杨荣武生物化学第六章 核酸的结构与功能
生物化学课件：核酸的结构与功能
DNA的二級結構（secondary structure） 是指構成DNA的多聚去氧核苷酸鏈之間 通過鏈間氫鍵捲曲而成的構象。
1953年，Watson-Crick提出的雙螺旋模型。
DNA的結構，發 表於《自然》 171卷 (1953)737-738 頁上的插圖
DNA的雙螺旋結構
右手螺旋
• 右手性的定義示意圖。大姆指指向軸向，其他 四指由掌根向指尖方向表示螺旋轉動方向。
• cAMP屬於放大激素作用信號，cGMP屬於縮小激素作用 信號。這兩種環核苷酸在細胞代謝過程中其重要的調節作 用。
• 目前已知，許多激素（第一信使）是通過cAMP (第二信 使)而發揮其功能的。
• 另外，cAMP也參與大腸桿菌中DNA轉錄的調控。
第三節
DNA的分子結構 Molecular Structure of DNA
二、核酸的發現和研究工作進展
1868年 Fridrich Miescher從膿細胞中提取“核素” 20年後 R.Altmann分離到不含蛋白質的核酸 1944年 Avery等人證實DNA是遺傳物質 1953年 Watson和Crick發現DNA的雙螺旋結構 1968年 Nirenberg發現遺傳密碼 1975年 Temin和Baltimore發現逆轉錄酶 1981年 Gilbert和Sanger建立DNA測序方法 1985年 Mullis發明PCR技術 1990年 美國啟動人類基因組計畫(HGP) 1994年 中國人類基因組計畫啟動 2001年 美、英等國完成人類基因組計畫基本框架
第二節 核苷酸 (nucleotide)
核酸的化學組成
The Chemical Component of Nucleic Acid
核酸的基本元素組成：
生物化学原理杨荣武第四版
生物化学原理杨荣武第四版《生物化学原理》是杨荣武教授所著的一本被广泛采用的生物化学教材。
目前已经发行了第四版，该书旨在帮助读者深入了解生物化学的基本原理和应用，以促进对生物化学的深入理解和应用。
在《生物化学原理》第四版中，杨荣武教授首先介绍了生物化学的基本概念和研究方法。
他从生命的起源和演化、细胞的结构和功能出发，介绍了生物大分子的化学特性、生物催化等基本原理。
杨教授详细讲解了氨基酸和蛋白质的结构与功能、核酸的结构与功能，以及细胞信号转导等重要的生物化学过程。
随后，杨荣武教授详细介绍了糖、脂质和生物膜的结构与功能。
他讲解了糖代谢和储存、脂质代谢等重要的生物化学过程，并介绍了一些与疾病相关的生物化学机制。
此外，杨教授还介绍了许多其他重要的生物化学领域，如酶学、代谢调控和细胞周期等，以及一些最新的研究进展和应用。
《生物化学原理》第四版的主要特点之一是其详细而全面的内容。
杨荣武教授在书中不仅介绍了生物大分子的结构与功能，还侧重于解释生物化学的各个方面如何相互作用，形成复杂的生命现象。
他还通过数目繁多的例子和实验结果，帮助读者理解并应用所学的生物化学知识。
此外，该书的第四版还增加了一些新的内容。
随着生物化学研究的不断发展，杨教授加入了一些最新的研究成果和应用，如基因组学、蛋白质组学和代谢组学等。
这些新的内容使读者能够了解到生物化学领域的最新进展，并且有助于培养读者的科学研究兴趣和能力。
总之，杨荣武教授的《生物化学原理》第四版是一本内容详实、深入浅出的生物化学教材。
无论是作为学习指导，还是作为参考书，该书都能帮助读者更好地理解和应用生物化学知识，并为读者深入研究和应用生物化学奠定坚实的基础。
1核酸的结构与功能(答案)
1核酸的结构与功能一、名词解释1、生物化学：是运用化学原理和方法，研究生命有机体化学组成和化学变化的科学，即研究生命活动化学本质的学科。
2、DNA一级结构：由数量极其庞大的四种脱氧的单核苷酸按照一定的顺序，以3′,5′－磷酸二酯键彼此连接而形成的线形或环形多核苷酸链。
3、增色效应：含DNA和RNA的溶液经变性或降解后对紫外线吸收的增加。
是由于碱基之间电子的相互作用的改变所致，通常在260nm测量。
4、减色效应：一种含有DNA或RNA的溶液与含变性核酸或降解核酸的相同溶液相比较，其紫外线吸收为低。
是由于DNA双螺旋结构使碱基对的π 电子云发生重叠，因而减少了对紫外线的吸收。
5、DNA的变性：指核酸双螺旋的氢键断裂，变成单链，并不涉及共价键的断裂。
6、DNA的复性：变性DNA在适当条件下，又可使两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构，全过程为复性。
热变性后的复性又称为退火。
7、核酸分子杂交：应用核酸分子的变性和复性的性质，使来源不同的DNA （或RNA）片断按碱基互补关系形成杂交双链分子，这一过程称为核酸的分子杂交。
8、熔解温度：DNA变性的特点是爆发式的，变性作用发生在一个很窄的温度范围内。
通常把热变性过程中光吸收达到最大吸收（完全变性）一半（双螺旋结构失去一半）时的温度称为该DNA的熔点或熔解温度（melting temperature），用tm表示。
9、Chargaff定律：所有DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔含量相等，（A＝T），鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔含量相等（G＝C），即嘌呤的总含量与嘧啶的总含量相等（A＋G＝T＋C）。
DNA的碱基组成具有种的特异性，但没有组织和器官的特异性。
另外生长发育阶段、营养状态和环境的改变都不影响DNA的碱基组成。
二、填空1、核酸完全的水解产物是（碱基）、（戊糖）和（磷酸）。
其中（碱基）又可分为（嘌呤）碱和（嘧啶）碱。
2、体内的嘌呤主要有（腺嘌呤）和（鸟嘌呤）；嘧啶碱主要有（胞嘧啶）、（胸腺嘧啶）和（尿嘧啶）。
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。
《生物化学》核酸的结构与功能
碱基平面与纵轴垂直，糖环平面与纵轴平行
3. 双螺旋直径2nm，顺轴 方向每隔0.34nm有一个 核苷酸，每圈螺旋含10 个核苷酸，相邻两个核 苷酸间的夹角为36°,螺 距为3.4nm。
4. 两条链通过碱基间的氢 键相连，A对T有两个氢 键，C对G有三个氢键， 这种A-T、C-G配对的规 律，称为碱基互补规则。
一、碱基
生物化学 Biochemistry
碱基
嘌呤 嘧啶
腺嘌呤（A）
鸟嘌呤（G） DNA、RNA均 有
胞嘧啶（C）
胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U）
DNA有（某些RNA
中有 少量存在）
RNA有
生物化学 Biochemistry
嘌呤
腺嘌呤(6-氨基嘌呤) 鸟嘌呤（2-氨基-6-氧嘌呤）
胞 嘧 啶
2-氧-4-氨基嘧啶
生物化学 Biochemistry
核酸的基本元素组成：
C、H、O、N、P(9-10%)
核酸的基本构成单位 —核苷酸(nucleotide)
➢ DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸； ➢ RNA的基本组成单位是核糖核苷酸。
生物化学 Biochemistry
核酸
核苷酸
核苷 磷酸
戊糖 碱基
核酸的酸性水解过程
Sanger双脱氧链终止法
• Sanger法：
– 在PCR时分别加入ddA,ddT,ddC,ddG（相 应于4种碱基）
– ddX的两个作用：
• 可以当作正常碱基参与复制 • 一旦链入DNA中，其后就不能再继续连接
– 电泳 – 谁终止，碱基就是谁 – 此方法获1974年的Nobel奖
氧脱 核氧 甘核 酸甘 结酸 构与 比双 较脱
生物化学 Biochemistry
高中生物学中的核酸结构与功能解析
高中生物学中的核酸结构与功能解析引言：生物学中的核酸是一种重要的分子，它们在细胞中扮演着关键的角色。
核酸分为DNA和RNA两种类型，它们具有不同的结构和功能。
本文将对核酸的结构与功能进行解析，以帮助高中生更好地理解这一重要的生物分子。
一、DNA的结构与功能DNA（脱氧核糖核酸）是一种双链螺旋结构，由四种碱基（腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和鳞甘嘧啶）组成。
这些碱基通过氢键相互配对，形成了DNA的双链结构。
DNA的主要功能是存储和传递遗传信息。
通过碱基配对规则，DNA能够复制自身，并在细胞分裂时传递遗传信息给下一代细胞。
此外，DNA还参与了基因的表达和调控，控制了生物体内各种生化过程的进行。
二、RNA的结构与功能RNA（核糖核酸）也是一种核酸分子，与DNA有着相似的碱基组成，但它只有单链结构。
RNA的主要功能是在蛋白质合成过程中起到携带遗传信息的作用。
在转录过程中，DNA的信息被转录成RNA，然后RNA通过核糖体的作用，将信息翻译成蛋白质。
除了携带遗传信息外，RNA还参与了多种细胞过程，如基因调控、细胞信号传导等。
三、DNA与RNA的区别与联系DNA和RNA在结构和功能上有一些明显的区别。
首先，DNA是双链结构，而RNA是单链结构。
其次，DNA的碱基组成包括胸腺嘧啶，而RNA的胸腺嘧啶被鸟嘌呤取代。
此外，DNA主要存在于细胞核中，而RNA则可以在细胞核和细胞质中存在。
然而，DNA和RNA之间也有一定的联系。
RNA是通过转录过程由DNA合成的，它们之间具有亲缘关系。
此外，DNA和RNA都是核酸分子，都参与了细胞的遗传信息传递和调控过程。
四、核酸的重要性与应用核酸作为生物体内一种重要的分子，对生物体的正常功能发挥起着至关重要的作用。
通过研究核酸的结构与功能，我们可以更好地理解生物体内的遗传信息传递和调控机制。
此外，核酸还具有广泛的应用价值。
例如，在医学领域，核酸可以用于诊断疾病、研发新药等；在农业领域，核酸可以用于改良作物品质、提高产量等；在环境领域，核酸可以用于检测环境中的污染物等。
杨荣武生物化学原理笔记—核酸
核酸碱基（nitrogenous bases）嘧啶①胞嘧啶(DNA, RNA) C②尿嘧啶(RNA) U③胸腺嘧啶(DNA) T嘌呤④腺嘌呤(DNA, RNA) A⑤鸟嘌呤(DNA, RNA) G嘧啶环和嘌呤环的编号秘诀：嘧啶环从底部的N开始按顺时针编号，嘌呤环“漂浮不定”，先是从它的嘧啶环“飘在”上部的N逆时针编号，然后对咪唑环从“飘在”上部的N对剩余的原子顺时针编号。
五种碱基结构的记法：是先记住其中的一个最简单的，然后再将其他碱基看成它的衍生物。
如三种嘧啶碱基，先记住尿嘧啶（2号位和4号位与O相连，联想到尿素的结构），胸腺嘧啶是5-甲基尿嘧啶，而胞嘧啶是尿嘧啶4号位的O被氨基取代的产物。
至于嘌呤碱基先记住腺嘌呤，它是嘌呤环在6号位连上氨基（想像嘌呤环上的六元环由六根线表示），而鸟嘌呤上的氨基连在下面的2号位C上，原来6号位上的氨基被O代替（O 想像成鸟蛋）。
碱基的性质1.碱基几乎不溶于水，这与其芳香族的杂环结构有关。
2.互变异构（tautomeric shift）：碱基在体内的主要形式为更稳定的酮式或氨基式；它们在溶液中，能够发生酮式（keto）-烯醇式（enol）或氨基式-亚氨基式的互变异构3.强烈的紫外吸收，其最大吸收值在260nm。
核苷（nucleoside）1. 核苷（nucleoside）是由戊糖和碱基通过β-N糖苷键形成的糖苷，糖苷键由戊糖的异头体C原子与嘧啶碱基的N1或嘌呤碱基N9形成。
2.核苷中的戊糖有D-核糖和2-脱氧-D-核糖两种，它们都以呋喃型环状结构存在。
其中由核糖形成的核苷叫做核糖核苷（ribonucleoside），由脱氧核糖形成的核苷叫做脱氧核苷（deoxyribonucleoside）。
3.核苷和核苷酸能以两种构象存在，即顺式（syn）和反式（anti）。
顺式核苷的碱基与戊糖环在同一个方向，反式核苷的碱基与戊糖环在相反的方向。
4.嘧啶核苷的构象通常为反式。
嘌呤核苷可采取两种构象，但无论是哪一种，大致呈平面的呋喃糖环和碱基环不是共平面的，而是相互间近似垂直。
生物化学中的核酸结构与功能
生物化学中的核酸结构与功能生物化学是研究生物分子结构与生命活动相关的化学知识。
而核酸作为生物分子中的一个关键组分，其结构与功能自然也是生物化学领域的热点之一。
本文将探讨核酸结构与功能这一重要话题。
1.核酸的基本结构核酸是由核苷酸构成的生物分子，核苷酸由碱基、糖和磷酸三部分组成。
DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）是两种常见的核酸类型。
DNA是存储细胞遗传信息的主要分子，RNA则参与了细胞信息的传递和蛋白质合成过程。
DNA分子中的糖是脱氧核糖，在其上连接着碱基（A、C、G、T），磷酸基则连接在糖的横向羟基上。
因此，聚合成的核酸分子具有一个单一的方向（5’端到3’端）。
RNA分子的糖是核糖，在其上连接着A、C、G、U 四种碱基。
2.核酸组装与空间结构在细胞内，DNA分子往往呈现出复杂的空间结构，包括环状、线性等形式。
其中的空间结构对于DNA在遗传过程中的功能发挥起到了至关重要的作用。
RNA分子则不具备对应的二级结构、三级结构，更多的是通过与蛋白质相互作用形成复合物来发挥催化和调控物质运转的能力。
3.核酸的生物功能从功能角度来讲，核酸是生物体重要的储存和传递遗传信息的生物分子。
这种传递是通过DNA基因编码蛋白质，进而实现生命活动中各种生命过程的顺畅进行。
RNA则参与了直接的蛋白质合成过程，由于核酸含有碱基、糖和磷酸等多种有机分子，因此也有着其他许多重要的生物功能，如RNA的酶活性，可以为其他分子转化化学键，将RNA分子作为分子的催化反应剂，促进细胞内的化学反应。
4.核酸构建与生命细胞如此微小而又复杂，核酸的构成和运作在其中起着至关重要的作用。
作为生物分子的一个重要组成部分，核酸的构建和正常的细胞分裂及特定功能发挥密切相关。
细胞内分子之间相互依存，调控本身，核酸与其他生物分子的相互作用与协调作用，让细胞更加完善，在生命表现方面不断实现优化。
总之，核酸结构与功能是生物化学领域的重点话题之一，涉及信息传递、蛋白质合成等许多关键过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Байду номын сангаас
提要
一、核酸的分类 二、核酸的一级结构 三、核酸的高级结构
1. DNA的高级结构 2. RNA的高级结构
四、核酸与蛋白质的相互作用
1. DNA与蛋白质形成的复合体 2. RNA与蛋白质形成的复合体
五、核酸的功能
核酸的分类
DNA —— 一种类型，一种功能 RNA —— 多种类型，多种功能
"The novel feature of the structure is the manner in which the two chains are held together by the purine and pyrimidine bases... The (bases) are joined together in pairs, a single base from one chain being hydrogen-bonded to a single base from the other chain, so that the two lie side by side...One of the pair must be a purine and the other a pyrimidine for bonding to occur. ...Only specific pairs of bases can bond together. These pairs are: adenine (purine) with thymine (pyrimidine), and guanine (purine) with cytosine (pyrimidine)."
"...It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material. The structure itself suggested that each strand could separate and act as a template for a new strand, therefore doubling the amount of DNA, yet keeping the genetic information, in the form of the original sequence, intact. "
– 碱基对位于双螺旋的内部，并垂直于暴露在外的脱氧核糖 磷酸骨架。碱基对之间通过疏水键和范德华力相互垛叠在 一起，对双螺旋的稳定起一定的作用；
"...in other words, if an adenine forms one member of a pair, on either chain, then on these assumptions the other member must be thymine; similarly for guanine and cytosine. The sequence of bases on a single chain does not appear to be restricted in any way. However, if only specific pairs of bases can be formed, it follows that if the sequence of bases on one chain is given, then the sequence on the other chain is automatically determined."
为什么RNA通常单链，DNA通常双链？
RNA处于单链状态，使其能够自我折叠成可以 和蛋白质相媲美的各种类型的二级结构和三级 结构，这是形成RNA结构多样性的基础，否则 所有的RNA与DNA一样，只能形成千篇一律的 双螺旋。
RNA在三维结构的多样性使其在细胞内能行使 多项生物学功能。DNA通常是双链的，使其能 够充分地行使作为遗传物质这项唯一的功能
已步入古稀之年的Watson（左）和 Crick（右）在讨论DNA双螺旋结构模型
B型双螺旋
DNA二级结构的主要形式为Watson和Crick于1953 年提出的B型双螺旋，其主要内容是：
– DNA由两条呈反平行的多聚核苷酸链组成，两条链相互缠 绕形成右手双螺旋；
– 组成右手双螺旋的两条链是互补的，它们通过特殊的碱基 对结合在一起，一条链上的A总是与另一条链的T，G总是 和C配对。其中AT碱基对有二个氢键，GC碱基对有3个氢 键；
Happy Birthday, Double Helix
"Molecular Structure of Nucleic Acids:
A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid"
(Nature, April 25, 1953. volume 171:737-738.)
不同类型的RNA的功能和分布
不同类型的RNA的功能和分布
核酸的一级结构
定义：核苷酸或碱基的排列顺序 写法：从左到右，5'端到3'端 意义：DNA一级结构贮存各种遗传信息
构成DNA和RNA核苷酸的结构和连接方式
DNA的二级结构
DNA的二级 结构主要是 各种形式的 螺旋，特别 是B-型双螺 旋，此外还 有A-型双螺 旋、Z-型双 螺旋、三链 螺旋和四链 螺旋等
编码RNA和非编码 (NcRNA)
DNA和RNA的结构异同
为什么DNA的第四个碱基通常是T?
C自发脱氨基变成U 修复酶能够识别这些突变，以用C取代这些U。 如何区分正常的U和突变而来的U? 使用T就很容易解决以上问题。
C
U
为什么DNA 2'-脱氧，RNA不是?
RNA临近的-OH使其更容易 DNA缺乏2'-OH更加稳定 遗传物质必须更加稳定 RNA需要的时候合成，不需要的时候需要 迅速降解。