第二章核酸具体结构与功能
Chapter 2 核酸的结构与功能教学教材
核酸的结构与功能
Structures and Functions of Nucleic Acids
内容
2.1 核酸的种类与分布 2.2 核苷酸 2.3 DNA的分子结构 2.4 核酸与蛋白质的复合体 2.5 RNA的分子结构 2.6 核酸的理化性质
2
2.1 核酸（Nucleic acid） 的种类与分布
48
（四）DNA双螺旋结构的多样性
49
双螺旋DNA的类型及相关参数
类型 螺旋方向
存在条件
螺距 碱基数/螺旋 碱基倾角
A-DNA 右手
相对湿度75% 2.53 nm
11
19°
B-DNA 右手
相对湿度92% 3.54 nm
10.4
1°
Z-DNA 左手 嘌呤－嘧啶二核 4.56 nm
12
苷酸为重复单位
N=A/U/G/C
同样，dNDP、dNTP， N=A/T/G/C
腺嘌呤 腺苷
16
核苷多磷酸的生物学功能:
§NTP和dNTP分别是RNA和DNA的直接前体。 §ATP分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。水
解时, ATP可以释放出大量自由能，推动生物体内 各种需能的生化反应。 §UDP、ADP、GDP在多糖合成中，可作为携带葡 萄糖基的载体；CDP在磷脂合成中可作为携带胆 碱的载体。 §GTP、CTP、UTP在某些生化反应中也具有传递能 量的作用。
11
稀 有 碱 基
大多甲基化碱基，tRNA含量丰富 (高达10％) 12
2.2.3 戊糖
β-D-核糖
β-D-脱氧核糖
13
2.2.4 核苷
碱基和核糖（或脱氧核糖）通过C-N 糖苷 键连接形成核苷（或脱氧核苷）。
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。
第二章 核酸的结构与功能
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
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
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)
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
第二章 核酸的结构与功能
第二章核酸的结构与功能Structure and Function of nucleic acid一、授课章节及主要内容：第二章核酸的结构与功能二、授课对象：临床医学、预防、法医（五年制）、临床医学（七年制）通过本章的学习让学生掌握两种核酸分子即DNA和RNA的化学组成、分子结构和功能及其理化性质的特点和应用。
三、授课学时本章共安排3学时（每个课时为45分钟）。
讲授安排如下：1学时：概述+第一节核酸的化学组成及一级结构和第二节DNA的空间结构与功能中的第一部分：DNA的二级结构——双螺旋结构模型；2学时：第二节DNA的空间结构与功能的第二部分：DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装和第三节RNA的空间结构与功能的第一点：信使RNA（mRNA）的结构与功能3学时：第三节RNA的空间结构与功能的第二点：转运RNA（tRNA）的结构与功能和第二点：转运RNA（tRNA）的结构与功能和第二点：核蛋白体RNA（rRNA）的结构与功能及第四节核酸的理化性质和第五节核酸酶四、教学目的与要求五、重点与难点重点：掌握核酸的分类、分布及生物学意义。
掌握DNA和RNA的化学组成。
掌握DNA 的一级结构、空间结构及其功能，RNA的一级结构以及三种RNA的功能。
掌握DNA的变性、复性、分子杂交的概念。
难点：核酸的结构（DNA的一级结构、空间结构，几种重要的RNA的结构）六、教学方法及授课大致安排以讲授为主，授课结束前作适当的小节，帮助学生消化当天所学的内容，另外课前穿插提问帮助学生复习，巩固已学的知识。
七、主要外文专业词汇八、思考题1、试比较两类核酸的化学组成、分子结构、分布及生物学功能。
2、简述DNA双螺旋结构的碱基组成的Chargaff规则。
3、简述真核细胞的mRNA的结构特点和功用。
4、简述tRNA的分子组成、结构特点和功能。
5、什么是TM值？他有何生物学意义？6、什么是核酶？他在医学发展中有何意义？7、什么是DNA变性、复性、分子杂交和增色效应？有何实际意义？九、教材与教具：人民卫生出版社《生物化学》第六版十、授课提纲(或基本内容)概述Introduction核酸（nucleic acid）是以核苷酸为基本组成单位的生物信息大分子。
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____、dCDP____。
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，其纵向结构的维系力是____。
第二章 核酸的结构与功能
核酸的结构与功能
❖ 1868年，瑞士外科医生Fridrich从外科手术绷带上的脓细胞的细 胞核中分离出一种溶于碱而不溶于酸的酸性有机化合物，其分子 中含磷2.5%、含氮14%，该物质被命名为核酸。
❖ 根据核酸分子中所含戊糖的差别： （一）脱氧核糖核酸（DNA）:主要存在于细胞核中（真核细胞的 线粒体中也存在不少量的DNA），携带着决定个体基因型的遗传信 息，是遗传信息的贮存和携带者； （二）核糖核酸（RNA）:主要存在于细胞核和细胞质中，参与细
比DNA复制得多，这与它的功能多样化密切相关。
一、mRNA是蛋白质合成中的模板
❖ 1960年，Jacob 和 Monod 等人用放射性核素示踪实验证实： 一类大小不同的RNA才是细胞内合成蛋白质的真正模板，于 1961年首先提出了信使RNA（mRNA）这个概念。
❖ 在各种RNA分子中，mRNA约占细胞内RNA总量的2～5%，种类 最多，分子大小相差很大；
N H
❖DN生称AN物为稀体有的D碱N基A8 N和79NH。RN45 AN36分12 子N 中NH2还含有一些65含1N4 3量2N 很O 少H的3C碱基65 1，N4 32
N
O
鸟嘌呤
RNA
胞嘧啶
胸腺嘧啶
5´
HOCH2
4´ H
OH O
H 1´
H
H
3´
2´
OH OH
β-D-核糖（构成RNA）
5´
HOCH2
遗传的相对稳定性，又可发生各种重组和突变，适应环境的 变迁，为自然选R型择细提菌供：无机毒会型。肺炎球菌
S型细菌：有毒型肺炎球菌
肺炎球菌转化实验
第三节
RNA 的结构与功能
❖ RNA和蛋白质共同担负着基因的表达和表达调控功能。 ❖ RNA通常以单链形式存在，但可通过链内的碱基配对形成
第二章核酸的结构与功能
第二章核酸的结构与功能第二章核酸的结构和功能1991。
核小体6。
核酶2。
碱基互补7。
核酸分子杂交3。
增色效应。
反码环4。
商标值9。
脱氧核糖核酸5。
核糖体2。
填空题1。
在典型的脱氧核糖核酸双螺旋结构中，由磷酸戊糖组成的主链位于双螺旋的 ________ ,碱基为____________ 2.tRNA都具有 __________ _的二级结构和 ___________ 的普通三级结构。
3.成熟基因的结构特征如下: ______________________________ 4.4的基本功能。
脱氧核糖核酸是 ________________ 和 _______________5。
Tm值与DNA的___________ 口所含碱基的___________ 正比6。
脱氧核糖核酸双螺旋结构的稳定性在水平方向由___________ 保持，在垂直方向由 _________ 保持。
7.当脱氧核苷酸或核苷酸连接时，3'，5'磷酸二酯键总是由 ____________ 和 ____________ 形成。
8.嘌呤和嘧啶环都含有 ___________ ，所以它们对____________ 有很强的吸收。
9.核糖和核糖或脱氧核糖通过____________ 键形成核苷。
3。
选择题(1)键入问题1。
核酸中核苷酸之间的连接方式为a.2 ‘，3'-磷酸二酯键b.3 ‘，5'-磷酸二酯键c.2 ‘，5'-磷酸二酯键d . 糖苷键 e .氢键2。
与pCAGCT 互补的DNA 序列是_ _ _a . pagctgb . pgtcgac . pgucgad . pagcuge . paggugg |哪一个描述的DNA 双螺旋结构模型是不正确的？腺嘌呤的摩尔数等于胸腺嘧啶的摩尔数。
同一生物体内不同组织的脱氧核糖核酸的基本组成非常相似。
脱氧核糖核酸双螺旋中的碱基对位于外侧。
两条多核苷酸链在连接..维持双螺旋稳定性的主要因素是氢键和碱基堆积力。
第二章核酸的结构与功能
鸟嘌呤G 鸟嘌呤 胸腺嘧啶T 胸腺嘧啶 鸟嘌呤G 鸟嘌呤 脲嘧啶U 脲嘧啶
核酸的化学组成 2
二 戊糖与核苷 构成DNA的戊糖 的戊糖——β-D-2-脱氧核糖 构成 的戊糖 脱氧核糖 构成RNA的戊糖 的戊糖——β-D-核糖 构成 的戊糖 核糖 核苷： 核苷：碱基和核糖或脱氧核糖通过糖苷键 缩合成核苷或脱氧核苷， （glycosidic bond)缩合成核苷或脱氧核苷， 缩合成核苷或脱氧核苷 连接位置是C-1’ 连接位置是 核苷（脱氧核苷）与磷酸结合成核苷酸（ 核苷（脱氧核苷）与磷酸结合成核苷酸（脱 氧核苷酸），一般情况下， ），一般情况下 氧核苷酸），一般情况下，磷酸结合于核糖 或脱氧核糖的5‘-C上 或脱氧核糖的 上
（二）双螺旋结构的要点——两链碱 双螺旋结构的要点 两链碱 基互补， 基互补，反平行走向
1 右手双螺旋：由两条走向平行，方向相反的脱氧多核苷酸 右手双螺旋：由两条走向平行， 链绕中心轴盘曲成右手双螺旋，其表面有大沟、小沟（ 链绕中心轴盘曲成右手双螺旋，其表面有大沟、小沟（蛋白 质与DNA的识别点）交替出现，螺旋直径 的识别点） 质与 的识别点 交替出现，螺旋直径2nm 2 两链碱基互补：亲水的主链在外侧，疏水的碱基在两链内 两链碱基互补：亲水的主链在外侧， 按碱基配对原则形成碱基对（ 侧，按碱基配对原则形成碱基对（base pair , bp）使条 ） DNA单链形成互补链，即一条链的碱基顺序决定了另一条 单链形成互补链， 单链形成互补链 链的碱基顺序，这是DNA半保留复制的理论基础 链的碱基顺序，这是 半保留复制的理论基础 3 螺旋结构：相互配对的碱基处于同一平面，每10个碱基为 螺旋结构：相互配对的碱基处于同一平面， 个碱基为 一圈，螺距为3.4nm 一圈，螺距为 4 稳定力： 稳定力： 横向：两链间——氢键 横向：两链间 氢键 纵向：疏水堆积力（碱基堆积力） 纵向：疏水堆积力（碱基堆积力）
第2章核酸的结构与功能ppt课件
Sanger测序原理
1.2.1.2 DNA的二级结构及其多态性
Watson和Crick在总结前人研究工作的基础上， 在1953年以立体化学上的最适构型建立了与 DNA X-射线衍射资料相符的分子模型—— DNA双螺旋结构模型。 它可在分子水平上 阐述遗传(基因复制)的基本特征。
⑴DNA双螺旋结构的主要依据
核酸根据核酸的化学组成和生物学功能，将核 酸分为：
核糖核酸（ribonucleic acid RNA）和
脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid DNA)
所有细胞都同时含有DNA和RNA两种核酸。病 毒只含一种核酸，DNA或RNA，故有DNA 病毒和RNA病毒之分。多数细菌病毒（噬菌 体）属DNA病毒，而植物和动物病毒多为 RNA病毒。
5’pApCpUpUpGpApApCpC3’ RNA
简化为： 5’pACTTGAACG3’ DNA
5’pACUUGAACG3’RNA
简写式的5`-末端均含有一个磷酸残基（与糖基 的C-5`位上的羟基相连），3`-末端含有一个 自由羟基（与糖基的C-3`位相连），若5`端 不写P，则表示5`-末端为自由羟基。
3.4nm 2.8nm 36° 33°
Z-DNA
Wang和Rich等在研究人工 合成的d（CGCGCG）单 晶的X-射线衍射图谱时， 发现这种六聚体的构象不 同于B-构象。
它是左手双螺旋，在主链 中各个磷酸根呈锯齿 （Zigzag）状排列，因此 称Z-构象。
B-DNA与Z-DNA的比较
比较内容
B-DNA
T 24.8
28 25.6 29.7 28.9 29.2 32.9
G 24.1 23.2 21.9 20.5 20.4 20.4 18.7
2核酸的结构与功能
2核酸的结构与功能核酸是一种重要的生物大分子，它在生命活动中发挥着关键的作用。
核酸的结构和功能十分复杂，本文将对核酸的结构和功能进行详细的介绍。
核酸是由核苷酸单元组成的高分子化合物。
核苷酸由一种五碳糖（如脱氧核糖或核糖）、一个含氮碱基和一个磷酸基团组成。
根据五碳糖的种类，核酸可分为DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）两类。
DNA是生物体内贮存遗传信息的化学物质，它携带了生物体的遗传信息，指导了生物体的生长、发育和功能的实施。
DNA的核苷酸单元由脱氧核糖、腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶组成。
DNA的结构是双螺旋结构，由两条互补的链缠绕在一起，形成了一个螺旋梯状的结构，类似于一条扭转的梯子。
DNA的碱基通过氢键连接在一起，腺嘌呤与鸟嘌呤之间通过两个氢键连接，胞嘧啶与胸腺嘧啶之间通过三个氢键连接。
这种结构使得DNA能够进行复制和遗传信息的传递。
RNA是一类功能多样的分子，它在生物体内主要参与蛋白质的合成和转运等过程。
RNA的核苷酸单元由核糖、腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶组成。
RNA的结构多样，可分为mRNA（信使RNA）、tRNA（转运RNA）和rRNA（核糖体RNA）等多种类型。
mRNA是由DNA模板直接合成的，它携带了DNA上的遗传信息，为蛋白质的合成提供了模板。
tRNA是一类小分子RNA，它能够将氨基酸与mRNA上的密码子相互识别，将氨基酸带到合成蛋白质的位置。
rRNA是构成核糖体的主要组成部分，核糖体是蛋白质合成的场所。
核酸的功能主要有两方面：储存遗传信息和参与蛋白质的合成。
首先，核酸通过携带遗传信息来储存生物体的基因信息。
DNA中的碱基序列编码了生物体的基因信息，通过复制和传递这些信息，生物体的遗传特征得以传递。
DNA通过基因的转录和翻译过程，将基因信息转化为蛋白质的序列，进而决定了生物体的结构和功能。
基因突变会导致遗传信息的改变，进而影响生物体的形态和功能。
其次，核酸参与蛋白质的合成和转运过程。
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。
二章核酸的结构和功能
OD260增高 比旋度下降
粘度下降 浮力密度升高
酸碱滴定曲线改变 生物活性丧失
DNA的变性与降解的区别
降解 是指多核苷酸链中的磷酸二酯键断裂， 使分子量降低， 其过程是不可逆的。
变性 一般是可逆的， 不发生分子量的变化。
蛋白质和(DNA)核酸的变性的共性
两者均不涉及共价键的断裂 一级结构不破坏 粘度改变，生物活性丧失
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
DNA分子由两条相互平行但 走向相反的脱氧多核苷酸链 组成，两链以-脱氧核糖-磷 酸-为骨架，以右手螺旋方 式绕同一公共轴盘。螺旋直 径为2nm，形成大沟及小沟 相间。
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
* 分子量越大粘度也越大
RNA分子比DNA分子小，粘度也就小
* 生物分子的空间结构也影响粘度
核酸的紫外吸收特性
嘌呤碱和嘧啶碱有 共轭双键，都能强 烈吸收紫外光，最 大吸收波长为 260nm
蛋白质对紫外光 的最大吸收波长 是280nm
OD260的应用
1. DNA或RNA的定量 OD260=1.0相当于 50μg/ml双链DNA 40μg/ml单链DNA（或RNA） 20μg/ml寡核苷酸
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 碱基组成规律
(1) 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等. A=T
鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等. G=C
嘌呤总数=嘧啶总数
A+G=C+T
(2) DNA的组成具有种属特异性
(3) DNA的碱基组成没有组织的特异性, 且较为稳定,不随年龄、营养状态、
生物化学第二章核酸的结构和功能(共64张PPT)
~250nt poly A binding protein
5'
AAUAAA (~20nt) YAAAAAAAAA
AAAAAA 3'
目录
帽子结构和多聚A尾的功能:
1、帮助mRNA从核内向胞质转运 2、参与翻译起始的调控 3、维系mRNA的稳定性
目录
〔三〕mRN的作用
指导蛋白质合成过程氨基酸的排列顺序
N
cAMP
O P O OH
OH
目录
5′端
二、核酸的一级结构
C
概 念:
核苷酸在核酸分
子 中 从 5′ 端 到 3′ 端
A
的排列顺序。
化学键: 3′5′磷酸二酯键
核酸链的方向是5 → 3
G
3′端
目录
书写方法： A G T G C T
5 P P P P P P OH 3
5 A C T G C T 3
1、核酸分子的大小常用碱基数目〔对〕来表示。
目录
四、 snmRNAs
细胞的不同部位存在许多其他种类的小分子RNA，统称为
非mRNA小RNA(small non-messenger RNAs, snmRNAs)。
snmRNAs的功能
参与hnRNA的加工剪接及参与了基因表达的调控
snmRNAs的种类
核内小RNA
核仁小RNA 胞质小RNA 催化性小RNA
1、从mRNA分子5'末端起的第一个AUG开始， 每3个核苷酸为一组称为密码子(codon)或三联 体密码(triplet code)。
2、AUG 为起始密码子；
UAA. UAG. UGA为终止密码子。
3、位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序 列称为开放阅读框 (ORF)，决定了多肽链的氨基酸
生化第二章核酸的结构和功能
第二章核酸的结构与功能本章重点核酸前言：1.真核生物DNA存在于细胞核和线粒体内，携带遗传信息，并通过复制的方式将遗传信息进行传代；真核生物RNA存在于细胞质、细胞核和线粒体内。
2.在某些病毒中，RNA也可以作为遗传信息的载体。
一、核酸的化学组成以及一级结构（一）、核苷酸是构成核酸的基本组成单位1．DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，而RNA的基本组成单位是核糖核苷酸。
2．核苷酸中的碱基成分:含氮的杂环化合物。
①DNA中的碱基：A\T\C\G。
②RNA中的碱基：S\U\C\G。
★这五种碱基的酮基或氨基受所处环境的pH是影响可以形成酮-烯醇互变异构体或氨基-亚2．核糖①β-D-核糖：C-2’原子上有一个羟基。
②β-D-脱氧核糖：C-2’原子上没有羟基☆脱氧核糖的化学稳定性比核糖好，这使DNA成为了遗传信息的载体。
3．核苷①核苷②脱氧核苷③核糖的C-1’原子和嘌呤的N-9原子或者嘧啶的N-1原子通过缩合反应形成了β-N-糖苷键。
在天然条件下，由于空间位阻效应，核糖和碱基处在反式构象上。
3．核苷酸的结构与命名①核苷或脱氧核苷C-5’原子上的羟基可以与磷酸反应，脱水后形成磷酸键，生成核苷酸或脱氧核苷酸。
②根据连接的磷酸基团的数目不同，核苷酸可分为核苷一磷酸（NMP）、核苷二磷酸（NDP）、核苷三磷酸（NTP）。
③生物体内游离存在的多是5’核苷酸★细胞内一些参与物质代谢的酶分子的辅酶结构中都含有腺苷酸，如辅酶Ⅰ（NAD+），它们是生物氧化体系的重要成分，在传递质子或电子的过程中具有重要的作用。
（二）、DNA是脱氧核糖核苷酸通过3’，5’-磷酸二酯键连接形成的大分子1.脱氧核糖核苷三磷酸C-3’原子的羟基能够与另一个脱氧核糖核苷三磷酸的α-磷酸基团缩合，形成了一个含有3’，5’-磷酸二酯键的脱氧核苷酸分子。
2.脱氧核苷酸分子保留着C-5’原子的磷酸基团和C-3’原子的羟基。
3.多聚体核苷酸链的5’-端是磷酸基团，3’-端是羟基。
第二章 核酸的分子结构与功能(间)
32
33
图
不同类型的DNA双螺旋结构
34
B型双螺旋DNA的结构特点：
1. 为右手反平行双螺旋；
2. 主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；
3. 两条链间存在碱基互补：A与T或G与C配对形
成氢键，称为碱基互补原则（A与T为两个氢
键，G与C为三个氢键）；
4. 螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力；
5. 螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm。
参与hnRNA的剪接、转运 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
40
胞浆小RNA
一、mRNA的结构与功能
mRNA是在细胞核内以DNA为模板合成;
mRNA又作为模板将来自DNA的信息经翻译， 指导合成蛋白质。称信使RNA，或模板RNA 。
在细胞内合成的mRNA初级产物分子大小不 一，被称为核内不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA) 。
3
分类
功能 遗传的物质基础, 携带、传递遗传信 息。
分布
细胞核和 线粒体内
DNA 核酸
mRNA RNA tRNA
模板（信使） 转运氨基酸 识别密码子 细胞质和 细胞核内
rRNA 构成核蛋白体
合成蛋白质的场所
4
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（ribonucleic acid, RNA）和脱 氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）两 大类。
42
3’-末端的多聚A尾结构:
真核生物mRNA的3’-末端，大多数 有数十个至百余个腺苷酸连接而成的 多聚腺苷酸结构称为多聚A尾结构，即 poly(A)结构。
43
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5 A C T G C T 3
目录
第二节
DNA的空间结构与功能
Dimensional Structure and Function of DNA
➢ DNA的二级结构-双螺旋结构
➢ DNA双螺旋结构的研究背景和历史意义 ➢ DNA双螺旋结构模型要点
➢ DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装
NN O
核苷酸：
H O P H OO CCHH 22 OO NN OO OH
AMP, GMP, UMP, CMP
脱氧核苷酸：
OOHH OO HH
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
体内重要的游离核苷酸及其衍生物
多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP
环化核苷酸: cAMP，cGMP
➢ 含核苷酸的生物活性物质：
正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
二、核酸的分类及分布
脱氧核糖核酸
90%以上分布于细胞核，其余分布于
(deoxyribonucleic acid, 核外如线粒体，叶绿体，质粒等。
DNA)
携带遗传信息，决定细胞和个
体的基因型(genotype)。
核糖核酸
分布于胞核、胞液。
(ribonucleic acid, RNA) 参与细胞内DNA遗传信息的表
第二章
核酸的结构和功能
Structure and Function of Nucleic Acid
核 酸(nucleic acid)
是以核苷酸为基本组成单位的生物大 分子，携带和传递遗传信息。
一、核酸的发现和研究工作进展
➢ 1868年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素” ➢ 1944年 Avery等人证实DNA是遗传物质 ➢ 1953年 Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构 ➢ 1968年 Nirenberg发现遗传密码 ➢ 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶 ➢ 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法 ➢ 1985年 Mullis发明PCR 技术 ➢ 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) ➢ 1994年 中国人类基因组计划启动 ➢ 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架
DNA纤维的X-线衍射图谱分析
目录
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
DNA分子由两条相互平行但 走向相反的脱氧多核苷酸链 组成，两链以-脱氧核糖-磷 酸-为骨架，以右手螺旋方 式绕同一公共轴盘。螺旋直 径为2nm，形成大沟(major groove) 及 小 沟 (minor groove)相间。
NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有 AMP N H 2
NNHHN22H2
N
NN N
O OO OOO HO PHOO PPH OOO PPP OOO CCHCH22HOO2O NN N
NN N O
NN N
C H 2O
N
OH OOHH OOHOHH
cAMP
ADANPTAPD+AMP OOHOHHOOHHOH
达。某些病毒RNA也可作为遗
传信息的载体。
第一节
核酸的化学组成及其一级结构
The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid
核酸的化学组成
1. 元素组成 C、H、O、N、P（9~10%）
2. 分子组成 —— 碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱 —— 戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖 —— 磷酸(phosphate)
碱基
嘌呤(purine)
N 7
5 6 1N
8 9 NH
43 2 N
NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
O
N NH
Hale Waihona Puke NHN鸟嘌呤(guanine,
N
G)
H
2
嘧啶(pyrimidine)
O
5 4 3N 612
NH
NH2
N
NH
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
O
H 3C NH
NH
O
胞嘧啶(cytosine, C)
NH2
苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。
N
核苷：AR, GR, UR, CR
1
H O CH 2 O N
O
1´
脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR O H O H
2. 核苷酸(ribonucleotide)的结构与命名
核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键
连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。
NN HH 22
O P O OH O HNADP+
N N
5´端
C
3. 核苷酸的连接
核苷酸之间以
磷酸二酯键连接形
A
成多核苷酸链，即
核酸。
G
3´端
5′端
二、核酸的一级结构
C
定义
核酸中核苷酸的排列
顺序。
A
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。
G
3′端
书写方法
AGT GCT
5 P P P P P P OH 3
目录
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内 側，与对側碱基形成氢键配 对 （ 互 补 配 对 形 式 ： A=T; GC） 。
相邻碱基平面距离0.34nm， 螺旋一圈螺距3.4nm，一圈 10对碱基。
目录
碱基互补配对
A
T
C
G
（二） DNA双螺旋结构模型要点
NH
O
胸腺嘧啶(thymine, T)
戊糖
H O CH 2
O H H O CH 2
OH
5´ O
O
4´
1´
3´ 2´
OH OH
核糖(ribose) （构成RNA）
OH
脱氧核糖(deoxyribose) （构成DNA）
一、核苷酸的结构
1. 核苷(ribonucleoside)的形成
碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖
（Watson, Crick, 1953）
氢键维持双链横向稳定 性，碱基堆积力维持双 链纵向稳定性。
目录
（三）DNA双螺旋结构的多样性
目录
二、DNA的超螺旋结构及其在染色质 中的组装
（一）DNA的超螺旋结构
超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
➢ DNA的超螺旋结构 ➢ 原核生物DNA的高级结构 ➢ DNA在真核生物细胞核内的组装
➢ DNA的功能
一、 DNA的二级结构 ——双螺旋结构
（一）DNA双螺旋结构的研究背景
碱基组成分析 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