第二章 核苷酸和核酸
核苷酸和核酸课件
hnRNA
内含子 (intron)
mRNA
真核生物mRNA成熟过程：
外显子 (exon)
核酸的变性、复性及杂交
核酸的变性
在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程称为变性。
变性后理化性质变化： OD260增高 粘度下降 浮力密度升高 生物活性丧失 等等
具有信号及调控作用的核苷酸
辅 酶 A
核苷酸参与构成的重要化合物
稀 有 碱 基
2006年诺贝尔生理学或医学奖授予两名美国科学家安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛，以表彰他们发现了RNA干扰现象。
２００６年诺贝尔化学奖授予美国科学家罗杰·科恩伯格，以奖励他在“真核转录的分子基础”研究领域作出的贡献。 2007年度诺贝尔生理学或医学奖授予美国的马里奥-R-卡佩奇、奥利弗-史密斯和英国的马丁-J-伊文思，以奖励他们在胚胎干细胞和“基因打靶”研究方面所做的贡献。
B-DNA
A-DNA
Z-DNA
三种双螺旋DNA类型的比较
A型
B型
Z型
螺旋手性
右手性
右手性
左手性
分子形态
较平滑双螺旋
平滑双螺旋
Z字形扭曲
螺旋直径（nm）
2.6
2.0
1.8
碱基对/螺旋
11
10.5
12
碱基对上升高度(nm)
0.26
0.34
0.37
碱基倾角
20o
6 o
1 o
糖苷键构象
反式
反式
嘌呤顺式 嘧啶反式
RNase I
RNase T1
RNase T2
DNase I
DNase II
核酸外切酶：蛇毒磷酸二酯酶，牛脾磷酸二酯酶 核酸内切酶
【知识总结】2.5核酸是遗传信息的携带者
第二章第五节核酸是遗传信息的携带者
知识点1 核酸的种类及其分布
1、核酸的概念：从细胞核中提取的具有酸性的物质。
2、核酸的种类：一类是脱氧核糖核酸，简称DNA；一类是核糖核酸，简称RNA。
3、核酸的分布
（1）真核细胞中
①DNA主要分布在细胞核中，线粒体、叶绿体内也含有少量的DNA。
②RNA主要分布在细胞质中。
（2）原核细胞中
①DNA主要分布在拟核中，少量分布在质粒上。
②RNA主要分布在细胞质中。
（3）病毒：一种病毒只含有一种核酸，即DNA或RNA。
含有DNA的病毒称为DNA病毒，图T2噬菌体、乙肝病毒等；含有RNA的病毒称为RNA病毒，如烟草花叶病毒、HIV等。
知识点2 核酸的结构和功能
1、核酸的组成元素：只有C、H、O、N、P五种。
2、核酸的基本组成单位——核苷酸
（1）核苷酸的分子组成：一个核苷酸由一分子五碳糖、一分子含氮碱基和一分子磷脂分子组成，其连接方式如下图所示。
3、核酸是由核苷酸连接而成的长链
DNA一般由两条脱氧核苷酸链组成，且呈现双螺旋的结构。
RNA一般由一条核糖核苷酸链组成。
4、核酸的功能
☆核酸是遗传信息的携带者，在生物体的遗传、变异和蛋白质的合成中具有极其重要的作用。
6、DNA和RNA的比较
知识点
3 生物大分子以碳链为骨架
1、细胞中生物大分子的种类：多糖、蛋白质、核酸。
2、结构：每一个单体都以若干个相连的碳链为基本骨架，生物大分子是由许多单体连接成的多聚体。
3、生物大分子的组成特点及多样性的原因。
高中生物第一册 第2章 第5节 核酸是遗传信息的携带者 讲义
第5节 核酸是遗传信息的携带者 课标内容要求 核心素养对接 概述核酸由核苷酸聚合而成，是储存与传递遗传信息的生物大分子。
1.生命观念——通过对核酸的学习，建立生命的物质性的观点。
2．科学思维——归纳概括核酸种类、核苷酸种类与含氮碱基种类与生物种类的关系。
一、核酸的种类及分布1．种类⎩⎨⎧脱氧核糖核酸，简称DNA 核糖核酸，简称RNA2．分布(1)真核细胞的DNA 主要分布在细胞核中，线粒体、叶绿体内也含有少量的DNA 。
(2)RNA 主要分布在细胞质中。
二、核酸是由核苷酸连接而成的长链1．核酸的基本组成单位——核苷酸(1)组成(2)种类⎩⎨⎧分类依据：五碳糖的不同类别：脱氧核苷酸和核糖核苷酸①脱氧核苷酸：构成DNA 的基本单位。
②核糖核苷酸：构成RNA 的基本单位。
2．DNA和RNA的区别(1)分子组成的不同①DNA的五碳糖是脱氧核糖，而RNA的则是核糖。
②DNA特有的碱基是胸腺嘧啶(T)，而RNA的则是尿嘧啶(U)。
(2)分子结构的不同DNA是由脱氧核苷酸连接而成，一般由两条脱氧核苷酸链构成，RNA则是由核糖核苷酸连接而成，由一条核糖核苷酸链构成。
3．DNA指纹获得遗传信息的根本原因生物的遗传信息储存在DNA分子中，而且每个个体的DNA的脱氧核苷酸序列各有特点。
4．核酸的多样性及功能(1)多样性的原因：核苷酸数目不同和排列顺序多样。
(2)遗传信息的储存①脱氧核苷酸的排列顺序储存着生物的遗传信息，DNA分子是储存、传递遗传信息的生物大分子。
②部分病毒的遗传信息储存在RNA中，如HIV、SARS病毒等。
(3)功能①核酸是细胞内携带遗传信息的物质。
②核酸在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。
三、生物大分子以碳链为骨架1．单体和多聚体生物大分子是由许多基本组成单位连接而成的，这些基本单位称为单体，这些生物大分子又称为单体的多聚体。
单体(基本单位) 多聚体(生物大分子)单糖多糖氨基酸蛋白质核苷酸核酸2.每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架，由许多单体连接成多聚体。
第二章 核苷酸与核酸(含答案)
第二章核苷酸与核酸解释题1. 增色效应 (hyperchromic effect)2. 摩尔磷原子消光系数ε (p)3. 分子杂交 (hybridization)4. 基因组 (genome)5. 内含子 (introns)6. “外显子” (exon)7. 质粒( plasmids)8 ．黏性末端( cohesive ends)9. “退火”( annealing)10. 减色效应(hypochromic effect)11. 回文结构( palindrome)12. 基因 (gene) 13. 平末端 (blunt end)14. 同座酶 (isoschizomers)15. 限制图 (restriction map)16. 结构基因 (structural genes)17. 调节顺序 (regulatory sequence)18. 反式作用因子 (traps-acting factors)19. 顺式行为元件 (cis-acting elements)20. 端粒 DNA (telomere DNA)21. 卫星 DNA (satellite DNA)22. Alu 顺序23. 顺反子 (cistron)24. 超螺旋 DNA (DNA supercoiliy)填空题1. 从外观看， DNA 为_____ ， RNA 为_____ 。
2. B-DNA 为 _____手螺旋 DNA ，而 Z-DNA 为_____ 手螺旋。
3. 细胞质 RNA 主要有_____ 、_____和_____ 三种。
4. 真核 mRNA 的 3' 端通常有_____ 结构， 5' 端含有_____ 结构。
5. 某物种体细胞 DNA 样品含有 25 ％的 A ，则其 T 的含量为_____ ， G 的含量应为_____。
6. 一个物种细胞中所有_____ 和_____ 的总和称为该物种的基因组。
7. DNA 的 _____会导致溶液紫外光吸收的_____ ，此现象称为增色效应。
核酸化学ppt课件
取代基
取代位置 核苷
m22 N
取代基的数目
取代基用下列小写英文字母表示 :
甲基m 甲硫基ms 异戊烯基i
乙酰基ac 羟基o或h
羧基c
氨基n 硫基s
注意：
含修饰核糖的核苷即2’-O-甲基核苷的表示方法，在 核苷符号的右下方注上一个小写m。
例: 2’-O-甲基腺苷 Am
（二）核苷酸（nucleotide, Nt）
第二节 核酸的组成
一 碱基（base）：又称含氮碱
（1）嘧啶碱（pyrimidine, Py）
（2）嘌呤碱（purine, Pu）
其它嘌呤（核酸的代谢产物）： 黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等
（3）修饰碱基（modified base）： 也称稀有碱基（minor base）
二、核苷、核苷酸
（一）核苷（nucleoside）
3．螺距为3.4 nm，含10个碱基 对（bp），相邻碱基对平面间 的距离为0.34 nm。螺旋直径为 2 nm。 氢键维持双螺旋的横向稳定。
碱基对平面几乎垂直螺旋轴，
碱基对平面间的疏水堆积力维 持螺旋的纵向稳定。
4．碱基在一条链 上的排列顺序不 受限制。遗传信 息由碱基序所携 带。 5．DNA构象有 多态性。
反向的两条多核苷酸链，右手螺旋。
与B-DNA不同点 :
（1）螺体宽而短，直径2.55nm；11个核苷酸一圈，螺距2.46nm。
（2）碱基的倾角大一些：倾角19º。
A-DNA：RNA分子中的双螺旋区；DNA-RNA杂交分子。 A-DNA和B-DNA之间可以相互转换，推测在转录时，DNA
分子发生B→A的转变。
1．DNA分子中核苷酸的连接方式
RNA
简写方法：线条式、文字式
第二章 核酸的结构与功能(试题及答案)
第二章核酸的结构与功能一、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____。
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
第二章 核苷酸和核酸习题
查看答案1．watson－Crick碱基配对中，膘吟环上还有哪些位置可以形成额外的氢键？3．请写出双链DNA（5'）ATGCCCGTATGCATTC（3'）的互补链顺序。
4．以克为单位计算出从地球延伸到月亮（～320 000km）这么长的双链DNA的质量。
已知双螺旋DNA每1000个核苷酸对重IX10-18g，每个碱基对长0．34nm（一个有趣的例子是人体一共含DNA 0.5g）。
5．假定连续5个多腺苷酸序列（polyA）可使DNA产生20°的弯曲。
如果两个脱氧腺苷酸串列（dA）5的中心碱基对分别相距（a）10个碱基对，（b）15个碱基对，计算这两种情况下 DNA的净弯曲。
假定 DNA双螺旋是 10个碱基对一个螺旋。
6．具有回文结构的单链RNA或DNA可形成发卡结构。
这两个发卡结构中的双螺旋部分有何不同？7．在许多真核生物细胞中有一些高度专一的系统用于修复DNA中的G—T错配。
这种错配是由G≡C对变成的，这种专一的G—T错配修复系统对于细胞内一般的修复系统是一种补充，你能说出为什么细胞需要一个专门的修复系统以修复G—T错配的原因吗？8．解释为什么双链DNA变性时紫外光吸收增加（增色效应）？9．有两个分离自未知细菌的DNA样品，它们各含32％和17％的腺嘌呤碱基。
你估计这两种细菌DNA各自所含的腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶的比例是多少？如果这两种细菌中的一种是来自温泉，哪一种菌应该是温泉菌，为什么？11．画出下列核酸成分的结构及它们在水中的溶解度顺序（从最易溶到最难溶）：脱氧核糖、鸟嘌呤、磷酸。
请说明这些成分的溶解度如何与双链DNA的三维结构相协调。
12．外切核酸酶是能够从多核苷酸的一端逐个地切断磷酸二酯键产生单核苷酸的酶。
用蛇毒磷酸二酯酶部分降解（5'）GCGCCAUUGC（3'OH产生的产物是什么？13．当环境不再有利于活细胞代谢时，细菌形成内生孢子。
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。
生科第二章-核酸化学
组 蛋 白 与 DNA的 结 合
➢组蛋白核心(héxīn)： H2B, H2A, H3, H4。H1 组蛋白在核小体之间。
第三十四页，共74页。
DNA的存在(cúnzài)形式
第三十五页，共74页。
染色体包装------多级螺旋(luóxuán)模型
压缩倍数 7
6
40
DNA → 核小体 → 螺线管 →
第十九页，共74页。
3.2 核酸(hé suān)的一级结构（primary structure）
一级结构-----核酸(hé suān)分子中核苷酸的排列 顺序及连接方式。核苷酸的排列顺序代表了遗传信 息。
➢碱基序列（base sequence)即为DNA的一级结构。通 常碱基序列由DNA链的5 →3 方向(fāngxiàng)写。 ➢n个核苷酸组成的DNA链中可能有的不同序列总数为 4n。
DNA double helix类型
bp/turn
D vertical rise/bp
11
2.3
0.255
10
2.0
0.34
12
1.8
0.37
direction 右 右 左
第二十八页，)结构（tertiary structure）
1. 环状DNA的超螺旋结构 DNA双螺旋进一步扭曲(niǔ qǔ)成超螺旋构成三级结 构。 一段双螺旋(luóxuán)在螺旋(luóxuán)均已形成的 情况下，双链环不发生进一步扭曲，称松弛环形 DNA。 若将线形DNA的螺旋(luóxuán)先拧松两周再连接 成环时，解链部分形成突环称解链环型DNA。
第二十页，共74页。
核苷酸的连接方式
1、核酸的基本结构(jiégòu)单位：核苷酸
第二章 核酸和核苷酸
第二章核酸和核苷酸1．watson－Crick碱基配对中，膘吟环上还有哪些位置可以形成额外的氢键？3．请写出双链DNA（5'）ATGCCCGTATGCA TTC（3'）的互补链顺序。
4．以克为单位计算出从地球延伸到月亮（～320 000km）这么长的双链DNA的质量。
已知双螺旋DNA每1000个核苷酸对重IX10-18g，每个碱基对长0．34nm（一个有趣的例子是人体一共含DNA 0.5g）。
5．假定连续5个多腺苷酸序列（polyA）可使DNA产生20°的弯曲。
如果两个脱氧腺苷酸串列（dA）5的中心碱基对分别相距（a）10个碱基对，（b）15个碱基对，计算这两种情况下DNA的净弯曲。
假定DNA双螺旋是10个碱基对一个螺旋。
6．具有回文结构的单链RNA或DNA可形成发卡结构。
这两个发卡结构中的双螺旋部分有何不同？7．在许多真核生物细胞中有一些高度专一的系统用于修复DNA中的G—T错配。
这种错配是由G≡C对变成的，这种专一的G—T错配修复系统对于细胞内一般的修复系统是一种补充，你能说出为什么细胞需要一个专门的修复系统以修复G—T错配的原因吗？8．解释为什么双链DNA变性时紫外光吸收增加（增色效应）？9．有两个分离自未知细菌的DNA样品，它们各含32％和17％的腺嘌呤碱基。
你估计这两种细菌DNA各自所含的腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶的比例是多少？如果这两种细菌中的一种是来自温泉，哪一种菌应该是温泉菌，为什么？11．画出下列核酸成分的结构及它们在水中的溶解度顺序（从最易溶到最难溶）：脱氧核糖、鸟嘌呤、磷酸。
请说明这些成分的溶解度如何与双链DNA的三维结构相协调。
12．外切核酸酶是能够从多核苷酸的一端逐个地切断磷酸二酯键产生单核苷酸的酶。
用蛇毒磷酸二酯酶部分降解（5'）GCGCCAUUGC（3'OH产生的产物是什么？13．当环境不再有利于活细胞代谢时，细菌形成内生孢子。
生化第二章核酸的结构和功能
第二章核酸的结构与功能本章重点核酸前言：1.真核生物DNA存在于细胞核和线粒体内，携带遗传信息，并通过复制的方式将遗传信息进行传代；真核生物RNA存在于细胞质、细胞核和线粒体内。
2.在某些病毒中，RNA也可以作为遗传信息的载体。
一、核酸的化学组成以及一级结构（一）、核苷酸是构成核酸的基本组成单位1．DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸，而RNA的基本组成单位是核糖核苷酸。
2．核苷酸中的碱基成分:含氮的杂环化合物。
①DNA中的碱基：A\T\C\G。
②RNA中的碱基：S\U\C\G。
★这五种碱基的酮基或氨基受所处环境的pH是影响可以形成酮-烯醇互变异构体或氨基-亚2．核糖①β-D-核糖：C-2’原子上有一个羟基。
②β-D-脱氧核糖：C-2’原子上没有羟基☆脱氧核糖的化学稳定性比核糖好，这使DNA成为了遗传信息的载体。
3．核苷①核苷②脱氧核苷③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。
在天然条件下，由于空间位阻效应，核糖和碱基处在反式构象上。
3．核苷酸的结构与命名①核苷或脱氧核苷C-5’原子上的羟基可以与磷酸反应，脱水后形成磷酸键，生成核苷酸或脱氧核苷酸。
②根据连接的磷酸基团的数目不同，核苷酸可分为核苷一磷酸（NMP）、核苷二磷酸（NDP）、核苷三磷酸（NTP）。
③生物体内游离存在的多是5’核苷酸★细胞内一些参与物质代谢的酶分子的辅酶结构中都含有腺苷酸，如辅酶Ⅰ（NAD+），它们是生物氧化体系的重要成分，在传递质子或电子的过程中具有重要的作用。
（二）、DNA是脱氧核糖核苷酸通过3’，5’-磷酸二酯键连接形成的大分子1.脱氧核糖核苷三磷酸C-3’原子的羟基能够与另一个脱氧核糖核苷三磷酸的α-磷酸基团缩合，形成了一个含有3’，5’-磷酸二酯键的脱氧核苷酸分子。
2.脱氧核苷酸分子保留着C-5’原子的磷酸基团和C-3’原子的羟基。
3.多聚体核苷酸链的5’-端是磷酸基团，3’-端是羟基。
生化-第二章-核酸的结构与功能思维导图脑图
核酸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DNA是脱氧核苷酸通过3，5-磷酸二酯键聚合形成的线性大分子RNA是核糖核苷酸通过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双螺旋结构的实验基础DNA双螺旋结构模型的要点DNA由两条多聚脱氧核苷酸组成DNA的两条多聚脱氧核苷酸链之间形成了互补碱基对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DNA的多链结构DNA双链经过盘绕折叠形成致密的高级结构封闭环状的DNA具有超螺旋结构真核生物DNA被逐级有序地组装成高级结构DNA是主要的遗传物质RNA的空间结构与功能mRNA是蛋白质生物合成的模板真核细胞mRNA的5'-端有帽结构真核生物和有些原核生物mRNA的3'-端有多聚腺苷酸尾的结构真核生物细胞核内的hnRNA经过一系列的修饰和剪接成为成熟的mRNAmRNA的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列tRNA是蛋白质合成中氨基酸的载体tRNA含有多种稀有碱基tRNA具有特定的空间结构tRNA的3'-端连接着氨基酸tRNA的反密码子能够识别mRNA的密码子以rRNA为主要成分的核糖体是蛋白质合成的场所组成性非编码RNA是保障遗传信息传递的关键因子催化小RNA核仁小RNA核小RNA胞质小RNA调控性非编码RNA参与了基因表达调控非编码小RNA的特征和作用长非编码RNA的特征和作用环状RNA的特征和作用核酸的理化性质核酸具有强烈的紫外吸收DNA变性是一条DNA双链解离为两条DNA单链的过程变性的核酸可以复性或形成杂交双链。
第二章 核酸的分子结构与功能(间)
32
33
图
不同类型的DNA双螺旋结构
34
B型双螺旋DNA的结构特点：
1. 为右手反平行双螺旋；
2. 主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；
3. 两条链间存在碱基互补：A与T或G与C配对形
成氢键，称为碱基互补原则（A与T为两个氢
键，G与C为三个氢键）；
4. 螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力；
5. 螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm。
参与hnRNA的剪接、转运 rRNA的加工、修饰 蛋白质内质网定位合成 的信号识别体的组分
40
胞浆小RNA
一、mRNA的结构与功能
mRNA是在细胞核内以DNA为模板合成;
mRNA又作为模板将来自DNA的信息经翻译， 指导合成蛋白质。称信使RNA，或模板RNA 。
在细胞内合成的mRNA初级产物分子大小不 一，被称为核内不均一RNA(heterogeneous nuclear RNA,hnRNA) 。
3
分类
功能 遗传的物质基础, 携带、传递遗传信 息。
分布
细胞核和 线粒体内
DNA 核酸
mRNA RNA tRNA
模板（信使） 转运氨基酸 识别密码子 细胞质和 细胞核内
rRNA 构成核蛋白体
合成蛋白质的场所
4
核酸是存在于细胞中的一类大分子酸性物质， 包括核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）和脱 氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）两 大类。
42
3’-末端的多聚A尾结构:
真核生物mRNA的3’-末端，大多数 有数十个至百余个腺苷酸连接而成的 多聚腺苷酸结构称为多聚A尾结构，即 poly(A)结构。
43
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核苷酸和核酸
Nucleotide and Nucleic Acid
本章重点及难点
重点：掌握核酸构件分子的结构特点、代号； 掌握DNA二级结构特点、稳定力、三级结 构特点及有关概念；掌握RNA二级结构特点、 类型；了解核酸的重要理化性质。 难点：构件分子的结构特点，DNA二级结 构要点及三级结构有关概念，tRNA二级结 构特点、真核生物mRNA二级结构特点，核 酸理化性质中涉及的概念及应用。
AGT GCT
5 P P P P P P OH 3
5 pApCpTpGpCpT-OH 3
5 A C T G C T 3
5. 体内重要的游离核苷酸及其衍生物
多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP
环化核苷酸: cAMP，cGMP
含核苷酸的生物活性物质：
NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有 AMP
DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。 生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变 万化的不同排列组合之中。
（二）、Chargaff定则
不同物种间DNA碱基组成一般是不同的； 同一物种不同组织的DNA样品的碱基组成相同； 一个物种的DNA碱基组成不会因个体的年龄、
营养状态和环境改变而改变； 任何一种DNA样品中，A的量=T的量，G的量=C
B型结构
2.0 nm
两条链反向平行，右手螺旋
碱基在内（A＝T，G≡C）碱 基平面垂直于螺旋轴
戊糖在外，双螺旋每转一周
为10.5个碱基对（bp）
小 沟
A型结构
碱基平面倾斜20º，螺旋变粗
变短，螺距2～3nm。
大
沟
Z型结构
左手螺旋，只有小沟
双螺旋DNA的结构参数
类型
旋转方向
A－DNA 右 B－DNA 右 Z－DNA 左
中心区域 回文序列
十字形结构
发夹式结构
（四）、与DNA碱基顺序相关的特殊结构
Holliday结构
富于AT
富于AT
DNA分子中十字形结构的形成
三、DNA的三级结构及其在染色质中的组装
（一）DNA的超螺旋
1.为什么要进行超螺旋？
2.什么是超螺旋(superhelix 或supercoil) ？ DNA是以双螺旋的形式围绕着同一轴缠绕的，当双螺
碱基组成分析 Chargaff 规则：[A] = [T]
[G] [C] 碱基的理化数据分析 A-T、G-C以氢键配对较合理
DNA纤维的X-线衍射图谱分析
DNA的双螺旋结构的意义
该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性 特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这 是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是 遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提 出是20世纪生命科学的重大突破之一，它奠定 了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞 速发展的基石。
螺旋直径 （nm）
2.0 2.3 1.8
螺距 （nm）
2.8 3.4 4.5
每转碱基 对数目
11 10 12
碱基对间垂直 距离（nm）
0.255 0.34 0.27
碱基对与水 平面倾角
20º 0º 7º
双螺旋稳定的力
氢键 碱基堆积力（疏水相互作用及范德华力） 离子键等 则DNA变性剂（热、pH、脲/酰胺、有机溶剂）
体内核苷酸只有5’的吗？脱氧核苷酸呢？
环化核苷酸如何形成的？
5′端
二、核酸的一级结构
C
定义
核酸中核苷酸的排
列顺序。
A
由于核苷酸间的差
异主要是碱基不同，所
以也称为碱基序列。
G
3′端
碱基的性质影响核酸结构
大部分键具有共轭双键性质，因此有紫外吸收特 性，最大吸收在260nm ；
碱基有疏水性，产生的碱基间的疏水堆积作用是 稳定核酸空间结构的重要力；
酸残基，5’末端即在5’位置上缺乏核苷酸残基。 3’端有游离的羟基，5’端有游离的磷酸基。
书写方法
5′-磷酸端（常用5’-P表示），3′-羟基端（常用3’-OH表示）； 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须注
明它的方向是5′→3′或是3′→5′； 戊糖用垂直竖线表示，五个C从上到下依次为1′→5′。
rRNA
调节功能：调节基因
无产物
作用未知
基因组（genome）：某生物体（完整单倍体）所含全部 遗
传物质的总和，包括：核基因组（拟 核/核DNA）及核外（质粒/质体DNA）。
人 两栖类 鱼类 藻类 酵母 细菌 E.Coli 病毒 质粒
103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 bp（碱基对）
第一节 引 言
核 酸(nucleic acid)
是以核苷酸为基本组成单位的生物大 分子，携带和传递遗传信息。
是一类重要的生物大分子，担负着生命信息 的储存与传递。
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。
一、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发现DNA的双螺旋结构 1968年 Nirenberg发现遗传密码 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法 1985年 Mullis发明PCR 技术 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) 1994年 中国人类基因组计划启动 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架
旋DNA的这个轴再弯曲缠绕时，DNA就处于超螺旋状态， DNA超螺旋状态是结构张力的表现。超螺旋是DNA三级结构 的一个重要特征。
正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
提出课后复习的几个基本问题
核外
叶绿体（ctDNA）
DNA
拟核
原核
核外：质粒（plasmid）
病毒：DNA病毒
RNA主要存在于细胞质中
tRNA rRNA mRNA 其它 RNA病毒：SARS
四、分子生物学的中心法则
第二节 核酸的基本化学组成
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 —— 戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖 —— 磷酸(phosphate)
摩尔消光系数：指1摩尔浓度核酸溶液，在一定pH条 件下某一波长的吸光值。
第三节 DNA的结构与功能
一、DNA的一级结构
（一）基本特征
脱氧核糖核酸的排列顺序 可以用碱基排列顺序表示
连接键：3’，5’-磷酸二酯键 磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架 碱基形成侧链
多核苷酸链均有5’-末端和3’-末端
一、核苷酸的结构
1. 戊糖
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 β-D2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为β-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
2. 碱基
嘌呤(purine)
N 7
3. 核苷和核苷酸的结构
碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖
苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。
NH2
N
核苷：AR, GR, UR, CR
1
HO CH2 O N O
1´
脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR OH OH
核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键
连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。
NH2
N O
核苷酸：
HO P HOO CCHH22 OO N O OH
的量 ，因此 A+G=C=T ，A+G+C+T=100%。
例如：G+C含量为40%，则G=20%、C=20%、 A=30%。T=30%
（三）、 基因与基因组
基因（gene）：一段有功能的DNA片段，生物细胞中 DNA
分子的最小功能单位（交换单位）。
蛋白质（mRNA 蛋白质）
产物 tRNA RNA
结构基因
核酶的发现，一些核酸本身具有酶催化的活性。
1944年，Avery的转换转化实验
or and
可分离
三、核酸的种类和分布
核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid （DNA） 核糖核酸 Ribonucleic Acid（RNA）
98％核中（染色体中）
真核
线粒体（mDNA）
NNHHN22H2
N
NNN
O OO OOO HO PHOO PPHOOO PPP OOO CCHCH22HOO2O NNN
NN N O CH2O N
NN N
OH OOHH OOHOHH
cAMP
ADANPTAPD+AMP OOHOHHOOHOHH
O P O OH OHNADP+
NH2 N
N
课后思考？
1. 为什么要进行超螺旋？ 1. 细胞内DNA主要呈什么状态? 2. 如何衡量DNA的超螺旋?
如何衡量DNA的超螺旋？
如何用拓扑学的概念来描述DNA超螺旋？ 拓扑学研究的是一种物体在不断变形情况下某些
不变的性质，如一个DNA分子只要不切断链，无论怎 样弯曲，它的拓扑学性质不变。
AMP, GMP, UMP, CMP
脱氧核苷酸：