核酸结构
核酸的结构与功能
核酸的结构与功能核酸，这个生物体的基本组成部分，以其独特的结构和功能，影响着生物体的生命活动。
它包括DNA和RNA两种主要类型，各有其独特的特点和功能。
一、核酸的结构核酸是由磷酸、核糖和四种不同的碱基组成。
这四种碱基分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。
它们通过特定的方式连接在一起，形成DNA或RNA。
DNA，也被称为脱氧核糖核酸，是生物体遗传信息的主要载体。
它是由两条相互旋转的链组成的双螺旋结构，其中碱基通过氢键以特定的配对方式连接，即A与T配对，G与C配对。
这种配对方式保证了DNA 的稳定性和遗传信息的正确复制。
RNA，也被称为核糖核酸，是生物体内重要的信息传递者和调节者。
它通常是由单链结构组成，也可以是双链结构。
与DNA不同，RNA的碱基配对方式相对简单，通常是A与U配对，G与C配对。
二、核酸的功能1、遗传信息的储存和传递：DNA是生物体遗传信息的主要载体，负责储存和传递生物的遗传信息。
这些信息通过DNA的复制传递给下一代，并指导生物体的生长和发育。
2、基因表达的调控：RNA在基因表达中起着重要的调控作用。
它可以通过碱基配对原则识别并携带DNA中的遗传信息，将遗传信息从DNA传递到蛋白质合成的地方。
同时，一些RNA还可以作为调节分子，影响基因的表达。
3、蛋白质合成：RNA不仅是遗传信息的载体，还是蛋白质合成的模板。
在蛋白质合成过程中，RNA将DNA中的遗传信息翻译成蛋白质中的氨基酸序列。
4、细胞内的信号传导：某些RNA分子可以作为分子开关，调控细胞内的信号传导通路。
这些RNA可以结合并调控蛋白质的活性，从而影响细胞内的生物化学反应。
5、免疫反应的调节：某些RNA分子还可以作为免疫反应的调节剂。
它们可以影响免疫细胞的活性，从而影响免疫反应的强度和持续时间。
总结起来，核酸是生物体中至关重要的分子，其结构和功能共同保证了生物体的正常生长和发育。
从DNA中的遗传信息传递到RNA的信息载体作用，再到蛋白质的合成和细胞内信号传导的调控，核酸都发挥着不可或缺的作用。
第二单元 核酸的结构和功能
(1～2题共用备选答案)
A.G、C、T、U
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱG、A、C、T
C.A、G、C、U
D.G、A、T、U
E.I、C、A、U
【助理】
1RNA分子中所含的碱基是
四、DNA的功能
DNA是遗传的物质基础，表现生物性状的遗传信息贮存在DNA分子的核苷酸序列中。当细胞分裂时，生物遗传信息通过复制从亲代(细胞)传递给子代(细胞)，使物种得以延续。因此，DNA与细胞增生、生物体传代有关。DNA还可通过转录指导RNA(包括mRNA)合成，将遗传信息传递给mRNA；继而以mRNA为模板合成特异的蛋白质分子。蛋白质赋予生物体或细胞特异的生物表型和代谢表型，使生物性状遗传。
C．DNA双螺旋以右手螺旋的方式围绕同一轴有规律地盘旋
D．两股单链的5′至3′端走向在空间排列上相同
E．两碱基之间的氢键是维持双螺旋横向稳定的主要化学键
答案：D
三、DNA的三级结构
原核生物没有细胞核，其DNA分子在双螺旋基础上进一步扭转盘曲，形成超螺旋，使体积压缩。超螺旋结构就是DNA的三级结构。
在真核生物的染色体中，DNA的三级结构与蛋白质的结合有关。与DNA结合的蛋白质有组蛋白和非组蛋白两类。组蛋白有H1，H2A，H2B，H3和H4共5种，它们都是含有丰富的赖氨酸和精氨酸残基的碱性蛋白质。组蛋白H2A、H2B、H3和H4各两分子形成八聚体，八聚体之外绕有近1圈约140至146个碱基对的DNA，构成一个核小体。H1位于核小体与核小体之间的连接区，并与约75至100个碱基对的DNA结合，组成串珠状结构。在核小体结构基础上，DNA链进—步折叠，形成染色(单)体。人类细胞核中有46条(23对)染色体，这些染色体的DNA总长达1．7m，经过折叠压缩，46条染色体总长也仅200nm左右。
核酸的结构和功能
缠绕1.75圈 约140~160bp
60bp
核心颗粒 2 (H2A·H2B ·H3 ·H4 )
染色质纤维
人类46条染色体的DNA总长可达 1.7m，经过螺旋化压缩，实际总 长只有200nm。
中心法则 (Central Dogma)
Replication
Reverse transcription
OH
HN
HCH3
H
H
ON
H
胸腺嘧啶 thymine
（T）
DNA
胸腺嘧啶 (T)
腺嘌呤 (A)
鸟嘌呤 (G)
胞嘧啶 (C)
RNA
尿嘧啶 (U)
（二）戊糖
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
OH OH
β-D-2-核糖
核糖 (Ribose) 构成 RNA
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
（2）碱基互补配对：AT配对（两个氢键）， GC配对（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴 （3）右手双螺旋：螺距为3.4 nm，直径为2.0 nm，10.5 bp/圈
（4）表面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋 白质识别DNA碱基序列的基础 （5）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向 稳定，碱基堆积力维持螺旋纵向稳定
脱氧 d
碱基 A G T C U
磷酸基数目 M D T
磷酸 P
• DNA、RNA组成异同
DNA与RNA在组成成份上略有不同：
DNA
RNA
磷酸 碱基
戊糖
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） D-2脱氧核糖（dR）
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U）
第八章 核酸的结构
第八章核酸的结构主要内容一.核苷酸二.核酸的共价结构三.DNA的高级结构四.RNA的高级结构核糖常见的核苷酸及其缩写符号多磷酸核苷酸3`，5`-环化腺苷酸z5′-磷酸端（常用5′-P表示）；3′-羟基端（常用3′-OH表示）z多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。
5′P dA P dC P dG P dT OH3′5′P A P C P G P U OH3′或5′ACGTGCGT 3′5′ACGUAUGU 3′DNA RNA2.DNA的一级结构DNA的一级结构是由数量巨大的四种核苷酸连接起来的直线或环线多聚体。
包含着生物体的遗传信息。
基因组计划人类基因组中仅有1.1-1.4%编码蛋白质。
2.RNA的一级结构RNA的种类多，结构也不一样。
tRNA含有较多的稀有碱基，3′-端为CCA，5′-端多数为pG，也有的为pC。
一级结构中有一些保守序列，与其特殊结构与功能有关。
真核生物rRNA的甲基化修饰核苷比原核生物多。
原核生物的mRNA是多顺反子mRNA：一条mRNA上有多个编码区、5′-端、3′-端和各编码区间的非编码区。
真核生物的mRNA为单顺反子，5′-端有帽子结构，3′-端有poly（A）尾巴。
帽子结构有助于核糖体对mRNA的识别和结合，使翻译正确起始。
尾巴结构与mRNA的运输与寿命有关。
1953年Watson和Crick提出了著名的DNA双螺旋结构模型。
1962年，沃森与克里克，偕同威尔金斯共享诺贝尔生理或医学奖。
1976年沃森担任美国冷泉港实验室主任。
沃森使冷泉港实验室成为世界上最好的实验室之一。
他还是人类基因组计划的倡导者，1988年至1993年曾担任人类基因组计划的主持人。
DNA双螺旋内容：的多核苷酸链围绕同一中心轴盘绕而成的右手双螺旋（2）碱基处于螺旋内侧，而磷酸及戊糖位于外侧。
碱基的平面与螺旋轴相垂直，糖平面与碱基平面几乎成直角。
核酸结构与功能
核酸结构与功能核酸是生物体内重要的生物大分子，广泛存在于细胞核和细胞质中。
它们以其特殊的结构和功能在遗传信息的传递和蛋白质合成等生物过程中发挥着重要的作用。
本文将介绍核酸的结构和功能，以便更好地了解这一重要的生物分子。
一、核酸的结构核酸包括DNA和RNA两种类型，它们的结构有所不同。
DNA分子由磷酸、脱氧核糖和碱基组成。
碱基可以分为腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）四种，其中A与T之间有双氢键连接，G与C之间有三氢键连接。
这种配对方式使得DNA具有双链结构，形成了一个螺旋状的双螺旋结构，我们通常所说的DNA结构。
RNA分子由磷酸、核糖和碱基组成。
与DNA不同的是，RNA中的胞嘧啶（C）被尿嘧啶（U）取代，U与A之间同样有双氢键连接。
由于RNA只有单链结构，因此它的形状是比较灵活的。
在细胞中，RNA能够根据需要折叠成不同的结构，以实现其特定的功能。
二、DNA的功能DNA作为遗传信息的携带者，在细胞遗传学中起着重要作用。
它的主要功能包括：1.遗传信息存储：DNA分子中的碱基序列编码了生物体的遗传信息，包括个体的性状、生理功能和行为特征等。
这些信息通过DNA的复制和传递进行遗传。
2.蛋白质合成的模板：DNA中的遗传信息通过转录作用转写成RNA，然后再通过翻译作用转化成蛋白质。
DNA是这一过程的模板。
3.基因调控：DNA还通过染色质的结构紧密联系在一起，形成染色体。
在细胞活动中，染色体的结构变化与基因的活化和关闭有关，从而影响细胞内生物过程的进行。
三、RNA的功能RNA的功能比较多样，可以分为以下几类：1.信息传递：mRNA（信使RNA）负责将DNA中的遗传信息传递到细胞质中，为蛋白质合成提供模板。
tRNA（转运RNA）在蛋白质合成时将氨基酸转运到相应的位置，起到“适配子”的作用。
2.催化作用：rRNA（核糖体RNA）是构成细胞核糖体的主要组成部分，参与催化蛋白质合成的反应。
此外，一些特殊的RNA分子也具有催化某些生化反应的能力。
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。
【高中生物】核酸的结构与生物学功能
（生物科技行业）核酸的结构与生物学功能核酸的结构与生物学功能核酸是生物体内极其重要的生物大分子，是生命的最基本的物质之一。
最早是瑞士的化学家米歇尔于1870年从脓细胞的核中分别出来的，由于它们是酸性的，并且最先是从核中分其他，故称为核酸。
核酸的发现比蛋白质晚得多。
核酸分为脱氧核糖核酸（简称DNA）和核糖核酸（简称RNA ）两大类，它们的基本结构单位都是核苷酸（包含脱氧核苷酸）。
1 ．核酸的基本单位——核苷酸每一个核苷酸分子由一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成。
碱基分为两类：一类是嘌呤，为双环分子；另一类是嘧啶，为单环分子。
嘌呤一般均有A、G2种，嘧啶一般有C、 T、 U3种。
这 5 种碱基的结构式以以下图所示。
由上述结构式可知：腺嘌呤是嘌呤的 6 位碳原子上的 H 被氨基取代。
鸟嘌呤是嘌呤的 2 位碳原子上的 H 被氨基取代， 6 位碳原子上的 H 被酮基取代。
3 种嘧啶都是在嘧啶 2 位碳原子上由酮基取代 H ，在 4 位碳原子上由氨基或酮基取代 H 而成，对于 T，嘧啶的 5 位碳原子上由甲基取代了 H 。
凡含有酮基的嘧啶或嘌呤在溶液中可以发生酮式和烯醇式的互变异构现象。
结晶状态时，为这类异构体的容量混杂物。
在生物体内则以酮式占优势，这对于核酸分子中氢键结构的形成特别重要。
比方尿嘧啶的互变异构反应式以以下图。
酮式（ 2 ， 4–二氧嘧啶）烯酸式（ 2 ， 4 –二羟嘧啶）在一些核酸中还存在少量其他修饰碱基。
由于含量很少，故又称微量碱基或稀有碱基。
核酸中修饰碱基多是 4 种主要碱基的衍生物。
tRNA 中的修饰碱基种类很多，如次黄嘌呤、二氢尿嘧啶、 5 –甲基尿嘧啶、 4 –硫尿嘧啶等， tRNA 中修饰碱基含量不一，某些tRNA中的修饰碱基可达碱基总量的10 ％或更多。
核苷是核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶生成的糖苷。
戊糖的第 1 碳原子（ C1）平时与嘌呤的第 9 氮原子或嘧啶的第 1 氮原子相连。
核酸的结构
戊糖
核苷
核酸 核苷酸
碱基
磷酸
（一）碱基
7 8
1. 嘌呤（Purine） 9
6
5
1
4
2
3
腺嘌呤Adenine
NH 2 N
N
N H
N
A
鸟嘌呤guanine
O
N NH
N H
N
NH 2
G
4
5
3
2. 嘧啶（Pyrimidine）
6
2
1
尿嘧啶 uracil
O
NH
胸腺嘧啶 thymine
O
CH 3
5
NH
分子背部有一条宽沟称为大沟，分子腹
部有一条窄沟叫小沟，复制和转录的有 关酶就是附在大沟之处的。 <4>遗传信息储存在DNA分子的bp序中。 <5>意义：能够解释DNA的一切物理化 学性质；实现了DNA的结构与生物功能 之间的统一：精确的自我复制。
DNA的二级结构
DNA的二级结构
DNA双螺旋结构的特点
核小体 染色质纤丝 突环 玫瑰花结 螺旋圈 染色单体
核蛋白：DNA-蛋白质复合物
核蛋白：DNA-蛋白质复合物
DNA的存在形式
核小体是由组蛋白核 心和盘绕其上的DNA 所组成
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (ATAMP)P
ADP
ATP
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。
3. 核酸结构
(2)双螺旋内侧：碱基对 A T (氢键 2) (疏水) G C (氢键 3) (3)双螺旋外侧：脱氧核糖和磷酸
(亲水骨架)
图3-12
30
亲水 骨架
11
31
A
T A
T
G
C
C
G
12 32
(4) 碱基对为平面分子，与螺旋中心轴垂直 (5) 螺距3.4nm, 10个bp/螺旋内 间距0.34nm/bp,螺旋直径2nm (6) 两个螺旋形凹槽(螺旋表面) 大沟（major groove） 小沟（minor groove） DNA与蛋白质结合的部位
33
亲水 骨架
11
34
* 维系DNA二级结构稳定性的因素 (l)碱基对之间氢键 H--O、H--N (2)碱基堆集力(stacking force) 0.34nm间距 范氏引力 碱基疏水性 疏水键 氢键-堆集力: 彼此协同
(图3-11)
(横向)
(纵向)
* 非稳定性的因素： 静电斥力 — 磷酸基团(-)
66
可变环
20
67
2. mRNA
● ●
功能 — 抄录、转送DNA遗传信息 特点：
* 占细胞中总RNA的1-5%
* 不均一分子 (各种mRNA长短差别很大) * 半衰期最短 (传递信息) * 原核和真核mRNA结构差异大(多、单顺反子)
68
多顺反子: mRNA结构中含有几种功能上相关的 蛋白质编码序列,可翻译出几种蛋白质
(p109) (p197)
20
第二节 核酸的分子பைடு நூலகம்构
核酸的构件分子 — 核苷酸
图
* 组成DNA的核苷酸 — 4种脱氧核苷酸 (dAMP、dGMP、dCMP、dTMP) * 组成RNA的核苷酸 — 4种核苷酸 (AMP、GMP、CMP、UMP)
第2章 核酸的结构与功能
第二章核酸的结构和功能核酸是以核苷酸为基本组成单位的线性多聚生物信息分子。
分为DNA和RNA两大类。
其化学组成见下表：DNA RNA碱基①嘌呤碱 A、G A、G②嘧啶碱 C、T C、U戊糖β-D-2 脱氧核糖β-D-核糖磷酸磷酸磷酸碱基与戊糖通过糖苷键相连，形成核苷。
核苷的磷酸酯为核苷酸。
根据核苷酸分子的戊糖种类不同，核苷酸分为核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸，前者是RNA的基本组成单位，后者为DNA的基本组成单位，核酸分子中核苷酸以3’,5’－磷酸二酯键相连，形成多核苷酸链，是核酸的基本结构。
多核苷酸链中碱基的排列顺序为核酸的一级结构。
多核苷酸链的两端分别称为3’－末端与5’－末端。
DNA的二级结构即双螺旋结构的特点：⑴两条链走向相反，反向平行，为右手螺旋结构；⑵脱氧核糖和磷酸在双螺旋外侧，碱基在内侧；⑶两链通过氢键相连，必须A与T、G与C配对形成氢键，称为碱基互补规律。
⑷大（深）沟，小（浅）沟。
⑸螺旋一周包含10个bp，碱基平面间的距离为0.34nm，螺旋为3.4nm，螺旋直径2nm；⑹疏水作用。
氢键及碱基平面间的疏水性堆积力维持其稳定性。
DNA的基本功能是作为遗传信息的载体，并作为基因复制转录的模板。
mRNA分子中有密码，是蛋白质合成的直接模板。
真核生物的mRNA一级结构特点：5’－末端“帽”，3’－末端“尾”。
tRNA在蛋白质合成中作为转运氨基酸的载体，其一级结构特点：含有较多的稀有碱基；3’－CCA－OH，二级结构为三叶草形结构。
rRNA与蛋白质结合构成核蛋白体，作为蛋白质合成的“装配机”。
细胞的不同部位还存在着许多其他种类小分子RNA，统称为非mRNA小RNA（snmRNAs），对细胞中snmRNA 种类、结构和功能的研究称为RNA组学。
具有催化作用的某些小RNA称为核酶。
碱基、核苷、核苷酸及核酸在260nm处有最大吸收峰。
加热可使DNA双链间氢键断裂，变为单链称为DNA变性。
DNA变性时，OD260增高。
第14章核酸的结构
（四）核苷酸
核苷与磷酸所形成的磷酸酯叫核苷酸，有2/、3/、5/-核苷酸和3/、 5/脱氧核苷酸，自然界中游离的多为5/-核苷酸 NH3 O
N O O HO-P- OH2C OH UMP O
2/
1/
N
1
N N O
2/
1/
N O HO-P- O-H2C OH
1
N
OH OH
OH OH
NMP、NDP、NTP；dNMP、dNDP、dNTP
十二聚体的结构与Watson和Crick的结构模型的差异:
(1)
Watson和Crick模型认为每一螺旋圈含10对脱氧核苷 酸,两个碱基的夹角是36o.但K.Dickerson的十二聚体 中结构模型认为,两个碱基的夹角28o至42o不等,每一 螺旋圈含10.4对脱氧核苷酸,分子大小的各参数也随 序列不同而有所不同.
二、核酸的共价结构(核酸的一级结构)
(一)核苷酸的连接方式:一个核苷酸残基的3/-羟基通过 “磷酸二酯键”与下一个核苷酸残基的5/-羟基相连。 证据：牛脾磷酸二酯酶专一从核苷酸链的3/-端水解得3/核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶专一从核苷酸链的5/-端水解得 5/-核苷酸，用这两种酶水解RNA链，分别得到3/-核苷酸 和5/-核苷酸。
嘧啶C2/内式 嘌呤C3/内式
嘧啶反式嘌呤顺式
★A-DNA外形粗短，RNA 分子的双螺旋区及RNADNA杂交双链具有与A型DNA相似的结构。
★ B-DNA，接近于沃森 和克里克提出双螺旋模 型，天然状态的DNA几 乎都以B-DNA形式存在
★C型-DNA与B型DNA结 构接近，与B-型DNA为 同一族。有人认为是ADNA向B-DNA转化的产物 在一定条件下，各种构型的DNA可以互相转化。
核酸的结构与功能
核酸的结构与功能核酸是生物体内重要的生物大分子之一，它不仅参与到遗传信息的传递和转录过程中，还在细胞生理活动中发挥着重要的功能。
本文将重点介绍核酸的结构和功能。
一、核酸的结构核酸主要由核苷酸组成，而核苷酸又由糖基、碱基和磷酸残基构成。
1. 糖基：核酸中的糖基有两种，即脱氧核糖和核糖。
脱氧核糖是构成DNA的糖基，而核糖则是RNA的糖基。
2. 碱基：碱基是核苷酸的重要组成部分，它可分为两类，嘌呤和嘧啶。
嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），而嘧啶则包括胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。
3. 磷酸残基：磷酸残基是核苷酸的磷酸部分，通过醣苷酸的骨架连接在一起，形成了核酸的链状结构。
二、核酸的功能1. 遗传信息的传递：核酸承载着生物体的遗传信息，其中DNA是生物体遗传信息的主要媒介。
DNA分子通过编码自身的碱基序列，传递给下一代，从而实现了生物遗传的连续性。
2. 转录过程中的模板：DNA作为模板参与到转录过程中，转录酶根据DNA的碱基序列合成RNA，这个过程被称为转录。
RNA承载着从DNA传递过来的信息，进一步参与到蛋白质的合成中。
3. 蛋白质的合成：核酸在蛋白质的合成过程中发挥着重要的功能。
由DNA转录形成的RNA分子将遗传信息带到细胞质中的核糖体，核糖体根据RNA的信息合成特定的氨基酸序列，最终形成特定的蛋白质。
4. 能量传递：核酸有能量转移的功能。
在细胞生理活动中，ATP（腺苷三磷酸）作为一种常见的核苷酸，通过释放相应的磷酸，将化学能转化为细胞内能量。
5. 调节基因表达：核酸还通过一系列的调控机制来调节基因的表达。
例如，RNA干扰技术能够通过干扰特定基因的转录过程，实现对基因表达的调控。
结语：通过对核酸的结构与功能进行了解，我们深刻认识到核酸在生物体内的重要性。
作为遗传信息的承载者和调控蛋白质合成的关键参与者，核酸在维持生物体的正常功能和生理过程中起着不可忽视的作用。
进一步研究核酸的结构和功能有助于揭示生命活动的本质，并为生物技术领域的发展提供新的思路和路径。
生物化学第13章核酸的结构
拓 扑 异 构 体 的 电 泳 图 同样大小的
DNA L值递 减1
环状DNA的正超螺旋
环状DNA的负超螺旋
环状DNA的不同构象
负超螺旋为右手螺旋，正超螺旋为左手螺旋。
线状DNA的负超螺旋
L=-2,
负超螺旋为左手螺旋，正超螺旋为右手螺旋。
DNA
染 色 体
中 的 超 螺 旋
拓扑异构酶的作用
Dickerson模型中碱基对的 螺旋桨状扭曲
不同类型的DNA双螺旋
Watson和Crick模型代表DNA钠盐在较高湿度 下（92%）制得的纤维的结构，该结构称为B型。 由于它的水分含量较高，可能比较接近大部分 DNA在细胞中的构象。DNA能以多种不同的构象 存在，除B型外通常还有A型、C型、D型、E型， 以及左手螺旋的Z型。其中A型和B型是DNA的两 种基本的构象， C型、D型、E型与B型类似，Z型 则比较特殊。
核苷 (nucleoside)
碱基上的原子以数字编号，核糖上的原子以加撇的数字编号。
糖苷键
DNA和RNA中的各种核苷
核苷酸 (nucleotide)
核苷酸 (nucleotide)
5’-腺苷酸
3’-腺苷酸
2’-腺苷酸
多磷酸核苷酸
环化核苷酸
（cAMP）
（cGMP）
二、核酸的共价结构
5’ 3’
B型
A型
DNA中碱基的顺反构象
碱基平面绕N－糖苷键旋转就产生顺式 （syn）和反式（anti）构象，反式构象是指嘌 呤的六元环或嘧啶的2位O远离糖链方向，顺式 构象是指它们靠近糖链方向。
DNA中碱基的顺反构象
顺式
反式
反式
DNA中碱基的顺反构象
B－DNA中碱基的反式构象 Z－DNA中碱基的顺式构象
第14章 核酸的结构
一、核酸的一级结构
•定义
• 核酸分子中核苷酸 5′端
的连接方式以及核苷酸
C
的排列顺序。
• 由于核苷酸间的差异
主要是碱基不同，所以
A
也称为碱基序列。
•主链：戊糖－磷酸骨架
位于外侧
•侧链：碱基对位于内侧
G
•方向：５’ 3’
3′端
DNA一级结构的简写形式
A 3`-OH
P 5`-磷酸 戊糖
核苷酸
A GC TG P P P PP
cAMP 3’,5’环腺嘌呤核苷一磷酸 cGMP 3’,5’-环鸟嘌呤核苷一磷酸 ——细胞间信使 • cAMP 和 cGMP 的环状磷酯键
是一个高能键：pH 7.4时水解 能约为43.9 kJ /mol，比 ATP 水解能高得多。
二、 核酸的共价结构
（一）DNA的一级结构
• DNA一级结构是指DNA上的核苷酸排列顺 序。
第14章 核酸的结构
• 核酸（DNA和RNA）是线性多聚核苷酸， 基本结构单元是核苷酸
• DNA与RNA结构相似，组成成份上略有不同
核酸的组成
核酸
核苷酸
水
解
磷酸
核苷
戊糖
碱基
核酸
核苷酸
代表戊糖，对DNA而言为脱氧核 糖，对RNA而言为核糖； 代表碱基
代表磷酸基
一、核苷酸（nucleotide)
1、结构特征
（1）两条反向平行的 多核苷酸链围绕 同一中心轴缠绕， 为右手螺旋。
（2）
碱基位于双螺旋的内侧，
磷酸和核糖在外侧，
通过3’，5’－磷酸二酯键构 成骨架。
碱基平面与纵轴垂直，
糖环平面与纵轴平行。
大沟：宽1.2nm，深 0.85nm，小沟：宽0.6nm， 深0.75nm。
核酸的分子结构
第二节核酸的分子结构一个核苷酸分子戊糖的3′-羟基和另一个核苷酸分子戊糖的5′-磷酸可脱水缩合形成3′,5′-磷酸二酯键。
许多核苷酸借助于磷酸二酯键相连形成的化合物称为多聚核苷酸。
多聚核苷酸呈线状展开，称为多聚核苷酸链，它是核酸的基本结构形式。
多聚核苷酸链有两个末端，戊糖5′位带有游离磷酸基的称为5′末端，戊糖3′位带有游离羟基的一端称为3′末端（图3-2-1）。
图3-2-1 多聚核苷酸链一、DNA的分子结构（一）DNA的碱基组成特点在50年代初，经Chargaff等人的分析研究表明，DNA的碱基组成有下列一些特点：1．各种生物的DNA分子中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等，即A=T；鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等，即G=C。
因此，嘌呤碱的总数等于嘧啶碱的总数，即A+G=C+T。
2．DNA的碱基组成具有种属特异性，即不同生物种属的DNA具有各自特异的碱基组成，如人、牛和大肠杆菌的DNA碱基组成比例是不一样的。
3．DNA的碱基组成没有组织器官特异性，即同一生物体的各种不同器官或组织DNA 的碱基组成相似。
比如牛的肝、胰、脾、肾和胸腺等器官的DNA的碱基组成十分相近而无明显差别。
4．生物体内的碱基组成一般不受年龄、生长状况、营养状况和环境等条件的影响。
这就是说，每种生物的DNA具有各自特异的碱基组成，与生物的遗传特性有关。
DNA碱基组成的这些规律称Chargaff规则，这些规则为研究DNA双螺旋结构提供了重要依据。
（二）一级结构DNA是由许多脱氧核糖核苷酸通过磷酸二酯键连接起来的多聚核苷酸。
DNA分子中脱氧核糖核苷酸的排列顺序，称为DNA的一级结构。
它是形成二级结构和三级结构的基础。
（三）二级结构DNA的二级结构是一个双螺旋结构，其结构模型于1953年由美国的Watson和英国的Crick两位科学家共同提出，从本质上揭示了生物遗传性状得以世代相传的分子奥秘。
其基本内容如下：1．主干链反向平行：DNA分子是一个由两条平行的脱氧多核苷酸链围绕同一个中心轴盘曲形成的右手螺旋结构，两条链行走方向相反，一条链为5′→3′走向，另一条链为3′→5′走向。
第十三章核酸的结构
C
Cytosine
T
Thymine
U
Uracil
A
Adenine
G
Guanine
Nitrogenous base
Phosphate
Pentose sugar
HOCH2
OH
HOCH2
OH
HO
H
Ribose (in RNA)
Doxyribose (in DNA)
第二节
• 1953年由Wilkins研究小组 完成的研究工作，发现了 DNA晶体的X线衍射图谱 中存在两种周期性反射， 并证明DNA是一种螺旋构 象。
WatsonΒιβλιοθήκη Crick于1952年提出的双螺旋结构模型
1、DNA双螺旋结构模型的要点
• （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′。
要是蛋白质）的相互作用，使DNA双螺旋进
一步扭曲形成的高级结构.
超螺旋结构
负超螺旋：
给予DNA的扭曲张力有利于DNA 解旋，（使DNA越拧越松）
负超螺旋 右旋
正超螺旋：
给予DNA的扭曲张力使DNA缠绕 得更紧，（使DNA越拧越紧）
正超螺旋 左旋
(四) DNA与蛋白质复合物的结构
*真核生物中DNA和蛋白质如何组成染 色单体的结构？
• （2）嘌呤碱和 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。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。
• （3）螺旋横截面的直径约为2 nm，每条 链相邻两个碱基平面之间的距离为3.4 nm， 每10个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩（即 螺旋旋转一圈）高度为34 nm。
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核酸的稳定性
核酸稳定性的源泉
并非碱基间氢键的存在 在与碱基对之间的“堆积作用” (stacking
interaction)
碱基是芳香族化合物，是疏水的 大量水分子的氢键作用形成的网格在疏水的表面附近
变得不稳定，水分子的排列变得更有序 碱基对的堆积使所有的水分子排除在这样的疏水表面 从能量的角度讲是最稳定的 最大限度地增强了碱基的电荷偶极作用 疏水效应使其成为能量上最稳定的一种结构
胞嘧啶（cytosine） 尿嘧啶（uracil）---RNA 胸腺嘧啶（thymine）
组 成 核 酸 的 碱 基
核苷
核酸分子中，碱基共价结合于戊糖的1’位构成核 苷，RNA中的戊糖为核糖，而DNA中为2’-脱氧核 糖 核糖与碱基的结合位置嘧啶为1位，嘌呤为9位 碱基与戊糖的之间的结合键成为糖苷键 若糖分子是核糖，形成的核苷（核糖核苷）为腺 苷（adenosine）、鸟苷(guanosine)、胞苷 (cytidine)和尿苷(uridine)； 若糖分子是脱氧核糖，形成的核苷为脱氧－苷
酸效应
在强酸和高温下,核酸可以完全水解为碱 基、核糖（脱氧核糖）和磷酸
碱效应
DNA变性—碱效应使碱基的互变异构发生 变化
高pH下，嘌呤的分子结构由酮式转为烯醇式， 将直接影响到特定碱基之间的氢键作用，导 致DNA双链的解离，成为DNA变性
DNA denature
Nucleotides and Nucleic Acids Undergo Nonenzymatic Tansformations
意义：自身的DNA总是被修饰酶修饰好的，不会被自身的内切酶所降 解，该系统可以保护机体免受外来DNA的入侵。
重要的工具酶：Hind II、Hind III …… 特点：在DNA分子上产生的切口位置是专一的
分子量不大(<100,000) 镁离子是唯一必需的辅因子
DNA序列测定方法
Step1:以单链DNA为模板，加入一个合适 的引物（32P）和四种脱氧核糖核苷三磷酸 （dNTP）；
限制性内切酶和凝胶电泳方法的建立，使DNA序列的快速 测定成为可能
核酸内切酶的发现
Arber假说 细菌体内含有两种酶：核酸内切酶和修饰（甲基化）酶 核酸内切酶（限制性内切酶）：可以专一性地识别并切开DNA 分子上的一个特定的碱基序列
甲基化酶：能识别限制性内切酶识别的碱基序列，并把其中的 某些碱基甲基化
脱氧核苷结构
核苷结构
核苷酸
核苷酸有一个或多个磷酸分子共价结合 于核苷的核糖的3’、5’位或2’位（核糖核 苷中）而成
脱氧核糖核苷酸(deoxynucleotide) 5’-三磷酸核苷和5’-三磷酸脱氧核苷是构成
核酸大分子的基本元件---在DNA和RNA合成 过程中，核苷酸脱去一个焦磷酸基团，整合 到核酸链中
Purines and pyrimidines, along with the nucleotides of which they are a part, undergo a number of reactions involving spontaneous alteration of their covalent structure. These reactions are generally very slow, but they are physiologically significant because of the cell's very low tolerance for alterations in genetic information. Alterations in DNA structure that lead to permanent changes in the genetic information encoded therein are called mutations, and much evidence suggests an intimate link between the accumulation of mutations and the processes of aging and cancer.
The Avery-MacLeod-McCarty experiment.
Summary of the Hershey-Chase experiment. Two batches of isotopically labeled bacteriophage particles were prepared. One was labeled with 32P in the phosphate groups of the DNA and the other with 35S in the sulfur-containing amino acids of the protein coats (capsids). (Note that DNA contains no sulfur, and viral protein no phosphorus.) The two batches of labeled phage were then added to separate suspensions of unlabeled bacteria. Each suspension of phage-infected cells was agitated in a blender to shear the viral capsids from the bacteria. The bacteria and empty viral coats (ghosts) were then separated by centrifugation. The cells infected with the 32P-labeled phage were found to contain 32P, indicating that the labeled viral DNA had entered the cells, and the viral ghosts contained no radioactivity. The cells infected with 35S-labeled phage were found to have no radioactivity after blender treatment, but the viral ghosts contained 35S. Progeny virus particles were produced in both batches of bacteria some time after the viral coats were removed, thus the genetic message for their replication had been introduced by viral DNA, not by viral protein.
Deamination reactions.
Depurination
Depurination, in which a purine is lost by hydrolysis of the N-glycosyl bond. The deoxyribose remaining after depurination is readily converted from the /β-furanose to the aldehyde form
DNA分子结构
A型、B型及Z型螺旋
生物体内DNA结构是基本一致的，即所 谓的B型螺旋（最稳定）
在低温条件下，DNA分子可以 被诱导形成A型螺旋
•结构更加紧密、更宽，螺旋 重复每匝为11个碱基对
左旋DNA为Z型DNA，属于异常 螺旋形式
•外观呈Z字型，每匝12碱基对 •不是体内DNA的主要形式
DNA is the bearer of genetic information
自然界中的DNA分子通常都是以双螺旋结 构存在的
沃森、克里克于1935年提出模型
带有负电的磷酸－戊糖骨架在分子外侧 碱基平面堆积于螺旋内部 由于骨架双链在螺旋轴上的间距不相等，因而在
分子表面形成宽窄不等的大沟和小沟 双链之间对应的碱基以氢键作用形成碱基对
DNA双螺旋结构中每一匝螺旋含有约10个碱基对 两条链以5’ 3’方向，反向排列 碱基配对原则
核酸结构
碱基 核苷 核苷酸 磷酸二酯键 DNA/RNA序列 DNA双螺旋 A型、B型及Z型螺旋 RNA二级结构 修饰核酸
碱基（Bases）
DNA和RNA中的碱基是含有多种取代基 的杂环芳香族化合物
嘌呤（purine）：双环结构
腺嘌呤（adenine） 鸟嘌呤（guanine）
嘧啶（pyrimidine）：单环结构
Hale Waihona Puke RNA的二级结构RNA分子通常以单链形式存在，因而不 存在双链DNA分子那样的双螺旋结构 其结构特点为
形成近似球型的结构，通过分子内的氢键作 用和在单核酸链间的碱基堆积可形成局部区 域的螺旋结构
与DNA相比，RNA分子的这种构型的多样性 是与其在细胞中的作用的多样性相适应的
Phenylalanine tRNA of yeast.(a) Three-dimensional structure. (b) Some unusual base-pairing patterns. Note also the involvement of a phosphodiester bond oxygen in one hydrogenbonding arrangement, and the involvement of a 2'-hydrnxyl group in another (both in red).
Tautomerization of the bases