第12章 核酸通论
章核酸通论结构
第十二章、核酸通论
❖ 原核生物染色体DNA、质粒DNA、真核生物 细胞器DNA都是环状双链DNA；真核生物染 色体是线型双链DNA，末端有高度重复序列 形成的端粒结构；
❖ 动物病毒DNA通常是环状双链或线型双链； 植物病毒基因组大多是RNA，DNA较少见。
第十二章、核酸通论
❖ RNA分子的种类较多，分子大小变 化较大，功能多样化。
第十二章、核酸通论
（五）、人类基因组计划开辟了生命 科学新纪元
❖ 1986年，诺贝尔奖得主H.Dulbecco在 Science杂志上率先提出“人类基因组计划” （简称HGP）;
❖ 1990年10月，美国政府出资30亿美元，计划 用15年时间完成“人类基因组计划”，中国 1999年加入，承担1%的测序任务;
学”(ribonomics)等新学科。
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第十二章、核酸通论
二、核酸的种类和分布
❖ 大分子酸性物质：核糖核酸（RNA）和脱氧 核糖核酸（DNA）两大类。DNA 是主要的遗 传信息的载体， RNA主要参与遗传信息的表 达；
❖ RNA和DNA都是以单核苷酸为基本单位所组 成的多核苷酸长链。 DNA 多为双链结构（D2-脱氧核糖，ATGC），RNA为单链结构（D核糖，AUGC）
❖ 20世纪70年代前期诞生了DNA重组技术（DNA recombinant technology）
❖ 三项关键技术：DNA切割技术（工具酶）、分子克隆 （用细菌质粒重组体得到克隆）和快速测序（酶法测 序、化学测序）
❖ 80年代RNA研究出现第二个高潮（核酶、反义RNA、 mRNA编辑，RNA的世界…..）
DNA 分 子 中 具 有 特 定 生 物 学 功 能 的 片 段 称 为 基 因 （ gene ） 。 一 个 生 物 体 的 全 部 DNA 序 列 称 为 基 因 组 （genome）。基因组的大小与生物的复杂性有关，如 病 毒 SV40 的 基 因 组 大 小 为 5.1×103bp ， 大 肠 杆 菌 为 5.7×106bp，人为3×109bp。
生物化学(第三版)第十二章 核酸通论 核算的结构课后习题详细解答_ 复习重点
第十二章核酸通论提要1868年Miescher发现DNA。
Altmann继续Miescher的研究，于1889年建立从动物组织和酵母细胞制备不含蛋白质的核酸的方法。
RNA的研究开始于19世纪末，Hammars于1894年证明酵母核酸中的糖是戊糖。
核酸中的碱基大部分是由Kossel等所鉴定。
Levene对核酸的化学结构以及核酸中糖的鉴定作出了重要贡献，但是他的“四核苷酸假说”是错误的，在相当长的时间内阻碍了核酸的研究。
理论研究的重大发展往往首先从技术上的突破开始。
20世纪40年代新的核酸研究技术证明DNA 和RNA都是细胞重要组成成分，并且是特异的大分子。
其时，Chargaff等揭示了DNA的碱基配对规律。
最初是Astbury，随后Franklin和Wilkins用X射线衍射法研究DNA分子结构，得到清晰衍射图。
Watson和Crick在此基础上于1953年提出DNA双螺旋结构模型，说明了基因结构、信息和功能三者之间的关系，奠定了分子生物学基础。
DNA双螺旋结构模型得到广泛的实验支持。
Crick于1958年提出了“中心法则”。
DNA研究的成功带动了RNA研究出现一个新的高潮。
20世纪60年代Holley 测定了酵母丙氨酸tRNA的核苷酸序列；Nirenberg等被破译了遗传密码；阐明了3类DNA参与蛋白质生物合成的过程。
在DNA重组技术带动下生物技术获得迅猛发展。
将DNA充足技术用于改造生物机体的性状特征、改造基因、改造物种，统称之为基因工程或遗传工程。
与此同时出现了各种生物工程。
技术革命改变了分子生物学的面貌，并推动了生物技术产业的兴起。
在此背景下，RNA研究出现了第二个高潮，发现了一系列新的功能RNA，冲击了传统的观点。
人类基因组计划是生物学有史以来最伟大的科学工程。
这一计划准备用15年时间（1990-2005年），投资30亿美元，完成人类单倍体基因组DNA3×109bp全部序列的测定。
济南大学自命题科目考试大纲338生物化学
338生物化学一、参考书目《生物化学》第三版，王镜岩，高等教育出版社二、考试题型与分值1．单项选择题：每小题1分，共30分2．填空题：每空1分，共20分3．是非题：每小题1分，共10分4．名词解释题：每小题4分，共20分5．简答题：每小题8分，共40分6．论述与实验题：每小题15分，共30分。
三、考试内容绪论1．熟练掌握什么是生物化学；了解生物化学的发展；掌握生物化学的研究方法第一章糖第一节旋光异构（了解）第二节单糖的结构（熟练掌握）第三节单糖的性质（了解）第四节重要的单糖和单糖衍生物（了解）第五节寡糖与多糖（掌握）第二章脂类第一节脂肪酸1．脂肪酸的种类（掌握）2．天然脂肪酸的结构特点（了解）第二节三酰甘油和蜡（了解）第三节磷脂1．甘油磷脂的结构（掌握）2．常见的甘油磷脂（掌握）第三章氨基酸第一节氨基酸——蛋白质的构件分子1．了解蛋白质的水解；熟练掌握α-氨基酸的一级结构第二节氨基酸的分类1．熟练掌握常见的蛋白质氨基酸不常见的蛋白质氨基酸；了解非蛋白质氨基酸第三节氨基酸的酸碱化学1．熟练掌握氨基酸的解离和氨基酸的等电点；了解氨基酸的甲醛滴定第四节氨基酸的化学反应1．掌握α-氨基、α-羧基、α-氨基和α-羧基共同参加的反应第五节氨基酸的光学活性和光谱性质1．了解氨基酸的光学活性和立体化学；掌握氨基酸的光谱性质第六节氨基酸混合物的分析分离1．熟练掌握分配层析的原理及操作方法；掌握离子交换层析的原理及操作；了解高效液相色谱简介；能够运用所学的知识解决实验问题第四章蛋白质的共价结构第一节蛋白质通论1．掌握蛋白质的化学组成和分类；了解蛋白质分子的形状和大小；熟练掌握蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次；了解蛋白质功能的多样性第二节肽1．熟练掌握肽和肽键的结构；了解肽的物理和化学性质；掌握天然存在的活性肽第三节蛋白质一级结构的测定1．了解蛋白质测序的策略及蛋白质测序的具体步骤第四节蛋白质的氨基酸序列与生物功能1．掌握同源蛋白质的物种差异与生物进化（以细胞色素C为例）；了解血液凝固与氨基酸序列的局部断裂第五节肽和蛋白质的人工合成1．了解肽的人工合成；了解胰岛素的人工合成第五章蛋白质的三维结构第一节研究蛋白质构象的方法1．了解X射线衍射法第二节稳定蛋白质三维结构的作用力1．熟练掌握稳定蛋白质三维结构的作用力：氢键、范德华力、疏水作用、盐键、二硫键第三节多肽主链折叠的空间限制1．掌握酰胺平面与α-碳原子的二面角；了解拉氏构象图第四节二级结构——多肽链折叠的规则方式1．熟练掌握蛋白质的二级结构α-螺旋、β-折叠片、β-转角和β-凸起、无规卷曲第五节纤维状蛋白质1．了解α-角蛋白、丝心蛋白和其他β-角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白、肌球蛋白和原肌球蛋白第六节超二级结构和结构域1．掌握超二级结构和结构域的定义和分类第七节球形蛋白质与三级结构1．了解球形蛋白质的分类；了解球形蛋白质三维结构的特征第八节蛋白质折叠和结构预测1．熟练掌握蛋白质的变性；了解蛋白质结构的预测方法第九节亚基缔合和四级结构1．熟练掌握四级结构的概念；了解四级缔合的驱动力及亚基相互作用的方式第六章蛋白质结构与功能的关系第一节肌红蛋白的结构与功能1．熟练掌握肌红蛋白的三级结构；熟练掌握O2与肌红蛋白的结合及O2的结合改变肌红蛋白的构象；熟练掌握肌红蛋白结合氧的定量曲线第二节血红蛋白的结构与功能1．了解血红蛋白的结构2．熟练掌握氧结合引起的血红蛋白构象变化3．熟练掌握血红蛋白的协同性氧结合第三节血红蛋白分子病1．了解分子病的定义和举例；熟练掌握镰刀状细胞贫血病的发病机理及症状第四节免疫系统和免疫球蛋白1．了解免疫系统简介第五节肌球蛋白丝、肌动蛋白丝与肌肉收缩（了解）第六节蛋白质的结构与功能的进化（了解）第七章蛋白质的分离纯化和表征第一节蛋白质的酸碱性质（了解）第二节蛋白质分子的大小与形状1．熟练掌握蛋白质的相对分子质量的测定方法，并能运用所学知识解决实验问题第三节蛋白质的胶体性质与蛋白质的沉淀（了解）第四节蛋白质分离纯化的原则与方法1．了解蛋白质分离纯化的原则；掌握蛋白质分离纯化的常用方法，并能运用所学知识解决实验问题第五节蛋白质的含量测定与纯度测定1．了解蛋白质含量和纯度测定方法，并能运用所学知识解决实验问题第八章酶通论第一节酶催化作用的特点1．熟练掌握酶和一般催化剂的比较；掌握酶作为生物催化剂的特点第二节酶的化学本质及其组成（掌握）第三节酶的命名和分类（掌握）第四节酶的专一性（掌握）第五节酶的活力测定和分离纯化1．熟练酶的活力测定方法，并能运用所学知识进行计算2．熟练掌握酶的分离纯化方法，并能运用所学知识解决实验问题第六节核酶1．熟练掌握核酶的定义；掌握核酶的种类；了解核酶的研究意义和应用前景第九章酶促反应动力学第一节化学动力学基础1．了解反应速率及其测定2．了解反应分子数和反应级数及各级反应的特征第二节底物浓度对酶反应速率的影响1．掌握中间络合物学说2．熟练掌握酶促反应的动力学方程式3．了解多底物的酶促反应动力学第三节酶的抑制作用1．了解抑制程度的表示方法2．熟练掌握抑制作用的类型3．了解可逆抑制和不可逆抑制的鉴别4．了解可逆抑制作用动力学5．了解一些重要的抑制剂第四节温度对酶反应的影响（掌握）第五节pH对酶反应的影响（掌握）第六节激活剂对酶反应的影响（了解）第十章酶的作用机制和酶的调节第一节酶的活性部位1．熟练掌握酶活性部位的特点2．了解研究酶活性部位的方法第二节酶催化反应的独特性质（了解）第三节影响酶催化效率的有关因素（了解）1．底物和酶的邻近效应和定向效应2．底物的形变和诱导契合3．酸碱催化4．共价催化5．金属离子催化6．多元催化和协同效应7．活性部位微环境的影响第四节酶催化反应机制的实例（了解）第五节酶活性的调节控制1．掌握别构调控的定义和举例2．掌握酶原的激活3．了解可逆的共价修饰第六节同工酶（了解）第十一章维生素与辅酶第一节维生素概论1．掌握维生素的概念；掌握维生素的分类与辅酶的关系；掌握常见维生素的生物学功能与缺乏症第十二章核酸通论第一节核酸的发现和研究简史（了解）第二节核酸的种类和分布（熟练掌握）1．脱氧核糖核酸（DNA）2．核糖核酸（RNA）第三节核酸的生物功能（熟练掌握）1．DNA是主要的遗传物质2．RNA参与蛋白质的生物合成3．RNA功能的多样性第十三章核酸的结构第一节核酸的共价结构（熟练掌握）1．核酸中核苷酸的连接方式2．DNA的一级结构3．RNA的一级结构第二节DNA的高级结构（熟练掌握）1．DNA碱基组成的Chargaff规则2．DNA的二级结构3．DNA的三级结构4．DNA与蛋白质复合物的结构第三节RNA的高级结构（熟练掌握）1．tRNA的高级结构2．rRNA的高级结构3．其他RNA的高级结构第十四章核酸的物理化学性质第一节核酸的水解（掌握）1．酸水解2．碱水解3．酶水解第二节核酸的酸碱性质（了解）第三节核酸的紫外吸收（掌握）第四节核酸的变性、复性及杂交（掌握）第十五章核酸的研究方法第一节核酸的分离、提纯和定量测定（掌握）第二节核酸的超速离心（了解）第三节核酸的凝胶电泳（掌握）第四节核酸的核苷酸序列测定（掌握）第五节聚合酶链式反应（熟练掌握）第六节DNA的化学合成（了解）第十六章新陈代谢总论一、分解代谢与合成代谢（掌握）二、新陈代谢的调节（了解）三、新城代谢中的高能化合物（掌握）第十七章生物能学一、热力学基本概念（了解）二、自由能的变化和意义（掌握）第十八章氧化磷酸化作用一、氧化还原电势（了解）二、电子传递和氧化呼吸链（熟练掌握）三、氧化磷酸化作用（熟练掌握）第二十章糖酵解作用一、糖酵解作用的研究历史（了解）二、糖酵解过程概述（熟练掌握）三、糖酵解与生醇发酵过程图解（熟练掌握）四、糖酵解反应机制（熟练掌握）五、糖酵解作用的能量计算与调控机制（熟练掌握）六、其它六碳糖进入糖酵解途径（了解）第二十一章柠檬酸循环一、柠檬酸循环途径（熟练掌握）二、柠檬酸循环的化学结算（熟练掌握）三、柠檬酸循环的调控（熟练掌握）四、柠檬酸循环的双重作用（掌握）五、柠檬酸循环的发现历史（了解）第二十二章戊糖磷酸途径一、戊糖磷酸途径的发现（了解）二、戊糖磷酸途径的主要反应（掌握）三、戊糖磷酸途径的调控及生物学意义（掌握）第二十三章糖异生和糖的其它代谢途径一、熟练掌握糖异生作用的定义、反应过程及生物学意义二、葡萄糖的转运（了解）三、乙醛酸途径（掌握）第二十四章糖原的分解和生物合成一、糖原的生物学意义（了解）二、糖原的降解（掌握）三、糖原的生物学合成（掌握）第二十五章脂质的代谢一、三酰甘油的消化、吸收和转运（了解）二、脂肪酸的氧化（熟练掌握）三、不饱和脂肪酸的氧化（掌握）四、酮体（熟练掌握）五、脂肪酸代谢的调节（了解）六、脂质的生物合成（掌握）第二十六章蛋白质降解和氨基酸的分解一、蛋白质的降解（了解）二、氨基酸分解代谢（掌握）三、尿素的形成（熟练掌握）四、氨基酸碳骨架的氧化途径（了解）五、生糖氨基酸和生酮氨基酸（掌握）六、由氨基酸衍生的其它重要物质（掌握）七、氨基酸代谢缺陷症（了解）第二十七章氨基酸的生物合成一、氨的同化作用（了解）二、氨基酸的生物合成（了解）三、氨基酸生物合成的调节（了解）四、氨基酸转化为其他氨基酸及其他代谢物（了解）第二十八章核酸的降解和核苷酸代谢一、核酸和核苷酸的分解代谢（熟练掌握）二、核苷酸的生物合成（了解）三、辅酶核苷酸的生物合成（了解）第二十九章新陈代谢的调节控制一、细胞代谢调节控制的基本原理（了解）二、酶活性和酶量的调节（掌握）三、细胞对代谢途径的分隔与控制（了解）四、代谢紊乱疾病（了解）第三十章基因和染色体一、基因和基因组的结构（了解）二、染色体的结构（掌握）第三十一章DNA的复制和修复一、DNA的复制（熟练掌握）二、DNA的损伤修复（掌握）三、DNA的突变（掌握）第三十二章RNA的生物合成和加工一、DNA指导下的RNA合成（熟练掌握）二、RNA的转录后加工（熟练）三、RNA指导下RNA和DNA的合成（了解）第三十三章蛋白质合成、加工和定位一、遗传密码（熟练掌握二、蛋白质合成有关RNA和装置（熟练掌握三、蛋白质合成的步骤（熟练掌握）四、蛋白质合成的忠实性（了解）五、蛋白质的定位（了解第三十四章基因表达调节一、基因表达调节的基本原理（掌握）二、原核生物基因表达调节（掌握）三、真核生物基因表达调节（了解）。
生物化学考研大纲食品学院
《生物化学》考研大纲（食品学院）总体要求：要求主要掌握基础性和系统性的生物化学知识。
重点掌握(1）氨基酸和蛋白质(酶)、核苷酸和核酸、糖类、脂类等生物分子的种类、结构、物理和化学性质以及生物功能等内容；（２）生物分子的新陈代谢途径、调控、生物学意义及其相互关系;（３）分子生物学的基本内容,如复制和修复,生物合成和加工，蛋白质的生物合成等,了解细胞代谢与基因表达调控、基因工程及蛋白质工程。
第1章生物分子导论了解：生命物质的化学组成,生物分子的三维结构，生物结构中的非共价力第2章蛋白质的构件——氨基酸了解：基本氨基酸的结构、分类、蛋白质的水解掌握:α-氨基酸的一般结构、常见的蛋白质氨基酸、氨基酸的等电点、氨基酸的光谱性质、氨基酸的解离和氨基酸的重要化学性质第3章蛋白质的通性、纯化和表征了解：蛋白质的酸碱性质、沉淀原理、分离纯化的基本原则掌握:相对分子质量的测定方法和蛋白质的分离纯化方法第4章蛋白质的共价结构了解：蛋白质分类、化学组成、形状、功能掌握：蛋白质一级结构的测定、肽的物理和化学性质、肽和肽键的结构、蛋白质的氨基酸序列和生物学功能第5章蛋白质的三维结构了解:蛋白质的三维结构概念、特点掌握：维持蛋白质的三维结构的作用力类型、超二级结构和结构域第6章蛋白质的功能与进化了解：XX类蛋白结构与功能的关系第7章糖类和糖生物学了解:糖类的种类、结构、性质与功能掌握：糖类的生物学作用、命名与分类、糖肽连键的类型第8章脂质与生物膜了解：脂类种类、基本结构、性质与功能;生物膜的组成掌握:脂肪酸的种类、天然脂肪酸的结构特点、甘油磷脂的结构、胆固醇、脂蛋白；生物膜的流动镶嵌模型；生物膜物质运输的基本类型、运输方式的特点第９章酶引论了解:酶催化作用的特点、酶的命名和分类、酶分子工程掌握：酶的化学本质、酶的专一性、酶的活力测定, 核酶第10章酶动力学了解:化学动力学基础掌握：影响酶促反应速度的因素及其特征第１1章酶作用机制和酶活性调节了解：影响酶促化效率的有关因素、同工酶的概念掌握：酶的活性部位、酶催化反应机制第12章维生素与辅酶了解：维生素的分类、维生素参与XX的XX种辅因子、作为辅酶的金属离子掌握:常见XX种辅因子的作用机制第13章核酸通论了解：核酸的种类、分布和功能掌握:核酸的生物学功能第14章核酸的结构了解：核苷酸的结构掌握：核酸的共价结构、高级结构基本特点第1５章核酸的物理化学性质和研究方法了解：核酸的水解,核酸的凝胶电泳与蛋白质电泳的区别、核酸的核苷酸序列测定和化学合成，核酸微阵技术掌握：核酸的酸碱性质、核酸的紫外吸收、核酸的变性、复性和杂交；核酸的分离、提纯和定量测定的基本方法第16章激素不要求第17章新陈代谢总论了解:新陈代谢的基本轮廓。
chapter12 核酸通论
核酸研究史3
核酸化学研究史（ 核酸化学研究史（3）
1950年 Chargaff,E和Hotchkiss,R.D.采 1950年 Chargaff,E和Hotchkiss,R.D.采 用纸层析法仔细分析了DNA的组成成分, DNA的组成成分 用纸层析法仔细分析了DNA的组成成分, 得知[A]=[T], 得知[A]=[T], [G]=[C], [A+G]=[C+T] 1953年 Crick根据DNA的 根据DNA 1953年 Watson, Crick根据DNA的X射线图 谱的研究结果, 提出了DNA DNA的双螺旋模型 谱的研究结果, 提出了DNA的双螺旋模型 helix)。 (Double helix)。几星期后提出了半保 留式复制模型。 留式复制模型。 1957年 Stahl用密度梯度超 1957年 Meselsnhe & Stahl用密度梯度超 离心法, 证实半保留复制假说。 离心法, 证实半保留复史（ 核酸化学研究史（5）
• rRNA 早在本世纪30 30年代后期就发现细胞质和细胞核中都 1. 早在本世纪30年代后期就发现细胞质和细胞核中都 有核酸存在，但用1924 1924年福尔根发明的染色法去染 有核酸存在，但用1924年福尔根发明的染色法去染 只能使细胞核中的核酸染色。 色，只能使细胞核中的核酸染色。但两种核酸在 260nm的吸收非常相似 的吸收非常相似。 260nm的吸收非常相似。 1941年 细胞学家J.Brachet T.Caspersor注意到 J.Brachet和 2. 1941年，细胞学家J.Brachet和T.Caspersor注意到 细胞质中的核酸与蛋白质的合成有密切的关系。 细胞质中的核酸与蛋白质的合成有密切的关系。 50年代 年代， 3. 50年代，有人用电子显微镜和物理化学手段发现大 肠杆菌细胞质的RNA RNA常常存在于蛋白质合成相关的颗 肠杆菌细胞质的RNA常常存在于蛋白质合成相关的颗 粒中（Ф20nm,用 粒中（Ф20nm,用35S进行脉冲式标记的实验证明该颗 粒是蛋白质合成的所在地），简称核糖体。 ），简称核糖体 粒是蛋白质合成的所在地），简称核糖体。 核糖体得到分离后，发现里面含RNA 即称rRNA RNA， rRNA。 4. 核糖体得到分离后，发现里面含RNA，即称rRNA。 Watson等发现rRNA的G≠C，A≠U， 等发现rRNA Watson等发现rRNA的G≠C，A≠U，断定是一单链分 子。
第十二三章 核酸通论与结构
第十二章核酸通论7-1 核酸通论：上册P470蛋白质的合成取决于核酸，生物功能由蛋白质来实现。
核酸保证了生命精确复制自己，生命信息是通过核酸来储存、传递和表达的。
（一）核酸的发现和研究简史：（1）核酸的发现1868年从外科绷带上脓细胞发现含DNA的脱氧核糖核蛋白。
（2）DNA双螺旋结构模型的建立1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型，为分子生物学发展奠定了基础，为20世纪自然科学中最伟大的成就之一。
（3）生物技术的兴起1.DNA重组技术：将外源DNA片断插入质粒DNA或病毒DNA分子内，获体外重组体，并克隆。
2.基因工程：将DNA重组技术用于改变生物机体的性状特征，改造基因以至改造物种统称为基因工程。
3.核酶（ribozyme）：RNA在自我拼接切除过程中具催化功能。
4.反义RNA：是与mRNA互补的RNA分子与mRNA结合后，可阻断mRNA的翻译，是在翻译水平调控基因表达的一种方式。
5.同源异形体蛋白质：一个基因转录产物通过选择性拼接可形成多种同源异形体蛋白质，不是一个基因一条多肽链。
6.基因芯片：将大量与人类疾病等相关的基因高密度排在只有指甲盖大小的玻璃片或纤维膜上。
用血液或其他体液滴在芯片上，进行检测和诊断。
可进行疾病诊断、药物筛选、基因功能研究、生物制剂检测、检疫、司法鉴定等。
7.克隆：将编有密码的目标蛋白质基因导入宿主细胞进行转录和翻译，制造蛋白或产生新个体。
转基因后再克隆，已导致一个新的生物技术产业群的兴起。
克隆羊等克隆动物的诞生：将体细胞在细胞分化过程中被关闭的基因启动，向干细胞过渡，通过电脉冲等方法融合到去核的卵细胞中，再在动物子宫中发育成个体。
（4）人类基因组计划（HGP）1990年正式开始，2000年6月完成“工作框架图”，人类有32亿（3.2×109）个碱基对，3万多个结构基因。
生命科学进入后基因组时代：研究从揭示基因组DNA序列转移到在整体水平上对基因组功能的研究，产生功能基因组学新学科。
核酸通论医学知识专家讲座
核酸通论医学知识专家讲座
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一、核酸研究简史
• 功效基因组学(functional genomics): 在整 体水平上对基因组功效研究
• 蛋白质组学(proteomics): 在整体水平上研究 细胞内蛋白质组分及其活动规律新学科
• 结构基因组学(structural genomics): 系统 测定基因组所代表全部大分子结构，当前它仅 关注于蛋白质结构
核酸通论医学知识专家讲座
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有荚膜、菌落光滑 Ⅲ型肺炎球菌, 有毒
无荚膜、菌落粗糙 Ⅱ型细菌, 无毒
提取DNA
Dnase处理
无荚膜、菌落粗糙 Ⅱ型细菌, 无毒
少数III型菌, 多数II型菌
II型细菌
蛋白质及多糖物质没有这种转化能力 , 有力地证实DNA
是转化物质
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二、RNA生物学功效
• ① 参加蛋白质生物合成 （最主要） • ② 作用于RNA转录后加工与修饰； • ③ 基因表示与细胞功效调整； • ④ 生物催化与其它细胞持家功效； • ⑤ 遗传信息加工与进化。
• （3）信使RNA(messenger RNA， mRNA): 蛋白质翻译模板，约占总 RNA3-5%
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二、RNA
• （4）小分子RNA （small RNA， sRNA）: • 80年代以来发觉新含有特殊功效RNA • 核内小RNA(small nuclear RNA，snRNA) • 核仁小RNA(small nucleoar RNA，snoRNA) • 胞质小RNA(small cytoplasmic RNA，SCRNA) • 反义RNA(antisense RNA) • 核酶(ribozyme) • 功效: 1.调控基因表示；2.参加生物分子组成；
核酸通论医学宣教
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随后核酸的化学研究却偏离了最初的正确方 向。
（列文）Levene的“四核苷酸假说” 严重阻 碍核酸研究达30年之久。
碱基成分的精确测定推翻了“四核苷酸假 说”，并证明了核酸的高度特异性。
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12.1.3 DNA双螺旋结构模型的建立
物学研究的重要对象和领域。
生物大分子有四类： 核酸、 蛋白质、 多糖 脂质复合物。
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核酸：
脱氧核糖核酸（deoxynucleic acid，DNA） 核糖核酸（ ribonucleic acid，RNA）
“蛋白质Protein”一词是从希腊文“proteios” 衍生而来，意思是首要的物质。
“核酸”这个词的出现要晚半个世纪，但对 它的研究却改变了整个生命科学的面貌。
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12.1.1.核酸的发现
1868年瑞士青年科学家F.Miescher由脓细胞分 离得到细胞核，并从中提取出一种含磷量很 高的酸性化合物，称为核素（ nuclein ）。
胸腺的细胞核特别大，酵母的细胞质很丰富，这是两 种提取核酸的极好来源。
原核生物染色体DNA、质粒DNA、真核生物 细胞器DNA都是环状双链DNA 。
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关于核酸大家都知道 什么？
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内容提要
核酸的发现和研究简史 核酸的种类和分布 核酸的生物功能
12.1 核酸的发现和研究简史 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
核酸（nucleic acid） 是重要的生物大分子，是生物化学与分子生
1951年22岁的年轻博士Watson在剑桥遇到正 在M.Perutz小组做研究生的Crick，两人便合 作探求DNA的分子结构。
12 核酸通论11-9
Ⅲ S型细胞 （有毒）
破碎细胞
DNA酶降解 后的DNA
+
DNA
Ⅱ R型细胞
（无毒）
Ⅱ R型细胞接受 Ⅲ S型的DNA
+
只有Ⅱ R型
少数Ⅱ R型细 胞被转化产生 Ⅲ S型荚膜
大多数仍为 Ⅱ R型
(二)RNA参与蛋白质的生物合成
实验表明，由3类RNA共同控制着蛋白质的生物合成。核 糖体是蛋白质合成的场所。 rRNA约占细胞总RNA的80%，它是装配者并起催化作用。 tRNA占细胞总RNA的15%，它是转换器，携带氨基酸并起解 译作用。 mRNA占细胞总RNA的3%-5%，它是信使，携带DNA的遗传信 息并起蛋白质合成的模板作用。
一类是上述三类细胞质RNA的前体，如不均一核 RNA(hnRNA)是mRNA的前体。
另一类是小核RNA(snRNA)，它们平均分子质量较 小，与mRNA前体及rRNA前体的加工有关。
三、核酸的生物功能
(一)DNA是主要的遗传物质 (二)RNA参与蛋白质的生物合成 (三)RNA功能的多样性
(一)DNA是主要的遗传物质
DNA主要存在于细胞核的染色质中，线粒体、叶绿体中 也有少量DNA；RNA主要存在于细胞质中。
脱氧核糖核酸（DNA）
核酸 （nucleic acid）
转移RNA（tRNA）
核糖核酸（RNA） 核糖体RNA(rRNA)
信使RNA（mRNA）
另外，真核生物的细胞核中尚有少量不同于上 述三类细胞质RNA的细胞核RNA(nRNA)。 nRNA分为两类：
证据：肺炎双球菌的转化实验
1928年，格里菲思用两种不同类型的肺炎双球菌去感染小鼠。
多糖荚膜
• 光滑（Smooth） • 有多糖荚膜 • 有毒性
核总结酸
核酸的种类、分布、功能 脱氧核糖核酸（DNA）：是主要的遗传物质。 Ⅰ种类 tRNA (15%) mRNA (3-5%) 核糖核酸（RNA） rRNA (80%)
其它RNA：如反义RNA等
所有生物细胞都含有DNA和RNA这两类核酸，而病毒只 含DNA或RNA。
真核生物染色体DNA是线型双链DNA。原核生物的染色 体DNA、质粒DNA和真核生物的细胞器DNA都是环状双 链DNA。
（RNA干扰）
生物体通过DNA复制将遗传信息由亲代传递给子代。通过 RNA转录和蛋白质翻译使遗传信息在子代中得以表达。 基因是指具有遗传效应的DNA片段或RNA，它能编码蛋白 质或功能RNA。某些病毒的基因组是RNA。
Ⅱ核酸结构
基本内容 核酸分子的组成 －－核酸的四级结构
核酸分子组成
核
酸
碱基结构、稀有 碱基、核苷三磷 酸、环化核苷酸
⑥该模型中的DNA结构称为B型构象，表示DNA钠盐在较高湿 度下制得的纤维的结构，可能比较接近大部分DNA在细胞中的 构象；DNA能以多种构象存在，如A、C、D、E、Z（比较特 殊）。其中A和B型是DNA的两种基本构象；这些构象在一定 条件下可以互变，但不涉及共价键的断裂；
超螺旋 ——当DNA分子在溶液中以一定的构象存在时，双 螺旋处于能量最低的状态，此为松弛态；如果这种正常的 DNA分子额外地多转几圈或少转几圈，就会使双螺旋中存在 张力。当DNA分子的两端是固定的，或是环状分子，则这种 额外的张力就不能释放掉，DNA分子就会发生扭曲，用以抵 消张力。这种扭曲称为超螺旋，即双螺旋的螺旋。如B型构 象的两条链均为右手螺旋，则其负超螺旋为左手螺旋。
细胞RNA通常都是线型单链，但病毒RNA则有线型与布 真核生物
质粒 染色体（质） 细胞器：如线粒体、叶绿体等
生物化学课件12 核酸通论
一、核酸的发现和研究简史 二、核酸的种类和分布 三、核酸的生物功能
2006-3-10
上海大学生命科学学院
一、核酸的 发现和研究 简史200Biblioteka -3-10上海大学生命科学学院
1868 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 ）； 此后几十年内，弄清了 核酸的组成及在细胞中 的分布。
2006-3-10
上海大学生命科学学院
三、核酸的生物学功能
（一）DNA是主要的遗传物质
（二）RNA生物学功能
1.参与蛋白质的合成 rRNA(75-80%)；tRNA(10-15%)；mRNA(2-5%) 2.遗传物质 3.具有生物催化剂功能 4.基因表达与细胞功能的调节
2006-3-10
上海大学生命科学学院
1944 Avery 等成功进行 肺炎球菌转化试验； 1952 年 Hershey 等 的 实 验表明 32P-DNA 可进入噬 菌 体 内 ， 证 明 DNA 是 遗 传物质。
1953 Watson和Crick建立了DNA结构的双螺旋 模型，说明了基因的结构、信息和功能三者 间的关系，推动了分子生物学的迅猛发展。
1958 Crick提出遗传信息传 递的中心法则
2006-3-10
上海大学生命科学学院
60年代 RNA 研究取得大发展（操纵子学说，遗传密码，逆转 录酶） 70年代 建立DNA重组技术，改变了分子生物学的面貌，并导 致生物技术的兴起。 80 年代 RNA 研究出现第二次高潮： ribozyme 、反义 RNA 、 “RNA世界”假说等等。 90年代以后 实施人类基因组计划（HGP ）, 开辟了生命科 学新纪元。生命科学进入后基因时代： 功能基因组学（functional genomics） 蛋白质组学（proteomics） 结构基因组学（structural genomics） RNA组学（RNomics）或核糖核酸组学（ribonomics）
生物化学第十二章 核酸的生物合成
第二节 RNA的生物合成
转录 复制 RNA的生物合成包括转录和RNA的复制
细胞内的各类RNA，包括mRNA、rRNA 和tRNA，都是以DNA为模板，在RNA聚合 酶的催化下合成的。
此外，除逆转录病毒，其它的RNA病毒 均以RNA为模板进行复制。
一、转录
转录（transcription）：以一段DNA的遗 传信息为模板，在RNA聚合酶作用下，合 成出对应的RNA的过程，或在DNA指导下 合成RNA。
半保留复制（semiconservative replication）
在复制过程中，首先亲代双链解开，然后每条链 作为模板，在其上合成互补的子代链，结果新形成 的两个子代DNA与亲代DNA分子的碱基顺序完全 一样，而且每个子代DNA分子中有一条链完全来 自亲代DNA，另一条是新合成的。
1958年，
2. 切除修复
切开 切除 修复 连接
3. 重组修复
切除修复发生在 DNA复制之前，而 当DNA发动复制时 尚未修复的损伤部 位，可以先复制， 再重组修复。
4. SOS 修复
避免差错的修复（error free repair）：光复合、 切除修复及重组修复对DNA损伤的修复都不导致 DNA突变。
Meselson和Stahl 用15N标记E.coli. DNA，用密度梯 度离心试验证明 了DNA的复制是 半保留复制。
半保留复制具有重要的生物学意义，DNA分子
以半保留方式进行复制，亲代DNA分子中的一条 链保留在子代DNA分子中，可使遗传信息准确的 传递给子代细胞，保持其相对稳定性而不致发生
二、逆转录作用
逆转录（reverse transcription）：以RNA为模板 合成DNA的过程，与通常转录过程中遗传信息流从 DNA到RNA的方向相反。
第十二章 核酸通论
2.1.1 特 点
• 翻译过程十分复杂 -- 参与因素多 -- 合成步骤繁
2.1.2 mRNA （见P519） ）
• (messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中 RNA)是蛋白质生物合成过程中 直接指令氨基酸掺入的模板， 直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息 的载体。 的载体。 DNA
3.起始密码子：AUG表示甲硫氨酸， 3.起始密码子：AUG表示甲硫氨酸，又是起始 起始密码子 表示甲硫氨酸 密码 真核生物有两种，tRNAimet,tRNAemet 真核生物有两种， 原核为甲酰化的甲硫氨酸，用tRNAfmet表 原核为甲酰化的甲硫氨酸， 示, tRNAfmet的甲酰基由一碳单位提供
• 单个核糖体上存在四个活性部位,在蛋白质合成中 单个核糖体上存在四个活性部位, 各有专一的识别作用。 各有专一的识别作用。 1.A部位:氨基酸部位或受位:主要在大亚基上,是 1.A部位:氨基酸部位或受位:主要在大亚基上, 部位 接受氨酰基-tRNA的部位 的部位。 接受氨酰基-tRNA的部位。 2.P部位 肽基部位或供位:主要在小亚基上, 部位: 2.P部位:肽基部位或供位:主要在小亚基上,是释 tRNA的部位 的部位。 放tRNA的部位。 3.肽基转移酶部位 肽合成酶),简称T因子: 肽基转移酶部位( ),简称 3.肽基转移酶部位(肽合成酶),简称T因子:位于大 亚基上,催化氨基酸间形成肽键,使肽链延长。 亚基上,催化氨基酸间形成肽键,使肽链延长。 4.GTP酶部位 即转位酶,简称G因子, GTP具有活 酶部位: 4.GTP酶部位:即转位酶,简称G因子,对GTP具有活 催化肽键从供体部位→受体部位。 性,催化肽键从供体部位→受体部位。
原核细胞70S核糖体的 原核细胞70S核糖体的 70S 位及mRNA mRNA结合部位示意图 A位、P位及mRNA结合部位示意图
第十二章核酸的生物合成
二、原核细胞RNA转录合成特点
不对称转录 “转录单位”（transcription unit）
以操纵子（operon）为转录的功能单位,结构上包括四 个功能区：多顺反子（结构基因区）、启动子、操作子、 终止子和调节基因。
原核RNA聚合酶 转录过程
调节基因
-半乳糖苷酶
-半乳糖苷透过酶
重组修复（recombination repair）
又称复制后修复 （postreplication repair）
受损伤的DNA在进行复制时， 跳过损伤部位，在子代DNA链 与损伤相对应部位出现缺口。 通过分子间重组，从完整的母 链上将相应的碱基顺序片段移 至子链的缺口处，然后再用合 成的多核苷酸来补上母链的空 缺，此过程即重复修复。并非 完全校正。
• 模板DNA的变性 一般选用95℃左右1min，使DNA 双链
解为单链 • 复性 按引物实际情况确定适当温度，时间一般30s至1.5min • 延伸 一般72℃ 1min • 循环数 按初始模板浓度确定，一般25－45之间
PCR的引物设计
PCR扩增产物的特异性主要由引物决定，引物 的设计是PCR成功的关键，
光复活 切除修复 重组修复 SOS修复
GATC CTAG
GATC G CTAG A
GATC
GATCA G CTCG C
GATC G CTAG C
CH3
1.错配修复机制
光复活（photoreactivation）
可见光（最有效波长 400nm）激活生物 界广泛分布（高等哺 乳动物除外）的光复 活酶，该酶分解嘧啶 二聚体。
区域。（2）富含G-C的区域之后是一连串的dA碱基序列， 它们转录的RNA链的末端为一连串U（连续6个）。
十二核酸的生物合成
环状 DNA复制时 所形成的Q结构
两种复制模式 （a）单向复制模式 （b）大肠杆菌染色体DNA双向复制模式
2020/11/13
单向复制
i
双向复制
观察到的放射 自显影图象
2020/11/13
18%
质粒ColE1的单向复制示意图
单向复制
2020/11/13
最早研究DNA复制起点和方向的是J.Cairns（1963年）。
修复（errooune repair）
polⅠ不是DNA复制酶，理由： A、该酶合成DNA速度太慢，只是细胞 内DNA复制速度的1%； B、持续合成能力较低，而细胞内DNA 复制不会频繁中止； C、许多基因突变都会影响DNA复制， 但都与polⅠ无关。
2020/11/13
3、双链DNA复制的分子机制
（4）母本DNA双链的分离 解螺旋酶（helicase）
使DNA双螺旋的两条链分开。 条件：ATP提供能量，有单链DNA存在。
后随链：解旋酶结合于它的模板上，移动方 向是5′ 3′ 前导链：另一种解旋酶叫rep蛋白，移动方 向是3′ 5′。
2020/11/13
单链结合蛋白（single-strand binding
DNA
DNA
聚合酶Ⅰ 聚合酶Ⅱ 聚合酶III
分子量
109，000 120，000 400，000
每个细胞的分子统计数
400
100
10-20
5´-3 ´聚合酶作用
+ห้องสมุดไป่ตู้
+
+
3´-5 ´核酸外切酶作用
+
+
+
5´-3 ´核酸外切酶作用
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信息学派以物理学家M.Delbruck与微生物学 家S.Luria领导的“噬菌体小组”为代表。 1952 年噬 菌 体 小 组 的 两 个 成 员 A.Hershey 和 M.Chase用 32P标志噬菌体的DNA， 35S标志蛋 白 质 ， 然 后 感 染 大 肠 杆 菌 。 结 果 只 有 32P DNA进入细菌细胞内， 35S -蛋白质仍留在细 胞外，有力的证明了DNA是噬菌体的遗传物 质。 1951年22岁的年轻博士Watson在剑桥遇到正 在M.Perutz小组做研究生的Crick，两人便合 作探求DNA的分子结构。
核酸：
脱氧核糖核酸（deoxynucleic acid，DNA） 核糖核酸（ ribonucleic acid，RNA） “蛋白质Protein”一词是从希腊文“proteios” 衍生而来，意思是首要的物质。 “核酸”这个词的出现要晚半个世纪，但对 它的研究却改变了整个生命科学的面貌。
第12章 核酸通论
关于核酸大家都知道 什么？
内容提要 核酸的发现和研究简史 核酸的种类和分布 核酸的生物功能
12.1 核酸的发现和研究简史
核酸（nucleic acid） 是重要的生物大分子，是生物化学与分子生 物学研究的重要对象和领域。
生物大分子有四类： 核酸、 蛋白质、 多糖 脂质复合物。
12.3.2 RNA参与蛋白质的生物合成
1958年Crick提出“转换器”假说。1959年分 离出核糖体RNA。1961年F.Jacob和J.Monod 提出信使RNA功能的假设。 过去以为蛋白质肽键的合成是由核糖体的蛋 白质所催化，称为转肽酶。1992年H.F.Noller 等证明28S rRNA 具有酶活性，能够催化肽键 形成。 rRNA约占细胞总RNA的80%，是装配者； tRNA约占细胞总RNA的15%，是转换器； mRNA约占细胞总RNA的3%—5%，是信使。
随后核酸的化学研究却偏离了最初的正确方 向。 （列文）Levene的“四核苷酸假说” 严重阻 碍核酸研究达30年之久。 碱基成分的精确测定推翻了“四核苷酸假 说”，并证明了核酸的高度特异性。
12.1.3 DNA双螺旋结构模型的建立
二十世纪上半叶，数理科学进一步渗入生物 学。 数理学科的渗入不仅带来了新的理论和思想 方法，而且引入了许多新的技术和实验方法。 分子生物学分成了三个学派： 结构学派、信息学派和生化遗传学派。 结 构 学 派 以 英 国 物 理 学 家 W.T.Astbury 、 J.D.Bernal和他们的学生为代表，他们的兴趣 在于用X射线结晶学技术研究生物大分子的三 维结构，并认为这是解决生物学问题的根本 途径。
12.1.5人类基因组计划开辟了生命科学新纪元 1986年 H.Dulbecco 在《Science》上提出“人 类基因组计划”(简称HGP)；1990年美国 出 资30亿美元，用15年（1991-2005年）。 中国1999年加入，承担1%的测序任务。 后基因组时代(post-genome era) 功能基因组学(functional genomeics) 蛋白质组 (proteomics) “蛋白质组”这一概念 是于1994年澳大利亚的学者M.Wilkins和 K.Williams首先提出来的，是指细胞内基因组 所表达的所有蛋白质。 结构基因组学(structural genomeics) 任务是 系统测定基因组所代表全部大分子的结构。
特殊功能的RNA
20世纪80年代以来，陆续发现，涉及到细胞功能的各个 方面，通称为小RNA(sRNA): 核内小RNA,小分子核RNA(snRNA,small nuclear RNA):
与相关蛋白质组成小核糖核蛋白体（smRNP）, 主要在加工RNA前体、切除多余的片段时发挥 重要作用。 核仁小RNA(smoRNA,small nucleoar RNA): 与特定蛋白组成snoRNP,主要参与rRNA的前体 加工。 胞质小RNA(scRNA,small cytoplasmic RNA): 主要存在于胞浆中，对蛋白质定位合成于粗面 内质网上有重要作用。
罗莎琳徳 富兰克林
1961年F.Jacob和J.Monod提出操纵子学说并 假设了mRNA功能。 1970年H.M.Temin等和D.Baltimore等从致瘤 病毒中发现了逆转录酶。
第一张DNA的照片（扫描隧道电镜）
12.1.4 生物技术的兴起
20世纪70年代前期诞生了DNA重组技术。 将DNA重组技术用于改变生物机体的性状特 征、改造基因、以至改造物种统称为基因工 程或遗传工程。 反义RNA的发现，表明RNA具有调节功能； 又发现一个基因转录产物通过选择性拼接可 以形成多种同源异形体（isoform）.使“一个 基因一条多肽链”的传统观念也受到冲击。 发现mRNA的序列可以发生改变，称为编辑 （editing）.
第12章完
12.1.1.核酸的发现
1868年瑞士青年科学家F.Miescher由脓细胞分 离得到细胞核，并从中提取出一种含磷量很 高的酸性化合物，称为核素（ nuclein ）。
胸腺的细胞核特别大，酵母的细胞质很丰富，这是两 种提取核酸的极好来源。
12.1.2.核酸的早期研究 Miescher的发现曾给生物学带来巨大希望。 Hoppe-Seyler认为，核素“可能在细胞发育中 发挥着极为重要的作用”。 1885年细胞学家O.Hertwig提出核素可能负责 受精和传递遗传性状。 1895年遗传学家E.B.Wilson推测，染色质与核 素是同一种物质。
生化遗传学派 用生物化学法从事遗传学研究。 提出“一个基因一个酶“的假说
Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型的主 要依据是： ※已知核酸的化学结构知识； ※ E.Chargaff发现的DNA碱基组成规律； ※ M.Wilkins和R.Franklin得到的DNA X射 线衍射结果。 1958年Crick总结了当时分子生物学的成果， 提出了“中心法则”。 DNA → RNA →Protein
12.3核酸的生物功能
12.3.1 DNA是主要的遗传物质 细胞学的证据： A.DNA分布在细胞核中，是染色体的主要成 分，而染色体已知是基因的载体。 B.细胞内DNA含量十分稳定，而且与染色体 数目平行。 C.一些可以作用于DNA的物理化学因素均可 引起遗传性状的改变。
直接证据： ★ 1944年O.Avery等首次证明DNA是细菌遗 传性状的转化因子。 肺炎球菌转化作用图解 ★ 1952年，A.D.Hershey和 M.Chase用 35S和 32P标记的噬菌体T 感染大肠杆菌，结果发现 2 只有 35S标记的DNA进入大肠杆菌细胞内，而 32P标记的蛋白质仍留在细胞外。
12.2核酸的种类和分布
12.2.1脱氧核糖核酸（DNA） 真核生物DNA：核内 原核生物DNA：核区 细胞器：线粒体、叶绿体 病毒（表12-1）
原核生物染色体DNA、质粒DNA、真核生物 细胞器DNA都是环状双链DNA 。
12.2.1核糖核酸（RNA）
原核生物或是真核生物都有： 转移RNA（transfer RNA，tRNA）， 核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）， 信使RNA（messenger RNA ，mRNA ）。 原核生物和真核生物tRNA的大小和结构基本 相同， rRNA和mRNA 却有明显差异。 原核生物核糖体小亚基含16S rRNA ， 大亚基含5S 和23S rRNA ； 高等真核生物核糖体小亚基含18S rRNA， 大亚基含5S 、5.8S 和 28S rRNA 。