核酸结构.
核酸结构特点
核酸结构特点介绍核酸是构成生物体遗传信息的重要分子，包括DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）。
核酸的结构特点决定了它们在生物体内的功能和作用方式。
本文将深入地讨论核酸结构的特点，包括双螺旋结构、碱基配对、核苷酸组成以及其他重要的特征。
双螺旋结构1.DNA和RNA都采取了双螺旋结构，由两股互相缠绕的链组成。
2.DNA的双螺旋结构以右手螺旋为主，RNA则以右手螺旋为辅。
3.双螺旋结构由磷酸、糖分子和碱基组成。
4.双螺旋结构具有稳定性和保护性，能够保护碱基免受外界环境的干扰。
碱基配对1.DNA的碱基配对是A（腺嘌呤）与T（胸腺嘧啶），C（胞嘧啶）与G（鸟嘌呤）之间的配对。
2.RNA的碱基配对是A（腺嘌呤）与U（尿嘧啶），C（胞嘧啶）与G（鸟嘌呤）之间的配对。
3.碱基配对通过氢键相互连接，A与T（或U）之间有两个氢键，C与G之间有三个氢键。
4.碱基配对是DNA和RNA的特征之一，决定了它们的互补性和复制过程中的准确性。
核苷酸组成1.DNA和RNA都由核苷酸组成，核苷酸由磷酸、糖分子和碱基组成。
2.DNA的糖分子是脱氧核糖，RNA的糖分子是核糖。
3.磷酸连接糖分子形成“骨架”，碱基通过N-糖苷键连接到糖分子上。
4.碱基的种类和顺序决定了核酸的遗传信息。
其他特征1.核酸具有序列特异性，不同的核酸通过碱基序列的差异来编码不同的遗传信息。
2.核酸的结构特点是动态的，可以形成不同的二级结构和三维结构，以实现不同的功能。
3.DNA承载了生物体的遗传信息，参与到DNA复制和转录过程中。
4.RNA在蛋白质合成中起着重要的角色，参与到转录和翻译过程中。
总结核酸是生物体中的重要分子，具有双螺旋结构、碱基配对、核苷酸组成以及其他重要特征。
这些结构特点决定了核酸在生物体内的功能和作用方式。
通过对核酸结构特点的深入了解，我们可以更好地理解生物体的遗传信息传递和蛋白质合成机制。
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
缠绕1.75圈 约140~160bp
60bp
核心颗粒 2 (H2A·H2B ·H3 ·H4 )
染色质纤维
人类46条染色体的DNA总长可达 1.7m，经过螺旋化压缩，实际总 长只有200nm。
中心法则 (Central Dogma)
Replication
Reverse transcription
OH
HN
HCH3
H
H
ON
H
胸腺嘧啶 thymine
（T）
DNA
胸腺嘧啶 (T)
腺嘌呤 (A)
鸟嘌呤 (G)
胞嘧啶 (C)
RNA
尿嘧啶 (U)
（二）戊糖
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
OH OH
β-D-2-核糖
核糖 (Ribose) 构成 RNA
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
（2）碱基互补配对：AT配对（两个氢键）， GC配对（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴 （3）右手双螺旋：螺距为3.4 nm，直径为2.0 nm，10.5 bp/圈
（4）表面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋 白质识别DNA碱基序列的基础 （5）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向 稳定，碱基堆积力维持螺旋纵向稳定
脱氧 d
碱基 A G T C U
磷酸基数目 M D T
磷酸 P
• DNA、RNA组成异同
DNA与RNA在组成成份上略有不同：
DNA
RNA
磷酸 碱基
戊糖
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） D-2脱氧核糖（dR）
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U）
核酸结构
核酸的稳定性
核酸稳定性的源泉
并非碱基间氢键的存在 在与碱基对之间的“堆积作用” (stacking
interaction)
碱基是芳香族化合物，是疏水的 大量水分子的氢键作用形成的网格在疏水的表面附近
变得不稳定，水分子的排列变得更有序 碱基对的堆积使所有的水分子排除在这样的疏水表面 从能量的角度讲是最稳定的 最大限度地增强了碱基的电荷偶极作用 疏水效应使其成为能量上最稳定的一种结构
胞嘧啶（cytosine） 尿嘧啶（uracil）---RNA 胸腺嘧啶（thymine）
组 成 核 酸 的 碱 基
核苷
核酸分子中，碱基共价结合于戊糖的1’位构成核 苷，RNA中的戊糖为核糖，而DNA中为2’-脱氧核 糖 核糖与碱基的结合位置嘧啶为1位，嘌呤为9位 碱基与戊糖的之间的结合键成为糖苷键 若糖分子是核糖，形成的核苷（核糖核苷）为腺 苷（adenosine）、鸟苷(guanosine)、胞苷 (cytidine)和尿苷(uridine)； 若糖分子是脱氧核糖，形成的核苷为脱氧－苷
酸效应
在强酸和高温下,核酸可以完全水解为碱 基、核糖（脱氧核糖）和磷酸
碱效应
DNA变性—碱效应使碱基的互变异构发生 变化
高pH下，嘌呤的分子结构由酮式转为烯醇式， 将直接影响到特定碱基之间的氢键作用，导 致DNA双链的解离，成为DNA变性
DNA denature
Nucleotides and Nucleic Acids Undergo Nonenzymatic Tansformations
意义：自身的DNA总是被修饰酶修饰好的，不会被自身的内切酶所降 解，该系统可以保护机体免受外来DNA的入侵。
核酸化学知识点总结
核酸化学知识点总结一、核酸的化学结构1. 核酸的基本结构核酸是由核苷酸组成的，核苷酸又由碱基、糖和磷酸组成。
碱基分为嘌呤和嘧啶两类，嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），嘧啶包括胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）或尿嘧啶（U）。
糖分为核糖和脱氧核糖，其中RNA中的糖为核糖，DNA中的糖为脱氧核糖。
核苷酸是由碱基和糖组成的核苷，再与磷酸结合形成核苷酸。
2. 核酸的二级结构核酸的二级结构是指单条核酸链上碱基序列所具有的空间结构。
DNA分子具有双螺旋结构，由两条互补的DNA链通过氢键相互缠绕形成。
RNA分子没有固定的二级结构，但在一些情况下也可以形成双链结构。
3. 核酸的三级结构核酸的三级结构是指单条核酸链在立体空间上所呈现的结构。
DNA分子呈现出右旋的螺旋结构，RNA分子则可以形成各种复杂的结构。
4. 核酸的四级结构核酸的四级结构是指多条核酸链相互作用所形成的更为复杂的结构。
在一些特定情况下，核酸分子可以形成四级结构，并参与到一些生物学过程中。
二、核酸的功能1. 遗传信息的储存与传递核酸是生物体内遗传信息的携带者，DNA分子储存着生物体的遗传信息，RNA分子则在转录和翻译过程中参与到遗传信息的传递和表达中。
2. 蛋白质合成核酸通过转录和翻译的过程，参与到蛋白质的合成过程中。
DNA分子在转录过程中产生mRNA，mRNA再通过翻译过程将基因信息翻译成蛋白质。
3. 调节基因表达在一些生物学过程中，核酸可以通过转录调控、剪接调控和甲基化调控等方式来参与到基因的表达调节中。
4. 氧化磷酸化核酸分子参与到细胞内氧化磷酸化过程中，通过释放出磷酸来提供细胞内化学能量，并维持细胞内正常生理活动。
三、核酸的合成1. DNA的合成（DNA合成）DNA的合成是DNA聚合酶在DNA模板的引导下，将合适的脱氧核苷酸三磷酸酶与新合成的核甙核苷酸通过磷酸二酯键连接，使DNA链不断延长的过程。
DNA合成是细胞分裂前的准备工作，也是基因工程和分子生物学研究中的重要技术手段。
核酸的结构
（四）核苷酸的衍生物
（1）ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
• 生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。
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 (ATP)
ATP的性质
• 是重要的能量转换中间体
• ATP含两个高能磷酸键： 水解时 可释放大量自由能， 推动体内各种需能反应。
核不均一RNA
RNA组学： RNA组学研究细胞中snmRNAs的种
类、结构和功能。同一生物体内不同种 类的细胞、同一细胞在不同时间、不同 状 态 下 snmRNAs 的 表 达 具 有 时 间 和 空 间特异性。
三、DNA的高级结构
（一）DNA双螺旋结构的研究背景
已知核酸的化学结构
碱基组成分析 Chargaff 规则：[A] = [T] [G] [C]
真核生物mRNA的共价结构
帽子结构
功能
帽子结构：识别翻译起始 polyA：维持mRNA的稳定性
（2）原核细胞mRNA
原核生物mRNA为多顺反子，无修饰碱基。 多顺反子mRNA(polycistronic mRNA)：一条 mRNA链上有多个编码区
mRNA的功能
★蛋白质合成的模板。
3、rRNA一级结构特点
嘧啶嘧啶55甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶55羟甲基胞嘧啶羟甲基胞嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶44巯尿嘧啶巯尿嘧啶都是基本碱基的都是基本碱基的化学修饰型化学修饰型ohohd核糖d2脱氧核糖胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷ohhoohohohohchhh22oohh22oo碱基碱基磷酸磷酸戊糖戊糖核苷键核苷键对dna为h11三
核酸的结构
第二节
核酸的共价结构
• 一、核酸的共价结构也就是核酸的一级 结构，通常是指核酸的核苷酸序列。 发现过程：
1. 核酸的酸碱滴定曲线显示，在核酸分子中的 磷酸基只有一级解离，它的另两个酸基必定 与糖环的羟基形成了磷酸二酯键。由此可见， 核酸中的核苷酸以磷酸二酯键彼此相连。
2.使用特殊的磷酸二酯酶水解核酸的磷酸二酯 键。（牛脾水解5’—羟基形成的磷酸酯键；蛇毒 水解3’—羟基形成的磷酸酯键 ）
(2)GTP (鸟嘌呤核糖核苷三磷酸)
• 生物体内游离存在，核酸合成的前体，也是 一种高能化合物 • 具有类似ATP的结构 • 主要是作为蛋白质合成中磷酰基供体 • 在许多情况下, ATP 和 GTP 可以相互转换
（3）cAMP 和 cGMP
cAMP 3’,5’环腺嘌呤核苷一磷酸 cGMP 3’,5’-环鸟嘌呤核苷一磷酸 ——细胞间信使 • cAMP 和 cGMP 的环状磷酯键 是一个高能键： pH 7.4 时水解 能约为43.9 kJ /mol，比 ATP 水解能高得多。
核酸的组成
核酸 基本 结构 单位
水
核苷酸
解
磷酸 核苷
核糖 脱氧核糖
戊糖 碱基
嘌呤AG 嘧啶CTU
戊糖
核酸的分类就是根据所含戊糖种类不同而分为核糖
核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)
DNA 嘌 呤 碱 腺嘌呤(adenine) 鸟嘌呤(guanine) RNA 腺嘌呤(adenine) 鸟嘌呤(guanine)
嘧 啶 碱
胞嘧啶(cytosine) 胞嘧啶(cytosine) 尿嘧啶(uracil) 胸腺嘧啶 (thymine) D-2-脱氧核糖 磷 酸 D-核糖 磷 酸
戊
糖 酸
第一节
核酸的结构与功能精选干货
» RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局 部二级结构或三级结构。
» RNA比DNA小的多。 » RNA的种类、大小和结构远比DNA表现出多
样性。 44
动物细胞内主要的RNA种类及功能
RNA种类
缩写
细胞内位置
功能
核糖体RNA 信使RNA 转运RNA 微RNA
» 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。
37
（三）DNA双螺旋结构的多样性
38
DNA的空间结构
构成DNA的所有原子在三维空间 的相对位置关系。
DNA 的 空 间 结 构 又 分 为 二 级 结 构
5
一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位
分子组成
碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖 磷酸(phosphate)
6
碱基
碱基(base)是含氮的杂环化合物。
碱基
嘌呤 嘧啶
腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 尿嘧啶
存在于DNA和RNA中 仅存在于RNA中
胸腺嘧啶
仅存在于DNA中
7
嘌呤(purine，Pu)
31
2. 核糖与磷酸位于外侧
» 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)。
32
DNA双螺旋结构的示意图
DNA双螺旋结构的俯视图
33
3. 核酸结构
(2)双螺旋内侧：碱基对 A T (氢键 2) (疏水) G C (氢键 3) (3)双螺旋外侧：脱氧核糖和磷酸
(亲水骨架)
图3-12
30
亲水 骨架
11
31
A
T A
T
G
C
C
G
12 32
(4) 碱基对为平面分子，与螺旋中心轴垂直 (5) 螺距3.4nm, 10个bp/螺旋内 间距0.34nm/bp,螺旋直径2nm (6) 两个螺旋形凹槽(螺旋表面) 大沟（major groove） 小沟（minor groove） DNA与蛋白质结合的部位
33
亲水 骨架
11
34
* 维系DNA二级结构稳定性的因素 (l)碱基对之间氢键 H--O、H--N (2)碱基堆集力(stacking force) 0.34nm间距 范氏引力 碱基疏水性 疏水键 氢键-堆集力: 彼此协同
(图3-11)
(横向)
(纵向)
* 非稳定性的因素： 静电斥力 — 磷酸基团(-)
66
可变环
20
67
2. mRNA
● ●
功能 — 抄录、转送DNA遗传信息 特点：
* 占细胞中总RNA的1-5%
* 不均一分子 (各种mRNA长短差别很大) * 半衰期最短 (传递信息) * 原核和真核mRNA结构差异大(多、单顺反子)
68
多顺反子: mRNA结构中含有几种功能上相关的 蛋白质编码序列,可翻译出几种蛋白质
(p109) (p197)
20
第二节 核酸的分子பைடு நூலகம்构
核酸的构件分子 — 核苷酸
图
* 组成DNA的核苷酸 — 4种脱氧核苷酸 (dAMP、dGMP、dCMP、dTMP) * 组成RNA的核苷酸 — 4种核苷酸 (AMP、GMP、CMP、UMP)
蛋白质和核酸结构和功能的比较
蛋白质和核酸结构和功能的比较蛋白质和核酸是生命体内两类重要的生物大分子，它们在维持生命活动、传递遗传信息以及调节生物体内功能上扮演着关键角色。
虽然蛋白质和核酸在分子结构和功能上存在许多不同，但它们又存在一些共同之处。
下面将分别从结构和功能的角度比较蛋白质和核酸。
一、结构比较：1.蛋白质的结构：蛋白质是由氨基酸组成的长链多肽，通过肽键连接在一起。
蛋白质的结构包括四个不同层次：一级结构是氨基酸序列的线性顺序；二级结构包括α-螺旋、β-折叠等常见的二级结构元素；三级结构是蛋白质链的三维折叠结构；四级结构是由两个或多个蛋白质相互组合而成的复合体。
2.核酸的结构：核酸是由核苷酸组成的长链聚合物，通过磷酸二酯键连接在一起。
核酸的结构包括两个不同层次：一级结构是核苷酸序列的线性顺序；二级结构是DNA的双螺旋结构和RNA的单链结构。
二、功能比较：1.蛋白质的功能：蛋白质在细胞中的功能非常多样化，包括酶催化、结构支持、运输、免疫机制、代谢调节等。
例如，酶是一类高度特异性的蛋白质，可以参与化学反应的催化；结构蛋白质如胶原蛋白则提供细胞和组织的支持；运输蛋白质如载脂蛋白可在血液中运输脂类；免疫球蛋白可以识别入侵生物体内的病毒和细菌等。
2.核酸的功能：核酸主要参与遗传信息的传递和转录、翻译过程。
DNA持有生物体的遗传信息，可通过自身复制维持和传递；RNA则具有将DNA指导的信息转化为蛋白质的功能。
在转录过程中，DNA会被转录成RNA；在翻译过程中，RNA会被翻译成蛋白质。
三、相互作用：综上所述，蛋白质和核酸在分子结构和功能上存在着很大的差异。
蛋白质在细胞功能中的多样性比核酸更加广泛，而核酸则在传递遗传信息和转化为蛋白质的过程中起到重要的作用。
然而，蛋白质和核酸之间也相互作用、相互依赖，共同参与维持生物体的正常功能。
核酸的结构
(1)核酸的一级结构。核酸是由许许多多的核苷酸相互连结而成的多核苷酸长
链。它们的分子量都相当大，有些 DNA 由几十万至几百万个核苷酸所组成，是已知分子量
最大的化合物。无论是 RNA 还是 DNA，核苷酸之间都是通过 3,5―磷酸二酯键（3,5―
结构是指组成核酸的各个单核苷酸的排列顺序。DNA 的一级结构片断如下图所示。
NH2
NH2
N
N
A
5' 端
O
NN
N
AN
O
NN
O P O CH2
O
OH
HH
H
H
O OH
O P O CH2
O
OH
HH
H
H
OH
O
NH
U
链
NO
O P O OCH2 O
的
பைடு நூலகம்OH
HH
H
走
O OH
O
N
NH
向
G
N N NH2
O P O CH2 O
b. 两条链的方向是反平行的，绕同一主轴盘旋成双螺旋体。
c. 两条链皆为右旋，链间的碱基之间存在着氢键。只有 A 与 T 之间，或
C 与 G 之间才能配对，并以氢键相连。
d. 碱基的环呈平面结构。并与螺旋轴成直角，聚集在螺旋中间。配对的碱基在同一平
面上，各层间的碱基为一个平面堆在另一个平面上。碱基之间的纵向作用力叫碱基堆集力。
H O HN
O N HO P O
NH N
N
N O
A
O
O CH2
O
H
12 核酸的结构
主要内容
核苷酸 核酸的共价结构(一级结构) DNA的高级结构 RNA的高级结构
一.核苷酸
Nucleic Acid (NA) 核酸
Polynucleotide chain (poly Nt) 多聚核苷酸链 Nucleotide (Nt) basic unit 核苷酸 Mono-phosphate (Mp) 磷酸 Nucleoside (Ns) 核苷 Base 碱基
3. DNA分子的双螺旋结构在生理状态下十 分稳定。
4. DNA分子在溶液中具有较大的可塑性。
DNA的分子构型 ( B, Z, A ) 比较
相对湿度75%；相对湿度92%；左手螺旋
P.233 表14-5
（二）DNA的三股螺旋和四股螺旋
DNA的三股螺旋： Hoogsteen 1963年描述： 第三股螺旋的碱基可与B-DNA碱基对中嘌呤碱基 形成配对（Hoogsteen配对)。（P.234 图14-9） 分子内形成三股螺旋----铰链DNA（H-DNA）， 回折产生—H-回文结构，可形成H-DNA结构（图 14-10），主要存在于基因调控区和其他重要区域。 DNA的四股螺旋：只见于富含鸟嘌呤区。四股 DNA链借G之间氢键配对形成稳定的G-四碱基体 （图14-11A）。四股螺旋DNA链的走向，可以是 全部相同方向，也可以是两两相反（图14-11B）。
O H N H 酮式 尿嘧啶 H
2.戊糖基
1’ 1’ 2’ 2’
核糖和脱氧核糖
核糖 + H
+
Δ
糠醛 Δ
甲基间苯二酚 FeCl3
绿色产物
脱氧核糖 +
H+
ω-羟基-γ-酮 二苯胺 戊醛
蓝色产物
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tRNA 二 级 结 构 示 意 图
tRNA三级结构示意图
二、信使RNA
• 信使RNA是蛋白合成的模板。mRNA种类多， 含量少，占RNA总量的5％-10％。mRNA的 T1/2短，一般不超过数小时或几天。代谢 率高。组成单位：A、G、C、U • 它们按一定顺序通过3’，5’磷酸二酯键相 连形成一多核苷酸链。其残基数从几百到 几万不等
N CH N H H2N C N
6
C
C
N CH
HC
C
C
C2
C
C
N H
腺嘌呤A
鸟嘌呤G
HN 3
H C
NH2
4 5 CH
C
HN CH C CH O N H 胞嘧啶C O C O
HC2
O C
N
1 6 CH
HN O C
N H 胸腺嘧啶T
C CH
CH3
HN C
N H
CH CH
尿嘧啶U
二、戊糖（DNA含脱氧核糖；RNA 以核糖取代了脱氧核糖）
• tRNA的二级结构呈三叶草型，二级结构有四 个螺旋区、 三个环、 和一个附加叉 第一个环: DHU环，含二氢尿嘧啶 第二个环: 反密码环，与mRNA上的三联密 码互补配对，在蛋白质合成中解读密码子， 把正确的氨基酸引入合成位点 第三个环:Tψ环，含有稀有碱基胸腺核苷T 和假尿苷ψ • tRNA的三级结构为倒L型
第三章
核酸结构、功能
第一节
第二节 第三节
核酸的化学组成
核酸的一级结构 DNA的空间结构与功能
第四节
第五节 第六节
RNA的空间结构与功能
核酸的理化性质及应用 核酸酶
第一节 核酸的化学组成
一、核酸
1868年，Friederich Miesescher 从脓细 胞核中分离出一碱性蛋白和含磷的有机 酸的混合物，称之为核素 1928-1952年，证实遗传的物质基础是核 酸
碱基配对示意图
二、DNA结构的多样性
A-DNA：右手螺旋 B-DNA：Watson-Crick模型，右手螺旋 生理条件下DNA最稳定的结构形式 Z-DNA：左手螺旋
三、 DNA的三级结构
DNA的三级结 构：DNA双螺 旋结构进一 步盘曲形成 的复杂结构。 以超螺旋最 为常见
正超螺旋 负超螺旋模型（多见）
种蛋白质或一条多肽链的遗传单位
基因组：生物体内遗传信息的组合。对于高等
生物来说，一套染色体构成一个基因组
第三节、RNA的结构与功能
RNA的结构特征： 1. RNA分子的碱基组成主要是A、G、C、 U。此外，RNA分子中含有多种稀有碱基 2. RNA多为单股多核苷酸链，局部可 形成双链 3. RNA分子比DNA分子小。按其在基因 表达中的作用常分为三大类
病毒中，RNA也可作为遗传信息的载体
二.核酸的化பைடு நூலகம்组成
DNA
腺嘌呤 (A) （Purine bases ） 鸟嘌呤 (G) 碱基Base 嘧啶碱 胞嘧啶 (C) （Pyrimidine bases） 胸腺嘧啶(T) 戊糖(Pentose) D-2-脱氧核糖 酸(Acid) 磷酸 用酸将DNA/RNA完全水解 DNA：含氮碱基、2-脱氧-D-核糖和磷酸 RNA：含氮碱基、D-核糖和磷酸 嘌呤碱
真核生物mRNA的一级结构特点
1. mRNA的3’端有一长约200个A的polyA尾 2. mRNA的5’端有一7mG.5’ppp5’NpN帽 3. 真核细胞mRNA的二级结构没有发现有规 律可循，但mRNA自身可以在局部折叠形 成局部性双螺旋或发卡结构 4. 真核细胞核内的mRNA的初级转录本含有 内含子，再变为成熟的mRNA之前尚需一 系列的剪切加工
核小体
的核心
真核生物的三级结构常是以核小体的形式存在， 核小体常由约200个碱基对的DNA和包括H1, H2A，H2B， H3，H4在内的5种组蛋白结合在一起所构成
长约140bp的DNA分子绕核心部位1¾圈
四、真核生物基因组
基因：细胞遗传信息的携带者，是DNA或RNA的
功能性片段。它是多核苷酸链中能够决定一
核酸（nucleic acid)是以核苷酸为基本组成 单位的生物大分子
核酸分类
脱氧核糖核酸(deoxyribonucliec acid,DNA) ：细胞核和 线粒体内，携带和传递遗传信息，决定细胞和个体的 基因型（genetype)
核酸
核糖核酸（ribonucliec acid, RNA)：细胞质和细胞核内， 参与细胞内DNA遗传信息的表达
三、核苷
（嘌呤或嘧啶与糖相连后形成）
核苷结构
四、核苷酸
(核苷的磷酸酯，磷酸位于C－5’)
AMP ADP ATP
腺苷酸及其多磷酸化合物
第二节
DNA的结构与功能
一、DNA的一级结构
DNA的一级结构是指核酸分子中核苷酸排列 顺序及连接方式 * 3’,5’磷酸二酯键,前一个脱氧核苷酸的 3’-OH和后一个的5’-磷酸缩合形成磷酸二酯键 * 方向性：通常规定5’3’为正向
DNA一级结构的表示法
A
1´ 3´ 5´
5 ´ 3´
C
T
G
OH
p
p
p
p
3´
线条式
5´
ACTGCATAGCTCGA 字母式
3´
结构式
二、DNA的二级结构
• 1953 年Watson 和 Crick 提出右手双螺旋 模型 • Chargaff法则： * A=T，G＝C； * 不同物种的DNA碱基组成不同； * 同一个体的不同器官以及不同脏器的 DNA具有相同的碱基组成
一、转移RNA
• 转移RNA（transfer RNA，tRNA）：在多 肽链的合成中起转运氨基酸的作用 • 特征： 1.分子量小，常由70-90个核糖核苷酸 残基组成，约占总RNA的10％-15％ 2.稀有碱基及核苷含量丰富 3.tRNA的5端大多为pG，3端为CCA（与 氨基酸相连） 4.tRNA均可以形成二级和三级结构
RNA
腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U) D-核糖 磷酸
核苷
碱基 (base) 戊糖 (pentose)
核酸
核酸酶
核苷酸
磷酸 (phosphate)
一、含氮碱基 (包括：嘌呤和嘧啶)
嘌呤碱基
NH2
C N1
6
5C
N
7 9 8 C
H
C 2 3 4C N
H
N H
NH2
C N
6
O
右手双螺旋模型要点
1. DNA分子由两条反向的 平行多核苷酸链围绕 3.4nm 同一中心轴构成的双 螺旋结构。双螺旋表 面形成大沟和小沟 2. 双螺旋直径2nm，碱基 平面垂直于螺旋纵轴
3.两条链都由磷酸和脱氧核糖以3’， 5’-磷酸二酯键相连而成，它们位于 螺旋的外侧。嘌呤碱基与嘧啶碱基 位于螺旋的内侧，糖基平面与碱基 平面相垂直 4.两条多核苷酸链依照碱基互补配对 的原则形成的氢键相连接；A-T间形 成两个氢键；G-C间形成三个氢键