaff发现的DNA碱基组成规律， 显示碱基间的配对关系； 三是对DNA纤维进行X射线衍射分析 获取的精确结果。
赵丹丹
第4章 核酸化学
47
（2）DNA双螺旋结构的稳定因素
氢键（hydrogen bond） ，重要因素 ； 碱基堆积力（base stacking action） ，主要因素。 碱基堆积使双螺旋内部形成疏水核心，从而有利于碱基间 形成氢键； 离子键，磷酸基团在生理条件下解离，使DNA成为一种 多阴离子，这有利于与带正电荷的组蛋白或介质中的阳离 子之间形成静电作用，能减少双链间的静电排斥，有利于 双螺旋的稳定 。
赵丹丹
第4章 核酸化学
49
Comparison of the A、B and Z forms of DNA The B form is the most stable structure for a random-sequence of DNA molecule under physiological conditions, and is therefore the standard point of reference in any study of the properties of DNA.
赵丹丹
胞嘧啶脱氧核苷
第4章 核酸化学 16
核酸化学生物化学
学
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。
一、核酸的研究发现史
❖ 1868年，F. Miescher从细胞核中分离得到一 种酸性物质，即现在被称为核酸的物质。
1944年，Avery的转换转化实验
or and
可分离
二、核酸的分类及分布
一、核酸的一级结构
C
定义
核酸中核苷酸的排
列顺序。
A
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。
G
3′端
书写方法（ 5′→3′）
5′-磷酸端（常用5’-P表示），3′-羟基端（常用3’-OH表示）； 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注
明它的方向是5′→3′或是3′→5′； 戊糖用垂直竖线表示
螺距3.4nm，10bp/圈
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
氢键维持双链横向稳 定性，碱基堆积力维 持双链纵向稳定性。
（三）DNA双螺旋结构的多样性
三、DNA的三级结构－－超螺旋
（一）DNA的超螺旋结构 超螺旋结构(superhelix)
DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 正超螺旋(positive supercoil)
1.糖苷键（nucleoside）与核苷 ❖ 核苷 = 碱基 + 核糖 ❖ 连接方式：糖苷键(glycosidic bond) 嘌
呤环上的N-9或嘧啶环上的N-1与糖的C-1 以糖苷键相连。
1. 核苷(ribonucleoside)的形成
碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖
NH2
苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。
生物化学合工大第四章核酸化学
RNA分子的结构特点
二、RNA的分子结构
碱基组成：A、G、C、U （A＝U/G≡C）； 稀有碱基较多，稳定性较差，易水解； 多为单链结构，少数局部形成螺旋（发夹结构）； 分子较小。
结构特点：
1
分类：
信使RNA（ mRNA） 转运RNA （ tRNA） 核糖体RNA （r RNA）
2
（一）RNA的特点及分类
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。 二氢尿嘧啶 （DHU）
修饰碱基的简写符号
( 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：
1’
2’
3’
4’
C
C
A
Ala
3´
5´
2） rRNA的分子结构
特征： 单链，螺旋化程度较tRNA低 与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能
5SRNA的二级结构
3）mRNA的分子结构
在转录一章讲授
一般物理性质
稳定性
紫外吸收性质
02
核酸的水解
03
两性解离
06
变性
复性与杂交
第四节 核酸的性质
01
DNA白色纤维状固体，RNA白色粉末状固
由dAMP、dGMP、 dCMP、 dTMP核苷酸单体通 过3’,5’-磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。
5’
5’
3’
3’
结构式
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′。
生物化学 第四章 核算化学 刘博整理
第四章核酸化学第一节导言一、核酸分类和分布脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）:遗传信息的贮存和携带者，生物的主要遗传物质。
在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶绿体中均有各自的DNA。
原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为类核的结构区。
每个原核细胞只有一个染色体，每个染色体含一个双链环状DNA。
核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）：主要参与遗传信息的传递和表达过程，细胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中RNA本身就是遗传信息的储存者。
另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离的RNA 分子，还发现有些RNA具生物催化作用（ribozyme）。
细胞核RNA1、mRNA与hnRNAmRNA约占细胞RNA总量的5%，是蛋白质合成的模板。
真核生物mRNA的前体在核内合成，包括整个基因的内含子和外显子的转录产物，形成分子大小极不均匀的hnRNA。
2、snRNAsnRNA主要存于细胞核中，占细胞RNA总量的0.1~1%，与蛋白质以RNP（核糖核酸蛋白）的形式存在，在hnRNA和rRNA的加工、细胞分裂和分化、协助细胞内物质运输、构成染色质等方面有重要作用。
7二、核酸研究简史1869年Miescher博士论文工作中测定淋巴细胞蛋白质组成时, 发现了不溶于稀酸和盐溶液的沉淀物, 并在所有细胞的核里都找到了此物质, 故命名核质(Nuclein)。
1879年Kossel经过10年的努力, 搞清楚核质中有四种不同的组成部分: A,T, C和G。
1889年Altman建议将核质改名为“核酸”, 并且已经认识到“核质” 乃“核酸” 与蛋白质的复合体。
1909年Levene发现酵母的核酸含有核糖。
1930年Levene发现动物细胞的核酸含有一种特殊的核糖即脱氧核糖, 得出了一个错误概念: 植物核酸含核糖,动物核酸含脱氧核糖。
生物化学第四章 核酸化学知识点归纳
生物化学第四章核酸化学核酸是生物体内的重要生物大分子；核酸不仅与正常的生命活动如生长繁殖等有着密切关系，而且与生命的异常活动如人体肿瘤发生、辐射损伤等也息息相关。
核酸的研究是分子生物学的重要领域。
一、核酸的概述二、核酸的化学组成目录三、核酸的分子结构四、核酸及核苷酸的性质五、核酸的分离提取和纯化一、核酸的发展史二、核酸的分类和分布三、核酸的生物学功能概述I一、核酸的发展史●1869 年，瑞士生物学家Miescher首先从外科手术绷带上脓细胞的细胞核中分离出白色微酸性的含磷有机物质-称为核质（nuclein)。
Miescher ●1889年，Altmann 制备了不含蛋白的核酸制品，提出核酸(nucleic acid)；了肺炎双球菌的转化现象肺炎双球菌肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae)是一种病原菌，存在着光滑型(Smooth简称S型）和粗糙型（Rough简称R型）两种不同类型。
肺炎双球菌的种类S型肺炎双球菌R型肺炎双球菌菌落（肉眼观察）菌落光滑菌落粗糙菌体（显微镜观察）有多糖类荚膜无多糖类荚膜毒性（动物实验）有毒无毒致病情况使人患肺炎，使老鼠患败血症死亡不使人和老鼠患病实验证实：SⅢ型死菌体内有转化因子能引起RⅡ型活菌转化产生SⅢ型活菌，这种转化因子是遗传物质。
1944年，美国的O.Avery、C. Macleod及M.Mccarty等人在Griffith工作的基础上，利用体外转化实验对肺炎双球菌的转化本质进行了深入的研究。
实验：从SⅢ型活菌体内提取DNA、蛋白质和荚膜多糖，将它们分别和RⅡ型活菌混合均匀后，注射入小白鼠体内。
结果：只有注射SⅢ型菌DNA和RⅡ型活菌的混合液的小白鼠才死亡O.Avery实验证实：DNA是遗传物质光滑型细胞（有毒）粗糙型细胞（无毒）破碎细胞DNAase降解后的DNA 粗糙型细胞接受光滑型DNA只有粗糙型SS R RR DNA +1952年，Hershey和Chase的T2噬菌体的感染实验。
【生物】第四章 核酸化学
2.核苷
3.核苷酸
P
P
P
P
腺嘌呤核苷酸 （AMP）
鸟嘌呤核苷酸 （GMP）
尿嘧啶核苷酸 （UMP）
胞嘧啶核苷酸 （CMP）
P
P OH
P
PH
腺嘌呤核苷酸（ AMP） 脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）
脱氧腺嘌呤核苷酸 脱氧鸟嘌呤核苷酸 脱氧胸腺嘧啶核苷酸
（dAMP）
（dGMP）
（dTMP）
脱氧胞嘧啶核苷酸 （dCMP）
第二节 核酸的组成
一、核酸的元素组成 ❖组成核酸的基本元素：C、H、O、N、
P；
❖其中P 的含量比较稳定，占9%-10%， 通过测定P 的含量来推算核酸的含量 （定磷法）。
❖DNA平均含磷量为9.9%，RNA为 9.4%。
❖任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。
二、核酸的基本组成单位-核苷酸
核酸 1.核酸完全水解产物 核苷酸
规定DNA的书写顺序是5 ′ → 3 ′ 。
一级DN结A构大的小表的示计法算： DNA的分子大小取决于组成DNA的碱
基对（bp或kb)的数目
I. DNA分子量=核苷酸对的线平条均式 分子
量×核苷酸对数目
5´
II. DNA分子长度=核苷酸对之间的轴
3´
距×核苷酸对数目
字母式
III.核苷酸对数目= DNA分子量÷核苷
酸对的平均分子量
结构式
Chargaff首先注意到DNA碱基组成的 某些规律性，在１９５０年总结出 DNA碱基组成的规律：
腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即 A=T。
鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数相等，即G=C。 含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，即 A+C=G+T。
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一、核酸的分布与分类 二、核酸的化学组成 三、核酸的分子结构 四、核酸的化学性质
一、核酸的分布和分类
DNA
主要在 核中 mRNA
核 酸
RNA
tRNA
rRNA
质 质 质
二、核酸的化学组成
核 酸
核 苷 酸
磷 酸 核 苷
碱 基 核 糖
嘌呤(AG)
嘧啶(TCU)
脱氧
非脱氧
碱基
Py
Pu
碱基—嘌呤
Supercoiling induced by separating the strands of a helical structure(during replication or transcription)
连环数（L）----在DNA双螺旋中， 一条链沿右手螺旋绕另一条链缠绕 的次数。（Lk） 缠绕数（T）----在DNA分子中 Watson—Crick螺旋数。（Tw） 超螺旋周数或扭曲数（W）（Wr）
DNA的热变性（熔解）
高温引起的变性称为热变性（熔解） 解链温度（熔解温度、熔点， Tm）： ——增色效应达到一半时的温度
与Tm值有关的因素:
G-C含量: G-C含量越高Tm值越高(三个氢键的缘故)。 介质中的离子强度: 离子强度越高Tm值越高。在1mol/L的NaCl 中稳定。 DNA 的不均一性： 影响到了温度范围，而不影响Tm值的大小。
tRNA的三级结构
rRNA的二级结构
Ribosomal RNA
Secondary Structure Of large ribosomal RNA
Tertiary Structure Of large ribosome subunit
Ban et al., Science 289 (905-920), 2000
DNＡ双螺旋结构的多态性
双螺旋的具体数据（螺距、直径等） 随含水量的不同有一定的差异。可分 为： Ａ Ｂ Ｚ 型
在特殊时间还有三股链的存在
DNA双螺旋结构的类型
B-DNA A-DNA Z-DNA
A-DNA
Minor Groove Major Groove
DNA的三级结构
定义：DNA的三级结构 是指在二级结构的基础 上DNA双螺旋的进一步 卷曲。
⑤T ψ C环 由7个核苷酸组成，其中 含有胸腺嘧啶核糖核苷酸(T)和假尿 嘧啶核苷酸(ψ)，通过由5对碱基组成 的双螺旋区(T ψ C臂)与tRNA的其余 部分相连。几乎所有tRNA在此环中 都含有T ψ C。
从以上可以看出,tRNA的三叶草形二 级结构特征可概括为四环四臂，含 有大量的稀有碱基。
(3)双螺旋的平均直径为2 nm，螺距为3.4nm，沿中 心轴每旋转上升一周包含 10个碱基对，相邻碱基距 离为0.34nm，之间旋转的 角度为36°。
(4)沿中心轴方向观察，双 螺旋结构上有两条螺形 凹 槽，一条较宽深，称为大沟； 一条较浅小，称为小沟。
双螺旋结构的稳定因素:
碱基对间的氢键 碱基堆积(主要的) 环境中正离子
线条式
5´
ACTGCATAGCTCGA 3´ 字母式
结构式
请注意:
键型: 3’, 5’ -磷酸二酯键 方向: 3’ -末端和5’-末端 简写:
简写时的方向:
TGCAGGTTAAAGG 它的互补链: ACGTCCAATTTCC(误) CCTTTAACCTGCA(正) 3’-ACGTCCAATTTCC-5’(正)
碱基—嘧啶
核糖
核苷
核苷酸
三磷酸核苷酸
cAMP
cGMP
稀有核苷酸 甲基化: 如甲基鸟嘌呤 环化: 如cAMP 假尿苷: ψ 其它: 如二氢尿嘧啶 次黄嘌呤等
核苷酸的作用
组成核酸 组成小分子活性物质 能量物质 组成辅酶(基)
核苷酸的符号
AMP ADP ATP dAMP dADP dATP GMP GDP GTP d------CMP CDP CTP d------TMP TDP TTP d------UMP UDP UTP N(任意碱基)－－NMP,NDP,NTP dNMP, dNDP, dNTP I —次黄嘌呤 X —黄嘌呤 Py—嘧啶（任意） Pu—嘌呤（任意）
DNA的空间结构:
DNA的二级结构(双螺旋) DNA的三级结构
DNA的二级结构 (双螺旋结构)
H H H N N H N N H N H N H N N H H H O N N
H H H H O
N
A
H
G
N
T
H N
N
H
C
N
O
X
O
1.08 nm
1.08 nm
双螺旋结构要点:
(1)两条反向平行的多核苷酸链围
Catalytic RNA
Secondary Structure Of large ribosomal RNA Tertiary Structure Of large ribosome subunit
四、核酸的性质
（一）、核酸的一般性质
带电性： 核酸、核苷酸可以在电场中泳动 可溶性： 溶于水。在乙醇中： 大于50%的乙醇时 DNA沉 淀 大于75%的乙醇时RNA沉淀。不溶于氯仿-异戊醇 溶液，而蛋白可以溶解 粘度： 线形分子粘度大。DNA大于RNA 不对称性：由于分子不对称，故有正旋光性。
其它类型的RNA
Catalytic RNA（催化RNA） miRNA（microRNA）（小RNA） siRNA（small interfere RNA）（小干扰RNA） signal recognition particle，SRP 信号识别颗粒中的 RNA telemerase （端粒酶）中的RNA
三、核酸的分子结构
分子结构 RNA 分子结构
DNA
DNA的分子结构
DNA的碱基组成
DNA的空间结构
DNA的碱基组成
Chargaff规律:
1. A=T G=C 2.பைடு நூலகம்有种的特异性 3. 环境条件不改变碱基组成
DNA一级结构的表示法
A
1´ 3´ 5´
5 ´ 3´
C
T
G
p
p
p
p
OH 3´
DEPC的高温分解
核酸的定量测定
DNA（ ug/ml）＝OD260/0.02=OD260×50
RNA（ug/ml）＝OD260/0.025＝OD260×40
核酸的纯度鉴定
OD260/OD280＞1.8＝2.0
核酸的分离和分子量测定
琼脂糖电泳（溴化乙啶） PAGE（硝酸银 ）
本章要点：
③反密码环 由7个核苷酸组 成。环中部为反密码子，由3 个核苷酸组成，次黄嘌呤核苷 酸(也称肌苷酸，缩写成 I )常 出现于反密码子中。反密码环 通过由5对的双螺旋区(反密码 臂)与tRNA的其余部分相连。
④额外环 由3—18个核 苷酸组成。不同的tRNA 具有不同大小的额外环， 所以是tRNA分类的重要 指标。
L=T+W
核酸与蛋白质的复合物
核小体－染色体的基本单位
病毒颗粒
染色质的电镜照片
The 30 nm fiber, a higher-order organization of nucleosomes
染色体结构
chromosome
HIV
SARS :Coronavirus
(a) a bacterial virus, bacteriophage T4; (b) an animal virus, adenovirus (inset at greater magnification); (c) a plant virus, tobacco mosaic virus.
DNA的三级结 构：DNA双螺 旋结构进一 步盘曲形成 的复杂结构。 以超螺旋最 为常见
正超螺旋 负超螺旋模型（多见）
Supercoiling of DNA
Relaxed state
超螺旋
DNA Supercoiling
Supercoiling means the coiling of coiling
Nucleic Acids from Different Species Can Form Hybrids
酶切
Southern blot
电泳
探针
印迹
杂交 NC
Southern blot——DNA
Northern blot——RNA
Western blot——Protein
Fingerprinting
核酸的结构： DNA的二级结构， mRNA及 tRNA的结构 核酸的性质： 变性与吸光性，Tm 值，纯化和鉴定
第一章结束
绕同一中心轴向右盘绕形成右手 双螺旋(反向是指两条多核苷酸 链的走向相反，一条链的磷酸二 酯链连接相邻戊糖基是5—3’方 向，另一条链则为3’—5’方向)。
(2)由磷和脱氧核糖交替排 列形成的主链在双螺旋的 外侧，而嘌呤碱和嘧啶碱 位于双螺旋的内侧。碱基 平面与双螺旋中轴垂直， 糖环平面与中轴平行。
DNA的复性：
加热后缓慢冷却DNA恢复双链的过程
影响DNA的复性因素：
DNA的大小： 小的分子比大的分子易复性。 离子强度： 离子强度增加复性就快。 DNA的浓度： 浓度大的比浓度小的易于复性。
核酸的分子杂交：
在DNA的复性的过程中，同 源或异源的DNA，只要碱基互补 就可以形成杂种分子，此过程称 为分子杂交。 分子杂交是一种极其有用的 生物技术手段。
DNA Microarray（Gene Chip）
核酸的分离与纯化
DNA SDS/CTAB(十六烷基三甲基溴化铵) 醋酸钾 酚－氯仿 （异戊醇） 乙醇/异丙醇 TE（Tris－HCl, EDTA） RNA Trisol, 乙醇/异丙醇，DEPC（二乙基焦碳酸酯）