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。核酸可以分为脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）两大类。

第一节核酸的化学组成及一级结构

Chemical constitution and primary construction of nucleic acid

核酸的基本组成单位是核苷酸（nucleotide），而核苷酸则由碱基、戊糖和磷酸三种成分连接而成。DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide或deoxynucleotide），RNA的基本组成单位是核糖核苷酸（ribonucleotide）。

一、核苷酸的结构

（一）碱基的种类：构成核苷酸的五种碱基（base）分别属于嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）两类含氮杂环化合物。DNA分子中的碱基成分为A、G、C和T四种；而RNA分子则主要由A、G、C和U四种碱基组成。

（二）戊糖与核苷：是核苷酸的另一重要成分。脱氧核糖核苷酸中的戊糖是b–D–2–脱氧核糖；核糖核苷酸中的戊糖为b–D–核糖。这一结构上的差异使得DNA分子较RNA分子在化学上更为稳定，从而被自然选择作为生物遗传信息的储存载体。为区别于碱基中的碳原子编号，核糖或脱氧核糖中的碳原子标以C–1´、C–2´等。

碱基和核糖或脱氧核糖通过糖苷键（glycosidic bond）缩合形成核苷或脱氧核苷，连接位置是C–1´。

（三）核苷与磷酸通过酯键结合即构成核苷酸或脱氧核苷酸。生物体内多数核苷酸都是5´核苷酸，即磷酸基团位于核糖的第五位碳原子C–5´上。根据磷酸基团的数目不同，有核苷一磷酸（nucleoside monophosphate，NMP）、核苷二磷酸（nucleoside diphosphate，NDP）、核苷三磷酸（nucleoside triphosphate，NTP）的命名方式；根据碱基成分的不同，有AMP （adenosine monophosphate）、ADP（adenosine diphosphate）、ATP（adenosine triphosphate）等命名。

（四）核苷酸除了构成核酸大分子以外，还参加各种物质代谢的调控和多种蛋白质功能的调节。例如ATP和UTP在能量代谢中均为重要的底物或中间产物；环腺苷酸（cyclic AMP，cAMP）和环鸟苷酸（cyclic GMP，cGMP）等则在细胞信号转导过程中具有重要调控作用。

二、核酸的一级结构

(一)定义:核酸的一级结构是指DNA和RNA分子中核苷酸的排列顺序，也称核苷酸序列。由于核酸分子中不同核苷酸之间的差异仅在于碱基的不同，因此也称为碱基序列。

(二)连接方式: 磷酸二酯键。四种脱氧核苷酸按照一定的排列顺序以化学键：3′, 5′磷酸二酯键（phosphodiester linkage）相连形成的多聚脱氧核苷酸（polydeoxynucleotides）链称为DNA。多聚核苷酸（polynucleotides）链则称为RNA。这些脱氧核苷酸或核苷酸的连接具有严格的方向性，由前一位核苷酸的3´–OH与下一位核苷酸的5´位磷酸基之间形成3´, 5´磷酸二酯键，从而构成一个没有分支的线性大分子。它们的两个末端分别称为5´末端（游离磷酸基）和3´末端（游离羟基）。书写规则应从5´末端到3´末端。（见六版教材图2-4）

(三)DNA和RNA一级结构的差异：

RNA是生物体内另一大类核酸。它与DNA的差别是：①组成它的核苷酸的戊糖不是脱氧核糖而是核糖；②RNA中的嘧啶成分为胞嘧啶和尿嘧啶，而不含有胸腺嘧啶，所以构成RNA的基本四种核苷酸是AMP、GMP、CMP和UMP，其中U代替了DNA中的T。

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