2012生物化学第二章核酸的化学
生物化学 第2章Ⅱ 核酸(共86张PPT)
内呈正比
5、电泳缓冲液
DNA的凝胶电泳检测
(ethidiumbromide， 简称EB)是一种核酸染料，可以插入到DNA
或RNA分子的碱基之间，并在300nm波长的
紫外光照射下放射出橘红色的荧光，可用来显现 凝胶中的核酸分子。
在凝胶电泳中，溴化乙锭染料可对核酸分子 染色，在紫外光下便可以十分敏感而方便地检测 出凝胶介质中DNA谱带。
五、变性、复性与杂交
（一）、DNA的变性
1、概念 2、变性因素
3、变性的指标
1、概念
是指核酸双螺旋区的氢键断裂，双螺旋 解开，变成无规则线团的现象。核酸变 性其分子中的共价键并没有破坏，分子 量也不改变，核酸的变性（
denaturation ）
2、DNA的变性的因素
温度升高；
酸碱度改变、 pH（>11.3或<5.0）；
1、核酸分子本身的大小：同分子的摩擦
系数成反比的 Maxam和Gilbert 于1977年发明
Primer1（10uM）
2、琼脂糖的浓度：迁移率与胶浓度成反比 而聚丙烯酰胺凝胶制胶时不能将染料加入，会影响聚合。
第五节 核酸的研究方法 据此特性可以定性和定量检测核酸。
在液氮蒸发去2/3时，用自制研杵迅速磨碎叶片；
RNA本身只有局部的双螺旋区，所以变 性行为所引起的性质变化没有DNA那样 明显。 天然状态的DNA在完全变性后，紫外吸
收(260 nm)值增加25－40%.而RNA变性 后，约增加1.1%。
4. DNA变性后的表现
A260值增加
粘度下降
浮力密度增大
分子量不变
（二）、DNA的复性
1、概念：
变性DNA在适当的条件下，两条彼此分 开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构 ，这一过程称为复性；
生物化学 第二章 核酸化学
1 核苷酸的组成
核酸化学
• 核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNA或RNA结构单元的 核苷酸分别是5′-磷酸-脱氧核糖核苷酸和5′-磷酸-核糖 核苷酸。核苷酸 核苷+磷酸
戊糖+碱基+磷酸
O
HO P OH2C O B OH
O
HO P OH2C O B OH
OH OH
OH
核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸
B=腺 嘌 呤 ， 鸟 嘌 呤 ， 胞 嘧 啶 ， 尿 嘧 啶 或 胸 腺 密 啶
核酸化学
格里菲斯——肺炎双球菌转化实验
多 糖 类 荚 膜
R型菌
（粗糙、 无毒性）
S型菌
（光滑、 有毒性）
核酸化学
将R型活菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将S型活菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将R型活菌与杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
细菌发生转化，性状的转化可以遗传。
O
（N = A、G、C、U、T）
O-
P
O
5´
CH2
O
N 碱基
O-
磷酸
4´ H
H 1´
O H 3´
2´ H
OH (O)H
核糖
(一)、戊糖
核酸化学
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 βD-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为β-D-核糖。
HOCH2 O OH HH
H
H
OH OH
D-核糖
Ribose
HOCH2 O OH HH
（四）核苷酸nucleotide
核酸化学
《生物化学》第二章核酸化学及答案
第二章核酸化学《生物化学》一、选择题1．自然界游离核苷酸中，磷酸最常见是位于：A．戊糖的C-5′上B．戊糖的C-2′上C．戊糖的C-3′上D．戊糖的C-2′和C-5′上E．戊糖的C-2′和C-3′上2．可用于测量生物样品中核酸含量的元素是：A．碳B．氢C．氧D．磷E．氮3．下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNA：A．尿嘧啶B．腺嘌呤C．胞嘧啶D．鸟嘌呤E．胸腺嘧啶4．核酸中核苷酸之间的连接方式是：A．2′，3′磷酸二酯键B．糖苷键C．2′，5′磷酸二酯键D．肽键E．3′，5′磷酸二酯键5．核酸对紫外线的最大吸收峰在哪一波长附近？A．280nm B．260nm C．200nm D．340nm E．220nm6．有关RNA的描写哪项是错误的：A．mRNA分子中含有遗传密码B．tRNA是分子量最小的一种RNAC．胞浆中只有mRNAD．RNA可分为mRNA、tRNA、rRNAE．组成核糖体的主要是rRNA7．大部分真核细胞mRNA的3′-末端都具有：A．多聚A B．多聚U C．多聚T D．多聚C E．多聚G8．DNA变性是指：A．分子中磷酸二酯键断裂B．多核苷酸链解聚C．DNA分子由超螺旋→双链双螺旋D．互补碱基之间氢键断裂E．DNA分子中碱基丢失9．DNA Tm值较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致？A．G+A B．C+G C．A+T D．C+T E．A+C10．某DNA分子中腺嘌呤的含量为15%，则胞嘧啶的含量应为：A．15% B．30% C．40% D．35% E．7%二、填空题1．核酸完全的水解产物是________、_________和________。
其中________又可分为________碱和__________碱。
2．体内的嘌呤主要有________和________；嘧啶碱主要有_________、________和__________。
某些RNA分子中还含有微量的其它碱基，称为_________。
生物化学第二章核酸化学
核酸分类及命名规则
核酸可分为DNA和RNA两大类，根据来源不同可分为基因组DNA、病毒DNA、mRNA、tRNA、 rRNA等。
核酸的命名通常包括种类、来源和特定序列信息，如人类基因组DNA可命名为hgDNA，mRNA可命 名为信使RNA等。
02
DNA结构与性质
DNA双螺旋结构模型
DNA由两条反向平行的多核苷酸链 组成，形成右手螺旋结构。
长约21nt的双链RNA，可引导RISC复合物识别并切割靶mRNA，实现基因沉默。
其他小分子RNA
如piRNA、snoRNA等，在基因表达调控、RNA修饰等方面发挥作用。
04
核酸理化性质与分离纯化方法
核酸溶解度和沉淀条件
溶解度
核酸在不同溶剂中的溶解度不同，一般易溶于水，难溶于乙醇、乙醚等有机溶 剂。其溶解度受温度、pH、离子强度等因素的影响。
非同源重组
发生在非同源序列之间的重组过程。这种重 组不依赖于序列之间的相似性，而是通过一 些特殊的蛋白质和酶的作用来实现DNA片 段的连接。非同源重组可能导致基因的重排 和染色体的不稳定，进而对生物体产生遗传 影响。
07
总结与展望
核酸化学领域重要成果回顾
核酸结构与功能研
究
揭示了DNA双螺旋结构和RNA多 种功能，阐明了遗传信息存储、 传递和表达机制。
05
核酸酶及其作用机制
限制性内切酶和外切酶作用方式
限制性内切酶
识别DNA分子中的特定核苷酸序 列，并在该序列内部进行切割， 产生特定的DNA片段。
外切酶
从DNA或RNA链的末端开始，逐 个水解核苷酸，释放单个的核苷 酸或寡核苷酸。
DNA连接酶在基因工程中应用
连接DNA片段
生物化学简明教程课后答案
课后习题参考答案第二章核酸的化学1．列表说明DNA和RNA在化学组成、分子结构和生物学功能各方面主要特点。
答：2．列述DNA双螺旋结构的要点，从分子大小和形成氢键两个方面A-T配对和G-C配对是碱基配对的最佳方案，概要说明碱基配对规律在生命科学中的意义。
答：双螺旋的要点：（1）DNA分子是由两条方向相反的平行的多核苷酸链构成的一条链的5’-末端与另一条的3’末端相对两条链的主链都是右手螺旋，由共同的螺旋轴。
（2）两条链上的碱基均在主链的内侧A与T配对，G与C配对。
（3）成对的碱基大致处于同一平面，改平面与螺旋轴基本垂直。
（4）大多数DNA属双链DNA（dsDNA），某些病毒DNA的单链DNA（ssDNA）。
（5）双链上的化学键手碱基配对等因素的影响旋转手限制。
使DNA分子比较刚硬，呈比较伸展的结构。
亦可作进一步的扭曲成三碱基互补配对规律保证了遗传信息在传递和遗传过程中的准确性。
3.简要说明松弛环形DNA，解链环形DNA，负超螺旋DNA的结构特点。
答：松弛环形DNA：仅有双螺旋，无扭曲张力。
连环数等于扭转数。
解链环形DNA：链中有突环，存在扭曲张力，即突环部分有形成超螺旋的趋势。
负超螺旋DNA：由于双链两端处于固定状态，两条链之间的扭曲引起双链环向右手方向扭曲，形成超螺旋结构致密，体积较小。
4．分别简述原核生物和真核生物基因组的特点。
答：真核生物基因组的特点是：（1）基因组通常比较大，为双螺旋的DNA分子；（2）含有内含子序列；（3）有大量重复序列；（4）表达调控较复杂。
原核生物基因组的特点：（1）除了调节序列和信号序列外，DNA的大部分是蛋白质编码的结构基因，且每个基因在DNA分子中只出现一次或几次；（2）功能相关的基因常串联在一起，并转录在同一mRNA分子中；（3）有基因重叠现象。
5．如果人有1014个细胞，每个细胞的DNA含量为6.4x109bp，则人体DNA的总长度为多少米？在染色体中，DNA长度是如何被压缩的？答：1014x 6.4x109x 0.34=2.176x1014m在染色体中，两条DNA链通过碱基互补配对原则以氢键相互吸引结合形成双链，双链凭借碱基堆积力形成双螺旋结构，再进一步扭曲成三级结构。
生物化学第二章笔记
⽣物化学第⼆章笔记第⼆章核酸的结构与功能核酸（uncleic acid）是以核苷酸为基本组成单位的⽣物信息⼤分⼦，携带和传递遗传信息。
脱氧核糖核苷酸（deoxyribonucleic acid，DNA）90%以上分布于细胞核，其余分布于核外，如线粒体，叶绿体和质粒等。
携带遗传信息，决定细胞和个体的遗传型（genotype）。
核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）分布于细胞质、细胞核和线粒体内。
参与细胞内DNA遗传信息的表达。
某些病毒RNA也可作为遗传信息的载体。
第⼀节核酸的化学组成及结构核酸组成⼀、核苷酸是构成氨基酸的基本组成单位分⼦组成：碱基（嘌呤碱、嘧啶碱）、戊糖（核糖、脱氧核糖）、磷酸。
碱基（base）是含氮的杂环化合物。
嘌呤N-9或嘧啶N-1与脱氧核糖C-1’通过β-N-糖苷键相连形成脱氧核苷或核苷。
核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸或脱氧核苷酸。
核苷酸还存在衍⽣物，如环化核苷酸（cAMP、cGMP）是细胞信号转导中的第⼆信使。
⼆、DNA是脱氧核苷酸通过3’，5’-磷酸⼆酯键连接形成的⼤分⼦⼀个脱氧核苷酸3’的羟基与另⼀个核苷酸5’的α-磷酸基团缩合形成磷酸⼆酯键。
多个脱氧核苷酸通过磷酸⼆酯键构成了具有⽅向性的线性分⼦，称为多聚脱氧核苷酸，即DNA链。
DNA链的⽅向是5’→3’。
交替的磷酸基团和戊糖构成了DNA的⾻架。
三、RNA也是具有3’，5’-磷酸⼆酯键的线性⼤分⼦RNA也是多个核苷酸分⼦通过酯化反应形成的线性⼤分⼦，并且具有⽅向性；RNA的戊糖是核糖；RNA 的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。
四、核酸的⼀级结构是核苷酸的排列顺序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。
核酸分⼦的⼤⼩常⽤碱基数⽬来表⽰。
⼩的核酸⽚段(<50bp)常被称为寡核苷酸。
⾃然界中的DNA 和RNA的长度可以⾼达⼏⼗万个碱基。
DNA和RNA之间的差别第⼆节DNA的空间结构与功能DNA的空间结构：构成DNA的所有原⼦在三维空间具有确定的相对位置关系。
生物化学《生物化学》
第二章核酸的结构和功能一．名词解释变性和复性分子杂交增色效应和减色效应Tm cAMP Chargaff定律二．填空题1、tRNA的二级结构呈（）型。
2、DNA变性后，紫外吸收（）。
3、核苷由（）和（）组成。
4、维持DNA双螺旋稳定的作用力是（）。
5、碱基当量定律： A =（）、G =（）。
6、 DNA的一级结构是指DNA中各种脱氧核苷酸之间的（）和（）。
三．判断题1、核酸变性后其分子量也发生改变。
（）2、RNA主要分布于细胞核中。
（）3、稀有核苷酸主要存在于tRNA中。
（）4、DNA的三级结构呈倒 L 型。
（）5、原核生物的mRNA是单顺反子。
（）6、分子杂交只发生于不同分子的DNA之间。
（）7．B-DNA是反平行双链右手螺旋。
（）8、DNA链一级结构的读向是3′→ 5′（）四．1、有一DNA片段是pCTGGAC，另有两条片段互补，①条对还是②条对（）①pGACCTC ②pGTCCAG（因为DNA片段是5ˊ→3ˊ，互补就应该是从3ˊ→5ˊ，所以②对。
）2、如果Tm高，那么A+T的量是高还是低，Tm高说明G+C含量高，G+C三个H键熔解温度比A=T二个氢键的高。
3、DNA一个螺旋有几个碱基对？10个，若某DNA的分子量是3×107，每一对碱基的分子量是670，问这DNA的长度是多少？要计算长度先必须算碱基对一个碱基对上升高度是34A所以，3.4×44776=15.22×10-4cm,那么这一段有多少个螺旋?等于4478个螺旋.五．问答题1、某DNA样品含腺嘌呤15.1%（按摩尔碱基计），计算其余碱基的百分含量。
2、DNA双螺旋结构是什么时候，由谁提出来的？试述其结构模型。
3、tRNA的结构有何特点？有何功能？4、DNA和RNA的结构有何异同？5、嘧啶、核苷、核苷酸和核酸在分子结构上的关系6、 E.chargaff定则的内容是什么？第三章蛋白质化学一．名词解释等电点（pI）肽键和肽链肽平面及二面角一级结构二级结构三级结构四级结构超二级结构结构域蛋白质变性与复性分子病肽二．问答题和计算题1、为什麽说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？2、试举例说明蛋白质结构与功能的关系（包括一级结构、高级结构与功能的关系）。
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。
生物化学-核酸课件
病毒：DNA病毒
第二节 核酸的分子组成
核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖 （核糖或脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水 解则产生核苷和核苷酸。每个核苷分子含一分子碱 基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除产生 核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物可 用层析或电泳等方法分离鉴定。
碱基
核小体的组成
DNA：约200bp
组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4
八聚体
DNA的功能：基因是DNA分子中的某一段核 苷酸排列顺序，编码特定的蛋白质。
二、RNA的种类和分子结构
RNA的一级结构：多核糖核苷酸链中核苷酸的 排列顺序
RNA为一条多核苷酸链，有的碱基配对，有的 不配对，可以螺旋，也可以不螺旋。
与核糖体蛋白形成核糖体， 是蛋白质合成的场所
二、核酸的种类和分布
核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid （DNA） 核糖核酸 Ribonucleic Acid（RNA）
98％核中（染色体中）
真核
线粒体（mDNA）
核外
叶绿体（ctDNA）
DNA
拟核
原核
核外：质粒（plasmid）
核酸
碱基
戊糖
DNA A、G、C、T 脱氧核糖
RNA A、G、C、U 核糖
（二） DNA的二级结构 ——双螺旋结构
DNA双螺旋结构模型要点
1.两条链反向，平行，碱基互补 [A] = [T] [G] [C] 。
2.围绕同一中心轴构成右手双螺 旋 。螺旋直径2nm，表面有 大沟和小沟（蛋白质结合部 位）。
tRNA的三级结构
三、rRNA
占RNA总量的80
％
12 生物化学实验--核酸的定量分析
核酸的定量分析【目的】1 ．掌握定糖法、定磷法和紫外吸收法分别定量分析 DNA 或 RNA 的方法。
2 ．熟悉定糖法、定磷法和紫外吸收法分别定量分析 DNA 或 RNA 的原理。
【原理】核酸分子中含有戊糖、磷酸与含氮碱，测定三者之一即可推算出核酸含量。
1 ．定糖法通过测定 DNA 或 RNA 分子中戊糖的含量，从而计算出 DNA 或 RNA 含量的方法。
RNA 在强酸环境中加热可水解产生核糖。
核糖在浓酸作用下脱水形成糠醛，糠醛能与 3 ， 5 - 二羟基甲苯（地衣酚）缩合成绿色化合物（反应式见第 3 篇实验 11 ），其最大吸收峰波长为 670nm ， fe 3+ 或 Cu 2+ 可作为催化剂催化反应，与同样处理的核糖标准液进行比色即可测定出 RNA 的含量。
DNA 在强酸环境中加热水解生成的脱氧核糖与浓酸共热脱水生成ω- 羟基γ- 酮基戊醛，后者与能与二苯胺反应生成蓝色化合物（反应式见实验 11 ），其最大吸收峰波长为 595nm ，与同样处理的脱氧核糖标准液进行比色即可测定出DNA 的含量。
2 ．定磷法通过测定核酸中磷的含量，从而计算出 DNA 或 RNA 含量的方法。
核酸含磷量平均为 8.73% （ RNA 含磷量为 8.5~9% ； DNA 含磷量为 9.2% ）。
用强酸使核酸分子中的有机磷消化成无机磷，在酸性溶液中磷酸与钼酸作用生成磷钼酸，后者在还原剂（如抗坏血酸、α-1 ， 2 ， 4- 氨基萘酚磺酸等）存在时，立即被还原为蓝色的钼蓝（反应式见实验 11 ），其最大吸收峰波长为660nm 。
当无机磷浓度在 2.5~25μg/ml 范围内时，溶液的吸光度值与磷含量成正比。
本法测得的磷含量为样品中的总磷量，需同时测定未消化样品中无机磷的含量，将测得的总磷量减去原无机磷含量即为样品中核酸的含磷量，进而计算核酸的含量。
3 ．紫外吸收法核酸分子中的嘌呤环和嘧啶环的共轭双键具有吸收紫外光的性能，最大吸收峰波长为 260nm ，不论是核苷、核苷酸或核酸，在此波段内都具有吸收紫外光的特性。
生物化学第二章 核酸化学
李纳斯·鲍林（Linus Pauling）
DNA的二级结构是三螺旋？
1962年，三人分享诺贝尔生理医学奖
DNA的二级结构是双螺旋
（1）DNA分子由两条多聚 脱氧核糖核苷酸链(简称 DNA单链)组成。两条链 沿着同一根轴平行盘绕， 形成右手双螺旋结构。 螺旋中的两条链方向相 反，即其中一条链的方 向为5′→3′，而另一条链 的方向为3′→5′，螺旋结 构上有大沟和小沟。
两类 核酸在分子组成上的异同点
组分 磷酸 戊糖 碱 嘌呤 基 嘧啶
RNA
DNA
磷酸Βιβλιοθήκη 核糖脱氧核糖AG
U
C
T
核苷酸的衍生物
ⅰ ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
d d d
核苷酸及其多磷酸化合物
ⅱ 环腺苷酸（cAMP）和环鸟苷酸 （cGMP）
•这两种环核苷酸在细胞代谢调节中具有重要作 用，是传递激素作用的媒介物。称为二级信使。
（2）两条链上的碱基通 过氢键相结合，形成碱 基对。碱基的相互结合 具有严格的配对规律， 即A与T结合，G与C结 合，碱基之间的这种一 一对应关系，称为碱基 互补配对原则。A和T之 间形成两个氢键，G与C 之间形成三个氢键。
碱基互补配对
A
T
C
G
（3）嘌呤和嘧啶碱基位于螺旋 的内侧，磷酸和脱氧核糖基 位于螺旋外侧，彼此以3 ’-5’ 磷酸二酯键连接，形成DNA 分子的骨架。碱基环平面与 螺旋轴垂直，糖基环平面与 碱基环平面成90°角。
级结构的可能性较小。
* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补
配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定 其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。
原核细胞
真核细胞
细胞质
生物化学重点_第二章核酸化学
生物化学要点 _第二章核酸化学第二章核酸化学一、核酸的化学构成 :1、含氮碱 : 参加核酸与核苷酸构成的含氮碱主要分为嘌呤碱与嘧啶碱两大类。
构成核苷酸的嘧啶碱主要有三种——尿嘧啶 (U) 、胞嘧啶 (C)与胸腺嘧啶 (T),它们都就是嘧啶的衍生物。
构成核苷酸的嘌呤碱主要有两种——腺嘌呤 (A) 与鸟嘌呤 (G),它们都就是嘌呤的衍生物。
2、戊糖 :核苷酸中的戊糖主要有两种,即β-D- 核糖与β-D-2- 脱氧核糖 ,由此构成的核苷酸也分为核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。
3、核苷 :核苷就是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。
由“罕有碱基”所生成的核苷称为“罕有核苷”。
如 :假尿苷 (ψ)二、核苷酸的构造与命名:核苷酸就是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物,包含核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。
核苷酸又可按其在 5’位缩合的磷酸基的多少 ,分为一磷酸核苷 (核苷酸 )、二磷酸核苷与三磷酸核苷。
别的 ,生物体内还存在一些特别的环核苷酸 ,常有的为环一磷酸腺苷 (cAMP) 与环一磷酸鸟苷 (cGMP),它们往常就是作为激素作用的第二信使。
核苷酸往常使用缩写符号进行命名。
第一位符号用小写字母 d 代表脱氧 ,第二位用大写字母代表碱基 ,第三位用大写字母代表磷酸基的数量 ,第四位用大写字母 P 代表磷酸。
三、核酸的一级构造 :核苷酸经过 3’ ,5-磷’酸二酯键连结起来形成的不含侧链的多核苷酸长链化合物就称为核酸。
核酸拥有方向性,5’-位上拥有自由磷酸基的尾端称为5’-端,3’-位上拥有自由羟基的尾端称为3’-端。
DNA 由 dAMP 、dGMP、dCMP 与 dTMP 四种脱氧核糖核苷酸所构成。
DNA 的一级构造就就是指 DNA 分子中脱氧核糖核苷酸的摆列次序及连结方式。
RNA由AMP,GMP,CMP,UMP 四种核糖核苷酸构成。
四、 DNA 的二级构造 :DNA 双螺旋构造就是 DNA 二级构造的一种重要形式 ,它就是 Watson与 Crick 两位科学家于 1953 年提出来的一种构造模型 ,其主要实验依照就是 Chargaff 研究小组对 DNA 的化学构成进行的剖析研究,即 DNA 分子中四种碱基的摩尔百分比为 A=T 、 G=C、 A+G=T+C(Chargaff 原则 ),以及由 Wilkins 研究小组达成的 DNA晶体 X 线衍射图谱剖析。
生物化学讲义第二章核酸化学
核酸的结构与功能【目的和要求】1. 熟悉核酸的种类、分布和主要的生物学功能。
2．掌握核酸的化学组成、核苷酸的连接方式。
3．归纳区分两类核酸在化学组分上的异同点。
4．说出DNA二级结构的模型及其主要特点。
5．简述RNA分子组成和结构的特点。
6．简述三种RNA结构特点和主要功能。
7．了解核酸重要的理化特性及其在医学上的应用。
8．能说出生物体内重要的单核苷酸及其生化功能。
【本章重难点】1.核酸的种类、分布和生物学功能。
2．核酸的化学组成。
3．DNA和RNA的分子结构与功能。
4．核酸的变性、复性及杂交。
5．生物体内重要的单核苷酸。
学习内容第一节核酸的化学组成第二节 DNA的分子结构第三节 RNA的分子结构第四节核酸的理化性质第一节核酸的化学组成一、核酸（nucleic acid）的分类、分布与生物学功能分类分布生物学功能核糖核酸（RNA）细胞质参与蛋白质的生物合成5 % 蛋白质合成的直接模板tRNA 15 % 活化与转运AArRNA 80 % 充当装配机，提供场所脱氧核糖核酸（DNA ） 核内、染色质遗传的物质基础** 基因 —— DNA 分子中的功能片段（决定遗传特性的碱基序列）。
二、核酸的分子组成1．核酸的元素组成：C.H.O.N.和P ；代表元素P ，平均含量9～10％。
2．核酸的基本组成单位：核苷酸（nucleotide ）1）核苷酸的组成戊糖、碱基：核苷、核苷酸：核苷酸链：3/,5/－磷酸二酯键；3/－羟基端，5/－磷酸基端水解 水解 磷酸 戊糖(戊糖、脱氧戊糖)核酸 核苷酸核苷 嘧啶（C.T.U ）碱基嘌呤(A.G)2）核苷酸的结构与命名3）核苷酸的功用3．两类核酸在分子组成上的异同点第二节 DNA 的分子结构一、DNA 的一级结构组成DNA 分子的基本单位是四种脱氧核苷酸:dAMP 、dCMP 、dGMP 和dTMP1．DNA 的碱基组成规律：Chargaff 规则：①同一生物不同组织的DNA 样品，其碱基成分含量相同。
《生物化学》第二章 核酸化学及答案
第二章核酸化学《生物化学》一、选择题1．自然界游离核苷酸中，磷酸最常见是位于：A．戊糖的C-5′上B．戊糖的C-2′上C．戊糖的C-3′上D．戊糖的C-2′和C-5′上E．戊糖的C-2′和C-3′上2．可用于测量生物样品中核酸含量的元素是：A．碳B．氢C．氧D．磷E．氮3．下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNA：A．尿嘧啶B．腺嘌呤C．胞嘧啶D．鸟嘌呤E．胸腺嘧啶4．核酸中核苷酸之间的连接方式是：A．2′，3′磷酸二酯键B．糖苷键C．2′，5′磷酸二酯键D．肽键E．3′，5′磷酸二酯键5．核酸对紫外线的最大吸收峰在哪一波长附近？A．280nm B．260nm C．200nm D．340nm E．220nm6．有关RNA的描写哪项是错误的：A．mRNA分子中含有遗传密码B．tRNA是分子量最小的一种RNAC．胞浆中只有mRNAD．RNA可分为mRNA、tRNA、rRNAE．组成核糖体的主要是rRNA7．大部分真核细胞mRNA的3′-末端都具有：A．多聚A B．多聚U C．多聚T D．多聚C E．多聚G8．DNA变性是指：A．分子中磷酸二酯键断裂B．多核苷酸链解聚C．DNA分子由超螺旋→双链双螺旋D．互补碱基之间氢键断裂E．DNA分子中碱基丢失9．DNA Tm值较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致？A．G+A B．C+G C．A+T D．C+T E．A+C10．某DNA分子中腺嘌呤的含量为15%，则胞嘧啶的含量应为：A．15% B．30% C．40% D．35% E．7%二、填空题1．核酸完全的水解产物是________、_________和________。
其中________又可分为________碱和__________碱。
2．体内的嘌呤主要有________和________；嘧啶碱主要有_________、________和__________。
某些RNA分子中还含有微量的其它碱基，称为_________。
生物化学各章习题及答案
生物化学各章习题及答案第二章核酸化学名词解释1．核酸的变性与复性 2．退火3．增色效应 4．减色效应5．DNA的熔解温度 6．分子杂交 7．环化核苷酸填空题1．DNA双螺旋结构模型是_________于____年提出的。
2．核酸的基本结构单位是_______。
3．两类核酸在细胞中的分布不同，DNA主要位于______中，RNA主要位于______中。
4．在DNA分子中，一般来说G-C含量高时，比重越大，Tm则_____，分子比较稳定。
5．因为核酸分子具有_ __、__ _，所以在___nm处有吸收峰，可用紫外分光光度计测定。
6．维持DNA双螺旋结构稳定的主要因素是_____，其次，大量存在于DNA分子中的弱作用力如_______，_______和_________也起一定作用。
7．tRNA的二级结构呈___形，三级结构呈___形，其3＇末端有一共同碱基序列_____，其功能是_____________。
8．常见的环化核苷酸有______和_______。
其作用是____________，他们核糖上的___位与___位磷酸-OH环化。
9．真核细胞的mRNA帽子由______组成，其尾部由______组成，他们的功能分别是___________，____________。
选择题1．决定tRNA携带氨基酸特异性的关键部位是：A．�CXCCA3`末端 B．TψC环；C．DHU环 D．额外环 E．反密码子环 2．根据Watson-Crick模型，求得每一微米DNA双螺旋含核苷酸对的平均数为：:A．25400 B．2540 C．29411 D．2941 E．3505 3．与片段TAGA互补的片段为：A．AGAT B．ATCT C．TCTA D．UAUA 4．含有稀有碱基比例较多的核酸是：1A．胞核DNA B．线粒体DNA C．tRNA D． mRNA 5．双链DNA的Tm较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致：A．A+G B．C+T C．A+T D．G+C E．A+C 6．密码子GψA，所识别的密码子是：A．CAU B．UGC C．CGU D．UAC E．都不对 7．下列对于环核苷酸的叙述，哪一项是错误的？A．cAMP与cGMP的生物学作用相反 B．重要的环核苷酸有cAMP与cGMP C．cAMP是一种第二信使D．cAMP分子内有环化的磷酸二酯键判断题（）1．DNA是生物遗传物质，RNA则不是。
生物化学第二章_核酸的结构与功能试题及答案
第二章核酸的结构与功能一、名词解释1．核酸2．核苷3．核苷酸4．稀有碱基5．碱基对6．DNA的一级结构7．核酸的变性8．Tm值9．DNA的复性10．核酸的杂交二、填空题11．核酸可分为____和____两大类，其中____主要存在于____中，而____主要存在于____。
12．核酸完全水解生成的产物有____、____和____，其中糖基有____、____，碱基有____和____两大类。
13．生物体内的嘌呤碱主要有____和____，嘧啶碱主要有____、____和____。
某些RNA分子中还含有微量的其它碱基,称为____。
14．DNA和RNA分子在物质组成上有所不同，主要表现在____和____的不同，DNA分子中存在的是____和____,RNA分子中存在的是____和____。
15．RNA的基本组成单位是____、____、____、____，DNA的基本组成单位是____、____、____、____，它们通过____键相互连接形成多核苷酸链.16．DNA的二级结构是____结构，其中碱基组成的共同特点是（若按摩尔数计算)____、____、____.17．测知某一DNA样品中,A=0。
53mol、C=0.25mol、那么T= ____mol，G= ____mol。
18．嘌呤环上的第____位氮原子与戊糖的第____位碳原子相连形成____键，通过这种键相连而成的化合物叫____。
19．嘧啶环上的第____位氮原子与戊糖的第____位碳原子相连形成____键，通过这种键相连而成的化合物叫____。
20．体内有两个主要的环核苷酸是____、____，它们的主要生理功用是____。
21．写出下列核苷酸符号的中文名称：ATP____、22．DNA分子中，两条链通过碱基间的____相连，碱基间的配对原则是____对____、____对____.23．DNA二级结构的重要特点是形成____结构,此结构属于____螺旋,此结构内部是由____通过____相连维持.24．因为核酸分子中含有___和____碱基，而这两类物质又均含有____结构,故使核酸对____波长的紫外线有吸收作用.25．DNA双螺旋直径为__2__nｍ，双螺旋每隔__3__nｍ转一圈，约相当于_10___个碱基对.戊糖和磷酸基位于双螺旋__外__侧、碱基位于__内__侧。
生物化学第二章 核酸的结构
Na+,K+, Cs+ 窄深
宽深
Na+低盐
Li+
Na+, Mg++高 盐
宽中等 深 宽中等 深 平浅
窄中 等深 窄中 等深 窄深
• 真核生物染色体DNA是线型双链DNA。
• • 细胞器DNA、原核生物的染色体DNA、 质粒DNA都是环状双链
补充知识：
(一)三链DNA（triple helix DNA）
脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP） 脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP） 脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP)
多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP
N O
HO P O CH2O N
OH
AMP OH OH
NH2 N
N
N
O
O
HO P O P O CH2O N OH OH
ADP
OH OH
N
O
O
O
HO P O P O P O CH2O N OH OH OH
7）碱基环氮原子的烷基化反应
8）环外氨基的反应
9）环外氧的烷基化反应
（二）戊 糖
（三） 磷酸：
（四）核苷酸
1. 核苷(ribonucleoside)
碱基和核糖（脱氧核糖） 糖苷键
N-9 C-1'
N-1
NH 2
N
N
N
N
HOCH 2
9
O
1
HO
OH
NH2
N
O N1 HOCH2
O
1
OH H
• 核苷：腺苷，鸟苷 • 脱氧核苷：
定义: 核酸中核苷酸的排列顺序， 也称为碱基序列。
核苷酸的连接 以3'，5'–磷酸二酯键连接
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子可发生亲电取代反应。
环上的氮原子在亲电取代反应中具有定位基的
功能。嘧啶环中反应活性最高的是C5，嘌呤环中 反应活性最高的是C8。
（1）腺嘌呤核苷的溴代
NH2 N N N R 腺苷 N Br Br N N N R 8-溴 代 腺 苷 NH2 N Br CH3ONa NH2NH2 NaN 3 8-甲 基 腺 苷 8-肼 基 腺 苷 8-叠 氮 腺 苷
⑷1943：发现DNA中A=T和C=G的规律，推翻四核苷
酸学说。
⑸1944：进行了著名的肺炎双球菌转化实验，证明
使肺炎双球菌遗传发生转变的转化因子是DNA。
⑹1953年：提出DNA的双螺旋分子模型,奠基分子水
平的生命科学研究及应用。
⒉分子生物化学时代
⑴1970：发现、分离、纯化出细菌限制性内切酶；
定性分析：不同核苷酸的紫外吸收峰值不同，可以 选定两个波长之比，用作鉴别不同核苷酸的指标。 常用的为250/260；280/260；290/260。
例如5’-AMP，250/260 pH2时0.85；7.0时0.80；
280/260 pH2时0.22；7.0时0.15
⒊核苷酸的互变异构作用（略）
⑵1990：美国政府出资30亿美元，计划用15年时间完成
（1991——2005）。中国政府1999年加入该计划，承担了 约1%的工作。其间还有英国，日本，法国，德国参加。目 前该计划已经提前完成。随后，一些生物的DNA顺序也被测
定。例如水稻，家蚕等。目前生命科学已经进入后基因组
时代，即蛋白质组时代。
H2N
N R
N R
CH3
同样条件下，U和T基本上不反应；应用CH2N2作为烷基化剂，
所有碱基都能发生上述反应。
⒋环外氨基的反应
环外氨基在适当条件下，也可以发生反应。 胞嘧啶的环外氨基在亚硝酸作用下，形成重氮盐，再转变为尿
嘧啶核苷。意义？
NH2 N O N R HONO O N N R N2
+
第二章
核酸的化学
本章重点:核酸的结构和性质
难点:DNA和基因
第一节 概述
一、发现及研究历史
⒈传统生物化学时代
⑴1868：从脓细胞核中分离出一种高含磷的酸性 有机物—核素。 ⑵1889：分离出核酸。
⑶随后，证明核酸有两种,即脱氧核糖核酸（DNA）
和核糖核酸（RNA）。
与碱基一样，核苷酸能发生烯醇化转化，在溶液中， 酮式与烯醇式两种互变异构体常同时存在，并处于 一定的平衡。核苷酸以酮式结构为主参与形成核酸。
⒊核苷酸的解离（略）
碱基、核苷的解离主要源于环上氨基，而核苷酸
3’，5’-环腺苷酸（cAMP）
脂键
5` 4` 3` 2` 1`
碱基连接（糖苷键）
（对DNA为H）
⒉核苷酸命名及表示
根据其分子上的磷酸酯键位置、数量及碱基命名。
例如，腺嘌呤核苷在5’位置上有一磷酸酯键，即称5’-腺
嘌呤核苷酸；在3’上则称3’-腺嘌呤核苷酸；
若在同一位置有连续的磷酸酯键则称多核苷酸，例如， 腺嘌呤二核苷酸、三核苷酸；若在不同位置上连有多个 磷酸酯键，则加上位置区别，例如3’，5’-二磷酸核苷酸 或3’-核苷酸-5’-磷酸。
五、核苷酸之间的连接
⒈化学键： 3’,5’-磷酸二酯键 多核苷酸链就是核苷酸间通过3’,5’-磷酸二酯键
形成的。即一个核苷酸的3’羟基与另一个核苷酸
5’磷酸脱水形成3’,5’-磷酸二酯键。
两个核苷酸通过3＇，5＇-磷酸二酯键形成的聚合物 叫二核苷酸； 由2个以上、十个及以下核苷酸通过3‘，5’-磷酸二
表示方法：大写三字母
第一个字母表示碱基
第二个字母表示磷酸酯键数量
第三个字母表示磷酸残基
d表示脱氧
c表示成环状磷酸酯键
可在前面加上表示磷酸酯键的位置
例如3’-AMP；dAMP；cAMP；ATP
⒊核苷酸的用途
⑴合成核酸的原料：例如，ATP、CTP、UTP、GTP ⑵代谢能量载体： 主要是 ATP，磷酸与核糖连接是磷酸酯
OH H2O O N N R O HN
O
N R
腺嘌呤核苷和鸟嘌呤核苷也能发生类似的反应，分别形成次黄
嘌呤核苷（I）和黄嘌呤核苷（X）。
影响或改变碱基形成氢键的能力和方向，导致DNA
复制错误，是引起基因突变的重要原因之一。
⒌光聚合反应
胸腺嘧啶在紫外光照射下，可以发生二聚加成反应：
HN O HN O N R CH3 CH3 N R O NH O H2O O N R CH3 UV HN O N R O CH3 OH OH NH N R O CH3 CH3 N R O O NH O
易溶解于水，不溶解于有机溶剂
具有旋光性
在酸性溶液中不稳定，易分解破坏
在中性或弱碱性溶液中稳定
⒉紫外吸收
碱基、核苷、核苷酸在240—290nm有强烈吸收。
定量；用260nm测定，公式：
核苷酸（%）=（ A260/E260 × C）× M × 100
M为其分子量。
E260为所测核苷酸的摩尔消光系数，C为样品浓度（mg/mL），
（2）尿嘧啶核苷的氯代
O Cl Cl N NH O Cl H + N R R 尿嘧啶核苷 O NH O Cl H + N R O Cl NH O N R 5-氯 尿 嘧 啶 核 苷 O NH O
3．碱基环的亲核加成
（1）水解
含羰基的碱基（G、C、T和U），具有酰胺键的结构特
点，在碱性条件下，可发生水解开环反应。
酯键形成的称寡核苷酸；
十个以上则称多核苷酸。
多核苷酸无分枝，又叫多核苷酸链。
多核苷酸链中的核苷酸称残基。
⒉核苷酸链的表示
用简写式表示，方向是从5＇到3＇
P—磷酸基团；大写单字母表示碱基；P在左侧表示磷酸与
糖环5’羟基结合，右侧表示磷酸基团与糖环的3＇羟基结
合。例如
pApCpApGpT
DNA测序技术。
⑹限制性内切酶等技术的发现及应用，大大推进了对遗传
物质的结构分析和重组研究，由此产生的基因工程目前已 经在医药、医学，工业、农业、畜牧等领域得到日益广泛 的应用，正在带来越来越多的变化。
⒊基因组时代
⑴1986：诺贝尔奖获得者H.Dulbecoo在Science杂志上率
先提出人类基因组计划（简称HGP）。
和激动素N6-呋喃甲基腺嘌呤等
增强膈肌收缩力，有益于改善呼吸功能;微弱舒张冠
状动脉，外周血管作用和轻微利尿作用
强\持久利尿作用\扩张 冠状动脉\兴奋心肌及 松弛气管平滑肌的作用; 对弱兴奋中枢,直接增 强横纹肌机能和能力,
剂量大引起肌肉僵硬。
咖啡碱升高血压、 增加血液中的儿
茶酚胺的含量、
增强血液中高血 压蛋白原酶的活 力、提高血清中 游离脂肪酸的水
5-甲基胞嘧啶核苷(m5C) 脱氧腺嘌呤核苷：dA 脱氧胞嘧啶核苷：dC
四. 核苷酸
⒈化学组成
核糖分子上有5个羟基，其中，2’，3’和5’ 三个游离
羟基，可分别与无机磷酸结合成相应的核苷酸；脱氧核糖
只有3’和5’ 二个游离羟基，仅能形成3’和5’ 二种核苷酸。
还可形成环核苷酸，例如细胞中大量存在的环腺苷酸，
O HN O N R
-
OH
NH2 O N R
COO
-
腺嘌呤碱基不含羰基，对碱比较稳定。
（2）与肼的反应
嘧啶碱基能够与肼作用，得到碱基环分解的产物。
O HN NH2NH2 O N R O HN O N R NH NH O HN NH R + H2O HN O N R O NH NH NHNH2 O
只在嘧啶碱基发生，嘌呤碱基不发生，在核酸分析中应用。
⒊碱基环氮原子的烷基化
碱基环上的氮原子可以发生烷基化反应。
NH2 N N O HN H2N N
+
NH2 CH3 N
+
NH2 N N N N R CH3 N
+
N N
+
N CH3+Fra bibliotekN R
N R
CH3 O N HN N
NH2 CH3 O N
+
N R
酸水解产物：核酸对酸不稳定，用酸完全水解成嘌呤、嘧啶和
戊糖及磷酸。
核酸
水
嘌呤
嘧啶
戊糖
磷酸
解
酶水解产物
核酸酶水解，产物为核苷和核苷酸；
核苷酶水解，水解产物为等分子的核糖及碱基；
核苷酸酶水解，水解产物为等分子的核苷、磷酸。 核酸
核苷酸
核苷
酶
水 解
核 糖
磷 酸
碱 基
核 糖
碱 基
一. 核糖和脱氧核糖
三.核苷
⒈定义： 核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶生成的糖苷
⒉连接：
核糖或脱氧核糖C1与嘌呤N9或嘧啶N1氮原子以糖苷键相连。
假尿嘧啶核苷（C1’—C5）
注意核糖标号C1’，以区别碱基编号。
腺嘌呤核苷
胞嘧啶核苷
书写方式
核苷用大写单字母表示，脱氧核苷在其前加一小写的d，取 代基团用小写字母表示，取代位置写在取代基团符号的右 上角。 例如，腺嘌呤核苷：A 胞嘧啶核苷：C
键，能量为14kJ/mol，第一个磷酸与第二个磷酸间及第二
个与第三个磷酸间的连接是高能磷酸键，能量为30kJ/mol。 ⑶酶的辅助因子：例如NAD+（辅酶Ⅰ，NADP+）
⑷生物合成：例如GTP参加糖的转化、CTP参加磷脂
合成
⑸传递信号：例如cAMP