《核酸的组成与结构》PPT课件
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生物化学-第3章-核酸的结构与功能PPT课件
射图谱和分子模型，
提出了著名的DNA双
螺旋结构模型，并
对模型的生物学意
义作出了科学的解
释和预测。
.
19:46
17
DNA双螺旋模型要点
（1）两条长度相等的核苷 酸链反向平行，右手螺 旋结构。
（2）碱基在内碱基平面垂 直于螺旋轴戊糖、磷酸 在外，双螺旋每转一周 为10碱基对螺距3.4nm.
（3）碱基对（A＝T， G≡C）
一、一般性质
1．线性大分子
2．两性电解质
3. 紫外吸收性 质
.
24
二、核酸的变性与复性
1. 变性
❖ 稳定核酸双螺旋次级键断裂， 空间结构破坏，变成单链结构 的过程。
❖ 核酸变性后，由于DNA分子双 链打开暴露了更多碱基的共轭 双键，使其在波长260nm处的 光吸收增强，这一现象称为高 色效应（hyperchromic effect）。
❖ 核苷酸 → 核苷+磷酸 （戊糖+碱基+磷酸）
HH
.
10
19:46
两类核苷酸的比较
RNA： AMP GMP CMP UMP
DNA: dAMP dGMP dCMP dTMP
.
11
二、某些重要的核苷酸
1．多磷酸核苷酸
NH2
N
N
O
O
O
O - P ～O - P ～ O - P
O-
O-
O-
N OCH2 O
稀有碱基较多，稳定性较差，易水解多为 单链结构，少数局部形成螺旋。
分类： mRNA 3% tRNA 15% rRNA 80%
.
21
种类多，分子 量大小不一
5’－端“帽” 式结构
核酸的结构与功能(共101张PPT)
碱基互补配对: 腺嘌呤/胸腺嘧啶
大沟与小沟
〔2〕 DNA双螺旋结构模型要点
疏水作用力和氢键共同维系着DNA双螺旋结构的稳
定。
➢ 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。
2001年 美英等国完成人类基因组方案。
目录
核酸的分类及分布
脱氧核糖核酸
(deoxyribonucleic acid, DNA)
存 在 于 细 胞 核 (99%) 和 线 粒 体(1%) 携带遗传信息，并通过复制传递 给下一代。
核糖核酸
(ribonucleic acid, RNA)
分布于细胞核〔10%〕、细胞质 〔90%〕、线粒体〔少量〕
C
苷酸的排列顺序
定义
核酸中核苷酸的排列
A
顺序。
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
书写方法：
AGT GCT 5 P P P P P P OH 3
5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3
➢ 核酸分子的大小常用碱基(base或kilobase)数目来表 示。
1.8 锯齿型 CG序列
目录
〔4〕DNA的多链螺旋结构
Hoogsteen氢键 ➢ 在酸性的溶液中，胞嘧啶的N-3原子被质子化，可
与鸟嘌呤的N-7原子形成氢键；同时，胞嘧啶的N4的氢原子也可与鸟嘌呤的O-6形成氢键，这种氢键 被称为Hoogsteen氢键。 ➢ Hoogsteen氢键，不破坏Watson-Crick氢键，由此 形成了C＋GC的三链结构(triplex)。
生物化学核酸化学核酸结构和功能PPT课件
NH
2
N
N
9
N
N
CH OH 2O
1'
HH
H 2'
H
OH OH
腺嘌呤核苷
糖苷键
核苷酸（脱氧核苷酸）：核苷（脱氧核苷）
和磷酸以酯键连接形成。
核苷酸：
酯键 N
O 5'
HO P O CH2 OHH
NH2 N
9
N
N
O
1'
H 2'
H
糖苷键
AMP, GMP, UMP, CMP OH OH
脱氧核苷酸：
腺苷酸
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
核是酸核的 酸基的本基组本成组单成位单是位核苷酸
RNA通常以单链形式存在，局部可有二、三级 某围些绕病 同毒一R中N心A也轴可构作成为右遗手传双信螺息旋的。载体。
*参t与RN遗A的传一信级息结的构复特制点与表达。
结构 围* t绕RN同A的一三中级心结轴构构成右手双螺旋 。
大ATP多是数生真物核体m能RN量A的直3´末接端供有应多体聚：A尾。
在信2使6R0nNmA（波m长R有NA最）大吸携收带峰D，NA是遗由传碱信基息的共轭双键决定的。
尿* t嘧RN啶A的(ur一ac级il,结U)构特点
第核四苷节 （或核脱酸氧的核分苷子）结：构碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键连接形成。
DAMNAP,复G性MP时, U，M其P,溶CM液POD260降低。
胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U）
DNA有 RNA有
每种核酸都含有四种碱基 。
戊糖
5 (deoxyribonucleic acid, DNA)
5
核酸化学-PPT课件
第二节 核酸的化学组成
核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合而成的 具有一定空间结构的生物大分子。
基本元素：C、H、O、N、P ； 其中P 的含量比较稳定，占9%-10%，通过测
定P 的含量来推算核酸的含量（定磷法）。
核酸→核苷酸
磷酸 核苷
碱基 戊糖
一、戊糖
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的 糖为β-D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则 为β-D-核糖。
碱基平面之间的距离
（轴距）为0.34 nm，
每10个核苷酸形成一
小 沟
个螺旋，其螺距（即
螺旋旋转一圈）的高
度）为3.4 nm。
大 沟
DNA双螺旋结构模型要点（5）
两条链借碱基之间 的氢键和碱基堆积 力（即碱基之间的 范德华力）牢固的 连接起来，维持 DNA双螺旋的三 维结构。
两条链是碱基互补 关系。
第 四 章
核 酸 化 学
本章内容
第一节 概述 第二节 核酸的化学组成 第三节 核酸的分子结构 第四节 核酸的性质 第五节 核酸的研究方法
第一节 概 述
核酸（nucleic acid—NA）是一类重要 的生物大分子，担负着生命信息的储 存与传递。
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。
(D o r h U )
H CH 3 N
N
N
NN
dR
N 6 -M e th y l-d A
NH 2
N
CH 3
ON
dR
5 -M e th yl-d C
（2）
Ade HO CH 2 O
HH
H OH
H OCH 3
2 '- O - 甲 基 腺 苷 ((AAmm) )
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第三章 核酸的组成与结构
本章重点：DNA和RNA的组成、结构和功能。 本章难点：DNA结构的多态性。
ppt课件
1
二、DNA 的结构与功能
一级结构（Primary structure）： 指DNA分子中核苷酸的排列顺序。
二级结构（Secondary structure）： 双螺旋（double helix） 三股螺旋（triple helix）
ppt课件
15
ppt课件
16
（5）DNA三股螺旋（triple strands DNA， H-DNA，ts-DNA）： 1957年由Felesnfeld及Davis首先发现。多聚嘧啶和多聚嘌呤组
成的DNA螺旋区段，其序列中有较长的镜像重复时，形成局部三 股配对，并互相盘绕的三股螺旋，其中两股的碱基按WatsonCrick方式配对，第三股多聚嘧啶（镜像重复）通过TAT和CGC配 对，而处于双螺旋的大沟中。
2.核苷酸序列及其测定
查伽夫定则表明：核酸并不是四核苷酸结构的简单重复，核酸
的碱基序列信息可能具有重要意义。以后的研究表明：碱基序列正
是核酸生物学功能的基础，是遗传信息的内在形式。核酸序列分析
技术是最重要的分子生物学研究技术，主要包括：Sanger双脱氧法
和Maxam and Gillbert化学法。基于化学法的DNA序列自动分析仪
求双螺旋中存在连续的嘌呤或嘧啶序列，而且必须是镜像重复序
列。
ppt课件
17
ppt课件
18
（三）DNA的高级结构
1. 超螺旋（supercoil or superhelix ）结构
（1） 超螺旋的发现
1965年Vinograd等用电镜发现SV40和多瘤病毒的环形DNA 的超螺旋；超螺旋是双螺旋DNA进一步扭曲盘绕形成的高级 结构。
ppt课件
14
（2）镜像重复(mirror repeat) ：存在于同一股上的某 些DNA区段的反向重复序列。此序列各单股中没有互补 序列，不能形成十字型或发夹结构。
5 ′GGAATCGATCTTTTCTAGCTAAGG 3 ′
3′ CCTTAGCTAGAAAAGATCGATTCC 5′
（3）反转重复（inverted repeated)：由反方向互补的两 个DNA片段组成，两个反转重复序列又叫回文序列 (palindrome sequence)。 （4）直接重复(direct repeat)：由同一方向完全相同的两 个序列组成。正向重复序列、顺向重复序列。
富兰克林拍摄的DNA的X射线衍射图
超高分辨率扫描式电子
显微镜拍到的DNA照片
DNA的人工模型
ppt课件
9
DNA双螺旋结构模型
ppt课件
10
ppt课件
11
2.DNA分子构型的多态性
（1）右手螺旋：A-DNA、B-DNA、C-DNA、 D-DNA、E-DNA、T-DNA；
（2）左手螺旋：Z-DNA。
B-DNA：为DNA在生理状态下的构型，右手双螺旋构型（沃森和 克里克模型），每螺旋为10个核苷酸对。
A-DNA：为DNA的脱水构型，右手螺旋，每螺旋为11个核苷酸对。 Z-DNA：为左手螺旋，每个螺旋含12个核苷酸对。
ppt课件
12
Hale Waihona Puke DNA分子构型的多态性ppt课件
13
3.DNA的其它螺旋结构
（1）回文结构：DNA序列中以某一中心区域为对称轴， 其两侧的碱基对顺序正读和反读都相同的双螺旋结构。即 对称轴一侧的片段旋转180°后，与另一侧片段对称重复 。回文结构能形成十字结构和发夹结构。
已成为常规实验设备。
ppt课件
4
（二）DNA的二级结构
指两条核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。
1.DNA双螺旋结构模型
1953年美国青年生物学家Watsn和英国中年物理学家Crick根
据碱基互补配对规律和DNA的X射线衍射研究，提出了著名的
DNA双螺旋结构模型，并为以后拍摄的电镜直观形象所证实，从
而奠定了分子生物学的基础。
（1）要点：DNA分子是由两条同轴反向互相缠绕的多核甘酸链
组成的双螺旋结构；糖和磷酸排在外面构成骨架,两链相应的核甘
酸的碱基互相配对由氢键连接排列在内侧；双螺旋直径为20A，螺
距为34A,包含10对碱基。
（2）意义：DNA双螺旋模型结构同时表明，DNA可以按碱基互
补配对原则进行半保留复制，而在此之前对复制方式人们对一无
三条链均为同型 嘌呤（Hpu）或同型嘧啶（Hpy），有两种基 本类型：
Pu-Pu-Py型：在碱性介质中稳定。
Py-Pu-Py型：在偏酸性介质中稳定。
三链DNA既可以是B-DNA与另一条DNA链结合成的链间的三 链DNA，又可以是B-DNA与其自身的一条链结合形成的链内的三 链DNA。
分子内三链DNA于1987年由Mirkin在超螺旋中发现，其形成要
所知；DNA核苷酸顺序规定该基因编码蛋白质的氨基酸顺序；
DNA中的遗传信息就是碱基序列；并存在某种遗传密码(genetic
code)，将核苷酸序列译成蛋白质氨基酸顺序。在其后的几十年中
，科学家们沿着这两条途径前进，探明了DNA复制、遗传信息表达
与中心法则等内容。
ppt课件
7
沃森、克里克和威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖。 （左一：威尔金斯，左三：克里克左五： 沃森）
三（高）级结构（Tertiary structure）： 超螺旋（supercoil）
ppt课件
3
（一）DNA的一级结构
指DNA分子中4种核苷酸的连接方式和排列顺序。
1. Chargaff法则
Chargaff于1946-1950年根据纸层析、离子交换层析和紫外分光 光度试验结果提出查伽夫定则：四种碱基的数量不是等量的；同一 物种DNA碱基组成不变，而物种间则有很大不同；嘌呤碱基总量与 嘧啶碱基的总量相等(A+G=T+C)，且腺嘌呤与胸腺嘧啶数相等 “A”=“T” 、鸟嘌呤与胞嘧啶数相等“G”=“C”。
Franklin RE，1920－1958）和同事威尔金
斯在1951年率先采用X射线衍射技术拍摄
到DNA晶体照片，为推算出DNA分子呈螺
旋结构的结论，提供了决定性的实验依据。
但“科学玫瑰”没等到分享荣耀，在研究
成果被承认之前就已凋谢。
ppt课件
8
X衍射技术是用X光透过 物质的结晶体，使其在照 片底片上衍射出晶体图案 的技术，这个方法可以用 来推测晶体的分子排列； 沃森和克里克从衍射图谱 中受到启示。
本章重点：DNA和RNA的组成、结构和功能。 本章难点：DNA结构的多态性。
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1
二、DNA 的结构与功能
一级结构（Primary structure）： 指DNA分子中核苷酸的排列顺序。
二级结构（Secondary structure）： 双螺旋（double helix） 三股螺旋（triple helix）
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（5）DNA三股螺旋（triple strands DNA， H-DNA，ts-DNA）： 1957年由Felesnfeld及Davis首先发现。多聚嘧啶和多聚嘌呤组
成的DNA螺旋区段，其序列中有较长的镜像重复时，形成局部三 股配对，并互相盘绕的三股螺旋，其中两股的碱基按WatsonCrick方式配对，第三股多聚嘧啶（镜像重复）通过TAT和CGC配 对，而处于双螺旋的大沟中。
2.核苷酸序列及其测定
查伽夫定则表明：核酸并不是四核苷酸结构的简单重复，核酸
的碱基序列信息可能具有重要意义。以后的研究表明：碱基序列正
是核酸生物学功能的基础，是遗传信息的内在形式。核酸序列分析
技术是最重要的分子生物学研究技术，主要包括：Sanger双脱氧法
和Maxam and Gillbert化学法。基于化学法的DNA序列自动分析仪
求双螺旋中存在连续的嘌呤或嘧啶序列，而且必须是镜像重复序
列。
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（三）DNA的高级结构
1. 超螺旋（supercoil or superhelix ）结构
（1） 超螺旋的发现
1965年Vinograd等用电镜发现SV40和多瘤病毒的环形DNA 的超螺旋；超螺旋是双螺旋DNA进一步扭曲盘绕形成的高级 结构。
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14
（2）镜像重复(mirror repeat) ：存在于同一股上的某 些DNA区段的反向重复序列。此序列各单股中没有互补 序列，不能形成十字型或发夹结构。
5 ′GGAATCGATCTTTTCTAGCTAAGG 3 ′
3′ CCTTAGCTAGAAAAGATCGATTCC 5′
（3）反转重复（inverted repeated)：由反方向互补的两 个DNA片段组成，两个反转重复序列又叫回文序列 (palindrome sequence)。 （4）直接重复(direct repeat)：由同一方向完全相同的两 个序列组成。正向重复序列、顺向重复序列。
富兰克林拍摄的DNA的X射线衍射图
超高分辨率扫描式电子
显微镜拍到的DNA照片
DNA的人工模型
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DNA双螺旋结构模型
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2.DNA分子构型的多态性
（1）右手螺旋：A-DNA、B-DNA、C-DNA、 D-DNA、E-DNA、T-DNA；
（2）左手螺旋：Z-DNA。
B-DNA：为DNA在生理状态下的构型，右手双螺旋构型（沃森和 克里克模型），每螺旋为10个核苷酸对。
A-DNA：为DNA的脱水构型，右手螺旋，每螺旋为11个核苷酸对。 Z-DNA：为左手螺旋，每个螺旋含12个核苷酸对。
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Hale Waihona Puke DNA分子构型的多态性ppt课件
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3.DNA的其它螺旋结构
（1）回文结构：DNA序列中以某一中心区域为对称轴， 其两侧的碱基对顺序正读和反读都相同的双螺旋结构。即 对称轴一侧的片段旋转180°后，与另一侧片段对称重复 。回文结构能形成十字结构和发夹结构。
已成为常规实验设备。
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（二）DNA的二级结构
指两条核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。
1.DNA双螺旋结构模型
1953年美国青年生物学家Watsn和英国中年物理学家Crick根
据碱基互补配对规律和DNA的X射线衍射研究，提出了著名的
DNA双螺旋结构模型，并为以后拍摄的电镜直观形象所证实，从
而奠定了分子生物学的基础。
（1）要点：DNA分子是由两条同轴反向互相缠绕的多核甘酸链
组成的双螺旋结构；糖和磷酸排在外面构成骨架,两链相应的核甘
酸的碱基互相配对由氢键连接排列在内侧；双螺旋直径为20A，螺
距为34A,包含10对碱基。
（2）意义：DNA双螺旋模型结构同时表明，DNA可以按碱基互
补配对原则进行半保留复制，而在此之前对复制方式人们对一无
三条链均为同型 嘌呤（Hpu）或同型嘧啶（Hpy），有两种基 本类型：
Pu-Pu-Py型：在碱性介质中稳定。
Py-Pu-Py型：在偏酸性介质中稳定。
三链DNA既可以是B-DNA与另一条DNA链结合成的链间的三 链DNA，又可以是B-DNA与其自身的一条链结合形成的链内的三 链DNA。
分子内三链DNA于1987年由Mirkin在超螺旋中发现，其形成要
所知；DNA核苷酸顺序规定该基因编码蛋白质的氨基酸顺序；
DNA中的遗传信息就是碱基序列；并存在某种遗传密码(genetic
code)，将核苷酸序列译成蛋白质氨基酸顺序。在其后的几十年中
，科学家们沿着这两条途径前进，探明了DNA复制、遗传信息表达
与中心法则等内容。
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沃森、克里克和威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖。 （左一：威尔金斯，左三：克里克左五： 沃森）
三（高）级结构（Tertiary structure）： 超螺旋（supercoil）
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3
（一）DNA的一级结构
指DNA分子中4种核苷酸的连接方式和排列顺序。
1. Chargaff法则
Chargaff于1946-1950年根据纸层析、离子交换层析和紫外分光 光度试验结果提出查伽夫定则：四种碱基的数量不是等量的；同一 物种DNA碱基组成不变，而物种间则有很大不同；嘌呤碱基总量与 嘧啶碱基的总量相等(A+G=T+C)，且腺嘌呤与胸腺嘧啶数相等 “A”=“T” 、鸟嘌呤与胞嘧啶数相等“G”=“C”。
Franklin RE，1920－1958）和同事威尔金
斯在1951年率先采用X射线衍射技术拍摄
到DNA晶体照片，为推算出DNA分子呈螺
旋结构的结论，提供了决定性的实验依据。
但“科学玫瑰”没等到分享荣耀，在研究
成果被承认之前就已凋谢。
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X衍射技术是用X光透过 物质的结晶体，使其在照 片底片上衍射出晶体图案 的技术，这个方法可以用 来推测晶体的分子排列； 沃森和克里克从衍射图谱 中受到启示。