生物化学6核酸2
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；
第六章 生物化学核酸讲解
生物化学核酸讲解核酸是遗传物质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。
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
第5章核酸的化学 第二节 核酸的化学组成
食品生物化学
二、核酸的水解产物
3.次黄嘌呤衍生物——次黄嘌呤核苷酸（IMP）
在肌肉组织中，腺嘌呤核苷酸循环过程中由AMP脱氨形成 次黄嘌呤核苷酸。
次黄嘌呤核苷酸在生物体内是合成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤 核苷酸的关键物质，对生物的遗传有重要的功能。另外，它还 是一种很好的助鲜剂，有肉鲜味，与味精以不同比例混合制成 具有特殊风味的强力味精（见第九章第二节鲜味）。
2.腺苷衍生物——环腺苷酸（cAMP）
cAMP是由ATP经腺苷酸环化酶催化而成的。
食品生物化学
图5-7 环腺苷酸（cAMP）
食品生物化学
cAMP广泛存在于一切细胞中，浓度很低。它们的主要作 用不是作为能量的供体，而是在生物体内参与细胞内多种调节 功能，如它可调节细胞内催化糖和脂肪反应的一系列酶的活性， 也可以调节蛋白激酶的活性。一般把激素称为第一信使，而称 cAMP为“第二信使”。
核酸是一种聚合物，它的结构单位是核苷酸 。
核酸
核苷酸
磷酸
核苷
碱基
戊糖
(嘌呤碱和嘧Ch啶em碱Pa)st(e核r 糖或脱氧核糖)
图5-1 核酸的水解产物
食品生物化学
三、核酸水解产物的化学结构
1．戊糖
DNA和RNA的主要区别是所含戊糖不同，DNA分子中的戊 糖是β-D-2-脱氧核糖，而RNA分子中的戊糖是β-D-核糖 。
碱基 Ade Gua Cyt Ura
《食品生物化学》 6模块六 核酸化学
三
多核苷酸链 5磷酸基末端
DNA分子结构
5′端
RNA分子结构
C
A 3, 5 -磷 酸二酯键
G
3′端
模块六 核酸化学
22
三
2.DNA的二级结构
DNA分子结构
（1）DNA的碱基组成规律——Chargaff 规则 不同物种的DNA碱基组成不同 同一生物体的不同组织的DNA的碱基组成相同 [A]=[T]，[G]=[C]，[A]+[G]=[T]+[C]
N N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
O
N NH
核酸的组成
NH
N
NH2
鸟嘌呤(guanine, G)
模块六 核酸化学
9
一
嘧啶(pyrimidine)
5 4 3N
612 NH
NH2 N
核酸的种类
O
核酸的分布
NH
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
H3C
O NH
NH
O
胞嘧啶(cytosine, C)
（1）元素组成 组成核酸的主要元素有C、H、O、N、P等，其中P的含量大约占 总量的9%～10% 。
磷在各种核酸中的含量比较接近和恒定，DNA的平均含磷量为 9.9%，RNA的平均含磷量为9.4%。因此，只要测出生物样品中核 酸的含磷量，就可以计算出该样品的核酸含量，这是定磷法的理论 基础。
模块六 核酸化学
模块六 核酸化学
5’
3’ 5’
3’
20
三
1.一级结构
定义 核酸中核苷酸的
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。
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
生物化学中的核酸二级结构分析
生物化学中的核酸二级结构分析核酸的二级结构是指核酸分子中核苷酸之间的空间排列方式。
核酸分子的二级结构对于其功能和特性具有重要影响，因此对核酸二级结构的分析具有极大的研究价值。
在生物化学中，核酸主要分为DNA和RNA两种类型。
DNA是遗传信息的存储介质，而RNA则在转录和翻译过程中起到传递和转化遗传信息的作用。
DNA和RNA的二级结构分析主要包括以W-C碱基配对为基础的双螺旋结构和非W-C碱基配对的非螺旋结构。
首先，W-C碱基配对是核酸二级结构的基本特征，通过互补配对形成双螺旋结构。
DNA双螺旋结构由两条互相平行的DNA链通过互补碱基配对而成，形成了DNA的螺旋结构。
在DNA分子中，腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）通过两个氢键相互配对，而鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）通过三个氢键相互配对。
这种碱基配对规则使得DNA可以稳定地保存遗传信息，并且具有高度的选择性。
除了DNA双螺旋结构，RNA也可以形成双螺旋结构，但通常不稳定且片段较短。
RNA的二级结构形成主要是通过碱基间的互补配对和碱基间的非螺旋结构来实现的。
RNA分子中腺嘌呤（A）和尿嘧啶（U）通过两个氢键配对，而鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）通过三个氢键配对。
这种配对规则使得RNA也能稳定地保持双螺旋结构。
此外，非W-C碱基配对也可以导致核酸的非螺旋结构。
在非螺旋结构中，不同的碱基之间通过氢键或范德华力相互作用而形成特定的构象。
例如，DNA分子中的瓜儿啶（G）可以与胞嘧啶（C）形成非W-C碱基配对，形成三个氢键的G-C配对。
这种非W-C碱基配对结构在DNA分子中发挥了重要的生物学功能，如在转录调控中起到关键作用。
核酸二级结构的分析方法主要包括X射线晶体学和核磁共振（NMR），通过这些技术可以直接研究核酸双螺旋和非螺旋结构的形态和三维空间排列。
此外，计算机模拟和分子动力学模拟等理论方法也可以用来预测和分析核酸的二级结构。
总之，核酸的二级结构分析在生物化学中具有重要的研究价值。
生物化学 第二版 6核酸的性质
二、核酸的酸碱性
01 02
03 04
三、核酸的紫外吸收
嘌呤碱与嘧啶碱具有共轭双键
碱基
紫 外
核苷 ➢ 240nm～290 nm的紫外波段有强烈
线
核苷酸 的吸收峰；
核酸 ➢ 最大吸收值在260 nm附近。
三、核酸的紫外吸收
核酸的紫外吸收：
➢ 碱基紧密堆积在一起，核酸的Fra bibliotek6.核酸的性质
主讲人：
核酸的性质
1、核酸的一般性质 2、核酸的酸碱性 3、核酸的紫外吸收 4、核酸的变性、复性和分子杂交
复习：核酸的结构
DNA的结构
一级结构 二级结构
脱氧核苷酸的 排列顺序
双螺旋结构
三级结构
超螺旋结构
RNA的结构
核苷酸的排列顺序 一条单链通过自身回折 形成双螺旋和环状突起
一、核酸的一般性质
1.物种和个体间亲缘关系研究； 2.疾病诊断研究。
小结
1、了解核酸的一般性质； 2、熟悉核酸的酸碱性； 3、掌握核酸的紫外吸收； 4、掌握核酸的变性、复性 5、比较：核酸与蛋白质的性质
谢谢
➢ 核酸微溶于水，不溶于乙醇； ➢ DNA和RNA的钠盐比游离酸在水中的溶解度大； ➢ DNA和RNA在不同浓度的氯化钠溶液中溶解度不同：
0.14mol/L NaCl -
+
1~2mol/L NaCl +
-
乙醇沉淀
一、核酸的一般性质
4、沉降特性
➢ 核酸受到强大离心力的作用时可从溶液中沉降下来； ➢ 沉降速度与核酸的大小和密度有关； ➢ 可用超离心法纯化核酸或将不同构象的核酸进行分离，
紫
紫外吸收值比其各核苷酸成分
生物化学周爱儒第六版第二章核酸的结构与功能
• 变性核酸：OD260增高，粘度下降，浮力密度升高，失去其部分或全部 的 生物活性。
• 增色效应——核酸变性后，其在260 nm处的紫外吸收值将增加。 DNA约增加25－40%；RNA约增加1.1%。
• 核酸变性的因素：温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引 起核酸的变性。
加温 （变性）
加温
缓慢 降温 （复性）
缓慢 降温
（分子杂交）
核酸分子杂交的应用：
研究DNA分子中某一种基因的位置 定两种核酸分子间的序列相似性 检测某些专一序列在待检样品中存在与否 是基因芯片技术的基础
** DNA和RNA对遗传信息的携带和 传递，是依靠碱基排列顺序变化而 实现的。
第二节 DNA的空间结构与功能
Dimensional Structure and Function of DNA
一.DNA的二级结构
• 1953年，Watson和Crick根据DNA结晶的X-衍射 图谱和分子模型，提出了著名的DNA双螺旋结构模 型。
三. 核酸的水解
（1）酸或碱水解 DNA和RNA对酸或碱的耐受程度有很大差别。 如：在0.1 mol/L NaOH溶液中，RNA几乎可以完全
水解，DNA在同样条件下则不受影响。（这种水解性能上的差
别，与RNA核糖基上2′-OH的邻基参与作用有关。在RNA水解时，2′OH首先进攻磷酸基，在断开磷酯键的同时形成环状磷酸二酯，再在碱 的作用形成水解产物。）
• DNA复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性 一般只能得到部分的恢复。
• DNA复性的程度、速率与复性过程的条件有关。 将热变性的DNA骤然冷却至低温时，DNA不可能复
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 核酸2
G+C含量对Tm的影响
核酸的变性、复性与杂交
核酸的变性
AT富集区 GC富集区
核酸的变性、复性与杂交
核酸的变性
大肠杆菌DNA在不同KCl浓度下的熔解温度曲线
核酸的变性、复性与杂交
核酸的变性
酵母kRNA甲在 酰甲胺酰溶胺液溶中液 中
酵母kRNA在无 甲酰胺溶液中
一种浮萍18SrRNA
具有双螺旋区段的RNA也具有变性性质 由于RNA双螺旋区段小，因此变性Tm较小 tRNA具有较多的双螺旋区段，因此有较高的Tm
入射光 I0
透射光 I
光源
单色透镜
样品
检测器
核酸的超速离心
超速离心原理
当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时，由于重力场的作用使得 悬浮的颗粒逐渐下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液体 小的粒子就会上浮。
物质在介质中沉降时还伴随有扩散现象。 ➢ 扩散是无条件的绝对的。扩散与物质的质量成反比，颗粒 越小扩散越严重。 ➢ 沉降是相对的，有条件的，要受到外力才能运动。沉降与 物体重量成正比，颗粒越大沉降越快。颗粒越小沉降越慢， 而扩散现象则越严重。 ➢ 利用离心机产生强大的离心力，才能迫使这些微粒克服扩 散产生沉降运动。
氰乙基 保护基团
③下一个核苷加入
核苷 3’位活化
二异丙基乙胺 活化基团
二异丙基乙胺 副产物
DNA的化学合成
④氧化形成磷酸基 重复②③④步直到所有核苷残基都加入到链上 ⑤去除碱基上的保护基团 ⑥去除磷酸基上的氰乙基保护基团 ⑦断开硅柱链接
寡核苷酸链释放
核酸的水解
箭头所指为水解的位置
核酸的水解
5’ 4’
核酸的分离提纯与定量
DNA的分离提纯
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
核酸生物化学实验技术实验
核酸生物化学实验步骤（一）酵母中RNA的提取及紫外分光光度法测定核酸浓度1．稀碱法提取酵母中RNA实验原理：基于核酸不溶于乙醇。
先用稀碱将酵母细胞裂解，采用酸中和，通过离心去除菌体细胞的大碎片，采用乙醇可将上清液中的RNA沉淀出来。
该方法提取的核酸分子为变性失活的RNA。
操作方法：（1）称取2 g干酵母粉，放入100 mL烧杯中，加入20 mL 的1%氢氧化钠水溶液，搅拌30 min （玻璃棒手动充分搅拌）。
（2）30 min后，向（1）中加入少量乙酸调节pH至中性（切忌调节pH低于3，RNA的等电点2-2.5），试纸检查。
（3）将（2）全部转移至离心管中，3800 rpm离心10 min（最大装液量离心管体积的三分之二，等分两个离心管进行离心）。
弃沉淀（主要是细胞壁等碎片），留上清（含有RNA）。
（4）将上清液转移至干净的100 mL烧杯中，加入15 mL 95%的乙醇，充分混匀，静置10 min。
（此时，大部分RNA沉积于烧杯底部，转移时需要搅动，以免丢失RNA。
因此该步骤也可将上清液直接转移到离心管，静置10 min是必要的）（5）将（4）转移至离心管，3800 rpm离心5 min（一次离心管装不下，分两次离心），弃掉上清液，用95%乙醇重悬，离心洗涤2次，每次95%乙醇用量5 mL。
（6）将洗涤后的样品转移至干净的表面皿（已称重）上，95℃水浴蒸汽干燥（约10 min左右），称重计算干酵母中RNA含量。
干酵母中RNA含量(%)=提取的RNA重量（g）干酵母重量（g）×100%2．紫外吸收法测定提取RNA干粉中核酸含量实验原理：核酸分子在260 nm处具有特异性吸收峰试验方法：（1）称取实验1中提取的RNA干粉20 mg，加入少量0.5 mol/L的氢氧化钠水溶液溶解，然后加入去离子水，用50 mL容量瓶定容，（2）以去离子水做空白，测260 nm处的吸光度（A），计算提取的RNA干粉中核酸含量。
- 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)。
large subunit
tRNA
EF-G
small subunit
mRNA location
三、核蛋白体RNA的结构与功能
* rRNA的结构
* rRNA的功能 参与组成核蛋白
体，作为蛋白质生物 合成的场所。
原
真
核
核
生
生
物
物
* rRNA的种类（根据沉降系数）
原核生物（50S+30S）
真核生物（60S+40S）
30S 1542个核苷酸 占总重量的40%
18S 33种
40S 1874个核苷酸 占总重量的50%
大亚基 rRNA
蛋白质
23S 5S
31种
50S 2940个核苷酸 120个核苷酸
占总重量的30%
28S 5.85S
5S
49种
60S
4718个核苷酸 160个核苷酸 120个核苷酸
占总重量的35%
The crystal structure of a 23S ribosme
DNA
压缩7倍
核小体
压缩6倍
螺线管
压缩40倍
超螺线管
压缩5倍
染色单体
共计压缩8400倍
第三节 RNA的结构与功能
Structure and Function of RNA
大多数天然RNA是一条单链，通过自身回折形成部分螺旋区，部分非螺旋区。
少数病毒RNA如水稻矮缩病毒、呼肠孤病毒、伤瘤病毒等RNA是双链螺旋，类 似于DNA的双螺旋结构。
5’非翻译区
3’非翻译区
编码区
原核细胞的mRNA
* 真核细胞mRNA成熟过程
内含子 (intron)
外显子 (exon)
hnRNA
mRNA
首尾修饰
* mRNA结构特点
1. 大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一 个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2也是 甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。
通常polyA长度从几十到几百个核苷酸不 等，是由polyA转移酶加上去的。
帽子结构和多聚A尾的功能
mRNA核内向胞质的转移
mRNA的稳定性维系
翻译起始的调控
帽结合蛋白（CBPs)
polyA结合蛋白(PAB)
eIF4A
* mRNA的功能 把 DNA 所 携 带 的 遗 传 信 息 ， 按 碱 基 互
蛋白质
核酸
氨基酸 20 种氨基酸 肽键
O
稀有碱基
N
NH
NH N
CH3 N
N,N二甲基鸟嘌呤CH3
HN CH2
CH
C CH3 CH3
N
N
NH N
N6-异戊烯腺嘌呤
O
H
H
NH
H H NH O
双氢尿嘧啶
S
NH
NH O 4-巯尿嘧啶
* tRNA的二级结构 ——三叶草形
➢ 氨基酸臂 ➢ DHU环 ➢ 反密码环 ➢ TΨC环 ➢额外环
氨基酸臂
额外环
5S rRNA
大亚基
5S rRNA 5.8S rRNA
23S rRNA
28S rRNA
16S rRNA
小亚基
18S rRNA
16S rRNA
5S rRNA
大肠杆菌16S，5S rRNA的二级结构
核糖体的组成
原核生物（以大肠杆菌为例） 真核生物（以小鼠肝为例）
小亚基 rRNA 蛋白质
16S 21种
四 、其他小分子RNA及RNA组学
snmRNAs
除了上述三种RNA外，细胞的不同部位 存在的许多其他种类的小分子RNA，统称为 非 mRNA 小 RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。
snmRNAs的种类 核内小RNA 核仁小RNA 胞质小RNA 催化性小RNA 小片段干涉 RNA
RNA一级结构分子组成：A、U、C、G
H
U
二级结构基本元件
RNA的种类、分布、功能
细胞核和胞质 线粒体
功
能
核糖体 RNA
rRNA
mt rRNA 核糖体组分
信使RNA
mRNA
mt mRNA 蛋白质合成模板
转运RNA
tRNA
mt tRNA 转运氨基酸
核内不均一RNA HnRNA
成熟mRNA的前体
核内小RNA
SnRNA
参与hnRNA的剪接、转运来自核仁小RNASnoRNA
rRNA的加工、修饰
胞浆小RNA scRNA/7SL -RNA
蛋白质内质网定位合成 的信号识别体的组分
一 、信使RNA的结构与功能
▪ mRNA：是携带从DNA编码链得到的遗传信 息，并以三联体密码子的方式指导蛋白质生 物合成的RNA，由5 ’ 非翻译区、编码区和 3’非翻译区组成。
核酸是以核苷酸为基本组成单位的 生物大分子
核 磷酸
苷
戊糖 — 核糖或脱氧核糖
酸 核苷 碱基 嘌呤: 腺嘌呤(A),鸟嘌呤(G)
嘧啶: 胞嘧啶(C),尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T)
核酸分为DNA和RNA
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
3.54 nm
碱基互补配对
帽子结构
帽子结构的类型
5´-cap：m7G(5´)pppNmp
cap0: m7G(5´)pppNp
5´-cap
cap1: m7G(5´)pppNmpNp cap2: m7G(5´)pppNmpNmpNp
* mRNA结构特点 2. 大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸
(polyA)结构，称为多聚A尾。
snmRNAs的功能 参与hnRNA和rRNA的加工和转运。
RNA组学
RNA组学研究细胞中snmRNAs的种类、 结构和功能。同一生物体内不同种类的细胞、 同一细胞在不同时间、不同状态下snmRNAs 的表达具有时间和空间特异性。
核酸和蛋白质的比较
组成单位 组成单位的种类 连接方式 一级结构 空间结构 功能
1980年牛心线粒体tRNAser只有63个核苷酸，沉 降常数3S，缺少D环和D臂，呈二叶草型。
近年来发现2种线虫线粒体tRNA也不是标准 的三叶草结构。
TΨC环
额外环
DHU环
* tRNA的三级结构 —— 倒L形
* tRNA的功能 活化、搬运氨基
酸到核糖体，参与蛋 白质的翻译。
tRNA functions as a amino acid transfer in protein biosynthesis.
补配对原则，抄录并传送至核糖体，指导蛋 白质的合成。
原核细胞
真核细胞
细胞质
DNA
mRNA
蛋白
转录
翻译
细胞核
外显子
内含子
DNA
转录
hnRNA
转录后剪接 转运
mRNA 蛋白
翻译
二、转运RNA的结构与功能
* tRNA的一级结构特点 ➢ 分子量较小，一般由73～93个核苷酸组成 ➢ 各种tRNA的3′一端为CCA；5′一端大多数为 pG，少数为pC ➢ 含 10~20% 稀有碱基，如 DHU， 等