生物化学 第5章 核酸
生物化学-核酸的代谢
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RNA的合成和降解
RNA合成
RNA的合成是指以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程。在RNA聚合酶的作用下，按照碱基互补配对原则， 逐个添加核糖核苷酸形成RNA链。
RNA降解
RNA降解是指RNA在细胞内的分解过程。RNA降解由多种酶催化，包括核糖核酸酶和脱氨酶等。这些酶能够将 RNA分解成单核苷酸或更小的片段，以便重新利用或排出体外。
核酸具有紫外吸收特性，最大吸收峰 在260nm处，可用于核酸的定量分析。
核酸分子具有变性和复性的特点，在 一定条件下可以发生解旋和复性过程。
核酸分子具有黏性，可以形成DNA双 螺旋结构，这种黏性与DNA的长度和 浓度有关。
02
核酸的合成
DNA的复制
01
02
03
复制的起始
DNA复制起始于特定的起 始点，称为复制子或复制 起始点。
通过研究DNA损伤修复机制 的异常，可以更好地了解癌 症的发病机制，并开发出更 有效的预防和早期诊断方法 。此外，这种机制的研究也 有助于发现新的治疗靶点， 为癌症治疗提供新的思路。
病毒感染与RNA复制
要点一
总结词
RNA复制是病毒生命周期的重要环节，也是抗病毒药物的 主要作用靶点。
要点二
详细描述
病毒是一种非细胞生物，它们必须寄生在宿主细胞内才能 进行复制和繁殖。RNA复制是病毒生命周期中的关键步骤 之一，它涉及到病毒RNA的合成和转录。这个过程是由病 毒自身的酶催化完成的，而这些酶也成为抗病毒药物的主 要作用靶点。通过抑制病毒RNA复制酶的活性，可以有效 地阻止病毒的复制和传播，从而达到治疗疾病的目的。
05
核酸代谢异常与疾病
基因突变与疾病
第5章核酸的化学 第四节 核酸的性质
食品生物化学
图5-15 RNA紫外吸收曲线
波长nm
食品生物化学
四、核酸的变性与复性
当核酸在某些理化因素（如有机溶剂、酸、碱、尿素、加 热及酰胺等）作用下，互补碱基对间的氢键断裂，双螺旋结构 松散，变成单链的过程称为变性(denaturation)。变性使核酸的 二级结构、三级结构改变，但核苷酸排列顺序不变。变性后的 核酸理化性质改变，生物学活性丧失。
核酸是相对分子质量很大的高分子化合物，高分子溶液比 普通溶液黏度要大得多，高分子形状的不对称性愈大，其黏度 也就愈大，不规则线团分子比球形分子的黏度大，线形分子的 黏度更大。由于DNA分子极为细长，因此即使是极稀的溶液也 有极大的黏度，RNA的黏度要小得多。
二、核酸的酸碱性质
核酸和蛋白质一样，也是两性电解质，在溶液中发生两性 电离。因磷酸基的酸性比碱基的碱性强，故其等电点偏于酸性。 利用核酸的两性解离能进行电泳，在中性或偏碱性溶液中，核 酸常带有负电荷，在外加电场力作用下，向阳极泳动。利用核 酸这一性质，可将相对分子质量不同的核酸分离。
DNA的变性是可逆的。变性DNA在适当条件下，变性的两 条互补链重新结合，恢复原来的双螺旋结构和性质，这个过程 称为复性(renaturation)。热变性的DNA经缓慢冷却（称退火处 理）即可复性。最适宜的复性温度比Tm值约低25℃，这个温度 又叫退火温度。
食品生物化学
图5-16 两种不同来源的DNA在260nm的吸收值与温度变化的关系
食品生物化学
DNA的解链过程发生于一个很窄的温度区内，DNA的变性 过程是爆发式的，有一个相变过程，把A260达到最高值的一半时 对应的温度称为该DNA的解链温度或融解温度，用Tm表示。 Tm值大小与DNA碱基组成有关，由于G-C之间的氢键联系要比 A-T之间的氢键联系强得多，故G＋C含量高的DNA其Tm值越高。 通过测定Tm值可知其G＋C碱基的含量。
第5章核酸的化学 第二节 核酸的化学组成
食品生物化学
二、核酸的水解产物
3.次黄嘌呤衍生物——次黄嘌呤核苷酸（IMP）
在肌肉组织中，腺嘌呤核苷酸循环过程中由AMP脱氨形成 次黄嘌呤核苷酸。
次黄嘌呤核苷酸在生物体内是合成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤 核苷酸的关键物质，对生物的遗传有重要的功能。另外，它还 是一种很好的助鲜剂，有肉鲜味，与味精以不同比例混合制成 具有特殊风味的强力味精（见第九章第二节鲜味）。
2.腺苷衍生物——环腺苷酸（cAMP）
cAMP是由ATP经腺苷酸环化酶催化而成的。
食品生物化学
图5-7 环腺苷酸（cAMP）
食品生物化学
cAMP广泛存在于一切细胞中，浓度很低。它们的主要作 用不是作为能量的供体，而是在生物体内参与细胞内多种调节 功能，如它可调节细胞内催化糖和脂肪反应的一系列酶的活性， 也可以调节蛋白激酶的活性。一般把激素称为第一信使，而称 cAMP为“第二信使”。
核酸是一种聚合物，它的结构单位是核苷酸 。
核酸
核苷酸
磷酸
核苷
碱基
戊糖
(嘌呤碱和嘧Ch啶em碱Pa)st(e核r 糖或脱氧核糖)
图5-1 核酸的水解产物
食品生物化学
三、核酸水解产物的化学结构
1．戊糖
DNA和RNA的主要区别是所含戊糖不同，DNA分子中的戊 糖是β-D-2-脱氧核糖，而RNA分子中的戊糖是β-D-核糖 。
碱基 Ade Gua Cyt Ura
生物化学 第5章 核酸(2)
核酸含有嘧啶碱和嘌呤碱基，因而DNA 和RNA在紫外光 区具有吸收特性，其最大吸收在260nm处。
利用核酸和蛋白质紫外吸收差别，可鉴定核酸制品中蛋 白质杂质。例如，纯净的DNA A260:A280的比值大约介于 1.65～1.85. 若比值过高，则表明污染有RNA, 比值过低 则表明有蛋白质或酚污染。
分四组,每组加入四种5‘-dNTP(其中一种含
放射线标记)和一种2',3'-ddNTP,并加入E.coli
DNA聚合酶Ⅰ,满足DNA合成所需条件,进行该片段 互补链的合成。当加入的2',3'-ddNTP参入到链中 后,因该类似物脱氧核糖的C-3’位上无OH,不能与 下一个核苷酸连接,故链的延长被终止。例如，加
3 介质中离子强度 离子强度高，Tm高。测定Tm需要特定的条件：即在
四 DNA的变性与复性
（一） DNA的变性
在水溶液中，双股DNA分子在某些物理因素或化学因素 的影响下，双螺旋结构中的碱基堆积力和碱基对间的氢键受 到破坏，严密的双股螺旋变成了两条单一的随机卷曲的多核
苷酸链，该现象称作DNA变性。
热变性是DNA的一个极其重要的性质，在研究DNA时常用到 这一性质。若将DNA稀溶液加热到80℃左右几分钟，双螺旋 结构就会受到破坏，氢键逐步断开，形成无规线团。这种变 化叫做螺旋→线团转换（helix-coil transition）.
增色效应：
当DNA溶液慢慢加热到双螺旋开始解链前，在260nm 处的吸收基本保持不变。但当温度达到一定高度(一般在 750C以上)时，紫外吸收急剧增加直到两条单链完全分开 成随机卷曲状态为止。紫外吸收随变性程度加剧而升高
的现象称为高色效应或增色效应(hyper-chromoc
生物化学 第五章 核酸化学习题含答案
核酸的化学一、是非题1．嘌呤碱分子中含有嘧啶碱结构。
2．核苷由碱基和核糖以β型的C—N糖苷键相连。
3．核苷酸是由核苷与磷酸脱水缩合而成，所以说核苷酸是核苷的磷酸酯。
4．核苷酸的碱基和糖相连的糖苷键是C—O型。
5．核糖与脱氧核糖的差别是糖环的2’位有无羟基。
6．核苷酸的等电点的大小取决于核糖上的羟基与磷酸基的解离。
7．在DNA双链之间，碱基配对A-T形成两对氢键，C-G形成三对氢键，若胸腺嘧啶C－2位的羰基上的氧原于质子化形成OH，A－T之间也可形成三对氢键。
8．任何一条DNA片段中，碱基的含量都是A=T，C=G。
9．DNA碱基摩尔比规律仅适令于双链而不适合于单链。
10．用二苯胺法测定DNA含量必须用同源的DNA作标准样品。
11．DNA变性后就由双螺旋结构变成线团结构。
12．Tin值低的DNA分子中（A－T）％高。
13．Tin值高的DNA分子中（C-G）％高。
14．由于RNA不是双链，因此所有的RNA分子中都没有双螺旋结构。
15．起始浓度高、含重复序列多的DNA片段复性速度快。
16．DNA的复制和转录部必须根据碱基配对的原则。
17．某氨基酸tRNA反密码子为GUC，在mRNA上相对应的密码子应该是CAG。
18．细胞内DNA的核苷酸顺序都不是随机的而是由遗传性决定的。
19．RNA链的5 ′核苷酸的3′羟基与相邻核昔酸的5′羟基以磷酸二酯键相连。
20．假如某DNA样品当温度升高到一定程度时，OD260提高30％，说明它是一条双链DNA。
21．核酸外切酶能够降解所有的病毒DNA。
二、填空题1．核苷酸是由＿＿＿、＿＿＿＿和磷酸基连接而成。
2．在各种RNA中＿＿含稀有碱基最多。
3．T m值高的DNA分子中＿＿＿的％含量高。
T m值低的DNA 分子中＿＿＿％含量高。
4．真核生物的DNA存在于＿＿＿＿，其生物学作用是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
5．细胞内所有的RNA的核苷酸顺序都是由它们的＿＿＿＿＿＿决定的。
6．将双链DNA放置在pH2以下或pH12以上，其OD260＿＿＿，在同样条件下单链DNA的OD260＿＿＿＿＿＿。
生物化学第5章核酸化学
生物化学第5章核酸化学课外练习题一、名词解释1、核苷酸；2、核酸的一级结构；3、增色效应；4、DNA变性；5、T m值；二、符号辨识1、DNA；2、RNA；3、mRNA；4、tRNA；5、rRNA；6、AMP；7、dADP；8、A TP；9、NAD；10、NADP；11、FAD；12、CoA；13、DNase；14、RNase；15、Tm；三、填空1、RNA有三种类型，它们是（）, （）和（）；2、除（）只含有DNA或者只含有RNA外，其它生物细胞内既含有DNA也含有RNA；3、核酸具有不同的结构，（）通常为双链，（）通常为单链；4、原核生物染色体DNA和细胞器DNA为（）状双链，真核生物染色体DNA为（）双链；5、核苷酸由核苷和（）组成，核苷由（）和（）组成；6、构成核苷酸的碱基与戊糖连接的类型属于（）连接，糖的构型为（）型；7、稀有碱基在RNA中的含量比在DNA中的丰富，尤其在（）中最为突出，约占10%左右；8、具有第二信使功能的核苷酸是（）和（）；9、辅酶类核苷酸包括（）、（）、（）和（）；10、多聚核苷酸是通过核苷酸的C5’-（）与另一分子核苷酸的C3’-（）形成磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。
11、两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通常称为（）磷酸二酯键；12、核酸的一级结构是指单核苷酸之间通过（）相连接以及单核苷酸的（）及排列顺序；13、真核生物的mRNA分子存在5’-（）结构（甲基化的鸟苷酸）和3’-（）尾结构；14、1953年，J.Watson和F.Crick提出了著名的（）模型；15、DNA分子由两条DNA单链组成，为（）双螺旋结构，螺旋中的两条主干链方向（），侧链（）互补配对；16、碱基的相互结合具有严格的配对规律，即A与（）结合，G 与（）结合，这种配对关系，称为（）；17、碱基互补形成碱基对时，A和T之间形成（）个氢键，G与C之间形成（）个氢键；18、维持DNA双螺旋结构稳定性的因素包括：两条DNA链之间形成的（）、（）堆积力和（）的负电荷与介质中阳离子的正电荷之间形成的离子键；19、DNA的（）结构是指DNA分子通过扭曲和折叠所形成的特定构象；20、超螺旋是DNA（）结构的一种形式；21、真核生物的核酸通常与蛋白质复合在一起，称为（）。
生物化学第五章核酸
17
第二节 核酸的分子结构
•DNA的分子结构
➢ DNA的一级结构
➢ Dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA的二级结构
➢ DNA的三级结构
•RNA的分子结构
➢ mRNA的结构 ➢ tRNA的结构
➢ rRNA的精结选构ppt课件
18
连键：
3`，5`磷酸二 酯键
方向：
3`-末端
5`-末端
一、核酸的一级结构
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19
在多聚核苷酸中，多聚核苷酸链一端的C5′带有 一个自由磷酸基，称为5′-磷酸端（常用5’-P表 示）；另一端C3’带有自由的羟基，称为3′-羟基 端（常用3’-OH表示）。
糖苷键
胞嘧啶核苷
腺嘌呤核苷
糖的第一位碳原子（C1）与嘧啶碱的第一位氮原子
（N1）相连，或与嘌呤碱的第九位氮原子（N9 ）相
连。
精选ppt课件
11
核苷酸
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。
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12
常见的核苷酸及其缩写符号
4. 疏水相互作用 碱基处于双螺旋内部的疏水 环境中，可免受水溶性活性小分子的攻击。
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DNA，双螺旋，正反向，互补链。 A对T，GC连，配对时，靠氢键。 十碱基，转一圈，螺旋34点中间。 碱基力和氢键，维持螺旋结构坚。
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31
DNA双螺旋结构的类型
B-DNA A-DNA Z-DNA
真核： 细胞核DNA：98%与组蛋白结合
染色体
细胞器DNA：一般裸露，环状双链
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3
天津大学生物化学05第五章核酸化学
（二）DNA的二级结构1(总)
1．DNA双螺旋结构模型的要 点 2．双螺旋结构的稳定因素 3．DNA双螺旋的不同类型
.
（二）DNA的二级结构2
➢公 认 的 为 1953 年 watson 和 crick 提 出 的 DNA 双 螺旋结构模 型
.
（二）DNA的二级结构3
➢此模型的建立主要基于两方面的根据 ➢（1）碱基组成A=T，C=G，并证明A 与T之间可生成两个氢键，而C与G之间 三个氢键。 ➢（ 2 ） X 衍 射 结 构 分 析 ： 不 同 来 源 的 DNA纤维具有相似的X光衍射图谱。
➢含量:占总RNA的5% ➢存在：在细胞核中以DNA为模板被合成以后，
可能暂存于核仁内，也可能立即转移到胞质中， 并以每分子mRNA与几个或几十个核蛋白体结合 成串珠样的多核蛋白体形式而存在。
➢特点：一般都很不稳定，代谢活跃，更新迅速，
寿命较短，种类很多。
➢功能:在蛋白质生物合成中起传递遗传信息的作
➢（2）离子键及范德华力：DNA分子中磷酸基因在生理 条件下解离，使DNA成为一种多阴离子，这有利于它与 带正电荷的其它阳离子基团发生静电作用，这样减少双链 间的静电排斥，有利于双螺旋的稳定。
➢（3）碱基堆积力：目前普遍认为堆积碱基间的疏水作 用是稳定DNA结构的更重要的因素。大量碱基层层堆积， 两相邻碱基的平面十分贴近，于是使双螺旋结构内部形成 一个强大的疏水区，与介质中的小分子隔开，有利于互补 碱基之间氢键的形成。
.
1．DNA双螺旋结构模型要点1（1）
➢（1）DNA分子是由两条方向相反的平行 的多核苷酸链构成。即p5’-糖3‘-p的结构 与p3’-糖5‘-p的结构相对;两条链的糖－磷 酸主链都是右手螺旋，有一共同的螺旋轴。
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HH
H 2'
H
糖苷键
脱氧核苷酸：
OH OH
dAMP、dGMP、dTMP、dCMP 腺苷酸
常 见 核 苷 酸 的 结 构 与 命 名
2.核苷酸的其他形式
⑴稀有核苷酸：稀有碱基/核苷/核苷酸 ⑵游离核苷酸及其衍生物： ①多磷酸核苷：NDP、NTP。 ②环化核苷酸：cAMP、cGMP等。 ③辅酶或辅基：NAD、NADP、FAD、CoA等， 均含有AMP。 ④活性代谢物：尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)、 胞嘧啶核苷二磷酸胆碱（CDP-胆碱），等。
尿嘧啶核苷
核糖核苷：AR, GR, UR, CR 脱氧核糖核苷：dAR, dGR, dTR, dCR
⑷核苷酸(ribonucleotide)
核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键连接
形成核苷酸（脱氧核苷酸）。 NH2
酯键 N
N
O
5'
N
9 N
核苷酸：
HO P O CH2 O-
O
1'
AMP、GMP、UMP、CMP
碱基组成规则 ①Chargaff规则：
[A]=[T]，[G][C]；[A]+[G]＝[T]+[C] （嘌呤与嘧啶的总数相等） ②有种属特异性 ③无组织、器官特异性 ⑤不受年龄、营养、性别及其他环境等影响
⑴DNA双螺旋结构(double helix model)的特点
DNA分子由两条 DNA单链组成。
分布于胞核、胞液。
参与细胞内DNA遗传信息的表达。 某些病毒RNA也可作为遗传信息 的载体。
5.2 核酸的分子组成
5.2.1 元素组成 主要元素组成：C、H、O、N、P(9~11%) 与蛋白质比较，核酸一般不含S，而P的
含量较为稳定，占9~11%。
5.2.2 核酸的组成
1.核酸基本构成单位： 核苷酸(nucleotide)
一级结构是指核酸分子中核苷酸的排列顺 序及连接方式。核苷酸的排列顺序代表了遗传 信息。 1.核苷酸的连接方式：3，5磷酸二酯键 2.核酸的基本结构形式：多核苷酸链
信息量：4n 末端：5端、3端 多核苷酸链的方向：5端→3端(由左至右)
RNA一级结构
DNA一级结构
3.表示方法：结构式、线条式、文字缩写
●ATP也是一种很好的磷酰化剂。 磷酰化反应的底物可以是普通 的有机分子，也可以是酶。磷 酰化的底物分子具有较高的能 量（活化分子），是许多生物 化学反应的激活步骤。
ATP的性质
②cAMP和cGMP
★cAMP(3’,5’-环化腺苷酸) 和cGMP(3’,5’-环化鸟苷酸) 的主要功能是作为细胞的 第二信使。
5´ACTGCATAGCTCGA 3´
DNA双螺旋结构的研究背景
碱基组成分析——Chargaff 规则： [A]=[T]；[G][C]
碱基的理化数据分析：A-T、G-C以氢键 配对较合理
DNA纤维的X-线衍射图谱分析
5.3.2 DNA的空间结构 1.DNA的二级结构（secondary structure）
OH OH 腺嘌呤核苷
糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷键。
NH2
OH
N
N
N
N
NH2 N
OH N
NN HOCH2 O
HH
H2N N N HOCH2 O
HH
H
H
H
H
OH OH
OH OH
腺嘌呤核苷 鸟嘌呤核苷
HO N HOCH2 O
HH
HO N HOCH2 O
HH
H
H
H
H
OH OH
OH OH
胞嘧啶核苷
核苷酸由戊糖、磷酸和含氮碱三部分构成
⑴戊糖
5
CH2OH
O OH
4H H3
H
2
1
H
OH OH
β-D-核糖(ribose)
5
CH2OH O OH
4H H3
H1 2H
OH H
β-D-2-脱氧核糖 (deoxyribose)
⑵碱基
胺 式 亚 胺 式 互 变 异 构
酮 式 烯 醇 式 互 变 异 构
碱基的结构特征
⑴稀有核苷酸（修饰成分） 核酸中也存在一些不常见的稀有碱基（修
饰碱基）。稀有碱基的种类很多，但含量很少， 大部分是上述碱基的甲基化产物。
5’-7-甲基鸟嘌呤核糖核酸
⑵核苷酸的衍生物 ①ATP
●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。
NH2
N
N
N
N
★cAMP和cGMP的环状磷酯
O CH2 O
键是一个高能键。在 pH7.4，cAMP和cGMP的水
HH
HH
解能约为43.9KJ/mol，比 HO P
ATP水解能高得多。
O
O
OH
cAMP
③辅酶类核苷酸
④多聚 核苷酸
5.3 核酸的结构 5.3.1 一级结构（primary structure）
2.核酸的分类及分布、功能
脱氧核糖核酸
90% 以 上 分 布 于 细 胞 核 ， 其 余 分 布
(deoxyribonucleic 于核外，如：线粒体，叶绿体，质
acid, DNA)
粒等。
携带遗传信息，决定细胞和个体的
基因型(genotype)。
核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA)
嘌呤碱和嘧啶 碱分子中都含 有共轭双键体 系，在紫外区 有吸收（260 nm左右）。
⑶核苷(nucleoside)
碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键
连接形成核苷（或脱氧核苷）。NH2
NH2
N
N
Nห้องสมุดไป่ตู้
9
1
N
N
CH2OH O O
N 糖苷键
CH2OH O
糖苷键
HH
H 2'
1' H
1'
HH
H 2'
H
OH H 胞嘧啶脱氧核苷
第五章 核酸
5.1 概述 核酸(nucleic acid)
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。
DNA(Deoxyribonucleic acid)脱氧核糖核酸 RNA(Ribonucleic acid)核糖核酸
1.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