第二章 核酸的化学
生化第二章核酸的结构和功能
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。
生物化学 第二章 核酸化学
1 核苷酸的组成
核酸化学
• 核苷酸是核苷的磷酸酯。作为DNA或RNA结构单元的 核苷酸分别是5′-磷酸-脱氧核糖核苷酸和5′-磷酸-核糖 核苷酸。核苷酸 核苷+磷酸
戊糖+碱基+磷酸
O
HO P OH2C O B OH
O
HO P OH2C O B OH
OH OH
OH
核糖核苷酸
脱氧核糖核苷酸
B=腺 嘌 呤 ， 鸟 嘌 呤 ， 胞 嘧 啶 ， 尿 嘧 啶 或 胸 腺 密 啶
核酸化学
格里菲斯——肺炎双球菌转化实验
多 糖 类 荚 膜
R型菌
（粗糙、 无毒性）
S型菌
（光滑、 有毒性）
核酸化学
将R型活菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将S型活菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将R型活菌与杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
细菌发生转化，性状的转化可以遗传。
O
（N = A、G、C、U、T）
O-
P
O
5´
CH2
O
N 碱基
O-
磷酸
4´ H
H 1´
O H 3´
2´ H
OH (O)H
核糖
(一)、戊糖
核酸化学
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 βD-2-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
（四）核苷酸nucleotide
核酸化学
《生物化学》第二章核酸化学及答案
第二章核酸化学《生物化学》一、选择题1．自然界游离核苷酸中，磷酸最常见是位于：A．戊糖的C-5′上B．戊糖的C-2′上C．戊糖的C-3′上D．戊糖的C-2′和C-5′上E．戊糖的C-2′和C-3′上2．可用于测量生物样品中核酸含量的元素是：A．碳B．氢C．氧D．磷E．氮3．下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNA：A．尿嘧啶B．腺嘌呤C．胞嘧啶D．鸟嘌呤E．胸腺嘧啶4．核酸中核苷酸之间的连接方式是：A．2′，3′磷酸二酯键B．糖苷键C．2′，5′磷酸二酯键D．肽键E．3′，5′磷酸二酯键5．核酸对紫外线的最大吸收峰在哪一波长附近？A．280nm B．260nm C．200nm D．340nm E．220nm6．有关RNA的描写哪项是错误的：A．mRNA分子中含有遗传密码B．tRNA是分子量最小的一种RNAC．胞浆中只有mRNAD．RNA可分为mRNA、tRNA、rRNAE．组成核糖体的主要是rRNA7．大部分真核细胞mRNA的3′-末端都具有：A．多聚A B．多聚U C．多聚T D．多聚C E．多聚G8．DNA变性是指：A．分子中磷酸二酯键断裂B．多核苷酸链解聚C．DNA分子由超螺旋→双链双螺旋D．互补碱基之间氢键断裂E．DNA分子中碱基丢失9．DNA Tm值较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致？A．G+A B．C+G C．A+T D．C+T E．A+C10．某DNA分子中腺嘌呤的含量为15%，则胞嘧啶的含量应为：A．15% B．30% C．40% D．35% E．7%二、填空题1．核酸完全的水解产物是________、_________和________。
其中________又可分为________碱和__________碱。
2．体内的嘌呤主要有________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_________。
生物化学第二章核酸化学
核酸分类及命名规则
核酸可分为DNA和RNA两大类，根据来源不同可分为基因组DNA、病毒DNA、mRNA、tRNA、 rRNA等。
核酸的命名通常包括种类、来源和特定序列信息，如人类基因组DNA可命名为hgDNA，mRNA可命 名为信使RNA等。
02
DNA结构与性质
DNA双螺旋结构模型
DNA由两条反向平行的多核苷酸链 组成，形成右手螺旋结构。
长约21nt的双链RNA，可引导RISC复合物识别并切割靶mRNA，实现基因沉默。
其他小分子RNA
如piRNA、snoRNA等，在基因表达调控、RNA修饰等方面发挥作用。
04
核酸理化性质与分离纯化方法
核酸溶解度和沉淀条件
溶解度
核酸在不同溶剂中的溶解度不同，一般易溶于水，难溶于乙醇、乙醚等有机溶 剂。其溶解度受温度、pH、离子强度等因素的影响。
非同源重组
发生在非同源序列之间的重组过程。这种重 组不依赖于序列之间的相似性，而是通过一 些特殊的蛋白质和酶的作用来实现DNA片 段的连接。非同源重组可能导致基因的重排 和染色体的不稳定，进而对生物体产生遗传 影响。
07
总结与展望
核酸化学领域重要成果回顾
核酸结构与功能研
究
揭示了DNA双螺旋结构和RNA多 种功能，阐明了遗传信息存储、 传递和表达机制。
05
核酸酶及其作用机制
限制性内切酶和外切酶作用方式
限制性内切酶
识别DNA分子中的特定核苷酸序 列，并在该序列内部进行切割， 产生特定的DNA片段。
外切酶
从DNA或RNA链的末端开始，逐 个水解核苷酸，释放单个的核苷 酸或寡核苷酸。
DNA连接酶在基因工程中应用
连接DNA片段
生物化学第二章 核酸化学
李纳斯·鲍林（Linus Pauling）
DNA的二级结构是三螺旋？
1962年，三人分享诺贝尔生理医学奖
DNA的二级结构是双螺旋
（1）DNA分子由两条多聚 脱氧核糖核苷酸链(简称 DNA单链)组成。两条链 沿着同一根轴平行盘绕， 形成右手双螺旋结构。 螺旋中的两条链方向相 反，即其中一条链的方 向为5′→3′，而另一条链 的方向为3′→5′，螺旋结 构上有大沟和小沟。
两类 核酸在分子组成上的异同点
组分 磷酸 戊糖 碱 嘌呤 基 嘧啶
RNA
DNA
磷酸Βιβλιοθήκη 核糖脱氧核糖AG
U
C
T
核苷酸的衍生物
ⅰ ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
d d d
核苷酸及其多磷酸化合物
ⅱ 环腺苷酸（cAMP）和环鸟苷酸 （cGMP）
•这两种环核苷酸在细胞代谢调节中具有重要作 用，是传递激素作用的媒介物。称为二级信使。
（2）两条链上的碱基通 过氢键相结合，形成碱 基对。碱基的相互结合 具有严格的配对规律， 即A与T结合，G与C结 合，碱基之间的这种一 一对应关系，称为碱基 互补配对原则。A和T之 间形成两个氢键，G与C 之间形成三个氢键。
碱基互补配对
A
T
C
G
（3）嘌呤和嘧啶碱基位于螺旋 的内侧，磷酸和脱氧核糖基 位于螺旋外侧，彼此以3 ’-5’ 磷酸二酯键连接，形成DNA 分子的骨架。碱基环平面与 螺旋轴垂直，糖基环平面与 碱基环平面成90°角。
级结构的可能性较小。
* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补
配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定 其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。
原核细胞
真核细胞
细胞质
第二章-核酸化学
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酵母tRNA Ala 的二级结构
氨基酸臂 D臂（二氢尿嘧啶臂） D环 TC臂 TC环 额外环 AC臂（反密码臂） AC环
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三级结构 —— 倒L型
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二、rRNA的分子结构
原核生物rRNA有3类：5S、16S、23S 真核生物rRNA有4类： 5S、5.8S、18S、28S
核苷酸
Phosphates
戊糖(核糖、脱氧核糖)
Nucleotides
核苷 Pentoses
Nucleosides
碱基（嘌呤、嘧啶）
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Nitrogenous Base
4
㈠ 碱 基 Nitrogenous Base
主要包括嘌呤碱和嘧啶碱。
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嘌呤(purine)
N 7
许多rRNA的一级结构及由一级结构推导出来的 二级结构都已阐明，但是对许多rRNA的功能迄今 仍不十分清楚。 已有一些rRNA具有酶的活性，称为核酶 （ribozyme）。
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5sRNA的二级结构
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三、mRNA的分子结构
顺反子（cistron）：一个基因就是一个顺反子。 原核生物的mRNA一般是多顺反子。 真核生物的mRNA一般是单顺反子。
1953年，Watson和Click提出DNA双螺旋模型。
1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则。
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2
核酸的种类和分布
1. 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA） 原核: 裸露的DNA分子集中于核区 真核: 细胞核DNA：与组蛋白、非组蛋白形成染色体
第二章核酸化学下ppt课件
3'
3' U attacks 3' end of IVS
19-IVS 作为催化剂
GOH-3'
GpGpGpApGpGOH-5'
CpCpCpCpCOH "C5"
CpCpCpCpCpCOH "C6"
GOH-3'
5'-CpCpCpCpCOH-3' GpGpGpApGpGOH-5'
CpCpCpCOH "C4"
• tRNA主要作用是将氨基酸转运到核糖体mRNA复合物的相应位置用于蛋白质合成
• 20种基本氨基酸每一种都至少有一种tRNA • tRNA分子较小，平均沉降系数为4S • 大多数tRNA分子具有类似的三叶草二级结
构
tRNA三叶草二级结构
3’-
受体端
76 75
(acceptor
stem)
74 73
1
1
ddTTP
CAddT CATddT CATTACGddT
8
T
7
G
6
C
5
A
4
T
3
T
2
A
1
C
DNA测序技术的应用
• RNA序列的测定，将RNA反转录成互补 DNA（cDNA) ，测定cDNA序列后即可推 断出RNA的序列
• 蛋白质的氨基酸序列的测定，也可以通过 测定DNA序列，然后用遗传密码来推断。
核酸的性质—结构稳定性
• 碱基对间的氢键
• 碱基堆积—碱基堆积力对维持核酸的空间 结构起主要作用
• 环境中的正离子—环境中的Na+、K+、 Mg2+、Mn2+等离子，可消除核酸中磷酸基 间的静电斥力，对核酸结构的稳定有重要 作用
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。
生物化学试题 核酸化学
第二章核酸化学.三、典型试题分析1. 下列几种DNA分子的碱基组成比例不同，哪一种DNA的Tm值最低（1999年生化试题）A. DNA中A-T占15％B．DNA中G-C占25％C. DNA中G-C占40％D．DNA中A-T占80％E. DNA中G-C占55%[答案] D2. 核酸的各基本单位之间的主要连接键是(2000年生化试题)A．二硫键B．糖苷键C．磷酸二酯键D．肽键E，氢键[答案) C3．DNA的二级结构是：A．α—螺旋B．β-片层C．β—转角D．超螺旋结构E，双螺旋结构[答案) E4. DNA的热变性特征是A. 碱基间的磷酸二酯键断裂B．一种三股螺旋的形成C．黏度增高D．融解温度因G-C对的含量而异E．在260nm处的光吸收降低[答案] D5. 下列关于DNA碱基组成的叙述，正确的是A. 不同生物来源的DNA碱基组成不同B，同一生物不同组织的DNA碱基组成不同C. 生物体碱基组成随着年龄变化而改变D．A和C含量相等E．A+T=G+C[答案] A6，DNA受热变性时(士998年硕士研究生入学考试题)A. 在260nm波长处的吸光度下降B，多核苷酸链断裂成寡核苷酸链 C. 碱基对可形成氢键D，加入互补RNA链，再冷却，可形成DNA／RNA杂交分子E. 溶液黏度增加[答案] D7，在核酸中占9％"-11％，且可用之计算核酸含量的元素是(1997年硕士研究生入学考试题)A. 碳B，氧C．氮D．氢E．磷[答案] E8，下列关于B-DNA双螺旋结构模型的叙述中哪一项是错误的?A. 两条链方向相反B，两股链通过碱基之间的氢键相连C．为右手螺旋，每个螺旋为10个碱基对D．嘌呤碱和嘧啶碱位于螺旋外侧E．螺旋的直径为20A[答案) D四、测试题(一)A型题1．从小鼠的一种有荚膜的致病性肺炎球菌中提取出的DNA，可使另种无荚膜、不具有致病性的肺炎球菌转变为有荚膜并具致病性的肺炎球菌A．DNA是遗传物质，蛋白质是遗传信息的体现者B，DNA是遗传信息的体现者，蛋白质是遗传物质C．DNA与蛋白质均是遗传物质D．RNA是遗传物质，DNA和蛋白质是遗传信息的体现者E．DNA和蛋白质是遗传物质，RNA是遗传信息的体现者2．核酸中一般不含有的元素是A．C B．H C．O D．P E，S3，在核酸中占9％'--11％且可用之计算核酸含量的元素是A．C B．H C．O D．P E．S4．A(腺嘌呤)与G(鸟嘌呤)在结构上的差别是A，A的C6上布羟基，G的C6上有氨基B．A的C6上有羟基，G的C2上有甲基C，A的C6上有甲基，G的C6上有羰基D．A的C2上有氨基，G的C2上有羟基E．A的C6上有氨基，G的C2上有氨基5，T(胸腺嘧啶)与U(尿嘧啶)在结构上的差别是A．T的C2上有氨基，U的C2上有O ·B．T的C5上有甲基，U的C5上无甲基C．T的C4上有氨基，U的C4上有OD．T的Cl上有羟基，U的C1上无羟基E．T的C5上有羟甲基，U的C5上无羟甲基6，通常既不见于DNA又不见于RNA的碱基是A. 腺嘌呤B．黄嘌呤巳鸟嘌呤D，胸腺嘧啶E，尿嘧啶7，自然界游离核苷酸中的磷酸最常位于A. 戊糖的C-2’上B．戊糖的C-3’上C．戊糖的C-5’上D．戊糖的C-2’及C-3’ E. 戊糖的C-2’及C-5’上8，假尿嘧啶核苷的糖苷键是·A．C-C键B．C-N键C．N-N键D．C-H键E．N-H键9，核苷酸中碱基(N)、戊糖(R)和磷酸(P)之间的连接关系是A. N-R-PB. N-P-RC. R-N-PD．P-N-R E．R-P-P-N10，脱氧胸苷的英文简写符号为A．AdR B，CdR C．UdR D. TdR E. CdR11，CR表示A. 脱氧胞苷B．胞苷 C. 腺苷D．脱氧腺苷E，脱氧核糖12，含有稀有碱基较多的核酸是A．rRNA B．tRNA C．mRNA D．hnRNA E。
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
核酸的化学组成
O HO P OH2C OH OH OH 核 核 核三 三 O B O HO P OH2C OH OH 脱脱 核核 核三 三 O B
B=三腺腺，鸟腺腺，胞胞胞，尿胞胞尿尿三尿胞 三
2．核苷酸的衍生物
（1） ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸) (腺嘌呤核糖核苷三磷酸 腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
ATP是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。它的 是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。 是生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物 结构如下： 结构如下：
HOCH2 H H OH O H H OH H OH H OH HOCH2 H O H H OH
D-核核 核
D-2-脱脱核核 脱
1．核苷酸
（3）核苷 nucleoside
核苷由戊糖和碱基缩合而成，嘌呤的N9或嘧啶的 核苷由戊糖和碱基缩合而成，嘌呤的N9或嘧啶的 N9 O N1与戊糖 与戊糖C -OH以 糖苷键相连接。 N1与戊糖C-1’-OH以C-N糖苷键相连接。
二、核酸的生物学功能 （一）DNA是主要的遗传物质 一 DNA是主要的遗传物质
S
1944年，O.T.Avery（美） 1944年 O.T.Avery（ 肺炎链球菌的转化实验, 转化实验 肺炎链球菌的转化实验,首次 证明DNA DNA是细菌遗传性状的转化 证明DNA是细菌遗传性状的转化 因子。 因子。 十年后证明DNA是遗传物质 十年后证明DNA是遗传物质 DNA
R
S+R S菌体的DNA + R 菌体的DNA
S
（一）DNA是主要的遗传物质 一 DNA是主要的遗传物质
1952年，美国冷泉港 年 Hershey-Chase 噬菌体浸染细菌的实验。 噬菌体浸染细菌的实验。
生物化学重点_第二章核酸化学
生物化学要点 _第二章核酸化学第二章核酸化学一、核酸的化学构成 :1、含氮碱 : 参加核酸与核苷酸构成的含氮碱主要分为嘌呤碱与嘧啶碱两大类。
构成核苷酸的嘧啶碱主要有三种——尿嘧啶 (U) 、胞嘧啶 (C)与胸腺嘧啶 (T),它们都就是嘧啶的衍生物。
构成核苷酸的嘌呤碱主要有两种——腺嘌呤 (A) 与鸟嘌呤 (G),它们都就是嘌呤的衍生物。
2、戊糖 :核苷酸中的戊糖主要有两种,即β-D- 核糖与β-D-2- 脱氧核糖 ,由此构成的核苷酸也分为核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。
3、核苷 :核苷就是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。
由“罕有碱基”所生成的核苷称为“罕有核苷”。
如 :假尿苷 (ψ)二、核苷酸的构造与命名:核苷酸就是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物,包含核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。
核苷酸又可按其在 5’位缩合的磷酸基的多少 ,分为一磷酸核苷 (核苷酸 )、二磷酸核苷与三磷酸核苷。
别的 ,生物体内还存在一些特别的环核苷酸 ,常有的为环一磷酸腺苷 (cAMP) 与环一磷酸鸟苷 (cGMP),它们往常就是作为激素作用的第二信使。
核苷酸往常使用缩写符号进行命名。
第一位符号用小写字母 d 代表脱氧 ,第二位用大写字母代表碱基 ,第三位用大写字母代表磷酸基的数量 ,第四位用大写字母 P 代表磷酸。
三、核酸的一级构造 :核苷酸经过 3’ ,5-磷’酸二酯键连结起来形成的不含侧链的多核苷酸长链化合物就称为核酸。
核酸拥有方向性,5’-位上拥有自由磷酸基的尾端称为5’-端,3’-位上拥有自由羟基的尾端称为3’-端。
DNA 由 dAMP 、dGMP、dCMP 与 dTMP 四种脱氧核糖核苷酸所构成。
DNA 的一级构造就就是指 DNA 分子中脱氧核糖核苷酸的摆列次序及连结方式。
RNA由AMP,GMP,CMP,UMP 四种核糖核苷酸构成。
四、 DNA 的二级构造 :DNA 双螺旋构造就是 DNA 二级构造的一种重要形式 ,它就是 Watson与 Crick 两位科学家于 1953 年提出来的一种构造模型 ,其主要实验依照就是 Chargaff 研究小组对 DNA 的化学构成进行的剖析研究,即 DNA 分子中四种碱基的摩尔百分比为 A=T 、 G=C、 A+G=T+C(Chargaff 原则 ),以及由 Wilkins 研究小组达成的 DNA晶体 X 线衍射图谱剖析。
第二章(2)核酸的化学(性质)
1．核酸的两性性质及等电点
分子中既含有酸性基团（磷酸基）,也含有碱性基 团（氨基），因而核酸具有两性性质. 因而核酸具有两性性质. 因而核酸具有两性性质 由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性 （氨基）是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。 核酸的等电点比较低。 核酸的等电点比较低 如DNA的等电点为4～4.5，RNA的等电点为2～2.5。 RNA的等电点比DNA低的原因:是RNA分子中2′-OH 通过氢键促进了磷酸基上质子的解离，而DNA没有这种 作用。
影响复性速度的因素：
1、分子量越大，复性越难。 分子量越大，复性越难。 单链片段浓度越大，随机碰撞的频率越高，复性越容易。 2、单链片段浓度越大，随机碰撞的频率越高，复性越容易。 片断内的重复序列多，则容易形成互补区，复性较快。 3、片断内的重复序列多，则容易形成互补区，复性较快。 维持溶液一定的离子强度，可加快复性速度。 4、维持溶液一定的离子强度，可加快复性速度。 此外，DNA的复性也与它本身的组成和结构有关 的复性也与它本身的组成和结构有关。 此外，DNA的复性也与它本身的组成和结构有关。
HOCH
2
O H
OH H
HOCH
2
O H
OH H
H H OH D-核核 核
H H OH
OH
H
D-2-脱脱核核 脱
2．核酸的水解
（1）酸或碱水解
核酸分子中的磷酸二酯键可在 酸或碱性条件下水解切断。 DNA和RNA对酸或碱的耐受程度 有很大差别。例如，在0.1 mol/L NaOH溶液中，RNA几乎可以完全水解， DNA在同样条件下则不受影响。
核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（3′-端或5′核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（3′-端或5′的作用方式是从多聚核苷酸链的一端 5′ 端）开始，逐个水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切 开始，逐个水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切 酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。 酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。
第二章3-核酸化学PPT课件
▪
戊糖在外，双螺旋每转一
小 沟
周 为10碱基对（bp）
▪
A型结构
▪
碱基平面倾斜20º，螺旋
变粗变短，螺距2～3nm。
2.0 nm
大 沟
DNA的三级结构
➢DNA的三级结构：指双螺旋进一步扭曲 形成的超螺旋。 ➢包括：线状DNA形成的纽结、超螺旋和 多重螺旋、环状DNA形成的结、超螺旋 和连环等
线状DNA形成的超螺旋
▪ 多核苷酸链均有5’-末端和3’-末端 ▪ 核酸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、DNA的二级结构
DNA的双螺旋模型
▪ 1953年，J. Watson和F. Crick 在前人研究工作的基础上， 根据DNA结晶的X-衍射图谱和 分子模型，提出了著名的
➢DNA分子中具有特定生物学功能的片 段称为基因（gene）。
➢一个生物体的全部DNA序列称为基因 组（genome）。
RNA的结构与功能
▪ 一、结构特点
1. 碱基组成 A、G、C、U （A＝ U/G=C）
稀有碱基较多，稳定性较差，易水解 2. 多为单链结构，少数局部形成螺旋 3. 分子较小 4. 分类 ➢mRNA ➢tRNA ➢rRNA
三、核酸的变性
▪ 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。核酸的的一级结构(碱基顺序)保持不变。
▪ 变性表征 生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外
吸收增加（增色效应） ▪ 变性因素
pH（>11.3或<5.0） 变性剂（脲、甲酰胺、甲醛） 低离子强度 加热
➢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（RNA）和脱氧 核糖核酸（DNA）两大类。
核酸的化学
H
HOH2C 5′ O
4′ 3′
HOH2C 5′ O
4′ 3′ 2′
OH
1′
OH
OH
OH
OH
核 糖 尿苷
核 糖 假尿苷 (ψ)
(四)核苷酸
N H O
-
H
N
9
H
N
O
-
-
O —
P ‖ O
~O
—
P ‖ O
~O
—
-
O
-
N H 腺嘌呤
P HOH2C 5′ O OH ‖ 4′ 1′ O 3′ 2′ OH OH AMP ADP
O
5′
O=P—O—CH2 O O
1′ 3′
G
G
T
A
OH OH O
P
3′ 5′
P
P
OH
O=P—O—CH2 O
5′
T
O
-
3′
pGpTpAOH
pG-T-A pGTA
OH OH O
-
O=P—O—CH2 O
5′
A
O
3′
OH OH
(二)DNA的双螺旋结构
1953年，Watson 和Crick 提出。
1.双螺旋结构的主要依据 (1)Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA纤维具有相 似的X射线衍射图谱。 (2)Chargaff发现DNA中A与T、C与G的数目相等。后 Pauling 和Corey发现A与T生成2个氢键、C与G生成3个 氢键。 (3)电位滴定证明，嘌呤与嘧啶的可解离基团由氢键连 接。
0.2 0.1 0 220
240
260 ¨³ ² ¤ /nm
生物化学第二章 核酸的结构
Na+,K+, Cs+ 窄深
宽深
Na+低盐
Li+
Na+, Mg++高 盐
宽中等 深 宽中等 深 平浅
窄中 等深 窄中 等深 窄深
• 真核生物染色体DNA是线型双链DNA。
• • 细胞器DNA、原核生物的染色体DNA、 质粒DNA都是环状双链
补充知识：
(一)三链DNA（triple helix DNA）
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（dTMP)
多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP
N O
HO P O CH2O N
OH
AMP OH OH
NH2 N
N
N
O
O
HO P O P O CH2O N OH OH
ADP
OH OH
N
O
O
O
HO P O P O P O CH2O N OH OH OH
7）碱基环氮原子的烷基化反应
8）环外氨基的反应
9）环外氧的烷基化反应
（二）戊 糖
（三） 磷酸：
（四）核苷酸
1. 核苷(ribonucleoside)
碱基和核糖（脱氧核糖） 糖苷键
N-9 C-1'
N-1
NH 2
N
N
N
N
HOCH 2
9
O
1
HO
OH
NH2
N
O N1 HOCH2
O
1
OH H
• 核苷：腺苷，鸟苷 • 脱氧核苷：
定义: 核酸中核苷酸的排列顺序， 也称为碱基序列。
核苷酸的连接 以3'，5'–磷酸二酯键连接
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第二章核酸的化学
?1.核酸的分类与功能
?2.核酸的组成
?3.核酸的结构
?4.核酸的性质
5.基因差别
什么是核酸？
1869年核酸最早分离自外科绷带脓细胞的细胞核，当时发现这种物质含磷量之高超过当时发现的任何一种有机物，并且含有很强的酸性，故得名核酸。
1909年其组成被研究清楚，1944年生物功能初步澄清，在X射线衍射技术支持下1951年结构澄清。
核酸是脱氧核糖核酸（DNA）与核糖核酸（RNA）的通称。
第一节核酸的分类与功能
(1)D N A是主要的生物遗传物质
生物染色体的有丝分裂(无性繁殖)、减数分裂(有性繁殖)
高等动植物是一次有性繁殖和无数次无性繁殖的结合.
实质上是DNA的复制和遗传及表达。
②D N A的组成差异决定了细胞中所有蛋白质、R N A的结构特征
子代利用遗传下来的DNA可以制造与父代相同的RNA、蛋白质，故种瓜得瓜、种豆得豆。
?③多细胞的D N A控制了细胞分化、个体形成乃至个体的生老病死。
任何一个多细胞生物的体细胞都含有完全相同的DNA。
?提问：为什么人体各组织器官的细胞形状各异、功能不同？
答案：不同细胞不同部分DNA发挥了作用（即表达）,其余DNA休眠。
当给予合适的条件时，任何一种体细胞都能变化为一个完整的个体——体细胞克隆
技术；
克隆人
提问：为什么要克隆人？
答案：主要是采集器官，进行器官移植；
由于不同个体器官移植时存在免疫排斥现象；
还可以复制死去的亲人。
克隆人的方法
2.卵细胞去核并与体细胞融合
4.克隆婴儿的诞生
95个畸形、流产儿
+
5个早衰的克隆人
提问：为什么各国政府均反对克隆人呢？
答案：1.可预见的大量的畸形儿、流产儿
2.从未有过的伦理危机，动摇社会的根基家庭观、权利义务观
一旦流行开来，“父将不父，母将不母，子将不子”
但大势所趋，第一个克隆人将在一、两年内诞生——这就是科学的两面性（“福祸相依”）
基因（gene 开始、发育的意思）
（古代）种质（猜想)
（十九世纪）孟德尔—遗传颗粒（推断）
（二十世纪初）摩尔根—染色体是基因的载体（蛋白质？核酸？）
（1944年）—DNA是基因的化学载体
基因(Gene)即DNA上能够编译一个蛋白质或RNA的最小单位，一个细胞内所有基因组合在一起统称为“基因组”。
DNA 的所有功能本质上反映的是基因的功能。
生老病死
（二）RNA在蛋白质合成中起着重要的辅助作用
第二节核酸的组成
戊糖
碱基
稀有碱基
嘌呤——次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、N2、N2-二甲基鸟嘌呤。
嘧啶——5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶、4-巯尿嘧啶
都是基本碱基的化学修饰型。
核苷酸
核苷酸
八种核苷酸如下表所示
M-单(D-二。
T－三）；P-磷酸
RNA的名称为某（单、二、三）苷酸，DNA在某（单、二、三）前加脱氧两字。
如AMP称腺苷—磷酸(或腺苷酸），dAMP称为脱氧腺苷—磷酸（脱氧腺苷酸）。
稀有核苷酸与上类似；
第三节核酸的结构
3.1DNA的一级结构
DNA的一级结构是指DNA上的核苷酸排列顺序。
(核苷酸相当于氨基酸、单糖的角色）
DNA一级结构的简写形式
核苷酸顺序又称碱基顺序，是蛋白质与RNA结构的生物语言。
3.2 DNA的二级结构（双螺旋）
A.DNA碱基互补原则
DNA 一股的核苷酸序列与另一股的序列互补（A-T、G-C）。
大部分DNA 所具有的双螺旋结构，亦称为 B 型C.双螺旋结构的稳定因素
DNA双螺旋在生理状态下十分稳定，结构不发生变化。
提问：起稳定作用的有哪些力呢？
在真核及原核细胞皆有证据显示短的Z 型DNA 存在。
3.3 DNA的三级结构
A.真核细胞染色体的DNA念珠状三级结构
B. 原核生物以及真核生物细胞器环状DNA的超螺旋三级结构
3.4 RNA的结构
A.一级结构
核糖核苷酸通过磷酸二酯键相连形成的长链
B.二级结构
a.RNA中的碱基配对原则
A-U G-C
tRNA的三叶草型二级结构
C. tRNA的“倒L”型三级结构
第四节核酸的性质
4.1一般性质
A. 酸碱性
提问：？
答案：两性，偏酸
B. 溶解性
提问：？
答案：微溶于水，不溶于一般的有机溶剂
C. 水解性
D.紫外吸光性
提问：为什么核酸有紫外吸光性？
答案：碱基含有共轭大π键，最大吸收波长260nm(蛋白质280nm)；
4.2 变性与复性
提问：什么是核酸的变性？
答案：DNA双螺旋二级结构的破坏，生物活性的丧失；
变性因素：高温（一般＞75℃）、强氧化剂、强酸、碱、尿素等；
机理：双链间氢键断开，成为两条单链；
提问：什么是核酸的复性？
答案：一定条件下，去除变性因素后，核酸恢复二级结构及生物活性的现象；通常使用热复性。
第五节真核生物与原核生物基因上的差别
A.真核细胞D N A上基因区域占少数；
?B.真核生物基因还有内含子与外显子之分
?C.真核生物基因重复出现
真核生物的DNA 上含有很多副完全相同或几乎相同的
r R N A及t R N A基因。
有许多蛋白质的基因亦重复
每个人的基因的差别只有万分之一，但每个人在特殊染色体位点的基因重复数目与家族关系密切，差异很大，亲子鉴定及基因指纹的依据就源于此。
21世纪——基因世纪
对基因奥秘的破译将极大推动社会的进步，包括医学、农业、工业、环境保护等许多领域。
图书馆期刊阅览室，《科学画报》中此类科普性文章很多，大家可借阅。