第1章 核酸的分子结构、性质和功能
第一章 核酸的结构与性质
扭转数是指DNA分子的双螺旋的数目；而缠绕数是指DNA分 子中超螺旋的个数。扭转数和缠绕数之和就是链环数。
Lk＝Tw＋Wr
在共价闭合环状DNA分子（covalently closed circular DNA，cccDNA）中，扭转数和缠绕数是可以相互转换的。在 不破坏任何共价键的情况下，部分扭转数可以转变为缠绕数， 或者部分缠绕数转变为扭转数。唯一不变的是扭转数与链环数 的和，即链环数。
Wilkins和Rosalind Franklin终于获得了高质量的X－射线衍 射照片。衍射图谱显示DNA具有规则的螺旋形式。1953年 Watson和Crick根据DNA分子的理化分析及X－射线衍射一模型，双螺旋的两条反向平行的多核苷酸链绕同 一中心轴相缠绕，形成右手螺旋，一条是5’→3’，另一条 3’→5’。磷酸与脱氧核糖彼此通过3’、5’-磷酸二酯键相连接， 构成DNA分子的骨架。磷酸与脱氧核糖在双螺旋外侧，嘌呤 与嘧啶碱位于双螺旋的内侧。碱基平面与纵轴垂直 (perpendicular to the helix axis)，糖环平面与纵轴平行。
细胞内DNA分子形成超螺旋的意义是什么？负超螺旋含有 自有能，可以为打开双螺旋提供能量，使双链的解离过程得以 顺利进行。因而，有利于转录和复制。
目前仅在生活在极端高温环境（如温泉）中的嗜热微生物中 发现了正超螺旋DNA。在这种情况下，正超螺旋提供能量， 阻止DNA在高温中发生变性。正超螺旋是过旋的，因而嗜热 微生物DNA双链打开就比一般生物呈负超螺旋的DNA需要更 多的能量。
每圈螺旋含10个核苷酸，碱基堆积距离0.34nm，双螺旋 平均直径2nm。DNA的两条单链彼此缠绕时，沿着双螺旋 的走向形成两个交替分布的凹槽，一个较宽较深的凹槽，称 为大沟（major groove)，另一个较窄较浅的为小沟 （minor groove）。
第1章 第1讲 蛋白质、核酸的结构和功能(共42张PPT)
⑤ 免疫作用 :如抗体。 首先通过对多肽分子结构的观察，标出“—CO—NH—〞的位置，确定该分子由四个氨基酸缩合而成，根据R基的种类确定出氨基酸的种类
为三种。 B．高等动物能合成生命活动所需的20种氨基酸
根据如下图化合物的结构简式，答复以下问题:
10
(9)蛋白质的鉴定 ：
豆浆或鲜肝
双缩脲
1 mL 双缩脲
8
④ 肽链的空间折叠方式 不同，构成的 蛋白质不同(如图)
(8)蛋白质的功能： ① 结构蛋白 :构成细胞和生物体的 结构，如肌肉、头发等。
9
② 催化作用 :如唾液淀粉酶、胃 胰岛素分子所含氨基酸的数目为51，被分解成9个片段后，氨基的数目至少是9个，肽键的数目为42，分解时所需的水分子数为8。
(3)水和无机盐的作用
19
(5)用一句话概是生命活动的主要承担者 。以下
哪项不是蛋白质在人体内的生理功能( C )
A.酶的主要成分
B.组织修复的材料
C.能量的主要来源
D.细胞成分的更新物质
20
(6)以下物质不属于蛋白质的是( C)
A.淀粉酶
B.运载钾离子的载体
C.性激素
D.血红蛋白
21
此题旨在考查对蛋白质分子结构 及其多样性的理解。首先通过对多肽分子结 构的观察，标出“—CO—NH—〞的位置， 确定该分子由四个氨基酸缩合而成，根据R 基的种类确定出氨基酸的种类为三种。基因 是具有遗传效应的DNA片段，其碱基数目与 蛋白质中的氨基酸数目的对应关系为6∶1。 蛋白质是生命活动的主要承担者，其功能的 多样性是由结构的多样性决定的。在第(6)问 所给出的物质中，性激素属于脂质。
答案： C
32
【真题1】(10·广东)假设你去某饲料研究 所进行课外实践活动，需要完成以下任务： (1)选用恰当的试剂检测某样品中是否含有蛋 白质。提供的试剂有：①碘液，②苏丹Ⅲ溶 液，③双缩脲试剂，④斐林试剂。你选用的 试剂应该是___③___；蛋白质与相应试剂反响 后，显示的颜色应为_紫_色___。
核酸的结构和功能
一、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
核苷
核苷酸
戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖
磷酸(phosphate)
目录
碱基
N 7
8 9 NH
5 6 1N
43 2 N
嘌呤(purine)
NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
"for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material"
Francis Harry Compton Crick
James Dewey Watson
Maurice Hugh Frederick Wilkins
（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。
60S
4718个核苷酸 160个核苷酸 120个核苷酸
占总重量的35%
三种RNA内容小结
mRNA
tRNA
结 单链
局部双链
构 5'—m7GpppNm、 三叶草形、倒L形
NNHHN22H2
N
NNN
《生物化学》第一章
核苷酸的连接方式
- 13 -
过渡页
Transition Page
第二节 DNA的分子结构
DNA的一级结构 DNA的二级结构 DNA的三级结构
核酸在核酸酶的作用下可水解为核苷酸，核苷酸进一步可 水解生成磷酸和核苷，核苷再进一步水解可生成碱基和戊糖。
DNA的结构示意图
-6-
第一节
核酸的分子组成 二、核酸的基本结构单位——核苷酸 1．碱基
碱基是嘌呤和嘧啶的衍生物，包括 嘌呤类碱基 和 嘧啶类碱基 两种类型。
常见的嘌呤碱基
常见的嘧啶呤碱基
-7-
第二节
DNA的分子结构 一、DNA的一级结构
DNA的一级结构是指4种脱氧核苷酸的链接及排列顺序，表示该 DNA分子的化学构成。
由于脱氧核苷酸之间的差异仅仅是碱基的不同，所以核酸的一级结构 即为碱基的排列顺序。
生物界物种的多样性即寓于DNA分子中4种脱氧核苷酸（A、T、C、G） 千变万化的不同排列组合之中。
✓ 大、小沟在DNA与蛋白质相互作用中起到了关键的作用， 如引发甲基化作用、结合转录因子等。
思考 大沟和小沟在行使其功能时，有什么差别？
✓ 二者内部蕴含的结合位点的差别，从而引发不同蛋白 的结合及不同的生化反应。
- 20 -
第二节 DNA的分子结构
三、DNA双螺旋结构与DNA复制
DNA双螺旋结构与DNA复制有什么关系？
核苷酸是由 核苷 或 脱氧核苷 与 磷酸 脱水缩合而成的， 其中的核苷则是由戊糖与含氮碱基通过脱水缩合形成的。
核酸的结构和功能
核酸的结构和功能核酸是生命体内十分重要的一种生物大分子，它不仅可以储存遗传信息，还可以传递遗传信息和控制遗传信息的表达。
核酸的结构和功能一直是生物学研究中备受关注的重要领域，本文将从核酸的结构和功能两个方面进行探讨。
一、核酸的结构核酸是由核苷酸单元组成的，每个核苷酸单元由一个糖分子、一个碱基和一个磷酸基团组成。
糖分子是五碳糖，对于RNA来说，是核糖，对于DNA来说，是脱氧核糖。
碱基有四种类型，分别为腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶，它们可以自由地组合在一起，形成不同的核苷酸单元。
核苷酸单元通过磷酸基团的连接形成了核酸链。
RNA是单链结构，而DNA是双链结构，其中一条链具有正向朝向，另一条链具有反向朝向。
DNA两条链通过氢键相互串联在一起，即A碱基配对T碱基，C碱基配对G碱基，这种配对方式保证了DNA两条链互补性，且不同的DNA序列具有不同的特异性。
RNA在一些特殊情况下可以形成双链结构，例如siRNA和微小RNA可以通过与靶序列的互补配对来抑制基因表达。
二、核酸的功能核酸的功能主要包括储存遗传信息、传递遗传信息和控制遗传信息的表达。
1. 储存遗传信息DNA作为遗传物质的载体，在细胞分裂和繁殖的过程中，能够确保一定程度的遗传稳定性和连续性。
它能够储存所有生物的遗传信息，并且在细胞复制过程中保持遗传信息的准确复制。
当细胞分裂时，DNA能够在细胞的两个子细胞之间进行遗传信息的传递，从而保证遗传信息的传承。
2. 传递遗传信息RNA作为DNA的转录产物，能够通过核糖体进行翻译，合成蛋白质。
RNA分为mRNA、tRNA和rRNA三类，其中mRNA是将DNA上的遗传信息转录并运送到核糖体的，tRNA是将氨基酸运送到核糖体，rRNA是核糖体的主要构成部分之一。
RNA通过转录和翻译过程，将DNA上的遗传信息传递到蛋白质上，控制蛋白质的合成和功能性质。
3. 控制遗传信息的表达DNA序列中含有许多启动子和基因调控元件，它们能够通过结合转录因子调节基因的表达。
核酸的结构、功能与性质
核酸的一级结构
测定DNA的序列
双脱氧链终止法
5/ H O CH 2 O 4 H H
/
OH H 2 H 1 H / /
/
3/ OH
人工测定
核酸的一级结构
DNA序列测定全自动
核酸的二级结构
核酸的二级结构
Watson-Crick DNA双螺旋结构模型
DNA双螺旋结构的主要依据：1、Chatgaff 规则;2、Wilkins等 用X射线衍射方法获得的DNA结构资料 DNA双螺旋结构的要点 (1)主链(backbone)：由脱氧核糖和磷酸基通过酯键交替连接而成。主链有二 条,它们似“麻花”状绕一共同轴心以右手方向盘旋, 相互平行而走向相反形 成双螺旋构型。主链处于螺旋的外则,这正好解释了由糖和磷酸构成的主链的 亲水性。 (2)碱基对(base pair)：碱基位于螺旋的内则,它们以垂直于螺旋轴的取向通 过糖苷键与主链糖基相连。同一平面的碱基在二条主链间形成碱基对。配对 碱基总是A与T和G与C
脱氧核糖
碱 基
6 1
4
5 7
N N
3
N
8
3
N N 1
5 6
2
4
NH
9
2
嘧
嘌 呤(purine)
啶(pyrimidine)
核 酸 化 学 组 成
H N 5 6 N1 R 4
H
O
6
N 3 2 O H
H N
1
N N
5
7
N
8
2
G≡≡C
4
N
9
H
3
R
H O CH 3 5 6 4 3N N 1 R 2 H O
3‘端非翻译：终止密码、poly A区
一、核酸的分布、结构和功能1.核酸在细胞
判断核酸种类的方法
①据五碳糖
核糖 ⇒RNA 脱氧核糖⇒DNA
②据含氮碱基
含T ⇒DNA 含U ⇒RNA
1.糖类 (1)糖的分类及相互关系
(2)糖类的特点
①单糖中的葡萄糖、果糖及二糖中的麦芽糖等都是还原糖， 多糖不具有还原性。 ②并非所有的糖都是能源物质，如核糖、纤维素等不参与 氧化分解供给能量。 ③糖类和脂肪均由C、H、O三种元素组成，氧化分解产生 CO2、H2O，同时释放能量。但脂肪中氢的含量远远高于 糖类，所以同质量的脂肪储存的能量是糖类的两倍多。
二、细胞中的糖类 1.元素组成：C、H、O
2.种类及分布
3.生理功能 (1)细胞中的主要 能源物质 ，如葡萄糖是“生命的燃料”。 (2)组成生物体的重要成分，如 纤维素 是构成细胞壁的成分。 (3)细胞中的储能物质，如 淀粉 、糖原 。
三、细胞中的脂质 1.元素组成 (1)主要是 C、H、O ，有的还含有P和N。 (2)与糖类相比，脂质分子中 氧 的含量低，而 氢 的含量高。
一、核酸的分布、结构和功能 1.核酸在细胞中的分布
①DNA主要分布于 细胞核 中， 线粒体和 叶绿体 (1)分布 有少量DNA分布
②RNA主要分布在 细胞质 中
甲基绿 使DNA呈绿色 (2)检测： 吡罗红 使RNA呈红色
2.核酸的结构和功能 (1)结构
①基本单位是 核苷酸 ，由一分子 含氮碱基 ，一分 子 五碳糖 和一分子磷酸组成。 ②根据五碳糖 的不同，将核酸分为DNA和RNA两种。 ③DNA和RNA在化学组成上的区别是DNA含有脱氧核 糖和胸腺嘧啶，而RNA则含有 核糖和尿嘧啶 。 (2)功能：细胞内携带 遗传信息 的物质，在生物的遗传、 变异和蛋白质合成中具有重要作用。
第一专题生物大分子的结构与功能
4 53 62
1
尿嘧 啶 uracil
O
NH
胞嘧啶 cytosine
NH 2
N
胸腺嘧 啶
thymO ine
CH3 NH
N
O
H
U
N
O
H
C
N
O
H
T
稀有碱基
除上述5种基本的碱基外，核 酸中还有一些含量甚少的碱 基，通常称为稀有碱基。稀 有碱基的种类很多，大部分 是上述碱基的甲基化产物。
N6,N6 -二甲基腺嘌呤：6 A
核酸是现代生物化学、分子生物学的重 要研究领域，是基因工程操作的核心分 子。
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提出DNA双螺旋结构模型 1966年 Nirenberg发现遗传密码 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶;Sanger建立DNA测序方法 1981年 T.Cech发现了核酶 1985年 Mullis发明PCR 技术 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) 2019年 中国获准加入人类基因组计划
第一节 核酸的种类、分布和化学 组成
一、核酸的生物学功能 二、核酸的种类和分布 三、核酸的化学组成
一、核酸的生物学功
能
肺
炎
球
菌
or
转
化
and
实
验
复制 DNA
转录
逆转录
RNA
复制
翻译
蛋白质
生物学的中心法则
二、核酸的种类及分布
98%核中（染色体中）
核酸结构
D-核糖
D-2-脱氧核糖
2. 碱基（base）为一类含氮杂环化合物， 又称为含氮碱，具有弱碱性，核酸中的碱基 有两类。
（1）嘧啶碱 主要有三种，胞嘧啶 （cytosine C）、尿嘧啶（uracil U）、 胸腺嘧啶（ thymine T）都是嘧啶的衍生 物。 C 在 RNA 和 DNA 分子中均有， U 只存 在于RNA，T只存在于DNA。
（二）转运RNA
转 运 RNA （ tRNA ） 是 一 类 小 分 子
RNA，约占细胞总RNA的15%，主要功能
是在蛋白质合成过程中转运氨基酸，并通
过分子中的反密码子识别 mRNA分子中的
密码子，使氨基酸按 mRNA上的遗传密码 顺序“对号入座”。 tRNA结构特点如下：
1. 由70～90个核苷酸组成。
NH2
5 6 4 1 3 2
O N O NH O H3C
O NH O
NNLeabharlann N HN HN H
嘧啶
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U） 胸腺嘧啶（T）
（2）嘌呤碱 主要有两种，腺嘌呤 （adenine A）、鸟嘌呤（guanine G）。
NH2 N1
2 6 5 4 7
O N HN H2N N
N
8
N
N
3
9
N H
N
N H
2. 多核苷酸链末端戊糖 C-5′ 羟基指向 的一端称为5′-末端。 多核苷酸链末端戊糖 C-3′ 羟基指向的 一端称为3′-末端。
第二节 DNA的结构特点
一、DNA的一级结构（基本结构）
核苷酸按一定的排列顺序通过3′,5′-磷 酸二酯键连接形成多核苷酸链称为核酸的
一级结构。
5’
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)
高中生物 第一部分蛋白质、核酸的结构性质
目录
第一节 蛋白质元素组成及生理功能
第二节 蛋白质的基本结构单位──氨基酸 第三节 肽
第四节 蛋白质的分子结构 第五节 蛋白质的分子结构与功能的关系
第六节 蛋白质的重要性质 第七节 蛋白质分类（自学）
思考
蛋白质主要元素组成：C、H、O、N、S 及 P、Fe、 Cu、Zn、Mo、I、Se 等微量元素。•
2 两性解离性质 (pI) 3 紫外吸收 4 变性与复性；
核酸分子杂交 ，增色效应，减色效应，Tm 5 颜色反应
蛋白质：茚三酮反应；双缩脲反应：酚试剂反应 核酸： DNA 与二苯胺反应，
RNA与甲基间苯二酚反应
第二章 蛋白质化学
主要内容：介绍氨基酸的结构、分类、 性质及肽的概念，重点讨论蛋白质的结构、 性质以及结构和功能的相互关系。
一级结构
化学结构
二级结构
超二级结构和结构域 三级结构
空间构象
四级结构
蛋白质的一级结构
多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白 质的一级结构(primary structure)。这是蛋白质最基本的结构， 它内寓着决定蛋白质高级结构和生物功能的信息。一级结构的 走向规定为N-端 C-端。
蛋白质结构与功能的关系实例：
同功能蛋白质结构的种属差异与保守性 蛋白质前体的激活 核糖核酸酶的变性与复性 血红蛋白变构和输送氧的功能 血红蛋白异常病变—镰刀型贫血病
核酸结构与功能的关系 核酸是遗传物质，其结构和功能的关系主要体现在遗传信息传递的
中心法则之中
五、蛋白质、核酸的化学性质
1 大分子特性 蛋白质的胶体性质和沉淀（盐析法，透析法） 核酸的沉降特性( 沉降系数 S)
动力学上更为合理 蛋白质（酶）活性部位常位于结构域之间，使其更具柔性.
核酸化学-PPT课件
第二节 核酸的化学组成
核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合而成的 具有一定空间结构的生物大分子。
基本元素：C、H、O、N、P ； 其中P 的含量比较稳定，占9%-10%，通过测
定P 的含量来推算核酸的含量（定磷法）。
核酸→核苷酸
磷酸 核苷
碱基 戊糖
一、戊糖
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的 糖为β-D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则 为β-D-核糖。
碱基平面之间的距离
（轴距）为0.34 nm，
每10个核苷酸形成一
小 沟
个螺旋，其螺距（即
螺旋旋转一圈）的高
度）为3.4 nm。
大 沟
DNA双螺旋结构模型要点（5）
两条链借碱基之间 的氢键和碱基堆积 力（即碱基之间的 范德华力）牢固的 连接起来，维持 DNA双螺旋的三 维结构。
两条链是碱基互补 关系。
第 四 章
核 酸 化 学
本章内容
第一节 概述 第二节 核酸的化学组成 第三节 核酸的分子结构 第四节 核酸的性质 第五节 核酸的研究方法
第一节 概 述
核酸（nucleic acid—NA）是一类重要 的生物大分子，担负着生命信息的储 存与传递。
核酸是现代生物化学、分子生物学的 重要研究领域，是基因工程操作的核 心分子。
(D o r h U )
H CH 3 N
N
N
NN
dR
N 6 -M e th y l-d A
NH 2
N
CH 3
ON
dR
5 -M e th yl-d C
（2）
Ade HO CH 2 O
HH
H OH
H OCH 3
2 '- O - 甲 基 腺 苷 ((AAmm) )
生物化学练习题+答案
生物化学练习题+答案生物化学教研室二七年四月生物化学习题第一章核酸的结构和功能一、选择题1、热变性的dna分子在适度条件下可以复性，条件之一就是（）。
a、骤然冷却b、缓慢冷却c、浓缩d、加入浓的无机盐2、在适宜条件下，核酸分子两条链通过杂交作用可自行形成双螺旋，取决于（）。
a、dna的tm值b、序列的重复程度c、核酸链的长短d、碱基序列的优势互补3、核酸中核苷酸之间的相连接方式就是（）。
a、2’，5’―磷酸二酯键b、氢键c、3’，5’―磷酸二酯键d、糖苷键4、trna的分子结构特征是（）。
a、存有反华密码环和3’―端的存有―cca序列b、存有反华密码环和5’―端的存有―cca序列c、存有密码环d、5’―端的存有―cca序列5、以下关于dna分子中的碱基组成的定量关系（）就是不恰当的。
a、c+a=g+tb、c=gc、a=td、c+g=a+t6、下面关于watson-crickdna双螺旋结构模型的叙述中（）是正确的。
a、两条单链的走向是反平行的b、碱基a和g配对c、碱基之间共价融合d、磷酸戊糖主链坐落于双螺旋内侧7、具有5’－cpgpgptpap-3’顺序的单链dna能够与以下（）rna杂交。
a、5’-gpcpcpap-3’b、5’-gpcpcpapup-3’c、5’-upapcpcpgp-3’d、5’-tpapcpcpgp-3’8、rna和dna全盘水解后的产物（）。
a、核糖相同，部分碱基不同b、碱基相同，核糖不同c、碱基不同，核糖不同d、碱基不同，核糖相同9、下列关于mrna描述，（）是错误的。
a、原核细胞的mrna在译者已经开始前需用“polya”尾巴。
b、真核细胞mrna在3’端的存有特定的“尾巴”结构c、真核细胞mrna在5’端的存有特定的“帽子”结构d、原核细胞mrna在5’端的存有特定的“帽子”结构10、trna的三级结构就是（）。
a、三叶草叶形结构b、倒l形结构c、双螺旋结构d、发夹结构11、维系dna双螺旋稳定的最主要的力是（）。
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》-第一章
第一章 核酸
学习目标
学习目标
1 掌握核酸的元素组成和基本组成单位 2 掌握DNA的分子结构 3 掌握mRNA、tRNA、rRNA的分子结构
掌握核酸的理化性质，熟悉核酸分子 4 杂交的原理
学习目标
核酸
➢ 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，具有复杂的结构和重要的功能，是生命遗 传的物质基础
第一节 核酸的分子组成
三、核酸中核苷酸的连接方式
➢ 核酸中核苷酸的连接键是3′,5′-磷酸二酯键，由前一 个核苷酸的3′-羟基与后一个核苷酸的5′-磷酸基脱水 缩合而成
➢ RNA分子的基本结构是由许多核苷酸相连而成的多 聚核苷酸链，DNA分子的基本结构是由许多脱氧核 苷酸相连而成的多聚脱氧核苷酸链
➢ 核小体是染色质的基本组成单位，由DNA和5种组蛋白（H1、H2A、 H2B、H3、H4）共同构成
➢ 真核生物染色体的形成过程大致为： ➢ 各2分子的组蛋白H2A、H2B、H3和H4共同构成八聚体，DNA双链在八
聚体上形成盘状核心颗粒 ➢ 核心颗粒之间再由DNA和组蛋白H1连接起来，形成串珠样的染色质细丝 ➢ 染色质细丝经过进一步盘曲、缠绕、压缩，最终在核内组装成染色体 ➢ 在分裂期形成染色体的过程中，DNA的长度被压缩了8 000～10 000倍
第二节 DNA的分子结构
二、DNA的二级结构——双螺旋结构
DNA是反向平行、“右手螺旋”的双链结构
➢ DNA分子是由两条反向平行的多聚脱氧核苷酸链围绕同一中心轴，以“右手螺旋”方式形成的双螺旋结构 ➢ 由于连接两条主链上的配对碱基并非直接相对，从而在主链间沿螺旋形成空隙不等的大沟和小沟 ➢ 大沟和小沟分别指双螺旋结构表面凹下去的较大沟槽和较小沟槽，其结构与蛋白质、DNA之间的相互识别
第一章 核酸的结构与功能 答案
参考答案：第一章核酸的结构与功能一、填空题：1、Watson 和Crick 提出DNA的双螺旋模型，从而为分子生物学的发展奠定了基础。
2、胸苷就是尿苷的 5 位碳原子甲基化。
3、核酸按其所含糖不同而分为RNA 和DNA 两种，在真核生物中，前者主要分布在细胞质中，后者主要分布在细胞核中。
4、某双链DNA中含A为30％(按摩尔计)，则C为20 ％，T为30 ％。
5、DNA双螺旋B结构中，双螺旋的平均直径为2 nm，螺距为 3.4 nm，沿中心轴每旋转一周包含10 个碱基对，相邻碱基距离为0.34 nm，之间旋转角度为36°。
6、在DNA分子中，若(G+C)％含量越高，则Tm 越高，分子越稳定。
7、tRNA的二级结构呈三叶草形，三级结构像个倒写的L 字母。
8、嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键，使得核酸在260 nm附近有最大吸收峰，可用紫外分光光度计测定。
9、DNA变性后，紫外吸收能力增强，粘度下降，浮力、密度升高，生物活性丧失。
10、嘌呤环上的第9 位氮原子与戊糖的第 1 位碳原子相连形成糖苷键，通过这种键相连而成的化合物叫嘌呤核苷。
11、体内两种主要的环核苷酸是_cAMP _和_ cGMP _。
12、写出下列核苷酸符号的中文名称：ATP 三磷酸腺苷（或腺苷三磷酸）dCDP 脱氧二磷酸胞苷（或脱氧胞苷二磷酸）。
13、RNA的二级结构大多数是以单股多核苷酸链的形式存在，但也可局部盘曲形成双螺旋结构，典型的tRNA结构是三叶草结构。
14、tRNA的三叶草型结构中，其中氨基酸臂的功能是与氨基酸结合，反密码环的功能是辨认密码子。
15、构成核酸的单体单位称为核苷酸，它与蛋白质的单体单位氨基酸相当。
16、在核酸分子中由戊糖和含氮碱组成核苷，由核苷和磷酸组成核苷酸。
核苷酸是组成核酸的基本单位。
无论是DNA或RNA都是由许许多多的核苷酸通过3´,5´-磷酸二酯键连接而成。
17、核苷中，嘌呤碱与核糖是通过9 位N 原子和 1 位 C 原子相连；嘧啶碱与核糖是通过l_ 位N 原子和 1 位 C 原子相连。
分子生物学第一章
四、三链DNA
1957年发现在基因的调控区或染色质的 重组部位有DNA的三螺旋结构
Hoogsteen配对
• 在三股螺旋中，通常是一条同型寡聚核苷酸与 寡聚嘧啶核苷酸-寡聚嘌呤核苷酸双螺旋的大沟 结合。第三股的碱基可与Watson-Crick碱基对 中的嘌呤碱形成Hoogsteen配对。
• 第三股螺旋与寡聚嘌呤核苷酸同向平行。 • 类型：Py.Pu*Py Py.Pu*Pu
生物学意义
• DNA二级结构的各种构象间、二级结构和 高级结构间、以及高级结构间的各种构象 变化，始终处于一个动力学平衡中，是基 因表达调控的基础
三、DNA的三级结构
• 概念：指在DNA双螺旋结构基础上，进一步扭曲折叠所形 成的特定空间结构。 • 超螺旋DNA：指DNA双螺旋通过弯曲和扭转所形成的特 定构象，是DNA三级结构的一种结构模式。
生物学意义
• DNA一级结构决定了DNA分子的多样性
– 由1000个脱氧核苷酸组成的DNA，有41000个排列组合， 即有41000个DNA分子
• DNA一级结构的不同是物种间差异的根本原因。
• “基因”与“DNA”
– 不同的基因，其DNA顺序不同
二、DNA的二级结构
☆概念：
指两条脱氧核苷酸链（DNA单链/一级 结构）以反向平行的形式，围绕一个中心 轴盘绕所形成的双螺旋结构。
真核生物和原核生物mRNA结构比较
真核生物 mRNA
原核生物 mRNA
（二）tRNA的结构与功能
tRNA一级结构特点
• 70-90个核苷酸组成 • 3′端：CCA序列（ CpCpAOH ）
– 氨基酸通过与3′-OH端连接，形成氨基酰-tRNA分子
• 含稀有碱基
山东大学分子生物学章节习题及参考答案01核酸的结构与功能
分子生物学章节习题第一章核酸的结构与功能一、选择题1．不参与构成DNA的物质是A．dAMPB．dTMPC．dUMPD．dGMPE．dCMP2．核酸分子一级结构的连接方式是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3．含有较多稀有碱基的核酸是A．rRNAB．mRNAC．tRNAD．核仁DNAE．线粒体DNA4．已知某双链DNA的一条链中A=30% G=24%，其互补链的碱基组成，正确的是A．T和C 46%B．A和T 46%C．A和G 54%D．T和G 46%E．T和C 54%5．作为第二信使的核苷酸是A．cAMPB．cCMPC．cUMPD．cTMPE．AMP6．核酸分子中储存、传递遗传信息的关键部分是A．戊糖构象B．碱基的旋转角C．碱基序列D．戊糖磷酸骨架E．磷酸二酯键7．用寡聚dT从总RNA中分离mRNA，是利用mRNA分子的哪一种特点A．5′端的帽子结构B．沉降系数小于25SC．分子量小D．3′端多聚AE．分子中有发夹样结构8．构成核小体的基本成分是A．RNA和组蛋白B．RNA和酸性蛋白C．DNA和组蛋白D．DNA和酸性蛋白E．rRNA和组蛋白9．参与hnRNA的剪切和转运的RNA是A．SnRNAB．mRNAC．HnRNAD．tRNAE．rRNA10．不是核酸与蛋白质复合物的是A．核糖体B．病毒C．端粒酶D．核酶E．端粒11．连接两个核小体核心颗粒的组蛋白是A．H1B．H2AC．H2BD．H3E．H412. NAD＋、FAD、CoA三种辅酶在组成上的共同点是A．均含有泛酸B．均含有尼克酸C．都是腺苷酸的衍生物D．分子中都含有半胱氨酸E．都含有磷酸核糖焦磷酸的核糖基13. 下列碱基对中，氢键数目正确的是A．A=T G=CB．A=T G≡CC．A≡T G≡CD．A≡T G=CE．A≡U G≡C14. 关于核酸电泳的叙述，错误的是A．泳动速度与分子大小有关B．泳动速度与分子构象有关C．聚丙烯酰胺电泳的分辨率最高D．分子泳动的方向与净电荷有关E．不能分离核酸或寡核苷酸混合物15. 核酸在260nm处有最大光吸收的原因是A．嘌呤环有共轭双键B．嘌呤和嘧啶环均有共轭双键C．核酸中具有磷酸二酯键D．核苷酸中具有N－糖苷键E．戊糖的呋喃型环状结构16. 关于RNA的叙述，正确的是A．电泳时泳向负极B．通常以双链形式存在C．主要有mRNA、tRNA、rRNA三种D．tRNA含量最多E．链内双螺旋以A-T、G-C互补17.维持DNA双螺旋横向稳定的力是A．碱基堆积力B．碱基对之间的氢键C．双螺旋内的疏水作用D．磷酸二酯键E．二硫键18. DNA的二级结构是A．α－螺旋B．β－片层C．β－转角D．超螺旋E．双螺旋19. 合成DNA的原料是A．NTPB．NDPC．dNTPD．dNMPE．dNDP20. 可与单链DNA 5'-GCGTA-3'杂交的RNA是A．5'-CGCAU-3'B．5'-CGCUU-3'C．5'-UACGC-3'D．5'-AUCGC-3'E．5'-UAGGC-3'二、名词解释1. DNA的变性与复性(denaturation and renaturation of DNA)2．核酸分子杂交(hybridization of nucleic acids)3．增色效应与减色效应(hyperchromic effect and hypochromic effect)4．Tm三、问答题1．简述Watson-Crick DNA双螺旋结构模型的要点。
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因此DNA被认为是细胞内最重要的物质， 其中包含的秘密还需要人类去探索揭开。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
DNA中包含有外星人写入的信息？
澳大利亚天体生物学家保罗· 戴维斯在 2004年8月7日最新一期《新科学家》 杂志上发表了一个惊人观点：外星文明 也许早将他们的“兴衰史”和对人类的 “欢迎词”写进了我们的细胞DNA中， 只有当人类的科技发展到某个特定阶段， 才能读懂DNA中那些由外星人留下的 “加密信息”！
三链核酸（H-DNA）
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
另外在DNA重组时候也可能发生局部的三链结 构，线形染色体的末段的回折也会形成四链结 构等。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
这种DNA的三级结构在细胞中是天 然存在的，确切的生理功能还不十 分清楚，有待于进一步研究。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
一、mRNA、tRNA、rRNA
(一) mRNA和hnRNA 1961年，Jacob和Monod首先提出了mRNA 的概念。在真核细胞中，基因DNA位于细胞 核内，而蛋白质是在细胞质中合成的，因此 要有一个中间物将DNA上的遗传信息传递至 细胞质中。后来的研究发现证实，这种中间 物就是mRNA。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
RNA的二级结构
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
RNA的二级结构
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
RNase P的 二级结构
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
tRNA的二级结构
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
16 S rRNA 和 5S rRNA 的二级结构
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
本章主要内容
第一节 DNA的结构和功能
第二节 RNA的结构和功能
第三节 核酸的分子杂交
第四节 反义核酸和药物
第五节 病毒核酸
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
第一节 DNA的结构和功能
一、DNA的一级结构与种属的差异
DNA的一级结构就是指脱氧核糖核苷酸通过 3’，5’磷酸二酯键连接起来的线性多聚体 以及脱氧核糖核苷酸的排列顺序。
各种tRNA无论在一级结构上，还是在二、
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
tRNA典型的 三叶草结构
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
tRNA的 三级结构
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
tRNA几个特点
♥携带氨基酸的氨基酸臂－3'末端 ♥反密码子臂－反密码子环 ♥含有较多的稀有密码子 ♥额外环是分类的重要指标 ♥同功tRNA－携带同种氨基酸的tRNA ♥副密码子(第二套遗传密码)－决定 tRNA携带何种氨基酸的序列特征
1953年到了 DNA的双螺旋 结构被揭示出 来之后，绝大 多数的人认为 DNA是遗传物 质了。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
后来又发现了RNA病毒，它们以RNA为遗传物质
HIV
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
近来发现的朊病毒， 是否说明，除了DNA RNA外，蛋白质也有 可能充当遗传物质？
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
(三) 核糖体RNA(rRNA)
核糖体RNA (ribosomal RNA)是细胞内含 量最多的RNA，约占细胞总RNA的80%以 上。核糖体的另外一个主要成分是蛋白质， 有几十种，核糖体大亚基中的蛋白称为rpl， 在小亚基中的称rps。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
核糖体 的组成
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
二、其他RNA分子
(一) 核内小RNA和细胞质中的小RNA
小核RNA(small nuclear RNA，snRNA)存在于真 核细胞的细胞核内，是一类称为小核核蛋白体复 合体(snRNP)的组成成分，有U1，U2，U4，U5， U6snRNA等，均为小分子核糖核酸，其功能是在 hnRNA成熟转变为mRNA的过程中，参与RNA的 剪接，并且在将mRNA从细胞核运到细胞浆的过 程中也起着十分重要的作用。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
(二) 引物RNA 和指导RNA
引物RNA 是指DNA复制时作为聚合 酶起始引物而合成的一段RNA。 指导RNA 是指mRNA在转录后的编 辑中负责核苷酸插入或删除的RNA 分子。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
(三) 端粒RNA和核酶RNA
端粒RNA
端粒RNA，是端粒酶的重要组成部分， 参与线性染色体的末端复制。端粒酶 与细胞的衰老死亡有一定的关系。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
RNA分子的单链、环状结构与双螺旋结构 之间的相互作用产生了RNA复杂的三级结 构。
不同的RNA分子 的三级结构是不 同的。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
另外，在一些复杂的超分子结构中，
RNA分子和蛋白质结合，执行一定的
生理功能，其中的RNA分子还要与蛋
白质分子相互作用，如核糖体、核酶。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
核仁小RNA(snoRNA)，它们与rRNA
前体的加工有关，包括断裂、甲基化、
假尿嘧啶核苷的形成。另一特点是，
snoRNA不是由其单独的基因所编码，
而是由切除的内含子片段加工而成，
有近 200种类型 。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
小胞浆RNA (scRNA, small cytosol RNA)又称为7SL RNA， 长约300个核苷酸，主要存在于 细胞浆中，是蛋白质定位于粗面 内质网上所需的信号识别体 (signal recognization particle)的 组成成分。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
mRNA是细胞内合成蛋白质的模板，但 真核细胞和原核细胞的mRNA在组成核 特点上有很大不同。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
在真核生物中，最初由DNA转录生成 的RNA(称为mRNA前体)不能直接作 为蛋白质合成的模板，经过加工后才 能做模板使用的mRNA称为成熟 mRNA，只有成熟的mRNA才被运输 到细胞质中指导蛋白质的合成。
1957年由Crick提出假说，认为在蛋白 质合成过程中，应该有一种小分子在 氨基酸和mRNA模板之间起着接头作 用，后来在实验中的确发现。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
tRNA分子有100多种，各携带一种氨基 酸，将其转运到核糖体中参与蛋白质的 合成。tRNA由70～120个核苷酸构成， 三级结构上均有一些共同特点。
DNA的结构 的变化，一 般都发生在 染色体DNA 正在行使其 功能的局部 区域，而不 是全部。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
单链核酸还可以形成一些特殊的二级结构
发卡结构(茎环结构)
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
第1章 核酸的分子结构、和功能
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
现在发现，不同物种的DNA含有的成 分是不同的，细菌噬菌体的DNA几乎 都被用来编码基因，而较高等的生物 中，不编码的DNA比例逐渐提高，原 来称之为“垃圾DNA”，现在发现有 重要的功能。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
DNA中包含有哪些信息？
一方面是生物生长发育所必需的基因，另 外含有调节这些基因需要的指令。 另外，目前还发现人类的多种疾病、肿瘤 的发生等都与DNA有关。
二、DNA的二级结构----双螺旋模型
就是指两条 脱氧多核苷 酸链反向平 行排列所形 成的双螺旋 结构。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
A
B
Z
核酸的二级结构有多种形式
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
这些不同的形态均是DNA的结构发生改变的结构， 以适应DNA行使不同的功能。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
再次强调，DNA这些空间结构的变 化都是属于局部变化！不是整条 DNA链都超螺旋！
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
四、DNA的三链结构
是指DNA中单链与双 链之间、双链与双链 之间的相互作用而形 成的三链或四链结构。 这时碱基之间的配对 方式不是常见的 Watson-Crick式的。 最常见的是分子内的 局部H-DNA结构。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
在对前体mRNA进行加工的过程中，会 产生一系列大小不同的mRNA，这些中 间产物称为核内不均一RNA (heterogeneous nuclear RNA, hnRNA)。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
原核细胞 的mRNA 结构
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
1943年Oswald Avery等对肺炎球菌的转化做进 一步的实验说明遗传物质是DNA，不是蛋白质。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
1952年Hershey Chase的噬菌体 转导实验则彻底 证明了DNA是遗 传物质。1969年 他获得诺贝尔医 学生理奖。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
第二节 RNA的结构
RNA的一级结构概念与DNA 的一级结构概念相同，不同 的是RNA是一种单链分子， 分子量也比较小。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
RNA的二级结构主要是分子内的局部双链， 形成类似A-DNA的二级结构，这种结构有助 于保持RNA分子的结构稳定；不能形成双链 的区域则形成环状突起。
三、DNA的三级结构
DNA的三级结构 是指在DNA双螺 旋的结构基础上， DNA进一步扭曲 所形成的特定的 空间结构。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
超螺旋是DNA三级 结构的主要形式。 超螺旋又有正、负 之分。
第1章 核酸的分子结构、性质和功能
正常细胞内有一种酶叫做“拓扑异构酶”，专门 负责改变DNA的拓扑结构。DNA在复制、转录等 的时候，其空间拓扑结构均要发生变化。