大学生物化学 核酸化学
生物化学第5章核酸化学
生物化学第5章核酸化学课外练习题一、名词解释1、核苷酸；2、核酸的一级结构；3、增色效应；4、DNA变性；5、T m值；二、符号辨识1、DNA；2、RNA；3、mRNA；4、tRNA；5、rRNA；6、AMP；7、dADP；8、A TP；9、NAD；10、NADP；11、FAD；12、CoA；13、DNase；14、RNase；15、Tm；三、填空1、RNA有三种类型，它们是（）, （）和（）；2、除（）只含有DNA或者只含有RNA外，其它生物细胞内既含有DNA也含有RNA；3、核酸具有不同的结构，（）通常为双链，（）通常为单链；4、原核生物染色体DNA和细胞器DNA为（）状双链，真核生物染色体DNA为（）双链；5、核苷酸由核苷和（）组成，核苷由（）和（）组成；6、构成核苷酸的碱基与戊糖连接的类型属于（）连接，糖的构型为（）型；7、稀有碱基在RNA中的含量比在DNA中的丰富，尤其在（）中最为突出，约占10%左右；8、具有第二信使功能的核苷酸是（）和（）；9、辅酶类核苷酸包括（）、（）、（）和（）；10、多聚核苷酸是通过核苷酸的C5’-（）与另一分子核苷酸的C3’-（）形成磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。
11、两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通常称为（）磷酸二酯键；12、核酸的一级结构是指单核苷酸之间通过（）相连接以及单核苷酸的（）及排列顺序；13、真核生物的mRNA分子存在5’-（）结构（甲基化的鸟苷酸）和3’-（）尾结构；14、1953年，J.Watson和F.Crick提出了著名的（）模型；15、DNA分子由两条DNA单链组成，为（）双螺旋结构，螺旋中的两条主干链方向（），侧链（）互补配对；16、碱基的相互结合具有严格的配对规律，即A与（）结合，G 与（）结合，这种配对关系，称为（）；17、碱基互补形成碱基对时，A和T之间形成（）个氢键，G与C之间形成（）个氢键；18、维持DNA双螺旋结构稳定性的因素包括：两条DNA链之间形成的（）、（）堆积力和（）的负电荷与介质中阳离子的正电荷之间形成的离子键；19、DNA的（）结构是指DNA分子通过扭曲和折叠所形成的特定构象；20、超螺旋是DNA（）结构的一种形式；21、真核生物的核酸通常与蛋白质复合在一起，称为（）。
大学生物化学核酸化学思维导图
核酸化学核酸的分子结构核酸的一级结构作用力：3'，5'－磷酸二酯键DNA的二级结构1、右手双螺旋结构2、相互平行相反走向3、A+C=T+G，A+G=T+C4、螺旋一圈包含10对碱基对，螺距为3.4nm碱基堆积力（纵向）、氢键（横向）DNA的三级结构形成高级结构超螺旋结构染色体结构：基本单位是核小体RNA的主要种类和分子结构mRNA（信使RNA）指导蛋白质合成的模板特点：含量低，种类多，寿命短，长度差异大大多数真核细胞mRNA的5'有7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸结构，尾端有poly（A）结构tRNA（转运RNA）在蛋白质的合成中负责转运氨基酸，负责解读mRNA的遗传密码一级结构：含有碱基数目最多二级结构：三叶草型三级结构：L型rRNA（核糖体RNA）是蛋白质合成的场所特点：含量高，寿命长，种类少核酸的分子组成核酸的分子组成C,H,O,N和P,其中P的含量较为稳定核酸的概念由核苷酸为基本单位组成的生物大分子，携带遗传信息的物质核苷酸的组成碱基嘧啶胞嘧啶C胸腺嘧啶T尿嘧啶U嘌呤腺嘌呤A鸟嘌呤G戊糖脱氧核糖DNA核糖RNA磷酸核酸类药物核酸的理化性质紫外吸收特性吸收波长：260nm碱基含有共轭双键紫外吸光度值可作为核酸变性和复性的指标核酸的大分子特性变性某些理化因素会破坏氢键和碱基堆积力，使核酸分子的空间结构发生改变，从而引起核酸理化性质和生物学功能改变，这种现象为核酸的变性增色效应：核酸变性导致紫外吸收增强的现象Tm值：使双链DNA解链度达到一半时所需的温度，与G+C含量成正比复性变性DNA在适当条件下，可使两条彼此分开的链重新形成双螺旋结构，这一过程称为复性核酸分子杂交不同来源的核酸链因存在碱基互补而产生杂交双链的过程，称为核酸杂交以上内容整理于幕布文档。
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
生物化学之核酸化学
第三章核酸化学（Nucleic Acids Chemistry )第一节概述一、核酸的发现与发展二、核酸的类别和分布脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid DNA）核糖核酸（ribonucleic acid RNA）DNA在生物体内的存在部位和方式：–原核细胞中DNA集中在核区；–真核细胞中DNA集中在核内，组成染色体。
–线粒体和叶绿体等细胞器也含有少量DNA。
–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性双链DNA，末端具有高度重复序列形成的端粒（telomere）结构。
染色体(Chromosomes)、基因(Gene)、DNA–染色体：是细胞核内能被碱性染料着色物质的螺旋聚集体，是遗传信息的载体。
–基因：是存在于染色体上的遗传信息–DNA：是遗传信息的载体RNA（核糖核酸）∶–主要分布在细胞质中，与蛋白质合成密切相关Ribosomal RNAs (rRNA，核糖体RNA)占80%以上：与蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所Messenger RNAs (mRNA，信使RNA) 占5%：合成蛋白质的模板Transfer RNAs (tRNA ，转运RNA)占15%：在蛋白质合成中运输氨基酸应用与生产：在食品方面∶强力助鲜剂，如肌苷酸和鸟苷酸。
在医药方面∶ATP、COA等。
第二节核酸的组成核酸的化学组成：除含C、H、O、N外，还含有较多的磷和少量的硫，含磷量在9－10％一、磷酸（phosphate）OHHO-P=OOH二、戊糖（pentose）三、碱基（nitrogenous base碱基∶是一类含氮的有机小分子嘌呤(purine）：腺嘌呤adenine (A)鸟嘌呤guanine (G)嘧啶(pyrimidine ）：胞嘧啶cytosine (C).尿嘧啶uracil (U)胸腺嘧啶thymine (T)（1）含酮基的嘧啶和嘌呤碱都有酮和烯醇式互变异构现象，且处于平衡状态。
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。
生物化学第三章核酸化学
核糖核酸酶类
牛胰核糖核酸酶：存在于牛胰中，简称为 RNaseⅠ，只作用于RNA，十分耐热，是具 有极高专一性的内切酶。 核糖核酸酶T1：从米曲霉中获得的，耐热， 耐酸，专一性更强。 核糖核酸酶T2：来源同T1，核酸酶：也叫做DNaseⅠ， 需要镁离子参与，切断双链DNA或者单链 DNA为寡聚核苷酸，平均长度为4个核苷酸。 ② 牛脾脱氧核糖核酸酶：也叫做DNaseⅡ， 需要钠离子激活，镁离子抑制活性。 ③ 限制性内切酶：主要降解外源性DNA，目 前发现有数千种，是基因工程最重要的工 具酶。
RNA功能的多样性
① ② ③ ④ ⑤ 控制蛋白质的生物合成； 作用于RNA转录后的加工与修饰； 基因表达与细胞功能调节； 生物催化与其他的细胞功能 遗传信息的加工与进化
第三节
核酸的分子结构
一． 核酸中核苷酸的连 接方式 二． DNA的分子结构 三． RNA的分子结构
核酸中核苷酸的连接方式
1. 核苷酸可以被酸、碱 和酶水解，水解后产 生寡核苷酸、核苷酸、 核苷和碱基。 2. 实验证明，核苷酸是 通过磷酸二酯键彼此 相连，并且形成的是 3’-5’磷酸二酯键（后 面核酸降解中详细说 明）。
tRNA的一级结构特点
① 一般由73-78个核苷酸组成； ② 碱基中有较多的稀有碱基； ③ 3’末端均有CCA-OH结构，用以携带氨基 酸，5’多为pG或者pC。
tRNA的二级结构特点
① 氨基酸臂，由3’和5’末端的7对互补碱基构 成，携带氨基酸，富含G，形成双螺旋； ② 二氢尿嘧啶环，8-12个核苷酸组成，由34对碱基构成双螺旋； ③ 反密码子环，7个核苷酸组成，其中3个组 成反密码子环； ④ 额外环，是tRNA分类的重要标志 ⑤ TψC环，是tRNA中起连接作用的。
大学 基础生物化学 核酸化学-林
Chargaff定律：DNA的碱基组成具有
生物种的特异性 无组织/器官特异性 不受生长发育、营养状况及环境条件的 影响
DNA双螺旋结构模型： 要点 ？稳定因素？
DNA双螺旋结构模型要点
1. 两条链反向平行，围绕同 一中心轴构成右手双螺 旋 (double helix)。螺旋 直径2 nm，表面有大沟 和小沟。 2. 磷酸-脱氧核糖骨架位于 螺旋外侧，碱基垂直于 螺旋轴而伸入内侧。每 圈螺旋含10个碱基对 (bp)，螺距为3.4 nm。
（一） RNA与DNA结构的比较
P66
1、组成：RNA是核糖，碱基U代T，RNA核苷 酸少（几十--几千）. 2、一级结构的连接键（3′，5′-磷酸二酯 键）相同，表示方法相同。
5' ACTGCTAAC 3'
注意读向： 5′→3′
（二）、DNA的二级结构——双螺旋结构
DNA双螺旋结构的研究背景
碱基组成分析 (P59)
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 DNA纤维的X-线衍射图谱分析
Chargaff定律：DNA的碱基组成(P59)
Watson和Crick提出DNA结构的双螺旋模型
Crick提出遗传信息传递的中心法则 建立DNA重组技术
• 80年代以后 分子生物学、分子遗传学等学科突飞猛进发展， 实施人类基因组计划（HGP）
COVER Photograph of the Honghe Hani rice terraces in Yunnan Province, China. In this issue, two separate research groups report draft sequences of two strains of rice--japonica and indica. In addition, the Editorial, News Focus, Letters, and Perspectives highlight the significance of the rice genome to the world's population. [Image: Liwen Ma and Baoxing Qiu, Beijing Genomics Institute] 青山衬托之下，是一片金灿灿 的中国水稻梯田。2002年4月5 日以中国梯田为封面的« Science»杂志以14页篇幅率先 发表了一个重大成果—中国人 独立完成的论文《水稻（籼稻） 基因组的工作框架序列》，显 示对中国科学家成就充分肯定。
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》核酸化学
A-T: 2个氢键 G-C：3个氢键
放线菌素A结合于小沟 抑制DNA、RNA合成
调控蛋白结合处
DNA其它二级结构 Z型：左旋，每螺旋12个碱基
DNA其它二级结构
十字型
G-四链体
三链型
G-四链体功能
端粒保持
转录调控
复制调节
翻译抑制 Bochman et al, Nat Rev Genet. 2012 ,13: 770
融解温度(melting temperature, Tm)： 核酸加热变性过程中，紫外光吸收值
达 到 最 大 值 50% 时 的 温 度 , 又 称 为 解 链温度。 。
热变性
Tm：50%的DNA分子发生变性时的温度。
三、复性和分子杂交
复性：变性的核酸在适宜条件下， 重新形成双链螺旋结构。(又叫退火)
HH ATP ADP
H AMP
H3
三磷酸 二磷酸 一磷酸
OH
腺苷 腺苷 腺苷
H1
2H OH
DNA和RNA结构
第二节 DNA的结构与功能
(一）一级结构: 核苷酸顺序，即碱基顺序
O
5
O P O CH2
O
G
OH 4 H
H
H3
2H
O
O
5
O P O CH2
O
A
核苷酸以
OH 4 H
3'，5'磷酸二酯键连接。 H 3
环状---miRNA海绵
第四节 核酸的理化性质
一、一般理化性质 酸性，大分子，粘度大 紫外吸收:260nm
二、变性
受某些因素影响,核酸的双链间的 氢键解开形成单链。
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5.5 第五章 核酸化学
DNA双螺旋结构的证据
① X射线衍射数据 ② Chargaff 规则 ③ 碱基的互变异构
DNA分子中不同碱基之间的可能配对
分子扁平可紧密堆积 单环与双环配对
密实
配对 防水 不溶于水可稳定贮藏
四种碱基
大沟和小沟
双螺旋稳定的因素
（1）氢键 氢键固然重要，但主要决定碱基配对的特
异性，对双螺旋稳定的贡献不是最重要的，起
常见的核糖核苷酸的化学结构
环核苷酸的化学结构
AMP、ADP和ATP
能量合成、别构效应物 蛋白质合成
CTP：脂肪合成 UTP：糖原合成
OHOHOH O
CH2CHCHCHCH2OPOH
NN
OH
CH3
CO
CH3
NH NC
O
CH3OH O
O
CH2 C CH C NH CH2 CH2 C NH CH2CH2SH
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A型双螺旋、B型双螺旋和Z型双螺旋的比较
Z-DNA
由Alex Rich发现
存在于DNA富含G:C的区域 G为顺式构象 C 保持反式，但整个胞苷酸（碱基和脱
氧核糖）翻转180度 结果是 G:C 氢键在Z-DNA中得以保持!
从DNA双螺旋到染色体
染 色 体 紧 密 包 裹 核 酸
决定性作用的是碱基堆集力。
（2）碱基堆集力
5’
3’
这是碱基对之间在垂直方向上的相互作用
所产生的力。它包括疏水作用和范德华力。碱
基间相互作用的强度与相邻碱基之间环重叠的
面积成正比。总的趋势是嘌呤与嘌呤之间>嘌呤 3’ 与嘧啶之间>嘧啶与嘧啶之间。另外碱基的甲基
5’
化能提高碱基的堆积力。
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。
生物化学-核酸化学
第一节 核酸概述
核酸与蛋白质是最重要的生物大分 子。核酸有两类：脱氧核糖核酸 （ deoxyribonucleic acid, DNA ）和核糖 核酸（ribonucleic acid, RNA）。 核酸是现代生物化学、分子生物学的 重要研究领域，是基因工程操作的核心分 子。
一、核酸的研究发现史
RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中；
转移RNA（transfer RNA, tRNA） 占细胞总RNA的10～15％ ; 核糖体RNA （ ribosome RNA, rRNA） 占细胞总RNA的80％ ; 信使RNA （messenger RNA, mRNA） 占细胞总RNA的5％ ; 其它具特殊功能的RNA; RNA病毒; 植物病毒基因组大多是RNA
第五节
一、一般的理化性质
核酸的性质
两性解离 / 一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷）， DNA的pI为4～4.5，RNA的pI为2～2.5。 于水，不溶于有机溶剂；能被乙醇或异丙醇沉淀。
提纯的DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末，微溶 DNA分子由于直径小而长度大，溶液粘度高；RNA分子
粘度较小；核酸变性后粘度降低。 Nhomakorabea
三、核酸的生物学功能
DNA是主要的遗传物质，是遗传信息的载体、负责遗 传信息的储存与发布，并通过复制将遗传信息传给子代。
RNA功能的多样性：
1、参与蛋白质的生物合成 2、RNA的转录后加工与修饰 3、参与基因表达与细胞功能的调节 4、生物催化作用 5、遗传信息的加工与进化
第二节 核酸的结构
三、核酸的变性、复性与分子杂交
1. 变性
稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链 结构的过程。核酸的的一级结构(碱基顺序)保持不变。 变性表征 生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸 收增加（增色效应） 变性因素 pH（>11.3或<5.0） 变性剂（脲、甲酰胺、甲醛） 低离子强度 加热
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
67
3、分子杂交
在退火条件下，不同来源的DNA（或RNA）互补区形成 双链，或DNA单链和RNA单链的互补区形成DNA-RNA杂 合双链的过程称分子杂交。
变性
不同来源的 DNA分子
复性
杂交的 DNA分子
68
五、核酸的序列测定
帽子（甲基化的鸟苷酸） 5´非编码序列（前导序列） 编码序列 3´非编码序列（拖尾序列） 多聚A（polyA）尾巴，20 —150个腺苷酸
帽子 5´非编码序列 编码序列
5´
3´非编码序列 尾巴 3´
蛋白质
A-A-A-A-A-A-A-A ……
真核mRNA多为单顺反子：一个mRNA含一条肽链信息，指导一条肽链的
(1) 基因组较小，没有核膜包裹，且形式多样。 (2) DNA分子绝大部分用于编码蛋白质，不编码部分（又称间隔 区）通常包含控制基因表达的顺序。 (3) 功能相关的结构基因常串联在一起，并转录在同一mRNA分 子中，可指导多种蛋白质的合成，这种结构称为操纵子。 (4) 有基因重叠现象。 (5) 除真核细胞病毒外，基因是连续的，即不含内含子序列。
合成。
59
OCH3
60
四、核酸的性质
（一）理化性质 （二）核酸的紫外吸收 （三）核酸的变性、复性与分子杂交
61
（一）理化性质
两性解离与等电点
性状
溶解性
粘性
核酸的水解
颜色反应
DNA（二苯胺，蓝紫色）
RNA（苔黑酚，绿色） 62
（二）核酸的紫外吸收★
紫外光
吸收
光吸收基团:碱基 最大吸收峰：260nm
48
真核生物基因组的特点
(1)基因组远大于原核生物的基因组，体细胞的基因组是双份的。 (2)基因组中不编码的区域多于编码区域。 (3)不存在操纵子结构。 (4)存在大量重复序列。
高度重复序列 中度重复序列 低度重复序列 (5)基因是不连续的。
49
（二）RNA的分子结构
结构特点:分子小，种类多，单链, 自身部分双螺旋。
50
1、tRNA★
（1）占RNA总量的15%，分子最小，沉降系数为4S左右。 （2）5’末端总是磷酸化，而且常是pG，3’末端最后三个氨基酸
顺序相同，总是—CCA —OH。 （3）含有较多的稀有碱基，可达10%-15%。
51
tRNA二级结构（三叶草形）
氨基酸臂
DHU
TψC臂与环
DHU臂与环
可变环
CGAAC CCUCC
核糖体
rRNA
30S
16S
原核生物
70S
50S
5S、23S
40S
18S
真核生物
80S
60S
5S、5.8S、28S
55
rRNA二级结构
大肠杆菌 5S rRNA 的二级结构模型
43-47位
56
大肠杆菌16S rRNA的二级结构
1535-1539位 CCUCC
57
3、mRNA
元素组成 基本结构单位——核苷酸
8
（一）元素组成
C
H
O
N
P
9
（二）基本结构单位——核苷酸
核酸的水解
10
1、戊糖☆
5
4 3
1 2
存在于RNA中
存在于DNA中
11
2、碱基☆—嘌呤
12
碱基—嘧啶
13
RNA中的4种碱基：腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C、尿嘧啶 U DNA中的4种碱基：腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧 啶T
DNA的双螺旋模型是由Watson和Crick两位科 学家于1953年提出的。
29
双螺旋结构模型提出的依据
（1）X射线衍射数据
30
（2）DNA碱基组成分析（Chargaff定则）
DNA 腺嘌呤 来源 （A）
大肠杆菌 25.4
胸腺嘧 啶（T）
24.8
鸟嘌呤 （G）
24.1
胞嘧啶 （A+T）/ （C） （G+C）
（4）两条链的碱基间形成氢键（A＝T，G≡C），稳定双螺 旋。
36
双螺旋结构稳定的因素☆
（1）碱基堆积力 （2）氢键 （3）离子键
37
DNA双螺旋的构象类型
(1) B-DNA螺旋： DNA在92%相对湿度的钠盐中的构象, 是细胞正常状态下DNA存在的主要构象。 (2) A-DNA螺旋：DNA在75%相对湿度的钠盐中的构象。 (3) C-DNA螺旋：DNA在44-46%相对湿度的锂盐中的构 象。 (4) D-DNA螺旋：DNA在60%相对湿度的锂盐中的构象。 (5) Z-DNA螺旋：左手的DNA螺旋，这种螺旋可能在基因 表达或遗传重组中起作用。
Sanger双脱氧链终止法
平行进行四组反应。 加入相同的单链DNA模板、引物、四种dNTP及DNA聚合
酶，合成新的互补DNA链。 每组另外再分别加入一定比例的2’，3’-双脱氧NTP（如
ddATP），使反应随机终止于dd NTP 处。 任意选取一种脱氧核苷酸为同位素标记物，便于检测。 加热变性，凝胶电泳分离,放射自显影检测。
69
70
71
72
38
类型 旋转方向 螺旋直径 螺距 每转碱基对数 碱基对间距 碱基倾角
A-DNA 右
2.3
2.8
11
0.255
20
B-DNA 右
2.0
3.4
10
0.34
0
Z-DNA 左
1.8
4.5
12
0.37
7 39
特殊DNA的结构 回文结构与镜像结构
回文序列可形成发夹结构或十字架结构
41
多嘌呤-多嘧啶的镜像序列可形成三螺旋结构
25.7
1.0
小麦
27.3
27.1
22.8 22.7
1.21
鼠
28.6
28.4
21.4 21.5
1.33
猪：肝 29.4
29.7
20.5 20.5
胸腺
30.0
28.9
20.4 20.7
1.43
脾
29.6
29.2
20.4 20.8
酵母
31.3
32.9
18.7
17.5
1.079 31
（3）DNA的电位滴定分析 证明了氢键的存在。
6
（二）核酸的种类、分布与功能
种类
分布
功能
原核生物：拟核区
DNA 真核生物：95%在细胞核、
遗传信息的载体
5%在线粒体和叶绿
体
rRNA 原核生物：细胞质
核糖体主要成分
真核生物：75%在细胞质
RNA tRNA
15%在线粒体和叶绿 携带、转移aa
mRNA
体 10%在细胞核
肽链合成的模板
二、核酸的化学组成★
65
热变性和Tm
Tm： 将紫 外吸收 的增加量达最大增 量一半时的温度称 熔解温度。
影响Tm因素： G-C对含量（G+C)%=(Tm-69.3)X2.44 溶液的离子强度 溶液的pH 变性剂
66
2、核酸复性
概念 变性核酸的互补链在适当 的条件下，重新缔合成为双螺 旋结构的过程称为复性。
减色效应 由于核酸复性而引起 260nm处的紫外吸收降低的现 象。
第三章
核酸化学
Chemistry of Nuclear acid
主要内容
一、概述 二、核酸的化学组成 三、核酸的结构 四、核酸的性质 五、核酸的序列测定
2
一、概述
（一）核酸的发现与早期研究
1868年，瑞士科学家F. Miescher从外科绷带上脓 细胞的核中分离出了一种富含磷的酸性物质，称为 “核素”。
用途： 核酸的定性、定量分析
63
（三）核酸的变性、复性与分子杂交★
1、核酸变性
概念 核酸双螺旋区氢键断 裂，空间结构破坏， 形成单链无规则线团 状态的过程。
本质 只涉及次级键的变化， 但一级结构不变。
64
变性因素 加热、极端的pH、乙 醇、丙酮、尿素等。
变性特征 生物活性丧失、理化 性质改变 （增色效应：核酸变性 后 ， 260nm 的 紫 外 吸收值明显增加）
1889年，R. Altman等人又从酵母和动物的细胞核 中得到了不含蛋白质的核酸，并首次使用“核酸” （Nucleic Acid）命名。
3
遗传物质是蛋白质还是核酸？
1944 年 ， Avery 等 人通过细菌转化 实验证明核酸是 遗传物质。
4
Avery Experiment
5
1953年，Watson和 Crick 提出DNA双螺 旋结构模型。
14
3、核苷
糖苷☆
15
碳苷
假尿苷（Ψ）
16
修饰核苷
17
18
4、核苷酸及其衍生物
核苷酸☆
19
20
（脱氧）核苷二磷酸、（脱氧）核苷三磷酸
21
多磷酸核苷酸
ppGpp鸟苷四磷酸，pppGpp鸟苷五磷酸 A5’pppp5’A简称Ap4A
22
环状核苷酸
23
辅酶核苷酸
24
核苷酸的连接方式
核苷酸通过3’，5’-磷酸二酯键连接起来，以磷酸-糖-磷酸糖…形成核酸骨架。
占RNA总量的5％，含量最少。 种类多，寿命短，代谢活跃。
原核细胞mRNA分子分为三部分，即5´非编码序列、编码序列、3´非编码序 列。
5´非编码序列
编码序列
3´非编码序列
5´
3´
蛋白质
原核mRNA为多顺反子：一个mRNA含几个蛋白质信息，指导几个蛋白质