核酸组成与结构
第二单元 核酸的结构和功能
(1～2题共用备选答案)
A.G、C、T、U
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱG、A、C、T
C.A、G、C、U
D.G、A、T、U
E.I、C、A、U
【助理】
1RNA分子中所含的碱基是
四、DNA的功能
DNA是遗传的物质基础，表现生物性状的遗传信息贮存在DNA分子的核苷酸序列中。当细胞分裂时，生物遗传信息通过复制从亲代(细胞)传递给子代(细胞)，使物种得以延续。因此，DNA与细胞增生、生物体传代有关。DNA还可通过转录指导RNA(包括mRNA)合成，将遗传信息传递给mRNA；继而以mRNA为模板合成特异的蛋白质分子。蛋白质赋予生物体或细胞特异的生物表型和代谢表型，使生物性状遗传。
C．DNA双螺旋以右手螺旋的方式围绕同一轴有规律地盘旋
D．两股单链的5′至3′端走向在空间排列上相同
E．两碱基之间的氢键是维持双螺旋横向稳定的主要化学键
答案：D
三、DNA的三级结构
原核生物没有细胞核，其DNA分子在双螺旋基础上进一步扭转盘曲，形成超螺旋，使体积压缩。超螺旋结构就是DNA的三级结构。
在真核生物的染色体中，DNA的三级结构与蛋白质的结合有关。与DNA结合的蛋白质有组蛋白和非组蛋白两类。组蛋白有H1，H2A，H2B，H3和H4共5种，它们都是含有丰富的赖氨酸和精氨酸残基的碱性蛋白质。组蛋白H2A、H2B、H3和H4各两分子形成八聚体，八聚体之外绕有近1圈约140至146个碱基对的DNA，构成一个核小体。H1位于核小体与核小体之间的连接区，并与约75至100个碱基对的DNA结合，组成串珠状结构。在核小体结构基础上，DNA链进—步折叠，形成染色(单)体。人类细胞核中有46条(23对)染色体，这些染色体的DNA总长达1．7m，经过折叠压缩，46条染色体总长也仅200nm左右。
核酸的结构和功能
一、核酸的化学组成
1. 元素组成 C、H、O、N、P（9~10%）
2. 分子组成
碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱
核苷
核苷酸
戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖
磷酸(phosphate)
目录
碱基
N 7
8 9 NH
5 6 1N
43 2 N
嘌呤(purine)
NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
"for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material"
Francis Harry Compton Crick
James Dewey Watson
Maurice Hugh Frederick Wilkins
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
DNA分子由两条相互平行但走 向相反的脱氧多核苷酸链组成， 两链以”脱氧核糖-磷酸” 为 骨架，以右手螺旋方式绕同一 公共轴盘。螺旋直径为2nm， 形成 大沟 (major groove) 及小 沟(minor groove)相间。
60S
4718个核苷酸 160个核苷酸 120个核苷酸
占总重量的35%
三种RNA内容小结
mRNA
tRNA
结 单链
局部双链
构 5'—m7GpppNm、 三叶草形、倒L形
NNHHN22H2
N
NNN
细胞中的核酸知识点
核酸知识点【基础知识整合】1．核酸的基本组成单位：，其分子组成为。
3．核酸的功能：细胞内携带的物质，控制合成。
2．核酸的功能特性(1)构成DNA的是4种脱氧核苷酸，但成千上万个脱氧核苷酸的排列顺序是多种多样的，DNA分子具有多样性。
(2)每个DNA分子的4种脱氧核苷酸的比率和排列顺序是特定的，其特定的脱氧核苷酸排列顺序代表特定的遗传信息。
(3)有些病毒只含有RNA一种核酸，其核糖核苷酸排列顺序也具有多样性。
考点二核酸与蛋白质【知识拓展】细胞质内核糖体上细胞核、线粒体、叶绿体等2.联系(1)核酸控制蛋白质的合成(2)DNA 多样性、蛋白质多样性和生物多样性的关系【总结提升】蛋白质和核酸两者均存在物种特异性，因此可以从分子水平上为生物进化、亲子鉴定、案件侦破等提供依据，但生物体内的水、无机盐、糖类、脂质、氨基酸、核苷酸等不存在物种的特异性。
考点三 “观察DNA 和RNA 在细胞中的分布”实验 【知识拓展】 一、实验原理①DNA 主要分布于细胞核中，RNA 主要分布于细胞质中。
②甲基绿和吡罗红对DNA 、RNA 的亲和力不同： 利用甲基绿、吡罗红混合染色剂将细胞染色，可以显示DNA 和RNA 在细胞中的分布。
③盐酸(HCl)能够改变细胞膜的通透性，加速染色剂进入细胞，同时使染色体中的DNA与蛋白质分离，有利于DNA与染色剂结合。
二、实验流程图1、取口腔上载玻片上滴一滴生理盐水↓消毒牙签刮口腔内侧壁后在液滴中涂抹几下载玻片在酒精灯上烘干↓载玻片在酒精灯上烘干载玻片放入盛有30 mL 质量分数为8%的盐酸的小烧杯中↓大烧杯中加入30 ℃温水↓小烧杯放入大烧杯中保温5 min2、水解3、冲洗涂片：用蒸馏水的缓水流冲洗载玻片10 s染色吸水纸吸去载玻片上的水分↓用吡罗红甲基绿染色剂2滴染色5 min↓吸去多余染色剂，盖上盖玻片4、观察低倍镜观察：选染色均匀、色浅区域移至视野中央、调清晰后观察↓高倍镜观察：调节细准焦螺旋，观察细胞核、细胞质染色情况三、实验现象及相关结论结论：真核细胞的DNA 主要分布在细胞核，少量分布在线粒体、叶绿体。
核酸的化学组成
O
H3C
NH
N
NH
N 1
6
N H O
N H
O
N H
O
2，4-二氧嘧啶
2-氧-4-氨基嘧啶
5-甲基-2，4-二氧嘧啶
U
C
T
组成核酸的稀有碱基
核酸中除了5类基本的碱基外，还有一些含量甚 少的碱基，称为稀有碱基。
O
N N N N O N N
NH2
—CH3
I
m5C
DHU
碱基的结构特征
碱基都具有芳香环的结构特征。嘌呤环和嘧啶 环均呈平面或接近于平面的结构。 碱基的芳香环与环外基团可以发生酮式—烯醇 式或胺式—亚胺式互变异构。
DNA
D-2-脱氧核糖
A
NH2 N
鸟嘌呤
嘌呤
6
1N 2 5
guanine
7 N
O
N 3
4
N 9
8
N
N NH
N H
N
N H
N
NH2
A
G
1.组成核酸的碱基 尿嘧啶 uracil
O
嘧啶
4 3N 2 5
胞嘧啶 胸腺嘧啶 cytosine thymine
O
O
C2’-endo（2E) C5’ 4’ 3’ O 2’ 1’ N C5’ 4’
N O 3’ C3’-exo(E3) 2’ 1’
C2’-exo(E2)
（2）扭转式 糖环的C2’和C3’都偏离平面而且偏离方向相反称 为扭转式折叠（Twist,简写为T ）。如C2’-endo C3’-exo（23T), C2’-exo-C3’- endo(3T2) 。上述几种构 象可分别以侧视简图表示：
生物化学 第13章 核酸结构
Cytosine Thymine Uracil
Adenine
Guanine
Phosphate
Nitrogenous base
Pentose sugar
HOCH2
OH
HOCH2
OH
HO
H
Ribose (in RNA) Doxyribose (in DNA)
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
6、核苷酸的衍生物
OH
2´ H (O)H
（二）核酸的基本结构单位——核苷酸
4、核苷酸 nucleotide
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-脱氧核糖核苷和5′-磷酸-核糖核苷。
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
3、mRNA一级结构的特 点
真核细胞mRNA的3’-末端有一段长达200个核 苷酸左右的聚腺苷酸(polyA) ，5’-末端有一个 甲基化的鸟苷酸，称为“帽子结构” 。
问题：大部分真核细胞mRNA的3′-末端都具有多聚（ ）
三、DNA的高级结构
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。
（三）多聚核苷酸
多聚核苷酸是通过核苷酸的5’-磷酸基与 另一分子核苷酸的C3’-OH形成磷酸二酯 键相连而成的链状聚合物。
由脱氧核糖核苷酸聚合而成的称为DNA 链；
由核糖核苷酸聚合而成的则称为RNA链。
核酸的分子组成和结构
核酸的分子组成和结构核酸是构成生物体基本遗传信息的大分子，包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
它们在细胞中起着传递、复制和转录遗传信息的重要作用。
核酸的分子组成和结构是理解其功能和特性的基础。
我们来看核酸的分子组成。
核酸由核苷酸组成，而核苷酸又由糖、磷酸和碱基三个部分组成。
其中，DNA的糖是脱氧核糖，而RNA 的糖是核糖。
糖和磷酸通过磷酸二酯键连接在一起，形成核苷酸的主体结构。
碱基则连接在糖的1号碳上，通过N-糖苷键与糖相连。
DNA的碱基有腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C），而RNA的碱基则是腺嘌呤（A）、尿嘧啶（U）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。
我们来探讨核酸的分子结构。
DNA和RNA的分子结构都是由两条互补的链组成的。
这种结构被称为双螺旋结构。
在DNA中，两条链通过碱基之间的氢键相互连接，形成稳定的螺旋结构。
其中，腺嘌呤和胸腺嘧啶之间是通过两个氢键连接的，而鸟嘌呤和胞嘧啶之间是通过三个氢键连接的。
这种特殊的氢键配对使得DNA的两条链保持互补性。
RNA的结构与DNA类似，但由于RNA含有尿嘧啶而不含胸腺嘧啶，因此RNA是以单链的形式存在的。
除了双螺旋结构，核酸还可以形成其他的二级和三级结构。
在DNA中，双螺旋可以进一步形成超螺旋、环形和染色质等结构。
RNA则可以形成各种不同的二级结构，如发夹结构、环状结构和四链结构等。
这些二级和三级结构的形成与核酸的碱基序列、糖基连接方式以及环境条件等因素有关。
总结起来，核酸的分子组成和结构是由核苷酸、糖、磷酸和碱基等部分组成的。
核酸分为DNA和RNA两种类型，其糖的种类和碱基的组成略有不同。
核酸以双螺旋结构为基础，通过碱基之间的氢键相互连接，形成稳定的结构。
此外，核酸还可以形成其他的二级和三级结构，这些结构对于核酸的功能和特性具有重要影响。
对于生物学研究和遗传工程等领域来说，对核酸的分子组成和结构有深入的理解是至关重要的。
了解核酸的组成和结构有助于我们理解生命的起源和进化，揭示基因的功能和调控机制，以及开发新的药物和治疗方法。
最经典总结-核酸的组成和结构、功能
考点一 核酸的组成、结构与功能1.核酸的组成(1)组成元素：C 、H 、O 、N 、P 。
(2)基本单位——核苷酸核苷酸的组成成分：a.磷酸、b.五碳糖、c.含氮碱基，其相关种类：b 是2种，c 是5种。
(3)基本单位的种类⎩⎪⎨⎪⎧脱氧核糖核苷酸(4种)――→组成DNA核糖核苷酸（4种）――→组成RNA■助学巧记巧记DNA 组成结构的“五、四、三、二、一”2.核酸的种类和功能(1)分类：脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。
(2)“三看”法快速确认DNA 、RNA3.DNA 和RNA 的比较分类脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸(RNA)组成单位成分碱基共有A(腺嘌呤)、C(胞嘧啶)、G(鸟嘌呤)特有T(胸腺嘧啶) U(尿嘧啶) 五碳糖脱氧核糖核糖磷酸磷酸功能是主要的遗传物质，携带和复制遗传信息，并决定蛋白质的生物合成(1)针对RNA病毒：是RNA病毒的遗传物质(2)mRNA：传递遗传信息(3)tRNA：运输氨基酸(4)rRNA：组成核糖体(5)极少数RNA可作为酶，具有催化功能存在①真核生物：细胞核(主要)、线粒体、叶绿体②原核生物：拟核、质粒主要存在于细胞质中1.真题重组判断正误(1)人轮状病毒是一种双链RNA病毒，利用吡罗红染色，可以鉴别小肠上皮细胞是否被轮状病毒感染(2016·四川，6A)(×)(2)核酸→核苷酸属于水解反应(2016·经典高考)(√)(3)tRNA分子中含有一定数量的氢键(2014·江苏卷，1A)(√)(4)DNA的两条脱氧核苷酸链之间通过磷酸二酯键连接(2014·江苏，1D)(×)(5)DNA和RNA分子的碱基组成不完全相同(2013·重庆高考)(√)以上内容考查了DNA和RNA分子的化学组成及空间结构、功能及鉴定，其主要源自教材必修1P26～29关于核酸的相关知识，大多属识记内容。
2.(教材必修1P28图2－9改编)下图为某核苷酸链的示意图，下列相关叙述中，正确的是()A.图示化合物的元素组成只有C、H、O、NB.图示化合物为DNA的一条链C.图中的T、C、G可参与合成6种核苷酸D.图示化合物只能在细胞核中找到解析核苷酸链的组成元素有C、H、O、N、P，A错误；图中含有碱基T，为DNA的一条链，B正确；T、C、G可参与合成5种核苷酸，C错误；DNA主要分布在细胞核中，此外在细胞质中也有少量DNA，D错误。
高一生物必修一知识点核酸
千里之行，始于足下。
高一生物必修一知识点核酸核酸是生物体内一种重要的生物大分子，是传递、复制和控制遗传信息的基础。
核酸主要由核苷酸组成，是由多个核苷酸单元通过磷酸二酯键连接而成的。
核酸分为DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）两种。
下面将从核酸的结构、功能及复制等方面详细介绍核酸的知识点。
一、核酸的结构1.核苷酸的组成与结构：核苷酸是核酸的组成单元，由一个五碳糖（脱氧核糖或核糖）、一个含氮碱基和一个磷酸基团组成。
2.核酸的结构：DNA的结构是双螺旋结构，由两股互补的链以螺旋形状排列，两条链通过碱基对之间的氢键连接在一起。
RNA的结构通常是单链状。
二、核酸的功能1.储存遗传信息：核酸是细胞内遗传信息的主要储存和传递分子。
DNA携带着生物体遗传信息的全部，通过DNA复制和RNA转录传递给下一代。
2.指导蛋白质合成：DNA通过RNA转录来合成RNA分子，其中包括mRNA（信使RNA）、rRNA （核糖体RNA）和tRNA（转移RNA）。
mRNA带着DNA的信息转移到核糖体，指导蛋白质的合成。
3.调控基因表达：一些特定的RNA分子能干扰基因或调节基因的表达，参与生物体发育、分化和生理代谢等过程。
三、核酸的复制第1页/共2页锲而不舍，金石可镂。
DNA的复制是细胞分裂的前提和基础，是生命物质的自我复制。
DNA的复制遵循半保留复制规律，即一个DNA分子在复制过程中产生两个完全相同的DNA分子，并且每个新的DNA分子包含一条模板链和一个新合成的链。
1.复制酶与复制起始点：DNA复制过程中的复制酶主要有DNA聚合酶和DNA连接酶，它们在复制起始点上起到关键作用。
2.复制过程：DNA复制可分为三个主要步骤：解旋、复制和连接。
解旋过程是由解旋酶催化DNA两条链的分离，形成复制起始点，为DNA复制提供模板。
复制过程中，DNA聚合酶沿着模板链合成新链，每个核苷酸由它的三个基本组件（脱氧核糖、碱基、磷酸）组成。
连接过程由DNA连接酶完成，将新合成的DNA片段粘贴在一起。
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第20页/共147页
核酸的一级结构
知识点5
1. 定义：硷基的排列顺序 ⑴ 骨架链：糖-磷酸链（R-P) ⑵ 连接键：3’,5’—磷酸二酯键 ⑶ 侧链：碱基 ⑷ 方向：5’P末端 → 3’-OH末端
2. 核苷酸的连接 3. 核酸分子结构表示法
第21页/共147页
AMP, GMP, UMP, CMP 脱氧核苷酸：
OH OH
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
第16页/共147页
体内重要的游离核苷酸及其衍生物
多磷酸核苷酸：NMP、NDP、NTP
NNHH2N2H2
O OO OO O
NN N
NN N
HO PHOO PHPOOOPP POO OCCHHC22OHO2ONN N NN N OH OHOH OOHHOH
第6页/共147页
图3-1 核酸分子的组成
知识点 1
磷酸（P）
核酸
水解 单核苷酸 （B-R-P）
水解
核苷水解 戊糖(R,dR）
（B-R）
碱基（B）
第7页/共147页
核酸的基本组成单位—— 核苷酸
戊糖 碱基 核苷：核糖或脱氧核糖与碱基生成的糖苷 核苷酸：核苷与磷酸形成的磷酸酯
第8页/共147页
达。某些病毒RNA也可作为遗
传信息的载体。
第4页/共147页
核酸的化学组成
1. 元素组成 C、H、O、N、P（9~10%）
2. 分子组成 —— 碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱 —— 戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖 —— 磷酸(phosphate)
第5页/共147页
§1 核酸的组成单位
核酸的基本组成单位—— 核苷酸 核酸的一级结构
胸腺嘧啶(thymine, T)
第11页/共147页
磷酸
O OH－ P －OH = H3PO4
OH - P = -H2PO3
第12页/共147页
核酸的基本组成单位—— 核苷酸
戊糖 碱基 核苷：核糖或脱氧核糖与碱基生成的糖苷 核苷酸：核苷与磷酸形成的磷酸酯
第13页/共147页
核苷：核糖或脱氧核糖与碱基生成的糖苷
书写方法
AGT GCT
5 P P P P P P OH 3
5 pApCpTpGpCpT-OH 3
5 A C T G C T 3
第24页/共147页
§2 DNA的空间结构 一、DNA的二级结构－双螺旋结构模型 二、DNA的三级结构
第25页/共147页
一、DNA的二级结构－双螺旋结构模型 1. 双螺旋结构的主要依据 2. 结构要点 3. DNA结构的多样性
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。
第2页/共147页
核酸的发现和研究工作进展
1868年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素” 1944年 Avery等人证实DNA是遗传物质 1953年 Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构 1968年 Nirenberg发现遗传密码 1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法 1985年 Mullis发明PCR 技术 1990年 美国启动人类基因组计划(HGP) 1994年 中国人类基因组计划启动 2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架
体内重要的游离核苷酸及其衍生物
多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP
环化核苷酸: cAMP，cGMP
含核苷酸的生物活性物质： NAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有 AMP
NH2
N
N
O CH2O N
N
NAD+
cAMP
OP O
OH
第19页/共147页
OH NADP+
§1 核酸的组成单位
知识点 2
N N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
O
N NH
NH
N
NH2
鸟嘌呤(guanine, G)
第10页/共147页
嘧啶(pyrimidine)
5 4 3N
6
2 1
NH
5 4 3N
612 NH
NH2
N
O NH
知识点 3
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
O
H3C NH
NH
O
NH
O
胞嘧啶(cytosine, C)
ADAPTPAMP OOHHOHOOHHOH
第17页/共147页
ATP 分子的最显著特点 是含有两个高能磷酸键。 ATP水解时, 可以释放出 大量自由能。
ATP 是生物体内最重要 的能量转换中间体。ATP 水解释放出来的能量用 于推动生物体内各种需 能的生化反应。
第18页/共147页
ATP的性质
戊糖
HO CH2
OH HO CH2
OH
5´
O
O
4´
1´
3´ 2´
OH OH
核糖(ribose) （构成RNA）
OH
脱氧核糖(deoxyribose) （构成DNA）
第9页/共147页
碱基
嘌呤 (purine)
N 7
8 9 NH
5 6 1N
43 2 N
N 7
8 9 NH
6 5
1N
43 2 N
NH2
NH2
HO
CH2 O
N
1
NO
1´
OH OH 第14页/共147页
核酸的基本组成单位—— 核苷酸
戊糖 碱基 核苷：核糖或脱氧核糖与碱基生成的糖苷 核苷酸：核苷与磷酸形成的磷酸酯
第15页/共147页
核苷酸：核苷与磷酸形成的磷酸酯
知识点 4
NH2
N O
核苷酸：
HO P O CH2 O N O OH
单核苷酸的连接
-O
O P O-
5´端 5'
O CH2
O
O3' OP O
C TC5'5H´端2到3´端核苷酸/碱基的排列顺序
O
多个O核-苷酸 O
3'
O
5'
P O CH2
O
A
O-
3´端 OH
第22页/共147页
5´端
C
核苷酸之间以 磷酸二酯键连接形
A
成多核苷酸链，即 核酸。
G
3´端
第23页/共147页
第3页/共147页
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。
携带遗传信息，决定细胞和 个体的基因型(genotype)。
核糖核酸
分布于胞核、胞液。
(ribonucleic acid, RNA) 参与细胞内DNA遗传信息的表
第26页/共147页
Байду номын сангаас
Chargaff 规则
（20世纪40－50年代）
不同物种的DNA碱基组成 不同；
同一生物体的不同组织的 DNA的碱基组成相同；