生物化学第二章核酸的结构和功能
Chapter 2 核酸的结构与功能教学教材
核酸的结构与功能
Structures and Functions of Nucleic Acids
内容
2.1 核酸的种类与分布 2.2 核苷酸 2.3 DNA的分子结构 2.4 核酸与蛋白质的复合体 2.5 RNA的分子结构 2.6 核酸的理化性质
2
2.1 核酸（Nucleic acid） 的种类与分布
48
（四）DNA双螺旋结构的多样性
49
双螺旋DNA的类型及相关参数
类型 螺旋方向
存在条件
螺距 碱基数/螺旋 碱基倾角
A-DNA 右手
相对湿度75% 2.53 nm
11
19°
B-DNA 右手
相对湿度92% 3.54 nm
10.4
1°
Z-DNA 左手 嘌呤－嘧啶二核 4.56 nm
12
苷酸为重复单位
N=A/U/G/C
同样，dNDP、dNTP， N=A/T/G/C
腺嘌呤 腺苷
16
核苷多磷酸的生物学功能:
§NTP和dNTP分别是RNA和DNA的直接前体。 §ATP分子的最显著特点是含有两个高能磷酸键。水
解时, ATP可以释放出大量自由能，推动生物体内 各种需能的生化反应。 §UDP、ADP、GDP在多糖合成中，可作为携带葡 萄糖基的载体；CDP在磷脂合成中可作为携带胆 碱的载体。 §GTP、CTP、UTP在某些生化反应中也具有传递能 量的作用。
11
稀 有 碱 基
大多甲基化碱基，tRNA含量丰富 (高达10％) 12
2.2.3 戊糖
β-D-核糖
β-D-脱氧核糖
13
2.2.4 核苷
碱基和核糖（或脱氧核糖）通过C-N 糖苷 键连接形成核苷（或脱氧核苷）。
大学药学-生物化学-核酸的结构与功能-试题与答案(附详解)
生物化学第二节核酸的结构与功能一、A11、关于DNA的二级结构(双螺旋结构)描述正确的是A、碱基A和U配对B、碱基G和T配对C、两条同向的多核苷酸D、两条反向的多核苷酸E、碱基之间以共价键连接2、DNA双螺旋结构模型的描述，不正确的是A、腺嘌呤的摩尔数等于胸腺嘧啶的摩尔数B、同种生物体不同组织中的DNA碱基组成极为相似C、DNA双螺旋中碱基对位于外侧D、两股多核苷酸链通过A与T或C与G之间的氢键连接E、维持双螺旋稳定的主要因素是氢键和碱基堆积力3、核酸分子中储存、传递遗传信息的关键部分是A、戊糖构象B、碱基的旋转角C、碱基序列D、戊糖磷酸骨架E、磷酸二酯键4、DNA的主要功能是A、翻译的模板B、反转录的模板C、翻译和反转录的模板D、复制和基因转录的模板E、突变与进化5、对于tRNA 的叙述下列哪项是错误的A、tRNA 通常由70-80 个核苷酸组成B、细胞内有多种tRNAC、参与蛋白质的生物合成D、分子量一般比mRNA 小E、可作为各种氨基酸的转运载体6、下列关于RNA 的论述哪项是错误的A、主要有mRNA,tRNA ,rRNA 等种类B、原核生物共有5S、16S、23S三种rRNAC、tRNA 是最小的一种RNAD、tRNA主要的作用是在细胞核内转录DNA基因序列信息E、组成核糖体的RNA 是rRNA7、下列关于tRNA的叙述错误的是A、分子量最小B、是各种氨基酸的转运载体在蛋白质合成中转运氨基酸原料C、tRNA的二级结构为三叶草形D、tRNA的三级结构为倒“L”型的结构E、5’-末端具有特殊的帽子结构8、DNA中核苷酸之间的连接方式是A、氢键B、2’，3’-磷酸二酯键C、3’，5’-磷酸二酯键D、2’，5’-磷酸二酯键E、疏水键9、下列哪种碱基只见于RNA而不见于DNAA、AB、TC、GD、CE、U10、RNA和DNA彻底水解后的产物是A、戊糖相同，部分碱基不同B、碱基相同，戊糖不同C、碱基不同，戊糖不同D、碱基相同，戊糖相同E、碱基相同，部分戊糖不同11、组成核酸的基本单位是A、含氮碱基B、核苷酸C、多核苷酸D、核糖核苷E、脱氧核糖核苷12、核苷酸之间的连接方式是A、氢键B、酯键C、离子键D、糖苷键E、3’，5’-磷酸二酯键13、DNA的解链温度指的是A、A260nm达到最大值时的温度B、A260nm达到最大值的50%时的温度C、DNA开始解链时所需要的温度D、DNA完全解链时所需要的温度E、A280nm达到最大值的50%时的温度二、B1、A.α-螺旋B.β-折叠C.PolyA尾D.m7GpppNmE.双螺旋结构<1> 、DNA的二级结构特征A B C D E<2> 、真核生物mRNA3’-端特征A B C D E2、A.DNAB.mRNAC.rRNAD.tRNAE.hnRNA<1> 、储存遗传信息的关键核酸分子是A B C D E<2> 、蛋白质合成的直接模板是A B C D E答案部分一、A11、【正确答案】D【答案解析】DNA是一反向平行的双链结构，两条链的碱基之间以氢键相连接。
第二章核酸的分子结构
核酸的研究历史和重要性（续） 历史
70年代 建立DNA重组技术，改变了分子生物学的面貌，并导 致生物技术的兴起。 80年代 RNA研究出现第二次高潮：ribozyme、反义RNA、 “RNA世界”假说等等。 90年代以后 实施人类基因组计划（HGP）, 开辟了生命科学 新纪元。
人类基因组测序完成后，生命科学进入后基因组时代： 功能基因组学（functional genomics） Hapmap(单体型图 ) (基于SNP) 蛋白质组学（proteomics）
RNA分子中各核苷之间 的连接方式（3´-5´磷酸二 酯键）和排列顺序叫做 RNA的一级结构
RNA与DNA的差异
DNA
RNA
糖 脱氧核糖 核糖
碱基 AGCT
AGCU
不含稀有碱基 含稀有碱基
OH
5´
3´ OH
OH
4.1.2 RNA的类别
信使RNA（messenger RNA，mRNA）：在蛋白 质合成中起模板作用；
反转重复（inverted repeated)：由反方向互补的 两个DNA片段组成，两个反转重复序列又叫回 文序列(palindrome sequence)。(第47页)
镜像重复(mirror repeat)：由反方向完全相同的 两个序列组成。
直接重复(direct repeat)：由同一方向完全相同 的两个序列组成。正向重复序列、顺向重复序 列。
2 核酸的基本结构单位—核苷酸
2.1 核苷酸的化学组成与命名 2.1.1 碱基、核苷、核苷酸的概念和关系 2.1.2 常见碱基的结构与命名法 2.1.3 常见（脱氧）核苷酸的基本结构与命名 2.1.4 稀有核苷酸 2.1.5 细胞内游离核苷酸及其衍生物
生物化学学习题核酸的组成与功能
生物化学学习题核酸的组成与功能核酸是生物体内重要的生物大分子之一，它在细胞的遗传信息传递和蛋白质的合成过程中起着关键的作用。
本文将围绕核酸的组成与功能展开讨论。
第一部分：核酸的组成核酸主要由核苷酸组成，而核苷酸又由磷酸、核糖或脱氧核糖以及核碱基三个部分构成。
核酸可分为两类：核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。
1. RNA的组成RNA由核糖和磷酸基团以及四种不同的核酸碱基组成，分别是腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和尿嘧啶（U）。
RNA具有单链结构，呈现出多样的空间构象。
2. DNA的组成DNA由脱氧核糖和磷酸基团以及四种不同的核酸碱基组成，包括腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）。
DNA 以双链螺旋的形式存在，两条链通过碱基间的氢键相互结合。
第二部分：核酸的功能核酸在生物体内具有多种重要的功能，主要包括遗传信息传递、蛋白质合成和调控基因表达等。
1. 遗传信息传递DNA是生物体内遗传信息的携带者，通过基因的排列组合和序列的变异，决定了个体的遗传特征。
DNA通过复制和遗传物质的传递，保证了遗传信息在代际之间的传递。
2. 蛋白质合成RNA在蛋白质的合成过程中发挥重要作用。
首先，DNA通过转录过程生成RNA的复制体，即mRNA。
然后，mRNA被带有氨基酸的tRNA识别，从而在核糖体上进行翻译，合成出特定的蛋白质。
3. 调控基因表达除了编码蛋白质的mRNA外，RNA还包括转运RNA（tRNA）、核糖体RNA（rRNA）和小核RNA（snRNA）等。
这些RNA参与了基因表达的调控过程，例如，tRNA将特定的氨基酸带给核糖体进行蛋白质合成，而rRNA则是核糖体的组成部分。
此外，还有一类特殊的RNA，即非编码RNA（ncRNA），它们不编码蛋白质，而在细胞过程中扮演重要的调控角色，如调控基因表达、修饰染色体结构等。
结语：核酸作为生物体内不可或缺的生物大分子，其组成和功能多种多样。
生物化学第二章 核酸的结构与功能试题及答案
第二章核酸的结构与功能一、名词解释1．核酸2．核苷3．核苷酸4．稀有碱基5．碱基对6．DNA的一级结构7．核酸的变性8．Tm值9．DNA的复性10．核酸的杂交二、填空题11．核酸可分为____和____两大类，其中____主要存在于____中，而____主要存在于____。
12．核酸完全水解生成的产物有____、____和____，其中糖基有____、____，碱基有____和____两大类。
13．生物体内的嘌呤碱主要有____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____。
14．DNA和RNA分子在物质组成上有所不同，主要表现在____和____的不同，DNA分子中存在的是____和____，RNA分子中存在的是____和____。
15．RNA的基本组成单位是____、____、____、____，DNA的基本组成单位是____、____、____、____，它们通过____键相互连接形成多核苷酸链。
16．DNA的二级结构是____结构，其中碱基组成的共同特点是（若按摩尔数计算）____、____、____。
17．测知某一DNA样品中，A=0.53mol、C=0.25mol、那么T= ____mol，G= ____mol。
18．嘌呤环上的第____位氮原子与戊糖的第____位碳原子相连形成____键，通过这种键相连而成的化合物叫____。
19．嘧啶环上的第____位氮原子与戊糖的第____位碳原子相连形成____键，通过这种键相连而成的化合物叫____。
20．体内有两个主要的环核苷酸是____、____，它们的主要生理功用是____。
21．写出下列核苷酸符号的中文名称：ATP____、dCDP____。
22．DNA分子中，两条链通过碱基间的____相连，碱基间的配对原则是____对____、____对____。
23．DNA二级结构的重要特点是形成____结构，此结构属于____螺旋，此结构内部是由____通过____相连维持，其纵向结构的维系力是____。
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
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。
生物化学《生物化学》
第二章核酸的结构和功能一．名词解释变性和复性分子杂交增色效应和减色效应Tm cAMP Chargaff定律二．填空题1、tRNA的二级结构呈（）型。
2、DNA变性后，紫外吸收（）。
3、核苷由（）和（）组成。
4、维持DNA双螺旋稳定的作用力是（）。
5、碱基当量定律： A =（）、G =（）。
6、 DNA的一级结构是指DNA中各种脱氧核苷酸之间的（）和（）。
三．判断题1、核酸变性后其分子量也发生改变。
（）2、RNA主要分布于细胞核中。
（）3、稀有核苷酸主要存在于tRNA中。
（）4、DNA的三级结构呈倒 L 型。
（）5、原核生物的mRNA是单顺反子。
（）6、分子杂交只发生于不同分子的DNA之间。
（）7．B-DNA是反平行双链右手螺旋。
（）8、DNA链一级结构的读向是3′→ 5′（）四．1、有一DNA片段是pCTGGAC，另有两条片段互补，①条对还是②条对（）①pGACCTC ②pGTCCAG（因为DNA片段是5ˊ→3ˊ，互补就应该是从3ˊ→5ˊ，所以②对。
）2、如果Tm高，那么A+T的量是高还是低，Tm高说明G+C含量高，G+C三个H键熔解温度比A=T二个氢键的高。
3、DNA一个螺旋有几个碱基对？10个，若某DNA的分子量是3×107，每一对碱基的分子量是670，问这DNA的长度是多少？要计算长度先必须算碱基对一个碱基对上升高度是34A所以，3.4×44776=15.22×10-4cm,那么这一段有多少个螺旋?等于4478个螺旋.五．问答题1、某DNA样品含腺嘌呤15.1%（按摩尔碱基计），计算其余碱基的百分含量。
2、DNA双螺旋结构是什么时候，由谁提出来的？试述其结构模型。
3、tRNA的结构有何特点？有何功能？4、DNA和RNA的结构有何异同？5、嘧啶、核苷、核苷酸和核酸在分子结构上的关系6、 E.chargaff定则的内容是什么？第三章蛋白质化学一．名词解释等电点（pI）肽键和肽链肽平面及二面角一级结构二级结构三级结构四级结构超二级结构结构域蛋白质变性与复性分子病肽二．问答题和计算题1、为什麽说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？2、试举例说明蛋白质结构与功能的关系（包括一级结构、高级结构与功能的关系）。
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5′ 3′
2.37nm
10.5对 碱基 3.54nm
目录
碱基互补配对:胸腺嘧啶(T) /腺嘌呤 (A)
目录
碱基互补配对: 胞嘧啶(C)/鸟嘌呤 (G)
目录
DNA双螺旋结构的多样性：
降湿的右手螺旋
常见的右手螺旋
左手螺旋
目录
二、DNA的高级结构
超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
碱基
DNA
A、 G、C、T
RNA
A、 G、C、U
核糖 脱氧核糖
核糖
目录
核苷:
NH2
N
N
9
N
N
CH2OH O
HH
1'
H 2'
H
O
OH
H
糖苷键
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(ribonucleoside)。
目录
核苷酸(ribonucleotide):
NH2
酯键 N
C
概 念:
核苷酸在核酸分
子中从5′端到3′端
A
的排列顺序。
化学键: 3′5′磷酸二酯键
核酸链的方向是5 → 3
G
3′端
目录
书写方法： A G T G C T
5 P P P P P P OH 3
5 A C T G C T 3
1、核酸分子的大小常用碱基数目（对）来表示。 2、小的核酸片段(<50bp)常被称为寡核苷酸。 3、自然界中的DNA和RNA的长度可以高达几十万 个碱基，称多核苷酸（链）。
正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同。
负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。
（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构
原核生物DNA多为环状结构，以负超螺旋的 形式存在，平均每200对碱基就形成一个超螺旋。
（二）真核生物DNA的超螺旋结构（高度有 序和高度致密的结构）
目录
嘌呤(purine，Pu)
N 7
5 6 1N
8 9 NH
43 2 N
NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
O
N NH
NH
N
鸟嘌呤(guanine,
N
G)
H
2
目录
嘧啶(pyrimidine，Py)
O
5 4 3N 612
NH
NH2
N
NH
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
O
H 3C NH
N
9
O
N
N
HO P O CH 2 OHH
O
H1' 2'
H
OH OH
糖苷键
核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸 (ribonucleotide)或脱氧核苷酸(deoxyribonucleotide)。
目录
多磷酸核苷酸:
5′-磷酯键
NH 2 N
N
O
O
O
N
N
-O P O-
OP O-
OPO O-
第二章 核酸的结构与功能
Structure and Function of Nucleic Acid
核 酸(nucleic acid)
以核苷酸为基本组成单位的生物 大分子，它具有严密空间构象和重要 生理功能（携带和传递遗传信息）。
核酸的分类与分布
核酸
脱氧核糖核酸
(deoxyribonucleic acid,ＤＮＡ)
目录
RNA的种类、分布、功能
细胞核和胞液 线粒体 功
能
核蛋白体RNA rRNA
mt rRNA 核蛋白体组分
信使RNA
mRNA
mt mRNA 蛋白质合成模板
目录
一、组成核酸的基本单位---核苷酸
核酸
核苷酸（组成基本单位）
磷酸 核 苷
戊糖
碱基
核糖 脱氧核糖 嘌呤 嘧啶
目录
核酸的化学组成 :
1. 元素组成
C、H、O、N、P（9~10%）
2. 分子组成
腺嘌呤
碱基
嘌呤 嘧啶
鸟嘌呤 胞嘧啶 尿嘧啶
存在于DNA和RNA中 仅存在于RNA中
胸腺嘧啶
仅存在于DNA中
1、真核生物DNA以非常有序的形式存在于细胞 核内。
2、在细胞周期的大部分时间里，DNA以松散的 染色质形式存在，在细胞分裂期则形成高度致 密的染色体。
目录
DNA染色质的电镜图像:
DNA染色质呈现出的串珠样结构。 染色质的基本单位是核小体(nucleosome)。
目录
核小体的组成:
DNA：约200bp （150+60） 组蛋白：H1
CH 2 O
H
H
H OH
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)
目录
核苷酸衍生物:
环化核苷酸：cAMP、cGMP，是细胞信 号转导中的第二信使。
NH2
N
N
O CH2O N
N
cAMP
O P O OH
OH
目录
5′端
二、核酸的一级结构
第二节
DNA的空间结构与功能
Dimensional Structure and Function of DNA
3′ 一、DNA的二级结构 5 ′
反向平行的双螺旋结构（右手）
相邻碱基相距0.34nm 每一圈10.5对碱基 每一圈高 度3.54nm 碱基配对规则：
[A] = [T] [G] [C] 氢键和疏水键共同维系 DNA双螺旋结构的稳
NH
O
胸腺嘧啶(thymine, T)
目录
戊糖:
H O CH 2
O H H O CH 2
OH
5´ O
O
4´
1´
3´ 2´
OH OH
核糖(ribose) （组成RNA）
OH
脱氧核糖(deoxyribose) （组成DNA）
目录
DNA和RNA分子组成的区别:
核酸
mＲＮＡ
核糖核酸
(ribonucleic acid,ＲＮＡ)
tＲＮＡ rＲＮＡ
ＤＮＡ９０％存在于细胞核内，贮存和传递遗传信息。
ＲＮＡ９８％存在于细胞质中，参与蛋白质的合成。
目录
第一节 核酸的化学组成及其一级结构
The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid
目录
第三节 RNA的结构与功能
Structure and Function of RNA
目录
概述： 1、RNA与蛋白质共同负责基因的表达和
表达过程的调控。 2、RNA通常以单链的形式存在，但局部
有复杂的二级结构或三级结构。 3、RNA比DNA小的多。 4、RNA的种类、大小和结构远比DNA表
现出多样性。
H2A，H2B H3 H4
目录
八聚体
150bp 1.75圈
60bp
目录
目录
真核生物的染色体:
目录
三、DNA的基本生理功能
1、DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗 传信息，并作为基因复制和转录的模板。
它是生命遗传的物质基础，也是个体生 命活动的信息基础。 2、 基因 --- DNA分子中特定功能的区段。