第二章：核酸化学
02 第二章 核酸化学 华中农业大学微生物考研生物化学
第二章核酸化学一、习题(一)选择题1．DNA碱基配对主要靠：a．范德华力b．氢键c．疏水作用d．盐键e．共价键2．稀有核苷酸主要存在于：a．rRNA b．mRNA c．tRNAd．核DNA e．线粒体DNA3．mRNA中存在，而DNA中没有的是：a．A b．C c．G d．U e．T4．双链DNA之所以有较高的熔解温度是由于它含有较多的：a．嘌呤b．嘧啶c．A和T d．C和G e．A和C5．对Watson-CrickDNA模型的叙述正确的是：a．DNA为二股螺旋结构b．DNA两条链的走向相反c．在A与G之间形成氢键d．碱基间形成共价键e．磷酸戊糖骨架位于DNA螺旋内部6．与片断TAGAp中互补的片断为：a．TAGAp b.AGATp c．ATCTpd．TCTAp e．UGUAp7．热变性的DNA有哪一种特性：a．磷酸二酯键发生断裂b．形成三股螺旋c．同源DNA有较宽的变性范围d．在波长260nm处光吸收减少e．熔解温度直接随A—T对的含量改变而变化8. 在以下修饰碱基中，哪些碱基在氢键结合的性质方面不同于和它相关的普通碱基：a．m1A b．m8A c．5-羟甲基胞嘧啶d．m2A e．m8G9. 用苔黑酚法可以鉴定：a．RNA b．DNA c．所有核酸d. 蛋白质e．还原糖10. 真核生物mRNA的帽子结构中，m7G与多核苷酸链通过三个磷酸基连接，连接方式是：a. 2'-5' b．3'-5' c．3'-3' d. 5'-5' e．3'-3'11. hnRNA是下列哪种RNA的前体：a．tRNAb．真核rRNAc．真核mRNAd．原核rRNAe．原核mRNA12. DNA与RNA两类核酸分类的主要依据是：a．空间结构不同b．所含碱基不同c．核苷酸之间连接方式不同d．所含戊糖不同e．在细胞中存在的部位不同13. 下列关于假尿苷的结构的描述哪一项是正确的?a．假尿苷所含的碱基不是尿嘧啶b．碱基戊糖间以C5-C1'相联c．碱基戊糖间以N l-C1'相联d．碱基戊糖间以N l-C5'，相联e．假尿苷中戊糖是D-2-脱氧核糖m G的中文名称是：14．22a．N2，N2—二甲基鸟嘌呤b．N2，N2—甲基鸟苷c．C2，C2—二甲基鸟苷d．2'-甲基鸟苷e．C2'，C2'-二甲基鸟苷15．在一个DNA分子中，若A所占摩尔比为32.8％，则G的摩尔比为：a. 67.2％b. 32.8％c．17.2％d．65．6％e．16．4％16．根据Watson—Crick模型，求得每一微米DNA双螺旋含核苷酸对的平均数为：a．25400 b．2540 c．29411 d．2941 e．350517．稳定DNA双螺旋的主要因素是：a．氢键b．与Na+结合c．碱基堆积力d．与Mn2+、Mg2+的结合e．与精胺、亚精胺的结合18．A型DNA和B型DNA产生差别的原因是：a．A型DNA是双链，B型DNA是单链b．A型DNA是右旋，B型DNA是左旋c．A型DNA与B型DNA碱基组成不同d．两者的结晶状态不同e．二者碱基平面倾斜角度不同19．在TψCGImUUA的RNA链中，含有的稀有核苷酸数目为：a. 3 b． 4 c． 5 d． 2 e。
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；
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2章--核酸化学习题
第二章核酸化学一、名词解释：1．磷酸二酯键：核酸分子中前一个核苷酸的3`-羟基和下一个核苷酸的5`-磷酸脱水缩合形成的化学键称为磷酸二酯键。
2．碱基互补规律：DNA分子组成中腺嘌呤和胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤与胞嘧啶配对，这种配对规律称为碱基互补规律。
3. 退火：加热变性DNA溶液缓慢冷却到适当的低温，则两条互补链可重新配对而恢复到原来的双螺旋结构的现象。
4．DNA的熔解温度：DNA加热变性过程中，紫外吸收值达最大吸收值一半时所对应的温度。
5．核酸的变性：在某些理化因素作用下，DNA双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规则线团状态的过程；核酸的复性：在适宜条件下，变性DNA分开的两条单链可重新形成链间氢键，恢复双螺旋结构，这个过程称为复性。
6．减色效应：复性DNA由于双螺旋的重新形成，在260nm处的紫外吸收值降低的现象。
7．增色效应：变性DNA由于碱基对失去重叠，在260nm处的紫外吸收值增加的现象。
二、填空题1．DNA双螺旋结构模型是 Watson-Crick 于 1953 年提出的。
2．核酸的基本结构单位是核苷酸。
3．脱氧核糖核酸在糖环 C2’位置不带羟基。
4．两类核酸在细胞中的分布不同，DNA主要位于细胞核中，RNA主要位于细胞质中。
5．核酸分子中的糖苷键均为β型糖苷键。
糖环与碱基之间的连键为糖苷键。
核苷酸与核苷酸之间通过磷酸二酯键键连接成多聚体。
6．核酸的特征元素是磷（P）。
7． DNA在水溶解中热变性之后，如果将溶液迅速冷却，则DNA保持单链状态；若使溶液缓慢冷却，则DNA重新形成双链。
8．真核细胞的mRNA帽子由 m7G 组成，其尾部由 polyA 组成。
9．常见的环化核苷酸有 cAPM 和 cGMP 。
其作用是起第二信使作用。
10．DNA双螺旋的两股链的顺序是反平行/互补关系。
11．给动物食用3H标记的胸腺嘧啶（T），可使DNA带有放射性，而RNA不带放射性。
12．B型DNA双螺旋的螺距为 3.4nm ，每匝螺旋有 10 对碱基，每对碱基的转角是 36º。
《生物化学》第二章核酸化学及答案
第二章核酸化学《生物化学》一、选择题1．自然界游离核苷酸中，磷酸最常见是位于：A．戊糖的C-5′上B．戊糖的C-2′上C．戊糖的C-3′上D．戊糖的C-2′和C-5′上E．戊糖的C-2′和C-3′上2．可用于测量生物样品中核酸含量的元素是：A．碳B．氢C．氧D．磷E．氮3．下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNA：A．尿嘧啶B．腺嘌呤C．胞嘧啶D．鸟嘌呤E．胸腺嘧啶4．核酸中核苷酸之间的连接方式是：A．2′，3′磷酸二酯键B．糖苷键C．2′，5′磷酸二酯键D．肽键E．3′，5′磷酸二酯键5．核酸对紫外线的最大吸收峰在哪一波长附近？A．280nm B．260nm C．200nm D．340nm E．220nm6．有关RNA的描写哪项是错误的：A．mRNA分子中含有遗传密码B．tRNA是分子量最小的一种RNAC．胞浆中只有mRNAD．RNA可分为mRNA、tRNA、rRNAE．组成核糖体的主要是rRNA7．大部分真核细胞mRNA的3′-末端都具有：A．多聚A B．多聚U C．多聚T D．多聚C E．多聚G8．DNA变性是指：A．分子中磷酸二酯键断裂B．多核苷酸链解聚C．DNA分子由超螺旋→双链双螺旋D．互补碱基之间氢键断裂E．DNA分子中碱基丢失9．DNA Tm值较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致？A．G+A B．C+G C．A+T D．C+T E．A+C10．某DNA分子中腺嘌呤的含量为15%，则胞嘧啶的含量应为：A．15% B．30% C．40% D．35% E．7%二、填空题1．核酸完全的水解产物是________、_________和________。
其中________又可分为________碱和__________碱。
2．体内的嘌呤主要有________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_________。
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
大一生物化学第二、三、五、七、八、章知识点总结(word文档物超所值)
第二章：核酸化学①D-核糖①嘌呤：腺嘌呤、鸟嘌呤（逆时针编号）1、戊糖2、碱基②D-2-脱氧核糖②嘧啶：胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶（顺时针编号）3、磷酸核糖核苷：腺苷、鸟苷、尿苷、4、核苷：一个戊糖和一个碱基结合形成核苷胞苷脱氧核糖核苷：脱氧腺苷、脱氧鸟苷、脱氧胸苷、脱氧胞苷①核糖核苷酸：（x苷-5’-单磷酸）5、核苷酸：(核酸是核苷的磷酸酯)腺苷酸(AMP)、尿苷酸(UMP) /（5’-AMP）一个戊糖、一个碱基和一个磷酸组成鸟苷酸(GMP)、胞苷酸(CMP)②脱氧核糖核苷酸：（脱氧x苷-5’-单磷酸）脱氧腺苷酸(dAMP)、脱氧鸟苷酸(dGMP) /（5’-dAMP）脱氧胞苷酸(dCMP)、脱氧胸苷酸(dTMP)①不游离核苷酸：作为核酸的结构单元1、多磷酸核苷酸：AMP/腺一磷、ADP/腺二磷、ATP/腺三磷、(CMP/CDP/CTP:胞苷x磷酸)(dCMP/dCDP/dCTP:脱氧胞苷x磷酸)2、环式单核苷酸：核苷酸核苷酸上的磷酸与核糖的3’，5’-二羟基②游离核苷酸/核苷酸衍生物：形成双酯环化而成。
它们是传递激素的媒介物，故被称为“二级信使”。
（cGMP:3’，5’- 环鸟苷酸）(cAMP:3’，5’- 环腺酸）3、辅酶类核苷酸：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸/NAD烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸/NADP3’,5’磷酸二酯键6、核酸：以核苷酸为基本结构单元所构成的生物大分子。
①一级结构：脱氧核苷酸之间的连接方式和排列顺序1、脱氧核苷酸之间的连接方式：以3’,5’磷酸二酯键相连，DNA分子无分支侧链，只能成环状或线状左侧5’,右侧3’2、脱氧核苷酸之间的排列顺序：基因的遗传信息的物质基础就是4种碱基的精确排列顺序。
(1)碱基当量定律：A+G=C+T1、DNA的组成：Chargaff定律：(2)不对称比率：A+TC+G②二级结构：比值与物种有关DNA(1)DNA分子有两条反向平行的多聚核苷酸链组成，一条链的走向3’到5’，另一条5’到3’。
生物化学试题 核酸化学
第二章核酸化学.三、典型试题分析1. 下列几种DNA分子的碱基组成比例不同，哪一种DNA的Tm值最低（1999年生化试题）A. DNA中A-T占15％B．DNA中G-C占25％C. DNA中G-C占40％D．DNA中A-T占80％E. DNA中G-C占55%[答案] D2. 核酸的各基本单位之间的主要连接键是(2000年生化试题)A．二硫键B．糖苷键C．磷酸二酯键D．肽键E，氢键[答案) C3．DNA的二级结构是：A．α—螺旋B．β-片层C．β—转角D．超螺旋结构E，双螺旋结构[答案) E4. DNA的热变性特征是A. 碱基间的磷酸二酯键断裂B．一种三股螺旋的形成C．黏度增高D．融解温度因G-C对的含量而异E．在260nm处的光吸收降低[答案] D5. 下列关于DNA碱基组成的叙述，正确的是A. 不同生物来源的DNA碱基组成不同B，同一生物不同组织的DNA碱基组成不同C. 生物体碱基组成随着年龄变化而改变D．A和C含量相等E．A+T=G+C[答案] A6，DNA受热变性时(士998年硕士研究生入学考试题)A. 在260nm波长处的吸光度下降B，多核苷酸链断裂成寡核苷酸链 C. 碱基对可形成氢键D，加入互补RNA链，再冷却，可形成DNA／RNA杂交分子E. 溶液黏度增加[答案] D7，在核酸中占9％"-11％，且可用之计算核酸含量的元素是(1997年硕士研究生入学考试题)A. 碳B，氧C．氮D．氢E．磷[答案] E8，下列关于B-DNA双螺旋结构模型的叙述中哪一项是错误的?A. 两条链方向相反B，两股链通过碱基之间的氢键相连C．为右手螺旋，每个螺旋为10个碱基对D．嘌呤碱和嘧啶碱位于螺旋外侧E．螺旋的直径为20A[答案) D四、测试题(一)A型题1．从小鼠的一种有荚膜的致病性肺炎球菌中提取出的DNA，可使另种无荚膜、不具有致病性的肺炎球菌转变为有荚膜并具致病性的肺炎球菌A．DNA是遗传物质，蛋白质是遗传信息的体现者B，DNA是遗传信息的体现者，蛋白质是遗传物质C．DNA与蛋白质均是遗传物质D．RNA是遗传物质，DNA和蛋白质是遗传信息的体现者E．DNA和蛋白质是遗传物质，RNA是遗传信息的体现者2．核酸中一般不含有的元素是A．C B．H C．O D．P E，S3，在核酸中占9％'--11％且可用之计算核酸含量的元素是A．C B．H C．O D．P E．S4．A(腺嘌呤)与G(鸟嘌呤)在结构上的差别是A，A的C6上布羟基，G的C6上有氨基B．A的C6上有羟基，G的C2上有甲基C，A的C6上有甲基，G的C6上有羰基D．A的C2上有氨基，G的C2上有羟基E．A的C6上有氨基，G的C2上有氨基5，T(胸腺嘧啶)与U(尿嘧啶)在结构上的差别是A．T的C2上有氨基，U的C2上有O ·B．T的C5上有甲基，U的C5上无甲基C．T的C4上有氨基，U的C4上有OD．T的Cl上有羟基，U的C1上无羟基E．T的C5上有羟甲基，U的C5上无羟甲基6，通常既不见于DNA又不见于RNA的碱基是A. 腺嘌呤B．黄嘌呤巳鸟嘌呤D，胸腺嘧啶E，尿嘧啶7，自然界游离核苷酸中的磷酸最常位于A. 戊糖的C-2’上B．戊糖的C-3’上C．戊糖的C-5’上D．戊糖的C-2’及C-3’ E. 戊糖的C-2’及C-5’上8，假尿嘧啶核苷的糖苷键是·A．C-C键B．C-N键C．N-N键D．C-H键E．N-H键9，核苷酸中碱基(N)、戊糖(R)和磷酸(P)之间的连接关系是A. N-R-PB. N-P-RC. R-N-PD．P-N-R E．R-P-P-N10，脱氧胸苷的英文简写符号为A．AdR B，CdR C．UdR D. TdR E. CdR11，CR表示A. 脱氧胞苷B．胞苷 C. 腺苷D．脱氧腺苷E，脱氧核糖12，含有稀有碱基较多的核酸是A．rRNA B．tRNA C．mRNA D．hnRNA E。
第2章 核酸化学2
线粒体中含 有环状DNA
右旋
环状 DNA
反之，则为正超螺旋
自然界通常为负超螺旋。
负超螺旋
固定 （右手拓扑结构）
第四节 核酸及核苷酸的性质
一、核酸的溶解性
RNA和DNA 均微溶于水， 不溶于一般的有机溶剂
二、核酸的两性性质及等电点
核酸分子中含有酸性基团（磷酸基）和碱性基团 （氨基），也具有两性性质。 DNA等电点为4～4.5； RNA等电点为2～2.5
+
P OH P P P
+
P OH P
P
P
③核糖核酸酶T2 （RNase T2 ）
• 作用位点为腺苷酸残基
• 可将tRNA完全降解为3’－腺苷酸结尾 的寡核苷酸
（2）DNase（外切酶）
①DNaseⅠ：牛胰脱氧核糖核酸酶 Mg2+激活 切断双链或单链DNA ——以5’－磷酸为末端的寡聚核苷酸 ② DNase Ⅱ：牛脾脱氧核糖核酸酶 Mg2+抑制 DNA降解为3’－磷酸为末端的寡聚核苷酸
④其它：对底物二级结构的专一性 作用于双链核酸：双链酶 作用于单链：单链酶
（1）RNase
3’嘧啶核苷酸/其结尾的寡核苷酸
Py Pu Py Py Py Pu Py Py
2H2O
P P P P
+
P
P
P
P
+
P P
①牛胰核糖核酸酶（ G A C U G ARNaseGⅠ） A
C
U
G
A
2H2O + 作用：嘧啶核苷3’－磷酸与其它核苷酸连键 P P P P P P P OH P P P P P 专一性极高的内切酶
温度（℃）
94
第二章-核酸化学
2021/4/9
42
2021/4/9
酵母tRNA Ala 的二级结构
氨基酸臂 D臂（二氢尿嘧啶臂） D环 TC臂 TC环 额外环 AC臂（反密码臂） AC环
43
三级结构 —— 倒L型
2021/4/9
44
2021/4/9
45
二、rRNA的分子结构
原核生物rRNA有3类：5S、16S、23S 真核生物rRNA有4类： 5S、5.8S、18S、28S
核苷酸
Phosphates
戊糖(核糖、脱氧核糖)
Nucleotides
核苷 Pentoses
Nucleosides
碱基（嘌呤、嘧啶）
2021/4/9
Nitrogenous Base
4
㈠ 碱 基 Nitrogenous Base
主要包括嘌呤碱和嘧啶碱。
2021/4/9
5
嘌呤(purine)
N 7
许多rRNA的一级结构及由一级结构推导出来的 二级结构都已阐明，但是对许多rRNA的功能迄今 仍不十分清楚。 已有一些rRNA具有酶的活性，称为核酶 （ribozyme）。
2021/4/9
46
2021/4/9
5sRNA的二级结构
47
三、mRNA的分子结构
顺反子（cistron）：一个基因就是一个顺反子。 原核生物的mRNA一般是多顺反子。 真核生物的mRNA一般是单顺反子。
1953年，Watson和Click提出DNA双螺旋模型。
1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则。
2021/4/9
2
核酸的种类和分布
1. 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA） 原核: 裸露的DNA分子集中于核区 真核: 细胞核DNA：与组蛋白、非组蛋白形成染色体
第二章核酸化学下ppt课件
3'
3' U attacks 3' end of IVS
19-IVS 作为催化剂
GOH-3'
GpGpGpApGpGOH-5'
CpCpCpCpCOH "C5"
CpCpCpCpCpCOH "C6"
GOH-3'
5'-CpCpCpCpCOH-3' GpGpGpApGpGOH-5'
CpCpCpCOH "C4"
• tRNA主要作用是将氨基酸转运到核糖体mRNA复合物的相应位置用于蛋白质合成
• 20种基本氨基酸每一种都至少有一种tRNA • tRNA分子较小，平均沉降系数为4S • 大多数tRNA分子具有类似的三叶草二级结
构
tRNA三叶草二级结构
3’-
受体端
76 75
(acceptor
stem)
74 73
1
1
ddTTP
CAddT CATddT CATTACGddT
8
T
7
G
6
C
5
A
4
T
3
T
2
A
1
C
DNA测序技术的应用
• RNA序列的测定，将RNA反转录成互补 DNA（cDNA) ，测定cDNA序列后即可推 断出RNA的序列
• 蛋白质的氨基酸序列的测定，也可以通过 测定DNA序列，然后用遗传密码来推断。
核酸的性质—结构稳定性
• 碱基对间的氢键
• 碱基堆积—碱基堆积力对维持核酸的空间 结构起主要作用
• 环境中的正离子—环境中的Na+、K+、 Mg2+、Mn2+等离子，可消除核酸中磷酸基 间的静电斥力，对核酸结构的稳定有重要 作用
生科第二章-核酸化学
组 蛋 白 与 DNA的 结 合
➢组蛋白核心(héxīn)： H2B, H2A, H3, H4。H1 组蛋白在核小体之间。
第三十四页，共74页。
DNA的存在(cúnzài)形式
第三十五页，共74页。
染色体包装------多级螺旋(luóxuán)模型
压缩倍数 7
6
40
DNA → 核小体 → 螺线管 →
第十九页，共74页。
3.2 核酸(hé suān)的一级结构（primary structure）
一级结构-----核酸(hé suān)分子中核苷酸的排列 顺序及连接方式。核苷酸的排列顺序代表了遗传信 息。
➢碱基序列（base sequence)即为DNA的一级结构。通 常碱基序列由DNA链的5 →3 方向(fāngxiàng)写。 ➢n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为 4n。
DNA double helix类型
bp/turn
D vertical rise/bp
11
2.3
0.255
10
2.0
0.34
12
1.8
0.37
direction 右 右 左
第二十八页，)结构（tertiary structure）
1. 环状DNA的超螺旋结构 DNA双螺旋进一步扭曲(niǔ qǔ)成超螺旋构成三级结 构。 一段双螺旋(luóxuán)在螺旋(luóxuán)均已形成的 情况下，双链环不发生进一步扭曲，称松弛环形 DNA。 若将线形DNA的螺旋(luóxuán)先拧松两周再连接 成环时，解链部分形成突环称解链环型DNA。
第二十页，共74页。
核苷酸的连接方式
1、核酸的基本结构(jiégòu)单位：核苷酸
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。
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。
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
- 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)。
1960年 Cairns索性将复制中的细菌DNA的电镜 照片拍了下来。
1970年 发现第一个DNA限制性内切酶。 1972年 DNA重组技术的建立。 1978年 双脱氧DNA测序法的建立。 1990年 人类基因组计划实施。
3. 正因为独特的二级结构和多余的2’羟基的存在， 一些 RNA分子具有自我切断、自我连接，或切断其 他核酸分子、连接其他核酸分子的活性，第一个可 以自我复制的分子被认为是RNA分子。
第二章：核酸化学
4.RNA分子在细胞中同时扮演着信息的媒介作用和 执行者的作用，mRNA为前者，rRNA、tRNA和snRNA 为后者。因此很自然的认为生命的早期可以称为 RNA world。
• 一. 核酸的元素组成 C, H, O, N, P, ……
特征性元素 含量：9～9.2% 1g P≈11g核酸
第二章：核酸化学
二.核酸的水解产物 核酸
核苷酸
磷酸解离
核苷
核糖
碱基（嘌呤、嘧啶）
第二章：核酸化学
第二章：核酸化学
三.核酸水解产物的化学结构
1.H3PO4
第二章：核酸化学
2.戊糖 RNA—核糖（ribose） DNA—脱氧核糖（deoxyribose）
第二章：核酸化学
2009年诺贝尔化学奖
第二章：核酸化学
二．核酸的种类和分布
• 有两类 • DNA：脱氧核糖核酸（deoxynucleic acid）
主要存在于细胞核中 • RNA：核糖核酸(ribonucleic acid) 主要存
在于细胞质中
第二章：核酸化学
第二章：核酸化学
第二节：核酸的组成成分
第二章：核酸化学
细 胞 中 的 R N A
第二章：核酸化学
RNA的功能
① 转移RNA (tRNA) ②核糖体RNA (rRNA) ③信使RNA (mRNA)和核内不均一RNA (hnRNA )
在细胞中可能起着帮助解链和调
控基因表达的作用。Fra bibliotek第二章：核酸化学
3.DNA的分子形状
• 原核生物的基因组DNA（即染色体）、质 粒（plasmid）DNA，和一些病毒DNA，呈 环状。
• 真核生物的染色体DNA，大部分噬菌体 DNA，和一些病毒DNA，呈线状。
第二章：核酸化学
细菌质粒DNA的不同状态
第二章：核酸化学
4.DNA的高级结构
负
正
超
超
螺
螺
旋
旋
右
左
旋
旋
第二章：核酸化学
DNA双螺旋为右旋螺 旋。细胞中的环状 DNA一般呈负超螺旋， 即右旋螺旋不足导致 部分碱基不形成配对， 分子通过整体拓扑学 上的右旋来补足右旋 螺旋的不足，在数学 上呈1：1，即分子整 体右旋一圈来补双螺 旋上的一圈不足。
第二章：核酸化学
第二章：核酸化学
第二章：核酸化学
四.核苷、核苷酸及其重要衍生物
1.核苷：是一种糖苷，由戊糖和碱基缩合而成。 糖的C1′与嘧啶的N1相连成嘧啶核苷 糖的C1′与嘌呤的N9相连成嘌呤核苷
2.核苷酸：是核苷的磷酸酯，磷酸连接在糖上。 3.多磷酸核苷酸 4.环化核苷酸
第二章：核酸化学
第二章：核酸化学
RNA分子的特点：
1. RNA分子在糖基上比DNA分子多一个OH基，位于2’ 位。A260nm/A280nm= 2.0, 而DNA为1.8。RNA分子遇碱 极易降解，而DNA则不。
2. RNA分子一般为单链分子，因此容易形成自由能为 最小的独特的二级结构, 其双链部分符合WatsonClick双螺旋模型。
第二章：核酸化学
第二章：核酸化学
3.碱基 嘌呤(purine) adenine (Ade) 腺嘌呤
guanine (Gua) 鸟嘌呤
嘧啶(pyrimidine) cytosine (Cyt) 胞嘧啶
thymine (Thy) 胸腺嘧啶 uracil (Ura) 尿嘧啶
RNA— A U C G DNA— A T C G
1909年 Levene 发现酵母的核酸含有核糖 1953年 Watson, Crick根据DNA的X射线图谱的研究结果,
提出了DNA的双螺旋模型(Double helix)。几星期后提 出了半保留式复制模型。
第二章：核酸化学
1957年 Meselsnhe & Stahl用密度梯度超离心 法, 证实半保留复制假说。
第二章：核酸化学
第二章：核酸化学
第二章：核酸化学
第二章：核酸化学
第三节：核酸的结构
一.核酸的一级结构 1.单核苷酸之间的连接方式：通过3´，5´—磷酸二
酯键连接成多核苷酸长链
第二章：核酸化学
第二章：核酸化学
第二章：核酸化学
2.核酸一级结构的几种表示方法：
①线条式缩写： A
G
P
2 ´ —AMP
正超螺旋为双螺旋旋 转过度，通过分子整 体的左旋来解去过度 的螺旋。
5.RNA的结构和功能
•核酸的一级结构：
碱基的排列顺序 DNA
5'- ATGCATGC……3' 3'- TACGTACG……5'
RNA
5'- AUGCAUGC……3'
•核酸的二级结构：
形成双螺旋的部分
•核酸的三级结构：
空间构象
第二章：核酸化学
第二章： 核酸 （nucleic acid）
第二章：核酸化学
第一节：核酸的概念和重要性
一.核酸的发现与重要性
1869年 Miescher, 博士论文工作中测定淋巴细胞蛋白 质组成时, 发现了不溶于稀酸和盐溶液的沉淀物, 并 在所有细胞的核里都找到了此物质, 故命名"核质 (Nuclein)“
1889年 Altman建议将“ 核质”改名为“ 核酸”, 因 为已经认识到“ 核质” 乃“ 核酸” 与蛋白质的复 合体。
① B—DNA的结构 ② A—DNA ③ Z—DNA
DNA双螺旋分子的钠盐结晶结构
一共发现了三种，分别 命名为A、
B和Z型。其中B型与Watson-
Crick提出的模型一致，A和Z型
在低相对湿度的条件下形成，它
们的螺距都比B型要短。Z型
DNA首先在富含GC的DNA短片
段中发现，后用抗体证明天然
DNA中也有，它是一种左旋螺旋，
P
5 ´ —GMP
②文字式缩写： pApCpGpTpAOH pACGTAOH
第二章：核酸化学
二.核酸的空间结构
1.DNA的二级结构—双螺旋结构
第二章：核酸化学
碱基对间的氢键A=T C G
T
C
A
G
第二章：核酸化学
双螺旋分子中糖 分子与纵轴平行， 与碱基平面垂直
第二章：核酸化学
2. DNA双螺旋的构象类型：