专题生物大分子的结构与功能
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生物大分子的结构 与功能
第一章
核酸的结构和功能
Structure and Function of Nucleic Acid
目录
第一节 核酸的种类、分布和化学组成 第二节 核酸的分子结构 第三节 核酸的理化性质及其应用 第四节 核酸的制备、测定及研究技术
核 酸 (nucleic acid)
核酸是一类重要的生物大分子，担负着 生命信息的储存与传递。
HH
HH
HH
H
H
H
HH
HH
H
OH OH
OH OH
OH OH
OH OH
腺嘌呤核苷 鸟嘌呤核苷
胞嘧啶核苷
尿嘧啶核苷
Adenosine Guanosine Cytidine Uridine
几种稀有核苷
H
H H
5
H
H3C CH3
假尿嘧啶核 二氢尿嘧啶核苷
苷 （）
（DHU）
CH3
2′-O-甲 基腺 苷 (Am)
NH 2
N N
N H
N
A
鸟嘌呤guanine
O
N NH
N H
N
NH 2
G
2. 嘧啶（Pyrimidine）
4Baidu Nhomakorabea53 62
1
尿嘧 啶
Ouracil
NH
胞嘧啶 cytosine
NH 2
N
胸腺嘧 啶
thymine O
CH3 NH
N
O
H
U
N
O
H
C
N
O
H
T
稀有碱基
除上述5种基本的碱基外，核 酸中还有一些含量甚少的碱 基，通常称为稀有碱基。稀 有碱基的种类很多，大部分 是上述碱基的甲基化产物。
N6,N6-二甲基腺嘌呤：m6 2A
（三）核苷
核苷 戊糖+碱基 糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键
5’
4’
1’
3’ 2’
(OH)
5’
4’
1’
3’ 2’
(OH)
核酸中的各种核苷
NH2
OH
NH2
OH
N
NN
N
N
N
NN HOCH2 O
HH
H2N N N
HO N
HO N
HOCH2 O
HOCH2 O
HOCH2 O
原 核 核外：质粒（plasmid）
病毒：DNA病毒
核糖核 酸( RNA)
RNA主要存在于细胞质中，约占90%，少量存在于细胞核。 RNA有三种：信使RNA（mRNA），占总RNA 5%。
核糖体RNA （rRNA），占总RNA 80%。 转移RNA （ tRNA），占总RNA 10-15%。
三、核酸的化学组成
第一节 核酸的种类、分布和化学组 成
一、核酸的生物学功能 二、核酸的种类和分布 三、核酸的化学组成
一、核酸的生物学功
能
肺
炎
球
菌
or
转
化
and
实
验
复制 DNA
转录
逆转录
RNA
复制
翻译
蛋白质
生物学的中心法则
二、核酸的种类及分布
脱氧核糖核酸
( DNA)
真核
98%核中（染色体中）
核外 拟核
线粒体（mDNA） 叶绿体（ctDNA）
N6,N6-二甲基腺嘌呤
（m62 A）
（四）核苷酸
OH
腺嘌呤核苷酸（ AMP）
Adenosine monophosphate
鸟嘌呤核苷酸（GMP） 胞嘧啶核苷酸（CMP） 尿嘧啶核苷酸（UMP）
H
脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）
Deoxyadenosine monophosphate
脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP） 脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP） 脱氧胸腺嘧啶核苷酸
核酸
核苷酸
核苷 磷酸
碱基
A、G、C、U （RNA)
戊糖 核A(D、糖NGA（)、RCN、A）T 脱氧核糖（DNA）
元素组成： C H O N P
两类核酸的基本化学组成
嘌呤碱 嘧啶碱 戊糖 酸
DNA 腺嘌呤 鸟嘌呤
胞嘧啶 胸腺嘧啶
D-2-脱氧核糖 磷酸
RNA 腺嘌呤 鸟嘌呤
胞嘧啶 尿嘧啶
D-核糖 磷酸
P
P
P
P
腺嘌呤核苷 酸
（AMP）
鸟嘌呤核苷 酸
（GMP）
尿嘧啶核苷 酸
（UMP）
胞嘧啶核苷 酸
（CMP）
P
P
P
P
脱氧腺嘌呤核苷酸 脱氧鸟嘌呤核苷
（dAMP）
酸
（dGMP）
脱氧胸腺嘧啶核苷 酸
（dTMP）
脱氧胞嘧啶核苷酸 （dCMP）
（五）细胞内游离核苷酸及其衍 生物
多磷酸核苷酸 环化核苷酸 辅酶类核苷酸
H2C
O
HCOH
HCOH HCOH CH3
PO OH
N
N
CO
NH
N
C
O
O PO OH
NH2 N
N
N
CH3 O
N
OH OH
Vit B2 FMN FAD
AMP
第二节 核酸的分子结构
一、DNA的分子结构 二、RNA的分子结构
一、DNA的分子结构
（一）DNA 一级结构 （二）DNA碱基组成的Chargaff
核酸是现代生物化学、分子生物学的重 要研究领域，是基因工程操作的核心分 子。
核酸的发现和研究工作进展
• 1868年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素” • 1944年 Avery等人证实DNA是遗传物质 • 1953年 Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型 • 1966年 Nirenberg发现遗传密码 • 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶;Sanger建立DNA测序方法 • 1981年 T.Cech发现了核酶 • 1985年 Mullis发明PCR 技术 • 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) • 1999年 中国获准加入人类基因组计划 • 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架
（一）戊糖
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为D2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为D-核糖。
HOCH2 O OH HH
H
H
OH OH
D-核 糖
Ribose
HOCH2 O OH HH
H
H
OH H
D-2-脱 氧 核 糖
Deoxyribose
(二）碱 基
1. 嘌呤（Purine）
7
6
5
1
8
9
4
2
3
腺嘌呤 Adenine
1.多磷酸核苷酸
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (AATMP)P
ADP
ATP
2.环化核苷酸
O O CH
2
A (G)
HH
HO
H
OP
O OH
OH
cAMP(cGMP)的结构
3.辅酶类核苷酸
NAD+
NADP+
H3C H3C
O
核酸分子中核苷 酸之间的共价键
5
3
3 -5 磷酸二酯键
规则 （三）DNA的二级结构 （四）DNA的三级结构
（一）DNA 一级结构
DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧 核苷酸，dAMP,dGMP,dCMP,dTMP通过 3′5′-磷酸二酯键连接起来的线形或环形多核苷 酸链。 DNA分子中核苷酸的排列顺序叫做DNA的一 级结构，简称为碱基序列。 一级结构的走向规定为5´→3´。不同的DNA分 子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不 同的遗传信息
第一章
核酸的结构和功能
Structure and Function of Nucleic Acid
目录
第一节 核酸的种类、分布和化学组成 第二节 核酸的分子结构 第三节 核酸的理化性质及其应用 第四节 核酸的制备、测定及研究技术
核 酸 (nucleic acid)
核酸是一类重要的生物大分子，担负着 生命信息的储存与传递。
HH
HH
HH
H
H
H
HH
HH
H
OH OH
OH OH
OH OH
OH OH
腺嘌呤核苷 鸟嘌呤核苷
胞嘧啶核苷
尿嘧啶核苷
Adenosine Guanosine Cytidine Uridine
几种稀有核苷
H
H H
5
H
H3C CH3
假尿嘧啶核 二氢尿嘧啶核苷
苷 （）
（DHU）
CH3
2′-O-甲 基腺 苷 (Am)
NH 2
N N
N H
N
A
鸟嘌呤guanine
O
N NH
N H
N
NH 2
G
2. 嘧啶（Pyrimidine）
4Baidu Nhomakorabea53 62
1
尿嘧 啶
Ouracil
NH
胞嘧啶 cytosine
NH 2
N
胸腺嘧 啶
thymine O
CH3 NH
N
O
H
U
N
O
H
C
N
O
H
T
稀有碱基
除上述5种基本的碱基外，核 酸中还有一些含量甚少的碱 基，通常称为稀有碱基。稀 有碱基的种类很多，大部分 是上述碱基的甲基化产物。
N6,N6-二甲基腺嘌呤：m6 2A
（三）核苷
核苷 戊糖+碱基 糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键
5’
4’
1’
3’ 2’
(OH)
5’
4’
1’
3’ 2’
(OH)
核酸中的各种核苷
NH2
OH
NH2
OH
N
NN
N
N
N
NN HOCH2 O
HH
H2N N N
HO N
HO N
HOCH2 O
HOCH2 O
HOCH2 O
原 核 核外：质粒（plasmid）
病毒：DNA病毒
核糖核 酸( RNA)
RNA主要存在于细胞质中，约占90%，少量存在于细胞核。 RNA有三种：信使RNA（mRNA），占总RNA 5%。
核糖体RNA （rRNA），占总RNA 80%。 转移RNA （ tRNA），占总RNA 10-15%。
三、核酸的化学组成
第一节 核酸的种类、分布和化学组 成
一、核酸的生物学功能 二、核酸的种类和分布 三、核酸的化学组成
一、核酸的生物学功
能
肺
炎
球
菌
or
转
化
and
实
验
复制 DNA
转录
逆转录
RNA
复制
翻译
蛋白质
生物学的中心法则
二、核酸的种类及分布
脱氧核糖核酸
( DNA)
真核
98%核中（染色体中）
核外 拟核
线粒体（mDNA） 叶绿体（ctDNA）
N6,N6-二甲基腺嘌呤
（m62 A）
（四）核苷酸
OH
腺嘌呤核苷酸（ AMP）
Adenosine monophosphate
鸟嘌呤核苷酸（GMP） 胞嘧啶核苷酸（CMP） 尿嘧啶核苷酸（UMP）
H
脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）
Deoxyadenosine monophosphate
脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP） 脱氧胞嘧啶核苷酸（dCMP） 脱氧胸腺嘧啶核苷酸
核酸
核苷酸
核苷 磷酸
碱基
A、G、C、U （RNA)
戊糖 核A(D、糖NGA（)、RCN、A）T 脱氧核糖（DNA）
元素组成： C H O N P
两类核酸的基本化学组成
嘌呤碱 嘧啶碱 戊糖 酸
DNA 腺嘌呤 鸟嘌呤
胞嘧啶 胸腺嘧啶
D-2-脱氧核糖 磷酸
RNA 腺嘌呤 鸟嘌呤
胞嘧啶 尿嘧啶
D-核糖 磷酸
P
P
P
P
腺嘌呤核苷 酸
（AMP）
鸟嘌呤核苷 酸
（GMP）
尿嘧啶核苷 酸
（UMP）
胞嘧啶核苷 酸
（CMP）
P
P
P
P
脱氧腺嘌呤核苷酸 脱氧鸟嘌呤核苷
（dAMP）
酸
（dGMP）
脱氧胸腺嘧啶核苷 酸
（dTMP）
脱氧胞嘧啶核苷酸 （dCMP）
（五）细胞内游离核苷酸及其衍 生物
多磷酸核苷酸 环化核苷酸 辅酶类核苷酸
H2C
O
HCOH
HCOH HCOH CH3
PO OH
N
N
CO
NH
N
C
O
O PO OH
NH2 N
N
N
CH3 O
N
OH OH
Vit B2 FMN FAD
AMP
第二节 核酸的分子结构
一、DNA的分子结构 二、RNA的分子结构
一、DNA的分子结构
（一）DNA 一级结构 （二）DNA碱基组成的Chargaff
核酸是现代生物化学、分子生物学的重 要研究领域，是基因工程操作的核心分 子。
核酸的发现和研究工作进展
• 1868年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素” • 1944年 Avery等人证实DNA是遗传物质 • 1953年 Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型 • 1966年 Nirenberg发现遗传密码 • 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶;Sanger建立DNA测序方法 • 1981年 T.Cech发现了核酶 • 1985年 Mullis发明PCR 技术 • 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) • 1999年 中国获准加入人类基因组计划 • 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架
（一）戊糖
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为D2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为D-核糖。
HOCH2 O OH HH
H
H
OH OH
D-核 糖
Ribose
HOCH2 O OH HH
H
H
OH H
D-2-脱 氧 核 糖
Deoxyribose
(二）碱 基
1. 嘌呤（Purine）
7
6
5
1
8
9
4
2
3
腺嘌呤 Adenine
1.多磷酸核苷酸
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (AATMP)P
ADP
ATP
2.环化核苷酸
O O CH
2
A (G)
HH
HO
H
OP
O OH
OH
cAMP(cGMP)的结构
3.辅酶类核苷酸
NAD+
NADP+
H3C H3C
O
核酸分子中核苷 酸之间的共价键
5
3
3 -5 磷酸二酯键
规则 （三）DNA的二级结构 （四）DNA的三级结构
（一）DNA 一级结构
DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧 核苷酸，dAMP,dGMP,dCMP,dTMP通过 3′5′-磷酸二酯键连接起来的线形或环形多核苷 酸链。 DNA分子中核苷酸的排列顺序叫做DNA的一 级结构，简称为碱基序列。 一级结构的走向规定为5´→3´。不同的DNA分 子具有不同的核苷酸排列顺序，因此携带有不 同的遗传信息