第二章核酸化学剖析
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生物化学 第2章Ⅱ 核酸(共86张PPT)
内呈正比
5、电泳缓冲液
DNA的凝胶电泳检测
(ethidiumbromide， 简称EB)是一种核酸染料，可以插入到DNA
或RNA分子的碱基之间，并在300nm波长的
紫外光照射下放射出橘红色的荧光，可用来显现 凝胶中的核酸分子。
在凝胶电泳中，溴化乙锭染料可对核酸分子 染色，在紫外光下便可以十分敏感而方便地检测 出凝胶介质中DNA谱带。
五、变性、复性与杂交
（一）、DNA的变性
1、概念 2、变性因素
3、变性的指标
1、概念
是指核酸双螺旋区的氢键断裂，双螺旋 解开，变成无规则线团的现象。核酸变 性其分子中的共价键并没有破坏，分子 量也不改变，核酸的变性（
denaturation ）
2、DNA的变性的因素
温度升高；
酸碱度改变、 pH（>11.3或<5.0）；
1、核酸分子本身的大小：同分子的摩擦
系数成反比的 Maxam和Gilbert 于1977年发明
Primer1（10uM）
2、琼脂糖的浓度：迁移率与胶浓度成反比 而聚丙烯酰胺凝胶制胶时不能将染料加入，会影响聚合。
第五节 核酸的研究方法 据此特性可以定性和定量检测核酸。
在液氮蒸发去2/3时，用自制研杵迅速磨碎叶片；
RNA本身只有局部的双螺旋区，所以变 性行为所引起的性质变化没有DNA那样 明显。 天然状态的DNA在完全变性后，紫外吸
收(260 nm)值增加25－40%.而RNA变性 后，约增加1.1%。
4. DNA变性后的表现
A260值增加
粘度下降
浮力密度增大
分子量不变
（二）、DNA的复性
1、概念：
变性DNA在适当的条件下，两条彼此分 开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构 ，这一过程称为复性；
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。
核酸化学(汇总).ppt
123
精选文档
32
〔二〕核苷酸〔nucleotide, Nt〕
1．核苷酸的构造
〔1〕〔核糖〕核苷酸〔ribonucleotide〕：
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精选文档
33
2’，3’，5’一核糖核苷酸
(2´-AMP) 123
(3´-AMP) 精选文档
(5´-AMP) 34
123
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35
〔2〕脱氧〔核糖〕核苷酸〔deoxyribonucleotide〕： 3’，5’一脱氧核糖核苷酸
〔3〕磷酸基上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的离子键 生理pH条件下DNA带有大量的负电荷，吸引着各种阳离子，组蛋白、 Na+、K+ 、Mg2+ 等，形成了离子键，消除了自身因带负电荷而产生 的斥力，增加了DNA的稳定性。
① 不均一核RNA〔heterogeneous nuclear RNA,HnRNA〕 ② 小分子核RNA〔small nuclear RNA, sn RNA〕 ③ 小分子核仁RNA〔small nucleolar RNA, sno RNA〕 ④ 染色体RNA〔chromosomal RNA, ch RNA〕
123
精选文档
4
脱氧核糖核酸〔DNA〕
DNA分子含有生物 物种的所有遗传信 息，分子量一般都 很大。
DNA为双链分子， 其中大多数是链状 构造大分子，也有 少局部呈环状构造。
123
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5
DNA
双链线状
真核细胞染色体DNA 噬菌体T2，T5，T7，λ，P22
双链环状
E-Coli染色体DNA 线粒体DNA 叶绿体DNA 多瘤病毒DNA，病毒SV40DNA 噬菌体λ和φX174的复制型
核酸化学ppt课件
2. 大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚A尾。
1. 大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。
3 编码区：mRNA有编码区和非编码区，编码区是所有mRNA分子的主要结构部分，决定蛋白质分子的 一级结构。非编码区与蛋白质生物合成调控有关。
元素组成 核酸的基本结构单位——核苷酸
第二节 核酸的基本结构单位－核苷酸
核酸的分子组成
元素组成 C、H、O、N、P等 平均磷含量 P含量约为9％～10%。各种核酸中P接近和恒定。 故在测定组织中的核酸含量时常通过测定P的含量计算生物组织中核酸的含量。
核酸的基本结构单位——核苷酸
复性：变性DNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为～。
（2）核酸的复性
不同来源的DNA、DNA与RNA、RNA和RNA之间都可以发生杂交。
核酸的杂交的应用： 在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。 临床诊断： 基因诊断：如地中海贫血、分子病等 遗传病的产前诊断：胎儿羊水中收取DNA 基础研究领域： PCR技术、Southern杂交、Northern杂交
—— DNA和 RNA
DNA
RNA
嘌呤(purine)
腺嘌呤(adenine, A)
鸟嘌呤(guanine, G)
嘧啶(pyrimidine)
胞嘧啶(cytosine, C)
尿嘧啶(uracil, U)
胸腺嘧啶(thymine, T)
二、 戊 糖
（构成RNA）
1´
2´
3´
4´
5´
核糖(ribose)
1. 大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2也是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。
3 编码区：mRNA有编码区和非编码区，编码区是所有mRNA分子的主要结构部分，决定蛋白质分子的 一级结构。非编码区与蛋白质生物合成调控有关。
元素组成 核酸的基本结构单位——核苷酸
第二节 核酸的基本结构单位－核苷酸
核酸的分子组成
元素组成 C、H、O、N、P等 平均磷含量 P含量约为9％～10%。各种核酸中P接近和恒定。 故在测定组织中的核酸含量时常通过测定P的含量计算生物组织中核酸的含量。
核酸的基本结构单位——核苷酸
复性：变性DNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为～。
（2）核酸的复性
不同来源的DNA、DNA与RNA、RNA和RNA之间都可以发生杂交。
核酸的杂交的应用： 在分子生物学和遗传学的研究中具有重要意义。 临床诊断： 基因诊断：如地中海贫血、分子病等 遗传病的产前诊断：胎儿羊水中收取DNA 基础研究领域： PCR技术、Southern杂交、Northern杂交
—— DNA和 RNA
DNA
RNA
嘌呤(purine)
腺嘌呤(adenine, A)
鸟嘌呤(guanine, G)
嘧啶(pyrimidine)
胞嘧啶(cytosine, C)
尿嘧啶(uracil, U)
胸腺嘧啶(thymine, T)
二、 戊 糖
（构成RNA）
1´
2´
3´
4´
5´
核糖(ribose)
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
第二章 核酸的结构与功能
第二章
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
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
第二章核酸讲义化学上
N
ON N CH3
Caffeine
核苷酸(Nucleotide)
NH2
N
N
NH2
N
N
O
NN
-O P O
O
O-
HH
HOH OHH
腺苷-5’-磷酸(5’-AMP)
O
NN
-O P O
O
O-
HH
HOH HH
2’-脱氧腺苷-5’-磷酸(5’-dAMP)
Base
HO
O
HH
H O OHH
O P O-
O-
Base
碱基互变异构体(2)
O
N
NH
N H
N
NH2
guanine
O
OH
N
N
N H
N
NH2
OH
NH
N
NO H
NO H
thymine
不同互变异构体有不同的氢键模式
核苷(Nucleoside)(1)
N
HO 5'
O H 4' H3'
OH
9N
H 1' H2'
OH
腺苷 Adenosine(A)
NH2
O
N
NH
N HO
HO
O
HH
H OH O H O P O-
O-
AMP, ADP and ATP
N
OOO
N
-O
P O
PO
P O
O
O-
O-
O-
HH
H OH OHH
NH2 N
N
5'-AMP 5'-ADP 5'-ATP
第二章-核酸化学
二级结构 三叶草形结构，由四臂四环组成。
2021/4/9
42
2021/4/9
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
43
三级结构 —— 倒L型
2021/4/9
44
2021/4/9
45
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）
2021/4/9
Nitrogenous Base
4
㈠ 碱 基 Nitrogenous Base
主要包括嘌呤碱和嘧啶碱。
2021/4/9
5
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）。
2021/4/9
46
2021/4/9
5sRNA的二级结构
47
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。
2021/4/9
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
2021/4/9
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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
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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
47
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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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
生物化学：第二章核酸的化学PPT课件
24
• 第二信使——cAMP、cGMP，微生物细胞内，还 有cUMP、cCMP、cIMP，但功能不明。
辅酶如NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoASH的组成 成分，参加细胞内的氧化还原反应和酰基转移 反应；
医疗中，ATP作为能源药物用于心力衰竭急救， cAMP用于心肌梗死，阿拉伯糖苷有抗DNA病毒 作用，用于抗癌。
30
DNA一级结构的表示法
AC T G
1´
3´
5´ p
p
p
p
OH 3´
5
´
结
3
构
´
式
线条式
5´ ACTGCATAGCTCGA 3´
字母式
31
DNA、RNA的一级结构比较
OH
5 ´
3´ OH
RNA与DNA一级结构的差异
DNA
RNA
糖 脱氧核糖 核糖
碱基 AGCT
AGCU
不含稀有碱基 含稀有碱基
DNA
45
超螺旋按其方向分为正超螺旋和负超螺旋 两种。真核生物中，DNA与组蛋白八聚体形 成核小体结构时，存在着负超螺旋。研究 发现，所有的DNA超螺旋都是由DNA拓扑异 构酶产生的。
46
47
48
49
50
染色体包装的多级螺旋模型
压缩倍数 7
6
40
5
DNA → 核小体 → 螺线管 → 超螺线管 →
(1) B-DNA螺旋：标准的 Watson, Crick双螺旋， 细胞正常状态下DNA存在的构型。
(2) A-DNA螺旋：DNA在75%相对湿度的钠盐 中的构型。
(3) C-DNA螺旋：DNA在66%相对湿度的锂盐 中的构型。
• 第二信使——cAMP、cGMP，微生物细胞内，还 有cUMP、cCMP、cIMP，但功能不明。
辅酶如NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoASH的组成 成分，参加细胞内的氧化还原反应和酰基转移 反应；
医疗中，ATP作为能源药物用于心力衰竭急救， cAMP用于心肌梗死，阿拉伯糖苷有抗DNA病毒 作用，用于抗癌。
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DNA一级结构的表示法
AC T G
1´
3´
5´ p
p
p
p
OH 3´
5
´
结
3
构
´
式
线条式
5´ ACTGCATAGCTCGA 3´
字母式
31
DNA、RNA的一级结构比较
OH
5 ´
3´ OH
RNA与DNA一级结构的差异
DNA
RNA
糖 脱氧核糖 核糖
碱基 AGCT
AGCU
不含稀有碱基 含稀有碱基
DNA
45
超螺旋按其方向分为正超螺旋和负超螺旋 两种。真核生物中，DNA与组蛋白八聚体形 成核小体结构时，存在着负超螺旋。研究 发现，所有的DNA超螺旋都是由DNA拓扑异 构酶产生的。
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染色体包装的多级螺旋模型
压缩倍数 7
6
40
5
DNA → 核小体 → 螺线管 → 超螺线管 →
(1) B-DNA螺旋：标准的 Watson, Crick双螺旋， 细胞正常状态下DNA存在的构型。
(2) A-DNA螺旋：DNA在75%相对湿度的钠盐 中的构型。
(3) C-DNA螺旋：DNA在66%相对湿度的锂盐 中的构型。
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
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。
《生物化学》核酸化学
2、两条链之间 的碱基配对形成 氢键。
A-T: 2个氢键 G-C：3个氢键
放线菌素A结合于小沟 抑制DNA、RNA合成
调控蛋白结合处
DNA其它二级结构 Z型：左旋，每螺旋12个碱基
DNA其它二级结构
十字型
G-四链体
三链型
G-四链体功能
端粒保持
转录调控
复制调节
翻译抑制 Bochman et al, Nat Rev Genet. 2012 ,13: 770
融解温度(melting temperature, Tm)： 核酸加热变性过程中，紫外光吸收值
达 到 最 大 值 50% 时 的 温 度 , 又 称 为 解 链温度。 。
热变性
Tm：50%的DNA分子发生变性时的温度。
三、复性和分子杂交
复性：变性的核酸在适宜条件下， 重新形成双链螺旋结构。(又叫退火)
HH ATP ADP
H AMP
H3
三磷酸 二磷酸 一磷酸
OH
腺苷 腺苷 腺苷
H1
2H OH
DNA和RNA结构
第二节 DNA的结构与功能
(一）一级结构: 核苷酸顺序，即碱基顺序
O
5
O P O CH2
O
G
OH 4 H
H
H3
2H
O
O
5
O P O CH2
O
A
核苷酸以
OH 4 H
3'，5'磷酸二酯键连接。 H 3
环状---miRNA海绵
第四节 核酸的理化性质
一、一般理化性质 酸性，大分子，粘度大 紫外吸收:260nm
二、变性
受某些因素影响,核酸的双链间的 氢键解开形成单链。
A-T: 2个氢键 G-C：3个氢键
放线菌素A结合于小沟 抑制DNA、RNA合成
调控蛋白结合处
DNA其它二级结构 Z型：左旋，每螺旋12个碱基
DNA其它二级结构
十字型
G-四链体
三链型
G-四链体功能
端粒保持
转录调控
复制调节
翻译抑制 Bochman et al, Nat Rev Genet. 2012 ,13: 770
融解温度(melting temperature, Tm)： 核酸加热变性过程中，紫外光吸收值
达 到 最 大 值 50% 时 的 温 度 , 又 称 为 解 链温度。 。
热变性
Tm：50%的DNA分子发生变性时的温度。
三、复性和分子杂交
复性：变性的核酸在适宜条件下， 重新形成双链螺旋结构。(又叫退火)
HH ATP ADP
H AMP
H3
三磷酸 二磷酸 一磷酸
OH
腺苷 腺苷 腺苷
H1
2H OH
DNA和RNA结构
第二节 DNA的结构与功能
(一）一级结构: 核苷酸顺序，即碱基顺序
O
5
O P O CH2
O
G
OH 4 H
H
H3
2H
O
O
5
O P O CH2
O
A
核苷酸以
OH 4 H
3'，5'磷酸二酯键连接。 H 3
环状---miRNA海绵
第四节 核酸的理化性质
一、一般理化性质 酸性，大分子，粘度大 紫外吸收:260nm
二、变性
受某些因素影响,核酸的双链间的 氢键解开形成单链。
医药中专第二章核酸的化学详解演示文稿
H
OH
3´-羟基
第二十页，共46页。
RNA也是具有3’,5’-磷酸二酯键的线性大分子 多个核苷酸分子通过酯化反应形成的线性大
分子，并且具有方向性； RNA的戊糖是核糖； RNA的嘧啶是胞嘧啶和尿嘧啶。
第二十一页，共46页。
DNA与RNA 的一级结构
定义
核酸中
核苷酸的排 列顺序，即
碱基序列。
第二十二页，共46页。
第三十七页，共46页。
二、tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体
1、tRNA的一级结构特点
稀有碱基
➢ 含 10~20% 稀有碱基，如 DHU（二氢尿嘧啶环） 3´末端为 — CCA-OH（胞嘧啶和腺嘧啶）
分子量最小、含稀有碱基比例最高的一类RNA
2、tRNA的功能：
把活化的氨基酸搬运到核糖体，tRNA的反密码子与 mRNA的密码子特异性结合，使氨基酸对号入座。
• 多核苷酸的两端：5'-羟基末端 3'-羟基末端
第十七页，共46页。
5´-末端
C
磷酸二酯键 A
磷酸二酯键 G
第十八页，共46页。
3´-末端
（二）DNA与RNA的分子结构
v DNA是脱氧核苷酸通过3 ',5 '-磷酸二酯键连接形 成的大分子
多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方向 性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸，即DNA链。
点
分子量最小 稀有碱基比例最高
含量最多
第四十二页，共46页。
第五节 核酸的主要理化性质
一、一般的理化性质
l 两性解离 / 一般呈酸性（在中性溶液中带负电荷） ，微溶于水，不溶于有机溶剂
l 线性大分子（粘度高。抗剪切力差） l 可用电泳或离子交换（色谱）进行分离 l 室温条件下，DNA在碱中变性，但不水解，RNA
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DNA，双螺旋，正反向， 互补链。
A对T，GC连，配对时， 靠氢键， AT2，GC3， 十碱基，转一圈，螺距 34点中间。
碱基力和氢键，维持螺 旋结构坚。
（AT2，GC3是指之间二个氢 键GC间三个.螺距34点中间即 3.4） 第二章核酸化学剖析
第二章核酸化学剖析
其他类型的DNA双螺旋
在真/原核细胞皆有 证据显示短的Z型 DNA 存 在 。
（二）DNA的二级结构（高级结构）
1. DNA的碱基组成：
具有生物种的特异性： 不同物种DNA有其独特的碱基组成； 同一物种不同组织/器官/DNA碱基组成一样， 不受生长发育、营养状况及环境条件的影响。
第二章核酸化学剖析
（一）DNA的二级 结构
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。
第二章核酸化学剖析
腺嘌D呤NA的二级胸结腺嘧构啶（双螺旋）
1.DNA碱基互补原则
其他组合易相互排斥 例 如 G:T
胞嘧啶
鸟嘌呤
＊因 此 ， DNA 的 双 股 系 藉 着 A:T 和 G : C的 配 对 关 系互相结合。
第二章核酸化学剖析
第二章核酸化学剖析
2. Chargaff定则/碱基等比定律： 嘌呤总数等于嘧啶总数 A+G=C+T； 6位上含氨基的碱基= 6位上含羰基的碱基； A+C=G+T 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相同 A=T， 胞嘧啶和鸟嘌呤的摩尔数相同 C=G DNA分子的碱基组成具有种属特异性，而不具 有组织器官特异性
增加的现象称为增色效应. 实质：碱基暴露
RNA变性：从螺旋到线团之间的转变
RNA的变性引起的性质变化没有DNA明显
第二章核酸化学剖析
DNA变性
第二章核酸化学剖析
（4）DNA热变性的特征
变性过程是“跃变式”的，而非渐变,是一 种协同的过程。
Tm
引起DNA变性的温度称为熔点——Tm
指增色效应达50%时的温度 DNA变性一半所需的温度
三、核酸的紫外吸收性质
碱基含有共轭双键 独特的紫外吸收光谱：
最大吸收峰260nm左右 ——核酸及其组份定性
和定量测定的依据。
第二章核酸化学剖析
四、核酸的变性、复性 1、变性（denaturation）
（1）变性的实质 某些理化因素破坏了氢键和碱基堆积力， 使核酸分子高级结构改变、理化性质及 生物活性发生改变。 不涉及磷酸二酯键断裂，一级结构不变
减色效应（低色效应） —— 复性时紫外吸收减少
第二章核酸化学剖析
用Cot1/2表示复性的速度
Co：代表DNA的原始浓度 t：复性时间 Cot1/2复性一半所需时间与DNA浓度的乘
积 单位：mol s/L
第二章核酸化学剖析
提问：为什么核酸有紫外吸光性？ 答案：碱基含有共轭双键，最大吸收波长260nm 提问：什么是DNA的变性？ 答案：DNA双螺旋二级结构的破坏 提问：变性因素有哪些？ 变性因素：高温（一般＞75℃）、强氧化剂、
变性DNA在适当的条件下，两条彼此分开的 单链重新缔合成双链——复性。
复性的程度、速率与复性条件有关： 热变性DNA骤然冷却（淬火）不能复性 将变性DNA缓慢冷却（退火）可以复性
第二章核酸化学剖析
DNA复性
第二章核酸化学剖析
分子量越大复性越难； 浓度越大，复性越容易； DNA复性也与它本身组成和结构有关 （有很多重复序列DNA，复性也快）。
负超螺旋
固定 （右手拓扑结构）
第二章核酸化学剖析
第四节 核酸及核苷酸的性质
一、核酸的溶解性
RNA和DNA 均微溶于水， 不溶于一般的有机溶剂
二、核酸的两性性质及等电点
核酸分子中含有酸性基团（磷酸基）和碱性基团 （氨基），也具有两性性质。
DNA等电点为4～4.5； RNA等电点为2～2.5
第二章核酸化学剖析
Z 型 DNA左旋、细长
第二章核酸化学剖析
双螺旋结构的稳定因素
提问：起稳定作用的有哪些力呢？ 答案：疏水作用力（碱基堆积力）
氢键 范德华力
第二章核酸化学剖析
三、 DNA的三级结构
（一）真核细胞染色体的DNA念珠状三级结构
第二章核酸化学剖析
DNA的存在形式
人体每个体细胞DNA长2m,细胞直 径0.1mm,细胞核0.05mm
第二章核酸化学剖析
提问：DNA形成 三级结构及染色 体的意义何在？
答案：压缩分子空间
（二）原核生物以及真核生物细胞器环状 DNA的超螺旋三级结构
染色 体
质粒
叶绿体中 含有环状 DNA
细菌等原核生物
线粒体中含 有环状DNA
第二章核酸化学剖析
环状 DNA
右旋
反之，则为正超螺旋 自然界通常为负超螺旋。
第三节 DNA的结构
DNA为双链分子 大多是链状结构，少部分呈环状 分子量一般都很大 真核细胞中集中在细胞核(98%以上) 种间细胞核中DNA含量有差异 线粒体、叶绿体含各自DNA
第二章核酸化学剖析
一、 DNA的一级结构 ——DNA分子上核苷酸的排列顺序
浏览书上关于基因（组）的概念
第二章核酸化学剖析
一般DNA Tm 值在85 - 90 C之间。
第二章核酸化学剖析
Tm值大小与下列因素有关：
（1）DNA的均一性：越均一Tm的范围愈小 （2）G－C含量：越多Tm越高
经验公式： XG+C＝（Tm－69.3）×2.44 （3）介质中的离子强度：愈高Tm愈高
不易用稀电解质保存DNA
第二章核酸化学剖析
核酸的复性（renaturation）
第二章核酸化学剖析
降解：核苷酸骨架上3’，5 ’-磷酸二酯键的断裂
第二章核酸化学剖析
（2）变性因素
高温（一般＞75℃）— 热变性 强酸、碱 — 酸碱变性 强氧化剂 尿素（PAGE中DNA ）
机理：双链间氢键断开，成为两条单链
第二章核酸化学剖析
（3）增色效应
第二章核酸化学剖析
完全变性后核酸紫外吸收值增加： 天然DNA 25－40%、RNA 约1.1% ——这种由于变性或降解引起紫外吸收
第二章核酸化学剖析
3.二级结构—B型双螺旋结构
5`
3`
1.反向，平行，右手螺旋，
大沟，小沟 2.链间碱基配对相连
小沟
3.每10个碱基对上升一周
4.疏水碱基位于内部
5.相邻碱基平面互相平行， 垂直于螺旋轴
大沟
3`
Байду номын сангаас
5`
大 部 分 DNA 所 具 有 的 双 螺 旋 结 构 ， 亦 称 为B型
第二章核酸化学剖析