第二章核酸化学下
02 第二章 核酸化学 华中农业大学微生物考研生物化学
第二章核酸化学一、习题(一)选择题1．DNA碱基配对主要靠：a．范德华力b．氢键c．疏水作用d．盐键e．共价键2．稀有核苷酸主要存在于：a．rRNA b．mRNA c．tRNAd．核DNA e．线粒体DNA3．mRNA中存在，而DNA中没有的是：a．A b．C c．G d．U e．T4．双链DNA之所以有较高的熔解温度是由于它含有较多的：a．嘌呤b．嘧啶c．A和T d．C和G e．A和C5．对Watson-CrickDNA模型的叙述正确的是：a．DNA为二股螺旋结构b．DNA两条链的走向相反c．在A与G之间形成氢键d．碱基间形成共价键e．磷酸戊糖骨架位于DNA螺旋内部6．与片断TAGAp中互补的片断为：a．TAGAp b.AGATp c．ATCTpd．TCTAp e．UGUAp7．热变性的DNA有哪一种特性：a．磷酸二酯键发生断裂b．形成三股螺旋c．同源DNA有较宽的变性范围d．在波长260nm处光吸收减少e．熔解温度直接随A—T对的含量改变而变化8. 在以下修饰碱基中，哪些碱基在氢键结合的性质方面不同于和它相关的普通碱基：a．m1A b．m8A c．5-羟甲基胞嘧啶d．m2A e．m8G9. 用苔黑酚法可以鉴定：a．RNA b．DNA c．所有核酸d. 蛋白质e．还原糖10. 真核生物mRNA的帽子结构中，m7G与多核苷酸链通过三个磷酸基连接，连接方式是：a. 2'-5' b．3'-5' c．3'-3' d. 5'-5' e．3'-3'11. hnRNA是下列哪种RNA的前体：a．tRNAb．真核rRNAc．真核mRNAd．原核rRNAe．原核mRNA12. DNA与RNA两类核酸分类的主要依据是：a．空间结构不同b．所含碱基不同c．核苷酸之间连接方式不同d．所含戊糖不同e．在细胞中存在的部位不同13. 下列关于假尿苷的结构的描述哪一项是正确的?a．假尿苷所含的碱基不是尿嘧啶b．碱基戊糖间以C5-C1'相联c．碱基戊糖间以N l-C1'相联d．碱基戊糖间以N l-C5'，相联e．假尿苷中戊糖是D-2-脱氧核糖m G的中文名称是：14．22a．N2，N2—二甲基鸟嘌呤b．N2，N2—甲基鸟苷c．C2，C2—二甲基鸟苷d．2'-甲基鸟苷e．C2'，C2'-二甲基鸟苷15．在一个DNA分子中，若A所占摩尔比为32.8％，则G的摩尔比为：a. 67.2％b. 32.8％c．17.2％d．65．6％e．16．4％16．根据Watson—Crick模型，求得每一微米DNA双螺旋含核苷酸对的平均数为：a．25400 b．2540 c．29411 d．2941 e．350517．稳定DNA双螺旋的主要因素是：a．氢键b．与Na+结合c．碱基堆积力d．与Mn2+、Mg2+的结合e．与精胺、亚精胺的结合18．A型DNA和B型DNA产生差别的原因是：a．A型DNA是双链，B型DNA是单链b．A型DNA是右旋，B型DNA是左旋c．A型DNA与B型DNA碱基组成不同d．两者的结晶状态不同e．二者碱基平面倾斜角度不同19．在TψCGImUUA的RNA链中，含有的稀有核苷酸数目为：a. 3 b． 4 c． 5 d． 2 e。
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2章--核酸化学习题
第二章核酸化学一、名词解释：1．磷酸二酯键：核酸分子中前一个核苷酸的3`-羟基和下一个核苷酸的5`-磷酸脱水缩合形成的化学键称为磷酸二酯键。
2．碱基互补规律：DNA分子组成中腺嘌呤和胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤与胞嘧啶配对，这种配对规律称为碱基互补规律。
3. 退火：加热变性DNA溶液缓慢冷却到适当的低温，则两条互补链可重新配对而恢复到原来的双螺旋结构的现象。
4．DNA的熔解温度：DNA加热变性过程中，紫外吸收值达最大吸收值一半时所对应的温度。
5．核酸的变性：在某些理化因素作用下，DNA双螺旋区氢键断裂，空间结构破坏，形成单链无规则线团状态的过程；核酸的复性：在适宜条件下，变性DNA分开的两条单链可重新形成链间氢键，恢复双螺旋结构，这个过程称为复性。
6．减色效应：复性DNA由于双螺旋的重新形成，在260nm处的紫外吸收值降低的现象。
7．增色效应：变性DNA由于碱基对失去重叠，在260nm处的紫外吸收值增加的现象。
二、填空题1．DNA双螺旋结构模型是 Watson-Crick 于 1953 年提出的。
2．核酸的基本结构单位是核苷酸。
3．脱氧核糖核酸在糖环 C2’位置不带羟基。
4．两类核酸在细胞中的分布不同，DNA主要位于细胞核中，RNA主要位于细胞质中。
5．核酸分子中的糖苷键均为β型糖苷键。
糖环与碱基之间的连键为糖苷键。
核苷酸与核苷酸之间通过磷酸二酯键键连接成多聚体。
6．核酸的特征元素是磷（P）。
7． DNA在水溶解中热变性之后，如果将溶液迅速冷却，则DNA保持单链状态；若使溶液缓慢冷却，则DNA重新形成双链。
8．真核细胞的mRNA帽子由 m7G 组成，其尾部由 polyA 组成。
9．常见的环化核苷酸有 cAPM 和 cGMP 。
其作用是起第二信使作用。
10．DNA双螺旋的两股链的顺序是反平行/互补关系。
11．给动物食用3H标记的胸腺嘧啶（T），可使DNA带有放射性，而RNA不带放射性。
12．B型DNA双螺旋的螺距为 3.4nm ，每匝螺旋有 10 对碱基，每对碱基的转角是 36º。
《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_________。
生物化学第二章核酸化学
核酸分类及命名规则
核酸可分为DNA和RNA两大类，根据来源不同可分为基因组DNA、病毒DNA、mRNA、tRNA、 rRNA等。
核酸的命名通常包括种类、来源和特定序列信息，如人类基因组DNA可命名为hgDNA，mRNA可命 名为信使RNA等。
02
DNA结构与性质
DNA双螺旋结构模型
DNA由两条反向平行的多核苷酸链 组成，形成右手螺旋结构。
长约21nt的双链RNA，可引导RISC复合物识别并切割靶mRNA，实现基因沉默。
其他小分子RNA
如piRNA、snoRNA等，在基因表达调控、RNA修饰等方面发挥作用。
04
核酸理化性质与分离纯化方法
核酸溶解度和沉淀条件
溶解度
核酸在不同溶剂中的溶解度不同，一般易溶于水，难溶于乙醇、乙醚等有机溶 剂。其溶解度受温度、pH、离子强度等因素的影响。
非同源重组
发生在非同源序列之间的重组过程。这种重 组不依赖于序列之间的相似性，而是通过一 些特殊的蛋白质和酶的作用来实现DNA片 段的连接。非同源重组可能导致基因的重排 和染色体的不稳定，进而对生物体产生遗传 影响。
07
总结与展望
核酸化学领域重要成果回顾
核酸结构与功能研
究
揭示了DNA双螺旋结构和RNA多 种功能，阐明了遗传信息存储、 传递和表达机制。
05
核酸酶及其作用机制
限制性内切酶和外切酶作用方式
限制性内切酶
识别DNA分子中的特定核苷酸序 列，并在该序列内部进行切割， 产生特定的DNA片段。
外切酶
从DNA或RNA链的末端开始，逐 个水解核苷酸，释放单个的核苷 酸或寡核苷酸。
DNA连接酶在基因工程中应用
连接DNA片段
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。
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亚基含有不同的rRNA
第二章核酸化学下
rRNA
核糖体和所含的rRNA
原核生物
真核生物
核糖体
rRNA
核糖体
rRNA
70 S (30 S, 50 S)
16 S 5 S, 23 S
80 S (40 S, 60 S)
18 S 5 S, 5.8 S,
47 47:1
III
第二章核酸化学下
可变环 (variable loop)
The basic principle of translation
第二章核酸化学下
tRNA中常见的修饰核苷
O
O
NH
1
NO Ribose
二氢尿嘧啶核苷(D)
HN NH
5
CO
Ribose
假尿苷()
O
H3C
NH
1
NO
Ribose
第二章核酸化学下
tRNA、rRNA和mRNA的比较
大肠杆菌中的RNA
RNA类型 相对含量 沉降系数 分子量 分子长度
（%） （S） （kd)
（b)
rRNA
80
23
1.2x108 3,700
16
5.5x104 1,700
5
3.6x101
120
tRNA
15
4
2.5x101
75
mRNA
5
— 范围很大 —
• 真核生物mRNA的前体包括内含子和外显 子，经加工后变为成熟的mRNA，指导蛋 白质合成
第二章核酸化学下
RNA的其他功能
• RNA在DNA复制、转录、翻译中均有一定 的调控作用，与细胞内或细胞间一些物质 的运输和定位有关
• 1981年Cech发现了RNA的催化作用，并提 出核酶（ribozyme) 的概念，彻底改变了 以往酶只有蛋白质的观念
GpGpGpApGpGOH-5'
CpCpCpCpCOH "C5"
CpCpCpCpCpCOH "C6"
GOH-3'
5'-CpCpCpCpCOH-3' GpGpGpApGpGOH-5'
CpCpCpCOH "C4"
GpCOH-3' CpCpCpCpCOH-3' GpGpGpApGpGOH-5'
CpCpCpCpCOH "C5" GpCOH-3'
28 S
第二章核酸化学下
原核生物的核糖体和rRNA
70 S ribosome
31 protein 21 protein
第二章核酸化学下
23 S rRNA +
5 S rRNA
16 S rRNA
大肠杆菌16S rRNA二级结构
第二章核酸化学下
生物的分类（1）
E. coli
动物
Eubacteria
（真细菌）
GpGpGpApGpGOH-5'
第二章核酸化学下
核糖核酸酶P的催化作用
• 核糖核酸酶P(Ribonuclease P)是由两部分 组成的，一部分是377个核苷酸的RNA分 子，另一部分是分子量约为20,000的蛋白 质。两部分都是其催化活性所必需的，但 是在非生理条件下RNA部分能单独完成其 催化断裂的功能
S. Altman, 198第9二, N章o核b酸e化l L学e下cture
细胞中的信息流
DNA
genetic information
RNA
Protein
第二章核酸化学下
Tetrahymena rRNA前体自剪切
Intervening sequence (IVS)
5'
UpCpUpApApAp
GpUpApAp
3'
Pre-rRNA
form loop at IVS
L-19 IVS
5'
UpCppGUOpHApApAp
GpUpApAp
3'
further losing
第二章核酸化学下
tRNA
• tRNA主要作用是将氨基酸转运到核糖体mRNA复合物的相应位置用于蛋白质合成
• 20种基本氨基酸每一种都至少有一种tRNA • tRNA分子较小，平均沉降系数为4S • 大多数tRNA分子具有类似的三叶草二级结
构
第二章核酸化学下
tRNA三叶草二级结构
3’-
受体端
76 75
胸腺嘧啶核苷(T)
O H3C N
N
N
9
N Ribose
O
HN
H3C N
N
CH3
N
9
N Ribose
1-甲基次黄嘌呤核苷(m1I)
N2,N2-二甲基鸟嘌呤核苷(m22G)
第二章核酸化学下
酵母丙氨酸-tRNA的核苷酸序列
3’- AOH
C
C
A
5’- pG C GC GU
CG
D
GC
5,6-二氢尿苷
U
G
U
D G A UGCGG
19 residues
5'-pGpApApAp
GOH-3'
attacked by GOH
+
IVS
5'-pGpApApAp
5'
UpCpUpUpApAp
3'
rRNA
5'
UpCpUOH-3'
GpUpApAp
3'
3' U attacks 3' end of IVS
第二章核酸化学下
19-IVS 作为催化剂
GOH-3'
(acceptor
stem)
74 73
5‘- 1 72
D环
(D loop)
I
16
17:1
17
13
18
22 20 20:1
7 8 9 10
25 27
TψC环
IV(TψC loop)
66
65
61
49
53
48 47:16
43 44
固定 可变 可有可无
31
39
II
反密码子环 (anticodon loop)
C
G G
D
A
GCGC m22GCUFra bibliotekCU
AGGCC
U
A
G
UCCGG
CD
T
C
G G AG
T 胸腺嘧啶核苷
m22G
UA CG
假尿苷
N2N2-二甲基鸟苷
CG CG
U U
m1I
m1I 1-甲基次黄苷
IGC
第二章核酸化学下
酵母苯丙氨酸-tRNA三级结构(1)
第二章核酸化学下
rRNA
• rRNA主要分布在核糖体(ribosome)内 • 核糖体由约40%的蛋白质和60%的rRNA
核酸化学
第二章核酸化学下
RNA的结构和功能
• 大多数天然RNA分子是一条单链 • 局部区域形成如DNA那样的双螺旋结构，
按照A-U，G-C进行配对，不能配对的碱 基则形成环状突起，参与螺旋形成的核苷 酸约占40~70% • RNA主要有mRNA、rRNA和tRNA三大类， 还包括一些小分子RNA如核内小分子RNA （snRNA）、反义RNA(asRNA)等
植物
Eukaryotes
（真核生物）
极端嗜热菌
Archaebacteria
第二章核酸化学下
（古细菌）
不同种系的16S rRNA的二级结构
第二章核酸化学下
mRNA
• 约占细胞总RNA的3%~5%，代谢活跃， 寿命较短，分子长度变化很大
• mRNA的核苷酸序列决定相应蛋白质的氨 基酸序列
• 原核生物mRNA的转录和翻译在细胞同一 空间进行