第五章核酸基础知识

第三节 核酸的分子结构
一、 DNA的分子结构 DNA的分子组成：Chargaff规律 DNA的空间结构 二、 RNA的分子结构 RNA的分子组成 RNA的空间结构
一、 DNA的分子结构
Chargaff规律
1、四种碱基：A、G、C、T
2、 A+G=C+T ，A=T
G=C
3、 DNA的碱基组成有物种的特异性
1、定义：双螺旋 DNA分子通过扭曲 和折叠所形成的 特定构象——超 螺旋结构。
螺 旋 和 超 螺 旋 电 话 线
超螺旋
螺旋
2、DNA的存在形式--核小体
从DNA到染色质，DNA压缩了 近100倍，若从DNA到最后凝 缩成染色体，DNA压缩了近 万倍。
组蛋白 八聚体
• 真核生物中DNA双螺旋沿着组蛋白八 聚体核心的短轴绕1.75圈，形成超螺 旋结构，称核小体。 • 染色质的基本结构单位是核小体。 • 串珠状结构进一步卷曲形成螺线管， 后者再进一步卷曲形成超螺旋管，形 核小体 成染色体。
tRNA的二级结构特点--三叶草型
5´
3´ A C C
氨基酸臂
TψC环
DHU环
可变环
反密码环
I
G
C
反密码子
二、RNA的分子结构
三级结构
定义：指tRNA的三叶草型结构进一步扭曲折叠 形成一种形状象倒L型字母的三维结构。
第四节 核酸的理化性质
授课顺序
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 核酸的概述 核酸的化学组成 核酸的分子结构 核酸的理化性质 核苷酸代谢 核酸与遗传
第一节 核酸的概述
一、核酸的发现和研究简史 二、核酸的种类 三、核酸的分布 四、核酸的概念和重要性 五、核酸在医药上的应用
一、核酸的发现和研究简史
1869
Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种 含磷酸的有机物，当时称为核素（nuclein）,后称为 核酸（nucleic acid） 1935年，Kossel和Levene等确定核酸的组分是DNA和 RNA，提出“四核苷酸假说 1944年Avery 等人通过肺炎球菌转化试验证明DNA是 遗传物质 1953年Watson和Crick提出DNA结构的双螺旋模型 1958年Crick提出遗传信息传递的中心法则 70年代 建立DNA重组技术 80年代以后，分子生物学、分子遗传学等学科突飞 猛进发展， 90年代以后，实施人类基因组计划（HGP）
5-Methyl-dC
N N dR
e t h y l- d A
CH3
二氢尿嘧啶 （DHU）
稀有碱基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。
两类核酸分子组成的比较
嘌呤 嘧啶 核糖 酸
DNA RNA
A G A G
C T C U
D-2-脱氧 核糖 D-核糖
磷酸 磷酸
（二）核苷与核苷酸
1、 核苷：戊糖+碱基
基本碱基结构和命名
嘌呤
嘧啶
Adenine
Guanine
Cytosine
Uracil
Thymine
(A)
(G)
(C)
(U)
(T)
二、核酸的结构组成
（一）化学组成
3. 稀有碱基（修饰碱基、微量碱基）
含量甚少的碱基，多数为主要碱基的修饰物。 主要存在于RNA分子中。
H N N N
N 6 - M
CH
3
NH2 N O N dR
二十世纪是
物理学
的世纪
二十一世纪是 生命科学 的世纪
生命是 ？
生命 = 核酸 + 蛋白质 二十一世纪是核酸、蛋白质的世纪
核酸、蛋白质
谁更“牛”?
第五章 核酸基础知识
目的要求： 介绍核酸的分类 、化学组成、结构特 征和理化性质，并在 此基础上介绍核酸在 体内的变化。初步认 识核酸与遗传的关系 。了解核酸类药物。
★ 螺旋中的两条链反向平行，即其 中一条链的方向为5′→3′，而另一条 链的方向为3′→5′，两条链共同围绕 一个假想的中心轴呈右手双螺旋结构。
★ 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。 ★疏水的碱基位于双螺旋的内侧， 亲水的磷酸和脱氧核糖基位于螺旋 外侧。
O H
2′
OH
1′
HOCH2 H H
H H 3′ OH
O H H
2′
OH H
H
OH
OH
D- 核 糖
D-2- 脱 氧 核 糖
Ribose
Deoxyribose
二、核酸的结构组成
（一）化学组成
2、碱基（氮碱）
核酸中的碱基分为两类，即嘌呤碱和嘧啶碱。 （1）. 嘌呤碱（purine ）：为嘌呤的衍生物，两种： 腺嘌呤（adenine Ade or A ） 鸟嘌呤（guanine Gua or G ） （2）.嘧啶碱（pyrimidine ）：为嘧啶的衍生物，三种： 胞嘧啶 （cytosine Cyt or C ） 尿嘧啶 （uracil Ura or U ） 胸腺嘧啶 （thymine Thy or T ）
DNA双螺旋结构模型要点
1、反平行的两条多核苷酸链形成右手双股螺旋 2、外侧：磷酸与脱氧核糖 内侧：嘌呤与嘧啶碱 碱基互补规律：A-T，G-C 3、碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行 横向作用力：氢键 纵向作用力：碱基平面间的堆积力 4、每圈螺旋：10个核苷酸 碱基堆积距：0.34nm 双螺旋直径：2nm
H1组蛋白
二、 RNA的分子结构
（一）、RNA分子的组成 1、碱基组成： • 基本碱基：A、G、C、U • 稀有碱基：60多种，主要由碱基 修饰而来 2、戊糖：D-核糖 3、磷酸 4、基本单位：核苷酸
二、RNA的分子结构
二级结构
1、定义：RNA的多核苷链在某些部 分弯曲折叠形成的双螺旋区。 2、特点： • 双螺旋区的碱基有配对规律 • 双螺旋区不能参加配对的碱基仍 以单链形式存在 3、 以tRNA为例讲述其结构特点
★由于几何形状的限制，碱基之间的配对只能在A与T，G与C之间进行，这种配 对关系，称为碱基互补规律。A和T之间形成两个氢键， G与C之间形成三个氢键。
★碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行 ★ 两条核苷酸链之间依靠碱基间的氢键结合在一起。 ★螺圈之间主要靠碱基平面间的堆积力维持
2.0 nm

由于碱基对排列的方向性， 使得碱基对占据的空间是不 对称的，因此，在双螺旋的 表面形成大小两个凹槽，分 别称为大沟和小沟，二者交 替出现。 双螺旋横截面的直径约为2 nm，相邻两个碱基平面之间 的距离（轴距）为0.34 nm， 每10个核苷酸形成一个螺旋， 其螺距（即螺旋旋转一圈的 高度）为3.4 nm。
三、核酸的分布
真核生物 DNA
脱氧核糖核酸 细胞核（98%） 线粒体mDNA （少量） 叶绿体ctDNA （少量）等
原核生物
拟核 质粒DNA（plasmid） 病毒DNA
RNA
核糖核酸
细胞质（90%） 核仁（少量）
细胞质 病毒RNA
注：生物细胞都含有DNA 和 RNA； 病毒中只含 DNA 或 只含 RNA。
Hale Waihona Puke Baidu

RNA为单链分子。主要是负责DNA 遗传信息的翻译和表达，分子量 要比DNA小得多。 根据RNA的功能，可以分为

mRNA tRNA rRNA
二、核酸的种类
2、核糖核酸（RNA）
mRNA、tRNA和rRNA



mRNA：约占全部RNA的5%，可以作 为合成蛋白质的直接模板。 tRNA：约占全部RNA的15%，在蛋白 质合成中起转运氨基酸的功能。 rRNA：约占全部RNA的80%，是构成 核糖体的成分。
CTP、UTP）
3、酶的辅助因子的结构成分（如NAD+）
4、细胞通讯的媒介（如cAMP、cGMP）
五、核苷酸的连接方式
五、核苷酸的连接方式
1、核酸的一级结构：
不同的核苷酸在核酸长链上的排列顺序。也称为 核苷酸序列或碱基序列。
2、核酸一级结构的简写： ①

② ③
5′-pGpApCpTpTpApC-OH-3′ 5′-GACTTAC-3′
DNA
RNA
三、核苷酸的衍生物
（二）环核苷酸
1、 3’，5’-环化腺苷酸（ cAMP）
放大激素信号
三、核苷酸的衍生物
（二）环核苷酸
2、 3’，5’-环化鸟苷酸（ cGMP）
缩小激素信号
三、核苷酸的衍生物
（三）辅酶类核苷酸
四、核苷酸的生物学功能
1、作为核酸的单体
2、细胞中的携能物质（如ATP、GTP、



二、核酸的结构组成
（一）化学组成 核酸
核苷酸
磷酸
核苷
戊糖 (pentose) 碱 基 (base)
二、核酸的结构组成
（一）化学组成
1、戊糖（pentose）
RNA中的戊糖为 D-核糖（ D-ribose） DNA中的戊糖为 D-2-脱氧核糖(D-2-deoxyribose)
5′
HOCH2
4′
核苷的表示：
核苷：A、G、C、U； 脱氧核苷：dA、dG、dC、dT N-糖苷键：糖与碱基之间的
C-N键
2、核苷酸 磷酸与核苷5’位-OH脱水形成磷酸酯键
O HO P OH
3’
OH2C O B
5’
O HO P OH
OH2C O B
3’
5’
OH OH 核糖核苷酸
OH
脱氧核糖核苷酸
B=腺 嘌 呤 ， 鸟 嘌 呤 ， 胞 嘧 啶 ， 尿 嘧 啶 或 胸
二、核酸的种类
1、脱氧核糖核酸（DNA，
细胞核）Deoxyribonucleic Acid
2、核糖核酸（RNA，胞质）
Ribonucleic Acid
二、核酸的种类
1、脱氧核糖核酸（DNA）

DNA为双链分子，其中 大多数是线形结构大 分子，也有少部分呈 环状结构
二、核酸的种类
2、核糖核酸（RNA）
5´-dNDP
5´-dNTP N=A、G、C、T
构成DNA及RNA的碱基、核苷和常见核苷酸
碱基
腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T) 腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U)
核苷
脱氧腺苷 脱氧鸟苷 脱氧胞苷 脱氧胸苷 腺苷 鸟苷 胞苷 尿苷
核苷酸
脱氧腺苷酸(dAMP)、dADP、dATP 脱氧鸟苷酸(dGMP）、dGDP、dGTP 脱氧胞苷酸(dCMP)、dCDP、dCTP 脱氧胸苷酸(dTMP)、dTDP、dTTP 腺苷酸(AMP)、ADP、ATP 鸟苷酸(GMP）、GDP、GTP 胞苷酸(CMP)、CDP、CTP 尿苷酸(UMP)、UDP、UTP
第二节 核酸的化学组成
一、核酸的元素组成 二、核酸的结构组成
三、核苷酸的衍生物
四、核苷酸的生物学功能 五、核苷酸的连接方式
一、核酸的元素组成

组成核酸的基本元素：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）。 DNA平均含磷量为9.9%， RNA为9.4%。 任何核酸都含磷酸，所以 核酸呈酸性。
4、 DNA的碱基组成无组织的特异性
DNA分子有三个结构层次：
一级结构: DNA核苷酸链中脱氧核苷酸
的组成和排列顺序。 二级结构：DNA的两条多聚链间通过氢 键形成的双螺旋结构。 三级结构：DNA双链进一步折叠卷曲形
成的构象。
DNA的空间结构
DNA的二级结构

Watson 和 Crick 于1953年提出了DNA 双螺 旋结构模型，说明了DNA 的二级结构。
小 沟

大 沟
DNA的双螺旋结构的意义
该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性
特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这
是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是
遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提
出是上个世纪生命科学的重大突破之一，它奠
定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学 飞速发展的基石。
DNA的三级结构
四、核酸的概念和重要性
（一）概念 核酸是由核苷酸组成的具有复杂 三维结构的大分子物质。包括 DNA和RNA。
（二）重要性
1、核酸是遗传物质 2、核酸参与蛋白质的生物合成
五、核酸在医药上的应用
1、RNA： 可用于改善精神迟缓，记忆衰退，刺激造血， 促进白细胞再生，治疗初级癌症。 2、DNA： 可用于改善疲劳，提高抗癌疗效。 3、免疫核糖核酸： 用于肿瘤的免疫治疗。 4、多聚核苷酸： 作为干扰素的诱导剂。 5、核苷酸： CMP；治疗肝炎、肾炎、白血球、血小板升高
2、核苷酸
核苷酸种类

RNA 中含有
腺苷酸 AMP， 鸟苷酸 GMP， 胞苷酸 CMP， 尿苷酸 UMP，

DNA 中含有
脱氧腺苷酸 dAMP 脱氧鸟苷酸 dGMP 脱氧胞苷酸 dCMP 脱氧胸苷酸 dTMP
三、核苷酸的衍生物
（一）多磷酸核苷
5´-NMP 5´-NDP 5´-NTP N=A、G、C、U 一磷酸腺苷（AMP） 二磷酸腺苷 ADP 三磷酸腺苷 ATP 5´-dNMP