第二章核酸化学
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。
生物化学 第二章 核酸化学
1 核苷酸的组成
核酸化学
• 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-脱氧核糖核苷酸和5′-磷酸-核糖 核苷酸。核苷酸 核苷+磷酸
戊糖+碱基+磷酸
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
B=腺 嘌 呤 ， 鸟 嘌 呤 ， 胞 嘧 啶 ， 尿 嘧 啶 或 胸 腺 密 啶
核酸化学
格里菲斯——肺炎双球菌转化实验
多 糖 类 荚 膜
R型菌
（粗糙、 无毒性）
S型菌
（光滑、 有毒性）
核酸化学
将R型活菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将S型活菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
核酸化学
将R型活菌与杀死的S型菌注入小鼠体内
一段时间后
细菌发生转化，性状的转化可以遗传。
O
（N = A、G、C、U、T）
O-
P
O
5´
CH2
O
N 碱基
O-
磷酸
4´ H
H 1´
O H 3´
2´ H
OH (O)H
核糖
(一)、戊糖
核酸化学
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 βD-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为β-D-核糖。
HOCH2 O OH HH
H
H
OH OH
D-核糖
Ribose
HOCH2 O OH HH
（四）核苷酸nucleotide
核酸化学
第二章核酸的分子结构
核酸的研究历史和重要性（续） 历史
70年代 建立DNA重组技术，改变了分子生物学的面貌，并导 致生物技术的兴起。 80年代 RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA、 “RNA世界”假说等等。 90年代以后 实施人类基因组计划（HGP）, 开辟了生命科学 新纪元。
人类基因组测序完成后，生命科学进入后基因组时代： 功能基因组学（functional genomics） Hapmap(单体型图 ) (基于SNP) 蛋白质组学（proteomics）
RNA分子中各核苷之间 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
不含稀有碱基 含稀有碱基
OH
5´
3´ OH
OH
4.1.2 RNA的类别
信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋白 质合成中起模板作用；
反转重复（inverted repeated)：由反方向互补的 两个DNA片段组成，两个反转重复序列又叫回 文序列(palindrome sequence)。(第47页)
镜像重复(mirror repeat)：由反方向完全相同的 两个序列组成。
直接重复(direct repeat)：由同一方向完全相同 的两个序列组成。正向重复序列、顺向重复序 列。
2 核酸的基本结构单位—核苷酸
2.1 核苷酸的化学组成与命名 2.1.1 碱基、核苷、核苷酸的概念和关系 2.1.2 常见碱基的结构与命名法 2.1.3 常见（脱氧）核苷酸的基本结构与命名 2.1.4 稀有核苷酸 2.1.5 细胞内游离核苷酸及其衍生物
《生物化学》第二章核酸化学及答案
第二章核酸化学《生物化学》一、选择题1．自然界游离核苷酸中，磷酸最常见是位于：A．戊糖的C-5′上B．戊糖的C-2′上C．戊糖的C-3′上D．戊糖的C-2′和C-5′上E．戊糖的C-2′和C-3′上2．可用于测量生物样品中核酸含量的元素是：A．碳B．氢C．氧D．磷E．氮3．下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNA：A．尿嘧啶B．腺嘌呤C．胞嘧啶D．鸟嘌呤E．胸腺嘧啶4．核酸中核苷酸之间的连接方式是：A．2′，3′磷酸二酯键B．糖苷键C．2′，5′磷酸二酯键D．肽键E．3′，5′磷酸二酯键5．核酸对紫外线的最大吸收峰在哪一波长附近？A．280nm B．260nm C．200nm D．340nm E．220nm6．有关RNA的描写哪项是错误的：A．mRNA分子中含有遗传密码B．tRNA是分子量最小的一种RNAC．胞浆中只有mRNAD．RNA可分为mRNA、tRNA、rRNAE．组成核糖体的主要是rRNA7．大部分真核细胞mRNA的3′-末端都具有：A．多聚A B．多聚U C．多聚T D．多聚C E．多聚G8．DNA变性是指：A．分子中磷酸二酯键断裂B．多核苷酸链解聚C．DNA分子由超螺旋→双链双螺旋D．互补碱基之间氢键断裂E．DNA分子中碱基丢失9．DNA Tm值较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致？A．G+A B．C+G C．A+T D．C+T E．A+C10．某DNA分子中腺嘌呤的含量为15%，则胞嘧啶的含量应为：A．15% B．30% C．40% D．35% E．7%二、填空题1．核酸完全的水解产物是________、_________和________。
其中________又可分为________碱和__________碱。
2．体内的嘌呤主要有________和________；嘧啶碱主要有_________、________和__________。
某些RNA分子中还含有微量的其它碱基，称为_________。
第二章 核酸的结构与功能
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
生化课后练习答案
《生物化学》复习资料第二章核酸化学2、试从分子大小、细胞定位以及结构和功能上比较DNA和RNADNA由两条互补的脱氧核糖核甘酸亚单元的链组成的双螺旋结构，RNA 仅是比DNA小得多的核糖核苷酸亚单元单链结构；DNA中有胸腺嘧啶（T）,但无尿嘧啶（U），但RNA则相反，DNA主要生物的遗传信息的载体，指导蛋白质的合成等，而RNA则在于遗传信息的转录，翻译与蛋白质的合成等，有时也可以作为一种催化剂在生物的生命活动起一定的作用.DNA主要存在于细胞核与线粒体，RNA主要存在细胞质基质中。
3. 试从结构和功能上比较tRNA,rRNA,mRNA.1. mRNA勺结构与功能：mRN是单链核酸，其在真核生物中的初级产物称为HnRNA大多数真核成熟的mRN分子具有典型的5'-端的7- 甲基鸟苷三磷酸（m7GTP帽子结构和3'-端的多聚腺苷酸（polyA）尾巴结构。
mRNA的功能是为蛋白质的合成提供模板，分子中带有遗传密码。
mRNA分子中每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码（coden）。
2. tRNA的结构与功能：tRNA是分子最小，但含有稀有碱基最多的RNAtRNA 的二级结构由于局部双螺旋的形成而表现为“三叶草”形，故称为“三叶草”结构，可分为五个部分：①氨基酸臂：由tRNA的5'-端和3'-端构成的局部双螺旋，3'-端都带有-CCA-OH顺序，可与氨基酸结合而携带氨基酸。
②DHU臂:含有二氢尿嘧啶核苷，与氨基酰tRNA合成酶的结合有关。
③反密码臂：其反密码环中部的三个核苷酸组成三联体，在蛋白质生物合成中，可以用来识别mRNAt相应的密码，故称为反密码(anticoden )。
④T®C臂：含保守的T®C 顺序，可以识别核蛋白体上的rRNA促使tRNA与核蛋白体结合。
⑤ 可变臂：位于T®C臂和反密码臂之间，功能不详。
第2章 核酸化学2
线粒体中含 有环状DNA
右旋
环状 DNA
反之，则为正超螺旋
自然界通常为负超螺旋。
负超螺旋
固定 （右手拓扑结构）
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
+
P OH P P P
+
P OH P
P
P
③核糖核酸酶T2 （RNase T2 ）
• 作用位点为腺苷酸残基
• 可将tRNA完全降解为3’－腺苷酸结尾 的寡核苷酸
（2）DNase（外切酶）
①DNaseⅠ：牛胰脱氧核糖核酸酶 Mg2+激活 切断双链或单链DNA ——以5’－磷酸为末端的寡聚核苷酸 ② DNase Ⅱ：牛脾脱氧核糖核酸酶 Mg2+抑制 DNA降解为3’－磷酸为末端的寡聚核苷酸
④其它：对底物二级结构的专一性 作用于双链核酸：双链酶 作用于单链：单链酶
（1）RNase
3’嘧啶核苷酸/其结尾的寡核苷酸
Py Pu Py Py Py Pu Py Py
2H2O
P P P P
+
P
P
P
P
+
P P
①牛胰核糖核酸酶（ G A C U G ARNaseGⅠ） A
C
U
G
A
2H2O + 作用：嘧啶核苷3’－磷酸与其它核苷酸连键 P P P P P P P OH P P P P P 专一性极高的内切酶
温度（℃）
94
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第二章核酸化学
研究历史（3）
1953年，沃森和克里克提出了DNA的双螺旋结构， 1962年获得诺贝尔奖
现已证明，除了少数病毒以RNA为遗传物质外， 多数生物体的遗传物质是DNA
另外，在细胞质里还存在胞质小RNA(sc RNA). 上述RNA存在于细胞质，另外在细胞核里面还存在一些RNA， 如核不均一RNA（hnRNA）、核内小RNA（snRNA）、核仁小 RNA、反义RNA（asRNA）等。
第二章核酸化学
RNA的分类
核蛋白体RNA
细胞核和胞液
线粒体
rRNA
mt tRNA
的结构。
第二章核酸化学
研究历史（1）
染色质 ，瑞士生理学家和有机化学家米歇尔 （Friedrich Miescher，1844～1895）
四核苷酸学说
第二章核酸化学
研究历史（2）
1930年代和1940年代Caspersson及其它人采用了超 速离心、过滤、光吸收等方法测得DNA分子的分 子量是50万到100万。
基因工程技术
第二章核酸化学
核酸是Lock还是Key？
第二章核酸化学
第一节 核酸的种类、分布和含量
(一). 种类
DNA，脱氧核糖核酸
RNA，核糖核酸，主要有下几种：
第二章核酸化学
1、rRNA (ribosome RNA )，核糖体RNA，细胞中最主 要的RNA，占细胞中总RNA80%左右。核糖体是蛋白 质合成的场所。
2、tRNA ( transfer RNA)，转移RNA，是细胞中最小 的一种RNA分子，占细胞总RNA的15%左右。在蛋白 质的生物合成中，tRNA起携带氨基酸的作用。
第二章核酸化学
3、mRNA ( messenger RNA)，信使RNA，占细胞总RNA 的5%左右，含量最少，代谢活跃。mRNA在蛋白质的 生物合成中起模板作用。它将DNA的遗传信息传递给 蛋白质。
第二章核酸化学
掌握核酸紫外吸收的特性及热变性的性质，从核酸热变性 的基础上理解DNA的复性与分子杂交，掌握DNA的熔解 温度、增色效应的概念。
了解核酸的化学反应；各种核酸酶对核酸的水解作用；限 制性内切酶的作用特点及该酶的应用。
了解DNA一级结构的测定原理。 了解DNA在生物体内的存在方式及由DNA构成的染色体
第二章核酸化学Biblioteka 苷酸的结构式第二章核酸化学
脱氧核苷酸的结构
第二章核酸化学
核酸中五种碱基中的酮基和氨基，均位于碱基环中 氮原子的邻位，可以发生酮式一烯醇式或氨基、亚氨 基之间的结构互变。这种互变异构在基因的突变和生 物的进化中具有重要作第用二章。核酸化学
嘌呤和嘧啶环中含有共轭双键，对260nm 左右波长的紫外光有较强的吸收。碱基的这一 特性常被用来对碱基、核苷、核苷酸和核酸进 行定性和定量分析.
信使RNA 转运RNA 核不均一RNA
mRNA tRNA hnRNA
mt mRNA mt tRNA
核内小RNA
snRNA
胞质小RNA
scRNA/7SLRNA
注：原核细胞不含后3种RNA 第二章核酸化学
功能
核蛋白体组成成 分 蛋白质合成模板
转运氨基酸
成熟mRNA的前 体 参与hnRNA的剪 接、转运 蛋白质内质网定 位合成的信号识 别体的组成成分
（二）、分布
DNA 核（%） 98 浆（%） 2
RNA <10 >90
（三）、 含量
DNA含量恒定，RNA含量与细胞生长状 态有关。
第二章核酸化学
第二节 核酸的组成
第二章核酸化学
核酸和蛋白质元素组成相同么？
第二章核酸化学
一、核酸的元素组成
组成核酸的元素有C、H、O、N、P等， 与蛋白质比较，其组成上有两个特点：一是 核酸一般不含元素S，二是核酸中P元素的含 量较多并且恒定，约占9～11%。因此，核酸 定量测定的经典方法，是以测定P含量来代 表核酸量。
第二章核酸化学
二、核酸的基本结构组成
核酸经水解可得到很多核苷酸，因此核苷酸是核酸 的基本单位。核酸就是由很多单核苷酸聚合形成的 多聚核苷酸。
核苷酸可被水解产生核苷和磷酸，核苷还可再进一 步水解，产生戊糖和含氮碱基。
第二章核酸化学
第二章核酸化学
(一）碱基 核苷酸中的碱基均为含氮杂环化合物， 它们分别属于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。 核 苷 酸 中 的 嘌 呤 碱 (purine) 主 要 是 鸟 嘌 呤(guanine,G)和腺嘌呤(adenine,A)， 核 苷 酸 中 嘧 啶 碱 (pyrimidine) 主 要 是 胞 嘧啶(cytosine,C)、尿嘧啶(uracil,U)和胸腺 嘧啶(thymine,T)。
核酸化学
第二章核酸化学
核酸能告诉你什么？
第二章核酸化学
目的
了解核酸的发展简史及核酸对生物体的重要意义。 了解核酸的分类，掌握两类核酸的化学组成特点及核苷酸
的结构。 掌握DNA的一级结构及一级结构的意义；DNA双螺旋结
构模型要点；DNA双螺旋结构模型提出对生命科学的重 要意义。了解DNA双螺旋的一些特殊的构型、与碱基组 成有关的特殊结构及意义。 了解RNA的种类，重点掌握与蛋白质合成有关的三种 RNA的功能；掌握tRNA的结构以及与该结构有关的生物 学功能。
第二章核酸化学
核酸中的戊糖有核糖(ribose)和脱氧核糖(deoxyribose)两 种，分别存在于核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸中。为了与碱 基标号相区别，通常将戊糖的C原子编号都加上“′”，如C1′表 示糖的第一位碳原子。核糖的结构如下：
第二章核酸化学
（三）核苷
戊糖与嘧啶或嘌呤碱以糖苷键连接就称为核苷，通常是 戊糖的C1′与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接。
第二章核酸化学
（四）核苷酸衍生物
1、（脱氧）核苷二磷酸、（脱氧）核苷三磷酸、双 脱氧核苷酸。 ADP、ATP是生物体中重要的能量转 换体，ddNTP在DNA的序列测定中使用
2、环化核苷酸cAMP、cGMP：被称为第二信使，有放 大激素的作用
3、辅酶：NAD+、NADP+、FAD、FMN、HSC0A是核酸的 衍生物，在物质代谢和能量代谢中起重要作用。