核苷酸与核酸
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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。
5´端
C
核苷酸之间以3 , 5 -磷酸 二酯键(phosphoester bond ) 连接形成多核苷酸链，即核酸。
A
G
3´端
书写方法
A 5' P C T G C T A A C OH 3'
P
P
P
P
P
P
P
P
5' pApCpTpGpCpTpApApC-OH 3'
核苷（nucleoside）
碱基与戊糖通过β-N-糖苷键共价相连而形成的 一种糖苷。
NH2 N CH2OH O O H H OH 1 N
NH2 N N
糖苷键
N 9 N 糖苷键 O
CH2OH H OH
（glycosidic 1' H bond） H H 2'
H
（glycosidic 1' bond） H H 2'
其基本单位是 核小体(nucleosome)。
核小体的组成 DNA：约200bp
组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4
八聚体核心组蛋白
组蛋白H1
(约60bp)
串珠状核小体结构
真核生物染色体DNA组装
DNA的功能(Functions of DNA)
DNA 的基本功能是以基因的形式 荷载遗传信息，并作为基因复制和转 录的模板。它是生命遗传的物质基础， 也是个体生命活动的信息基础。
基因(Gene)
是指DNA分子中的特定区段，其中 的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。
基因组（Genome）
包含了所有编码RNA和蛋白质的序 列及所有的非编码序列。 人的基因组有2×109个碱基对。
DNA的结构特点
1. 具有高度的复杂性和稳定性, 满足遗传多样性和稳定性。 2. DNA可以发生重组和突变， 为自然选择提供机会。
1. 两条链反向平行 (antiparallel )，围绕同一中 心轴构成右手双螺旋 (double helix)。螺旋直径 2nm，表面有大沟和小沟。 小沟
2. 磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋 外侧，碱基垂直于螺旋轴而 伸入内侧。每圈螺旋含10个 大沟 碱基对 (base pairs,bp)，螺 距为3.4nm。
核酸结构及功能
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。
核酸的分类及分布
(Classification of nucleic acid)
脱氧核糖核酸
(deoxyribonucleic acid, DNA)
存在于细胞核和线粒体内
携带遗传信息，决定细胞和个 体的遗传型。
嘌呤
鸟嘌呤（G）
DNA、RNA均有
碱基
嘧啶
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 。
嘌呤(purine)
N
NH2 N
N 7 8 9 NH
NH
5 4
6 3 N
1N 2
腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
N
鸟嘌呤(guanine, G)
NH2
嘧啶(pyrimidine)
*mRNA的功能：作为蛋白质合成的模板。
二、转运RNA (Transfer RNA,tRNA)
---- 氨基酸的携带者，转运氨基酸至
核糖体，参与蛋白质的合成。 • tRNA的一级结构特点
核酸的基本组成单位是核苷酸(nucleotides)
碱基 base
nucleoside 核苷 核酸 nucleic acid 核苷酸 nucleotide 磷酸 phosphate
戊糖 pentose
DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸
RNA的基本组成单位是核糖核苷酸
一、核苷酸的结构
腺嘌呤（A）
主要RNA的种类、分布及功能
细胞核和胞液 核蛋白体RNA 信使RNA 转运RNA 核内不均一RNA 核内小RNA 核仁小RNA 胞浆小RNA rRNA mRNA tRNA HnRNA SnRNA SnoRNA scRNA/7SL-RNA 线粒体 mt rRNA mt tRNA 功 能
核蛋白体组分 转运氨基酸 成熟mRNA的前体
H
H OH
腺苷酸
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
核苷酸（nucleotide)
胞嘧啶 （cytosine）
胞苷 （cytidine)
胞苷一磷酸（cytidine monophosphate）
多磷酸核苷酸： NMP，NDP，NTP
N O O O β γ α O P O P O P O CH2 O
5' ACTGCTAAC 3'
两种核酸的比较
碱基
嘌呤
戊糖
嘧啶
磷酸 磷酸 磷酸
磷酸
DNA A G RNA A G
N9
CT CU
脱氧核糖 核糖
N1 C1‘ 碱基 戊糖 糖苷键 核苷
磷酸二酯键 核苷酸（多为5’核苷酸）
DNA 的结构
一、DNA 的一级结构
四种脱氧核糖核苷酸或四种 碱基的排列顺序称为 DNA 的一 级结构。
3. 两条链通过碱基间的氢 键相连，A对T有两个氢 键，C对G有三个氢键， 这种A-T、C-G配对的规 律，称为碱基互补规则。
4. 维持双螺旋稳定的因素： 横向为氢键，纵向为碱 基间的堆积力。
DNA双螺旋结构的多样性
A型DNA
B型DNA
Z型DNA
右手螺旋
左手螺旋
三、DNA 的高级结构
DNA 分子在形成双螺旋结构的基础上，进一 步折叠成超螺旋结构 (supercoil) (原核细胞)，或 在蛋白质的参与下，进行精密的包装 (真核细胞)。 高度压缩的 DNA 分子才能容纳于细胞质或细胞
医学分子生物学主要研究人体生物 大分子和大分子体系的结构、功能、相互 作用及其与疾病发生、发展的关系。
参考教材
1. 生物化学与分子生物学 (供8年制及7年制 临床医学等专业用)贾弘缇，冯作化 主编 人民卫生出版社 (第二版 2010) 2.医学分子生物学(供研究生用) (全国高等医 药院校教材) 查锡良 主编 人民卫生出版 社
主要内容
• 核酸结构与功能
• 蛋白质的结构与功能
• 遗传信息传递的整体性
• (基因组学、转录组学、蛋白组学及“组学”在医
学中的应用) • 基因表达与调控
• (原核生物基因表达调控，真核生物基因表达调控）
• DNA操作基本技术（分子杂交，PCR, DNA 测序等）
• DNA重组技术
• 基因诊断与基因治疗
核中。
原核生物(Prokaryotic)DNA的高级结构
环状双螺旋分子，进一步盘绕形成类核。
超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋 结构。
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。
自然界的闭合双链DNA主要以负超螺旋形式 存在。
EM image of supercoiled DNA
意义
DNA超螺旋结构整体或局部的拓 扑学变化及其调控对于DNA复制和
RNA转录过程具有关键作用。
DNA在真核生物(Eukaryotic) 细胞核内的组装
真核生物染色体由 DNA 和蛋白质构成，
核酸的化学组成
(The Chemical Component of Nucleic Acid)
核酸的化学组成
• 元素组成 C、H、O、N、P(9-10%) • 分子组成 碱基(base): 嘌呤(purine) 嘧啶(pyrimidine) 戊糖(pentose): 核糖(ribose) 脱氧核糖(deoxyribose) 磷酸(phosphate)
mt mRNA 蛋白质合成模板
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
一 、信使RNA (Messenger RNA,mRNA)
------- 作为蛋白质合成的模板 mRNA成熟过程 内含子 (intron) 外显 子 (exon)
hnRNA
mRNA
* mRNA结构特点
1. 真核mRNA的5´末端在转录后加上一个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-。 2. 真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸 (polyA)结构，称为多聚A尾。
帽子结构和多聚A尾的功能
mRNA核内向胞质的转位 mRNA的稳定性维系 翻译起始的调控
4 N
O
5
NH
6 1 NH
NH2
3 2
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
O H3C
N
NH
NH
NH
O
O
胞嘧啶(cytosine, C)
胸腺嘧啶(thymine, T)
稀有碱基（rare bases）
DNA 嘌呤 7-甲基鸟嘌呤（m7G） N6-甲基腺嘌呤（m6A） RNA N6-甲基腺嘌呤（m6A） N 6, N 6-二甲基腺嘌呤 7-甲基鸟嘌呤 嘧啶 5-甲基胞嘧啶（m5C） 5-羟甲基胞嘧啶（hm5C） 5-甲基胞嘧啶（m5C） 5-羟甲基胞嘧啶（hm5C）
分子生物学
Molecular Biology
大连医科大学生物化学教研室
高颖 gaoying822@
分子生物学是研究核酸和蛋白质的结 构与功能的学科。 在分子水平上阐述基因的结构、基 因的复制、基因的表达和调节、蛋白质与 核酸的相互作用、蛋白质与蛋白质的相互 作用。
医学分子生物学是分子生物学的一个重 要分支，是从分子水平研究人体在正常和 疾病状态下生命活动及其规律的一门科学。
RNA的结构与功能
Structure and Function of RNA
RNA特点
• RNA常以单链形式存在，局部也可形成 二级结构和三级结构。 • RNA分子比DNA分子小得多，数十个至 数千个核苷酸组成。
• RNA种类、大小和结构多样化。
• RNA和蛋白质共同负责基因的表达和 表达调控。
核糖核酸
存在于胞核、胞液和线粒体
(ribonucleic acid, RNA) 参与遗传信息的复制与表达。 某些病毒RNA也可作为遗传信 息的载体。
History
• 1944: proved DNA is genetic materials (Avery et al.) • 1953: discovered DNA double helix (Watson and Crick) • 1968: decoded the genetic codes (Nirenberg) • 1975: discovered reverse transcriptase (Temin and Baltimore) • 1981: invented DNA sequencing method (Gilbert and Sanger) • 1985: invented PCR technique (Mullis) • 1990: launched the human genome project • 1999: HGP in China • 2001: accomplished the draft map of human genome
一、核酸的一级结构（primary structure）
定义：核酸中核苷酸的排列顺序。
组 成 DNA 分 子 的 脱 氧 核 糖 核 苷 酸 (dAMP, dGMP, dTMP, dCMP)的排列顺序。 组 成 RNA 分 子 的 核 糖 核 苷 酸 (AMP, GMP, UMP, CMP)的排列顺序。
OH
胞嘧啶脱氧核苷
腺嘌呤核苷
核苷酸（nucleotide）
核苷的戊糖羟基与磷酸之间脱水以酯键相连 形成核苷酸。
NH 2
（phosphoester bond）酯键
O
N N O
N 9 N
5' HO P O CH2 O
-
糖苷键
1' （glycosidic H H bond） 2' OH
核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸：
-
NH 2 N N O 1' H H 2' OH 9 N
O
-
O
-
H
H OH
一磷酸腺苷（AMP） 二磷酸腺苷（ADP） 三磷酸腺苷（ATP）
核苷酸的功能
构成核酸
是细胞内化学能载体
ห้องสมุดไป่ตู้
可以作为细胞内信号转导信使
是一些重要辅酶的结构成分 是重要的药物研究对象
核酸的结构 Structure of Nucleic Acid
二、DNA的二级结构（Secondary structure） ---双螺旋结构(Double helix of DNA)
James Watson and Francis Crick proposed a double helix model of DNA in 1953.
DNA双螺旋结构模型要点
5´端
C
核苷酸之间以3 , 5 -磷酸 二酯键(phosphoester bond ) 连接形成多核苷酸链，即核酸。
A
G
3´端
书写方法
A 5' P C T G C T A A C OH 3'
P
P
P
P
P
P
P
P
5' pApCpTpGpCpTpApApC-OH 3'
核苷（nucleoside）
碱基与戊糖通过β-N-糖苷键共价相连而形成的 一种糖苷。
NH2 N CH2OH O O H H OH 1 N
NH2 N N
糖苷键
N 9 N 糖苷键 O
CH2OH H OH
（glycosidic 1' H bond） H H 2'
H
（glycosidic 1' bond） H H 2'
其基本单位是 核小体(nucleosome)。
核小体的组成 DNA：约200bp
组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4
八聚体核心组蛋白
组蛋白H1
(约60bp)
串珠状核小体结构
真核生物染色体DNA组装
DNA的功能(Functions of DNA)
DNA 的基本功能是以基因的形式 荷载遗传信息，并作为基因复制和转 录的模板。它是生命遗传的物质基础， 也是个体生命活动的信息基础。
基因(Gene)
是指DNA分子中的特定区段，其中 的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。
基因组（Genome）
包含了所有编码RNA和蛋白质的序 列及所有的非编码序列。 人的基因组有2×109个碱基对。
DNA的结构特点
1. 具有高度的复杂性和稳定性, 满足遗传多样性和稳定性。 2. DNA可以发生重组和突变， 为自然选择提供机会。
1. 两条链反向平行 (antiparallel )，围绕同一中 心轴构成右手双螺旋 (double helix)。螺旋直径 2nm，表面有大沟和小沟。 小沟
2. 磷酸-脱氧核糖骨架位于螺旋 外侧，碱基垂直于螺旋轴而 伸入内侧。每圈螺旋含10个 大沟 碱基对 (base pairs,bp)，螺 距为3.4nm。
核酸结构及功能
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。
核酸的分类及分布
(Classification of nucleic acid)
脱氧核糖核酸
(deoxyribonucleic acid, DNA)
存在于细胞核和线粒体内
携带遗传信息，决定细胞和个 体的遗传型。
嘌呤
鸟嘌呤（G）
DNA、RNA均有
碱基
嘧啶
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 。
嘌呤(purine)
N
NH2 N
N 7 8 9 NH
NH
5 4
6 3 N
1N 2
腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
N
鸟嘌呤(guanine, G)
NH2
嘧啶(pyrimidine)
*mRNA的功能：作为蛋白质合成的模板。
二、转运RNA (Transfer RNA,tRNA)
---- 氨基酸的携带者，转运氨基酸至
核糖体，参与蛋白质的合成。 • tRNA的一级结构特点
核酸的基本组成单位是核苷酸(nucleotides)
碱基 base
nucleoside 核苷 核酸 nucleic acid 核苷酸 nucleotide 磷酸 phosphate
戊糖 pentose
DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸
RNA的基本组成单位是核糖核苷酸
一、核苷酸的结构
腺嘌呤（A）
主要RNA的种类、分布及功能
细胞核和胞液 核蛋白体RNA 信使RNA 转运RNA 核内不均一RNA 核内小RNA 核仁小RNA 胞浆小RNA rRNA mRNA tRNA HnRNA SnRNA SnoRNA scRNA/7SL-RNA 线粒体 mt rRNA mt tRNA 功 能
核蛋白体组分 转运氨基酸 成熟mRNA的前体
H
H OH
腺苷酸
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
核苷酸（nucleotide)
胞嘧啶 （cytosine）
胞苷 （cytidine)
胞苷一磷酸（cytidine monophosphate）
多磷酸核苷酸： NMP，NDP，NTP
N O O O β γ α O P O P O P O CH2 O
5' ACTGCTAAC 3'
两种核酸的比较
碱基
嘌呤
戊糖
嘧啶
磷酸 磷酸 磷酸
磷酸
DNA A G RNA A G
N9
CT CU
脱氧核糖 核糖
N1 C1‘ 碱基 戊糖 糖苷键 核苷
磷酸二酯键 核苷酸（多为5’核苷酸）
DNA 的结构
一、DNA 的一级结构
四种脱氧核糖核苷酸或四种 碱基的排列顺序称为 DNA 的一 级结构。
3. 两条链通过碱基间的氢 键相连，A对T有两个氢 键，C对G有三个氢键， 这种A-T、C-G配对的规 律，称为碱基互补规则。
4. 维持双螺旋稳定的因素： 横向为氢键，纵向为碱 基间的堆积力。
DNA双螺旋结构的多样性
A型DNA
B型DNA
Z型DNA
右手螺旋
左手螺旋
三、DNA 的高级结构
DNA 分子在形成双螺旋结构的基础上，进一 步折叠成超螺旋结构 (supercoil) (原核细胞)，或 在蛋白质的参与下，进行精密的包装 (真核细胞)。 高度压缩的 DNA 分子才能容纳于细胞质或细胞
医学分子生物学主要研究人体生物 大分子和大分子体系的结构、功能、相互 作用及其与疾病发生、发展的关系。
参考教材
1. 生物化学与分子生物学 (供8年制及7年制 临床医学等专业用)贾弘缇，冯作化 主编 人民卫生出版社 (第二版 2010) 2.医学分子生物学(供研究生用) (全国高等医 药院校教材) 查锡良 主编 人民卫生出版 社
主要内容
• 核酸结构与功能
• 蛋白质的结构与功能
• 遗传信息传递的整体性
• (基因组学、转录组学、蛋白组学及“组学”在医
学中的应用) • 基因表达与调控
• (原核生物基因表达调控，真核生物基因表达调控）
• DNA操作基本技术（分子杂交，PCR, DNA 测序等）
• DNA重组技术
• 基因诊断与基因治疗
核中。
原核生物(Prokaryotic)DNA的高级结构
环状双螺旋分子，进一步盘绕形成类核。
超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋 结构。
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。
自然界的闭合双链DNA主要以负超螺旋形式 存在。
EM image of supercoiled DNA
意义
DNA超螺旋结构整体或局部的拓 扑学变化及其调控对于DNA复制和
RNA转录过程具有关键作用。
DNA在真核生物(Eukaryotic) 细胞核内的组装
真核生物染色体由 DNA 和蛋白质构成，
核酸的化学组成
(The Chemical Component of Nucleic Acid)
核酸的化学组成
• 元素组成 C、H、O、N、P(9-10%) • 分子组成 碱基(base): 嘌呤(purine) 嘧啶(pyrimidine) 戊糖(pentose): 核糖(ribose) 脱氧核糖(deoxyribose) 磷酸(phosphate)
mt mRNA 蛋白质合成模板
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
一 、信使RNA (Messenger RNA,mRNA)
------- 作为蛋白质合成的模板 mRNA成熟过程 内含子 (intron) 外显 子 (exon)
hnRNA
mRNA
* mRNA结构特点
1. 真核mRNA的5´末端在转录后加上一个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-。 2. 真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸 (polyA)结构，称为多聚A尾。
帽子结构和多聚A尾的功能
mRNA核内向胞质的转位 mRNA的稳定性维系 翻译起始的调控
4 N
O
5
NH
6 1 NH
NH2
3 2
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
O H3C
N
NH
NH
NH
O
O
胞嘧啶(cytosine, C)
胸腺嘧啶(thymine, T)
稀有碱基（rare bases）
DNA 嘌呤 7-甲基鸟嘌呤（m7G） N6-甲基腺嘌呤（m6A） RNA N6-甲基腺嘌呤（m6A） N 6, N 6-二甲基腺嘌呤 7-甲基鸟嘌呤 嘧啶 5-甲基胞嘧啶（m5C） 5-羟甲基胞嘧啶（hm5C） 5-甲基胞嘧啶（m5C） 5-羟甲基胞嘧啶（hm5C）
分子生物学
Molecular Biology
大连医科大学生物化学教研室
高颖 gaoying822@
分子生物学是研究核酸和蛋白质的结 构与功能的学科。 在分子水平上阐述基因的结构、基 因的复制、基因的表达和调节、蛋白质与 核酸的相互作用、蛋白质与蛋白质的相互 作用。
医学分子生物学是分子生物学的一个重 要分支，是从分子水平研究人体在正常和 疾病状态下生命活动及其规律的一门科学。
RNA的结构与功能
Structure and Function of RNA
RNA特点
• RNA常以单链形式存在，局部也可形成 二级结构和三级结构。 • RNA分子比DNA分子小得多，数十个至 数千个核苷酸组成。
• RNA种类、大小和结构多样化。
• RNA和蛋白质共同负责基因的表达和 表达调控。
核糖核酸
存在于胞核、胞液和线粒体
(ribonucleic acid, RNA) 参与遗传信息的复制与表达。 某些病毒RNA也可作为遗传信 息的载体。
History
• 1944: proved DNA is genetic materials (Avery et al.) • 1953: discovered DNA double helix (Watson and Crick) • 1968: decoded the genetic codes (Nirenberg) • 1975: discovered reverse transcriptase (Temin and Baltimore) • 1981: invented DNA sequencing method (Gilbert and Sanger) • 1985: invented PCR technique (Mullis) • 1990: launched the human genome project • 1999: HGP in China • 2001: accomplished the draft map of human genome
一、核酸的一级结构（primary structure）
定义：核酸中核苷酸的排列顺序。
组 成 DNA 分 子 的 脱 氧 核 糖 核 苷 酸 (dAMP, dGMP, dTMP, dCMP)的排列顺序。 组 成 RNA 分 子 的 核 糖 核 苷 酸 (AMP, GMP, UMP, CMP)的排列顺序。
OH
胞嘧啶脱氧核苷
腺嘌呤核苷
核苷酸（nucleotide）
核苷的戊糖羟基与磷酸之间脱水以酯键相连 形成核苷酸。
NH 2
（phosphoester bond）酯键
O
N N O
N 9 N
5' HO P O CH2 O
-
糖苷键
1' （glycosidic H H bond） 2' OH
核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸：
-
NH 2 N N O 1' H H 2' OH 9 N
O
-
O
-
H
H OH
一磷酸腺苷（AMP） 二磷酸腺苷（ADP） 三磷酸腺苷（ATP）
核苷酸的功能
构成核酸
是细胞内化学能载体
ห้องสมุดไป่ตู้
可以作为细胞内信号转导信使
是一些重要辅酶的结构成分 是重要的药物研究对象
核酸的结构 Structure of Nucleic Acid
二、DNA的二级结构（Secondary structure） ---双螺旋结构(Double helix of DNA)
James Watson and Francis Crick proposed a double helix model of DNA in 1953.
DNA双螺旋结构模型要点