核酸的结构和功能 (2)
核酸的结构和功能
核酸的结构和功能核酸是生命体中的重要有机分子，承载着遗传信息传递和储存的功能。
本文将介绍核酸的结构和功能，并探讨其在生物体内的重要作用。
一、核酸的结构核酸主要由核苷酸单元组成，每个核苷酸由糖、磷酸和碱基三个部分组成。
1. 糖基核酸的糖基可以是核糖（RNA）或脱氧核糖（DNA）。
两者的化学结构略有差异，核糖分子上有一个羟基（-OH），而脱氧核糖则没有。
2. 磷酸基核酸的磷酸基连接在糖基上，形成糖磷酸骨架。
这些磷酸基在核酸的结构中起到支撑和稳定作用。
3. 碱基核酸的碱基分为嘌呤和嘧啶两类。
嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），它们具有双环结构。
嘧啶包括胸腺嘧啶（T，DNA中）或尿嘧啶（U，RNA中）以及胞嘧啶（C），它们是单环结构。
通过糖基和碱基的结合，核苷酸单元可以形成线性或环状的核酸分子。
二、核酸的功能1. 遗传信息传递与储存核酸是生物体内传递和储存遗传信息的重要分子。
DNA是细胞内遗传信息的主要储存库，而RNA则将这些信息从DNA中传递到蛋白质的合成过程中。
2. 蛋白质合成RNA在蛋白质合成过程中起着重要的角色。
其中，转录过程将DNA上的信息转录成RNA分子，而翻译过程则利用RNA的遗传信息来合成特定的蛋白质。
3. 酶的活性调节某些RNA分子本身具有催化活性，称为核糖酶。
这些核糖酶可以催化特定的生化反应，从而调节细胞内的代谢和信号传递过程。
4. 调控基因表达RNA通过调控基因表达来控制细胞的发育和功能。
其中，小干扰RNA（siRNA）和微小RNA（miRNA）等RNA分子可以与特定的mRNA结合，从而抑制或加强特定基因的转录和翻译过程。
5. 病毒的复制与感染一些病毒利用RNA作为基因材料进行复制和传播。
例如，HIV等病毒具有RNA基因组，通过感染宿主细胞并复制RNA来使病毒持续存在。
三、核酸的重要性核酸作为生命体中的重要分子，在生物体内扮演着关键的角色。
它们不仅负责生物体遗传信息的传递和储存，还参与了细胞代谢的调控和基因表达的调节。
Chapter 2 核酸的结构与功能教学教材
核酸的结构与功能
Structures and Functions of Nucleic Acids
内容
2.1 核酸的种类与分布 2.2 核苷酸 2.3 DNA的分子结构 2.4 核酸与蛋白质的复合体 2.5 RNA的分子结构 2.6 核酸的理化性质
2
2.1 核酸（Nucleic acid） 的种类与分布
48
（四）DNA双螺旋结构的多样性
49
双螺旋DNA的类型及相关参数
类型 螺旋方向
存在条件
螺距 碱基数/螺旋 碱基倾角
A-DNA 右手
相对湿度75% 2.53 nm
11
19°
B-DNA 右手
相对湿度92% 3.54 nm
10.4
1°
Z-DNA 左手 嘌呤－嘧啶二核 4.56 nm
12
苷酸为重复单位
N=A/U/G/C
同样，dNDP、dNTP， N=A/T/G/C
腺嘌呤 腺苷
16
核苷多磷酸的生物学功能:
§NTP和dNTP分别是RNA和DNA的直接前体。 §ATP分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。水
解时, ATP可以释放出大量自由能，推动生物体内 各种需能的生化反应。 §UDP、ADP、GDP在多糖合成中，可作为携带葡 萄糖基的载体；CDP在磷脂合成中可作为携带胆 碱的载体。 §GTP、CTP、UTP在某些生化反应中也具有传递能 量的作用。
11
稀 有 碱 基
大多甲基化碱基，tRNA含量丰富 (高达10％) 12
2.2.3 戊糖
β-D-核糖
β-D-脱氧核糖
13
2.2.4 核苷
碱基和核糖（或脱氧核糖）通过C-N 糖苷 键连接形成核苷（或脱氧核苷）。
02 核酸的结构与功能(标注重点的一定要记,其他的也要看)
DNA含G，C多则Tm值高，反之则低。
二、【DNA复性】(重点)
定义 DNA变性后，在去除变性因素后 如条件适宜，DNA恢复双螺旋结构。 DNA热变性后，在适宜条件下的复性过程 叫退火。
三、分子杂交原理
【分子杂交】：异源单链DNA或DNA与RNA 之间经退火形成的杂代双链。(重点)
分类：(重点) mRNA 蛋白质合成模板
tRNA
rRNA HnRNA
转运氨基酸
核蛋白体组成成分 成熟mRNA的前体
一、信使RNA的结构与功能 (重点)
mRNA ： 是不稳定的 RNA ，含量最小， 占细胞内 RNA的2.5%，是合成蛋白质的 模板。 mRNA的前体为HnRNA。
DNA变性
2、DNA热变性与增色效应
变性后的核酸因碱基暴露，对260nm波长的光 吸收增强，称为【增色效应】。(重点)
பைடு நூலகம்
当核苷酸摩尔数相同时 A260 ：单核苷酸＞单链 DNA＞双链 DNA，这种 关系叫【减色效应】。(重点)
加热（80—100OC几分钟）使DNA变性，称热 变性。
【 解 链 温 度 】 （ Tm ） ： 通 常 把 50 %DNA 变性时的温度称为解链温度（融 解温度）。(重点) DNA变性，紫外吸收增高；当紫外吸收 值达到最大值的50%时的温度叫Tm.
第三章 核酸的结构与功能
1.核酸的化学组成
2.核酸的一级结构
3.DNA的空间结构与功能(重点) 4.RNA的空间结构与功能 5.核酸的理化性质及其应用
分类
DNA
RNA
02 核酸的结构与功能
2.DNA双链之间形成了互补碱基对 碱 基 配 对 关 系 称 为 互 补 碱 基 对 (complementary base pair)。 DNA 的 两 条 链 则 互 为 互 补 链 (complementary strand)。 碱基对平面与螺旋轴垂直。
大沟与小沟
3.疏水作用力和氢键共同维系着DNA双螺旋 结构的稳定。 相邻两个碱基对会有重叠， 产生了疏水性的碱基堆积力 (base stacking interaction)。 碱基堆积力和互补碱基对的 氢键共同维系着DNA结构的 稳定。
目录
（二） DNA双螺旋结构模型要点
1.DNA是反向平行、右手螺旋的双链结构 两条多聚核苷酸链在空间的走向呈反向平行(antiparallel)。两条链围绕着同一个螺旋轴形成右手螺 旋(right-handed)的结构。双螺旋结构的直径为2nm， 螺距为3. 4nm。
脱氧核糖和磷酸基团组成的亲水性骨架位于双螺旋 结构的外侧，疏水的碱基位于内侧。 双螺旋结构的表面形成了一个大沟(major groove) 和一个小沟(minor groove)。
CH2 O H H H H H
3´,5´-磷酸二酯键
O
P O-
O
碱基
O
P O-
O
CH 2 O H H OH
3´-羟基
目录
H H H
三、RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯键 的线性大分子
RNA也是多个核苷酸分子通过酯化反应形 成的线性大分子，并且具有方向性； RNA的戊糖是核糖； RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。
两种最重要的生物大分子比较
项 目
组成单位
种 类
蛋 白 质
氨基酸
第二章 核酸的结构与功能
核酸的结构与功能
❖ 1868年，瑞士外科医生Fridrich从外科手术绷带上的脓细胞的细 胞核中分离出一种溶于碱而不溶于酸的酸性有机化合物，其分子 中含磷2.5%、含氮14%，该物质被命名为核酸。
❖ 根据核酸分子中所含戊糖的差别： （一）脱氧核糖核酸（DNA）:主要存在于细胞核中（真核细胞的 线粒体中也存在不少量的DNA），携带着决定个体基因型的遗传信 息，是遗传信息的贮存和携带者； （二）核糖核酸（RNA）:主要存在于细胞核和细胞质中，参与细
比DNA复制得多，这与它的功能多样化密切相关。
一、mRNA是蛋白质合成中的模板
❖ 1960年，Jacob 和 Monod 等人用放射性核素示踪实验证实： 一类大小不同的RNA才是细胞内合成蛋白质的真正模板，于 1961年首先提出了信使RNA（mRNA）这个概念。
❖ 在各种RNA分子中，mRNA约占细胞内RNA总量的2～5%，种类 最多，分子大小相差很大；
N H
❖DN生称AN物为稀体有的D碱N基A8 N和79NH。RN45 AN36分12 子N 中NH2还含有一些65含1N4 3量2N 很O 少H的3C碱基65 1，N4 32
N
O
鸟嘌呤
RNA
胞嘧啶
胸腺嘧啶
5´
HOCH2
4´ H
OH O
H 1´
H
H
3´
2´
OH OH
β-D-核糖（构成RNA）
5´
HOCH2
遗传的相对稳定性，又可发生各种重组和突变，适应环境的 变迁，为自然选R型择细提菌供：无机毒会型。肺炎球菌
S型细菌：有毒型肺炎球菌
肺炎球菌转化实验
第三节
RNA 的结构与功能
❖ RNA和蛋白质共同担负着基因的表达和表达调控功能。 ❖ RNA通常以单链形式存在，但可通过链内的碱基配对形成
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。
核酸的结构与功能-2
H H NH O
N,N二甲基鸟嘌呤
HN N CH2
双氢尿嘧啶
S NH
C
CH
N
NH
NH
O
N6-异戊烯腺嘌呤
N
4-巯尿嘧啶
tRNA的二级结构---三叶草型
①氨基酸臂：由7对bp组成，富含G，末端为CCA， 接受活化AA ②二氢尿嘧啶环（DHU环）：由8－12个核苷酸组成 ③反密码环：识别密码子 ④额外环：大小是tRNA分类的重要指标 ⑤假尿嘧啶核苷-胸腺嘧啶核苷环:（T Ψ C环）含 有稀有碱基胸腺核苷T和假尿苷ψ
Arg、His（碱性氨基酸），故显碱性，属于单纯蛋白，溶 于水及稀酸
各种真核细胞都有5种组蛋白，但分子质量和氨基酸的顺
序有些差异。
在所有真核生物中H3，H4组蛋白氨基酸序列高度保守，提
示功能是相同的。但是各种生物的H，是真核细胞染色质的结构和功能必需的， 一般组蛋白H2A、H2B 、H3、H4各2分子组成一个8聚体，作为核小体的核 心，上面盘绕1.8圈的DNA，从而形成核小体； 核小体之间的DNA称为连接 DNA，而组蛋白 H1 结合在连接DNA上，使核小体一个挨一个，彼此靠拢。
RNA中的碱基配对原则 A-U G-C
A-U G-C 双螺旋区
动物细胞内主要RNA的种类及功能
细胞核和胞液 核 蛋 白 体 RNA 信 使 RNA 转 运 RNA 核 内 不 均 一 RNA 核 内 小 RNA 核 仁 小 RNA 胞 浆 小 RNA rR N A mRNA tR N A H nR N A SnR N A SnoR N A s c R N A /7 S L -R N A 线粒体 m t rR N A mt mRNA m t tR N A 功 能
2 核酸的结构与功能
RNA的种类与分布
RNA主要存在于细胞质中。 mRNA 约占细胞总RNA的5%，在蛋白质合成中起 模板作用 rRNA 占细胞总RNA的80%，是核糖体的组分，是 合成蛋白质的场所 tRNA 占细胞总RNA的10-15%，蛋白质合成中起携 带活化氨基酸的作用 小RNA：microR.1.2 DNA的二级结构及其多态性
Watson和Crick在总结前人研究工作的基础上， 在1953年以立体化学上的最适构型建立了与 DNA X-射线衍射资料相符的分子模型—— DNA双螺旋结构模型。 它可在分子水平上 阐述遗传(基因复制)的基本特征。
⑴DNA双螺旋结构的主要依据
① 1949-1951 年 Chatgaff 应用紫外分光光度法 和纸层析等技术，对不同来源的DNA进行碱 基定量分析，得出组成DNA四种碱基的比例 关系。
1.1.1核酸的生物学功能
DNA作为遗传物质的载体，负责遗传 信息的储存、传递和发布；RNA负责 遗传信息的表达，也可作为遗传信息 的载体，功能多样复杂。
细胞 内DNA含量很稳定，不受营养条 件、年龄等因素的影响。DNA是染色 体的主要成分，而染色体与遗传直接 有关。可作用于DNA的一些物理、化 学因素都可以引起遗传特性的改变。
B-DNA与Z-DNA的比较
比较内容 B-DNA 螺旋手性 右旋 螺旋周期的核苷酸数目 10 螺旋直径 2.0nm 碱基平面的间距 0.34nm 螺距 3.4nm 相邻碱基对间的转角 36° 轴心是否穿过碱基对 穿过
Z-DNA
左旋 12 1.8nm 0.37nm 4.5nm 60°
不穿过
天然DNA分子中存在有Z-DNA区。B-DNA与ZDNA的互变可能与基因的调控有关。 如胞嘧啶C5的甲基化，在甲基周围形成局部的 疏水区。这一区域扩伸到B-DNA的大沟中， 使B-DNA不稳定而转变为Z-DNA。这种C5甲 基化现象在真核生物中是常见的。
【高中生物】核酸的结构与生物学功能
（生物科技行业）核酸的结构与生物学功能核酸的结构与生物学功能核酸是生物体内极其重要的生物大分子，是生命的最基本的物质之一。
最早是瑞士的化学家米歇尔于1870年从脓细胞的核中分别出来的，由于它们是酸性的，并且最先是从核中分其他，故称为核酸。
核酸的发现比蛋白质晚得多。
核酸分为脱氧核糖核酸（简称DNA）和核糖核酸（简称RNA ）两大类，它们的基本结构单位都是核苷酸（包含脱氧核苷酸）。
1 ．核酸的基本单位——核苷酸每一个核苷酸分子由一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成。
碱基分为两类：一类是嘌呤，为双环分子；另一类是嘧啶，为单环分子。
嘌呤一般均有A、G2种，嘧啶一般有C、 T、 U3种。
这 5 种碱基的结构式以以下图所示。
由上述结构式可知：腺嘌呤是嘌呤的 6 位碳原子上的 H 被氨基取代。
鸟嘌呤是嘌呤的 2 位碳原子上的 H 被氨基取代， 6 位碳原子上的 H 被酮基取代。
3 种嘧啶都是在嘧啶 2 位碳原子上由酮基取代 H ，在 4 位碳原子上由氨基或酮基取代 H 而成，对于 T，嘧啶的 5 位碳原子上由甲基取代了 H 。
凡含有酮基的嘧啶或嘌呤在溶液中可以发生酮式和烯醇式的互变异构现象。
结晶状态时，为这类异构体的容量混杂物。
在生物体内则以酮式占优势，这对于核酸分子中氢键结构的形成特别重要。
比方尿嘧啶的互变异构反应式以以下图。
酮式（ 2 ， 4–二氧嘧啶）烯酸式（ 2 ， 4 –二羟嘧啶）在一些核酸中还存在少量其他修饰碱基。
由于含量很少，故又称微量碱基或稀有碱基。
核酸中修饰碱基多是 4 种主要碱基的衍生物。
tRNA 中的修饰碱基种类很多，如次黄嘌呤、二氢尿嘧啶、 5 –甲基尿嘧啶、 4 –硫尿嘧啶等， tRNA 中修饰碱基含量不一，某些tRNA中的修饰碱基可达碱基总量的10 ％或更多。
核苷是核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶生成的糖苷。
戊糖的第 1 碳原子（ C1）平时与嘌呤的第 9 氮原子或嘧啶的第 1 氮原子相连。
核酸与蛋白质的知识点总结
核酸与蛋白质的知识点总结1.核酸的结构和功能核酸是由核苷酸（包括脱氧核苷酸和核苷酸）组成的生物大分子，主要由磷酸基、五碳糖和氮碱基组成。
核酸主要有两种类型：DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）。
DNA是细胞内的遗传物质，负责储存遗传信息和传递信息。
RNA参与了蛋白质的合成和调控等生理生化过程。
核酸的功能主要有以下几个方面：(1) 储存遗传信息：DNA是生物体内重要的遗传物质，它储存了生物体遗传信息的基因序列，对生物体的遗传特征起着决定性的作用。
(2) DNA复制：在细胞分裂过程中，需要通过DNA复制来保证子细胞遗传信息的完整传递。
(3) 转录和翻译：在蛋白质合成过程中，RNA通过转录将DNA上的信息转录成RNA，再通过翻译将RNA上的信息转译成蛋白质，从而参与了蛋白质的合成。
(4) 调控基因表达：核酸参与了生物体内基因的表达和调控，对于生物体的发育、生长、代谢等过程起着重要的作用。
2.蛋白质的结构和功能蛋白质是生物体内重要的大分子，是生物体内最具功能性的分子之一，起着重要的生理生化作用。
蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而成的，根据氨基酸的序列和空间结构的不同，蛋白质具有多种类型，如结构蛋白、酶、激素、抗体等。
蛋白质的功能主要有以下几个方面：(1) 结构功能：蛋白质是细胞内的重要结构物质，如胞内骨架蛋白、肌纤维蛋白等，起着细胞支持和形态维持的作用。
(2) 酶催化作用：大部分酶都是蛋白质，通过酶的催化作用参与了细胞内的代谢过程，加速了生物化学反应的进行。
(3) 信号传导：许多激素、受体和信号转导蛋白都是蛋白质，它们参与了细胞信号传导的过程，调控了细胞内的生理过程。
(4) 运输功能：血红蛋白是一种运输氧气的蛋白质，它通过结合氧气和释放氧气参与了氧气的输送。
(5) 免疫功能：抗体是一种免疫球蛋白，它能够识别和结合外源抗原，起着免疫防御作用。
3.核酸与蛋白质的相互关系核酸和蛋白质是细胞内重要的生物分子，它们之间存在着相互关系。
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2章核酸的结构与功能ppt课件
Sanger测序原理
1.2.1.2 DNA的二级结构及其多态性
Watson和Crick在总结前人研究工作的基础上， 在1953年以立体化学上的最适构型建立了与 DNA X-射线衍射资料相符的分子模型—— DNA双螺旋结构模型。 它可在分子水平上 阐述遗传(基因复制)的基本特征。
⑴DNA双螺旋结构的主要依据
核酸根据核酸的化学组成和生物学功能，将核 酸分为：
核糖核酸（ribonucleic acid RNA）和
脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid DNA)
所有细胞都同时含有DNA和RNA两种核酸。病 毒只含一种核酸，DNA或RNA，故有DNA 病毒和RNA病毒之分。多数细菌病毒（噬菌 体）属DNA病毒，而植物和动物病毒多为 RNA病毒。
5’pApCpUpUpGpApApCpC3’ RNA
简化为： 5’pACTTGAACG3’ DNA
5’pACUUGAACG3’RNA
简写式的5`-末端均含有一个磷酸残基（与糖基 的C-5`位上的羟基相连），3`-末端含有一个 自由羟基（与糖基的C-3`位相连），若5`端 不写P，则表示5`-末端为自由羟基。
3.4nm 2.8nm 36° 33°
Z-DNA
Wang和Rich等在研究人工 合成的d（CGCGCG）单 晶的X-射线衍射图谱时， 发现这种六聚体的构象不 同于B-构象。
它是左手双螺旋，在主链 中各个磷酸根呈锯齿 （Zigzag）状排列，因此 称Z-构象。
B-DNA与Z-DNA的比较
比较内容
B-DNA
T 24.8
28 25.6 29.7 28.9 29.2 32.9
G 24.1 23.2 21.9 20.5 20.4 20.4 18.7
2核酸的结构与功能
2核酸的结构与功能核酸是一种重要的生物大分子，它在生命活动中发挥着关键的作用。
核酸的结构和功能十分复杂，本文将对核酸的结构和功能进行详细的介绍。
核酸是由核苷酸单元组成的高分子化合物。
核苷酸由一种五碳糖（如脱氧核糖或核糖）、一个含氮碱基和一个磷酸基团组成。
根据五碳糖的种类，核酸可分为DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）两类。
DNA是生物体内贮存遗传信息的化学物质，它携带了生物体的遗传信息，指导了生物体的生长、发育和功能的实施。
DNA的核苷酸单元由脱氧核糖、腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶组成。
DNA的结构是双螺旋结构，由两条互补的链缠绕在一起，形成了一个螺旋梯状的结构，类似于一条扭转的梯子。
DNA的碱基通过氢键连接在一起，腺嘌呤与鸟嘌呤之间通过两个氢键连接，胞嘧啶与胸腺嘧啶之间通过三个氢键连接。
这种结构使得DNA能够进行复制和遗传信息的传递。
RNA是一类功能多样的分子，它在生物体内主要参与蛋白质的合成和转运等过程。
RNA的核苷酸单元由核糖、腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶组成。
RNA的结构多样，可分为mRNA（信使RNA）、tRNA（转运RNA）和rRNA（核糖体RNA）等多种类型。
mRNA是由DNA模板直接合成的，它携带了DNA上的遗传信息，为蛋白质的合成提供了模板。
tRNA是一类小分子RNA，它能够将氨基酸与mRNA上的密码子相互识别，将氨基酸带到合成蛋白质的位置。
rRNA是构成核糖体的主要组成部分，核糖体是蛋白质合成的场所。
核酸的功能主要有两方面：储存遗传信息和参与蛋白质的合成。
首先，核酸通过携带遗传信息来储存生物体的基因信息。
DNA中的碱基序列编码了生物体的基因信息，通过复制和传递这些信息，生物体的遗传特征得以传递。
DNA通过基因的转录和翻译过程，将基因信息转化为蛋白质的序列，进而决定了生物体的结构和功能。
基因突变会导致遗传信息的改变，进而影响生物体的形态和功能。
其次，核酸参与蛋白质的合成和转运过程。
第2章 核酸的结构与功能
第二章核酸的结构和功能核酸是以核苷酸为基本组成单位的线性多聚生物信息分子。
分为DNA和RNA两大类。
其化学组成见下表：DNA RNA碱基①嘌呤碱 A、G A、G②嘧啶碱 C、T C、U戊糖β-D-2 脱氧核糖β-D-核糖磷酸磷酸磷酸碱基与戊糖通过糖苷键相连，形成核苷。
核苷的磷酸酯为核苷酸。
根据核苷酸分子的戊糖种类不同，核苷酸分为核糖核苷酸与脱氧核糖核苷酸，前者是RNA的基本组成单位，后者为DNA的基本组成单位，核酸分子中核苷酸以3’,5’－磷酸二酯键相连，形成多核苷酸链，是核酸的基本结构。
多核苷酸链中碱基的排列顺序为核酸的一级结构。
多核苷酸链的两端分别称为3’－末端与5’－末端。
DNA的二级结构即双螺旋结构的特点：⑴两条链走向相反，反向平行，为右手螺旋结构；⑵脱氧核糖和磷酸在双螺旋外侧，碱基在内侧；⑶两链通过氢键相连，必须A与T、G与C配对形成氢键，称为碱基互补规律。
⑷大（深）沟，小（浅）沟。
⑸螺旋一周包含10个bp，碱基平面间的距离为0.34nm，螺旋为3.4nm，螺旋直径2nm；⑹疏水作用。
氢键及碱基平面间的疏水性堆积力维持其稳定性。
DNA的基本功能是作为遗传信息的载体，并作为基因复制转录的模板。
mRNA分子中有密码，是蛋白质合成的直接模板。
真核生物的mRNA一级结构特点：5’－末端“帽”，3’－末端“尾”。
tRNA在蛋白质合成中作为转运氨基酸的载体，其一级结构特点：含有较多的稀有碱基；3’－CCA－OH，二级结构为三叶草形结构。
rRNA与蛋白质结合构成核蛋白体，作为蛋白质合成的“装配机”。
细胞的不同部位还存在着许多其他种类小分子RNA，统称为非mRNA小RNA（snmRNAs），对细胞中snmRNA 种类、结构和功能的研究称为RNA组学。
具有催化作用的某些小RNA称为核酶。
碱基、核苷、核苷酸及核酸在260nm处有最大吸收峰。
加热可使DNA双链间氢键断裂，变为单链称为DNA变性。
DNA变性时，OD260增高。
核酸的结构与功能
[考纲考频]1.核酸的结构和功能(Ⅱ)(3年4考)2.糖类、脂质的种类和作用(Ⅱ)(3年5考)3．实验：观察DNA和RNA在细胞中的分布(3年7考)1．核酸的结构层次[思考] 如何判断某一核酸分子是DNA还是RNA?提示：若该核酸分子中含有脱氧核糖和碱基T，则为DNA；若该核酸分子中含有核糖和碱基U，则为RNA。
2．核酸的功能(1)携带遗传信息。
(2)控制遗传、变异和蛋白质合成。
[巧记] DNA结构的“五、四、三、二、一”1．不同生物的核酸、核苷酸及碱基的归纳2.核酸(DNA 与RNA)与蛋白质的比较(1)核酸控制蛋白质的合成(2)DNA 多样性――→决定蛋白质多样性――→决定生物多样性组成细胞分子的物种特异性(1)蛋白质、核酸的结构及种类具有物种特异性，因而可以从分子水平上，通过分析不同物种的核酸和蛋白质来区分判断不同物种间的亲缘关系；也可用于刑事案件侦破、亲子鉴定等。
(2)生物体内的水、无机盐、糖类、脂质、氨基酸、核苷酸等不具有物种特异性。
角度一 以基础判断的形式，考查核酸、核苷酸的种类及生物遗传物质的判断 1．(2013·全国卷Ⅱ)关于DNA 和RNA 的叙述，正确的是( ) A ．DNA 有氢键，RNA 没有氢键B ．一种病毒同时含有DNA 和RNAC ．原核细胞中既有DNA ，也有RNAD ．叶绿体、线粒体和核糖体都含有DNA解析：选C DNA 一般为双链结构，其碱基对间为氢键，RNA 虽然一般为单链，但tRNA 形成的“三叶草”结构中，也存在碱基配对现象，也存在氢键；DNA 病毒只含DNA ，RNA 病毒只含RNA ，一种病毒不可能同时含有DNA 和RNA ；原核细胞与真核细胞一样，既有DNA ，也有RNA ；叶绿体和线粒体均含有DNA 和RNA ，而核糖体只含有RNA 。
2．(2015·聊城模拟)鱼体内核酸水解后，对水解物的判断错误的是( ) A ．1种五碳糖 B ．4种脱氧核苷酸 C ．5种含氮碱基 D ．8种核苷酸 解析：选A 鱼体内同时含有DNA 和RNA ，因此鱼体内核酸水解时会有8种核苷酸(包括4种脱氧核苷酸和4种核糖核苷酸)，彻底水解时会有2种五碳糖、5种含氮碱基和磷酸。
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均有形成 四股螺旋DNA
的可能
3’---AATCCCAATCCC-5’ • 着丝点附近的高度重复序列
已有实验结果表明－－真核细胞端粒中存在四链结构
G G
结构特点
G G
Linked by Hoogsteen Bonding
可能的功能
A、 稳定真核生物染色体结构 B、 保证DNA末端准确复制 C、 与DNA分子的组装有关 D、 与染色体的 meiosis & mitosis 有关
的3’酯键到5’酯键 的方向
(5’→-U3C’AG)GCUA-3’ = UCAGGCUA
默认书写顺序5‘→3’
双螺旋模型的特征
1953. Watson & Crick
Chatgaff （查塔姆）对DNA 碱基组成的研究结果
Wilkins（威尔金斯）及其同事 Franklin（富兰克林）等用X射 线衍射方法获得的DNA结构资料
（1）核苷酸顺序；
（2）碱基组成；
（3）盐的种类；
（4）相对湿度。
B-DNA：生理状态下，每螺圈10.4个碱基对，右手螺旋； A-DNA：高盐浓度下，每螺圈11个碱基对，右手螺旋； Z-DNA：序列富含GC，嘌呤和嘧啶交替出现，每螺圈12个碱基对， 左手螺旋。
DNA钠盐在相对湿度92％或活 细胞生理状态下，以及A－T 较丰富的大多数自然DNA。
作业
1，名词解释： siRNA，分子生物学，蛋白质组学
2，维持DNA双螺旋的作用力有哪些？ 3，真核生物和原核生物从DNA到染色质的组装有何不同?
感谢下 载
Watson（沃森） 和 Crick（克 里克）建立的双螺旋模型
双螺旋DNA的结构特点：
右手反平行双螺旋 主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧，核糖平面与 旋转轴接近平行 两条链间存在碱基互补 螺旋的每条链相邻两个碱基平面之间的距离为 0.34 nm，每10个核苷酸形成一个螺旋，螺距为 3.4nm，直径为2nm 大沟（major groove，2.2nm）和小沟（minor groove，1.2nm）
l 带负电荷的磷酸基的静电斥力
☆每一个核苷酸的磷酸基上都带有一个负电荷。 如果这些负电荷没有被中和，双链之间的这种强 有力的静电排斥作用将驱使两条链分开
l 碱基分子的内能
☆当由于温度等因素使碱基分子内能增加时．碱 基的定向排列遭受破坏，从而削弱碱基的氢键结 合力和碱基的堆集力，会使DNA双螺旋结构受到破 坏。
染色体高级结构的维持有关。
核小体
——染色体的结构 基本单位
核小体的结构
☆组蛋白核心 八聚体（H2A．H2N．H3．H4 各两 分子）。
☆ DNA 左手螺旋缠绕在核心颗粒表面， 每圈80bp，共1.75圈，约146bp ； 相邻核心颗粒之间为一段60bp的 连接线DNA。
☆组蛋白H1 锁合两端。
3’,5’－磷酸二酯键：核酸是由众多核 苷酸聚合而成的多聚核苷酸，相邻二个核 苷酸之间的连接键即：3’，5’－磷酸二 酯键。
核酸的化学组成与共价结构
DNA分子的一级结构:共价结构 (DNA sequence)
1、 多聚核苷酸链 主链是核糖和磷酸 侧链为碱基
3’ 5’
由3’,5’磷酸二酯键连 接
2、 链的方向：同一个磷酸 基
DNA二级结构的其它形式
• 单链核酸形成的发夹结构 • 回文序列形成的十字形结构 • 三股螺旋DNA • DNA的四链结构
单链核酸形成的发夹结构
当同一个核酸分子中一段碱基序列附近紧 接着一段它的互补序列时，核酸链有可能自身回 折配对产生一个反向平行的双螺旋结构，称为发 夹（hairpin）。由茎（配对区）和环（非配对区） 组成。
四股螺旋DNA ( tetraplex DNA, Tetrable
Helix DNA ) 1958. Poly(G) X-ray
photogr碱ap基h 形成环状氢键连接结构
Tetrable Helix DNA
形成条件－－串联重复的鸟苷酸
• Poly (G), 4 (dG) • 染色体端粒高度重复的 DNA序列
回文序列形成的十字形结构
回文序列：又称反向重复序列，指DNA片段上的 一段具有二重旋转对称性的反向互补序列。在双链DNA中， 如果两条互补链分开，每条链上的互补序列都有机会发生 碱基配对而形成一个发夹。两个相对的发夹结构形成了一 个十字形结构，对应于4个双螺旋区域的交叉点。原来的 双螺旋位于十字形结构的两侧。
第二章 核酸的结构和功能
第一节 DNA的二级结构
–
核酸的化学组成与共价结构
–
双螺旋模型的特征
–
双螺旋结构的其他形式
–
DNA二级结构的其它形式
第二节DNA的高级结构
–
DNA的超螺旋结构
–
真核生物染色体的组装模型
第一节 DNA的二级结构
核酸的化学组成与共价结构
脱氧核糖核酸 （deoxyribonucleicacid,DNA）
DNA－RNA杂交分 子或RNA双链
在高盐的条件下，嘌呤-嘧啶 相间排列，在活细胞中如果 胞嘧啶被甲基化的（m5C）
Z－DNA的生物学意义：
应当指出Z－DNA的形成通常在热力学上是不利的。因为Z－DNA中带负 电荷的磷酸根距离太近了，这会产物静电排斥。但是，DNA链的局部不稳定 区的存在就成为潜在的解链位点。DNA解螺旋却是DNA复制和转录等过程中必 要的环节，因此认为这一结构位点与基因调节有关。
三股螺旋DNA
1957，Felsenfeld发现三链核酸结构（triplex)， 1963，Hoogsteen，提出DNA三螺旋结构，Hoogsteen模型中， 第三个碱基以A或T与A＝T中的A配对，G或C与G三C中的G配对， 只形成2个氢键，三股螺旋中第三股链可以来自分子间或分 子内。当DNA一条链或其中一段为全嘌呤，另一条链或其中 对应的一段为全嘧啶，责可回折产生H－DNA，这种重复序列 又称H回文序列。
拓扑异构酶I 识别负超螺旋DN超螺旋 ，在DNA复制 中起十分重要的作用
DNA拓扑异构酶催化反应本质是先切断DNA的磷酸二脂键，改变DNA 的链环数之后再连接之，兼具DNA内切酶和DNA连接酶的功能．然而它 们并不能连接事先已经存在的断裂DNA，也就是说，其断裂反应与连接 反应是相互耦联的。
染色体的包装
DNA 核小体链
纤丝 突环 螺旋圈 染色体
DNA （2nm） 核小体链（ 11nm，每 个核小体200bp）
纤丝（ 30nm，每圈6 个核小体）
突环（ 300nm，每个 突环大约75000bp）
螺旋圈（ 700nm，每 圈30个玫瑰花）
染色体（ 1400nm，每 个染色体含10个螺旋圈）
☆ 在细胞分离间期，基因组以染色质形式存在
常染色质
DNA的压缩比为1000-2000 ，
主要为单拷贝基因和中等重复序列，是基因的活跃表达区域。
异染色质
DNA折叠压缩程度比较高，以凝集状态存在，对碱性染料着色较深，
分为永久性的异染色质和功能性异染色质
☆ 在细胞分裂期，基 因组以染色体形式存在
染色体的化学组成
总结
在决定DNA双螺旋结构状态的四点因素中，前二 者(互补碱基的氢键结合力和相邻碱基的堆集力)有利于 DNA维持双螺旋构型，而后二者(磷酸基的静电斥力和碱 基分子的内能)则不利于DNA维持双螺旋构型。一种DNA 分子的结构状态将是达四种因素竞争的结果。
双螺旋结构的其他形式
DNA的构象现已知有A，B，C，D，E， T，Z 7种。引起DNA双链构象改变有以下 因素：
l
氢键 (Hydrogen bond 4~6 kc / mol)
弱键, 可加热解链
氢键堆积, 有序排列(线性, 方 向)
l 碱基堆积力 (非特异性结合力) ☆ 磷酸骨架, 氨基, 酮基周围水分子间的有序排 列☆ 嘌呤环与嘧啶环作用半径
3.4A° (0.34 nm/碱基对间距) ☆ 疏水作用力 (Hydrophobic interaction)
第二节DNA的高级结构
DNA的超螺旋结构
超螺旋是DNA三级结构的主要形式，双螺旋 DNA进一步扭曲盘绕则形成。
超螺旋是有方向的，有正超螺旋和负超螺旋两种
超螺旋结构的方向性
B-DNA
紧缠overwinding (右旋)
导致左手超螺旋
以一根绳子做实验： 原来的绳子的两股以 右旋方向缠绕；在绳 子的一端向紧缠方向 捻转，再将绳子的两 端连接起来，则产生 一个左旋的超螺旋以 解除外加捻转的协变
正超螺旋（positive supercoiled ）
B-DNA
松缠unwinding (左旋)
导致右手超螺旋
在绳子的一端向松缠 方向捻转，再将绳子 的两端连接起来，则 产生一个右旋的超螺 旋以解除外加捻转的 协变
负超螺旋（Negative Supercoiled ）
DNA超螺旋的产生
☆ DNA超螺旋都是由DNA拓扑异构酶产生的
核 酸
核糖核酸（ribonucleicacid,RNA）
核酸的化学组成与共价结构
碱 基
核酸的化学组成与共价结构
戊 糖
核酸的化学组成与共价结构
核苷（nucleoside)：由D－核糖或D－2脱氧 核糖与嘌呤或嘧啶通过糖苷键连接组成的化 合物。核酸中的主要核苷有八种。
核苷酸(nucleotide)：核苷酸 与磷酸残基构成的化合物，即 核苷的磷酸酯。核苷酸是核酸 分子的结构单元。
模型中的碱基配对有何重要性？ ①A-T,G-C配对可形成很好的线性氢键； ②A-T对和G-C对的几何形状一样，使双链 距离相近，使双螺旋保持均一； ③碱基对处在同一平面内。不论核苷酸的 顺序如何，都不影响双螺旋的结构； ④为DNA半保留复制奠定了基础。