核酸的化学
第五讲 核酸的化学
第一节 核酸的组成成分
三 核 酸 的 组 分 .
碱基
磷酸基团
核糖 RNA 核糖核苷酸
第一节 核酸的组成成分
三 碱基 三.核 酸 的 组 分 核 磷酸酯基团 酸 核酸是由核苷酸组成的，核苷酸是核苷的磷 的 酸酯，核苷由碱基和核糖/脱氧核糖组成，碱基 组 脱氧核糖 分 有嘌呤和嘧啶两类。 .
命名方法
核糖核苷酸以三个字母表示，第一个字母代表 碱基，第三个字母“P”代表磷酸，第二个字母中 “M”代表一，“D”代表二，“T”代表三； 脱氧核糖核苷酸则在上述三个字母前加“d”
例
UDP：二磷酸尿苷 dGMP：一磷酸脱氧鸟苷 dTTP：三磷酸脱氧胸苷
CTP： 三磷酸胞苷
GMP：一磷酸鸟苷
AMP
蛋 白 质 生 物 合 成
第二节
蛋 白 质 生 物 合 成
蛋白质的生物合成
转运RNA(tRNA)
这是细胞中最小的一种RNA ，约占总的15%，是 目前研究得最清楚的一类，在蛋白质合成中起携 带（选择供应）氨基酸的作用； 信使RNA (mRNA) 在胞内含量很少，约占5%，代谢活跃。在蛋白 质合成中起着模板的作用；
C1 H－C2－OH H－C3－OH H－C4 CH2OH5 β-D-呋喃核糖
OH
H
O
核糖
碱基 (base)
2.嘌呤 (purine) 胞嘧啶(cytosine，C)、 胸腺嘧啶（thymine，T)、 腺嘌呤(adenine，A)
1.嘧啶：(pyrimidine)：
尿嘧啶(uracil，U) ；
核酸的化学
一、填空题1．核酸的基本结构单位是。
2．20世纪50年代，Chargaff等人发现各种生物体DNA碱基组成有的特异性，而没有的特异性3．DNA双螺旋中只存在种不同碱基对。
T总是与配对，C总是与配对。
4．核酸的主要组成是，和。
5．两类核酸在细胞中的分布不同，DNA主要位于中，RNA主要位于中。
6．核酸分子中的糖苷键均为型糖苷键。
糖环与碱基之间的连键为键。
核苷与核苷之间通过键连接形成多聚体。
7．嘌呤核苷有顺式，反式二种可能，但天然核苷多为。
8．X射线衍射证明，核苷中与平面相互垂直。
9．核酸在260nm附近有强吸收，这是由于。
10．给动物食用3H标记的，可使DNA带有放射性，而RNA不带放射性。
11．双链DNA中若含量多，则T m值高。
12．双链DNA热变性后，或在pH2以下，或pH12以下时，其OD260，同样条件下，单链DNA的OD260。
13．DNA样品的均一性愈高，其熔解过程的温度范围愈。
14．DNA所处介质的离子强度越低，其熔解过程的温度范围越，溶解温度越，所以DNA应保存在较浓度的盐溶液中，通常为mol/L的NaCl溶液。
15．DNA分子中存在于三类核苷酸序列：高度重复序列、中度重复序列和单一序列。
tRNA，rRNA以及组蛋白等由编码，而大多数蛋白质由编码。
16．硝酸纤维素膜可结合链核酸。
将RNA变性后转移到硝酸纤维素膜上再进行杂交，称印迹法。
17．变性DNA的复性与许多因素有关，包括，，，，等。
18．DNA复性过程符合二级反应动力学，其Cot1/2值与DNA的复杂程度成比。
19．双链DNA螺距为3.4nm，每匝螺旋的碱基数为10，这是型DNA的结构。
20．RNA分子的双螺旋区以及RNA-DNA杂交双链具有与型DNA相似的结构，外形较为。
21．NAD+，FAD和CoA都是的衍生物。
22．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。
23．tRNA的三级结构为形，其一端为，另一端为。
第5章核酸的化学 第四节 核酸的性质
食品生物化学
图5-15 RNA紫外吸收曲线
波长nm
食品生物化学
四、核酸的变性与复性
当核酸在某些理化因素（如有机溶剂、酸、碱、尿素、加 热及酰胺等）作用下，互补碱基对间的氢键断裂，双螺旋结构 松散，变成单链的过程称为变性(denaturation)。变性使核酸的 二级结构、三级结构改变，但核苷酸排列顺序不变。变性后的 核酸理化性质改变，生物学活性丧失。
核酸是相对分子质量很大的高分子化合物，高分子溶液比 普通溶液黏度要大得多，高分子形状的不对称性愈大，其黏度 也就愈大，不规则线团分子比球形分子的黏度大，线形分子的 黏度更大。由于DNA分子极为细长，因此即使是极稀的溶液也 有极大的黏度，RNA的黏度要小得多。
二、核酸的酸碱性质
核酸和蛋白质一样，也是两性电解质，在溶液中发生两性 电离。因磷酸基的酸性比碱基的碱性强，故其等电点偏于酸性。 利用核酸的两性解离能进行电泳，在中性或偏碱性溶液中，核 酸常带有负电荷，在外加电场力作用下，向阳极泳动。利用核 酸这一性质，可将相对分子质量不同的核酸分离。
DNA的变性是可逆的。变性DNA在适当条件下，变性的两 条互补链重新结合，恢复原来的双螺旋结构和性质，这个过程 称为复性(renaturation)。热变性的DNA经缓慢冷却（称退火处 理）即可复性。最适宜的复性温度比Tm值约低25℃，这个温度 又叫退火温度。
食品生物化学
图5-16 两种不同来源的DNA在260nm的吸收值与温度变化的关系
食品生物化学
DNA的解链过程发生于一个很窄的温度区内，DNA的变性 过程是爆发式的，有一个相变过程，把A260达到最高值的一半时 对应的温度称为该DNA的解链温度或融解温度，用Tm表示。 Tm值大小与DNA碱基组成有关，由于G-C之间的氢键联系要比 A-T之间的氢键联系强得多，故G＋C含量高的DNA其Tm值越高。 通过测定Tm值可知其G＋C碱基的含量。
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
第三章核酸的化学
DNA特有
RNA特有
O
O
C
C
HN C CH3 HN CH
C CH ON
C CH ON
H
H
3、磷酸：DNA、RNA均有
HO OH
RNA(AMP)
HO OH
H
DNA(dAMP)
两类核酸的基本化学组成比较
组成成分 DNA
腺嘌呤(A) 嘌呤碱 鸟嘌呤(G)
碱基
嘧啶碱
胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶(T)
NH2
N
N
~ ~ O
O- P O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)
AMP ADP
ATP
1、腺苷三磷酸(ATP)
▪ 主要功能： 提供能量
能量储存
AMP
能量释放
能量储存
ADP
能量释放
AMP ADP ATP
ATP
2、环苷酸
▪ 主要功能：细胞内信号传导过程中的重 要信息分子。
➢ 1952年，Hershey和Chase利用病毒完成更有说服力的“噬菌体” 实验。
➢ 1953年J.D.Watson和F.Crick提出DNA的双螺旋结构，20世纪自 然科学最伟大的成就之一。
1990年 美国启动人类基因组计划(HGP)
一、核酸的发现和研究简史
➢ 1953年J.D.Watson和F.Crick提出DNA的双螺旋结 构，20世纪自然科学最伟大的成就之一。
RNA:NTP
三磷酸腺苷酸ATP 三磷酸鸟苷酸 GTP 三磷酸胞苷酸 CTP 三磷酸尿苷酸 UTP
第三章 核酸化学
rRNA的功能 参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。
思考题：
体内有哪些重要的核苷酸？各有何作用？
DNA和RNA在化学组成、分子结构和生理功能有何异同？ 利用核酸的理化性质在临床实践中有何应用？
N O O
-
NH2 N N OCH2
-
O O
-
O O
-
N H H
P O
-
P O
-
P O
O
H H
OH OH 三磷酸腺苷 (AT P )
多磷酸核苷酸
5′-磷酯键
N N O -O O O O O
NH 2
N
N
P O-
P O-
P O-
O
CH 2 H H OH
O H H H
脱氧腺嘌呤核苷 脱氧腺嘌呤一磷酸 (dAMP) 脱氧腺嘌呤二磷酸 (dADP) 脱氧腺嘌呤三磷酸 (dATP)
NH
核苷
N N
2 N 9 N
糖苷键
CH O H O 2 1'
H H OH H 2' O H H
嘌呤N-9或嘧啶N-1与核糖C-1通过β-N-糖苷 键相连形成核苷。
核苷酸(ribonucleotide)
NH2
酯键
O
N N O
N
9 N
糖苷键
HO P O CH 2 O
-
H
H
OH
' 1 H H 2'
* tRNA的二级结构
——三叶草形
氨基酸臂 DHU环 反密码环
额外环
生物化学第三章核酸
第三节 RNA的结构与功能
Structure and Function of RNA
• DNA和RNA的区别
不同点 戊糖 碱基 二级结构 碱基互补配对 种类 RNA 核糖 G C A U 单链 忠实性较低 多 （mRNA，rRNA， tRNA 等） DNA 脱氧核糖 G C A T 双链 忠实性高 少
碱基互补配对: 腺嘌呤/胸腺嘧啶(A-T)
4.双螺旋表面存在大沟和小沟
小沟
大沟
（二） DNA二级结构的多样性
• 三种DNA构型的比较
螺距 旋向 (nm) 每圈碱 基数 螺旋直径 （nm） 骨架 走行
存在条件
A型 右手 B型 右手
2.3 3.54
11 10.5
2.5 2.4
平滑 平滑
体外脱水 生理条件
（二）碱基
碱基(base)是含氮的杂环化合物。
腺嘌呤
嘌呤 碱基 嘧啶 鸟嘌呤 存在于DNA和RNA中
胞嘧啶
尿嘧啶 胸腺嘧啶 仅存在于RNA中 仅存在于DNA中
NH2
嘌呤(purine，Pu)
N 7 8 9 NH
N
N
NH
5 4
6 3 N
1N 2
腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
鸟嘌呤(guanine, G)
(二) 原核生物DNA的环状超螺旋结构
原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形 式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。
DNA超螺旋结构的电镜图象
(三) DNA在真核生物细胞核内的组装
真核生物染色体由DNA和蛋白质构成
基本单位是核小体
DNA染色质呈现出的串珠样结构。 染色质的基本单位是核小体(nucleosome)。
第二章 核酸的化学3
（四）核酸的变性
2.热变性和 热变性和Tm: 热变性和 加热DNA的稀盐溶液，达到一定温度后在 的稀盐溶液， 吸光度骤 加热 的稀盐溶液 达到一定温度后在260nm吸光度骤 吸光度 然增加，表明两条链开始分开，吸光度增加约40%后变化趋 然增加，表明两条链开始分开，吸光度增加约 后变化趋 于平坦，说明两条链已完全分开。这表明DNA变性是一个突 于平坦，说明两条链已完全分开。这表明 变性是一个突 变过程，类似结晶的熔解，引起DNA变性的温度称为熔点， 变性的温度称为熔点， 变过程，类似结晶的熔解，引起 变性的温度称为熔点 表示。 用Tm表示。 表示 Tm：通常把ε(p)达最高时的 ： 达最高时的1/2温度叫做 温度叫做Tm。凡分子中 、 温度叫做 。凡分子中G、 C含量高的 含量高的Tm高。一般 值在70-85℃之间。 含量高的 高 一般DNA的Tm值在 的 值在 ℃之间。 3.影响 影响Tm的因素： 的因素： 影响 的因素 G-C对含量：G-C含量越高 对含量： 含量越高Tm愈高，经验公式（G+C）%= 愈高， 对含量 含量越高 愈高 经验公式（ ） （Tm-69.3）×2.44 ） 溶液的离子强度：离子强度较低的介质中Tm较低。 较低。 溶液的离子强度：离子强度较低的介质中 较低 溶液的pH值 完全变性； 溶液的 值： pH＞11.3时，DNA完全变性； pH﹤5. 0时， ＞ 时 完全变性 ﹤ 时 DNA易脱嘌呤。 易脱嘌呤。 易脱嘌呤 变性剂：甲酰胺、尿素、甲醛等可破坏H键 变性剂：甲酰胺、尿素、甲醛等可破坏 键，妨碍碱基堆积 下降。 使Tm下降。 下降
核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少30~40%，当核 酸变性或降解时光吸收值显著增加（增色效应 增色效应），但核酸 增色效应 复性后，光吸收值又回复到原有水平（减色效应 减色效应）。 减色效应
第三章 核酸化学
反向平行是指一条链是 5’
一条链必为3’ 5’端。
3’ 端，则另
（二）DNA的二级结构
• 双螺旋结构模型的要点
（2）磷酸与核糖彼此通过3’,5’-磷酸 二酯键相连接位于双螺旋外侧，形成 DNA分子的骨架。碱基位于内侧。碱 基平面与螺旋轴基本垂直，糖环平面 与螺旋轴基本平行。
（二）DNA的二级结构
3.多磷酸核苷酸
A
P ～ P ～ P
O
腺苷一磷酸 （AMP） 二磷酸腺苷（ADP） 三磷酸腺苷（ATP） ATP参与多种物质代谢，为各项生命活动提供能量。
NMP NDP
dNMP
RNA
AU U C G
dNDP dNTP
DNA
A T C G
NTP
AMP UDP CTP
dGMP dADP dTTP
（ TTP ）
功能： 与蛋白质结合形成核蛋白体，是蛋白质
生物合成场所。
结构： 核蛋白体有大、小两个亚基组成。
特点：
数量最多。
（三）mRNA的分子结构与功能
“帽子结构” 的作用：
防止mRNA被降解。 蛋白质生物合成时被起始因子识别的标志。
Poly A的作用：引导mRNA由胞核转移到胞质。
点滴积累
1. DNA的一级结构实质是指碱基的排列顺序。 2. DNA的二级结构是双螺旋型，其要点包括：由两条反向 平行的多核苷酸链围绕中心轴形成；磷酸和脱氧核糖位 于螺旋外侧，碱基位于螺旋内侧；碱基配对具有一定的 规律性，即A与T配对，G与C配对。 3. DNA双螺旋结构模型要点及稳定因素。 4. 3种RNA的空间结构决定了它们在蛋白质生物合成过程 中的不同作用。
E．S
• • • • • •
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。
核酸的化学组成
核酸的化学组成:核酸-----核苷酸-----核苷+ 磷酸-----戊糖+ 碱基染色体（chromosome）：是指存在于细胞核中的棒状可染色结构，由染色质（chromatin）构成。
真核细胞染色体的特征：（1）分子结构相对稳定；（2）能够自我复制，使亲子代间保持连续性；（3）能够指导蛋白质合成，控制整个生命过程；（4）能够产生可遗传的变异。
染色体上的蛋白质主要包括组蛋白和非组蛋白。
非组蛋白包括酶类及细胞分裂有关的一些蛋白。
它们可能与DNA的结构、复制及转录等有关。
C-值（C-value）:一种生物单倍体基因组DNA的总量。
C-值矛盾（C-value paradox）：基因组大小与机体的遗传复杂性缺乏相关性。
真核细胞DNA的种类:不重复序列、中度重复序列、高度重复序列（卫星DNA）核小体是组成染色质的重复单位，每个核小体由约200（160～250）bp的DNA，和H2A、H2B、H3、H4各2个，以及一个H1组成。
核心颗粒结构：放出H1；剩余的颗粒称为核心颗粒，由H2A、H2B、H3、H4组成DNA-----核小体-----30nm纤丝----中期染色质-----染色体单体真核生物基因组的结构特点：1、基因组庞大；2、大量重复序列的存在；3、大部分序列为非编码序列；4、转录产物为单顺反子；5、真核基因是断裂基因；6、真核基因存在大量的顺式作用元件；7、DNA存在多态性；8、具有端粒结构DNA多态性：指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性、串联重复序列多态性原核生物的遗传物质只以裸露的核酸分子存在，且与少量的非组蛋白结合，但不形成染色体结构，习惯上把原核生物的核酸分子也称为染色体。
原核生物基因组的特点（1）结构简练其DNA分子绝大多数用于编码蛋白质，不翻译的序列只占4%，并且编码序列是连续的；（2）存在转录单元功能上密切相关的基因构成操纵子或高度集中，并且可被一起转录；（3）重叠基因和基因内基因即同一段DNA序列能携带两种不同蛋白质的遗传信息。
核酸的化学
一、填空题1．核酸的基本结构单位是。
2．20世纪50年代，Chargaff等人发现各种生物体DNA 碱基组成有的特异性，而没有的特异性3．DNA双螺旋中只存在种不同碱基对。
T总是与配对，C总是与配对。
4．核酸的主要组成是，和。
5．两类核酸在细胞中的分布不同，DNA主要位于中，RNA主要位于中。
6．核酸分子中的糖苷键均为型糖苷键。
糖环与碱基之间的连键为键。
核苷与核苷之间通过键连接形成多聚体。
7．嘌呤核苷有顺式，反式二种可能，但天然核苷多为。
8．X射线衍射证明，核苷中与平面相互垂直。
9．核酸在260nm附近有强吸收，这是由于。
10．给动物食用3H标记的，可使DNA带有放射性，而RNA不带放射性。
11．双链DNA中若含量多，则T m值高。
12．双链DNA热变性后，或在pH2以下，或pH12以下时，其OD260，同样条件下，单链DNA的OD260。
13．DNA样品的均一性愈高，其熔解过程的温度范围愈。
14．DNA所处介质的离子强度越低，其熔解过程的温度范围越，溶解温度越，所以DNA应保存在较浓度的盐溶液中，通常为mol/L 的NaCl溶液。
15．DNA分子中存在于三类核苷酸序列：高度重复序列、中度重复序列和单一序列。
tRNA，rRNA以及组蛋白等由编码，而大多数蛋白质由编码。
16．硝酸纤维素膜可结合链核酸。
将RNA变性后转移到硝酸纤维素膜上再进行杂交，称印迹法。
17．变性DNA的复性与许多因素有关，包括，，，，等。
18．DNA复性过程符合二级反应动力学，其Cot1/2值与DNA的复杂程度成比。
19．双链DNA螺距为3.4nm，每匝螺旋的碱基数为10，这是型DNA的结构。
20．RNA分子的双螺旋区以及RNA-DNA杂交双链具有与型DNA相似的结构，外形较为。
21．NAD+，FAD和CoA都是的衍生物。
22．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。
23．tRNA的三级结构为形，其一端为，另一端为。
10-核酸化学
酸硫酸）、SAM（S-腺苷甲硫氨酸）、UDPG （鸟苷二磷酸葡萄糖）、UDPGA（鸟苷二磷 酸葡萄糖醛酸）、CDP-胆碱（乙醇胺）等
• ATP 分子的最显著特点是含有 两个高能磷酸键。ATP水解时, 可以释放出大量自由能。
• ATP 是生物体内最重要的能量 转换中间体。ATP 水解释放出 来的能量用于推动生物体内各 种需能的生化反应。
• ATP 也是一种很好的磷酰化剂。 磷酰化反应的底物可以是普通 的有机分子，也可以是酶。磷 酰化的底物分子具有较高的能 量（活化分子），是许多生物 化学反应的激活步骤。
ATP的性 质
cAMP和cGMP
• cAMP(3’,5’- 环 化 腺苷酸)和 cGMP(3’,5’- 环 化 鸟苷酸)的主要功能 是作为细胞的第二 信使。
3、表示方法：结构式、线条式、文字缩写
核酸的一级结构：一分子核苷酸的3’-位羟基与
另一分子核苷酸的5’-位磷酸基通过脱水可形成3’,5’-磷 酸二酯键，将两分子核苷酸连接起来。
二、DNA的空间结构
（一）DNA的二级结构（secondary structure）： 双螺旋结构
碱基组成规则(Chargaff规则) [A]=[T]，[G]=[C]；
O
N-
NH+
pK3' 12.4
N-
N
H2N
N
H
NH
H2N
N
N-
核苷 nucleoside
糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键。
NH2
OH
NNΒιβλιοθήκη NNNH2 N
OH N
NN HOCH2 O
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。
第二章(2)核酸的化学(性质)
1．核酸的两性性质及等电点
分子中既含有酸性基团（磷酸基）,也含有碱性基 团（氨基），因而核酸具有两性性质. 因而核酸具有两性性质. 因而核酸具有两性性质 由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性 （氨基）是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。 核酸的等电点比较低。 核酸的等电点比较低 如DNA的等电点为4～4.5，RNA的等电点为2～2.5。 RNA的等电点比DNA低的原因:是RNA分子中2′-OH 通过氢键促进了磷酸基上质子的解离，而DNA没有这种 作用。
影响复性速度的因素：
1、分子量越大，复性越难。 分子量越大，复性越难。 单链片段浓度越大，随机碰撞的频率越高，复性越容易。 2、单链片段浓度越大，随机碰撞的频率越高，复性越容易。 片断内的重复序列多，则容易形成互补区，复性较快。 3、片断内的重复序列多，则容易形成互补区，复性较快。 维持溶液一定的离子强度，可加快复性速度。 4、维持溶液一定的离子强度，可加快复性速度。 此外，DNA的复性也与它本身的组成和结构有关 的复性也与它本身的组成和结构有关。 此外，DNA的复性也与它本身的组成和结构有关。
HOCH
2
O H
OH H
HOCH
2
O H
OH H
H H OH D-核核 核
H H OH
OH
H
D-2-脱脱核核 脱
2．核酸的水解
（1）酸或碱水解
核酸分子中的磷酸二酯键可在 酸或碱性条件下水解切断。 DNA和RNA对酸或碱的耐受程度 有很大差别。例如，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。
核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（3′-端或5′核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（3′-端或5′的作用方式是从多聚核苷酸链的一端 5′ 端）开始，逐个水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切 开始，逐个水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切 酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。 酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。
第二章3-核酸化学PPT课件
▪
戊糖在外，双螺旋每转一
小 沟
周 为10碱基对（bp）
▪
A型结构
▪
碱基平面倾斜20º，螺旋
变粗变短，螺距2～3nm。
2.0 nm
大 沟
DNA的三级结构
➢DNA的三级结构：指双螺旋进一步扭曲 形成的超螺旋。 ➢包括：线状DNA形成的纽结、超螺旋和 多重螺旋、环状DNA形成的结、超螺旋 和连环等
线状DNA形成的超螺旋
▪ 多核苷酸链均有5’-末端和3’-末端 ▪ 核酸的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形
式。生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种 核苷酸千变万化的不同排列组合之中。
二、DNA的二级结构
DNA的双螺旋模型
▪ 1953年，J. Watson和F. Crick 在前人研究工作的基础上， 根据DNA结晶的X-衍射图谱和 分子模型，提出了著名的
➢DNA分子中具有特定生物学功能的片 段称为基因（gene）。
➢一个生物体的全部DNA序列称为基因 组（genome）。
RNA的结构与功能
▪ 一、结构特点
1. 碱基组成 A、G、C、U （A＝ U/G=C）
稀有碱基较多，稳定性较差，易水解 2. 多为单链结构，少数局部形成螺旋 3. 分子较小 4. 分类 ➢mRNA ➢tRNA ➢rRNA
三、核酸的变性
▪ 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
➢核酸是存在于细胞中的一类大分子酸 性物质，包括核糖核酸（RNA）和脱氧 核糖核酸（DNA）两大类。
核酸的化学
H
HOH2C 5′ O
4′ 3′
HOH2C 5′ O
4′ 3′ 2′
OH
1′
OH
OH
OH
OH
核 糖 尿苷
核 糖 假尿苷 (ψ)
(四)核苷酸
N H O
-
H
N
9
H
N
O
-
-
O —
P ‖ O
~O
—
P ‖ O
~O
—
-
O
-
N H 腺嘌呤
P HOH2C 5′ O OH ‖ 4′ 1′ O 3′ 2′ OH OH AMP ADP
O
5′
O=P—O—CH2 O O
1′ 3′
G
G
T
A
OH OH O
P
3′ 5′
P
P
OH
O=P—O—CH2 O
5′
T
O
-
3′
pGpTpAOH
pG-T-A pGTA
OH OH O
-
O=P—O—CH2 O
5′
A
O
3′
OH OH
(二)DNA的双螺旋结构
1953年，Watson 和Crick 提出。
1.双螺旋结构的主要依据 (1)Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA纤维具有相 似的X射线衍射图谱。 (2)Chargaff发现DNA中A与T、C与G的数目相等。后 Pauling 和Corey发现A与T生成2个氢键、C与G生成3个 氢键。 (3)电位滴定证明，嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连 接。
0.2 0.1 0 220
240
260 ¨³ ² ¤ /nm
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。