核酸的结构与功能
核酸的结构与功能
核酸的结构与功能核酸，这个生物体的基本组成部分，以其独特的结构和功能，影响着生物体的生命活动。
它包括DNA和RNA两种主要类型，各有其独特的特点和功能。
一、核酸的结构核酸是由磷酸、核糖和四种不同的碱基组成。
这四种碱基分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。
它们通过特定的方式连接在一起，形成DNA或RNA。
DNA，也被称为脱氧核糖核酸，是生物体遗传信息的主要载体。
它是由两条相互旋转的链组成的双螺旋结构，其中碱基通过氢键以特定的配对方式连接，即A与T配对，G与C配对。
这种配对方式保证了DNA 的稳定性和遗传信息的正确复制。
RNA，也被称为核糖核酸，是生物体内重要的信息传递者和调节者。
它通常是由单链结构组成，也可以是双链结构。
与DNA不同，RNA的碱基配对方式相对简单，通常是A与U配对，G与C配对。
二、核酸的功能1、遗传信息的储存和传递：DNA是生物体遗传信息的主要载体，负责储存和传递生物的遗传信息。
这些信息通过DNA的复制传递给下一代，并指导生物体的生长和发育。
2、基因表达的调控：RNA在基因表达中起着重要的调控作用。
它可以通过碱基配对原则识别并携带DNA中的遗传信息，将遗传信息从DNA传递到蛋白质合成的地方。
同时，一些RNA还可以作为调节分子，影响基因的表达。
3、蛋白质合成：RNA不仅是遗传信息的载体，还是蛋白质合成的模板。
在蛋白质合成过程中，RNA将DNA中的遗传信息翻译成蛋白质中的氨基酸序列。
4、细胞内的信号传导：某些RNA分子可以作为分子开关，调控细胞内的信号传导通路。
这些RNA可以结合并调控蛋白质的活性，从而影响细胞内的生物化学反应。
5、免疫反应的调节：某些RNA分子还可以作为免疫反应的调节剂。
它们可以影响免疫细胞的活性，从而影响免疫反应的强度和持续时间。
总结起来，核酸是生物体中至关重要的分子，其结构和功能共同保证了生物体的正常生长和发育。
从DNA中的遗传信息传递到RNA的信息载体作用，再到蛋白质的合成和细胞内信号传导的调控，核酸都发挥着不可或缺的作用。
核酸的结构和功能
核酸的结构和功能核酸是生命体中的重要有机分子，承载着遗传信息传递和储存的功能。
本文将介绍核酸的结构和功能，并探讨其在生物体内的重要作用。
一、核酸的结构核酸主要由核苷酸单元组成，每个核苷酸由糖、磷酸和碱基三个部分组成。
1. 糖基核酸的糖基可以是核糖（RNA）或脱氧核糖（DNA）。
两者的化学结构略有差异，核糖分子上有一个羟基（-OH），而脱氧核糖则没有。
2. 磷酸基核酸的磷酸基连接在糖基上，形成糖磷酸骨架。
这些磷酸基在核酸的结构中起到支撑和稳定作用。
3. 碱基核酸的碱基分为嘌呤和嘧啶两类。
嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），它们具有双环结构。
嘧啶包括胸腺嘧啶（T，DNA中）或尿嘧啶（U，RNA中）以及胞嘧啶（C），它们是单环结构。
通过糖基和碱基的结合，核苷酸单元可以形成线性或环状的核酸分子。
二、核酸的功能1. 遗传信息传递与储存核酸是生物体内传递和储存遗传信息的重要分子。
DNA是细胞内遗传信息的主要储存库，而RNA则将这些信息从DNA中传递到蛋白质的合成过程中。
2. 蛋白质合成RNA在蛋白质合成过程中起着重要的角色。
其中，转录过程将DNA上的信息转录成RNA分子，而翻译过程则利用RNA的遗传信息来合成特定的蛋白质。
3. 酶的活性调节某些RNA分子本身具有催化活性，称为核糖酶。
这些核糖酶可以催化特定的生化反应，从而调节细胞内的代谢和信号传递过程。
4. 调控基因表达RNA通过调控基因表达来控制细胞的发育和功能。
其中，小干扰RNA（siRNA）和微小RNA（miRNA）等RNA分子可以与特定的mRNA结合，从而抑制或加强特定基因的转录和翻译过程。
5. 病毒的复制与感染一些病毒利用RNA作为基因材料进行复制和传播。
例如，HIV等病毒具有RNA基因组，通过感染宿主细胞并复制RNA来使病毒持续存在。
三、核酸的重要性核酸作为生命体中的重要分子，在生物体内扮演着关键的角色。
它们不仅负责生物体遗传信息的传递和储存，还参与了细胞代谢的调控和基因表达的调节。
大学化学-核酸的结构与功能
（3）、Watson 和Crick提出双螺旋模型（1953）
2011-9
20
Franklin, Rosalind Elsie
(UK,1920-58), who conducted X-ray
diffraction studies on the structure of
the DNA molecule, the carrier of hereditary information, while working
1´
3´ 2´
5´
HOCH2 O OH
4´
1´
3´ 2´OH ຫໍສະໝຸດ HOH H-D –型
- D – 核糖
- D – 2 – 脱氧核糖
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两类核酸的基本成分
成分
磷酸 戊糖 嘌呤碱 嘧啶碱
RNA
磷酸 D-核糖 A、G C、U
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DNA
磷酸 D-2-脱氧核糖 A、G C、T
9
核苷、核苷酸与多核苷酸
2011-9
14
二、DNA的基本组成单位是脱氧核苷酸
脱氧核苷酸通过3’,5’-磷酸二酯键连接形成具 有方向性的线性DNA大分子，即多聚脱氧核苷酸 (polydeoxynucleotide)，常称DNA链。
H2O
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5´-末端
核酸是有方向性的： C 方向：5 → 3
磷酸二酯键 磷酸二酯键
(deoxyribonucleic acid, DNA)
存在于细胞核和线粒体
携带遗传信息，并通过复制传递 给下一代。
核糖核酸 (ribonucleic acid, RNA)
分布于细胞核、细胞质、线粒体
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。
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）
核酸结构与功能解析
核酸结构与功能解析核酸是构成生物体内遗传信息的主要分子之一，其中包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
这两种核酸都具有复杂的结构和多样的功能，对于生物体的正常运行至关重要。
本文将对核酸的结构和功能进行详细解析。
一、脱氧核糖核酸（DNA）的结构与功能DNA是一种由核苷酸单元组成的长链分子，每个核苷酸单元由磷酸、脱氧核糖和一种碱基组成。
DNA分子通常以双螺旋结构存在，其中两条链通过碱基间的氢键相互配对，形成阅读方向相反的互补链。
DNA的主要功能是存储和传递遗传信息。
在细胞分裂过程中，DNA复制可以确保每个新细胞都获得与母细胞相同的遗传信息。
此外，DNA还通过转录的过程将遗传信息转化为RNA，进一步参与蛋白质的合成。
二、核糖核酸（RNA）的结构与功能RNA同样由核苷酸单元组成，但与DNA不同的是，RNA中的脱氧核糖被核糖代替，而胸腺嘧啶（T）碱基则被尿嘧啶（U）取代。
RNA分子通常以单链或者部分螺旋结构存在。
RNA具有多种功能，其中最重要的是参与蛋白质合成。
在转录过程中，RNA通过与DNA互补配对的方式，将DNA中的遗传信息转录成RNA信使分子（mRNA）。
随后，mRNA将被转运到核糖体，通过翻译过程将遗传信息转化为特定的氨基酸序列，从而合成蛋白质。
除了参与蛋白质合成外，RNA还有多种其他功能。
例如，转运RNA（tRNA）能将氨基酸输送到核糖体，核糖体RNA（rRNA）在蛋白质合成中担任结构和催化剂的角色，小核仁RNA（snoRNA）参与修饰rRNA等。
三、核酸结构与功能的相互关系DNA和RNA在结构上的差异直接决定了它们具有不同的功能。
DNA具有较强的稳定性，适合长期存储遗传信息。
同时，DNA的双螺旋结构也使得它在复制过程中具有较高的准确性。
相比之下，RNA的结构相对不稳定，但具有较强的反应活性。
这使得RNA能够更加灵活地参与蛋白质合成和其他生物过程。
此外，由于RNA中的碱基尿嘧啶（U）的存在，RNA相较于DNA更容易发生突变。
核酸的结构与功能(共68张PPT)
二、DNA通过3,5-磷酸二酯键连接
一个脱氧核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5的 α-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键(phosphodiester bond)。
多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方 向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸
(polydeoxynucleotide)，即DNA链。
5.5 nm
11 nm
核小体核心颗粒
主要内容：
•核酸的化学组成
DNA
•核酸的分子结构
RNA
•核酸的理化性质
RNA的结构功能
• RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的
调控。
• RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局部 二级结构或三级结构。
• RNA比DNA小的多。 • RNA的种类、大小和结构远比DNA表现出多样
核仁
核糖体组成成分 蛋白质合成模板 转运氨基酸 翻译调控
信号肽识别体的组成成分
成熟mRNA的前体 参与hnRNA的剪接、转运 rRNA的加工和修饰
线粒体核糖体RNA mt rRNA 线粒体
核糖体组成成分
线粒体信使RNA 线粒体转运RNA
mt mRNA mt tRNA
线粒体 线粒体
蛋白质合成模板 转运氨基酸
mRNA成熟过程
内含子
(intron)
外显子(exΒιβλιοθήκη n)hnRNAmRNA
成熟的真核生物mRNA
5' m 7Gppp
AUG
编 码 区
3' UAA AAA… … An
5'非 翻 译 区
3'非 翻 译 区
• 成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。 • 5-末端的帽子(cap)结构和3-末端的多聚A尾(poly-A
第二章 核酸的结构与功能
核酸的结构与功能
❖ 1868年，瑞士外科医生Fridrich从外科手术绷带上的脓细胞的细 胞核中分离出一种溶于碱而不溶于酸的酸性有机化合物，其分子 中含磷2.5%、含氮14%，该物质被命名为核酸。
❖ 根据核酸分子中所含戊糖的差别： （一）脱氧核糖核酸（DNA）:主要存在于细胞核中（真核细胞的 线粒体中也存在不少量的DNA），携带着决定个体基因型的遗传信 息，是遗传信息的贮存和携带者； （二）核糖核酸（RNA）:主要存在于细胞核和细胞质中，参与细
比DNA复制得多，这与它的功能多样化密切相关。
一、mRNA是蛋白质合成中的模板
❖ 1960年，Jacob 和 Monod 等人用放射性核素示踪实验证实： 一类大小不同的RNA才是细胞内合成蛋白质的真正模板，于 1961年首先提出了信使RNA（mRNA）这个概念。
❖ 在各种RNA分子中，mRNA约占细胞内RNA总量的2～5%，种类 最多，分子大小相差很大；
N H
❖DN生称AN物为稀体有的D碱N基A8 N和79NH。RN45 AN36分12 子N 中NH2还含有一些65含1N4 3量2N 很O 少H的3C碱基65 1，N4 32
N
O
鸟嘌呤
RNA
胞嘧啶
胸腺嘧啶
5´
HOCH2
4´ H
OH O
H 1´
H
H
3´
2´
OH OH
β-D-核糖（构成RNA）
5´
HOCH2
遗传的相对稳定性，又可发生各种重组和突变，适应环境的 变迁，为自然选R型择细提菌供：无机毒会型。肺炎球菌
S型细菌：有毒型肺炎球菌
肺炎球菌转化实验
第三节
RNA 的结构与功能
❖ RNA和蛋白质共同担负着基因的表达和表达调控功能。 ❖ RNA通常以单链形式存在，但可通过链内的碱基配对形成
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3、核糖体RNA (ribosome RNA ，rRNA)
? 占细胞中总 RNA80%左右，含量最大 。在蛋白质 合成中起催化作用，催化肽键的形成 （可以说， 核 糖体是一种核酶，蛋白质只是维持 rRNA构象）。
? 包括核糖核苷酸 （ RNA的结构单位） 和脱氧核糖核苷酸 （ DNA的结构单位）
? 细胞内还有 各种游离 的核苷酸和核苷酸衍 生物，它们有重要的 生理功能。
? 如：FAD、CoA、 NAD+、NADP+、腺 苷钴胺素 ……
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（一）碱基（base）
1、嘧啶碱(pyrimidine base)
? 嘧啶的衍生物。 ? 核酸中常见的嘧啶：胞嘧啶 (cytosine,C) 、尿
（2）稀有碱基种类极多，大多数都是 甲基化（m） 碱基。
? 修饰基团在碱基上的写在碱基符号左边，修饰基团 在核糖上的写在碱基符号右边，修饰基团的位置写 在右上角，数目写在右下角。
（3）稀有碱基在各种类型核酸中的分布不均一， 在 tRNA中含量较高 （可高达10%）
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（二）核苷
? 1.核苷：由戊糖与碱基 以糖苷键 连接而成， 是一种糖苷。
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三、核酸ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生物功能
1、ＤＮＡ是主要的遗传物质 2、RNA功能的多样性 ? 控制蛋白质合成； ? 作用于RNA转录后加工与修饰； ? 基因表达与细胞功能的调控； ? 催化作用； ? 遗传信息的加工与进化； ? 在RNA病毒中是遗传信息的一级载体
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第三节、核酸的组成、结构
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一、核苷酸
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（三）核苷酸
1.核糖核苷的糖环上有 3个自由羟基，能形成 3种 不同的核苷酸；
? 脱氧核糖核苷的糖环上有 2个自由羟基，只能 形成2种不同的核苷酸；
? 生物体内游离存在的核苷酸多是5′ -核苷酸。
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2.多磷酸核苷酸
? ⑴种类： 5′-二 磷酸核苷（ 5′NDP）、 5′ -三 磷酸核苷（ 5′NTP）
? 1944 年， O. Avery 通过肺炎双球菌转化实验证 明DNA是遗传物质
? 1953年， Watson-Crick 提出DNA双螺旋结构模型， 为分子生物学的发展史奠定了基础。
? 2000年，人类基因组计划（ HGP）基本完成：
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3
第二节、核酸的种类、分布及功能
一、核酸的种类
? 脱氧核糖核酸 （deoxyribonucleic acid ，DNA）和 核糖核酸（ribonucleic acid ， RNA）两大类。
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? DNA：含有D-2-脱氧核糖；通常为双链结构，使 DNA分子稳定；是 主要的遗传物质 ，通过复制而将 遗传信息由亲代传给子代。
? RNA：含有D-核糖；通常为单链结构（某些病毒为 双链RNA）；与遗传信息的表达有关 。
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㈠、DNA的种类
? 1、线型双链DNA：真核生物染色体 DNA、某些 病毒DNA 。
? 2.通常是戊糖的 C1′ 与嘧啶碱的 N1或嘌呤 碱的N9相连接。糖苷 键为 C—N键，为 N-糖 苷键（核酸中均为β 糖苷键）。
? 3.包括核糖核苷和脱 氧核糖核苷。
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? 4.糖环中的碳原子标号右上角 加撇，而碱基中原 子的标号不加撇。
? 5、稀有核苷包括修饰核苷和异构化核苷。 ? 核糖也能被修饰，主要是 甲基化； ? 稀有核苷主要在 RNA中； ? 假尿苷：核糖的 C1′与尿嘧啶的 C5相连。
? 2、环状双链DNA：原核生物染色体 DNA、质粒 DNA、真核生物细胞器 DNA、某些病毒 DNA 。
? 3、线型单链DNA：某些病毒 DNA，如：小鼠微 小病毒
? 4、环状单链DNA：某些病毒 DNA，如：丝杆噬 菌体fd
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㈡、RNA的种类
1、信使RNA （ mRNA） ? 占细胞总RNA的3%~5%左右，
? ⑵功能：核酸合 成的前体；重要 的辅酶和能量载 体。
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3、环化核苷酸
? ⑴重要的有： cAMP 、cGMP 。
? ⑵功能：细胞功 能的调节因子和 信号分子。
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cAMP的产生
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二、核酸的共价结构
? 核酸的共价结构 ：即核 酸的一级结构，指核酸 的核苷酸序列。
（一）核酸中核苷酸的连 接方式
⑴原核细胞中 rRNA有三种，分别是： 16SrRNA（小亚 基），23SrRNA、5SrRNA（大亚基） ；
⑵高等真核细胞中 rRNA有四种，分别是： 18SrRNA （小亚基）， 28SrRNA 、5.8SrRNA、5SrRNA （大亚基） 。
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二、核酸的分布
? 1、DNA的分布 ? 核（ 98 %） ；浆（ 2 %） ? 原核细胞：核区；细胞质 ? 真核细胞：细胞核；线粒体、叶绿体等细胞器 ? 2、RNA的分布 ? 核（%） <10；浆（%） >90 ? 3、病毒或只含 DNA，或只含RNA。
6-氨基嘌呤
2-氨基,6-氧嘌呤
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? 核酸中五种碱基中的 酮基和氨基，均位于碱基 环中氮原子的邻位，可以发生 酮式一烯醇式 或 氨基、亚氨基 之间的结构互变，书写时用任何 一种皆可。
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3、稀有碱基（minorbase）
（1）稀有碱基：又称修饰碱基（ modified base ）， 稀有的微量碱基衍生物。
嘧啶(uracil,U) （ RNA ）、胸腺嘧啶 (thymine,T) （ DNA ）。 ? 胸腺嘧啶在tRNA中也有少量存在。
2、嘌呤碱(purine base)
? 嘌呤的衍生物。 ? 核酸中常见的嘌呤：鸟嘌呤 (guanine,G) 、腺嘌
呤(adenine,A)
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2-氧,4-氨基嘧啶 5-甲基尿嘧啶 2,4-二氧嘧啶
第一章、核酸的结构与功能 （nucleic acid）
1
本章内容提要：
? 第一节、核酸的发现与研究简史
? 第二节、核酸的种类、分布及功能 ? 第三节、核酸的组成、结构 ＊ ? 第四节、核酸的理化性质 ＊
2
第一节、核酸的发现与研究简史
? 1868年，瑞士的外科医生 Friedrich Miescher 从脓 细胞中发现了 DNA。