3第三章 核酸化学
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核酸分子具有方向性，通常以5ˊ→3ˊ方向为正向
书写方法
A G T G C T
5
P
P
P
P
P
P
OH
3
5
pApCpTpGpCpT-OH 3
5
A C T G C T 3
核酸的一级结构
多核苷酸链中核苷酸（或碱基序列）的排
列顺序。称为核酸的一级结构。
5′端
C
核酸的一级结构
A
G
3′端
三、核酸的空间结构
01
第一节 核酸的分子组成
第一节 梅毒病人的护理
part
一、核酸的元素组成
C、H、O、N、P等元素（其中含P恒定，约占9%～10%）
二、组成核酸的基本成分
碱基 (base)：嘌呤碱，嘧啶碱
戊糖 (pentose)：核糖，脱氧核糖
磷酸 (phosphate)
（一）磷酸
• DNA和RNA分子中都有磷酸组成，其分子式为H3PO4
二、核酸的变性与复性 1. DNA的变性
某些理化因素（温度、pH、离子强度等）可致 DNA分子双链的互补碱基之间的氢键断裂，使DNA双螺旋结 构松散成为单链，此现象称为DNA变性。变性只改变了二 级结构，不改变它的核苷酸排序。
方法： 加热、 尿素、酰胺、乙醇、丙酮等
DNA变性的实质： 维系碱基配对的氢键断裂
CH
C
4-巯尿嘧啶
N6-异戊烯腺嘌呤
*（二）tRNA的二级结构
——三叶草形
氨基酸臂
1、 氨基酸臂 2、DHU环 3、 反密码环 4、 额外环 5 、TΨC环
额外环
* tRNA的三级结构 —— 倒L形
•tRNA的功能 转运氨基酸的工具
2、信使RNA的结构与功能
mRNA分子中从5′-末端到3′-末端每三个相 邻的核苷酸组成的三联体代表氨基酸信息，称为 密码子。
DNA变性后理化性质的变化：
• • • • DNA发生变性后 粘度下降 对紫外线的吸收增加 生物活性丧失
增色效应
• DNA变性后，双螺旋被解开，有更多的碱基共轭双键暴露， 对波长260nm的紫外光吸收增强，这种现象称为增色效应
•
DNA在260nm波长处光吸收值的变化，常作为监测DNA是否变性的一个 重要指标。
* 真核生物mRNA结构特点
1、5´末端的帽子结构：
m7GpppNm-
2、3´末端的多聚腺苷酸结构： 称为多聚A尾(polyA)
•mRNA的功能
蛋白质合成的直接模板
真核细胞
原核细胞
DNA 细胞质 细胞核 内含子 外显子
DNA
hnRNA
转录
mRNA
蛋白质
转录 翻译
mRNA
转录后剪接 转运
翻译
蛋白质
几种形式的核苷酸
02
第二节 核酸的分子结构
第一节 梅毒病人的护理
part
第二节
核酸的分子结构
◆核苷酸在多核苷酸链中的连接方式 在核酸分子中，核苷酸与核苷酸之间是通过3ˊ，5ˊ-磷 酸二酯键连接的。 一个核苷酸C-3ˊ上的羟基与另一个核苷酸 C-5ˊ上的磷 酸脱水缩合形成的酯键称为3ˊ，5ˊ-磷酸二酯键。
指不同来源的核酸变性后，具有相同的碱基互补序列 的多核苷酸链，混在一起进行复性，形成杂化双链的过程。
杂交分子可以是不同来源的DNA与DNA、DNA与RNA或RNA
与RNA
变性
复性
不同来源的DNA分 子
DNA-DNA 杂交双链分子
核酸分子杂交的应用
☆研究DNA分子中某一种基因的位置 ☆测定两种核酸分子间的序列相似性 ☆检测某些专一序列在待检样品中存
三、组成核酸的基本单位
——核苷酸
核苷酸的组成
（一） 核苷
(ribonucleoside)
NH2 N HO CH 2 O N O
碱基＋核糖（脱氧核糖） 糖苷键
核苷（脱氧核
苷）
核苷：AR, GR, UR, CR 脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR
1
1´
OH OH
AR
（二）核苷酸
(ribonucleotide)
（二）戊糖
• 组成核酸的戊糖有D-核糖和D-2-脱氧核糖 两种。
• RNA分子中含D-核糖，
• DNA分子中含D-2-脱氧核糖。
（三）含氮碱基
• 核酸中的嘌呤碱主要有腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）两种。
• 嘧啶碱主要有胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T）
三种
N H2
嘌呤(purine)
腺嘌呤(adenine, A)
第三章
核酸化学
主要内容
核酸的分子组成 核酸的分子结构
核酸的理化性质
学习目标
1.比较两类核酸的元素组成、基本成分、基本单位。 2.述说核酸的分子结构及功能。
3.描述DNA双螺旋结构。
4.列举核酸的理化性质，变性、复性及应用。
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。
5´端
C
A
磷酸二酯键
多核苷酸链及其结构
3´端
G
组成DNA的核苷酸----脱氧核苷酸 （dAMP、dCMP、dGMP、dTMP） 组成RNA的核苷酸--- 核苷酸 (AMP、CMP、GMP 、U来自百度文库P )
连接键----3 ’,5’ 磷酸二酯键
核酸链的5’末端---磷酸基团 核酸链的3’末端---羟基
3、rRNA的结构与功能
rRNA是细胞中含量最多的RNA，它与多种蛋白质结 合成核糖体（核蛋白体） 核糖体的结构：小亚基 大亚基
•核蛋白体的功能 蛋白质生物合成的“装配机”。 。
03
第三节 核酸的理化性质
第一节 梅毒病人的护理
part
一、核酸的一般性质
1.为两性电解质。常显酸性。 2.含有共轭双键，对紫外线（波长250～280nm）有吸 收作用。 这一性质可用于核酸的定性定量分析。
(3) 双螺旋直径为 2nm, 相邻
碱基平面距离 0.34nm ，
一圈10bp, 螺距为3.4nm. (4) 氢键、 碱基 堆积力维持 稳定性
碱基互补配对 A T C G
2.DNA的三级结构
• DNA在二级结构基础上，双螺旋结构进一步盘曲形成更 加复杂的结构，称为DNA的三级结构。 • DNA的双螺旋结构可成开链或闭链环状，经进一步折叠成 麻花状的超螺旋结构，超螺旋是DNA三级结构的最常见形 式。
核酸的分类及分布
脱氧核糖核酸
(deoxyribonucleic acid
DNA)
90% 以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体， 质粒等。
DNA是储存遗传信息的分子，决定着生物体的遗传特征。
核糖核酸
(ribonucleic acid
RNA)
分布于细胞质、细胞核、线粒体 参与遗传信息的传递和表达，在蛋白质的生物合 成中起重要作用。
在与否是基因芯片技术的基础
思考与训练
1.两类核酸的基本成分和基本单位各是什么？ 2.核苷酸是如何连接的？何为核酸的一级结构？
3.简述DNA的二级结构。
4.DNA、mRNA、tRNA、rRNA的功能各是什么？ 5.解释基因、基因组、增色效应。 6.简述核酸的变性、复性与分子杂交。
谢谢观赏！
其大小与G+C含量成正比。
2、DNA的复性
变性DNA在适宜条件下，两条彼此分开的链经碱基互 补可重新形成双螺旋结构，这一过程称为复性。
退火
(annealing) 热变性的DNA经缓慢冷却后即可复 性，这一过程称为退
火
减色效应
DNA复性时，其溶液A260降低。
三 核酸分子杂交 (hybridization)
mt mRNA 蛋白质合成模板
1．t RNA的结构特点与功能
结构特点1、由70～90个核苷酸组成
2、含较多稀有碱基
3、 3´末端为 — CCA-OH
O N NH N NH N
稀有碱基
H H
O NH NH O
CH3
H H
N,N二甲基鸟嘌呤
CH2 N
CH3
双氢尿嘧啶
CH3 CH3
S NH NH O
HN N NH N
变性的监测方法：
紫外 吸收 值的 改变
DNA的紫外吸收光谱
常用方法： 热变性
解链曲线：如果
在连续加热DNA 的过程中以温度对 A260（A260代表溶 液在260nm处的吸光率） 值作图，所得的曲线称为解链曲线。
Tm：
(melting temperature）
紫外光吸收 值达到最大值 的50%时的温 度称为DNA的 解链温度，又称融解温度。
（6－氨基嘌呤）
碱 基
嘧啶(pyrimidine)
N3 4 5 2 6 1 N
NH2
O
HN
O
尿嘧啶(uracil, U)
(2,4-二氧嘧啶)
O CH3
NH
N
O
HN
O
NH
胞嘧啶(cytosine, C)
(2-氧，4-氨基嘧啶)
NH
（5-甲基尿嘧啶）
胸腺嘧啶 (thymine, T)
核酸的化学组成
DNA 磷酸 戊糖 碱基 嘌呤碱 嘧啶碱 A 、G C 、T A 、G C 、U P 脱氧核糖 RNA P 核糖
（一）DNA的空间结构
1、 DNA的二级结构 ——双螺旋结构
DNA双螺旋结构要点
（Watson, Crick, 1953）
(1) 两条、相互平行但走向相反、 右手螺旋;脱氧核糖-磷酸在外测, 碱基位于双螺旋内側. (2) 两条链上相对应的碱基按照碱 基互补规律，通过氢键形成碱基
配对，（A=T;
GC） .
核苷（脱氧核苷）＋磷酸 磷酸酯键 核苷酸
O P HO CH 2 OH
NH2 N O N O
（或脱氧核糖核苷酸） HO
核糖核苷酸：
AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核糖核苷酸：
OH OH
AMP
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
表3-1 两类核酸的组成成分和基本单位
RNA 组 成 成 分 磷酸 戊糖 碱基 基 本 单 位 H3PO4 β -D-核糖 腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、 胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U） 腺苷酸（一磷酸腺苷，AMP） 鸟苷酸（一磷酸鸟苷，GMP） 胞苷酸（一磷酸胞苷，CMP） 尿苷酸（一磷酸尿苷，UMP） DNA H3PO4 β -D-2＇-脱氧核糖 腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、 胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T） 脱氧腺苷酸（一磷酸脱氧腺苷，dAMP） 脱氧鸟苷酸（一磷酸脱氧鸟苷，dGMP） 脱氧胞苷酸（一磷酸脱氧胞苷，dCMP） 脱氧胸苷酸（一磷酸脱氧胸苷，dTMP）
原核生物DNA的高级结构
（二）RNA的空间结构
RNA的种类、分布、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 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
书写方法
A G T G C T
5
P
P
P
P
P
P
OH
3
5
pApCpTpGpCpT-OH 3
5
A C T G C T 3
核酸的一级结构
多核苷酸链中核苷酸（或碱基序列）的排
列顺序。称为核酸的一级结构。
5′端
C
核酸的一级结构
A
G
3′端
三、核酸的空间结构
01
第一节 核酸的分子组成
第一节 梅毒病人的护理
part
一、核酸的元素组成
C、H、O、N、P等元素（其中含P恒定，约占9%～10%）
二、组成核酸的基本成分
碱基 (base)：嘌呤碱，嘧啶碱
戊糖 (pentose)：核糖，脱氧核糖
磷酸 (phosphate)
（一）磷酸
• DNA和RNA分子中都有磷酸组成，其分子式为H3PO4
二、核酸的变性与复性 1. DNA的变性
某些理化因素（温度、pH、离子强度等）可致 DNA分子双链的互补碱基之间的氢键断裂，使DNA双螺旋结 构松散成为单链，此现象称为DNA变性。变性只改变了二 级结构，不改变它的核苷酸排序。
方法： 加热、 尿素、酰胺、乙醇、丙酮等
DNA变性的实质： 维系碱基配对的氢键断裂
CH
C
4-巯尿嘧啶
N6-异戊烯腺嘌呤
*（二）tRNA的二级结构
——三叶草形
氨基酸臂
1、 氨基酸臂 2、DHU环 3、 反密码环 4、 额外环 5 、TΨC环
额外环
* tRNA的三级结构 —— 倒L形
•tRNA的功能 转运氨基酸的工具
2、信使RNA的结构与功能
mRNA分子中从5′-末端到3′-末端每三个相 邻的核苷酸组成的三联体代表氨基酸信息，称为 密码子。
DNA变性后理化性质的变化：
• • • • DNA发生变性后 粘度下降 对紫外线的吸收增加 生物活性丧失
增色效应
• DNA变性后，双螺旋被解开，有更多的碱基共轭双键暴露， 对波长260nm的紫外光吸收增强，这种现象称为增色效应
•
DNA在260nm波长处光吸收值的变化，常作为监测DNA是否变性的一个 重要指标。
* 真核生物mRNA结构特点
1、5´末端的帽子结构：
m7GpppNm-
2、3´末端的多聚腺苷酸结构： 称为多聚A尾(polyA)
•mRNA的功能
蛋白质合成的直接模板
真核细胞
原核细胞
DNA 细胞质 细胞核 内含子 外显子
DNA
hnRNA
转录
mRNA
蛋白质
转录 翻译
mRNA
转录后剪接 转运
翻译
蛋白质
几种形式的核苷酸
02
第二节 核酸的分子结构
第一节 梅毒病人的护理
part
第二节
核酸的分子结构
◆核苷酸在多核苷酸链中的连接方式 在核酸分子中，核苷酸与核苷酸之间是通过3ˊ，5ˊ-磷 酸二酯键连接的。 一个核苷酸C-3ˊ上的羟基与另一个核苷酸 C-5ˊ上的磷 酸脱水缩合形成的酯键称为3ˊ，5ˊ-磷酸二酯键。
指不同来源的核酸变性后，具有相同的碱基互补序列 的多核苷酸链，混在一起进行复性，形成杂化双链的过程。
杂交分子可以是不同来源的DNA与DNA、DNA与RNA或RNA
与RNA
变性
复性
不同来源的DNA分 子
DNA-DNA 杂交双链分子
核酸分子杂交的应用
☆研究DNA分子中某一种基因的位置 ☆测定两种核酸分子间的序列相似性 ☆检测某些专一序列在待检样品中存
三、组成核酸的基本单位
——核苷酸
核苷酸的组成
（一） 核苷
(ribonucleoside)
NH2 N HO CH 2 O N O
碱基＋核糖（脱氧核糖） 糖苷键
核苷（脱氧核
苷）
核苷：AR, GR, UR, CR 脱氧核苷：dAR, dGR, dTR, dCR
1
1´
OH OH
AR
（二）核苷酸
(ribonucleotide)
（二）戊糖
• 组成核酸的戊糖有D-核糖和D-2-脱氧核糖 两种。
• RNA分子中含D-核糖，
• DNA分子中含D-2-脱氧核糖。
（三）含氮碱基
• 核酸中的嘌呤碱主要有腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）两种。
• 嘧啶碱主要有胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T）
三种
N H2
嘌呤(purine)
腺嘌呤(adenine, A)
第三章
核酸化学
主要内容
核酸的分子组成 核酸的分子结构
核酸的理化性质
学习目标
1.比较两类核酸的元素组成、基本成分、基本单位。 2.述说核酸的分子结构及功能。
3.描述DNA双螺旋结构。
4.列举核酸的理化性质，变性、复性及应用。
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。
5´端
C
A
磷酸二酯键
多核苷酸链及其结构
3´端
G
组成DNA的核苷酸----脱氧核苷酸 （dAMP、dCMP、dGMP、dTMP） 组成RNA的核苷酸--- 核苷酸 (AMP、CMP、GMP 、U来自百度文库P )
连接键----3 ’,5’ 磷酸二酯键
核酸链的5’末端---磷酸基团 核酸链的3’末端---羟基
3、rRNA的结构与功能
rRNA是细胞中含量最多的RNA，它与多种蛋白质结 合成核糖体（核蛋白体） 核糖体的结构：小亚基 大亚基
•核蛋白体的功能 蛋白质生物合成的“装配机”。 。
03
第三节 核酸的理化性质
第一节 梅毒病人的护理
part
一、核酸的一般性质
1.为两性电解质。常显酸性。 2.含有共轭双键，对紫外线（波长250～280nm）有吸 收作用。 这一性质可用于核酸的定性定量分析。
(3) 双螺旋直径为 2nm, 相邻
碱基平面距离 0.34nm ，
一圈10bp, 螺距为3.4nm. (4) 氢键、 碱基 堆积力维持 稳定性
碱基互补配对 A T C G
2.DNA的三级结构
• DNA在二级结构基础上，双螺旋结构进一步盘曲形成更 加复杂的结构，称为DNA的三级结构。 • DNA的双螺旋结构可成开链或闭链环状，经进一步折叠成 麻花状的超螺旋结构，超螺旋是DNA三级结构的最常见形 式。
核酸的分类及分布
脱氧核糖核酸
(deoxyribonucleic acid
DNA)
90% 以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体， 质粒等。
DNA是储存遗传信息的分子，决定着生物体的遗传特征。
核糖核酸
(ribonucleic acid
RNA)
分布于细胞质、细胞核、线粒体 参与遗传信息的传递和表达，在蛋白质的生物合 成中起重要作用。
在与否是基因芯片技术的基础
思考与训练
1.两类核酸的基本成分和基本单位各是什么？ 2.核苷酸是如何连接的？何为核酸的一级结构？
3.简述DNA的二级结构。
4.DNA、mRNA、tRNA、rRNA的功能各是什么？ 5.解释基因、基因组、增色效应。 6.简述核酸的变性、复性与分子杂交。
谢谢观赏！
其大小与G+C含量成正比。
2、DNA的复性
变性DNA在适宜条件下，两条彼此分开的链经碱基互 补可重新形成双螺旋结构，这一过程称为复性。
退火
(annealing) 热变性的DNA经缓慢冷却后即可复 性，这一过程称为退
火
减色效应
DNA复性时，其溶液A260降低。
三 核酸分子杂交 (hybridization)
mt mRNA 蛋白质合成模板
1．t RNA的结构特点与功能
结构特点1、由70～90个核苷酸组成
2、含较多稀有碱基
3、 3´末端为 — CCA-OH
O N NH N NH N
稀有碱基
H H
O NH NH O
CH3
H H
N,N二甲基鸟嘌呤
CH2 N
CH3
双氢尿嘧啶
CH3 CH3
S NH NH O
HN N NH N
变性的监测方法：
紫外 吸收 值的 改变
DNA的紫外吸收光谱
常用方法： 热变性
解链曲线：如果
在连续加热DNA 的过程中以温度对 A260（A260代表溶 液在260nm处的吸光率） 值作图，所得的曲线称为解链曲线。
Tm：
(melting temperature）
紫外光吸收 值达到最大值 的50%时的温 度称为DNA的 解链温度，又称融解温度。
（6－氨基嘌呤）
碱 基
嘧啶(pyrimidine)
N3 4 5 2 6 1 N
NH2
O
HN
O
尿嘧啶(uracil, U)
(2,4-二氧嘧啶)
O CH3
NH
N
O
HN
O
NH
胞嘧啶(cytosine, C)
(2-氧，4-氨基嘧啶)
NH
（5-甲基尿嘧啶）
胸腺嘧啶 (thymine, T)
核酸的化学组成
DNA 磷酸 戊糖 碱基 嘌呤碱 嘧啶碱 A 、G C 、T A 、G C 、U P 脱氧核糖 RNA P 核糖
（一）DNA的空间结构
1、 DNA的二级结构 ——双螺旋结构
DNA双螺旋结构要点
（Watson, Crick, 1953）
(1) 两条、相互平行但走向相反、 右手螺旋;脱氧核糖-磷酸在外测, 碱基位于双螺旋内側. (2) 两条链上相对应的碱基按照碱 基互补规律，通过氢键形成碱基
配对，（A=T;
GC） .
核苷（脱氧核苷）＋磷酸 磷酸酯键 核苷酸
O P HO CH 2 OH
NH2 N O N O
（或脱氧核糖核苷酸） HO
核糖核苷酸：
AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核糖核苷酸：
OH OH
AMP
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
表3-1 两类核酸的组成成分和基本单位
RNA 组 成 成 分 磷酸 戊糖 碱基 基 本 单 位 H3PO4 β -D-核糖 腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、 胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U） 腺苷酸（一磷酸腺苷，AMP） 鸟苷酸（一磷酸鸟苷，GMP） 胞苷酸（一磷酸胞苷，CMP） 尿苷酸（一磷酸尿苷，UMP） DNA H3PO4 β -D-2＇-脱氧核糖 腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、 胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T） 脱氧腺苷酸（一磷酸脱氧腺苷，dAMP） 脱氧鸟苷酸（一磷酸脱氧鸟苷，dGMP） 脱氧胞苷酸（一磷酸脱氧胞苷，dCMP） 脱氧胸苷酸（一磷酸脱氧胸苷，dTMP）
原核生物DNA的高级结构
（二）RNA的空间结构
RNA的种类、分布、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 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