第二章核酸化学
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_________。
核酸化学ppt课件
1. 大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。
3 编码区：mRNA有编码区和非编码区，编码区是所有mRNA分子的主要结构部分，决定蛋白质分子的 一级结构。非编码区与蛋白质生物合成调控有关。
元素组成 核酸的基本结构单位——核苷酸
第二节 核酸的基本结构单位－核苷酸
核酸的分子组成
元素组成 C、H、O、N、P等 平均磷含量 P含量约为9％～10%。各种核酸中P接近和恒定。 故在测定组织中的核酸含量时常通过测定P的含量计算生物组织中核酸的含量。
核酸的基本结构单位——核苷酸
复性：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～。
（2）核酸的复性
不同来源的DNA、DNA与RNA、RNA和RNA之间都可以发生杂交。
核酸的杂交的应用： 在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。 临床诊断： 基因诊断：如地中海贫血、分子病等 遗传病的产前诊断：胎儿羊水中收取DNA 基础研究领域： PCR技术、Southern杂交、Northern杂交
—— DNA和 RNA
DNA
RNA
嘌呤(purine)
腺嘌呤(adenine, A)
鸟嘌呤(guanine, G)
嘧啶(pyrimidine)
胞嘧啶(cytosine, C)
尿嘧啶(uracil, U)
胸腺嘧啶(thymine, T)
二、 戊 糖
（构成RNA）
1´
2´
3´
4´
5´
核糖(ribose)
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
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
生物化学第二章 核酸化学
李纳斯·鲍林（Linus Pauling）
DNA的二级结构是三螺旋？
1962年，三人分享诺贝尔生理医学奖
DNA的二级结构是双螺旋
（1）DNA分子由两条多聚 脱氧核糖核苷酸链(简称 DNA单链)组成。两条链 沿着同一根轴平行盘绕， 形成右手双螺旋结构。 螺旋中的两条链方向相 反，即其中一条链的方 向为5′→3′，而另一条链 的方向为3′→5′，螺旋结 构上有大沟和小沟。
两类 核酸在分子组成上的异同点
组分 磷酸 戊糖 碱 嘌呤 基 嘧啶
RNA
DNA
磷酸Βιβλιοθήκη 核糖脱氧核糖AG
U
C
T
核苷酸的衍生物
ⅰ ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
d d d
核苷酸及其多磷酸化合物
ⅱ 环腺苷酸（cAMP）和环鸟苷酸 （cGMP）
•这两种环核苷酸在细胞代谢调节中具有重要作 用，是传递激素作用的媒介物。称为二级信使。
（2）两条链上的碱基通 过氢键相结合，形成碱 基对。碱基的相互结合 具有严格的配对规律， 即A与T结合，G与C结 合，碱基之间的这种一 一对应关系，称为碱基 互补配对原则。A和T之 间形成两个氢键，G与C 之间形成三个氢键。
碱基互补配对
A
T
C
G
（3）嘌呤和嘧啶碱基位于螺旋 的内侧，磷酸和脱氧核糖基 位于螺旋外侧，彼此以3 ’-5’ 磷酸二酯键连接，形成DNA 分子的骨架。碱基环平面与 螺旋轴垂直，糖基环平面与 碱基环平面成90°角。
级结构的可能性较小。
* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补
配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定 其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。
原核细胞
真核细胞
细胞质
第二章-核酸化学
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42
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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
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44
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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）
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Nitrogenous Base
4
㈠ 碱 基 Nitrogenous Base
主要包括嘌呤碱和嘧啶碱。
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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）。
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5sRNA的二级结构
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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。
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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
生物化学02 核酸化学
tRNA二级结构特征： 单链 三叶草结构 四臂四环
3´ A C C
5´
Ala
氨基酸臂
TψC臂
D臂 D环
可变环
反密码子臂
TψC环
细胞中共 61 种tRNA
I GC
反密码子环
反密码子
tRNA 的二级结构
五、核酸的性质
1、核酸的两性解离性质、不溶于一般有机溶剂（乙醇等）
2、核酸的紫外吸收特性（λmax=260nm） 3、核酸的变性、复性和分子杂交 4、核酸的熔解温度（Tm）
2、核酸的紫外吸收特性（λmax=260nm）
3
0.4
2
光 0.3
1
吸
收 0.2
0.1
220 240 260 280
波长（nm）
DNA的紫外吸收光谱
1 天然DNA 2 变性DNA 3 核苷酸总吸收值
3、核酸的变性
变性：在物理、化学因素影响下， DNA碱基对间的氢键 断裂，双螺旋解开，伴有增色效应,DNA的功能丧失。
与此原理相似的蛋白质印迹技术则被称为Western
blot。 （检测蛋白质）
4、熔解温度（ Tm ）
通常把DNA热变性过程 中 A260 达 到 最 大 值 一 半 （ 即 50% 为 单 链 ） 时 的 温度称为该DNA的熔解 温度，用Tm表示。
A260
100%
1
23
Tm 的 大 小 与 DNA 分 子 中 （ G+C） 的 百 分 含 量成正相关。
Northern印迹杂交 （检测RNA）
Northern印迹杂交（Northern blot）。这是一种将 RNA从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维素膜上的方法。 DNA印迹技术由Southern于1975年创建，称为Southern 印迹技术，RNA印迹技术正好与DNA相对应，故被称为 Northern印迹杂交。
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O-
5′
O=P—O—CH2O G
O-
3′
G TA
1′
3′
PP
P
OH
5′
OH OH O-
5′
O=P—O—CH2O T
O-
3′
pGpTpAOH pG-T-A
pGTA
OH OH
O
5′
O=P—O—CH2O A
O-
第二章核酸化学
3′
OH OH
三、DNA的结构
（一）DNA的一级结构 因为DNA的脱氧核苷酸只在它们所携带的碱基上有区别，所 以脱氧核苷酸的序列常被认为是碱基序列（base sequence)。 通常碱基序列由DNA链的5′→3′方向写。DNA中有4种类型的 核苷酸，有n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数 为4n。 （二）DNA的双螺旋结构 1953年，Watson 和Crick 提出。
第二章核酸化学
OH
HN
HCH3
H
H
ON
H
胸腺嘧啶 thymine
（T）
OH
HN
H
HO
H N
烯H醇式
酮式
O
HN
H
O
H N
H
酮式
第二章核酸化学
（三）核苷
H N
N H
N
H
9
N
H
腺嘌呤
HOH2C5′ O OH
4′
1′
3′ 2′
OH OH 核胸糖苷
第二章核酸化学
O
HN
H
O
1H N
H
尿嘧啶
O
HN1
NH
H5 CO
HOH2C5′ O OH
4′
1′
3′ 2′
OH OH 核尿苷糖
HOH2C5′ O OH
4′
1′
3′ 2′
OH OH 假核尿苷糖（ψ）
第二章核酸化学
（四）核苷酸
H N
N H
N
H
9
N
H
O-
O-
O-
腺嘌呤
~ ~ O-— P ‖ O
O- — P ‖ O
O— P HOH2C5′ O OH
‖
O
4′
1′
3′ 2′
DNA
温育
有荚膜，致病
无荚膜， 不致病
有荚膜，致病
传代
传代
第二章核酸化学
有荚膜，致病
有荚膜，致病
除少数病毒（RNA病毒）以RNA作为遗传物质外，多数有 机体的遗传物质是DNA。 不同有机体遗传物质（信息分子）的结构差别，使得其所 含蛋白质（表现分子）的种类和数量有所差别，有机体表 现出不同的形态结构和代谢类型。 RNA的主要作用是从DNA转录遗传信息，并指导蛋白质的 合成。
（1）两条多核苷酸链反向平行。 （2）碱基内侧，A与T、G与C配对，分别形成3和2个氢键。 （3）双螺旋每转一周有10个bp，螺距3.4nm，直径2nm。
第二章核酸化学
3. 双螺旋结构的稳定因素
（1）氢键（太弱）；（2）碱基堆积力（base stacking force， 由芳香族碱基π电子间的相互作用引起的，能形成疏水核心， 是稳定DNA最重要的因素；（3）离子键（减少双链间的静 电斥力）。 4. DNA双螺旋的构象类型
OH OH 胸苷核-胸5′糖-苷磷酸
AMP ADP
第二章核酸化学
ATP
各种核苷三磷酸和脱氧核苷三磷酸是体内合成RNA和 DNA合成的直接原料。
在体内能量代谢中的作用：
ATP——能量“货币” UTP——参加糖的互相转化与合成 CTP——参加磷脂的合成 GTP——参加蛋白质和嘌呤的合成
第二信使——cAMP
脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA） 核酸
核糖核酸（ribonucleic acid，RNA） “四核苷酸假说”：核酸由四种核苷酸组成的单体构 成的，缺乏结构方面的多样性。
第二章核酸化学
20世纪40年代末，Avery 的“肺炎双球菌转化”实验证 明DNA是有机体的遗传物质：
第二章核酸化学
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。 2. 双螺旋结构模型要点
第四章 核酸的化学
核酸的概念和重要性 核酸的组成成分 DNA的结构 DNA RNA的结构和功能 核酸的性质 核酸的序列测定 核酸的生物学功能和实践意义
第二章核酸化学
一、核酸的概念和重要性
1869年Miescher从细胞核中分离出核素（nuclein）。 1889年Altman制备了核酸（nucleic acid）。 1930~40年，Kossel & Levene等确定核酸的的H2 3 4 N
N
7
8H
9
N
H
嘌呤
NHH2 N
N
H
H N
N
H
腺嘌呤 adenine（A）
O H N H H2N N
N
H
N H
鸟嘌呤 guanine（G）
第二章核酸化学
NH2 H
NH
HO
H N
H
胞嘧啶 Cytosine
（C）
H
4
N 5H
3
H2 1 6 H N 嘧啶
OH
HN H
H
H
ON
H
尿嘧啶 uracil （U）
B-DNA：92%相对湿度，接近细胞内的DNA构象，与Watson 和Crick提出的模型相似。 A-DNA：75%相对湿度，与溶液中DNA-RNA杂交分子的构 象相似，推测转录时发生B→A。其碱基平面倾斜20°，螺距 与每一转碱基对数目都有变化。 Z-DNA：主链呈锯齿型左向盘绕，直径约1.8nm，螺距4.5nm， 每一转含12个bp，只有小沟。B-DNA与Z-DNA的相互转换可 能和基因的调控有关。
第二章核酸化学
C-DNA：44~46%相对湿度，螺距3.09nm，每转螺旋9.33个碱 基对，碱基对倾斜6°。可能是特定条件下B-DNA和A-DNA 的转化中间物。 D-DNA：60%相对湿度，DNA中A、T序列交替的区域。每个 螺旋含8个bp，螺距2.43nm，碱基平面倾斜16°。
第二章核酸化学
（一）核糖和脱氧核糖
HOH2C
O OH
1 2
OH OH
HOH2C O OH
1 2
O OH
β-D-2-核糖
β-D-2-脱氧核糖
核糖 + H + Δ
糠醛 甲基间苯二酚
FeCl3
绿色产物
RNA和DNA定性、定量测定
脱氧核糖 + H+ Δ
ω-羟基-γ-酮 二苯胺 戊醛
蓝色产物
第二章核酸化学
（二）嘌呤碱和嘧啶碱
第二章核酸化学
二、核酸的组成成分
核酸 nucleic acid 核苷酸 nucleotide
核苷 nucleoside
磷酸 phosphate
嘌呤碱 purine base 或 嘧啶碱 pyrimidine base
（碱基 base）
核糖 ribose 或 脱氧核糖 deoxyribose
（戊糖 amyl sugar）