第二章 核酸的结构与功能

础，有广泛的应用价值。
P53
双链DNA
AT C C
TAG G
A
AT C C
TAG G
变性
加热
AT C C
单链DNA
AT C C
TAG G
TAG G
复性 杂链DNA
AT C C TAG G
退火
AT C C
TAG G

双链DNA
加热 变性
B


复性 退火

单链DNA


杂链DNA
两种最重要的生物大分子比较
嘧啶碱
三、核苷、核苷酸
（一）核苷（nucleoside）
核 苷
嘌呤环：N-9
嘧啶环：N-1
碱 基
核糖(戊糖)
连接方式：糖苷键(glycosidic bond)
β-糖苷键
糖：C-1‘
Nຫໍສະໝຸດ Baidu2
NH2
N
腺嘌呤 N
HOCH2 N O
N O HOCH2 O
1
胞嘧啶
N1
N9
1
核糖
HO OH
脱氧核糖
OH
H
腺嘌呤核苷 （腺苷）
胞嘧啶脱氧核苷 （脱氧胞苷）
(二) 核苷酸(nucleotide) 核苷酸 核苷
磷酸
连接方式： 磷酯键
糖环上所有游离羟基（核糖的C-2、 C-3、 C-5及脱氧核糖的C-3、C-5 ）均能与磷酸
发生酯化结合。生物体内多数核苷酸是5核苷酸，即糖环上的C-5 与磷酸发生酯化
结合。
O
NH2 N O N O P OCH2 5 O O N N
鸟嘌呤（G） （2-氨基 6-氧嘌呤）
4
嘧 啶 (pyrimidines)
3
N N 1
5
2
6
尿嘧啶（U） 胸腺嘧啶（T） 胞嘧啶（C） （2，4-二氧嘧啶）（5-甲基尿嘧啶） （2-氧 4-氨基嘧啶）
稀有碱基(unusualcomponent)
--又称修饰碱基 （themodifiedcomponent) 指上述五种碱基环上的某一位置被一些化学 基团(如甲基化、甲硫基化等)修饰后的衍生 物。一般这些碱基在核酸中的含量稀少，在 各种类型核酸中的分布也不均一。如DNA中的 修饰碱基主要见于噬菌体DNA，RNA中以tRNA 含修饰碱基最多。
DNA双螺旋模型的基本内容
反向平行、互补双链 • 脱氧核糖和磷酸骨架位于双链外侧，走向相反
（5´ 3´、3´ 5´）； • 碱基配对:A-T，G-C
双螺旋结构稳定力 •横向是碱基对氢键； •纵向是碱基平面间的疏水堆积力（base-stacking force） 右手螺旋，并有大沟和小沟
螺旋直径2nm,螺距3.4nm,螺旋一周10个碱基对， 碱基平面距离0.34 nm
记忆口诀
逆向平行双螺旋； 内有碱基配氢键； 平行碱基堆积力； 三个数字记心间。
二、DNA的超螺旋结构
（一）原核生物DNA的高级结构 （二）真核生物DNA的高级结构
原核细胞与真核细胞
染色体的 多层次压 缩包装
中期染色体
染色质纤丝
螺旋圈
念珠核小体链
突环
DNA
真核生物染色体DNA组装不同层次的结构
一、DNA的二级结构
—双螺旋模型（double helix）
P40
James Dewey Watson
Francis Harry Compton Crick
―搭积木”式的研究
1953年<自然>杂志上发 表的论文-揭示了地球 上生物的代码-DNA的分 子结构
The students greeted the 75year-old scientist with a The day featured a visit by standing ovation. Watson and Nobel laureate James D. Watson. Watson (right) and the students (left) engaged in his partner, Francis Crick, are a lively discussion of genomics credited with discovering the for more than a hour before the students were treated to a DNA double helix in 1953. sneak preview of “DNA: The Secret of Life.”
小亚基
大亚基
rRNA功能： 核糖体主要结构组成部分。 蛋白质合成过程所必需的场所。
第七节 核酸的理化性质及其应用
一、核酸一般的理化性质
二、核酸的变性
三、核酸的复性与杂交
P47
一、核酸一般的理化性质
紫外光吸收： 260nm特征性吸收峰
核酸具有高分子特性
二、核酸的变性（denaturation）
定义：在某些理化因素作用下，核酸分子互补双链之间氢
键断裂，使双螺旋结构松散变成单链的过程。 如：温度、酸碱、有机溶剂、尿素等。
增色效应（hyperchromic effect）： 核酸在加热变性过程中
260nm波长吸收值（ A260 ）增加。它反映了核酸双链的解 链程度。
解链温度或熔解温度（melting temperature,Tm）:核酸加温变性
三、DNA 的功能
遗传信息的载体: DNA
RNA
Protein ；
基因的物质基础:核苷酸的排列顺序决定了基因
的功能；
基因组(genome):包含了所有编码RNA和蛋白质
的序列及所有非编码序列--DNA分子的全序列。
第五节 RNA的结构与功能
一、信使RNA(mRNA) 二、转运RNA(tRNA) 三、核糖体RNA(rRNA)
水解
磷酸(P)
碱基(B)
戊糖(R)
一、碱基（base)
嘌呤
(purine)
腺嘌呤(adenine, A) 鸟嘌呤(guanine, G)
胞嘧啶(cytosine, C)
嘧啶
(pyrimidine)
胸腺嘧啶(thymine,T) 尿嘧啶(uracil,U)
嘌 呤 (purines)
腺嘌呤（A） （6-氨基嘌呤）
过程中， A260达到最大值一半时的温度。在Tm时，核酸分 子内50%的双链结构被解开。
The denaturation of double-stranded DNA molecules
Tm值
一般DNA的Tm值：80 C－100 C
o o
与核酸分子中的G+C比例相关
P49
三、核酸的复性
3末端(游离羟基)
书写规则：方向 5 3,从繁到简有多种表示方法。
核 苷 酸 链 : 一 级 结 构
5‗末端的磷酸基团
3‗，5‘– 磷酸二酯键
3‗，5‘– 磷酸二酯键
3‗末端的羟基(-OH)
第四节 DNA的空间结构与功能
一、DNA的二级结构—双螺旋模型 二、DNA的超螺旋结构 三、DNA的功能
分子杂交(molecular hybridization)：不同
来源的核酸经变性和复性的过程，其中一些不同 的核苷酸单链由于存在局部碱基互补片段，而在 复性时形成杂化双链(heteroduplex)的过程。
分子探针(probe):带有某种标记物的分子，如
核苷酸链片段
分子杂交和探针技术是许多分子生物学技术的基
二、戊糖
RNA:D-核糖
DNA:D-2-脱 氧核糖 D-核糖的C-2 所连的-OH脱去
核 糖
D-
氧就是D-2脱氧
核糖
脱氧核糖
D-
两类核酸的基本成分
RNA
磷酸 磷酸
DNA
磷酸
戊糖
嘌呤碱
D-核糖
腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U)
D-2-脱氧核糖
腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T)
小核仁RNA
小胞质RNA
snoRNA
scRNA/7SLRNA
rRNA的加工、修 饰
蛋白质内质网定位 合成的信号识别体 的组分
RNA secondary and tertiary structures
(a) Hairpins, Stem-loops, and other secondary structures can form by base pairing between distant complementary segments of an RNA molecule. In stem-loops, the single-stranded loop between the base-paired helical stem may be hundreds or even thousands of nucleotides long, whereas in hairpins, the short turn may contain as few as 6 – 8 nucleotides. Interactions between the flexible loops may result in further folding to form tertiary structures such as the pseudoknot. This tertiary structure resembles a figure-eight knot, but the free ends do not pass through the loops, so no knot is actually formed.
动物细胞内主要RNA的种类与功能
细胞核和胞液 核糖体RNA 信使RNA 转运RNA rRNA mRNA tRNA 线粒体 mt rRNA mt mRNA mt tRNA 功能 核蛋白体的组分 蛋白质合成模板 转运氨基酸
不均一核RNA
小核RNA
hnRNA
snRNA
mRNA的前体
参与HnRNA的剪 接、转运
稀有碱基：二氢尿嘧啶(DHU)、T、假尿
嘧啶()、 7甲基嘌呤(mG和mA)等；
三叶草形二级结构：D环、反密码环(有
反密码子)、T环和3端氨基酸接受臂
倒“L‖型三级结构
氨基酸接受臂
(CCA末端)
D环
T环
可变臂 反密码子环
a.tRNA的三叶草结构(二级结构)
T环
氨基酸接受臂
T环
D环 可变臂 反密码子环
(b)
一、mRNA（messenger RNA） 的结构与功能
真核生物mRNA：
5 ´帽子结构 5´ m7Gppp 密码子 3 ´多聚A尾 3´ AAAA ……An
AUG GUG ………………
UAA
5 ´非编码区
编码区
3 ´非编码区
二、tRNA（transfer RNA） 的结构与功能
结构特点:
第二章 核酸 的结构与功能
（The structure and
function of nucleic acids）
第一节
核酸的基本概念
P26
核酸与蛋白质一样，都是生
命活动中的生物信息大分子， 具有复杂的结构和重要的功能。
第二节 核酸的基本成分
水解
核 酸
水解
单核苷酸 (B-R-P)
核苷 (B-R)
O
P O
N
NH2
O O O P OCH2 5 O O
N
HO
OH
OH
H
腺嘌呤核苷酸 （腺苷酸）
脱氧胞嘧啶核苷酸 （脱氧胞苷酸）
第三节 核酸的一级结构
基本内容
核酸一级结构的概念： 核酸分子中核苷酸的排列顺序，即碱基的排列顺序。 连接键即 3, 5 - 磷酸二酯键： 第一个核苷酸糖环上原来游离的 C- 3 羟基与第二个 核苷酸C-5 磷酸组成 3 , 5磷酸二酯键。 具有方向性：二个游离末端 5末端(游离磷酸基)
D环
反密码子环
b.tRNA的倒L型(三级结构)
tRNA功能：
在翻译过程中作为转接分子：氨酰－
tRNA（负载tRNA）。 在反转录病毒复制过程中，tRNA可作为
DNA复制的引物。
三、rRNA （ribosomal RNA） 的结构与功能
核蛋白体RNA（核糖体RNA）：细胞内含 量最多的RNA，占RNA总量的80% 核糖体是一种核酶，由大小不同的两个亚 基组成，大小亚基分别又有几种rRNA和数 十种核糖体蛋白组成
（一）核酸的复性
1、核酸的复性（renaturation）又称退火 （annealing）:变性核酸在一定条件下，如 温度逐步恢复到生理范围内，两条互补单 链重新恢复天然的双螺旋构象。
The renaturation of double-stranded DNA molecules
（二）核酸的分子杂交
蛋白质 组成单位 种 类 氨基酸 20种 核酸 核苷酸
A、C 、G 、T (DNA) A、C 、G 、U (RNA)
连接方式 一级结构 空间结构
功 能
肽键 AA排列顺序 二、三、四 级结构
生命活动 直接执行者
磷酸二酯键 碱基序列 螺旋、超螺旋、蛋白 -核酸非共价结合
遗传信息贮存、传代、 表达,决定蛋白结构