生物化学02 核酸化学
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5sRNA的二级结构
tRNA二级结构特征： 单链 三叶草结构 四臂四环
3´ A C C
5´
Ala
氨基酸臂
TψC臂
D臂 D环
可变环
反密码子臂
TψC环
细胞中共 61 种tRNA
I GC
反密码子环
反密码子
tRNA 的二级结构
五、核酸的性质
1、核酸的两性解离性质、不溶于一般有机溶剂（乙醇等）
2、核酸的紫外吸收特性（λmax=260nm） 3、核酸的变性、复性和分子杂交 4、核酸的熔解温度（Tm）
2、核酸的紫外吸收特性（λmax=260nm）
3
0.4
2
光 0.3
1
吸
收 0.2
0.1
220 240 260 280
波长（nm）
DNA的紫外吸收光谱
1 天然DNA 2 变性DNA 3 核苷酸总吸收值
3、核酸的变性
变性：在物理、化学因素影响下， DNA碱基对间的氢键 断裂，双螺旋解开，伴有增色效应,DNA的功能丧失。
与此原理相似的蛋白质印迹技术则被称为Western
blot。 （检测蛋白质）
4、熔解温度（ Tm ）
通常把DNA热变性过程 中 A260 达 到 最 大 值 一 半 （ 即 50% 为 单 链 ） 时 的 温度称为该DNA的熔解 温度，用Tm表示。
A260
100%
1
23
Tm 的 大 小 与 DNA 分 子 中 （ G+C） 的 百 分 含 量成正相关。
Northern印迹杂交 （检测RNA）
Northern印迹杂交（Northern blot）。这是一种将 RNA从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维素膜上的方法。 DNA印迹技术由Southern于1975年创建，称为Southern 印迹技术，RNA印迹技术正好与DNA相对应，故被称为 Northern印迹杂交。
•核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）：与 蛋白质结合构成核糖体（ribosome）, 核糖体是蛋白 质合成的场所； 分子量最大，含量最多
•转移RNA（transfer RNA，tRNA）：在蛋白 质合成时起着识别并转运氨基酸的作用。
稀有碱基最多
mRNA的分子结构
真核细胞mRNA的结构特点： “帽子”（Cap ）+密码子+“尾巴”（Poly A）
RNA分子中各核糖核苷酸之间的 连接方式（3´,5´—磷酸二酯键）和排 列顺序叫做RNA的一级结构。
RNA与DNA的差异
DNA
RNA
糖
脱氧核糖
核糖
碱基 AGCT
AGCU
一般不含稀有碱基 含稀有碱基
链数 一般为双链 一般为单链
OH
5 ´
3´ OH
OH
2、RNA的种类
•信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋 白质合成中起模板作用； 寿命最短
60
T 80T mm
T 100 m
t \ 0C
某些DNA的Tm值
Poly d(A-T) DNA
曲线1
曲线2
Poly d(G-C) 曲线3
2013年全国联赛
11.免疫印迹技术中，并未利用以下哪种原理：
（单选1分） A
A.半透膜可以用于分离不同大小的蛋白质
B.硝酸纤维素膜可以吸附蛋白质 C.抗体结合抗原的专一性
• 多磷酸核苷酸 • 环核苷酸
AMP ADP ATP
一磷酸腺苷及其多磷酸化合物
NMP NDP NTP N=A、G、C、U
dNMP dNDP dNTP N=A、G、C、T
O O CH2
A (G)
HH
HO
H
OP OH
O
OH
cAMP(cGMP)的结构（cAMP 被称为第二信使）
三、 DNA分子的结构
非编码区
5´ “帽子 ”
编码区
非编码区
AAAAAAA-OH
PolyA 3´
m7G-5´ppp-N-3 ´ p
Cap的作用：抵抗核酶的作用，与Pr合成有关。 Poly A的作用：与mRNA从核到核糖体的移动有关。
rRNA的分子结构
特征：• 单链 • 与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能 • 在细胞中含量最高（约占80%）
定核酸分子通过一定的方法转移并结合到一定的固相支持物
（硝酸纤维素膜或尼龙膜）上，即印迹（blotting）；二是
固定于膜上的核酸与同位素标记的探针在一定的温度和离子
强度下退火，即分子杂交过程。该技术是1975年英国爱丁堡
大学的E.M.Southern首创的，Southern印迹杂交故因此而
得名。
Southern印迹杂交显色图片
A．磷酸二酯键
B．氢键
C．碱基堆积作用
D．离子键
BCD
解析：维持这种稳定性的主要因素包括:两条DNA链之间碱基配对形成的氢键和碱 基堆积力; 另外,存在于DNA分子中的一些弱键在维持双螺旋结构的稳定性上也起一定的作用 .即磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子间形成的离子键.
四、RNA的结构
1、RNA的一级结构
（N = A / G / C / T） 含N碱基
O-
O
4´ H
H 1´
H 3´ O
2´ H
OH H
2、核糖核苷酸
O
O-
P
O
5´
CH2
（N = A / G / C / U） 含N碱基
O-
O
4´ H
H 1´
H 3´ O
2´ H
OH OH
基本碱基结构和命名
嘌呤
嘧啶
腺嘌呤
(A)
鸟嘌呤
(G)
胞嘧啶
(C)
胸腺嘧啶
Southern印迹杂交一般利用琼脂糖凝胶电泳分离经限制 性内切酶消化的DNA片段，将胶上的DNA变性并在原位将单链 DNA片段转移至尼龙膜或其他固相支持物上，经干烤或者紫 外线照射固定，再与相对应结构的标记探针进行杂交，用放 射自显影或酶反应显色，从而检测特定DNA分子的含量。
Southern印迹杂交技术包括两个主要过程：一是将待测
2011年全国联赛
16．DNA的Tm值较高，是由于下列哪组核苷酸
含量较高所致： (1分) B
A．A+G B．G+C C．A+T D．C+T
17．DNA分子的双螺旋结构被破坏后，其紫外吸
收将会： (1分)
B
A．减小 B．增加 C．不变 D．以上都可能
探针
分子杂交
不同来源的DNA单 链 间 或 单 链 DNA 与 RNA 之 间 只 要 有 碱 基配对的区域，在复 性时可形成局部双螺 旋区，称核酸分子杂 交。制备特定的探针 通过杂交技术可进行 基因的检测和定位研 究。
实 例 ： southern 印 迹法
southern印迹杂交 (检测DNA)
胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中RNA 本身就是遗传信息的储存者。另外在植物中还发现了一类比病毒还 小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离的RNA 分子，还发现有些RNA具有催化作用（核酶）。
二、核酸的基本单位—核苷酸
O O- P
1、脱氧核糖核苷酸Fra bibliotek5´O CH2
D.酶的高效催化效率
与Southern或Northern杂交方法类似，但Western Blot采用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳，被检测 物是蛋白质，“探针”是抗体，“显色”用标记的二抗。经过PAGE分离的蛋白质样品，转移 到固相载体（例如硝酸纤维素薄膜）上，固相载体以非共价键形式吸附蛋白质，且能保持电泳 分离的多肽类型及其生物学活性不变。以固相载体上的蛋白质或多肽作为抗原，与对应的抗体 起免疫反应，再与酶或同位素标记的第二抗体起反应，经过底物显色或放射自显影以检测电泳 分离的特异性目的基因表达的蛋白成分。该技术也广泛应用于检测蛋白水平的表达。
加热
部分双螺旋解开
无规则线团
DNA的变性过程
变性因素：加热、加酸、加碱、加有机物搅拌、振荡等。
3、核酸的变性、复性和杂交
复性：在一定条件 下，变性DNA 单链 间碱基重新配对恢 复双螺旋结构，伴 有A260减小(减色效 应 ),DNA 的 功 能 恢 复。
变性（加热） 复性（缓慢冷却）
杂交（缓慢冷却）
1、 DNA 一级结构 2、 DNA的二级结构
1、DNA 的一级结构
• DNA分子中各脱氧核苷酸
之间的连接方式（3´-5´磷酸二
酯 键 ） 和 排 列 顺 序 叫 做 DNA 的
一级结构，简称为碱基序列。一
级结构的走向的规定为5´→3´。
5
´
不 同 的 DNA 分 子 具 有 不 同 的 核
3´
苷酸排列顺序，因此携带有不同
的遗传信息。
2、DNA的二级结构
DNA 的双 螺旋 结构 的形 成
5´
磷酸 核糖 碱基
3´
A-T碱基对 含2个氢键
C-G碱基对 含3个氢键
3´
5´
DNA的双螺旋模型特点
• （1）由两条反向平行的脱氧核苷酸链 组成 •（2）磷酸和脱氧核糖作为基本骨架位于 外侧，可变的碱基位于内侧，链间碱基按 A—T，C—G配对（碱基互补配对原则） •（3）螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直 距离0.34nm，每圈螺旋有10个碱基对，螺 距为3.4nm
(T)
尿嘧啶
(U)
P
P
P
P
腺嘌呤核糖核 苷酸（AMP）
鸟嘌呤核糖核 苷酸（GMP）
尿嘧啶核糖核 苷酸（UMP）
胞嘧啶核糖核 苷酸（CMP）
P
P
P
P
腺嘌呤脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
（dAMP）
（dGMP）
（dTMP）
胞嘧啶脱氧核苷酸 （dCMP）
常见（脱氧）核苷酸的结构和命名
3、细胞内核苷酸其衍生物
第二章 核酸的结构与功能
一、核酸分类和分布
•脱氧核糖核酸(DNA): 遗传信息的贮存和携带者，生物的主
要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶 绿体中也有少量。原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为 拟核的结构区,每个原核细胞只有一个双链环状DNA。
•核糖核酸(RNA)：主要参与遗传信息的传递和表达过程，细
DNA的双螺旋结构稳定因素
1 氢键 2 碱基堆积力 3 离子键
2009全国中学生生物学联赛
33. 在DNA分子的一条单链中，相邻的碱基A与T的连接是
通过哪种方式？ D
A.肽键
B. —磷酸—脱氧核糖—磷酸—
C. 氢键
D. —脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
2011年全国中学生生物学联赛
20．下列哪些可使DNA双螺旋结构稳定：(2分)
tRNA二级结构特征： 单链 三叶草结构 四臂四环
3´ A C C
5´
Ala
氨基酸臂
TψC臂
D臂 D环
可变环
反密码子臂
TψC环
细胞中共 61 种tRNA
I GC
反密码子环
反密码子
tRNA 的二级结构
五、核酸的性质
1、核酸的两性解离性质、不溶于一般有机溶剂（乙醇等）
2、核酸的紫外吸收特性（λmax=260nm） 3、核酸的变性、复性和分子杂交 4、核酸的熔解温度（Tm）
2、核酸的紫外吸收特性（λmax=260nm）
3
0.4
2
光 0.3
1
吸
收 0.2
0.1
220 240 260 280
波长（nm）
DNA的紫外吸收光谱
1 天然DNA 2 变性DNA 3 核苷酸总吸收值
3、核酸的变性
变性：在物理、化学因素影响下， DNA碱基对间的氢键 断裂，双螺旋解开，伴有增色效应,DNA的功能丧失。
与此原理相似的蛋白质印迹技术则被称为Western
blot。 （检测蛋白质）
4、熔解温度（ Tm ）
通常把DNA热变性过程 中 A260 达 到 最 大 值 一 半 （ 即 50% 为 单 链 ） 时 的 温度称为该DNA的熔解 温度，用Tm表示。
A260
100%
1
23
Tm 的 大 小 与 DNA 分 子 中 （ G+C） 的 百 分 含 量成正相关。
Northern印迹杂交 （检测RNA）
Northern印迹杂交（Northern blot）。这是一种将 RNA从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维素膜上的方法。 DNA印迹技术由Southern于1975年创建，称为Southern 印迹技术，RNA印迹技术正好与DNA相对应，故被称为 Northern印迹杂交。
•核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）：与 蛋白质结合构成核糖体（ribosome）, 核糖体是蛋白 质合成的场所； 分子量最大，含量最多
•转移RNA（transfer RNA，tRNA）：在蛋白 质合成时起着识别并转运氨基酸的作用。
稀有碱基最多
mRNA的分子结构
真核细胞mRNA的结构特点： “帽子”（Cap ）+密码子+“尾巴”（Poly A）
RNA分子中各核糖核苷酸之间的 连接方式（3´,5´—磷酸二酯键）和排 列顺序叫做RNA的一级结构。
RNA与DNA的差异
DNA
RNA
糖
脱氧核糖
核糖
碱基 AGCT
AGCU
一般不含稀有碱基 含稀有碱基
链数 一般为双链 一般为单链
OH
5 ´
3´ OH
OH
2、RNA的种类
•信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋 白质合成中起模板作用； 寿命最短
60
T 80T mm
T 100 m
t \ 0C
某些DNA的Tm值
Poly d(A-T) DNA
曲线1
曲线2
Poly d(G-C) 曲线3
2013年全国联赛
11.免疫印迹技术中，并未利用以下哪种原理：
（单选1分） A
A.半透膜可以用于分离不同大小的蛋白质
B.硝酸纤维素膜可以吸附蛋白质 C.抗体结合抗原的专一性
• 多磷酸核苷酸 • 环核苷酸
AMP ADP ATP
一磷酸腺苷及其多磷酸化合物
NMP NDP NTP N=A、G、C、U
dNMP dNDP dNTP N=A、G、C、T
O O CH2
A (G)
HH
HO
H
OP OH
O
OH
cAMP(cGMP)的结构（cAMP 被称为第二信使）
三、 DNA分子的结构
非编码区
5´ “帽子 ”
编码区
非编码区
AAAAAAA-OH
PolyA 3´
m7G-5´ppp-N-3 ´ p
Cap的作用：抵抗核酶的作用，与Pr合成有关。 Poly A的作用：与mRNA从核到核糖体的移动有关。
rRNA的分子结构
特征：• 单链 • 与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能 • 在细胞中含量最高（约占80%）
定核酸分子通过一定的方法转移并结合到一定的固相支持物
（硝酸纤维素膜或尼龙膜）上，即印迹（blotting）；二是
固定于膜上的核酸与同位素标记的探针在一定的温度和离子
强度下退火，即分子杂交过程。该技术是1975年英国爱丁堡
大学的E.M.Southern首创的，Southern印迹杂交故因此而
得名。
Southern印迹杂交显色图片
A．磷酸二酯键
B．氢键
C．碱基堆积作用
D．离子键
BCD
解析：维持这种稳定性的主要因素包括:两条DNA链之间碱基配对形成的氢键和碱 基堆积力; 另外,存在于DNA分子中的一些弱键在维持双螺旋结构的稳定性上也起一定的作用 .即磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子间形成的离子键.
四、RNA的结构
1、RNA的一级结构
（N = A / G / C / T） 含N碱基
O-
O
4´ H
H 1´
H 3´ O
2´ H
OH H
2、核糖核苷酸
O
O-
P
O
5´
CH2
（N = A / G / C / U） 含N碱基
O-
O
4´ H
H 1´
H 3´ O
2´ H
OH OH
基本碱基结构和命名
嘌呤
嘧啶
腺嘌呤
(A)
鸟嘌呤
(G)
胞嘧啶
(C)
胸腺嘧啶
Southern印迹杂交一般利用琼脂糖凝胶电泳分离经限制 性内切酶消化的DNA片段，将胶上的DNA变性并在原位将单链 DNA片段转移至尼龙膜或其他固相支持物上，经干烤或者紫 外线照射固定，再与相对应结构的标记探针进行杂交，用放 射自显影或酶反应显色，从而检测特定DNA分子的含量。
Southern印迹杂交技术包括两个主要过程：一是将待测
2011年全国联赛
16．DNA的Tm值较高，是由于下列哪组核苷酸
含量较高所致： (1分) B
A．A+G B．G+C C．A+T D．C+T
17．DNA分子的双螺旋结构被破坏后，其紫外吸
收将会： (1分)
B
A．减小 B．增加 C．不变 D．以上都可能
探针
分子杂交
不同来源的DNA单 链 间 或 单 链 DNA 与 RNA 之 间 只 要 有 碱 基配对的区域，在复 性时可形成局部双螺 旋区，称核酸分子杂 交。制备特定的探针 通过杂交技术可进行 基因的检测和定位研 究。
实 例 ： southern 印 迹法
southern印迹杂交 (检测DNA)
胞内的RNA主要存在于细胞质中，少量存在于细胞核中，病毒中RNA 本身就是遗传信息的储存者。另外在植物中还发现了一类比病毒还 小得多的侵染性致病因子称为类病毒，它是不含蛋白质的游离的RNA 分子，还发现有些RNA具有催化作用（核酶）。
二、核酸的基本单位—核苷酸
O O- P
1、脱氧核糖核苷酸Fra bibliotek5´O CH2
D.酶的高效催化效率
与Southern或Northern杂交方法类似，但Western Blot采用的是聚丙烯酰胺凝胶电泳，被检测 物是蛋白质，“探针”是抗体，“显色”用标记的二抗。经过PAGE分离的蛋白质样品，转移 到固相载体（例如硝酸纤维素薄膜）上，固相载体以非共价键形式吸附蛋白质，且能保持电泳 分离的多肽类型及其生物学活性不变。以固相载体上的蛋白质或多肽作为抗原，与对应的抗体 起免疫反应，再与酶或同位素标记的第二抗体起反应，经过底物显色或放射自显影以检测电泳 分离的特异性目的基因表达的蛋白成分。该技术也广泛应用于检测蛋白水平的表达。
加热
部分双螺旋解开
无规则线团
DNA的变性过程
变性因素：加热、加酸、加碱、加有机物搅拌、振荡等。
3、核酸的变性、复性和杂交
复性：在一定条件 下，变性DNA 单链 间碱基重新配对恢 复双螺旋结构，伴 有A260减小(减色效 应 ),DNA 的 功 能 恢 复。
变性（加热） 复性（缓慢冷却）
杂交（缓慢冷却）
1、 DNA 一级结构 2、 DNA的二级结构
1、DNA 的一级结构
• DNA分子中各脱氧核苷酸
之间的连接方式（3´-5´磷酸二
酯 键 ） 和 排 列 顺 序 叫 做 DNA 的
一级结构，简称为碱基序列。一
级结构的走向的规定为5´→3´。
5
´
不 同 的 DNA 分 子 具 有 不 同 的 核
3´
苷酸排列顺序，因此携带有不同
的遗传信息。
2、DNA的二级结构
DNA 的双 螺旋 结构 的形 成
5´
磷酸 核糖 碱基
3´
A-T碱基对 含2个氢键
C-G碱基对 含3个氢键
3´
5´
DNA的双螺旋模型特点
• （1）由两条反向平行的脱氧核苷酸链 组成 •（2）磷酸和脱氧核糖作为基本骨架位于 外侧，可变的碱基位于内侧，链间碱基按 A—T，C—G配对（碱基互补配对原则） •（3）螺旋直径2nm，相邻碱基平面垂直 距离0.34nm，每圈螺旋有10个碱基对，螺 距为3.4nm
(T)
尿嘧啶
(U)
P
P
P
P
腺嘌呤核糖核 苷酸（AMP）
鸟嘌呤核糖核 苷酸（GMP）
尿嘧啶核糖核 苷酸（UMP）
胞嘧啶核糖核 苷酸（CMP）
P
P
P
P
腺嘌呤脱氧核苷酸 鸟嘌呤脱氧核苷酸 胸腺嘧啶脱氧核苷酸
（dAMP）
（dGMP）
（dTMP）
胞嘧啶脱氧核苷酸 （dCMP）
常见（脱氧）核苷酸的结构和命名
3、细胞内核苷酸其衍生物
第二章 核酸的结构与功能
一、核酸分类和分布
•脱氧核糖核酸(DNA): 遗传信息的贮存和携带者，生物的主
要遗传物质。在真核细胞中，DNA主要集中在细胞核内，线粒体和叶 绿体中也有少量。原核细胞没有明显的细胞核结构，DNA存在于称为 拟核的结构区,每个原核细胞只有一个双链环状DNA。
•核糖核酸(RNA)：主要参与遗传信息的传递和表达过程，细
DNA的双螺旋结构稳定因素
1 氢键 2 碱基堆积力 3 离子键
2009全国中学生生物学联赛
33. 在DNA分子的一条单链中，相邻的碱基A与T的连接是
通过哪种方式？ D
A.肽键
B. —磷酸—脱氧核糖—磷酸—
C. 氢键
D. —脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—
2011年全国中学生生物学联赛
20．下列哪些可使DNA双螺旋结构稳定：(2分)