生物化学简明教程第四版04核酸
核酸生物化学
核酸生物化学《核酸生物化学》嘿，同学们！今天咱们来聊聊核酸生物化学里的那些化学式相关的有趣知识。
一、核酸的基本组成单元：核苷酸咱们先来说说核苷酸，它就像一个小小的积木块，是构建核酸这个大城堡的基础材料。
核苷酸由三部分组成：磷酸、戊糖和含氮碱基。
这就好比一个小玩具，磷酸是它的一个小零件，戊糖是另一个零件，含氮碱基则是第三个零件，这三个零件组合在一起才构成了核苷酸这个完整的小玩具。
从化学式的角度看，磷酸基团有自己的化学结构，里面有磷原子（P）、氧原子（O）和氢原子（H），它们之间通过化学键连接在一起。
这里的化学键啊，就像小钩子一样。
比如说离子键，就像是带正电和带负电的原子像超强磁铁般吸在一起。
就好比你有两块磁铁，一块是正极，一块是负极，它们“啪”地一下就吸住了，这就是离子键的感觉。
而共价键呢，是原子共用小钩子连接，就像两个人共同拉着一个小绳子，这个小绳子就是它们共用的小钩子，这样原子就紧密地结合在一起了。
二、核酸分子的构建：聚合反应与化学平衡许多核苷酸要连接起来才能形成核酸，这个连接的过程就像是把一个个小积木块搭成一个长长的积木桥。
核苷酸之间的连接反应其实是一个化学平衡的过程，这就像拔河比赛一样。
反应物（单个的核苷酸）和生成物（连接起来的核酸链）就像两队人。
在反应开始的时候，可能有很多单个的核苷酸（反应物这边人多力量大），它们不断地连接起来形成核酸链（生成物这边的人慢慢变多）。
当达到正逆反应速率相等的时候，就像是拔河的两队人力量达到了平衡，这时候核酸链的长度和核苷酸的浓度都不再变化了，这就是化学平衡的状态。
三、核酸分子的极性：分子的极性类比核酸分子有一定的极性，这又是什么意思呢？咱们可以类比小磁针。
就像水分子是极性分子一样，水的氧一端像磁针南极带负电，氢一端像北极带正电。
核酸分子里的各个组成部分也有类似的电荷分布情况。
不过呢，有些分子是没有极性的，就像二氧化碳是直线对称的非极性分子。
想象一下，二氧化碳分子就像一个两边完全对称的哑铃，中间的碳原子和两边的氧原子排列得非常对称，所以它整体没有极性，就像一个完全平衡的东西，没有哪一端特别“带劲”（带电性）。
生物化学课件 第四章 核酸杂交
（三）影响Tm值的因素：
（1）碱基组成：Tm=69.3+0.41(G+C)%
（2）分子大小: （3）离子强度： （3）pH：5～9
主要用于基因组DNA的定性和定量分析(特定序列 定位)，亦可分析重组质粒和噬菌体。
方法：利用琼脂糖凝胶电泳分离经限制 性内切酶消化的DNA片段，将胶上的 DNA变性并在原位将单链DNA片段转移 至尼龙膜或其他固相支持物上，经干烤 或者紫外线照射固定，再与相对应结构 的标记探针进行杂交，通过显色，检测 特定DNA分子的含量。
迹/Northern印迹的步骤及用途
印迹杂交的过程
探针的种类、常用的几种酶促标记方法
小测验
1. PCR的基本原理和步骤。 2. Southern blotting的基本原理、过 程和用途。
44
(in situ hybridization)
在细胞保持基本形态的情况下将探针 注入细胞内与DNA或RNA杂交，杂交反应在 载物片上的细胞内进行。
DNA 点阵
本章重点:
掌握以下概念: 核酸分子杂交;探针;印迹；
核酸的变性/复性;Tm;增色效应/减色效应
掌握核酸杂交的基本原理
熟悉常用的核酸分子杂交技术及Southern 印
核酸分子杂交
复性
RNA
DNA
第二节
核 酸 探 针
探针的概念 探针的种类和选择
生物化学简明教程
1930~40年，Kossel & Levene等确定核酸的的组分：
核酸
脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA） 核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）
“四核苷酸假说”：核酸由四种核苷酸组成的单体 构成的，缺乏结构方面的多样性。
20世纪40年代末，Avery 的“肺炎双球菌转化”实验， 噬菌体侵染细菌的实验证明DNA是有机体的遗传物质：
（二）DNA的双螺旋结构
1953年，Watson 和Crick 提出。
1. 双螺旋结构的主要依据
（1）Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA纤维具有相似的 X射线衍射图谱。 （2）Chargaff发现DNA中A与T、C与G的数目相等。后Pauling 和Corey发现A与T生成2个氢键、C与G生成3个氢键。
波长 /nm
光吸收
（三）核酸结构的稳定性
1.碱基对间的氢键；2.碱基堆积力；3.环境中的正离子。
（四）核酸的的变性 ：双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，
形成单链无规线团状，只涉及次级键的
破坏。(与降解比较)(变性DNA特征) DNA变性是个突变过
A /260nm
Tm
Tm
程，类似结晶的熔解。 将紫外吸收的增加量
C-DNA：44~46%相对湿度，螺距3.09nm，每转螺旋9.33个碱 基对，碱基对倾斜6°。可能是特定条件下B-DNA和A-DNA 的转化中间物。 D-DNA：60%相对湿度，DNA中A、T序列交替的区域。每个 螺旋含8个bp，螺距2.43nm，碱基平面倾斜16°。
（三）DNA的三级结构
线形分子、双链环状(dcDNA)→超螺旋、
DNA
温育
2024版生物化学第四版
生物化学第四版•生物化学概述•蛋白质结构与功能•酶学基础与应用•糖代谢与糖异生作用•脂类代谢与血浆脂蛋白•基因表达调控与疾病关系•细胞信号传导与受体介导作用目录生物化学概述01生物化学定义与研究对象生物化学定义生物化学是研究生物体内化学过程和物质代谢的科学，它探讨生物分子结构、功能、相互作用以及生物分子与生物体之间的关系。
研究对象生物化学的研究对象包括蛋白质、糖类、脂质、核酸等生物大分子，以及维生素、激素、酶等生物小分子。
这些物质在生物体内的合成、分解、转化和调控等过程都是生物化学的研究范畴。
生物化学发展历史及现状发展历史生物化学起源于19世纪中期，随着有机化学和分析化学的发展，人们开始研究生物体内的化学过程。
20世纪以来，生物化学在揭示生命现象本质方面取得了重大突破，如DNA双螺旋结构的发现、基因工程的诞生等。
现状目前生物化学已经成为生命科学领域的重要分支，它与分子生物学、遗传学、细胞生物学等学科相互渗透，共同推动生命科学的发展。
同时，生物化学在医学、农业、工业等领域的应用也越来越广泛。
生物化学在医学领域重要性疾病诊断生物化学方法可以用于检测生物标志物和代谢产物，帮助医生诊断疾病。
例如，通过检测血液中葡萄糖、胆固醇等物质的含量可以判断糖尿病、高血脂等疾病。
药物研发生物化学在药物设计和合成中发挥着重要作用。
通过研究药物与生物大分子的相互作用，可以设计出具有更高疗效和更低副作用的药物。
疾病预防和治疗生物化学可以帮助人们了解疾病发生的机制，从而制定针对性的预防措施和治疗方案。
例如，通过调节饮食和生活方式可以预防糖尿病等代谢性疾病的发生；通过基因工程手段可以治疗遗传性疾病等。
蛋白质结构与功能02氨基酸种类与性质氨基酸的种类根据R基的不同，氨基酸可分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、杂环族氨基酸等。
氨基酸的性质包括两性解离、等电点、紫外吸收、茚三酮反应等。
蛋白质一级结构的定义指多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置。
生物化学简明教程第四版课后答案.
2 蛋白质化学 1．用于测定蛋白质多肽链N端、C端的常用方法有哪些？基本原理是什么？解答：（1） N-末端测定法：常采用―二硝基氟苯法、Edman降解法、丹磺酰氯法。
① ―二硝基氟苯(DNFB或FDNB法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与―二硝基氟苯（―DNFB）反应（Sanger反应），生成DNP―多肽或DNP―蛋白质。
由于DNFB与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定，因此DNP―多肽经酸水解后，只有N―末端氨基酸为黄色DNP―氨基酸衍生物，其余的都是游离氨基酸。
②丹磺酰氯(DNS法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与与丹磺酰氯（DNS―Cl）反应生成DNS―多肽或DNS―蛋白质。
由于DNS与氨基形成的键对酸水解远比肽键稳定，因此DNS―多肽经酸水解后，只有N―末端氨基酸为强烈的荧光物质DNS―氨基酸，其余的都是游离氨基酸。
③苯异硫氰酸脂（PITC或Edman降解）法：多肽或蛋白质的游离末端氨基与异硫氰酸苯酯（PITC）反应（Edman反应），生成苯氨基硫甲酰多肽或蛋白质。
在酸性有机溶剂中加热时，N―末端的PTC―氨基酸发生环化，生成苯乙内酰硫脲的衍生物并从肽链上掉下来，除去N―末端氨基酸后剩下的肽链仍然是完整的。
④氨肽酶法：氨肽酶是一类肽链外切酶或叫外肽酶，能从多肽链的N端逐个地向里切。
根据不同的反应时间测出酶水解释放的氨基酸种类和数量，按反应时间和残基释放量作动力学曲线，就能知道该蛋白质的N端残基序列。
（2）C―末端测定法：常采用肼解法、还原法、羧肽酶法。
肼解法：蛋白质或多肽与无水肼加热发生肼解，反应中除C端氨基酸以游离形式存在外，其他氨基酸都转变为相应的氨基酸酰肼化物。
②还原法：肽链C端氨基酸可用硼氢化锂还原成相应的α―氨基醇。
肽链完全水解后，代表原来C―末端氨基酸的α―氨基醇，可用层析法加以鉴别。
③羧肽酶法：是一类肽链外切酶，专一的从肽链的C―末端开始逐个降解，释放出游离的氨基酸。
被释放的氨基酸数目与种类随反应时间的而变化。
生物化学4 核酸
核酸核酸通论DNA双螺旋结构模型的主要依据是：１.已知核酸的化学结构知识；２.发现了DNA碱基组成规律3.得到了DNAX射线的衍射结果中心法则：遗传信息从DNA传到RNA，再传到蛋白质，一旦传到蛋白质就不再转移蛋白质组是细胞内基因表达的所有蛋白质核酸的种类和分布核酸分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸(RNA）两大类。
所有的生物细胞都含有这两类核酸。
生物体的遗传信息以密码形式编码在核酸分子上，表现为特定的核苷酸序列DNA是主要的遗传物质，通过复制将遗传信息由亲代传给子代。
RNA与遗传信息在子代的表达有关DNA通常为双链结构，含有Ｄ－２－脱氧核糖，以胸腺嘧啶取代RNA中的尿嘧啶，使DNA 分子稳定并便于复制。
RNA为单链结构，含有D-核糖和尿嘧啶（另外三种碱基二者相同），与其遗传信息表达和信息加工的机制有关，DNA原核DNA集中在核区。
真核细胞DNA分布在核内，组成染色体（染色质）。
线粒体、叶绿体等细胞器也含有DNA．病毒只含DNA或RNA，从未发现两者兼有的病毒。
原核生物染色体DNA、质粒DNA、真核生物细胞器DNA都是环状双链DNA所谓质粒是指染色体外基因，它们能够自主复制，并给出附加的性状。
真核生物染色体是线型双链DNA，末端具有高度重复序列形成的端粒结构病毒必须依赖宿主细胞才能生存，因此只能看作一些游离的基因，而且种类很多哦。
RNA参与合成蛋白质的RNA有三类：转移RNA（ｔRNA），核糖体RNA（rRNA），信使RNA（ｍRNA），无论是原核生物还是真核生物都与这三类。
原核生物与真核生物tRNA的大小和结构基本相同，ｒRNA和mRNA却有明显的差异原核生物的ｍRNA结构简单，由功能相近的基因组成操纵子作为一个转录单位，产生多顺反子mＲＮＡ真核生物ｍRNA结构复杂，有５＇端帽子，３’ｐｏｌｙ（Ａ）尾巴，以及非翻译区调控序列，但功能相关的基因不形成操纵子，不产生多顺反子ｍRNA，真核生物细胞器有自身的tRNA，ｒRNA，mＲＮＡ核酸的生物功能DNA和RNA都是细胞重要的组成物质，前者可引起遗传性状的转化，后者可能参与蛋白质的生物合成DNA分布在细胞核内，是染色体的主要成分，而染色体已知是基因的载体。
生物化学简明教程第4版习题、试题集
化学与生物工程学院11食品质量与安全肖翔第一章蛋白质蛋白质等电点：调节溶液的PH,使蛋白质所带的正电荷与负电荷恰好相等，总净电荷为零，在电场中既不向阳极运动，也不向阴极运动，这时溶液的PH称为该蛋白质的等电点蛋白质变性：天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其分子内部原有的高度规律性结构发生变化，致使蛋白质的物理性质和生物学性质都有所改变，但蛋白质的一级结构不被破坏，这种现象称变性第二章核酸一种DNA 分子含40％的腺嘌呤核苷酸，另一种DNA分子含30％的胞嘧啶核苷酸，请问哪一种DNA的 Tm值高为什么解：后一种，因为G-C对含量高，A-T之间只有两个氢键，G-C之间有三个氢键已知人类细胞基因组的大小约 30亿 bp，试计算一个二倍体细胞中 DNA 的总长度，这么长的 DNA 分子是如何装配到直径只有几微米的细胞核内的解：*30*10^8=,1m=10^9nm;原因：DNA是高度螺旋化的，处于高度盘旋和压缩状态第三章酶酶的活性中心：在整个酶分子中，只有一小部分区域的氨基酸残基参与对底物的结合与催化作用，这些特异的氨基酸残基比较集中的区域称为酶的活性部位，或称为酶的活性中心酶的必需基团有哪几种，各有什么作用解：酶的必需基团分为活性中心内的必需基团和活性中心外的必需基团。
作用：活性中心内1、催化基团：使底物分子不稳定形成过滤态，并最终将其转化为最终产物；2、结合基团：与底物分子相结合，将其固定于酶的活性中心活性中心外的必需基团为维持酶活性中心的空间构象所必需说明温度对酶促反应速度的影响及其实用价值。
解：在较低的温度范围内，酶促反应速率随温度升高而增大，超过一定温度后，反应速率反而下降。
实用价值：略举例说明竞争性抑制作用在临床上的应用。
解：具有抗菌作用的磺胺类药物作为氨基苯甲酸的类似物，可抑制细菌二氢叶酸合成酶的活性，从而使细菌不能产生必需的二氢叶酸，从而直接利用食物中的叶酸，因此不受该类药物的影响。
说明酶原与酶原激活的意义。
生物化学简明教程(第4版)
教材目录
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教学资源
《生物化学简明教程（第4版）》配套建设有“生物化学简明教程（第4版）”数字课程 。
教材特色
1、教材传承原版教材简明和重点突出的特色，保持教材的基本框架不变。 2、该教材注重反映学科进展，引进生物化学的新概念和新知识。增加一些新内容。 3、为给反映该学科的进展留出空间，对教材部分内容进行适当整合。 4、为了提高学生自主学习的能力，新增了绪论、本章小结、中英文索引、文献导读。 5、书后配学习卡 。
2012年11月21日，该教材入选第一批“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材书目 。
2013年5月17日，该教材由高等教育出版社出版 。
内容简介
《生物化学简明教程（第4版）》分为16个章节，主要包括绪论、蛋白质、核酸、糖类、脂质和生物膜、酶、 维生素和辅酶、新陈代谢总论与生物氧化、糖代谢、脂质代谢、蛋白质的降解和氨基酸代谢、核苷酸代谢、DNA 生物合成、RNA的生物合成、蛋白质的生物合成、物质代谢的调节控制等内容 。
作者简介
张丽萍：女，东北师范大学学校教学督学组副组长 。
杨建雄：男，陕西师范大学生命科学学院教授，主要从事中药活性成分的分离和功能评价等应用生物化学方 面的研究工作 。论、蛋白质、核酸、糖类、脂质和生物膜、酶、维生素和辅酶、新陈代谢 总论与生物氧化、糖代谢、脂质代谢、蛋白质的降解和氨基酸代谢、核苷酸代谢、DNA生物合成、RNA的生物合成、 蛋白质的生物合成、物质代谢的调节控制等内容 。
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3’，5’一脱氧核糖核苷酸
Deoxyadenosine 3’- monphosphate (3’- dAMP)
Deoxyadenosine 5’- monphosphate (5’- dAMP)
核苷酸的重要衍生物
①ATP类的高能磷酸化合物
AMP ADP ATP
②核苷酸是许多酶的辅因子的结构成分 NAD、NADP、CoA、FAD
O -
ON
O P O C H2 O
O-
HH
H
H
OH OH
C M P--
3.2 核酸的一级结构
1．核酸分子中核苷酸的连接方式 3 ′, 5 ′—磷酸二酯键
RNA
5′-磷酸端（常用5′-P表示）；3′-羟基端（常用3′-OH表示） 方向性:注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。
多聚核苷酸的表示方式 T
（2）DNA碱基组成的定量分析
20世纪40年代chargaff规则
① DNA碱基组成有种的特异性，但没有组织、器官特异性。
② A=T；G=C；A+G=T+C
（3）DNA的滴定曲线
3.3.2 DNA双螺旋结构模型的要点
1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构。
DNA 双螺旋结构的形成
（2）
Ade HO CH 2 O
HH
H
H
OH OCH 3
2 '- O - 甲 基 腺 苷 ( Am)
NH 2
N
CH 3
ON
dR
5 -M e th y l-d C
O
HN
NH
5 O
HO CH 2 O H H 1'
H
H
OH OH
假尿嘧啶核苷 (p s e u d o u rid in e )
(ψ)
修饰核苷的简写符号
分布
DNA （ deoxyribonucleic acid）：大部分在核中 RNA （ ribonucleic acid ）：核,质均有分布 三种 RNA ：tRNA , mRNA, rRNA
（ 15% （ 5% ）（ 80% ）
98 ％核中（染色体中）
真核
线粒体（ mDNA ）
核外
叶绿体（ ctDNA ）
5´
3´
5
3´
´
磷酸 核糖 碱基
3´
5´
5´
3
´
DNA 双螺旋模型主要特征
1. 两条反向平行的多聚核苷酸链沿同一中心轴右旋 相互盘绕而形成。
2. 磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组成位于外 侧，糖环平面与中轴平行，作为可变成分的碱基 位于内侧，碱基平面与中轴垂直链间碱基按A—T ，G—C配对（碱基配对原则，Chargaff定律）， 形成碱基堆积力。
HH
H
H
OH OH
+ CMP
O
ON
pKa1=0.80 H O P O C H2 O
O-
HH
H
H
OH OH
±
N H2
CMP
N
pIC M P=
pKa1+pKa2 2
=
0.8+4.5 2
= 2.65
N H2 N
pKa2=4.5
O
ON
H O P O C H2 O
O-
HH
H
H
OH OH
C M P-
pKa3=6.4
3 核酸
主要内容：
主要介绍碱基、 核苷、核苷酸和核 酸的结构、性质和 功能，核酸的分离、 提纯、鉴定等。
核酸的概述
核酸英文名nucleic acid（NA） 1868年瑞士F. Miescher（米歇尔）发现了核酸。
作业
类别
nucleic acid
ribonucleic acid, RNA deoxyribonucleic acid, DNA
HOH 2C
O
base
H
H
H
H
OH
OH
核苷：含N苷，β-苷
核苷中戊糖与碱基的连接方式：
NH 2
N
N
9
N
N
HOH 2 C
O
1'
H
H
H
H
OH
OH
腺嘌呤核苷 （adenosine）
NH 2
N
HOH 2 C H
H
1
O
N
O
1' H
H
OH
H
胞嘧啶脱氧核苷 （deoxycytidne）
核苷
核糖核苷（核苷）：A、G、C、U 脱氧核糖核苷（脱氧核苷）：dA、dG、dC、dT
修饰核苷或稀有核苷
修饰核苷包括三种情况:
（1）由修饰碱基和糖组成的核苷 （2）由非修饰碱基和2-O-甲基核糖组成的核苷 （3）由碱基与糖连接方式特殊的核苷
（1）
O
H
HN
H
H ONH
R
5 ,6 -d ih y d ro u rid in e (D o r h U )
H CH 3 N
N
N
NN
dR
N 6 -M e th y l-d A
其它嘌呤（核酸的代谢产物）： 黄嘌呤、次黄嘌呤、尿酸等
3.1.2 戊糖（pentose）
（1）结构
HOH 2C O H
H OH
OH H
H OH
β-D-核糖
HOH 2C O H
H OH
OH H
H H
β-D-2-脱氧核糖HOH 2C O OHH NhomakorabeaH
H OH
H OCH 3
β-D-2-O-甲基核糖
3.1.3 核苷
DNA
拟核
原核
核外：质粒（质体）
病毒： DNA 病毒
3.1 核酸的组成成分
核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合 而成的具有一定空间结构的大分子化合物。
核蛋白
核酸→核苷酸
磷酸 核苷
碱基 戊糖
蛋白质
3.1.1 碱基（base）：又称含氮碱
（1）嘧啶碱（pyrimidine, Py）
（2）嘌呤碱（purine, Pu）
U
OH OH OH OH
5′
3′ 5′
3′
DNA
RNA
5′pdApdCpdGpdTOH 3′
5′pACGTGCGT 3′ （ pACGTGCGT）
5′pApCpGpUOH ′
5′pACGUAUGU 3′
d
pACGUAUGU
3.3 DNA的二级结构
3.3.1 提出DNA双螺旋结构模型的根据 （1）x-光衍射分析
少数修饰核苷用单字符号如D、ψ、I；但大多数 修饰核苷是将碱基取代基、取代位置和取代数目写在 核苷单字符号的左边，用小写英文字母代表取代基。
取代基
取代位置 核苷
m22 N
取代基的数目
取代基用下列小写英文字母表示 :
甲基m 甲硫基ms 异戊烯基i
乙酰基ac 羟基o或h
羧基c
氨基n 硫基s
例：
S HN
③环状核苷酸
细胞内 :
腺苷酸环化酶
ATP （AC）
cAMP + PPi
磷酸二酯酶
5´-AMP
④核苷多磷酸类
(2)核苷酸性质 ①核苷酸紫外吸收性质
②核④苷酸碱 两基 性的 解解 离离性质
（4
核苷酸的两性解离和等电点
N H2 + HN
N H2 + HN
O
ON
H O P O C H2 O
OH
O
N
R
O
HN
O
N
R
s4 U
CH 2 OH
o m 5U或h m 5U
注意：
含修饰核糖的核苷即2’-O-甲基核苷的表示方法， 在核苷符号的右下方注上一个小写m。
例: 2’-O-甲基腺苷 Am
3.1.4 核苷酸
（1）核苷酸的结构和功能
2’，3’，5’一核糖核苷酸
(2´-AMP)
(3´-AMP)
(5´-AMP)