3核酸化学
生物化学第三章核酸PPT课件
DNA与RNA结构差异
五碳糖不同
DNA中的五碳糖是脱氧核糖，而 RNA中的五碳糖是核糖。
碱基不同
DNA中的碱基包括腺嘌呤（A） 、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T） 和胞嘧啶（C），而RNA中的碱 基包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（ G）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C
）。
空间结构不同
DNA通常是双链结构，而RNA 通常是单链结构。
核酸药物设计思路及前景展望
核酸药物设计思路
核酸药物是一类以核酸为靶点的药物，通过 特异性地与核酸结合，调节基因表达或抑制 病原体复制，从而达到治疗疾病的目的。设 计核酸药物时需要考虑靶点选择、药物稳定 性、特异性、安全性等因素。
前景展望
随着基因组学和生物信息学的发展，越来越 多的疾病相关基因和靶点被发现，为核酸药 物的研发提供了广阔的空间。未来，核酸药 物有望在肿瘤、遗传性疾病、病毒感染等领 域发挥重要作用，成为一类重要的治疗药物 。同时，随着技术的不断进步和成本的降低 ，核酸药物的研发和应用将更加普及和便捷
DNA拓扑异构酶的作用
拓扑异构酶能够改变DNA的超螺旋状态，从而调节DNA的拓扑结构和功能。拓扑异构酶 在DNA复制、转录、修复和重组等过程中发挥重要作用。
RNA结构与性质
03
tRNA三叶草结构特点
01
02
03
三叶草二级结构
由DHU环、反密码环、 TΨC环、额外环和可接受 茎组成，形似三叶草。
反密码环
人类基因组计划与意义
1 2 3
人类基因组计划的目标
破译人类全部遗传信息，解读人类基因组所蕴含 的生命奥秘。
研究成果及应用
揭示了人类基因组的组成、结构和功能，为医学 、生物技术和制药等领域提供了重要的科学基础 。
生物化学3-核酸作业参考答案
Chapter 4 Nucleic acids专业________ 学号_________ 姓名________ 成绩________一、填空题（20分，每空0.5分）1. 核酸可分为和两大类，前者主要存在于真核细胞的和原核细胞的部位，后者主要存在细胞的部位。
(DNA,RNA,细胞核,拟核区，细胞质) 2. 构成核酸的基本单位是，由，和连接而成。
(核苷酸，碱基，戊糖，磷酸)3. 在各种RNA中，含量最多，含稀有碱基最多，半寿期最短。
(rRNA,tRNA,mRNA)4. 维持DNA的双螺旋结构稳定的作用力有，，。
(碱基堆积力，氢键，离子键)5. 组成DNA的两条多核苷酸链是的，两链的碱基序列，其中与配对，形成两对氢键，与配对，形成三对氢键。
（反向平行，互补配对，A,T，C,G）6. 当温度逐渐升高到一定的高度时，DNA双链，称为。
当“退火”时，DNA的两条链，称为。
（打开，变性，重新配对，复性）7. 核酸在复性后260nm波长的紫外吸收，这种现象称为效应。
（变性，减小，减色）8. tRNA的二级结构呈形，三级结构的形状象。
（三叶草。
倒“L”）9. 富含的DNA比富含的DNA具有更高的溶解温度。
（GC，AT）10.DNA的双螺旋结构模型是和于1953年提出的。
（Watson，Crick）11.DNA的T m值大小与三个因素有关，它们是，，。
（GC对，DNA均一性，溶液离子强度）12.PCR是通过、和三个步骤循环进行DNA扩增的。
（变性，退火，延伸）二、选择题（20分）1. 细胞内游离核苷酸分子的磷酸基团通常连接在糖的什么位置上？（）aa. C5’b. C3’c. C2’d. C1’2. 关于双链DNA碱基含量的关系哪个是错误的？( )ba. A=Tb. A+T=G+Cc. C=Gd. A+G=C+T3. 下列关于DNA的叙述哪项是错误的？( )ba. 两条链反向平行b. 所有生物中DNA均为双链结构c. 自然界存在3股螺旋DNAd. 分子中稀有碱基很少4. Southern印记法是利用DNA与下列何种物质之间进行分子杂交的原理？（）da. RNAb. 蛋白质c. 氨基酸d. DNA5. RNA分子中常见的结构成分是（）ba. AMP、CMP和脱氧核糖b. GMP、UMP和核糖c. TMP、AMP和核糖d. UMP、CMP和脱氧核糖6. 热变性的DNA（）aa. 紫外吸收增加b. 磷酸二酯键断裂c. 形成三股螺旋d. (G+C)含量增加7. DNA的Tm与介质的离子强度有关，所以DNA制品应保存在（）aa. 高浓度的缓冲液中b. 低浓度的缓冲液中c. 纯水中d. 有机溶液中8. 下面关于核酸的叙述中不正确的是( )ca. 在嘌呤和嘧啶之间存在着碱基对b. 当胸腺嘧啶与嘌呤配对时，由于甲基阻止氢键形成而导致碱基配对效率下降c. NaOH溶液只能水解DNA，不能水解RNAd. 在DNA分子总有氢键连接的碱基平面与螺旋平行9. 在适宜条件下，核酸分子的两条链能否自行杂交，取决于：（）da. DNA的熔点b. 序列的重复程度c. 核酸链的长短d. 碱基序列的互补10.DNA与RNA两类核酸分类的主要依据是：（）ca. 空间结构不同b. 所含碱基不同c. 所含戊糖不同d. 细胞中的位置不同11. 在核酸分子中核苷酸残基之间的连接方式为（）ca. 2’,3’-磷酸二酯键b. 氢键c. 3’,5’-磷酸二酯键d. 糖苷键12.DNA复性的重要标志是（）da. 溶解度降低b. 溶液黏度降低c. 紫外吸收增大d. 紫外吸收降低13.分离出某病毒核酸的碱基组成为A=27%,G=30%,C=22%,T=21%,该病毒为（）aa. 单链DNAb. 双链DNAc. 单链RNAd. 双链RNA14.DNA复制时，序列5’-TpApGpAp-3’将合成下列哪种互补结构？（）aa. 5’-TpCpTpAp-3’b. 5’ApTpCpTp-3’c.5’-UpCpUpAp-3’d.5’-GpCpGpAp-3’15.核酸对紫外线的吸收是由哪一结构所产生的（）ca. 磷酸二酯键b. 核糖c. 嘌呤嘧啶环上的共轭双键d. 核苷键16.在Watson-Crick的DNA结构模型中，下列正确的是（）aa. 双股链的走向是反向平行的b. 嘌呤和嘌呤配对，嘧啶和嘧啶配对c. 碱基之间共价结合d. 磷酸戊糖主链位于螺旋内侧17.DNA变性的原因是（）da. 磷酸二酯键断裂b. 多核苷酸解聚c. 碱基的甲基化修饰d. 互补碱基之间的氢键断裂18.下列关于RNA的叙述哪一项是错误的（）ca. RNA不仅只有是单链的形式存在的b. tRNA是最小的一种RNAc. 胞质中只有一种RNA，即mRNAd. 组成核糖体的主要是rRNA19. 原核生物核体为（）aa.70Sb.80Sc.60Sd.50S20.下列核酸中稀有碱基或修饰核苷相对含量最高的是（）ca. DNAb. rRNAc. tRNAd. mRNA三、是非题（5分）√（）1. DNA和RNA都易溶于水而难溶于有机溶剂√（）2. 不同生物的DNA碱基组成各不相同，同种生物的不同组织器官中DNA组成均相同（）3. 在1mol/L NaOH溶液中，RNA和DNA同样不稳定，易被水解成单核苷酸。
核酸化学3-RNA的结构和特性
4. RNA分子的组成成分可以通过由酶 (Ribonucleotide diphosphate reductase)催化的反应转化为DNA分子的 组成成分 。 5. RNA分子在细胞中同时扮演着信息的媒介作用和执 行者的作用，mRNA为前者，rRNA、tRNA和snRNA 为后者。因此有人很自然的认为，生命的早期可以称 为RNA world。 6. RNA比DNA分子更容易受到修饰，均有其作用， 如 mRNA的5’帽子能启动蛋白质的翻译，tRNA上的修饰 可以增加tRNA的寿命。 7. 真核基因拥有令人吃惊的特点，顺序中插入了很多 不编码氨基酸的“废物”（Introvening sequence, 或叫 内含子，intron），这些序列在转录后的mRNA成熟之 前被除去。
RNA干涉 (RNA interference，RNAi)
通过双链RNA介导特异性降解对应序列 mRNA，从而特异抑制相应基因表达。早期通 过导入全长双链RNA，然后在细胞内长双链被 RNA酶Ⅲ相关的核酸酶(Dicer)处理，产生短的 (21—25个核苷酸)双链RNA片断，发挥基因沉 默作用。这种短的双链RNA 片段称为小分子双 链干涉RNA (small interference RNA，siRNA)， 它通过与eLF2c、Gemin3、Gemin4等蛋白结合 形成沉默复合体(RISC)介导序列特异的RNA降 解。
卵清白蛋白基因mRNA的加工示意图
RNA 编辑（editing）
发生在mRNA水平上, 多数为插入碱基
Crick的中心法则
DNA
1957年 转录
DNA
反转录 1970年
RNA
翻译
RNA
Protein
Protein
反转录病毒最早 在20世纪初由Rous 氏从邻居小孩抱来 的一只得了肿瘤的 鸡上分离到，命名 为Rous sarcoma virus。此后从鸡和 小鼠上分离到了多 种上还分离到了多 种反转录病毒。 1962年Tamin预测 该病毒中存在RNA 反转录酶，但要到 1970年才检测到。
第三章 核酸化学
rRNA的功能 参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。
思考题：
体内有哪些重要的核苷酸？各有何作用？
DNA和RNA在化学组成、分子结构和生理功能有何异同？ 利用核酸的理化性质在临床实践中有何应用？
N O O
-
NH2 N N OCH2
-
O O
-
O O
-
N H H
P O
-
P O
-
P O
O
H H
OH OH 三磷酸腺苷 (AT P )
多磷酸核苷酸
5′-磷酯键
N N O -O O O O O
NH 2
N
N
P O-
P O-
P O-
O
CH 2 H H OH
O H H H
脱氧腺嘌呤核苷 脱氧腺嘌呤一磷酸 (dAMP) 脱氧腺嘌呤二磷酸 (dADP) 脱氧腺嘌呤三磷酸 (dATP)
NH
核苷
N N
2 N 9 N
糖苷键
CH O H O 2 1'
H H OH H 2' O H H
嘌呤N-9或嘧啶N-1与核糖C-1通过β-N-糖苷 键相连形成核苷。
核苷酸(ribonucleotide)
NH2
酯键
O
N N O
N
9 N
糖苷键
HO P O CH 2 O
-
H
H
OH
' 1 H H 2'
* tRNA的二级结构
——三叶草形
氨基酸臂 DHU环 反密码环
额外环
人教版高中化学选择性必修第3册教学设计 第四章 第三节 核酸
第四章第三节《核酸》教学设计一、课标解读《核酸》是《普通高中化学课程标准（版）》中模块3《有机化学基础》主题3“生物大分子及合成高分子”中二级标题“生物大分子”的内容，在新人教版教材中位于选择性必修3第四章第三节。
【内容要求】（1）了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点和生物功能；（2）认识人工合成核酸的意义，体会化学科学在生命科学发展中所起的重要作用。
【学业要求】（1）能辨识核糖核酸、脱氧核糖核酸中的磷酯键，能基于氢键分析碱基的配对原理；（2）能说明核糖核酸、脱氧核糖核酸对于生命遗传的意义。
二、教材分析本节内容首先基于宏观视角认识核酸的组成结构，再基于化学键视角来认识核酸的形成过程，进而显化核酸的水解以及形成过程，进一步深化研究复杂有机物大分子结构的学习方法，结合我国在核酸的相关研究，增强文化自信。
本节内容注重凸显“宏观辨识与微观探析”、“证据推理与模型认知”、“社会责任”等化学核心素养。
教材首先介绍人们认识核酸组成时所采用的方法。
让学生进一步认识到，研究复杂的大分子时，可以通过化学反应使共价键断裂，将其分解成较小片段，然后通过分析产物来推测大分子的组成和结构。
这一方法在前两节糖类和蛋白质的学习中已有所体现，教材在这里通过正文叙述和图4-15“核酸的水解产物示意图”将其进一步显性化，在介绍相关知识的同时，让学生了解化学研究的方法，以提高其“证据推理与模型认知”的学科核心素养。
在根据实验结果进行逆向分析的基础上，教材指出核酸是戊糖、碱基和磷酸这三种基本组分通过缩合反应形成的生物大分子（缩合聚合物），并以示意图的形式直观呈现了核酸与其基本组分之间的转化和层次关系。
学生在高中生物课中学习的DNA双螺旋结构，以及选择性必修2“物质结构与性质”教材中的相关内容，为本节介绍核酸的结构奠定了知识基础。
因此，本节教材和教学主要从化学角度分析核酸独特结构的形成原因，通过图4-19展现氢键在DNA形成过程中的作用。
第三章 核酸——生物化学(ssy)
螺旋直径为2nm，相邻碱基
平面距离0.34nm，螺旋一圈
螺距3.4nm，一圈10对碱基。
碱基垂直螺旋轴居双螺旋内
側，与对侧碱基形成氢键配 对 （ 互 补 配 对 形 式 ： A=T; GC） 。
碱基互补配对 A T G C
氢键维持双链横向稳定性
碱基堆积力维持双链纵向
稳定性。 离子键屏蔽磷酸基团之间 的静电斥力
5′端
C
A
G
3′端
书写方法
A
G
T
G
C
T
线条式
5 P
P
P
P
P
P
OH 3
字母式
5 pApCpTpGpCpT-OH 3
5 A C T G C T 3
2、 DNA二级结构-双螺旋结构
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
第 三 章 核 酸 化 学
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俗
语
生物亲代与子代之间，在形态、结构和生理 功能上常常相似的现象，就是遗传现象。
牛的后代仍然是牛 早在公元前3世纪，《吕氏春 秋》中就记载着“夫种麦而得麦， 种稷而得稷，人不怪也”
金丝猴的后代 仍然是金丝猴
思考： 到底是什么物质在亲子代的遗传 中起作用呢？
2004年12月26日，圣诞节欢乐的气氛尚未结束， 此时，位处南亚的印尼发生了史上第四大强震， 芮氏规模9.0，引发波及东南亚8个国家的海啸。
b. 多磷酸核苷酸：
指含两个以上磷酸基的核苷酸,如ADP 、ATP 、 GDP、 GTP 、 UDP和UTP等.
ATP在细胞能量代谢上起着极其重要的作用。
第二章 核酸的化学3
（四）核酸的变性
2.热变性和 热变性和Tm: 热变性和 加热DNA的稀盐溶液，达到一定温度后在 的稀盐溶液， 吸光度骤 加热 的稀盐溶液 达到一定温度后在260nm吸光度骤 吸光度 然增加，表明两条链开始分开，吸光度增加约40%后变化趋 然增加，表明两条链开始分开，吸光度增加约 后变化趋 于平坦，说明两条链已完全分开。这表明DNA变性是一个突 于平坦，说明两条链已完全分开。这表明 变性是一个突 变过程，类似结晶的熔解，引起DNA变性的温度称为熔点， 变性的温度称为熔点， 变过程，类似结晶的熔解，引起 变性的温度称为熔点 表示。 用Tm表示。 表示 Tm：通常把ε(p)达最高时的 ： 达最高时的1/2温度叫做 温度叫做Tm。凡分子中 、 温度叫做 。凡分子中G、 C含量高的 含量高的Tm高。一般 值在70-85℃之间。 含量高的 高 一般DNA的Tm值在 的 值在 ℃之间。 3.影响 影响Tm的因素： 的因素： 影响 的因素 G-C对含量：G-C含量越高 对含量： 含量越高Tm愈高，经验公式（G+C）%= 愈高， 对含量 含量越高 愈高 经验公式（ ） （Tm-69.3）×2.44 ） 溶液的离子强度：离子强度较低的介质中Tm较低。 较低。 溶液的离子强度：离子强度较低的介质中 较低 溶液的pH值 完全变性； 溶液的 值： pH＞11.3时，DNA完全变性； pH﹤5. 0时， ＞ 时 完全变性 ﹤ 时 DNA易脱嘌呤。 易脱嘌呤。 易脱嘌呤 变性剂：甲酰胺、尿素、甲醛等可破坏H键 变性剂：甲酰胺、尿素、甲醛等可破坏 键，妨碍碱基堆积 下降。 使Tm下降。 下降
核酸的光吸收值比各核苷酸光吸收值的和少30~40%，当核 酸变性或降解时光吸收值显著增加（增色效应 增色效应），但核酸 增色效应 复性后，光吸收值又回复到原有水平（减色效应 减色效应）。 减色效应
第三章 核酸化学
反向平行是指一条链是 5’
一条链必为3’ 5’端。
3’ 端，则另
（二）DNA的二级结构
• 双螺旋结构模型的要点
（2）磷酸与核糖彼此通过3’,5’-磷酸 二酯键相连接位于双螺旋外侧，形成 DNA分子的骨架。碱基位于内侧。碱 基平面与螺旋轴基本垂直，糖环平面 与螺旋轴基本平行。
（二）DNA的二级结构
3.多磷酸核苷酸
A
P ～ P ～ P
O
腺苷一磷酸 （AMP） 二磷酸腺苷（ADP） 三磷酸腺苷（ATP） ATP参与多种物质代谢，为各项生命活动提供能量。
NMP NDP
dNMP
RNA
AU U C G
dNDP dNTP
DNA
A T C G
NTP
AMP UDP CTP
dGMP dADP dTTP
（ TTP ）
功能： 与蛋白质结合形成核蛋白体，是蛋白质
生物合成场所。
结构： 核蛋白体有大、小两个亚基组成。
特点：
数量最多。
（三）mRNA的分子结构与功能
“帽子结构” 的作用：
防止mRNA被降解。 蛋白质生物合成时被起始因子识别的标志。
Poly A的作用：引导mRNA由胞核转移到胞质。
点滴积累
1. DNA的一级结构实质是指碱基的排列顺序。 2. DNA的二级结构是双螺旋型，其要点包括：由两条反向 平行的多核苷酸链围绕中心轴形成；磷酸和脱氧核糖位 于螺旋外侧，碱基位于螺旋内侧；碱基配对具有一定的 规律性，即A与T配对，G与C配对。 3. DNA双螺旋结构模型要点及稳定因素。 4. 3种RNA的空间结构决定了它们在蛋白质生物合成过程 中的不同作用。
E．S
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