结构生物化学第六章 核酸的结构与功能
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。
生物化学核酸的结构与功能
生物化学核酸的结构与功能核酸是由多个核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键相连的多聚物，分为rna和dna。
核酸的一级结构是指构成核酸的多聚核苷酸链上的所有核苷酸或硷基的排列顺序。
每一条线形多聚核苷酸链都具有极性，有5’-端和3’-端。
书写核酸一级结构的惯例是，从左到右先写5’- 端，再写3’- 端。
核酸一级结构的意义是储存生物体的遗传资讯。
dna的二级结构主要是各种形式的螺旋，特别是b型双螺旋，此外还有a型双螺旋、z型双螺旋、三链螺旋和四链螺旋等。
其中最主要的形式为watson和crick于1953年提出的b型双螺旋，其核心内容是：dna由两条呈反平行的多聚核苷酸链组成，它们相互缠绕形成右手双螺旋；两条链通过at硷基和gc硷基对互补结合在一起；硷基对位于双螺旋的内部，并垂直于暴露在外的脱氧核糖磷酸骨架。
硷基对之间的疏水键和範德华力对双螺旋的稳定起一定的作用；双螺旋的表面含有大沟和小沟；相邻硷基对距离为，相差约36°。
螺旋直径为2nm，每一转完整的螺旋含有10个bp，其高度为3.4nm。
一定的条件下，双链dna可以从b型转变成其他螺旋构象，但在正常的细胞环境中能够存在的只有a、b、z。
引起dna双链构象改变因素有硷基组成和序列、盐的种类、盐浓度和相对溼度。
低溼度下，dna可形成a 型双螺旋。
dna与rna形成的杂交双链为a型双螺旋；嘌呤嘧啶相间排列的dna在高的盐浓度下可形成左旋的z-dna。
而体内m5c 上的甲基化被认为有利于b型向z 型的转变。
体内z-dna的形成可能与基因表达调控有关。
dna双螺旋结构的证据有x射线衍射资料、chargaff 规则和硷基的互变异构性质。
双螺旋稳定的因素有氢键、硷基堆积力和阳离子或带正电荷的化合物对磷酸基团的中和，其中起决定性作用的是硷基的堆积力。
三链螺旋结构即h-dna，它是dna的非标準二级结构，其形成需要至少dna 的一条链全部由嘌呤核苷酸组成。
在细胞内，h-dna经常出现在dna複製、转录和重组的起始位点或调节位点。
第六章 生物化学核酸讲解
生物化学核酸讲解核酸是遗传物质1868年瑞士Miesher.从脓细胞的细胞核中分离出可溶于碱而不溶于稀酸的酸性物质。
间接证据：同一种生物的不同种类的不同生长期的细胞，DNA含量基本恒定。
直接证据：T2噬菌体DNA感染E.coli用35S标记噬菌体蛋白质，感染E.coli，又用32P标记噬菌体核酸，感染E.coliDNA、RNA的分布（DNA在核内，RNA在核外）。
第一节核酸的化学组成核酸是一种线形多聚核苷酸，基本组成单位是核苷酸。
结构层次：核酸核苷酸组成核酸的戊糖有两种：：D-核糖和D-2-脱氧核糖，据此，可以将核酸分为两种：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）P330 表5-1 两类核酸的基本化学组成一、碱基1. 嘌呤碱：腺嘌呤鸟嘌呤2. 嘧啶碱：胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶P331 结构式3. 修饰碱基植物中有大量5-甲基胞嘧啶。
E.coli噬菌体中，5-羟甲基胞嘧啶代替C。
稀有碱基：100余种，多数是甲基化的产物。
DNA由A、G、C、T碱基构成。
RNA由A、G、C、U碱基构成。
二、核苷核苷由戊糖和碱基缩合而成，糖环上C1与嘧啶碱的N1或与嘌呤碱的N9连接。
核酸中的核苷均为β-型核苷P332 结构式腺嘌呤核苷胞嘧啶脱氧核苷DNA 的戊糖是：脱氧核糖RNA 的戊糖是：核糖三、核苷酸核苷中戊糖C3、C5羟基被磷酸酯化，生成核苷酸。
1、构成DNA、RNA的核苷酸P333表5-32、细胞内游离核苷酸及其衍生物①核苷5’-多磷酸化合物A TP、GTP、CTP、ppppA、ppppG在能量代谢和物质代谢及调控中起重要作用。
②环核苷酸cAMP（3’，5’-cAMP）cGMP（3’，5’-cGMP）它们作为质膜的激素的第二信使起作用，cAMP调节细胞的糖代谢、脂代谢。
③核苷5’多磷酸3’多磷酸化合物ppGpp pppGpp ppApp④核苷酸衍生物HSCoA、NAD+、NADP+、FAD等辅助因子。
GDP-半乳糖、GDP-葡萄糖等是糖蛋白生物合成的活性糖基供体。
核酸的结构和功能
核酸的结构和功能核酸是生物体内的重要生物大分子之一，其结构和功能对于生物体的正常生理活动具有重要意义。
核酸主要包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA），它们在细胞中扮演着信息传递、遗传、调控等方面的重要角色。
本文将详细介绍核酸的结构和功能。
一、核酸的结构核酸是由核苷酸单元组成的长链分子。
核苷酸由一个含氮碱基、糖分子和磷酸组成。
核苷酸通过磷酸二酯键连接成链状结构，相邻核苷酸之间的磷酸二酯键被称为链的磷酸骨架。
在DNA中，糖分子是脱氧核糖（deoxyribose），而在RNA中则是核糖（ribose）。
碱基分为嘌呤（鸟嘌呤和胸腺嘧啶）和嘧啶（腺嘌呤、鸟嘌呤和尿嘧啶）两类。
在DNA中，鸟嘌呤和胸腺嘧啶以氢键的方式通过碱基配对相互结合，形成双螺旋结构。
而在RNA中，核糖和碱基之间没有形成稳定的双螺旋结构。
二、核酸的功能1.存储遗传信息：DNA是生物体内存储遗传信息的主要分子。
通过DNA的序列编码了生物体内所有蛋白质的合成信息。
每一个DNA分子都包含了生物体所有的遗传信息，它能够准确地复制自身，并通过遗传信息的传递实现后代群体的生存和繁殖。
2.转录和翻译：DNA的遗传信息通过转录作用被转录成一种中间产物RNA，即RNA的合成过程。
在细胞质中，RNA通过读取DNA上的密码信息并翻译成蛋白质序列，从而实现遗传信息的传递。
这个过程被称为翻译。
3.转运和储存能量：核酸还能承担转运和储存能量的功能。
例如，三磷酸腺苷（ATP）是细胞内的一种重要能量转移分子，在胞吞、细胞呼吸等细胞代谢过程中转运和释放能量。
4. 催化作用：部分RNA分子具有催化作用，被称为酶RNA （ribozyme）。
酶RNA能够在特定条件下催化化学反应，例如：RNA酶能够剪切RNA链，还能参与核酸的合成和修复等生物化学过程。
5.调控基因表达：除了DNA编码蛋白质的功能外，核酸还能调控基因表达过程。
RNA在细胞内扮演着信使RNA、转运RNA和核糖体RNA等不同角色，参与调控基因表达的过程，例如：转录因子通过与一些基因的调控区域结合，将DNA转录为RNA，进而调控该基因的表达。
核酸的结构和功能Structureandfunctionofnucleicacid-生物化学
人DNA 2.9 109bp 9.9 108nm
方向
RNA易降解
核酸链示意图（线条式）
核酸的文字表述方式
5’pApCpTpTpGpApApCpG3’ DNA 5’pApCpUpUpGpApApCpC3’ RNA
简化为：
5’pACTTGAACG3’ DNA
5’pACUUGAACG3’RNA
一级结构的基本特征
由四种脱氧核苷酸通过3,5-磷酸二酯键连成不分枝的多
碱基不参于主链而是
向外伸出形成侧链， 主链单调重复，侧链千变万化。
一级结构中重要的是核苷酸的组成（数量）和排列顺序
（碱基序列）。不同的DNA有不同的碱基组成和排列 顺序，这是构成DNA作为遗传物质的关键因素。
核酸的结构和功能
Structure and function of nucleic acid
1. 2. 3.
核酸的化学组成 核酸的分子结构 核酸的理化性质及应用
1 核酸的种类分布和化学组成
1.1 核酸的发现及其生物学功能 1.2 核酸的种类和分布
1.3 核酸的化学组成
1.1 核酸的发现及其生物学功能
结论：
在加热杀死的ⅢS型肺炎双球菌中有较耐高温的转化物质能够
进入ⅡR型
IIR型转变为ⅢS型
无毒转变为有毒。
1.1.2
A.D.Hershey
M.Chase （1952年）
1952年A.D.Hershey和
M.Chase用35S和32P分别标
记T2噬菌体的蛋白质和核酸，
感染大肠杆菌的实验进一步
证明了DNA是遗传物质
(A+T) /(G+C)
1.01 1.21 1.21 1.43 1.079
生物化学中的核酸结构与功能
生物化学中的核酸结构与功能生物化学是研究生物分子结构与生命活动相关的化学知识。
而核酸作为生物分子中的一个关键组分，其结构与功能自然也是生物化学领域的热点之一。
本文将探讨核酸结构与功能这一重要话题。
1.核酸的基本结构核酸是由核苷酸构成的生物分子，核苷酸由碱基、糖和磷酸三部分组成。
DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）是两种常见的核酸类型。
DNA是存储细胞遗传信息的主要分子，RNA则参与了细胞信息的传递和蛋白质合成过程。
DNA分子中的糖是脱氧核糖，在其上连接着碱基（A、C、G、T），磷酸基则连接在糖的横向羟基上。
因此，聚合成的核酸分子具有一个单一的方向（5’端到3’端）。
RNA分子的糖是核糖，在其上连接着A、C、G、U 四种碱基。
2.核酸组装与空间结构在细胞内，DNA分子往往呈现出复杂的空间结构，包括环状、线性等形式。
其中的空间结构对于DNA在遗传过程中的功能发挥起到了至关重要的作用。
RNA分子则不具备对应的二级结构、三级结构，更多的是通过与蛋白质相互作用形成复合物来发挥催化和调控物质运转的能力。
3.核酸的生物功能从功能角度来讲，核酸是生物体重要的储存和传递遗传信息的生物分子。
这种传递是通过DNA基因编码蛋白质，进而实现生命活动中各种生命过程的顺畅进行。
RNA则参与了直接的蛋白质合成过程，由于核酸含有碱基、糖和磷酸等多种有机分子，因此也有着其他许多重要的生物功能，如RNA的酶活性，可以为其他分子转化化学键，将RNA分子作为分子的催化反应剂，促进细胞内的化学反应。
4.核酸构建与生命细胞如此微小而又复杂，核酸的构成和运作在其中起着至关重要的作用。
作为生物分子的一个重要组成部分，核酸的构建和正常的细胞分裂及特定功能发挥密切相关。
细胞内分子之间相互依存，调控本身，核酸与其他生物分子的相互作用与协调作用，让细胞更加完善，在生命表现方面不断实现优化。
总之，核酸结构与功能是生物化学领域的重点话题之一，涉及信息传递、蛋白质合成等许多关键过程。
4生物化学习题(答案)
1核酸的结构与功能一、名词解释1、生物化学：是运用化学原理和方法，研究生命有机体化学组成和化学变化的科学，即研究生命活动化学本质的学科。
（运用，研究，科学，学科）2、DNA一级结构：由数量极其庞大的四种脱氧的单核苷酸按照一定的顺序，以3′,5′－磷酸二酯键彼此连接而形成的线形或环形多核苷酸链。
3、增色效应：含DNA和RNA的溶液经变性或降解后对紫外线吸收的增加。
是由于碱基之间电子的相互作用的改变所致，通常在260nm测量。
4、减色效应：一种含有DNA或RNA的溶液与含变性核酸或降解核酸的相同溶液相比较，其紫外线吸收为低。
是由于DNA双螺旋结构使碱基对的π电子云发生重叠，因而减少了对紫外线的吸收。
5、DNA的变性：指核酸双螺旋的氢键断裂，变成单链，并不涉及共价键的断裂。
6、DNA的复性：变性DNA在适当条件下，又可使两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构，全过程为复性。
热变性后的复性又称为退火。
7、核酸分子杂交：应用核酸分子的变性和复性的性质，使来源不同的DNA（或RNA）片断按碱基互补关系形成杂交双链分子，这一过程称为核酸的分子杂交。
8、熔解温度：DNA变性的特点是爆发式的，变性作用发生在一个很窄的温度范围内。
通常把热变性过程中光吸收达到最大吸收（完全变性）一半（双螺旋结构失去一半）时的温度称为该DNA的熔点或熔解温度（melting temperature），用tm表示。
9、Chargaff定律：所有DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔含量相等，（A＝T），鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔含量相等（G＝C），即嘌呤的总含量与嘧啶的总含量相等（A＋G＝T＋C）。
DNA的碱基组成具有种的特异性，但没有组织和器官的特异性。
另外生长发育阶段、营养状态和环境的改变都不影响DNA的碱基组成。
二、填空1、核酸完全的水解产物是（碱基）、（戊糖）和（磷酸）。
其中（碱基）又可分为（嘌呤）碱和（嘧啶）碱。
2、体内的嘌呤主要有（腺嘌呤）和（鸟嘌呤）；嘧啶碱主要有（胞嘧啶）、（胸腺嘧啶）和（尿嘧啶）。
核酸的结构和功能《生物化学》复习提要
核酸的结构和功能核酸（nucleic acid）是重要的生物大分子，它的构件分子是核苷酸（nucleotide），天然存在的核酸可分为脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）两类。
DNA贮存细胞所有的遗传信息，是物种保持进化和世代繁衍的物质基础。
RNA 中参与蛋白质合成的有三类：转移RNA（transfer RNA，tRNA），核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）和信使RNA（messenger RNA，mRNA）。
20世纪末，发现许多新的具有特殊功能的RNA，几乎涉及细胞功能的各个方面。
第一节核苷酸核苷酸可分为核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸两类，核糖核苷酸是RNA的构件分子，而脱氧核糖核苷酸是DNA构件分子。
细胞内还有各种游离的核苷酸和核苷酸衍生物，它们具有重要的生理功能。
核苷酸由核苷（nucleoside）和磷酸组成。
而核苷则由碱基（base）和戊糖构成。
一、碱基构成核苷酸中的碱基是含氮杂环化合物，有嘧啶（pyrimidine）和嘌呤（purine）两类。
核酸中嘌呤碱主要是腺嘌呤和鸟嘌呤，嘧啶碱主要是胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶。
DNA 和RNA中均含有腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶，而尿嘧啶主要存在于RNA中，胸腺嘧啶主要存在于DNA中。
在某些tRNA分子中也有胸腺嘧啶，少数几种噬菌体的DNA含尿嘧啶而不是胸腺嘧啶。
这五种碱基受介质pH的影响出现酮式、烯醇式互变异构体。
在DNA和RNA中，尤其是tRNA中还有一些含量甚少的碱基，称为稀有碱基（rare bases）稀有碱基种类很多，大多数是甲基化碱基。
tRNA中含稀有碱基高达10%。
二、戊糖核酸中有两种戊糖DNA中为D-2-脱氧核糖（D-2-deoxyribose），RNA中则为D-核糖（D-ribose）（图3-5）。
在核苷酸中，为了与碱基中的碳原子编号相区别核糖或脱氧核糖中碳原子标以C-1’，C-2’等。
核酸的生物化学结构和功能解析
核酸的生物化学结构和功能解析核酸是构成生物体的重要分子之一，它在细胞内担负着存储和传递遗传信息的重要功能。
本文将深入探讨核酸的生物化学结构和功能，揭示核酸在生命活动中的重要作用。
一、核酸生物化学结构核酸是由核苷酸组成的大分子化合物。
核苷酸是由碱基、糖和磷酸基团组合而成。
碱基分为嘌呤和嘧啶两类，嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），嘧啶则包括胸腺嘧啶（T）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C）。
糖分为核糖（在RNA中）和脱氧核糖（在DNA中）。
磷酸基团连接在糖的3'位和5'位，形成磷酸二酯键，从而将核苷酸链接成链状结构。
核酸的主要类型包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
DNA是双链结构，由两条互补的核苷酸链缠绕而成，通过碱基配对形成稳定的螺旋结构。
RNA则是单链结构，可以形成类似DNA的二级结构，也可以形成各种不同的三维结构。
二、核酸的功能1. 存储遗传信息DNA是细胞中的遗传物质，它编码了细胞中合成蛋白质所需的遗传信息。
每个生物体细胞核内都包含一段完整的DNA，称为基因组。
基因组中的基因决定了生物的遗传特征，包括形态、功能和行为等。
2. 转录和翻译DNA通过转录过程生成RNA，而RNA通过翻译过程转化为蛋白质。
这一过程被称为中心法则。
在细胞内，DNA通过转录酶酶解，使其中的一条链作为模板，合成相应的RNA分子。
这一过程可以是一次性的（即合成的RNA直接用于蛋白质合成）或经过修饰后再转化为蛋白质。
通过这种机制，细胞可以根据需要合成特定的蛋白质，发挥不同的功能。
3. 调控基因表达RNA具有多种功能，其中包括调控基因表达。
在基因调控过程中，某些RNA分子可以与DNA的调控区结合，阻止或促进基因的转录。
这种调控方式可以调整细胞内基因的表达水平，对细胞功能的稳定和适应具有重要影响。
4. 催化反应核酸具有催化某些生物化学反应的能力。
在细胞中，一类特殊的RNA分子称为酶RNA（ribozyme），它能够催化化学反应，如自身剪切、肽键形成等。
生物化学核酸的结构与功能试题及答案
一、名词解释1．核酸 2．核苷 3．核苷酸 4．稀有碱基 5．碱基对 6．DNA的一级结构 7．核酸的变性 8．Tm 值 9．DNA的复性 10．核酸的杂交二、填空题11．核酸可分为 ____和____两大类，其中____主要存在于____中，而____主要存在于____。
12．核酸完全水解生成的产物有____、____和____，其中糖基有____、____，碱基有____和____两大类。
13．生物体内的嘌呤碱主要有____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____。
14．DNA和RNA分子在物质组成上有所不同，主要表现在____和____的不同，DNA分子中存在的是____和____，RNA分子中存在的是____和____。
15．RNA的基本组成单位是____、____、____、____，DNA的基本组成单位是____、____、____、____，它们通过____键相互连接形成多核苷酸链。
16．DNA的二级结构是____结构，其中碱基组成的共同特点是（若按摩尔数计算）____、____、____。
17．测知某一DNA样品中，A=0.53mol、C=0.25mol、那么T= ____mol，G= ____mol。
18．嘌呤环上的第____位氮原子与戊糖的第____位碳原子相连形成____键，通过这种键相连而成的化合物叫____。
19．嘧啶环上的第____位氮原子与戊糖的第____位碳原子相连形成____键，通过这种键相连而成的化合物叫____。
20．体内有两个主要的环核苷酸是____、____，它们的主要生理功用是____。
21．写出下列核苷酸符号的中文名称：ATP____、dCDP____。
22．DNA分子中，两条链通过碱基间的____相连，碱基间的配对原则是____对____、____对____。
23．DNA二级结构的重要特点是形成____结构，此结构属于____螺旋，此结构内部是由____通过____相连维持，其纵向结构的维系力是____。
生物化学中的核酸结构和功能
生物化学中的核酸结构和功能核酸是生物体中最具有代表性的分子之一，它们不仅逐步揭示了生命中的复杂机理，而且也在基因工程、医学以及药物研究领域中发挥了关键作用。
本文将从核酸的结构和功能两个方面探讨其重要性。
一、核酸的结构核酸分为DNA和RNA，它们在化学成分上都是由核苷酸组成的，不同的是DNA的糖是脱氧核糖糖（deoxyribonucleic acid）而RNA的糖是核糖糖（ribonucleic acid）。
核苷酸是由五碳糖、碱基和磷酸基组成的。
其中碱基分为嘌呤和嘧啶两类，嘌呤有腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），嘧啶有胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。
DNA的结构是双螺旋结构，这也是Watson和Crick通过对X 射线晶体学的实验建立的模型。
这个结构是由两条互补的链组成的，两条链通过碱基的键合连接着，形成一个细长的旋曲结构。
而RNA的结构则没有DNA那么复杂，其中的碱基序列单链折叠成不同的结构体，例如tRNA、rRNA等。
这种单链结构使得RNA 在一些领域中也具有非常独特的功能。
二、核酸的功能核酸在细胞中有很多重要的功能，其中最为显著的就是携带生命的基因信息。
DNA是所有生物体的重要遗传信息数据储存物质，其序列决定了物种的生长、发育和生存。
人类DNA的基因组由约30亿个不同的碱基组成，其中只有一小部分负责蛋白质编码，其余则可能与常见的疾病、短暂起效的压力反应以及更长期的环境早期节律有关。
RNA则在生物学过程中具有多种的功能，例如：1.转录作用，tRNA和rRNA将DNA序列中的信息转录成蛋白质。
2.miRNA和siRNA制造，控制基因表达和killing错配的RNA分子。
3.telomeraseRNA，在DNA末端形成保护端（T/D）。
4. RNA丝，催化酶，帮助调节基因转录的过程。
5.纤维素RNA，凝聚编码序列中需求蜕变的基因。
在生物学的开发和应用方面，核酸发挥着重要的作用，并取得了很多的成就。
例如，我们可以利用DNA合成基因、制造蛋白质，或者通过基因检测和基因工程来开发药物。
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。
教案《核酸结构与功能》
教案《核酸结构与功能》一、教材分析本节课选自中职医学专业《 生物化学》教材，内容聚焦于核酸的结构与功能。
核酸作为生物体的遗传物质，其重要性不言而喻。
教材从核酸的基本组成单位、空间结构到功能特性，层层递进，系统阐述了核酸在生命活动中的作用。
通过本节课的学习，学生将建立起对核酸的深刻认识，为后续遗传学、分子生物学等课程的学习打下坚实基础。
二、学情分析本节课面向中职医学一年级学生，班级人数约45人，师生比例适中。
学生已初步掌握生物化学的基础知识，但对核酸这一复杂分子的认识尚浅。
学生普遍对实验操作感兴趣，具有较强的好奇心和探索欲，但理论知识记忆和理解能力有待提高。
部分学生习惯于被动接受知识，缺乏主动思考和解决问题的能力。
因此，在教学过程中，需采用多样化的教学手段，激发学生的学习兴趣，培养其自主学习能力。
三、教学三维目标知识目标：掌握核酸的基本组成单位、空间结构及其功能特性。
技能目标：能够运用所学知识解释核酸在遗传信息传递中的作用，并能进行简单的核酸实验操作。
情感目标：激发学生对生物化学的兴趣，培养严谨的科学态度和团队协作精神。
四、教学重难点教学重点：核酸的基本组成单位和空间结构。
教学难点：核酸的功能特性及其在遗传信息传递中的作用。
教学策略：采用直观教学法、案例分析法、互动问答法等，通过多媒体展示、实验操作、小组讨论等方式，帮助学生突破难点，掌握重点。
五、教法与学法教学方法：直观教学法、案例分析法、互动问答法。
学习方法：自主学习法、合作探究法、实践操作法。
六、教学准备教师准备：多媒体课件、核酸结构模型、教学视频、实验操作材料（如DNA提取试剂、离心管等）。
学生准备：预习核酸的基本概念和组成单位，准备笔记本和笔，以便记录课堂要点。
七、教学过程环节一：导入新课（5分钟）教学内容细化：在正式探索核酸的奥秘之前，教师选择了一段精心策划的科普视频，主题为“CRISPR-Cas9：基因编辑的革命”。
该视频不仅详细阐述了CRISPR-Cas9技术的工作原理，还通过动画形式展示了它如何像精准的剪刀一样，在DNA分子上剪切并修复错误的基因序列。
生物化学ppt核酸
克隆技术
克隆技术是指通过无性繁殖的方 式复制生物体的技术，包括动物
克隆和植物克隆等。
克隆技术在畜牧业、农业和医学 等领域有着广泛的应用，如克隆 动物、转基因植物和组织工程等。
克隆技术的关键在于细胞核移植 和胚胎发育，目前已经成功实现 了哺乳动物的克隆，但技术难度 和伦理问题仍需进一步探讨。
基因治疗与基因诊断
04
核酸的功能
DNA的功能
遗传信息的储存
DNA是遗传信息的载体，通过碱基配对原则，将遗传信息从亲代 传递给子代。
基因表达的调控
DNA中的基因通过转录和翻译过程，控制蛋白质的合成，进而调 控生物体的各种功能。
细胞分裂与增殖的指导
DNA中的遗传信息指导细胞分裂、增殖和分化，维持生物体的正 常生长和发育。
RNA在蛋白质合成过程中起到模板和 催化作用，通过与核糖体的结合指导 氨基酸的合成。
DNA和RNA的比较
DNA和RNA都是核酸， 是生物体的遗传物质， 但它们的结构和功能有
所不同。
01
RNA主要存在于细胞质 中，负责传递遗传信息 并参与蛋白质的合成。
03
DNA中的碱基是A、T、 G、C，而RNA中的碱 基是A、U、G、C。
自然选择与进化
自然选择是指自然界对生物的 选择作用，适者生存，不适者
被淘汰。
自然选择是生物进化的主要动 力，通过自然选择的作用，使 适应环境的生物得以生存和繁
衍，并逐渐形成新的物种。
自然选择具有定向性，即有利 于生存和繁衍的变异会被保留 下来，不利于生存和繁衍的变 异则被淘汰。
自然选择的结果是生物多样性 的形成和生物的不断进化。
03
核酸的研究具有广泛的应用价值
通过对核酸的研究，可以深入了解生物体的生长、发育和代谢等过程，
【生物化学】核酸的结构与功能考点总结
【生物化学】核酸的结构与功能考点总结●核酸的化学组成以及一级结构●核苷酸和脱氧核苷酸是构成核酸的基本组成单位核苷=核糖（脱氧核糖的化学稳定性优于核糖）+碱基核糖的C-1'原子和嘌呤的N-9原子或者嘧啶的N-1原子通过缩合反应形成了β-N-糖苷键●DNA是脱氧核糖核苷酸通过3‘，5’-磷酸二酯键聚合形成的线性大分子多聚脱氧核苷酸链只能从它的3‘端得以延长（5’→3‘）●RNA是脱氧核糖核苷酸通过3‘，5’-磷酸二酯键聚合形成的线性大分子●核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序核酸分子的大小常用核苷酸数目（nt，用于单链RNA或DNA）或碱基对数目（bp 或kp，用于双链DNA）来表示长度低于50个核苷酸的核酸片段称为寡核苷酸●DNA的空间结构与功能●DNA的二级结构是双螺旋结构●DNA双螺旋结构模型的要点DNA由两条多聚脱氧核苷酸链组成：右手螺旋反向平行，螺距为 3.54nm DNA两条多聚脱氧核苷酸链之间形成互补碱基对（A2T、C3G）每一个螺旋有10.5个碱基对，碱基对平面之间的垂直距离为0.34nm 两条多聚脱氧核苷酸链的亲水性骨架将互补碱基对包埋在DNA双螺旋结构内部两个碱基对平面重叠产生了碱基堆积作用●DNA双螺旋结构的多样性环境湿度降低后DNA空间结构参数不同于B型-DNA，人们称其为A型-DNA Z型-DNA（左手螺旋）●DNA的多链结构真核生物染色体3’-端是一段高度重复的富含GT的单链，被称为端粒●DNA双链经过盘绕折叠形成致密的高级结构盘绕方向与双螺旋方向相同——正超螺旋、负超螺旋相反，自然条件下DNA主要是以负超螺旋存在，需要拓补异构酶●封闭环状的DNA具有超螺旋结构人mtDNA的长度是16569bp，编码37个基因●真核生物DNA被逐级有序地组装成高级结构●染色体的基本组成单位是核小体：核小体=一段双链DNA+4种碱性的组蛋白8个组蛋白分子（H2A*2,H2B*2,H3*2,H4*2）共同形成一个八聚体的核心组蛋白，长度约为146bp的DNA双核在核心组蛋白上盘绕1.75圈，形成核小体的核心颗粒。
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正超螺旋与负超螺旋
DNA复制过程中正超螺旋DNA的形成
从DNA双螺旋到染色体
电镜下的核小体结构
核小体结构模型
RNA的二级结构
n RNA的二级结构主要取决于它的碱基组成，其二级结构的多样性 可以和蛋白质相媲美。少数病毒RNA由两条互补的多聚核糖核苷 酸链组成，它的二级结构为A型双螺旋。多数RNA仅由一条链组 成，它们的二级结构主要是由链内碱基的互补性决定的：链内互 补的碱基可以相互作用形成链内A型双螺旋，非互补的碱基则游 离在双螺旋之外，形成各种二级结构。在RNA双螺旋内常常可以 发现GU碱基对。
tRNA三级结构之中的氢键配对
tRNA三级结构之中的氢键配对
核糖体合成蛋白质
? 所有的核糖体都含有大小两个亚基
? rRNA约占据核糖体的2/3 ? 高度的链内互补序列导致大量的碱基配对
? rRNA 充当核糖体蛋白的支架 ? 大肠杆菌的23S rRNA是转肽酶! ? 一级结构上相似性并不高，但它们的二级结
不同类型的RNA的功能和分布
不同类型的RNA的功能和分布
核酸的一级结构
ê 定义：核苷酸或碱基的排列顺序 ê 写法：从左到右，5'端到3'端 ê 意义：DNA一级结构贮存各种遗传信息
构成DNA和RNA核苷酸的结构和连接方式
DNA的二级结构
DNA的二级 结构主要是 各种形式的 螺旋，特别 是B-型双螺 旋，此外还 有A-型双螺 旋、Z-型双 螺旋、三链 螺旋和四链 螺旋等
（1）弯曲 （2）十字形 （3）三链螺旋与H-DNA （4）碱基翻转 （5）四链螺旋与G-四联体 （6）滑动错配DNA（SMP-DNA）
DNA 弯曲
十字形DNA的形成
三螺旋DNA（H-DNA）
Hoogsteen碱基对与Watson-Crick碱基对
DNA双螺旋上某一个位置的C发生的翻转
滑动错配DNA
这是碱基对之间在垂直方向上的相互作用所产生的力。它 包括疏水作用和范德华力。碱基间相互作用的强度与相邻碱 基之间环重叠的面积成正比。总的趋势是嘌呤与嘌呤之间> 嘌呤与嘧啶之间>嘧啶与嘧啶之间。另外碱基的甲基化能提 高碱基的堆积力。
（3）阳离子或带正电荷的化合物对磷酸基团的中和
DNA的ABZ双螺旋和三螺旋
小麦 1.00 0.97
1.22
酵母 1.03 1.02
1.67
大肠杆菌 1.09 0.99
1.05
粘质沙雷菌 0.95 0.86
0.70
双螺旋稳定的因素
（1）氢键
氢键固然重要，但它们主要决定碱基配对的特异性，而对 双螺旋稳定的贡献不是最重要的。对双螺旋稳定起决定性作 用的是碱基的堆集力。
（2）碱基堆集力
single base from the other chain, so that the two lie side by side...One of the pair
must be a purine and the other a pyrimidine for bonding to occur. ...Only
ê 构成tRNA二级结构的要素有：环、茎和臂。一个典型 tRNA的二级结构像三叶草，含有四个环和四个茎。环 由链内没有配对的碱基突出而成，茎则是链内互补的 碱基之间配对形成的局部A-型双螺旋，臂则是紧靠着 茎又不属于环的非配对核苷酸。
ê tRNA三级结构形成的原因是D环上的碱基与不变碱基 以及TψC环上的碱基之间的发生的氢键作用。这些氢 键将D臂和TψC臂折叠到一起，并将三叶草二级结构弯 曲成稳定的倒L型三级结构。参与三级结构形成的许多 氢键并不是通常的AU和GC碱基对。
枯草杆菌TPP核开关的三级结构的形成
RNA的三级结构
n 构成RNA的三级结构的主要元件有假节结构、“吻式 ”发夹结构和发夹环突触结构等三种形式。tRNA则可 形成倒L型三级结构
TRNA
ê tRNA只由一条链组成，含有73~94个核苷酸，其中有 不少是修饰的，3′端的最后三个核苷酸总是CCA，链内 的大多数碱基通过氢键相连，但几乎所有的tRNA分子 上不变的核苷酸都在三叶草结构上非氢键区域。
@ RNA折叠，特别是较大的RNA，就像大多数蛋白质折 叠一样，也需要分子伴侣的帮助，以便让大多数RNA 能快速折叠成正确的构象。为了与参与蛋白质折叠的 分子伴侣区分开来，通常将帮助RNA折叠的分子伴侣 称为RNA伴侣。RNA伴侣与正在折叠的RNA分子结合 以后，一旦有错误的折叠，就会破坏错误折叠的RNA 分子内部的次级键，形成RNA蛋白体复合物，在这种 复合物里，RNA能迅速重新折叠成最终正确的构象。
（3）碱基对位于双螺旋的内部，并垂直于暴露在外的脱氧核糖 磷酸骨架。碱基对之间通过疏水键和范德华力相互垛叠在一 起，对双螺旋的稳定起一定的作用；
（4）双螺旋的表面含有明显的大沟和小沟（其宽度分别为2.2nm 和1.2nm；
（5）双螺旋的其它常数包括相邻碱基对距离为0.34nm，并相差 约36°。螺旋的直经为2nm，每一转完整的螺旋含有10个碱基 对，其高度为3.4nm。
Happy Birthday, Double Helix
"MOLECULAR STRUCTURE OF NUCLEIC ACIDS:
A STRUCTURE FOR DEOXYRIBOSE NUCLEIC ACID"
(NATURE, APRIL 25, 1953. VOLUME 171:737-
?
DNA的三级结构——超螺旋
ê 如果通过某种手段使得DNA双螺旋每一圈的碱基对数目多于 或少于10对，将导致DNA双螺旋缠绕过多或缠绕不足；如果 这时的DNA两端被固定或者DNA本来是共价闭环的，的张力 无法释放而自发地形成超螺旋结构。
ê DNA超螺旋分为正超螺旋和负超螺旋，其中正超螺旋为左手 超螺旋，由DNA双螺旋过度缠绕引起，负超螺旋为右手超螺 旋，由DNA双螺旋缠绕不足引起。
已步入古稀之年的Watson（左）和 Crick（右）在讨论DNA双螺旋结构模型
B型双螺旋
n DNA二级结构的主要形式为Watson和Crick于1953年提出的B 型双螺旋，其主要内容是：
（1）DNA由两条呈反平行的多聚核苷酸链组成，两条链相互缠 绕形成右手双螺旋；
（2）组成右手双螺旋的两条链是互补的，它们通过特殊的碱基 对结合在一起，一条链上的A总是与另一条链的T，G总是和C 配对。其中AT碱基对有二个氢键，GC碱基对有3个氢键；
A型双螺旋、B型双螺旋和Z型双螺旋的比较
由Alex Rich发现
? 存在于DNA富含G:C的区域 ? G为顺式构象 ? C 保持反ห้องสมุดไป่ตู้，但整个胞苷酸（碱基和脱
氧核糖）翻转180度 ? 结果是 G:C 氢键在Z-DNA中得以保持!
DNA的非标准二级结构
« 细胞内的DNA在特殊的条件下还可能形成其它几种非标准 的二级结构。这些特殊的条件包括：DNA受到某些蛋白质 的作用（如组蛋白）；DNA本身所具有的特殊基序，例如 反向重复序列，回文结构，镜像重复，直接重复，高嘌呤 序列，高嘧啶序列，富含A序列和富含G序列。
RNA分子中的GU碱基对
RNA的多种二级结构
GNRA四环结构
RNA的三级结构
@ RNA的三级结构是在二级结构的基础上进一步折叠、 包装而成的，其复杂性不亚于蛋白质。其中的双螺旋 区域主要充当刚性的框架结构来组织其他结构或功能 部件。构成突起、内部环、发夹环和末端环的单链区 域对于RNA最终三级结构的形成至关重要，其作用相 当于氨基酸残基的侧链基团对于蛋白质三级结构形成 的贡献。正是因为这些单链区之间以及单链区与双链 区之间核苷酸的相互作用，才使得一种RNA最终能够 折叠成特有的三级结构。
第六章 核酸的结构与功能
一、核酸的分类
二、核酸的一级结构
三、核酸的高级结构
1. DNA的高级结构 2. RNA的高级结构
四、核酸与蛋白质的相互作用
1. DNA与蛋白质形成的复合体 2. RNA与蛋白质形成的复合体
五、核酸的功能
核酸的分类
? DNA —— 一种类型，一种功能 ? RNA —— 多种类型，多种功能
迅速降解。
为什么RNA通常单链，DNA通常双链？
« RNA处于单链状态，使其能够自我折叠成可以 和蛋白质相媲美的各种类型的二级结构和三级 结构，这是形成RNA结构多样性的基础，否则 所有的RNA与DNA一样，只能形成千篇一律的 双螺旋。
« RNA在三维结构的多样性使其在细胞内能行使 多项生物学功能。DNA通常是双链的，使其能 够充分地行使作为遗传物质这项唯一的功能
编码RNA和非编码 (NcRNA)
DNA和RNA的结构异同
为什么DNA的第四个碱基通常是T?
L C自发脱氨基变成U L 修复酶能够识别这些突变，以用C取代这些U。 L 如何区分正常的U和突变而来的U? L 使用T就很容易解决以上问题。
C
U
为什么DNA 2'-脱氧，RNA不是?
L RNA临近的-OH使其更容易 L DNA缺乏2'-OH更加稳定 L 遗传物质必须更加稳定 L RNA需要的时候合成，不需要的时候需要
? "...in other words, if an adenine forms one member of a pair, on either chain, then on these assumptions the other member must be thymine; similarly for guanine and cytosine. The sequence of bases on a single chain does not appear to be restricted in any way. However, if only specific pairs of bases can be formed, it follows that if the sequence of bases on one chain is given, then the sequence on the other chain is automatically determined."