核酸的组成与结构
核酸的结构和功能
核酸的结构和功能核酸是生命体中的重要有机分子，承载着遗传信息传递和储存的功能。
本文将介绍核酸的结构和功能，并探讨其在生物体内的重要作用。
一、核酸的结构核酸主要由核苷酸单元组成，每个核苷酸由糖、磷酸和碱基三个部分组成。
1. 糖基核酸的糖基可以是核糖（RNA）或脱氧核糖（DNA）。
两者的化学结构略有差异，核糖分子上有一个羟基（-OH），而脱氧核糖则没有。
2. 磷酸基核酸的磷酸基连接在糖基上，形成糖磷酸骨架。
这些磷酸基在核酸的结构中起到支撑和稳定作用。
3. 碱基核酸的碱基分为嘌呤和嘧啶两类。
嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），它们具有双环结构。
嘧啶包括胸腺嘧啶（T，DNA中）或尿嘧啶（U，RNA中）以及胞嘧啶（C），它们是单环结构。
通过糖基和碱基的结合，核苷酸单元可以形成线性或环状的核酸分子。
二、核酸的功能1. 遗传信息传递与储存核酸是生物体内传递和储存遗传信息的重要分子。
DNA是细胞内遗传信息的主要储存库，而RNA则将这些信息从DNA中传递到蛋白质的合成过程中。
2. 蛋白质合成RNA在蛋白质合成过程中起着重要的角色。
其中，转录过程将DNA上的信息转录成RNA分子，而翻译过程则利用RNA的遗传信息来合成特定的蛋白质。
3. 酶的活性调节某些RNA分子本身具有催化活性，称为核糖酶。
这些核糖酶可以催化特定的生化反应，从而调节细胞内的代谢和信号传递过程。
4. 调控基因表达RNA通过调控基因表达来控制细胞的发育和功能。
其中，小干扰RNA（siRNA）和微小RNA（miRNA）等RNA分子可以与特定的mRNA结合，从而抑制或加强特定基因的转录和翻译过程。
5. 病毒的复制与感染一些病毒利用RNA作为基因材料进行复制和传播。
例如，HIV等病毒具有RNA基因组，通过感染宿主细胞并复制RNA来使病毒持续存在。
三、核酸的重要性核酸作为生命体中的重要分子，在生物体内扮演着关键的角色。
它们不仅负责生物体遗传信息的传递和储存，还参与了细胞代谢的调控和基因表达的调节。
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
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
核酸的结构和功能核酸是生物体内的重要生物大分子之一，其结构和功能对于生物体的正常生理活动具有重要意义。
核酸主要包括核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA），它们在细胞中扮演着信息传递、遗传、调控等方面的重要角色。
本文将详细介绍核酸的结构和功能。
一、核酸的结构核酸是由核苷酸单元组成的长链分子。
核苷酸由一个含氮碱基、糖分子和磷酸组成。
核苷酸通过磷酸二酯键连接成链状结构，相邻核苷酸之间的磷酸二酯键被称为链的磷酸骨架。
在DNA中，糖分子是脱氧核糖（deoxyribose），而在RNA中则是核糖（ribose）。
碱基分为嘌呤（鸟嘌呤和胸腺嘧啶）和嘧啶（腺嘌呤、鸟嘌呤和尿嘧啶）两类。
在DNA中，鸟嘌呤和胸腺嘧啶以氢键的方式通过碱基配对相互结合，形成双螺旋结构。
而在RNA中，核糖和碱基之间没有形成稳定的双螺旋结构。
二、核酸的功能1.存储遗传信息：DNA是生物体内存储遗传信息的主要分子。
通过DNA的序列编码了生物体内所有蛋白质的合成信息。
每一个DNA分子都包含了生物体所有的遗传信息，它能够准确地复制自身，并通过遗传信息的传递实现后代群体的生存和繁殖。
2.转录和翻译：DNA的遗传信息通过转录作用被转录成一种中间产物RNA，即RNA的合成过程。
在细胞质中，RNA通过读取DNA上的密码信息并翻译成蛋白质序列，从而实现遗传信息的传递。
这个过程被称为翻译。
3.转运和储存能量：核酸还能承担转运和储存能量的功能。
例如，三磷酸腺苷（ATP）是细胞内的一种重要能量转移分子，在胞吞、细胞呼吸等细胞代谢过程中转运和释放能量。
4. 催化作用：部分RNA分子具有催化作用，被称为酶RNA （ribozyme）。
酶RNA能够在特定条件下催化化学反应，例如：RNA酶能够剪切RNA链，还能参与核酸的合成和修复等生物化学过程。
5.调控基因表达：除了DNA编码蛋白质的功能外，核酸还能调控基因表达过程。
RNA在细胞内扮演着信使RNA、转运RNA和核糖体RNA等不同角色，参与调控基因表达的过程，例如：转录因子通过与一些基因的调控区域结合，将DNA转录为RNA，进而调控该基因的表达。
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
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。
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资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
15
（5）DNA三股螺旋（trip资le料仅供s参t考r,不a当n之处d，s请联D系改N正。A， H-DNA，ts-DNA）： 1957年由Felesnfeld及Davis首先发现。多聚嘧啶和多聚嘌呤组
成的DNA螺旋区段，其序列中有较长的镜像重复时，形成局部三 股配对，并互相盘绕的三股螺旋，其中两股的碱基按WatsonCrick方式配对，第三股多聚嘧啶（镜像重复）通过TAT和CGC配 对，而处于双螺旋的大沟中。
二、DNA 的结构与功能 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
一级结构（Primary structure）： 指DNA分子中核苷酸的排列顺序。
二级结构（Secondary structure）： 双螺旋（double helix） 三股螺旋（triple helix）
三（高）级结构（Tertiary structure）： 超螺旋（supercoil）
13
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
（2）镜像重复(mirror repeat) ：存在于同一股上的某 些DNA区段的反向重复序列。此序列各单股中没有互补 序列，不能形成十字型或发夹结构。
5 ′GGAATCGATCTTTTCTAGCTAAGG 3 ′ 3′ CCTTAGCTAGAAAAGATCGATTCC 5′
2.核苷酸序列及其测定
查伽夫定则表明：核酸并不是四核苷酸结构的简单重复，核酸
的碱基序列信息可能具有重要意义。以后的研究表明：碱基序列正
是核酸生物学功能的基础，是遗传信息的内在形式。核酸序列分析
技术是最重要的分子生物学研究技术，主要包括：Sanger双脱氧法
和Maxam and Gillbert化学法。基于化学法的DNA序列自动分析仪
沃森、克里克和威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖。 （左一：威尔金斯，左三：克里克左五： 沃森）
Franklin RE，1920－1958）和同事威尔金 斯在1951年率先采用X射线衍射技术拍摄 到DNA晶体照片，为推算出DNA分子呈螺 旋结构的结论，提供了决定性的实验依据。 但“科学玫瑰”没等到分享荣耀，在研究 成果被承认之前就已凋谢。
2
（一）DNA的一级结构资料仅供参考,不当之处，请式和排列顺序。
1. Chargaff法则
Chargaff于1946-1950年根据纸层析、离子交换层析和紫外分光 光度试验结果提出查伽夫定则：四种碱基的数量不是等量的；同一 物种DNA碱基组成不变，而物种间则有很大不同；嘌呤碱基总量与 嘧啶碱基的总量相等(A+G=T+C)，且腺嘌呤与胸腺嘧啶数相等 “A”=“T” 、鸟嘌呤与胞嘧啶数相等“G”=“C”。
而奠定了分子生物学的基础。
（1）要点：DNA分子是由两条同轴反向互相缠绕的多核甘酸链
组成的双螺旋结构；糖和磷酸排在外面构成骨架,两链相应的核甘
酸的碱基互相配对由氢键连接排列在内侧；双螺旋直径为20A，螺
距为34A,包含10对碱基。
（2）意义：DNA双螺旋模型结构同时表明，DNA可以按碱基互
补配对原则进行半保留复制，而在此之前对复制方式人们对一无
7
X衍射技术是用X光透过 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 物质的结晶体，使其在照 片底片上衍射出晶体图案 的技术，这个方法可以用 来推测晶体的分子排列； 沃森和克里克从衍射图谱 中受到启示。
富兰克林拍摄的DNA的X射线衍射图
超高分辨率扫描式电子
显微镜拍到的DNA照片
DNA的人工模型
8
DNA双螺旋结构模型 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
已成为常规实验设备。
3
（二）DNA的二级结构 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
指两条核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。
1.DNA双螺旋结构模型
1953年美国青年生物学家Watsn和英国中年物理学家Crick根
据碱基互补配对规律和DNA的X射线衍射研究，提出了著名的
DNA双螺旋结构模型，并为以后拍摄的电镜直观形象所证实，从
11
DNA分子构型的多态性 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
12
3.DNA的其它螺旋结构资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 （1）回文结构：DNA序列中以某一中心区域为对称轴， 其两侧的碱基对顺序正读和反读都相同的双螺旋结构。即 对称轴一侧的片段旋转180°后，与另一侧片段对称重复 。回文结构能形成十字结构和发夹结构。
三条链均为同型 嘌呤（Hpu）或同型嘧啶（Hpy），有两种基 本类型：
Pu-Pu-Py型：在碱性介质中稳定。
Py-Pu-Py型：在偏酸性介质中稳定。
三链DNA既可以是B-DNA与另一条DNA链结合成的链间的三 链DNA，又可以是B-DNA与其自身的一条链结合形成的链内的三 链DNA。
分子内三链DNA于1987年由Mirkin在超螺旋中发现，其形成要 求双螺旋中存在连续的嘌呤或嘧啶序列，而且必须是镜像重复序 列。
所知；DNA核苷酸顺序规定该基因编码蛋白质的氨基酸顺序；
DNA中的遗传信息就是碱基序列；并存在某种遗传密码(genetic
code)，将核苷酸序列译成蛋白质氨基酸顺序。在其后的几十年中
，科学家们沿着这两条途径前进，探明了DNA复制、遗传信息表达
与中心法则等内容。
6
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
9
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
10
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
2.DNA分子构型的多态性
（1）右手螺旋：A-DNA、B-DNA、C-DNA、 D-DNA、E-DNA、T-DNA；
（2）左手螺旋：Z-DNA。 B-DNA：为DNA在生理状态下的构型，右手双螺旋构型（沃森和 克里克模型），每螺旋为10个核苷酸对。 A-DNA：为DNA的脱水构型，右手螺旋，每螺旋为11个核苷酸对。 Z-DNA：为左手螺旋，每个螺旋含12个核苷酸对。