核酸的分子结构
核酸结构特点
核酸结构特点介绍核酸是构成生物体遗传信息的重要分子，包括DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）。
核酸的结构特点决定了它们在生物体内的功能和作用方式。
本文将深入地讨论核酸结构的特点，包括双螺旋结构、碱基配对、核苷酸组成以及其他重要的特征。
双螺旋结构1.DNA和RNA都采取了双螺旋结构，由两股互相缠绕的链组成。
2.DNA的双螺旋结构以右手螺旋为主，RNA则以右手螺旋为辅。
3.双螺旋结构由磷酸、糖分子和碱基组成。
4.双螺旋结构具有稳定性和保护性，能够保护碱基免受外界环境的干扰。
碱基配对1.DNA的碱基配对是A（腺嘌呤）与T（胸腺嘧啶），C（胞嘧啶）与G（鸟嘌呤）之间的配对。
2.RNA的碱基配对是A（腺嘌呤）与U（尿嘧啶），C（胞嘧啶）与G（鸟嘌呤）之间的配对。
3.碱基配对通过氢键相互连接，A与T（或U）之间有两个氢键，C与G之间有三个氢键。
4.碱基配对是DNA和RNA的特征之一，决定了它们的互补性和复制过程中的准确性。
核苷酸组成1.DNA和RNA都由核苷酸组成，核苷酸由磷酸、糖分子和碱基组成。
2.DNA的糖分子是脱氧核糖，RNA的糖分子是核糖。
3.磷酸连接糖分子形成“骨架”，碱基通过N-糖苷键连接到糖分子上。
4.碱基的种类和顺序决定了核酸的遗传信息。
其他特征1.核酸具有序列特异性，不同的核酸通过碱基序列的差异来编码不同的遗传信息。
2.核酸的结构特点是动态的，可以形成不同的二级结构和三维结构，以实现不同的功能。
3.DNA承载了生物体的遗传信息，参与到DNA复制和转录过程中。
4.RNA在蛋白质合成中起着重要的角色，参与到转录和翻译过程中。
总结核酸是生物体中的重要分子，具有双螺旋结构、碱基配对、核苷酸组成以及其他重要特征。
这些结构特点决定了核酸在生物体内的功能和作用方式。
通过对核酸结构特点的深入了解，我们可以更好地理解生物体的遗传信息传递和蛋白质合成机制。
第三节核酸的分子结构
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DNA双螺旋进一步扭曲即成三级结构。 天然DNA有双链DNA（dsDNA）， 有的病毒为单链DNA（ssDNA） 在dsDNA中： 线形分子（大多数） 环状分子（dcDNA）：质粒、线粒体、 叶绿体、病毒、细菌
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核酸的结构层次
核酸的一级结构：
碱基的排列顺序 DNA 5'- ATGCATGC……3' 3'- TACGTACG……3' RNA 5'- AUGCAUGC……3'
核酸的二级结构：
形成双螺旋和单链环 核酸的三级结构： 空间构象
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1）共价封闭的环状 双螺旋分子 2）超螺旋结构：双 螺旋基础上的螺旋化 正超螺旋(positive supercoil):盘绕方向 与双螺旋方同相同 负超螺旋(negative supercoil):盘绕方向 与双螺旋方向相反
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（三）DNA在真核生物细胞核内的组装
核小体(nucleosome)： 由DNA和组蛋白构成。
组蛋白核心： H2B ,H2A ,H3 ,H4 DNA：以负超螺旋缠 绕在组蛋白上 H1组蛋白在核小体之间
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核小体的结构：
组蛋白八聚体： H2A H2B H3 H4 各2分子
H1
1分子
DNA盘绕八聚体1.６５圈， 共146bp, 中间连接60bp， 每个核小体重复单位约占 DNA 200bp。
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核酸的分子组成
核酸的分子组成核酸是生物体内一类重要的大分子，也是构成生物体遗传信息的基础。
它们是由核苷酸组成的，而核苷酸是由糖、碱基和磷酸组成的。
核酸的分子组成和结构对于生物体的正常功能起着至关重要的作用。
核酸分为两类：脱氧核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
DNA是遗传信息的主要携带者，而RNA则在遗传信息的转录和翻译过程中起着重要的作用。
DNA的分子组成是由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳗甘嘧啶）、脱氧核糖糖分子和磷酸组成的。
碱基通过氢键与相对应的碱基配对形成碱基对，其中腺嘌呤与胸腺嘧啶之间形成两个氢键，鸟嘌呤与鳗甘嘧啶之间形成三个氢键。
这种碱基配对方式使得DNA能够稳定地保持双螺旋结构。
DNA的双螺旋结构是由两条互补的链相互缠绕而成的。
其中一条链以5'端为起点，以3'端为终点，称为正链（sense strand）；另一条链以3'端为起点，以5'端为终点，称为反链（antisense strand）。
两条链通过碱基配对相互连接，形成一个稳定的双螺旋结构。
RNA与DNA有所不同，它是由核糖糖分子、碱基和磷酸组成的。
在RNA中，胸腺嘧啶被尿嘧啶取代。
此外，RNA通常以单链形式存在，但也可以形成某些特殊结构，如tRNA和rRNA等。
核酸的分子组成决定了它们的功能。
DNA作为遗传信息的携带者，在细胞分裂和遗传信息传递过程中起着重要作用。
RNA则参与了遗传信息的转录和翻译过程，将DNA上的遗传信息转化为蛋白质。
总之，核酸是生物体内一类重要的大分子，其分子组成和结构对于生物体的正常功能起着至关重要的作用。
通过了解核酸的分子组成，我们可以更好地理解生物体内遗传信息的传递和表达过程。
第2节核酸的分子结构
第二节核酸的分子结构核酸的一级结构是指其结构中核苷酸的排列次序。
在庞大的核酸分子中，各个核苷酸的唯一不同之处仅在于碱基的不同。
因此核苷酸的排列次序也称碱基排列次序。
核酸就是由许多核苷酸单位通过3’,5’-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的长链状化合物。
核酸具有方向性的长链状化合物，多核苷酸链的两端，一端称为5’-端，另一端称为3’-端。
组成DNA的核苷酸虽然只有四种，但是各种核苷酸的数量、比例和排列次序不同，并且DNA分子中的核苷酸（碱基）数量都多达百万乃至千万，因此可以形成各种特异性的DNA片段，由这些排列方式所提供的信息，几乎是无限的，从而造就了自然界丰富多彩的物种和个体之间的千差万别。
二、DNA的二级结构——双螺旋结构模式DNA双螺旋结构是DNA二级结构的一种重要形式，它是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来的一种结构模型。
双螺旋模型的要点如下：1．DNA分子是由两条长度相同、方向相反的多聚脱氧核糖核苷酸链平行围绕同一“想象中”的中心轴形成的双股螺旋结构。
二链均为右手螺旋。
双螺旋表面存在着两条凹沟，与脱氧核糖-磷酸骨架平行。
较深的沟称为大沟（major groove），较浅的称为小沟（minor groove）。
这些沟状结构与蛋白质和DNA的识别及结合有关，通过这样的相互作用，实现对基因表达的调控。
2．两条多核苷酸链中，脱氧核糖和磷酸形成的骨架作为主链位于螺旋外侧，而碱基朝向内侧。
两链朝内的碱基间以氢键相连，使两链不至松散。
碱基间的氢键形成有一定的规律：即腺嘌呤与胸腺嘧啶以二个氢键配对相连；鸟嘌呤与胞嘧啶以三个氢键相连（即A=T，G≡C）。
这种碱基配对规律被称为“碱基互补规律”。
这些配对的碱基一般处在同一个平面上，称碱基平面，它与双螺旋的长轴垂直。
正因为两链间的碱基是互补的，所以两链的核苷酸排列次序也是互补的，即两链互为互补链。
当知道一条链的一级结构，另一条互补链也就被确定。
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
第二章核酸的分子结构
第二章核酸的分子结构核酸是一类重要的生物大分子，包括DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）。
它们是细胞内负责遗传信息存储和传递的关键分子。
核酸的分子结构是由不同的分子组成，形成了独特的双螺旋结构，这种结构使得核酸能够实现遗传信息的稳定传递以及多种生物功能的实现。
DNA是由鸟嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）四种碱基组成的核酸分子。
碱基通过N-糖苷键链接到核糖磷酸分子上，形成了核苷酸，进而形成了DNA的整个分子结构。
DNA的双螺旋结构采用了著名的Watson-Crick结构模型，即两根互相以螺旋形状缠绕的链。
这种结构由两条链通过碱基间的氢键相互连接，形成了DNA的双螺旋结构。
其中，鸟嘌呤通过三个氢键连接到胸腺嘧啶，胞嘧啶通过两个氢键连接到鸟嘌呤。
这种碱基之间的选择性配对使得DNA能够实现信息的复制和传递。
在DNA的分子结构中，糖苷和磷酸通过磷酸二酯键链接在一起，形成了DNA的骨架。
两条糖磷酸链反向排列，形成了DNA的双螺旋结构。
糖苷分子是由五个碳原子组成的环状结构，每个碳原子上有一个氧原子和一个氢原子，还有一个碱基。
两条DNA链互相以反向排列的方式连接，即一个链上的3'-OH基团连接到另一个链上的5'-磷酸基团。
这种反向排列使得DNA具有了方向性，即5'端和3'端。
与DNA不同，RNA由磷酸核糖分子和碱基组成。
在RNA分子中，脱氧核糖被核糖取代，并且鸟嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）不再是碱基对，取而代之的是鸟嘌呤（A）和尿嘧啶（U）。
RNA的磷酸二酯键连接在一起，形成了RNA的线性结构。
虽然RNA也可以形成双螺旋结构，但大部分的RNA通常是单链结构。
RNA还具有许多不同的结构和功能，例如mRNA（信使RNA）、rRNA（核糖体RNA）和tRNA（转运RNA），它们参与了蛋白质的合成过程。
总之，核酸的分子结构是由不同的分子组成，形成了特殊的双螺旋结构。
核酸的结构和功能
缠绕1.75圈 约140~160bp
60bp
核心颗粒 2 (H2A·H2B ·H3 ·H4 )
染色质纤维
人类46条染色体的DNA总长可达 1.7m，经过螺旋化压缩，实际总 长只有200nm。
中心法则 (Central Dogma)
Replication
Reverse transcription
OH
HN
HCH3
H
H
ON
H
胸腺嘧啶 thymine
（T）
DNA
胸腺嘧啶 (T)
腺嘌呤 (A)
鸟嘌呤 (G)
胞嘧啶 (C)
RNA
尿嘧啶 (U)
（二）戊糖
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
OH OH
β-D-2-核糖
核糖 (Ribose) 构成 RNA
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
（2）碱基互补配对：AT配对（两个氢键）， GC配对（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴 （3）右手双螺旋：螺距为3.4 nm，直径为2.0 nm，10.5 bp/圈
（4）表面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋 白质识别DNA碱基序列的基础 （5）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向 稳定，碱基堆积力维持螺旋纵向稳定
脱氧 d
碱基 A G T C U
磷酸基数目 M D T
磷酸 P
• DNA、RNA组成异同
DNA与RNA在组成成份上略有不同：
DNA
RNA
磷酸 碱基
戊糖
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） D-2脱氧核糖（dR）
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U）
核酸的分子结构PPT课件
1 核酸通论
2 核酸基本构件单位—核苷酸
3 DNA的分子结构
4 RNA的分子结构
.
1
• 重点内容：①核苷酸的化学组成与命名； ②DNA的二级结构(双螺旋模型)；③真核生 物mRNA和原核生物mRNA的结构比较；④ tRNA的二级结构。
• 难点内容：①DNA分子结构与功能的关系； ②RNA分子结构与功能的关系。
.
31
DNA双螺旋的不同构象
三种DNA双螺旋构象比较
外型
A 粗短
B 适中
Z 细长
螺旋方向 右手
右手
左手
螺旋直径 碱基直升
2.55nm 0.23nm
2.37nm 0.34nm
1.84nm 0.38nm
每圈碱基数 11
10
12
碱基倾角 200
00
70
大沟
很窄很深 很宽较深
平坦
小沟
Z-DNA B-DNA A-DNA
• 1869 Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种含磷酸的有 机物，当时称为核素（nuclein）,后称为核酸（nucleic acid）； 此后几十年内，弄清了核酸的组成及在细胞中的分布。 • 1944 Avery 等成功进行肺炎球菌转化试验；1952年Hershey等 的实验表明32P-DNA可进入噬菌体内， 证明DNA是遗传物质。 • 1953 Watson和Crick建立了DNA结构的双螺旋模型，说明了 基因的结构、信息和功能三者间的关系，推动了分子生物学的 迅猛发展。 • 1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则， • 60年代 RNA研究取得大发展（操纵子学说，遗传密码，逆转 录酶）。
2.2 核苷酸的生物学功能
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詹姆斯·沃森《双螺旋——发现DNA结构的故事》
克沃森和克里克:核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的结构
1953年4月25日
我们希望能提出一种脱氧核糖核酸的结构，该结构新颖而且具有相当可观的生物意义。
Pauling and Corey已经提出了一种核酸结构。
他们曾非常好心地在出版前将他们的手稿借给我们阅读。
他们的模型由三条多核苷酸链以类似纤维轴的形式包裹磷酸，并碱基挂着外面。
我们认为这种结构不够完善，原因有二，第一，我们相信，这种分子的X射线衍射分析说明DNA是一种盐而不是游离酸，没有酸性氢原子存在，到底是什么力使他们结合在一起的我们还不清楚，特别是轴中心带负电的磷酸会相互排斥；第二，有些范德华力距离似乎太小了。
Fraser提出了另一种三链结构。
在他的结构中，磷酸包裹在外而碱基嵌在里面，内外以氢键连接。
这种结构并没有明确的描述，因此，我们对它不进行评论。
我们提出的是一种全新的脱氧核糖核酸盐结构。
这种结构中，两条链围绕一条轴心螺旋缠绕（如图）。
我们已经建立了基本化学假设模型，每个β-D-2-脱氧核糖以3',5'-磷酸二酯键相连成链，两条链关于纤维轴对称垂直，并且都是右手螺旋。
由于旋转对称性，两条链的原子顺序方向相反。
每条链在自由情况下都类似于Furberg的1号模型，也就是，碱基在内而磷酸在外，脱氧核糖在分子中的结构接近于Furberg的“标准模型”，脱氧核糖大致垂直于相连的碱基。
每条链在z轴方向每隔3.4埃有一个核苷酸，我们假定同一条链中相邻核苷酸之间夹角36度，因此，一条链每10个核苷酸，即每34埃出现一次螺旋重复。
纤维轴距磷酸分子的距离是10埃。
因为磷酸暴露在外，阳离子易于接近。
这种结构是开放的，其中水含量相当高。
如果水分含量降低，碱基倾斜，我们有希望得到一个更紧密稳定的结构。
该结构的新特点是在其中的两条链分别由嘌呤和嘧啶碱基连在一起。
相连的碱基对垂直于纤维轴，碱基配凑成对，一条链上的碱基以氢键与另一条链上的碱基相连，两条链沿共同的z轴方向相连。
为了形成氢键，碱基对中必须一个是嘌呤，另一个是嘧啶。
在碱基上形成氢键的位置：嘌呤的1位对嘧啶的1位；嘌呤的6位对嘧啶的6位。
如果假设碱基只以结构上最合理的互变异构（即酮式而非烯醇式构型）配对，可以发现，只有特定的碱基对存在。
即是：腺嘌呤（嘌呤）与胸腺嘧啶（嘧啶），鸟嘌呤（嘌呤）与胞嘧啶（嘧啶）。
换句话说，如果一个碱基对中发现有一个腺嘌呤，在另一条链的碱基上则必然是胸腺嘧啶，鸟嘌呤和胞嘧啶同样如此。
单链上的碱基序列没有受到任何限制。
但是，如果特定的碱基能够被确定，则一条链上的碱基序列就能确定，接着与之配对的另一条链的碱基序列就能确定。
据实验发现，腺嘌呤对胸腺嘧啶的比例，鸟嘌呤对胞嘧啶的比例，总是非常接近脱氧核糖核酸。
对于脱氧核糖核酸，是不大可能建立起这样的结构的，因为游离氧原子会接近到范德华力的作用范围内。
以前公布的关于脱氧核糖核酸的X射线衍射分析资料，不足以严格证明我们提出的这种结构。
到现在，我们可以说它是大致符合实验数据的，但尚需更严密的实验来验证这种结构。
在本文后面发表的一篇文章提供了一些精确的数据。
但在我们设计我们的结构时并不知道那些详细信息，我们的结构主要是建立在未完全发表的实验数据和立体化学参数基础上。
我们没有忽略，我们所主张的碱基配对方式提供了一种可能的遗传物质复制机制。
其全部详细的结构，包括一个共同原子体系内的反应条件，我们将在随后发表。
我们非常感谢Dr. Jerry Donohue不断的建议和批评，特别是在原子距离方面。
我们也得到伦敦金氏学院Dr. M. H.F. Wilkins，Dr. R. E. Franklin及同事们一些尚未发表的实验结果和思想的鼓舞。
我们之一（沃森）由美国小儿麻痹症国家基金会（Natiortal Foundation for lnfantile Para1ysis，U.S.A。
）奖学金资助。
剑桥卡文迪什实验室，医学研究委员会生物分子结构研究单位，1953年4 月2日。
参考文献：
[1] Pauling，L.，and Corey，R.B.,Nature，171，346 （1953）．Proc. U.S．Nat.Acdd．Sci.，39，84 （1953）.
[2] Furberg，S.，Acta.ChemScand，6，634 （1952）。
[3]Chargaff，E., for references see Zamenhof，S.,Brawerman，G.,and Chargaff，
E.,Biochim。
Biophys, Acta，9，402 （1952）。
[4]Wyatt，G.R.，J.Gen.Physiol，36，201（1952）。
[5]〕Astbury，W.T.,Symp. Soc. Exp．BiOl.,l，Nucleic Acid,66 （Camb.Univ.press，1947）.
[6]Wilkins，M.H.F．，and Randall，T.T.，Biochim，Biophys。
Acta. 10，192（1953）.
罗雪菡
3008210101。