第3章核酸化学
1分子生物学第三章-DNA结构
•
DNA的一级结构涉及脱氧核糖核苷酸的种类、数量、排列位 置和键连接关系
Байду номын сангаас
• DNA分子在一级结构层次上是由许多脱氧核苷酸分子连接而 成的多聚脱氧核苷酸长链分子，通常将链短者称为脱氧寡核 苷酸（deoxyoligonucleotide） • 在DNA分子中，脱氧核苷酸之间是通过磷酸二酯键连接起来 的。
• DNA中两条核苷酸链是以碱基间的氢键相连的 • 在通常状况下，G只与C特异性的以氢键相接，而A则只与 T相作用。这种反应称之为碱基互补反应 碱基互补反应，而配对的碱基则 碱基互补反应 被称之为互补 互补（A与T，G与C） 互补 • 在这种模型中，两条核苷酸链是反向的（反平行 反平行），沿着 反平行 螺旋旋转方向，一条是5’-3’方向，而另一条是3’-5’方向。 • 糖基-磷酸脂基构成的主链暴露在外表面，并带有磷酸脂基 的负电荷。当DNA处于体外溶液时，电荷被一些能与之结 合的金属离子，一般是Na+，所中和；而在活体内，则是由 带正电荷的蛋白质提供中和电荷。这些蛋白质在决定DNA 的内型上起着很重要的作用。碱基处于双螺旋结构的内部， 平面结构，垂直于螺旋轴成对排列。
如：5’dACGTCCTATTCGGT……3’
A P 3' P 5'
C 3' P 5'
G 3' P 5'
T P 5'
The double helix maintains a constant width because purines嘌呤always face pyrimidines嘧啶 in the complementary A-T and G-C base pairs. The sequence in the figure is T-A, C-G, AT, G-C.
生化名词解释
第一章核酸化学一、名词解释1、核苷：是由一个碱基和戊糖通过糖苷键连接的化合物。
2、核苷酸：是核苷与磷酸通过磷酸酯键结合形成的化合物，核酸的基本结构单位。
3、磷酸二酯键：是两个核苷酸分子核苷酸残基的两个羟基分别与同一磷酸基团形成的共价连接键。
4、核酸：由核苷酸或脱氧核苷酸通过3＇-5＇磷酸二酯键连接而成的大分子。
具有非常重要的生物功能，主要储存遗传物质和传递遗传信息。
5、核酸的一级核苷酸结构：是指DNA分子中各种脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序。
6、DNA二级结构：是指构成DNA的多聚脱氧核苷酸链之间通过链间氢键卷曲而成的构象。
7、碱基互补规律：在DNA分子结构中，由于碱基之间的氢键具有固定的数目和DNA两条链之间的距离保持不变，使得碱基配对必须遵循一定的规律，这就是A（腺嘌呤）一定与T （胸腺嘧啶）配对，G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对，反之亦然。
碱基间的这种一一对应的关系叫做碱基互补配对原则。
8、环化核苷酸：是指单核苷酸中的磷酸基分别与戊糖的3＇-OH及5＇-OH形成的酯键，这种磷酸内酯的结构成为环化核苷酸。
9、Tm值：是指DNA热变形时，增色效应达到50%是的温度。
10、增色效应：DNA从双螺旋的双链结构变为单链的无规则的卷曲状态时，在260nm处的紫外光吸收值增加。
11、减色效应：是变形的核酸复性时，其在260nm处的紫外光吸收值降低甚至恢复到未变形时的水平。
12、分子杂交：是使单链DNA或RNA分子与具有互补碱基的另一DNA或RNA 片断结合成双链的技术。
第二章蛋白质化学一、名词解释1、构象：是指具有相同结构式和相同构型的分子在空间里可能的多种形态。
2、构型：是指具有相同分子式的立体结构体中取代基团在空间的相同取向。
3、肽平面：是指多肽链或蛋白质分子中，组成肽键的C、O、N、H4个原子与两个相邻的α—碳原子共处一个平面。
4、α—螺旋：蛋白质中常见的一种二级结构，肽链主链绕假想的中心轴盘绕成螺旋状，一般都是右手螺旋结构，螺旋是靠链内氢键维持的。
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。
生物化学考题-问答
第二章蛋白质化学1.碱性氨基酸有哪几个? 酸性氨基酸有哪几个?含硫氨基酸有哪几个?1．①赖氨酸，精氨酸，组氨酸②谷氨酸，天冬氨酸③半胱氨酸，甲硫氨酸2.为什么说蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体？2．蛋白质表面的水化膜，蛋白质是两性电解质，在偏离蛋白质的PI的溶液中带同种电荷，互相排斥。
3.试述蛋白质的沉淀机制？用于蛋白质沉淀的试剂有哪些？3．机制：破坏水化膜和同种电荷试剂：中性盐，有机溶剂，生物碱试剂，重金属盐4.简述蛋白质一级结构的意义？4．①氨基酸序列是蛋白质生物活性的分子基础②一级结构是空间结构所需的全部信息③众多遗传疾病的的物质基础是相关蛋白质的氨基酸序列产生变异④氨基酸序列越相似，物种间关系越近5.什么是蛋白质的变性？变性的实质是什么？引起变性的因素有哪些？举例说明蛋白质变性在实践中的应用。
5．蛋白质在某些理化因素作用下，副键断裂，空间构象被破坏，引起蛋白质理化性质改变，生物学活性丧失实质：是空间结构的破坏，而一级结构未被破坏变性因素：加热，酸、碱有机溶剂等酒精消毒，检查尿蛋白6.为什么说蛋白质是生命活动的物质基础？6．①塑造和修复机体②参与体内重要的生物功能③供应能量第三章核酸化学1、简述核酸一级结构的特点。
1.①在核酸分子中，核苷酸之间通过3′,5′-磷酸二酯键连接而成；②核酸主链由磷酸与戊糖交替构成，碱基位于侧链；③5′位没有连接核苷酸的一端为5′-末端，另一端为3′-末端；④核酸链的方向从5′-端开始到3′-端结束。
2、简述DNA碱基组成的规律。
2.①DNA的碱基组成有物种差异，没有组织差异，即不同物种DNA的碱基组成不同，同一个体不同组织DNA的碱基组成相同；②一个物种DNA的碱基组成不随年龄、营养和环境改变而改变；③不同物种DNA的碱基组成均存在以下关系：A = T，G = C，A + G = T + C。
3、简述DNA双螺旋结构的特点。
3.①DNA是由2股链反向互补构成双螺旋结构，在该结构中，脱氧核糖与磷酸交替构成的亲水骨架位于螺旋外侧，碱基位于螺旋内侧；②碱基之间形成氢键而将两股链结合在一起，其中A配T总是2个氢键，G配C 总是3个氢键；③双螺旋直径为2nm，每1螺旋含10个碱基对，螺距为3.4nm，相邻碱基对之间的距离为0.34nm；④双螺旋表面有深宽的大沟和浅窄的小沟；⑤双螺旋结构的稳定因素是氢键和碱基堆积力。
第三章 核酸——生物化学(ssy)
螺旋直径为2nm，相邻碱基
平面距离0.34nm，螺旋一圈
螺距3.4nm，一圈10对碱基。
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内
側，与对侧碱基形成氢键配 对 （ 互 补 配 对 形 式 ： A=T; GC） 。
碱基互补配对 A T G C
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。 离子键屏蔽磷酸基团之间 的静电斥力
5′端
C
A
G
3′端
书写方法
A
G
T
G
C
T
线条式
5 P
P
P
P
P
P
OH 3
字母式
5 pApCpTpGpCpT-OH 3
5 A C T G C T 3
2、 DNA二级结构-双螺旋结构
碱基组成分析 Chargaff 规则：[A] = [T] [G] [C] 碱基的理化数据分析 A-T、G-C以氢键配对较合理
第 三 章 核 酸 化 学
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俗
语
生物亲代与子代之间，在形态、结构和生理 功能上常常相似的现象，就是遗传现象。
牛的后代仍然是牛 早在公元前3世纪，《吕氏春 秋》中就记载着“夫种麦而得麦， 种稷而得稷，人不怪也”
金丝猴的后代 仍然是金丝猴
思考： 到底是什么物质在亲子代的遗传 中起作用呢？
2004年12月26日，圣诞节欢乐的气氛尚未结束， 此时，位处南亚的印尼发生了史上第四大强震， 芮氏规模9.0，引发波及东南亚8个国家的海啸。
b. 多磷酸核苷酸：
指含两个以上磷酸基的核苷酸,如ADP 、ATP 、 GDP、 GTP 、 UDP和UTP等.
ATP在细胞能量代谢上起着极其重要的作用。
第三章 核酸的生物有机化学 第五节 2013
在温和条件下，仅有极少量的第二醇羟基或碱基上
的氨基与单甲氧基三苯甲基氯作用。
用80%的乙酸或吡啶-乙酸处理，即可以除去这类保护 基。
② 酰基：酸酐或酰氯在吡啶存在下，可以使核糖的第 一和第二醇羟基酰化。若碱基上同时存在有游离氨基， 也可以发生酰化。常用的酰基主要有：甲酰基、乙酰基、 苯甲酰基和氯乙酰基等。这些酰基在碱性条件下可以方 便地被除去。
开发的比较特殊的酰基保护基：三氟乙酰基(CF3CO-)、苯 氧乙酰基 (PhOCH2CO-)、甲氧基乙酰基(CH3OCH2CO-)，γ酮酰基和烯酮酰基等。即保护基能在不同条件下被除去， 具有比乙酰基更容易除去特性。
可以用肼解方法除去
某些碳酸酯基也可以用于核糖羟基的保护。如氯甲
酸异丁酯(isobutyl chloroformate)可用于保护胸腺嘧啶
1. 保护基
核苷酸的保护问题比氨基酸更为复杂。特别是 核糖中有两个化学性质几乎等价的基团(2'-OH和3'OH)的选择性保护，是一个非常困难的问题。
核糖核酸合成的保护基问题：必须区分化学 性质类似的2位羟基和3位羟基。
需要保护的基团包括：碱基中游离的氨基，糖
的羟基(2'-OH, 3'-OH, 5'-OH), 以及核苷酸的磷酰基 （磷酰基中的游离羟基 ) 。
2,4,6-三甲基苯磺酰氯(mesity1enesu1fony1 chloride,
MS)、 2,4,6-三异丙基苯磺酰氯(triisopropyl benzene su1fonyl chloride, TPS)
应用磷酸三酯途径合成T-(3'→5')-T的反应过程如下：
核酸化学知识点总结
核酸化学知识点总结一、核酸的化学结构1. 核酸的基本结构核酸是由核苷酸组成的，核苷酸又由碱基、糖和磷酸组成。
碱基分为嘌呤和嘧啶两类，嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），嘧啶包括胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）或尿嘧啶（U）。
糖分为核糖和脱氧核糖，其中RNA中的糖为核糖，DNA中的糖为脱氧核糖。
核苷酸是由碱基和糖组成的核苷，再与磷酸结合形成核苷酸。
2. 核酸的二级结构核酸的二级结构是指单条核酸链上碱基序列所具有的空间结构。
DNA分子具有双螺旋结构，由两条互补的DNA链通过氢键相互缠绕形成。
RNA分子没有固定的二级结构，但在一些情况下也可以形成双链结构。
3. 核酸的三级结构核酸的三级结构是指单条核酸链在立体空间上所呈现的结构。
DNA分子呈现出右旋的螺旋结构，RNA分子则可以形成各种复杂的结构。
4. 核酸的四级结构核酸的四级结构是指多条核酸链相互作用所形成的更为复杂的结构。
在一些特定情况下，核酸分子可以形成四级结构，并参与到一些生物学过程中。
二、核酸的功能1. 遗传信息的储存与传递核酸是生物体内遗传信息的携带者，DNA分子储存着生物体的遗传信息，RNA分子则在转录和翻译过程中参与到遗传信息的传递和表达中。
2. 蛋白质合成核酸通过转录和翻译的过程，参与到蛋白质的合成过程中。
DNA分子在转录过程中产生mRNA，mRNA再通过翻译过程将基因信息翻译成蛋白质。
3. 调节基因表达在一些生物学过程中，核酸可以通过转录调控、剪接调控和甲基化调控等方式来参与到基因的表达调节中。
4. 氧化磷酸化核酸分子参与到细胞内氧化磷酸化过程中，通过释放出磷酸来提供细胞内化学能量，并维持细胞内正常生理活动。
三、核酸的合成1. DNA的合成（DNA合成）DNA的合成是DNA聚合酶在DNA模板的引导下，将合适的脱氧核苷酸三磷酸酶与新合成的核甙核苷酸通过磷酸二酯键连接，使DNA链不断延长的过程。
DNA合成是细胞分裂前的准备工作，也是基因工程和分子生物学研究中的重要技术手段。
核酸的理化性质
生物学功能：携带遗传信息
编码RNA
非编码RNA
组成性表达：tRNA、rRNA
调控性表达：短链非编码RNA、长链 非编码RNA、环状RNA
调控性非编码RNA有短链非编码RNA、长链非编码RNA、环状RNA等，它 们在基因表达过程中发挥着调控的作用。
碱基、核苷酸和核酸具有强烈的紫外吸收（@260nm），可用来鉴定和量化 DNA或RNA。
一条双链DNA可以解离成为两条互补的单链DNA，即变性。衡量双链DNA 稳定性可以用解链温度。
第四节
核酸的理化性质
一、核酸具有强烈的紫外吸收
碱基是含有杂环的分子。 共轭双键具有强烈的紫外
吸收。
核苷酸紫外吸收的应用
确定样品中DNA 或 RNA的含量
OD260 = 1.0 等同于 50μg/ml 双链DNA (dsDNA) 40μg/ml 单链DNA (ssDNA or RNA) 20μg/ml 寡核苷酸
核酸分子杂交
核酸分子杂交 (hybridization)：具有碱基序列互补的两条不 同ssDNA、或一条ssDNA与另一条ssRNA、或两条不同 ssRNA之间都可以形成双链现象。
ssDNA 和 ssRNA 满足碱基互补配对
核酸分子杂交
核酸分子杂交的应用
基因结构分析 PCR扩增技术 基因诊断 基因治疗 mRNA分离
确定样品中DNA 或 RNA的纯度
纯 DNA: OD260/OD280 = 1.8 纯 RNA: OD260/OD280 = 2.0
二、DNA变性是一条双链解离为两条单链的过程
变性过程 (denaturation)：在某些理化因素作用下, 一条双 链DNA (double strand DNA, 简称dsDNA) 中碱基对之间的 氢键会断裂, 解离成为两条单链DNA (single strand DNA, 简 称ssDNA)。
生物化学-核酸
核糖 + H +
Δ
糠醛 Δ
甲基间苯二酚 FeCl3
绿色产物
RNA和DNA定性、定量测定 脱氧核糖 + H+ ω-羟基-γ-酮 戊醛
二苯胺
蓝色产物
15
（二）嘌呤碱和嘧啶碱
6
嘌呤碱 (purine)：
NH2 N N
1N 2 N 3
5 N7
DNA和RNA均含 有腺嘌呤、鸟 嘌呤
8
4 N 9 H HN
2HN
哺乳动物的b-珠蛋白的基因长度
内含子（intron)：基因中不为多肽编码，不在mRNA中出现。 外显子（exons）：为多肽编码的基因片段。
43
２、二级结构：
DNA的二级结构是指DNA的双螺旋结构（double helix model），又称Watson-Crick结构。是Watson与 Crick于1953年提出的。
17
稀有碱基（修饰碱基）
NH2
5
NH2
3
O
5
C
4
CH3
3
C
4
CH2OH
3
C
4
5
N C O
2
C CH
6
N C O
2
C CH
6
HN C O
2
CH2 CH2
6
1
1
1
N H
N H
N H
5－甲基胞嘧啶
5－羟甲基胞嘧啶
二氢尿嘧啶
18
OH H N HO N H 烯醇式 酮式
O
H
H
H N O N H 酮式
H H
• 约占全部RNA的80%， • 是核糖核蛋白体的主要组成部分。 • rRNA 的功能与蛋白质生物合成相关。
核酸化学2011
基本碱基结构和命名
嘌呤
嘧啶
Adenine
(A)
Guanine
(G)
Cytosine
(C)
Uracil Thymine
(U) (T)
OD260的应用
1. DNA或RNA的定量 OD260=1.0相当于 50μg/ml双链DNA 40μg/ml单链DNA（或RNA） 20μg/ml寡核苷酸
2.判断核酸样品的纯度 DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8 RNA纯品: OD260/OD280 = 2.0
例：变性引起紫外吸收值的改变
DNA的紫外吸收光谱 增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。
热变性
解链曲线：如果在连续加热DNA的过程中以
温度对A260（absorbance，A，A260代表溶液在 260nm处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解 链曲线。
Tm：变性是在一个相当窄的温度范围内完成， 在这一范围内，紫外光吸收值达到最大值的 50%时的温度称为DNA的解链温度，又称融解 温 度 (melting temperature, Tm) 。 其 大 小 与 G+C含量成正比。
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）。
N
核苷：AR, GR, UR, CR
1
HO CH2 O N O
1´
脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR OH OH
核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名
核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键
连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。
二、DNA的变性(denaturation)
定义：在某些理化因素作用下，DNA双链解开 成两条单链的过程。
核酸化学二
碱基倾角
190
10
90
糖苷键构象 反式
大沟
很窄很深
小沟
很宽、浅
反式 C、T反式，G顺式
很宽较深
平坦
窄、深
较窄很深
DNA分子间 的三链结构
T-A-T
C-G-C
DNA三链间 的碱基配对
多聚嘌呤
多聚嘧啶
DNA分子内 的三链结构
DNA的三 级结构指双螺 旋DNA分子通 过扭曲和折叠 所形成的特定 构象，包括不 同二级结构单 元间的相互作 用、单链和二 级结构单元间 的相互作用以 及DNA的拓扑 特征。
平均一个突环含 有约40kpDNA
RNA-蛋白质核心
突环由双链DNA结 合碱性蛋白质组成
组蛋白与组蛋D白N与ADN的A的结结合合
核小体
DNA的念珠状结构
核小体盘绕及染色质示意图
DNA 真核生物染色体DNA （2nm） 组装不同层次的结构
核小体链（ 11nm，每个核小体200bp）
纤丝（ 30nm，每圈6个核小体）
核糖体RNA（ribosoal RNA，rRNA）：与蛋白 质结合构成核糖体（ribosome）,核糖体是蛋白质合成 的场所；
转移RNA（transfor RNA，tRNA）：在蛋白质 合成时起着携带活化氨基酸的作用。
tRNA 的结构
二级结构特征： 单链 三叶草叶形 四臂四环
三级结构 特征： 在二级结构基础上
进一步折叠扭曲形成倒 L型
tRNA的三叶草型二级结构
载运氨基酸
臂
四 环 四 臂
TψC环
叶子 D环
额外环 反密码子环
反密码子
tRNA的三级结构:
倒 “ L ” 形
重庆大学生物有机化学_第三章 核酸的生物有机化学 第二节 多聚核苷酸的合成
① 酰基：氨基经酰化后降低了它的亲核性能，是保 护氨基最常用的一种方法。
两步法 :在氨基酰化过程中，除了氨基被酰化外，核苷 酸中核糖上的游离羟基也同时被酰化。因此在酰化后， 还必须选择性地脱去糖上的酰基。 A: 整个核苷的酰化（碱基上的氨基，糖上的羟基） B: 糖的脱酰（糖上的羟基）
一步法: 在适当的反应条件下只有碱基上的氨基酰化
第一轮完成
DNA聚合酶链式反应-原理
第二轮完成 第三轮完成
DNA聚合酶链式反应-原理
引物设计基本原则
引物长度（length）: 20～30bp 引物中四种碱基的分布应该是随机的 两引物间不能有互补序列，尤其是3‘ 端 引物的碱基顺序不应与非扩增区域由同源性 引物的3’末端碱基一定要与模板DNA配对 解链温度(Tm)：两引物间相差不大于5℃ 引物内部不能有大于3bp的反向重复序列或自身
从大肠杆菌中还发现了另外两种DNA聚合酶， 分别称为DNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ。它们在功能上与Ⅰ略 有差别。
2. RNA的生物合成 RNA的基本功能是传递和表达DNA遗传信息。
所有RNA都是以DNA链为模板，在RNA聚合酶作用 下合成的，RNA 合成过程又称为转录 (transcription)。
从大肠杆菌分离得到的RNA聚合酶(RNA polymerase)，可以在一定的条件下，催化合成RNA链。
OO CH N(CH3)2
⑵ 糖羟基的保护：脱氧核糖上有两个羟基(3'-OH和5'OH)，而核糖则有三个羟基(2'-OH, 3'-OH和5'-OH), 在 多聚核苷酸合成过程中，必须选择性地引进或脱去保护 基。因此对核糖羟基保护基的选择性就显得特别重要。
区分：核糖上的羟基
生物化学核酸章节考点总结
第六章核酸核酸是遗传物质1868年瑞士Miesher.从脓细胞的细胞核中分离出可溶于碱而不溶于稀酸的酸性物质。
间接证据：同一种生物的不同种类的不同生长期的细胞，DNA含量基本恒定。
直接证据：T2噬菌体DNA感染E.coli用35S标记噬菌体蛋白质，感染E.coli，又用32P标记噬菌体核酸，感染E.coliDNA、RNA的分布（DNA在核内，RNA在核外）。
第一节核酸的化学组成核酸是一种线形多聚核苷酸，基本组成单位是核苷酸。
结构层次：核酸核苷酸组成核酸的戊糖有两种：：D-核糖和D-2-脱氧核糖，据此，可以将核酸分为两种：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）P330 表5-1 两类核酸的基本化学组成一、碱基1. 嘌呤碱：腺嘌呤鸟嘌呤2. 嘧啶碱：胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶P331 结构式3. 修饰碱基植物中有大量5-甲基胞嘧啶。
E.coli噬菌体中，5-羟甲基胞嘧啶代替C。
稀有碱基：100余种，多数是甲基化的产物。
DNA由A、G、C、T碱基构成。
RNA由A、G、C、U碱基构成。
二、核苷核苷由戊糖和碱基缩合而成，糖环上C1与嘧啶碱的N1或与嘌呤碱的N9连接。
核酸中的核苷均为β-型核苷P332 结构式腺嘌呤核苷胞嘧啶脱氧核苷DNA 的戊糖是：脱氧核糖RNA 的戊糖是：核糖三、核苷酸核苷中戊糖C3、C5羟基被磷酸酯化，生成核苷酸。
1、构成DNA、RNA的核苷酸P333表5-32、细胞内游离核苷酸及其衍生物①核苷5’-多磷酸化合物A TP、GTP、CTP、ppppA、ppppG在能量代谢和物质代谢及调控中起重要作用。
②环核苷酸cAMP（3’，5’-cAMP）cGMP（3’，5’-cGMP）它们作为质膜的激素的第二信使起作用，cAMP调节细胞的糖代谢、脂代谢。
③核苷5’多磷酸3’多磷酸化合物ppGpp pppGpp ppApp④核苷酸衍生物HSCoA、NAD+、NADP+、FAD等辅助因子。
GDP-半乳糖、GDP-葡萄糖等是糖蛋白生物合成的活性糖基供体。
第三章核酸的分离与检测
核酸提取的原则和基本要求
Principle and steps
Principle
1. 保持核酸的完整性；
2. 提高核酸的质量（纯度和浓度）。
Requirements for purification 1. 不存在对酶有抑制作用的有机溶剂和过高浓度的 金属离子； 2. 其他事物大分子（Pr、sugar and lipid）
天然状态的DNA 是以脱氧核糖核蛋白(DNP)形式存 在于细胞核中。要从细胞中提取DNA 时，先把DNP抽 提出来，再把P除去，再除去细胞中的糖，RNA 及无 机离子等，从中分离DNA 。
—— removal of Pr
2.pH值的影响
• DNA在水中为10g/L，呈黏性胶体溶液。在酸性 溶液中，DNA、RNA易水解，在中性或弱碱性溶 液中较稳定。
会出现什么问题（Questions）？ 如何解决（Solution）？
主要内容
核酸提取的原则和基 核酸提取的注意事项 本要求 核酸提取出现的问题 核酸提取的一般过程 及对策 关键试剂的作用 核酸的部分特征 核酸提取的常用方法 核酸提取经典案例 核酸提取的相关说明
用SDS或二甲苯酸钠等去污剂使蛋白质变 性,可以直接从生物材料中提取DNA。由于细 胞中DNA与蛋白质之间常借静电引力或配位键 结合,因为阴离子去污剂能够破坏这种价键, 所以常用阴离子去污剂提取DNA.
3. 苯酚抽提法
苯酚作为蛋白变性剂,同时抑制了DNase的降解作用。 用苯酚处理匀浆液时,由于蛋白与DNA 联结键已断,蛋 白分子表面又含有很多极性基团与苯酚相似相溶。
6. 碱变性法（制备大肠 杆菌质粒DNA）
7. 在上清液中加入400 ml氯仿溶液，混匀，10000 rpm离心10分钟，将上清液转移至另一离心管。 8. 在上清液中加入400 ml异丙醇，–20℃放置30 分钟，4℃，15000 rpm离心20分钟。 9. 用400 ml 75%的冰乙醇洗涤一次，凉干。 10. 加入50 ml无菌重蒸水溶解质粒DNA。 11. 取2 ml作酶切电泳检查。
生物化学复习要点-核酸化学
核酸化学一、学大纲基本要求DNA、RNA的结构和性质以及研究技术。
核酸的化学结构，碱基、核苷、核苷酸，DNA的结构,DNA的一级结构,DNA的二级结构,DNA结构的不均一性和多形性,环状DNA,染色体的结构。
RNA的结构,RNA的类型和结构特点,tRNA的结构和功能,mRNA的结构和功能,rRNA的结构和功能。
核酸的性质,解离性质,水解性质,光吸收性质,沉降特性,变性、复性及杂交。
核酸研究技术,核酸的分离纯化,限制性核酸内切酶,DNA物理图谱,分子杂交,DNA序列分析,DNA的化学合成，DNA聚合酶链式反应—PCR。
二、本章知识要点(一)核酸的化学组成1．元素组成核酸分子主要由碳、氢、氧、氮和磷等元素组成。
与蛋白质相比较，核酸的元素组成中一般不含有硫，而磷的含量较为稳定，占核酸9％～10％。
可通过测定磷含量来估计样品中核酸的含量。
2．物质组成核酸在核酸酶的作用下水解为核苷酸，核苷酸完全水解可释放出等摩尔量的含N碱(碱基Base)、戊糖和磷酸。
因此构成核酸的物质成分有三类：包括磷酸、戊糖和碱基。
戊糖可分为核糖和脱氧核糖，碱基又分为嘌呤碱和嘧啶碱两类，DNA中的戊糖和碱基与RNA有所不同。
DNA分子中的戊糖是β-D-2-脱氧核糖,RNA中的戊糖是β-D-核糖。
DNA分子中存在的碱基主要有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。
RNA分子中除含有A，G，C外，还含有尿嘧啶(U)，而不含有T。
因此，DNA和RNA的碱基组成上，嘧啶的组成有所不同。
在DNA和RNA分子中尚含有少量的不常见的其他碱基，称为稀有碱基，它们大多数是常见碱基的甲基化衍生物。
3．核酸的基本单位——核苷酸组成DNA的核苷酸(nucleotide)称为脱氧核糖核苷酸，组成RNA的核苷酸称为核糖核苷酸。
核苷酸则是由磷酸、戊糖、碱基组成。
碱基和核糖或脱氧核糖之间脱水通过糖苷键(glycosidic bond)缩合形成核苷或脱氧核苷，戊糖的第1位碳原子与嘌呤的第9位氮原子相连构成l，9—糖苷键，而与嘧啶的第l位氮原子相连构成1，1-糖苷键。
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第3章核酸化学
核苷酸
磷 酸
碱 基
戊糖
第3章核酸化学
碱基
NH N
N 酯键
O 磷酸 O P O H HOCH2
O
O
N
HN
NO
N
H
H
OH O
H2O 糖苷键
H2O
OH OH
戊糖
第3章核酸化学
酯键
5`
碱基连接（糖苷键）
4`
1`
3` 2`
（对DNA为H）
真核细胞内
DNA
95%细胞核中 5%线粒体及叶绿体中
75%细胞质中
RNA 15%线粒体及叶绿体中
第130章%核酸细化学胞核中
四、核酸的功能
（一） DNA是主要的遗传物质是遗传信息的 载体
((21)).直.间接接的的证证据据：包括： ①.1D94N4A年分艾布弗在里染（色A体ve内ry），等是人染进色行体了的肺主炎要双成球分菌，而 染 的色转体化是实直验接。与从遗光传滑有型关肺的炎；球菌(有荚膜，菌落光 ② 滑.)分细别胞提核取内DDNNAA、含蛋量白十质分及稳多定糖，物而质且，与并染分色别体与数目 的 粗多糙少型有肺平炎行球关菌系(无，荚体膜细，胞菌(落则粗双糙倍)体一)起DN培A养含，量发为 生 现殖只细有胞DN(A单能倍使体一)D部N分A含粗量糙的型两细倍菌；转变成为光滑型， ③ 且.还D可NA以在继代续谢繁上殖较。稳而定且，转不化受率营与养D条NA件的，纯年度龄有等关因， 素 DN影A响越；纯，转化率越高。从而首次证明 遗传物质 ④ 是.D可N作A而用不于是DN蛋A白的质一。些物理和化学因素，如紫外线、 X—射线等都可以引起第遗3章传核酸特化学性的改变。
第3章核酸化学
八种核苷酸如下表所示
腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 尿嘧啶 胸腺嘧啶
A
G
C
U
T
RNA
AMP GMP CMP UMP 未发现
DNA dAMP dGMP dCMP 未发现 dTMP
• M-一(D-二、T－三） ；P-磷酸 • RNA的名称为某（一、二、三）苷酸，DNA在
某（一、二、三）前加脱氧两字。
HOCH2 O
4H’3’H
H 1’ 2’H
OH H
尿苷
第3章核酸化学
脱氧腺苷
五.核苷酸
在核酸内，碱基与戊糖形成核苷，核苷再与磷 酸形成核苷酸，许多核苷酸通过3’，5’-磷酸二 酯键连接成多核苷酸链
核苷酸都是核酸的基本结构单位，它们都是 5‘-核苷酸。
（一）核酸内的核苷酸
DNA主要由dAMP、dGMP、dCMP、dTMP四种 脱氧核糖核苷酸组成
（二） RNA的生物学功能
1.指导蛋白质的生物合成 DNA转录形成3类主要的RNA tRNA 起携带和转移活化氨基酸的作用 rRNA 与各种蛋白质结合构成核糖体，它
是合成蛋白质的细胞器。 mRNA 是蛋白质合成的模板。
2.遗传物质
在病毒中RNA也是遗传物质
3.具有生物催化剂功能（核酶） 第3章核酸化学
NH2
N
N
～ ～ O-
Oγ
P O-
O-
Oβ
P
O-
O-
Oα
N
P O-
OCH2 O H
H
N
H
H
OH OH AM三P磷酸腺苷 (ATP)
ADP
ATP第3章核酸化学
（三）环化核苷酸cAMP、cGMP：
被称为第二信使，有放大激素的作用。它们在 代谢调节中起重要作用。
第3章核酸化学
（四）核苷酸的生物学作用
• 如AMP称腺苷一磷酸(或腺苷酸） dAMP称为脱氧腺苷一磷酸（脱氧腺苷酸）。
• 稀有核苷酸与上类似；
第3章核酸化学
（二）（脱氧）核苷二磷酸、（脱氧） 核苷三磷酸、双脱氧核苷酸的结构
ADP、ATP是生物体中重要的能 量转换体。 ddNTP在DNA的序列测定中使用
第3章核酸化学
ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
第三章核酸化学
第3章核酸化学
提要
1.核酸的种类、分布与功能 2.核酸的化学组成 3.核酸的分子结构 4.核酸的理化性质 5.核蛋白与病毒
第3章核酸化学
第一节 核酸的种类、分布与功能
一、什么是核酸？ 核酸：当时是指从细胞核中分离出来的酸 性物质。
二、核酸按其所含戊糖种类不同而分为两大 类：
1.核糖核酸（RNA）
2. 脱氧核糖核酸（DNA）
第3章核酸化学
核糖核酸 （RNA）：按功能不同分为三大类 tRNA 转运RNA（15%）
rRNA 核糖体RNA （80%）
mRNA 信使RNA （5%） 小分子细胞核RNA（snRNA） 染色质RNA（chRNA）
三、核酸的分布
原核细胞内
DNA集中在核质区 RNA分散在细胞质中
核酸中的磷酸参与形成3’，5’-磷酸 二酯键，使核苷酸连接成多核苷酸链。
第3章核酸化学
四.核苷
戊糖与嘧啶或嘌呤碱以C-N糖苷键连接而形成的
糖苷就称为核苷，通常是戊糖的C1′与嘧啶碱的N1或 嘌呤碱的N9相连接。
O
NH2
N
O
1 N
5’
HOCH2 O
4’
H
H
3’
H 1’ 2’H
OH OH
N
N
9 5’ N N
碱基
第3章核酸化学
核酸
Hale Waihona Puke 核苷酸代表戊糖，对DNA而言为脱氧核糖，对RNA 而言为核糖；
代表碱基
代表磷酸基
第3章核酸化学
一、戊糖
核糖 (in RNA)
第3章核酸化学
2｀－脱氧核糖 (in DNA)
二.碱基
（1）嘌呤
腺嘌呤
NH 2
6
1N
5
7 N
2 N4N 8 39
N N
N H
N
A
第3章核酸化学
鸟嘌呤
• 嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、 二氢尿嘧啶、4-巯尿嘧啶
• 都是基本碱基的化学修饰型。
第3章核酸化学
1-甲基次黄嘌呤
O
N H3C
N
N
N
H2N
N
H
鸟嘌呤
O N
N
N
H
次黄嘌呤
第3章核酸化学
CH3
胞嘧啶（C）
5-甲基胞嘧啶
第3章核酸化学
三.磷酸
核酸是含磷的生物大分子。任何核酸 中都含有磷酸，所以核酸呈酸性。
第二节 核酸的化学组成
一、核酸的元素组成
基本元素：C H O N P 核酸的元素组成有两个特点： 1. 一般不含S 2. P含量较多，并且恒定（9%-10%）。
因此，实验室中用定磷法进行核酸的定量 分析。（DNA9.9% 、RNA9.5%）
第3章核酸化学
二 核酸的分子组成
核酸
核苷酸
水
解
磷酸
核苷
戊糖
O
N NH
N H
N
NH 2
G
(2) 嘧啶
嘧啶
4
5
N3
6
2
N
1
尿嘧啶
O
NH
胞嘧啶
胸腺嘧啶
NH 2 N
H3C
O NH
N
O
H
U
N
O
H
C
N
O
H
T
第3章核酸化学
RNA
尿嘧啶 U
DNA
胞嘧啶 C
胸腺嘧啶 T 腺嘌呤 A
鸟嘌呤 G
第3章核酸化学
稀有碱基
• 嘌呤——次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、N2、 N2-二甲基鸟嘌呤。