核酸的化学组成.
核酸的结构与功能
核酸的结构与功能核酸，这个生物体的基本组成部分，以其独特的结构和功能，影响着生物体的生命活动。
它包括DNA和RNA两种主要类型，各有其独特的特点和功能。
一、核酸的结构核酸是由磷酸、核糖和四种不同的碱基组成。
这四种碱基分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。
它们通过特定的方式连接在一起，形成DNA或RNA。
DNA，也被称为脱氧核糖核酸，是生物体遗传信息的主要载体。
它是由两条相互旋转的链组成的双螺旋结构，其中碱基通过氢键以特定的配对方式连接，即A与T配对，G与C配对。
这种配对方式保证了DNA 的稳定性和遗传信息的正确复制。
RNA，也被称为核糖核酸，是生物体内重要的信息传递者和调节者。
它通常是由单链结构组成，也可以是双链结构。
与DNA不同，RNA的碱基配对方式相对简单，通常是A与U配对，G与C配对。
二、核酸的功能1、遗传信息的储存和传递：DNA是生物体遗传信息的主要载体，负责储存和传递生物的遗传信息。
这些信息通过DNA的复制传递给下一代，并指导生物体的生长和发育。
2、基因表达的调控：RNA在基因表达中起着重要的调控作用。
它可以通过碱基配对原则识别并携带DNA中的遗传信息，将遗传信息从DNA传递到蛋白质合成的地方。
同时，一些RNA还可以作为调节分子，影响基因的表达。
3、蛋白质合成：RNA不仅是遗传信息的载体，还是蛋白质合成的模板。
在蛋白质合成过程中，RNA将DNA中的遗传信息翻译成蛋白质中的氨基酸序列。
4、细胞内的信号传导：某些RNA分子可以作为分子开关，调控细胞内的信号传导通路。
这些RNA可以结合并调控蛋白质的活性，从而影响细胞内的生物化学反应。
5、免疫反应的调节：某些RNA分子还可以作为免疫反应的调节剂。
它们可以影响免疫细胞的活性，从而影响免疫反应的强度和持续时间。
总结起来，核酸是生物体中至关重要的分子，其结构和功能共同保证了生物体的正常生长和发育。
从DNA中的遗传信息传递到RNA的信息载体作用，再到蛋白质的合成和细胞内信号传导的调控，核酸都发挥着不可或缺的作用。
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。
核酸化学
2.DNA双螺旋特征
（1）主链：两条平行的多核 苷酸链，以相反的方向，（即 一条由3΄向5΄，另一条由5΄向 3΄），围绕着同一个（想象的） 中心轴，以右手旋转方式构成 一个双螺旋形状。疏水的碱基 位于螺旋的内侧，亲水的磷酸 基和脱氧核糖以磷酸二酯键相 连成的骨架位于外侧。糖环平 面与中心轴平行，碱基平面与 中心轴相垂直。
• DNA三股螺旋结构常出现在 DNA复制、转录、重组的起始位 点或调节位点，如启动子区。 第三股链的存在可能使一些调控 蛋白或RNA聚合酶等难以与该区 段结合，从而阻遏有关遗传信息 的表达。
（3）四股螺旋DNA
•形成条件－－串联重复的鸟苷酸 •基本结构单元－－鸟嘌呤四联体 •碱基之间靠 Hoogsteen 键连接 •已有实验结果表明－－真核细胞端 粒中存在四链结构
第4章 核酸化学
生物大分子
生物大分子是指生命体 内一些组织结构复杂的高分 子，它们是生命活动的主要 物质基础，因而被称为生命 物质。主要类型有蛋白质、 核酸、多糖、脂类。 生物大分子大多数是由 简单的组成结构聚合而成的， 蛋白质的组成单位是氨基酸， 核酸的组成单位是核苷 酸……
第1节 核酸的种类、分布与化学组成
DNA超螺旋的形成
DNA正常的双螺旋结构 处于能量最低状态，双 螺旋中没有张力而处于 松弛状态。如果这种正 常双螺旋额外增加或减 少螺旋圈数，就会使双 螺旋内的原子偏离正常 的位置而产生张力，这 样正常的双螺旋就发生 扭曲而形成超螺旋。超 螺旋总是向着抵消初级 螺旋改变的方向发展。
大多数原核生物 ： 1）共价封闭的环状 双螺旋分子 2）超螺旋结构：双 螺旋基础上的螺旋化
Erwin Chargaff （1905－1995）
（二）DNA的一级结构 由4种脱氧核苷酸 dAMP 、 dGMP 、 dCMP 、 dTMP 按 照 一定的排列顺序通 过磷酸二酯键连接 而成的没有分支的 多核苷酸链。
第5章核酸的化学 第二节 核酸的化学组成
食品生物化学
二、核酸的水解产物
3.次黄嘌呤衍生物——次黄嘌呤核苷酸（IMP）
在肌肉组织中，腺嘌呤核苷酸循环过程中由AMP脱氨形成 次黄嘌呤核苷酸。
次黄嘌呤核苷酸在生物体内是合成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤 核苷酸的关键物质，对生物的遗传有重要的功能。另外，它还 是一种很好的助鲜剂，有肉鲜味，与味精以不同比例混合制成 具有特殊风味的强力味精（见第九章第二节鲜味）。
2.腺苷衍生物——环腺苷酸（cAMP）
cAMP是由ATP经腺苷酸环化酶催化而成的。
食品生物化学
图5-7 环腺苷酸（cAMP）
食品生物化学
cAMP广泛存在于一切细胞中，浓度很低。它们的主要作 用不是作为能量的供体，而是在生物体内参与细胞内多种调节 功能，如它可调节细胞内催化糖和脂肪反应的一系列酶的活性， 也可以调节蛋白激酶的活性。一般把激素称为第一信使，而称 cAMP为“第二信使”。
核酸是一种聚合物，它的结构单位是核苷酸 。
核酸
核苷酸
磷酸
核苷
碱基
戊糖
(嘌呤碱和嘧Ch啶em碱Pa)st(e核r 糖或脱氧核糖)
图5-1 核酸的水解产物
食品生物化学
三、核酸水解产物的化学结构
1．戊糖
DNA和RNA的主要区别是所含戊糖不同，DNA分子中的戊 糖是β-D-2-脱氧核糖，而RNA分子中的戊糖是β-D-核糖 。
碱基 Ade Gua Cyt Ura
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
第三章 核酸化学
rRNA的功能 参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。
思考题：
体内有哪些重要的核苷酸？各有何作用？
DNA和RNA在化学组成、分子结构和生理功能有何异同？ 利用核酸的理化性质在临床实践中有何应用？
N O O
-
NH2 N N OCH2
-
O O
-
O O
-
N H H
P O
-
P O
-
P O
O
H H
OH OH 三磷酸腺苷 (AT P )
多磷酸核苷酸
5′-磷酯键
N N O -O O O O O
NH 2
N
N
P O-
P O-
P O-
O
CH 2 H H OH
O H H H
脱氧腺嘌呤核苷 脱氧腺嘌呤一磷酸 (dAMP) 脱氧腺嘌呤二磷酸 (dADP) 脱氧腺嘌呤三磷酸 (dATP)
NH
核苷
N N
2 N 9 N
糖苷键
CH O H O 2 1'
H H OH H 2' O H H
嘌呤N-9或嘧啶N-1与核糖C-1通过β-N-糖苷 键相连形成核苷。
核苷酸(ribonucleotide)
NH2
酯键
O
N N O
N
9 N
糖苷键
HO P O CH 2 O
-
H
H
OH
' 1 H H 2'
* tRNA的二级结构
——三叶草形
氨基酸臂 DHU环 反密码环
额外环
生物化学第三章核酸
第三节 RNA的结构与功能
Structure and Function of RNA
• DNA和RNA的区别
不同点 戊糖 碱基 二级结构 碱基互补配对 种类 RNA 核糖 G C A U 单链 忠实性较低 多 （mRNA，rRNA， tRNA 等） DNA 脱氧核糖 G C A T 双链 忠实性高 少
碱基互补配对: 腺嘌呤/胸腺嘧啶(A-T)
4.双螺旋表面存在大沟和小沟
小沟
大沟
（二） DNA二级结构的多样性
• 三种DNA构型的比较
螺距 旋向 (nm) 每圈碱 基数 螺旋直径 （nm） 骨架 走行
存在条件
A型 右手 B型 右手
2.3 3.54
11 10.5
2.5 2.4
平滑 平滑
体外脱水 生理条件
（二）碱基
碱基(base)是含氮的杂环化合物。
腺嘌呤
嘌呤 碱基 嘧啶 鸟嘌呤 存在于DNA和RNA中
胞嘧啶
尿嘧啶 胸腺嘧啶 仅存在于RNA中 仅存在于DNA中
NH2
嘌呤(purine，Pu)
N 7 8 9 NH
N
N
NH
5 4
6 3 N
1N 2
腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
鸟嘌呤(guanine, G)
(二) 原核生物DNA的环状超螺旋结构
原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形 式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。
DNA超螺旋结构的电镜图象
(三) DNA在真核生物细胞核内的组装
真核生物染色体由DNA和蛋白质构成
基本单位是核小体
DNA染色质呈现出的串珠样结构。 染色质的基本单位是核小体(nucleosome)。
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
核酸的化学组成
O
H3C
NH
N
NH
N 1
6
N H O
N H
O
N H
O
2，4-二氧嘧啶
2-氧-4-氨基嘧啶
5-甲基-2，4-二氧嘧啶
U
C
T
组成核酸的稀有碱基
核酸中除了5类基本的碱基外，还有一些含量甚 少的碱基，称为稀有碱基。
O
N N N N O N N
NH2
—CH3
I
m5C
DHU
碱基的结构特征
碱基都具有芳香环的结构特征。嘌呤环和嘧啶 环均呈平面或接近于平面的结构。 碱基的芳香环与环外基团可以发生酮式—烯醇 式或胺式—亚胺式互变异构。
DNA
D-2-脱氧核糖
A
NH2 N
鸟嘌呤
嘌呤
6
1N 2 5
guanine
7 N
O
N 3
4
N 9
8
N
N NH
N H
N
N H
N
NH2
A
G
1.组成核酸的碱基 尿嘧啶 uracil
O
嘧啶
4 3N 2 5
胞嘧啶 胸腺嘧啶 cytosine thymine
O
O
C2’-endo（2E) C5’ 4’ 3’ O 2’ 1’ N C5’ 4’
N O 3’ C3’-exo(E3) 2’ 1’
C2’-exo(E2)
（2）扭转式 糖环的C2’和C3’都偏离平面而且偏离方向相反称 为扭转式折叠（Twist,简写为T ）。如C2’-endo C3’-exo（23T), C2’-exo-C3’- endo(3T2) 。上述几种构 象可分别以侧视简图表示：
核酸—RNA的分子组成和结构(生物化学课件)
一、tRNA的分子结构
1 73-88个核苷酸组成的单链核酸; 2 含有较多的稀有核苷,如DHU，m5C，Ψ[psai]
和其它甲基化的核苷; 3 3'—未端都为……CpCpA-OH; 4 5'—未端大多数为pG……, 也有pC……; 5 tRNA的二级结构呈三叶草形;
19
tRNA的二级结构：
1）氨基酸臂：由7对碱基组成，富含鸟嘌呤，末端为—CCA，接受活化的 氨基酸。
◆ 5-帽子结构:m7G-5ppp5-N-3-p-5-end的m7G通过 三个磷酸基与一个或两个2-O-甲基核苷(N)的C-5 相连。 它使mRNA具有抗5-核酸外切酶的作用，使mRNA 稳定，延长寿命。为核糖体提供识别位点,促进蛋 白质合成的起始复合物的合成。
◆ 3-端具3-poly(A)尾巴，其长短与mRNA 寿命有关，新合成的mRNA,．polyA链较长， 而衰老的mRNA，polyA链缩短
磷酸
核酸酶 RNA 水解 核苷酸
戊糖 核糖
核苷 核苷酶
嘌呤
碱基
嘧啶
（一）RNA中的碱基分为嘧啶碱和嘌呤碱两类
1．RNA中常见的4种碱基
碱 基:
嘌呤 (purine)
N 7
8 9 NH
5 6 1N
43 2 N
NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
O
N NH
NH
N
NH2
鸟嘌呤(guanine, G)
嘧啶(pyrimidine)
NH2
5 4 3N
612 NH
N
NH
O
胞嘧啶(cytosine, C)
O
NH
NH
O
04 核酸化学
DNA的超螺旋结构
原核生物DNA的高级结构 DNA在真核生物细胞核内的组装Fra bibliotek赵丹丹
第4章 核酸化学
37
1、DNA的二级结构
1953年，James.Watson和Francis.Crick 提出了DNA二级结构模型——双螺旋 结构模型。 主要有三方面的依据： 一是已知核酸化学结构和核苷酸键长 与键角的数据； 二是Chargaff发现的DNA碱基组成规律， 显示碱基间的配对关系； 三是对DNA纤维进行X射线衍射分析 获取的精确结果。
赵丹丹
第4章 核酸化学
47
（2）DNA双螺旋结构的稳定因素
氢键（hydrogen bond） ，重要因素 ； 碱基堆积力（base stacking action） ，主要因素。 碱基堆积使双螺旋内部形成疏水核心，从而有利于碱基间 形成氢键； 离子键，磷酸基团在生理条件下解离，使DNA成为一种 多阴离子，这有利于与带正电荷的组蛋白或介质中的阳离 子之间形成静电作用，能减少双链间的静电排斥，有利于 双螺旋的稳定 。
赵丹丹
第4章 核酸化学
49
Comparison of the A、B and Z forms of DNA The B form is the most stable structure for a random-sequence of DNA molecule under physiological conditions, and is therefore the standard point of reference in any study of the properties of DNA.
赵丹丹
胞嘧啶脱氧核苷
第4章 核酸化学 16
核酸的化学组成
核酸的化学组成:核酸-----核苷酸-----核苷+ 磷酸-----戊糖+ 碱基染色体（chromosome）：是指存在于细胞核中的棒状可染色结构，由染色质（chromatin）构成。
真核细胞染色体的特征：（1）分子结构相对稳定；（2）能够自我复制，使亲子代间保持连续性；（3）能够指导蛋白质合成，控制整个生命过程；（4）能够产生可遗传的变异。
染色体上的蛋白质主要包括组蛋白和非组蛋白。
非组蛋白包括酶类及细胞分裂有关的一些蛋白。
它们可能与DNA的结构、复制及转录等有关。
C-值（C-value）:一种生物单倍体基因组DNA的总量。
C-值矛盾（C-value paradox）：基因组大小与机体的遗传复杂性缺乏相关性。
真核细胞DNA的种类:不重复序列、中度重复序列、高度重复序列（卫星DNA）核小体是组成染色质的重复单位，每个核小体由约200（160～250）bp的DNA，和H2A、H2B、H3、H4各2个，以及一个H1组成。
核心颗粒结构：放出H1；剩余的颗粒称为核心颗粒，由H2A、H2B、H3、H4组成DNA-----核小体-----30nm纤丝----中期染色质-----染色体单体真核生物基因组的结构特点：1、基因组庞大；2、大量重复序列的存在；3、大部分序列为非编码序列；4、转录产物为单顺反子；5、真核基因是断裂基因；6、真核基因存在大量的顺式作用元件；7、DNA存在多态性；8、具有端粒结构DNA多态性：指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性、串联重复序列多态性原核生物的遗传物质只以裸露的核酸分子存在，且与少量的非组蛋白结合，但不形成染色体结构，习惯上把原核生物的核酸分子也称为染色体。
原核生物基因组的特点（1）结构简练其DNA分子绝大多数用于编码蛋白质，不翻译的序列只占4%，并且编码序列是连续的；（2）存在转录单元功能上密切相关的基因构成操纵子或高度集中，并且可被一起转录；（3）重叠基因和基因内基因即同一段DNA序列能携带两种不同蛋白质的遗传信息。
华中农业大学生物化学考研试题库附答案核酸化学
第5章核酸化学一、学大纲基本要求DNA、RNA的结构和性质以及研究技术。
核酸的化学结构，碱基、核苷、核苷酸，DNA的结构,DNA 的一级结构, DNA的二级结构, DNA结构的不均一性和多形性, 环状DNA, 染色体的结构。
RNA的结构, RNA的类型和结构特点,tRNA的结构和功能, mRNA的结构和功能, rRNA的结构和功能。
核酸的性质, 解离性质, 水解性质, 光吸收性质, 沉降特性,变性、复性及杂交。
核酸研究技术,核酸的分离纯化,限制性核酸内切酶,DNA物理图谱,分子杂交,DNA序列分析,DNA的化学合成，DNA 聚合酶链式反应—PCR。
二、本章知识要点(一) 核酸的化学组成1．元素组成核酸分子主要由碳、氢、氧、氮和磷等元素组成。
与蛋白质相比较，核酸的元素组成中一般不含有硫，而磷的含量较为稳定，占核酸9％～10％。
可通过测定磷含量来估计样品中核酸的含量。
2．物质组成核酸在核酸酶的作用下水解为核苷酸，核苷酸完全水解可释放出等摩尔量的含N碱(碱基Base)、戊糖和磷酸。
因此构成核酸的物质成分有三类：包括磷酸、戊糖和碱基。
戊糖可分为核糖和脱氧核糖，碱基又分为嘌呤碱和嘧啶碱两类，DNA中的戊糖和碱基与RNA有所不同。
DNA分子中的戊糖是β-D-2-脱氧核糖,RNA中的戊糖是β-D-核糖。
DNA分子中存在的碱基主要有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。
RNA分子中除含有A，G，C外，还含有尿嘧啶(U)，而不含有T。
因此，DNA和RNA的碱基组成上，嘧啶的组成有所不同。
在DNA和RNA分子中尚含有少量的不常见的其他碱基，称为稀有碱基，它们大多数是常见碱基的甲基化衍生物。
3．核酸的基本单位——核苷酸组成DNA的核苷酸(nucleotide)称为脱氧核糖核苷酸，组成RNA的核苷酸称为核糖核苷酸。
核苷酸则是由磷酸、戊糖、碱基组成。
碱基和核糖或脱氧核糖之间脱水通过糖苷键(glycosidic bond)缩合形成核苷或脱氧核苷，戊糖的第1位碳原子与嘌呤的第9位氮原子相连构成l，9—糖苷键，而与嘧啶的第l位氮原子相连构成1，1-糖苷键。
核酸的组成和分类
核酸的组成和分类核酸的基本结构单位是核苷酸，核苷酸由核苷和磷酸组成，核苷由碱基和戊糖组成。
DNA 中戊糖为D-2-脱氧核糖(D-2-deoxyribose)，碱基为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶；RNA 中戊糖为D-核糖(D-ribose)，碱基为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。
碱基和戊糖的化学结构组成核酸的碱基主要为嘌呤衍生物和嘧啶衍生物，核酸中的嘌呤衍生物都是腺嘌呤和鸟嘌呤。
嘌呤碱基由母体化合物嘌呤衍生而来。
嘧啶碱基是母体化合物嘧啶的衍生物，DNA ：嘧啶衍生物为胞嘧啶和胸腺嘧啶，RNA ：嘧啶碱为胞嘧啶和尿嘧啶，但tRNA 中含有少量胸腺嘧啶核酸中还发现一些修饰碱基，也称稀有碱基，它们绝大部分也都是嘌呤和嘧啶类化合物。
稀有碱基含量很少，种类却很多，以甲基化的碱基居多。
核酸中，tRNA 含稀有碱基最多，含量可高达10％。
（自己画结构）核酸根据戊糖的种类分类，构成DNA 的戊糖是D-2-脱氧核糖，RNA 链的戊糖是D-核糖。
此外, 还发现有D-2-O-甲基核糖。
糖环上的C 原子编号为1’，2’，3’，4’，5’。
核苷戊糖与碱基缩合而成的化合物称为核苷。
1、核苷的分类 按照戊糖种类的不同：核糖核苷，脱氧核糖核苷，2-O-甲基核苷；按照碱基的不同：嘌呤核苷和嘧啶核苷2、核苷的结构特点核苷结构中糖基与碱基以β-糖苷键相连，称为N-糖苷键，核苷中戊糖均为呋喃型环状结构。
在空间结构上碱基与糖环平面互相垂直，在DNA双螺旋中碱基配对是以反式定位的，碱基上的氨基或酮基可以互变异构为亚氨基或烯醇基。
不同pH条件下核苷有不同的解离态。
核苷酸1、种类核苷的磷酸酯叫核苷酸，分为核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两大类。
核糖核苷的戊糖分别可形成2’ 、3’、5’三种核苷酸；脱氧核糖核苷只能形成3’和5’-核苷酸；2’-O-甲基核苷也只有两种核苷酸。
生物体内存在的游离核苷酸多以5’形式存在，碱水解RNA时，可得到2’,3’－核糖核苷酸的混合物。
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。
第五章核酸的化学
第一节 核酸的化学组成 一、戊糖 二、碱基 三、核苷 四、核苷酸 五、多磷酸核苷酸 六、环化腺苷酸
DNA分子的结构 第二节 DNA分子的结构 一、DNA分子大小 二、DNA的碱基组成 三、DNA的一级结构 四、DNA的二级结构 五、DNA的三级结构 六、DNA的性质
第一节 核酸的化学组成
三、核苷(nucleoside)：戊糖以β-OH与一 个碱基缩合而成 – 核糖核苷：存在于 RNA中，有腺苷
（A）、鸟苷（G）、胞苷 （C）、 尿苷（U）。
– 脱氧核苷：存在于 DNA中，有脱氧腺苷
（dA） 、脱氧鸟苷（dG）、 脱氧胞苷（dC）、 脱氧胸苷 （dT）。
第一节 核酸的化学组成
第二节 DNA分子的结构 • 三、DNA的三级结构比较 的三级结构比较
DNA三级结构模式图
（a）直线型双螺旋结构；（b）开环型结构；（c）闭合环超螺旋结构
第二节 DNA分子的结构
第二节 DNA分子的结构
O O P O O
5'CH2 4'
• DNA分子的一级结构图
O H 碱基
1'
H O
3'
A
C
T
H
G
C
T
2'
H
H
O P O O
5'CH2 4'
5' P O H 碱基
1' 2'
P
P
PPP来自OH 3'H
3'
H
O O P O O
5'CH2 4'
H
H
O H
3' 2'
核酸的结构和功能
第二章 核酸的结构和功能内容提要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：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，OD 260增高。
OD 260达到最大值的50%时的相应温度为DNA解链温度（Tm ）。
第二节 核酸的结构
（二） DNA的一级结构 (primary structure)
• 定义：
指由数量极其庞大的4种脱氧核
糖核苷酸以3´, 5´- 磷酸二酯键连接
形成的线形或环形分子。常指DNA 分子中核苷酸的排列顺序。
Fig. 2-3 3,5-phosphodiester bridges link nucleotides together to form polynucleotide chains.
B 适中 右手 2.37nm 0.34nm 34.6º 10.4 3.54nm 1º
Z 细长 左手 1.84nm 0.38nm 60º 12 4.56nm 9º
Fig.4-10-2 Comprison of A, B, Z forms of DNA.
（四） DNA的三级结构
• 定义：
在双螺旋的基础上进一步螺旋化，形成超螺旋DNA （Supercoiled DNA）。
由于磷酸基团带负电荷，两条 多核苷酸链将可能因为静电斥力而 相互分开，DNA分子是如何维持其 稳定性呢？
Fig.4-9 Backbone of DNA
（3）碱基对位于内侧，两条链上的碱基借助 H键一一配对，A与T配对, 形成两个H键，C 与G配对，形成三个H键——以上碱基配对原 则，称碱基互补（base complementary） 。 碱基平面与纵轴相垂直。
H2A、H2B、H3、H4 组成的八聚体 连接DNA（linker DNA）: 20~80bp DNA H1
核小体化学组成：
DNA: 组蛋白: 非组蛋白: RNA = 1: 1: 0.6: 0.1
组蛋白： 碱性蛋白，富含碱性氨基酸(lys, Arg)， （Histone） 分为H1，H2A，H2B，H3，H4五类。 非组蛋白：包括各种结构蛋白、参与复制与转录 的蛋白等。
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胺基酸=20種
□□□遺傳密碼 444=64種 一種胺基酸 有二種以上遺傳密碼
同義碼 離胺酸 纈胺酸 AAA GUU AAG GUC GUA GUG
mRNA-密碼子
起始密碼子 終止密碼子
AUG 甲硫胺酸
UAA UAG UGA
轉錄
DNA遺傳密碼 抄錄到mRNA的過 程
轉錄
DNA遺傳密碼 3’-CAT-AAATGC-5’ 5’-GUA-UUUACG-3’
dATP,dTTP,dCTP,dG
DNA聚合酶
沿鑄模3’→5’ 製造新股DNA 新股DNA 沿新股5’→3’
DNA複製
連續的合成 順向股線(引導股) 不連續的合成 逆向股腺(落後股)
DNA複製方向
真核生物 雙向複製 原核生物 單向複製
麥舍生&史塔爾
15 利用N 追蹤
DNA半保留複製
DNA的複製
DNA複製
半保留複製︰ 二股皆各保留一舊股 另各自合成一新股
DNA複製
以DNA為鑄模 先製造RNAprimer DNA聚合酶 複製互補的DNA
螺旋酶
使二股DNA分開 形成複製叉 每股DNA 各自作為鑄模
鑄模 T A G C 鹼基配對 A T C G DNA聚合酶 三磷酸去氧核苷
焦點1酸鏈 磷酸 五碳糖核糖 含氮鹽基A,G,C,U
RNA含氮鹽基
A 腺嘌呤 G 鳥糞嘌呤 C 胞嘧啶 U 脲嘧啶
mRNA(傳訊RNA) 決定胺基酸順序 tRNA(轉送RNA) 攜帶胺基酸 rRNA構成核糖體
遺傳訊息 DNA-遺傳密碼 mRNA-密碼子 tRNA-補密碼 三個含氮鹽基為一組 決定一種胺基酸
焦點14
核酸的化學組成
磷酸 核 核 苷 五碳糖 酸 酸 含氮鹽基 C,H,O,N,P
焦點15
DNA的構造
DNA構造模型
二股DNA互相平行 方向相反的雙螺旋 扭曲梯狀結構 (旋轉一圈34Å)
DNA含氮鹽基
A 腺嘌呤 G 鳥糞嘌呤 C 胞嘧啶 T 胸腺嘧啶
焦點16
轉譯
mRNA密碼子 翻譯為胺基酸的順序 發生於粗糙內質網, 細胞質的核糖體
轉譯
mRNA密碼子
5’-GUA-UUU-ACG3’
CAU AAA UGC
mRNA密碼子
5’-GUA-UUUACG-3’ tRNA補密碼 CAU AAA