5第五章-核酸化学PPT课件
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第五章
核酸化学
本章内容
01 核酸的组成与结构
02
核酸的理化性质
03
核酸的分离与含量测定
2021/3/11
第一节核酸的组成与结构
核酸（nucleic acid）是含有磷酸基团的 重要生物大分子，因最初从细胞核分离获 得，又具有酸性，故称为核酸。
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。
2021/3/11
✓ 5-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）、二磷酸核苷和三磷 酸核苷。
2021/3/11
（二）环核苷酸
✓细胞之间传递信息的信使
环一磷酸腺苷
2021/3/11
环一磷酸鸟苷
ห้องสมุดไป่ตู้
三、核酸的分子结构
✓核酸是一类生物大分子物质，其分子结 构跟蛋白质一样，也具有一级结构和高 级结构。
2021/3/11
DNA双螺旋结构模式图
2021/3/11
DNA双螺旋结构模型要点
1. 两条链反向平行，围绕同 一中心轴构成右手双螺旋 (double helix)。螺旋直径 2nm，表面有大沟和小沟。
2. 磷酸-脱氧核糖骨架位于螺 旋外侧，碱基垂直于螺旋轴 而伸入内侧。每圈螺旋含10 个碱基对 (bp)，螺距为 3.4nm。
H O CH 2
OH
O
2021/3/11
OH OH
-D-核糖(ribose) （构成RNA）
OH
-D-脱氧核糖(deoxyribose) （构成DNA）
2021/3/11
3.核苷
✓核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生 成的化合物。
✓在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核 糖的C1′-羟基与嘧啶碱N1或嘌呤碱N9进 行缩合，故生成的化学键称为，N糖苷键。
• 1953年，弗朗西斯.克里克和詹姆斯.杜威. 沃森共同发现了DNA的双螺旋结构
2021/3/11
✓ 核苷酸的连接方式——通 过 3,5-磷酸二酯键连接 的核苷酸链。
✓3,5-磷酸二酯键的形 成：一分子核苷酸的3位羟基与另一分子核苷 酸的5-位磷酸基通过脱 水形成。
2021/3/11
DNA一级结构的表示法
✓核酸是由许多单核苷酸聚合而成的多核苷 酸。有核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸 （DNA）。
核酸 核苷酸
磷酸 核苷
核糖 戊糖
脱氧核糖
嘌呤碱 含氮碱
嘧啶碱
2021/3/11
（一）核苷与核苷酸
2021/3/11
1.碱基
2021/3/11
稀有碱基
3
3 2021/3/11
2、戊糖
✓核糖和脱氧核糖
HO 5´CH2 O OH 4´ 3´ 2´ 1´
2021/3/11
N9 β1
腺苷(AR) 2β0211/3/,1N1 9-糖苷键
OH
N1 β1
脱氧胞苷(dCR) β1,N1-糖苷键
DNA和RNA的基本化学组成
2021/3/11
2021/3/11
2021/3/11
“稀有核苷”是由“稀有碱基”所生成的核苷。
2021/3/11
假尿苷（ψ） 1,C5-糖苷键
2021/3/11
碱基互补配对
A
2021/3/11
T
G
C
DNA双螺旋的结构类型
2021/3/11
※目 前 已 知 DNA 双 螺
旋结构可分为A、B、 C、D及Z型等数种， 除Z型为左手双螺 旋外，其余均为右 手双螺旋。
2021/3/11
A型DNA
2021/3/11
B型DNA
Z型DNA
3．DNA的三级结构-超螺旋
③ DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定的规律 性，即A=T、G=C、A+G=T+C。这一规律被称为 Chargaff规则。
• 20A2-1/3T/1、1 G-C以氢键配对较合理
2021/3/11
思考题：
➢ 对一双链DNA而言，若一条链中(A+G)/(T+C)=0.7， 则(1)互补链中(A+G)/(T+C)=？，(2)在整个DNA分子 中(A+G)/(T+C)=？若一条链中(A+T)/(G+C) = 0.7， 则(3)互补链中(A+T)/(G+C)=？，(4)在整个DNA分子 中(A+T)/(G+C)=？
2021/3/11
阅读方向：5`－3`
2．DNA的二级结构——双螺旋结构
2021/3/11
DNA双螺旋结构的研究背景
（1）x-光衍射分析 （2）DNA碱基组成的定量分析
20世纪40年代chargaff规则： ① DNA碱基组成有物种差异，且物种亲缘关系越远，
差异越大；
② 相同物种，不同组织器官中DNA碱基组成相同，而 且不因年龄、环境及营养而改变；
2021/3/11
(一）DNA的分子结构
1．DNA的一级结构 ✓核酸的一级结构是指构成核酸的各个单核
苷酸之间连接键的性质以及组成中单核苷 酸的数目和排列顺序（碱基排列顺序）。
2021/3/11
• 1869年，瑞士医生弗雷德里希.米歇尔首次 分离出DNA，命名为核素（Nuclein）
• 1953年，阿弗雷德.赫希和玛莎.蔡斯确认 了DNA的遗传功能
✓超螺旋结构:DNA双螺旋链扭曲或再盘绕形 成的特定构象 。
✓正超螺旋:盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。 ✓负超螺旋:盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。
2021/3/11
2021/3/11
4.染色质与染色体
✓真核生物染色质由DNA和组蛋白构成，其基 本单位是核小体(nucleosome)。
2021/3/11
一、核酸的生物功能
1.核酸是遗传变异的物质基础 2.核酸与生物遗传信息的传递 ✓遗传信息是由DNA通过mRNA传向蛋白质，蛋
白质的生物合成和生物性状的表现都与核 酸紧密相关。 3.核酸与医药 抗癌药物、基因工程
2021/3/11
2021/3/11
2021/3/11
二、核酸的分子组成与基本结构单位
2021/3/11
2021/3/11
✓ 碱基平面与纵轴 垂直，糖环平面 与纵轴平行
DNA双螺旋结构模型要点
3. 两条链通过碱基间的氢 键相连，A对T有两个氢 键，C对G有三个氢键， 这种A-T、C-G配对的规 律，称为碱基互补规则。
4. 维持双螺旋稳定的因素： 横向为氢键，纵向为碱 基间的堆积力。
C5
1
4.核苷酸
✓ 核苷酸(nucleotide)是由核苷与磷酸经脱水缩合 后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱 氧核糖核苷酸两大类。
✓ 由于与磷酸基缩合的位置不同而分别生成2-核苷 酸、3-核苷酸和5-核苷酸。
✓ 最常见的核苷酸是5-核苷酸（5常被省略）。
2021/3/11
2021/3/11
核酸化学
本章内容
01 核酸的组成与结构
02
核酸的理化性质
03
核酸的分离与含量测定
2021/3/11
第一节核酸的组成与结构
核酸（nucleic acid）是含有磷酸基团的 重要生物大分子，因最初从细胞核分离获 得，又具有酸性，故称为核酸。
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。
2021/3/11
✓ 5-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）、二磷酸核苷和三磷 酸核苷。
2021/3/11
（二）环核苷酸
✓细胞之间传递信息的信使
环一磷酸腺苷
2021/3/11
环一磷酸鸟苷
ห้องสมุดไป่ตู้
三、核酸的分子结构
✓核酸是一类生物大分子物质，其分子结 构跟蛋白质一样，也具有一级结构和高 级结构。
2021/3/11
DNA双螺旋结构模式图
2021/3/11
DNA双螺旋结构模型要点
1. 两条链反向平行，围绕同 一中心轴构成右手双螺旋 (double helix)。螺旋直径 2nm，表面有大沟和小沟。
2. 磷酸-脱氧核糖骨架位于螺 旋外侧，碱基垂直于螺旋轴 而伸入内侧。每圈螺旋含10 个碱基对 (bp)，螺距为 3.4nm。
H O CH 2
OH
O
2021/3/11
OH OH
-D-核糖(ribose) （构成RNA）
OH
-D-脱氧核糖(deoxyribose) （构成DNA）
2021/3/11
3.核苷
✓核苷是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生 成的化合物。
✓在大多数情况下，核苷是由核糖或脱氧核 糖的C1′-羟基与嘧啶碱N1或嘌呤碱N9进 行缩合，故生成的化学键称为，N糖苷键。
• 1953年，弗朗西斯.克里克和詹姆斯.杜威. 沃森共同发现了DNA的双螺旋结构
2021/3/11
✓ 核苷酸的连接方式——通 过 3,5-磷酸二酯键连接 的核苷酸链。
✓3,5-磷酸二酯键的形 成：一分子核苷酸的3位羟基与另一分子核苷 酸的5-位磷酸基通过脱 水形成。
2021/3/11
DNA一级结构的表示法
✓核酸是由许多单核苷酸聚合而成的多核苷 酸。有核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸 （DNA）。
核酸 核苷酸
磷酸 核苷
核糖 戊糖
脱氧核糖
嘌呤碱 含氮碱
嘧啶碱
2021/3/11
（一）核苷与核苷酸
2021/3/11
1.碱基
2021/3/11
稀有碱基
3
3 2021/3/11
2、戊糖
✓核糖和脱氧核糖
HO 5´CH2 O OH 4´ 3´ 2´ 1´
2021/3/11
N9 β1
腺苷(AR) 2β0211/3/,1N1 9-糖苷键
OH
N1 β1
脱氧胞苷(dCR) β1,N1-糖苷键
DNA和RNA的基本化学组成
2021/3/11
2021/3/11
2021/3/11
“稀有核苷”是由“稀有碱基”所生成的核苷。
2021/3/11
假尿苷（ψ） 1,C5-糖苷键
2021/3/11
碱基互补配对
A
2021/3/11
T
G
C
DNA双螺旋的结构类型
2021/3/11
※目 前 已 知 DNA 双 螺
旋结构可分为A、B、 C、D及Z型等数种， 除Z型为左手双螺 旋外，其余均为右 手双螺旋。
2021/3/11
A型DNA
2021/3/11
B型DNA
Z型DNA
3．DNA的三级结构-超螺旋
③ DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定的规律 性，即A=T、G=C、A+G=T+C。这一规律被称为 Chargaff规则。
• 20A2-1/3T/1、1 G-C以氢键配对较合理
2021/3/11
思考题：
➢ 对一双链DNA而言，若一条链中(A+G)/(T+C)=0.7， 则(1)互补链中(A+G)/(T+C)=？，(2)在整个DNA分子 中(A+G)/(T+C)=？若一条链中(A+T)/(G+C) = 0.7， 则(3)互补链中(A+T)/(G+C)=？，(4)在整个DNA分子 中(A+T)/(G+C)=？
2021/3/11
阅读方向：5`－3`
2．DNA的二级结构——双螺旋结构
2021/3/11
DNA双螺旋结构的研究背景
（1）x-光衍射分析 （2）DNA碱基组成的定量分析
20世纪40年代chargaff规则： ① DNA碱基组成有物种差异，且物种亲缘关系越远，
差异越大；
② 相同物种，不同组织器官中DNA碱基组成相同，而 且不因年龄、环境及营养而改变；
2021/3/11
(一）DNA的分子结构
1．DNA的一级结构 ✓核酸的一级结构是指构成核酸的各个单核
苷酸之间连接键的性质以及组成中单核苷 酸的数目和排列顺序（碱基排列顺序）。
2021/3/11
• 1869年，瑞士医生弗雷德里希.米歇尔首次 分离出DNA，命名为核素（Nuclein）
• 1953年，阿弗雷德.赫希和玛莎.蔡斯确认 了DNA的遗传功能
✓超螺旋结构:DNA双螺旋链扭曲或再盘绕形 成的特定构象 。
✓正超螺旋:盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。 ✓负超螺旋:盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。
2021/3/11
2021/3/11
4.染色质与染色体
✓真核生物染色质由DNA和组蛋白构成，其基 本单位是核小体(nucleosome)。
2021/3/11
一、核酸的生物功能
1.核酸是遗传变异的物质基础 2.核酸与生物遗传信息的传递 ✓遗传信息是由DNA通过mRNA传向蛋白质，蛋
白质的生物合成和生物性状的表现都与核 酸紧密相关。 3.核酸与医药 抗癌药物、基因工程
2021/3/11
2021/3/11
2021/3/11
二、核酸的分子组成与基本结构单位
2021/3/11
2021/3/11
✓ 碱基平面与纵轴 垂直，糖环平面 与纵轴平行
DNA双螺旋结构模型要点
3. 两条链通过碱基间的氢 键相连，A对T有两个氢 键，C对G有三个氢键， 这种A-T、C-G配对的规 律，称为碱基互补规则。
4. 维持双螺旋稳定的因素： 横向为氢键，纵向为碱 基间的堆积力。
C5
1
4.核苷酸
✓ 核苷酸(nucleotide)是由核苷与磷酸经脱水缩合 后生成的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱 氧核糖核苷酸两大类。
✓ 由于与磷酸基缩合的位置不同而分别生成2-核苷 酸、3-核苷酸和5-核苷酸。
✓ 最常见的核苷酸是5-核苷酸（5常被省略）。
2021/3/11
2021/3/11