生化理论3 核酸化学

有二氢尿嘧啶（D），与识别酶有关； TψC环： 含有T和ψ，与识别核糖体有关； 可变环：其
上的核苷酸数目可以变动；
2.含有修饰碱基和可变核苷酸，修饰碱基约为 10%。
tRNA的三级结构－倒 L型
前言
➢1869年，Miescher从细胞核中分离出“核素” 核酸
➢1930~40年，Kossel 和 Levene等确定核酸的组分后， 明确核酸的类别：
核
脱氧核糖核酸（DNA）
酸
核糖核酸（RNA）
前言
➢1944年，Avery 的“肺炎双球菌转化”实验： DNA是有机体的遗传物质
DNA
有荚膜，致病
O
N
N
N
NH
N H
N
N H
N
NH 2
（DNA，RNA）
3.1 核酸的组成成分
3.1.2 含氮碱 ➢嘧啶
尿嘧啶Uracil
O
胞嘧啶Cyt
NH 2
NH
N
4 53 62
1
胸腺嘧啶Thy
O
CH3
NH
N
O
N
O
H
H
N
O
H
RNA
DNA
3.1 核酸的组成成分
3.1.2 含氮碱
➢烯醇式与酮式互变
➢稀有碱基：
N
OH H
[教学目标]
1．掌握核酸的化学本质及DNA和RNA的结构和功能； 2．熟悉嘌呤、嘧啶、核苷、核苷酸在分子结构上的关系，
认识核酸在生物科学上的重要性及其实践意义； 3．了解核酸结构与其性质、功能的相互关系。
[教学重点] 本章重点介绍核苷酸的化学结构与性质，进
一步了解核酸的一级结构和二级结构，重点掌握DNA双螺旋 结构和tRNA的三叶草结构。分析比较核酸分子的组成和结 构上的特点，进而联系它们的性质和功能。
（2）碱基配对证据
Chargaff发现DNA中A与T、C与G的数目相等。后来 Pauling 和Corey发现A与T生成2个氢键、C与G生成3个氢键。
（3）DNA滴定曲线
3.3 DNA的二级结构
3.3.2 双螺旋结构模型的要点
2.0
（1）两条多核苷酸链反向平行螺旋前
nm
进。表面有一大沟和一小沟
（2）双螺旋每转一周有10个bp，螺 距3.4nm，直径2.0nm
核苷包括核糖核苷
脱氧核糖核苷
脱氧核糖核苷有 种？是哪 种？与核糖核苷有何区别？
NH2
OH
NH2
OH
N
N
N
N
N
N
CH3
NN HOCH2 O
HH
H2N N N HOCH2 O
HH
H
H
H
H
OH OH
OH OH
腺嘌呤核苷 鸟嘌呤核苷
HO N HOCH2 O
HH
HO N HOCH2 O
HH
H
H
H
H
OH OH
tRNA约占RNA总量的15%，主要作用是转运氨基酸用于
合成蛋白质。tRNA分子量为4S，1965年Holley 测定
AlatRNA一级结构，提出三叶草二级结构模型。
tRNA的二级结构——三叶草型
主要特征：
1.四臂四环：氨基酸臂：3′端有CCAOH的共 有结构；反密码子环：环上的反密码子与 mRNA相互作用； 二氢尿嘧啶（D）环：其上
A-DNA：75%相对湿度，与溶液中DNA-RNA杂交分子的构象相似， 推测转录时发生B→A。其碱基平面倾斜20°，螺距与每一转碱基对 数目都有变化。
Z-DNA：主链呈锯齿型左向盘绕，直径约1.8nm，螺距4.5nm，每 一转含12个bp，只有小沟。B-DNA与Z-DNA的相互转换可能和基 因的调控有关。
压缩倍数 7
6
40
5 （共8400）
包装
包装
包装
包装
染色体包装示意图
3.5 DNA和基因组
3.5.1 基因与基因组的慨念
基因------DNA分子中最小的功能单位。 基因组------生物体所含的全套遗传物质。 基因组学------研究基因组的结构、功能及表达产物的学科。
3.5.2 基因和细菌基因组的特点
• RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能形成双螺旋的部分， 则形成突环。这种结构可以形象地称为“发夹型”结构。
• 在RNA的双螺旋结构中，碱基的配对情况不象DNA中严格。G 除了可 以和C 配对外，也可以和U 配对。G-U 配对形成的氢键较弱。不同类 型的RNA, 其二级结构有明显的差异。
3.2 核酸的一级结构
5’-末端（P）
3’-末端（OH）
多核苷酸链
多脱氧核苷酸链
3.2 核酸的一级结构
5′-磷酸端（常用 P表示）---3′-羟基端（常用OH表示）----
多聚核苷酸的表示方式
TT
11’’ 33’’
33’’ OOHH
55’’
DNA
55’’ RNA
5′PdAPdCPdGPdTOH 3′ 5′ACGT 3′
HH
脱氧核糖核苷酸（dAMP）
3.1 核酸的组成成分
3.1.4 核苷酸 ➢核继苷续酸磷衍酸生化物
NH2
N
N
O
O
O
O- P～O- P～O- P
O-
O-
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
～
OH OH 三磷酸腺苷 (ATAPM)P
核酸组成单位
ADP
游离核苷酸
ATP
（含两个“～”）
3.1 核酸的组成成分
3.1.4 核苷酸
3.4 DNA的高级结构
3.4.1 环状DNA的超螺旋结构
3.4 DNA的高级结构
3.4.2 真核生物染色体的结构
DNA双螺旋的进一步扭曲构成三级结构——超螺旋（染色体包装）
多级螺旋模型
DNA → 核小体 → 螺线管 →超螺线管 →染色单体 2nm 11nm 30nm 400nm 2-10μm
双螺旋 一级包装 二级包装 三级包装 四级包装
螺旋直径 螺距 每转碱基 （nm） （nm） 对数目
右 75%Na+ 右 92%Na + 右 46%Li + 左 人工合成
2.3 2.0 1.92 1.8
2.8
11
3.4
10
3.1
9.3
4.5
12
碱基对间 垂直距离 （nm）
0.255 0.34 0.33 0.37
碱基旋 转角度
32.7º 36º 38º -60º
C-DNA：44-46%相对湿度，螺距3.09nm，每转螺旋9.33个碱基对， 碱基对倾斜6°。可能是特定条件下B-DNA和A-DNA的转化中间物。
3.3 DNA的二级结构
3.3.4 DNA二级结构的其他类型
DNA的不同结构类型的各项参数
类型
ADNA BDNA CDNA ZDNA
旋转方向 结晶状态
小 沟
（3）主链（磷酸-脱氧核糖）在外侧，
侧链（碱基）在内侧。内侧链间碱基配
对相连。
大
(4)碱基配对有一定规律：A与T、形成
沟
2个氢键；G与C，形成3个氢键。
(5)两条链互为互补链
碱基配对
2.0 nm
小 沟
大 沟
3.3 DNA的二级结构
3.3.3 双螺旋的稳定因素 2.0 nm
(1)氢键（比较弱）——横向力
H
H
OH OH
H2N N N HOCH2 O
HH
H
H
OH OH
HO N HOCH2 O
HH
H
H
OH OH
HO N HOCH2 O
HH
H
H
OH OH
腺嘌呤核苷 鸟嘌呤核苷
胞嘧啶核苷
尿嘧啶核苷
Adenosine--A Guanosine--G Cytidine –C Uridine--U
5
OH
•假尿苷（ψ）（C5’—N1） •次黄苷（肌苷）I •黄嘌呤核苷 X •二氢尿嘧啶核苷 D（hu) •取代核苷的表示方式：7-甲基鸟苷m7G
（1）基因组较小 （2）大部分用于编码蛋白质 （3）存在操纵子结构
3.5.3 真核生物基因组的特点
（1）基因组较大 （2）不存在操纵子结构 （3）存在大量重复序列 （4）有断裂基因
3.6 RNA的结构与功能
RNA的一级结构-----RNA的高级结构------
• RNA是单链分子，因此，在RNA分子中，并不遵守碱基种类的数量比 例关系，即分子中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总数。
5’
HOCH2 O OH 4’ H H 1’
H 3’ 2’ H OH OH
H 3’ 2’ H OH H
D-核糖
D-2-脱氧核糖
3.1 核酸的组成成分
3.1.2 含氮碱
咪唑环
➢嘌呤
7 561
8 9
432
嘧啶环
腺嘌呤（Adenine）
（6-氨基嘌呤）
NH 2
鸟嘌呤（Guanine）
（2-氨基-6-氧嘌呤）
核酸有何重要生物学功能？
核酸是具有遗传功能的生物大分子，有 遗传大分子或信息大分子 之称，其中 DNA 是遗传信息的载体，是生物体 主要的 遗传物质； RNA 参与蛋白质的生物合成、RNA转录后的加工修饰、基因表达的调节及催化等。
3.1 核酸的组成成分
元素组成： C H O N P (9%-9.9%)
mRNA
原核 tRNA
rRNA
病毒：RNA病毒
前言
什么是核酸？
核酸是主要存在于 细胞核 中含 磷丰富呈 酸性的 物质，是 核蛋白 的成分之一， 是由核苷酸聚合而成的高聚物，是具有 遗传功能 的生物大分子。依其所含的 组成成分 的不同分为 DNA 和 RNA 两大类，RNA主要包括mRNA、rRNA和tRNA 三小类。