生物化学：第二章 核酸b
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
《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_________。
第二章 核酸的结构与功能
第二章核酸的结构与功能Structure and Function of nucleic acid一、授课章节及主要内容：第二章核酸的结构与功能二、授课对象：临床医学、预防、法医（五年制）、临床医学（七年制）通过本章的学习让学生掌握两种核酸分子即DNA和RNA的化学组成、分子结构和功能及其理化性质的特点和应用。
三、授课学时本章共安排3学时（每个课时为45分钟）。
讲授安排如下：1学时：概述+第一节核酸的化学组成及一级结构和第二节DNA的空间结构与功能中的第一部分：DNA的二级结构——双螺旋结构模型；2学时：第二节DNA的空间结构与功能的第二部分：DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装和第三节RNA的空间结构与功能的第一点：信使RNA（mRNA）的结构与功能3学时：第三节RNA的空间结构与功能的第二点：转运RNA（tRNA）的结构与功能和第二点：转运RNA（tRNA）的结构与功能和第二点：核蛋白体RNA（rRNA）的结构与功能及第四节核酸的理化性质和第五节核酸酶四、教学目的与要求五、重点与难点重点：掌握核酸的分类、分布及生物学意义。
掌握DNA和RNA的化学组成。
掌握DNA 的一级结构、空间结构及其功能，RNA的一级结构以及三种RNA的功能。
掌握DNA的变性、复性、分子杂交的概念。
难点：核酸的结构（DNA的一级结构、空间结构，几种重要的RNA的结构）六、教学方法及授课大致安排以讲授为主，授课结束前作适当的小节，帮助学生消化当天所学的内容，另外课前穿插提问帮助学生复习，巩固已学的知识。
七、主要外文专业词汇八、思考题1、试比较两类核酸的化学组成、分子结构、分布及生物学功能。
2、简述DNA双螺旋结构的碱基组成的Chargaff规则。
3、简述真核细胞的mRNA的结构特点和功用。
4、简述tRNA的分子组成、结构特点和功能。
5、什么是TM值？他有何生物学意义？6、什么是核酶？他在医学发展中有何意义？7、什么是DNA变性、复性、分子杂交和增色效应？有何实际意义？九、教材与教具：人民卫生出版社《生物化学》第六版十、授课提纲(或基本内容)概述Introduction核酸（nucleic acid）是以核苷酸为基本组成单位的生物信息大分子。
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
生物化学-核酸课件
病毒：DNA病毒
第二节 核酸的分子组成
核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖 （核糖或脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水 解则产生核苷和核苷酸。每个核苷分子含一分子碱 基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除产生 核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物可 用层析或电泳等方法分离鉴定。
碱基
核小体的组成
DNA：约200bp
组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4
八聚体
DNA的功能：基因是DNA分子中的某一段核 苷酸排列顺序，编码特定的蛋白质。
二、RNA的种类和分子结构
RNA的一级结构：多核糖核苷酸链中核苷酸的 排列顺序
RNA为一条多核苷酸链，有的碱基配对，有的 不配对，可以螺旋，也可以不螺旋。
与核糖体蛋白形成核糖体， 是蛋白质合成的场所
二、核酸的种类和分布
核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid （DNA） 核糖核酸 Ribonucleic Acid（RNA）
98％核中（染色体中）
真核
线粒体（mDNA）
核外
叶绿体（ctDNA）
DNA
拟核
原核
核外：质粒（plasmid）
核酸
碱基
戊糖
DNA A、G、C、T 脱氧核糖
RNA A、G、C、U 核糖
（二） DNA的二级结构 ——双螺旋结构
DNA双螺旋结构模型要点
1.两条链反向，平行，碱基互补 [A] = [T] [G] [C] 。
2.围绕同一中心轴构成右手双螺 旋 。螺旋直径2nm，表面有 大沟和小沟（蛋白质结合部 位）。
tRNA的三级结构
三、rRNA
占RNA总量的80
％
基础生物化学习题有答案
由于是一个人加班整理，可能会有点错，请大家原谅，谢谢！基础生物化学习题第二章核酸(一)名词解释核酸的变性与复性：核酸的变性：在某些理化因素作用下，如加热，DNA 分子互补碱基对之间的氢键断裂，使DNA 双螺旋结构松散，变成单链的过程。
核酸的复性：变性DNA在适当条件下，两条互补链可重新恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性，产生减色效应增色效应：核酸变性后，由于双螺旋解体，碱基暴露，在260nm的吸光值比变性前明显升高的现象减色效应：在DNA复性(恢复双链)的过程中则伴随着光吸收的减少分子杂交：在一定条件下，具有互补序列的不同来源的单链核酸分子，按照碱基配对原则结合在一起成为杂交（二）填空题1．核酸的基本结构单位是核苷酸____。
2．__m__RNA分子指导蛋白质合成，___t__RNA分子用作蛋白质合成中活化氨基酸的载体。
3．DNA变性后，紫外吸收_增加_ _，粘度_降低__、浮力密度_上升__，生物活性将_丧失_ _。
4．因为核酸分子具有_嘌呤碱基__、__嘧啶碱基_，所以在_260__nm处有吸收峰，可用紫外分光光度计测定。
5．mRNA是以__DNA___为模板合成的，又是_蛋白质______合成的模板。
6．维持DNA双螺旋结构稳定的主要因素是_碱基堆积____，其次，大量存在于DNA分子中的弱作用力如_氢键____，_范德华力和_离子键____也起一定作用。
7．tRNA的二级结构呈_三叶草__形，三级结构呈_倒L__形，其3＇末端有一共同碱基序列_CAA__其功能是_携带活化的氨基酸__。
8．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 9.核酸完全水解后可得到__碱基____、_戊糖_____、_磷酸________三种组分。
（三）选择题1．决定tRNA携带氨基酸特异性的关键部位是：(D)A．–XCCA3`末端B．TψC环；C．DHU环D．反密码子环2．构成多核苷酸链骨架的关键是：(D)A．2′3′-磷酸二酯键B．2′4′-磷酸二酯键C．2′5′-磷酸二酯键D．3′5′-磷酸二酯键3．与片段TAGAp互补的片段为：(C)A．AGATp B．A TCTp C．TCTAp D．UAUAp4．DNA变性后理化性质有下述改变：(B)A．对260nm紫外吸收减少B．溶液粘度下降C．磷酸二酯键断裂D．核苷酸断裂5．反密码子GU A，所识别的密码子是：(D)A．CAU B．UGC C．CGU D．UAC（四）是非判断题（X ）1．DNA是生物遗传物质，RNA则不是。
生物化学第二章 核酸化学
李纳斯·鲍林（Linus Pauling）
DNA的二级结构是三螺旋？
1962年，三人分享诺贝尔生理医学奖
DNA的二级结构是双螺旋
（1）DNA分子由两条多聚 脱氧核糖核苷酸链(简称 DNA单链)组成。两条链 沿着同一根轴平行盘绕， 形成右手双螺旋结构。 螺旋中的两条链方向相 反，即其中一条链的方 向为5′→3′，而另一条链 的方向为3′→5′，螺旋结 构上有大沟和小沟。
两类 核酸在分子组成上的异同点
组分 磷酸 戊糖 碱 嘌呤 基 嘧啶
RNA
DNA
磷酸Βιβλιοθήκη 核糖脱氧核糖AG
U
C
T
核苷酸的衍生物
ⅰ ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
d d d
核苷酸及其多磷酸化合物
ⅱ 环腺苷酸（cAMP）和环鸟苷酸 （cGMP）
•这两种环核苷酸在细胞代谢调节中具有重要作 用，是传递激素作用的媒介物。称为二级信使。
（2）两条链上的碱基通 过氢键相结合，形成碱 基对。碱基的相互结合 具有严格的配对规律， 即A与T结合，G与C结 合，碱基之间的这种一 一对应关系，称为碱基 互补配对原则。A和T之 间形成两个氢键，G与C 之间形成三个氢键。
碱基互补配对
A
T
C
G
（3）嘌呤和嘧啶碱基位于螺旋 的内侧，磷酸和脱氧核糖基 位于螺旋外侧，彼此以3 ’-5’ 磷酸二酯键连接，形成DNA 分子的骨架。碱基环平面与 螺旋轴垂直，糖基环平面与 碱基环平面成90°角。
级结构的可能性较小。
* mRNA的功能 把DNA所携带的遗传信息，按碱基互补
配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定 其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。
原核细胞
真核细胞
细胞质
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第二章 核 酸
引 言：核酸概述 第一节：核酸的种类、分布与功能 第二节：核酸的化学组成 第三节：核酸的分子结构 第四节：核蛋白体 第五节：核酸的重要理化性质与分析技术 第六节: 基因组学简介
第五节、核酸的重要理化性质与分析技术
一、核酸的一般物理性质
• DNA为白色纤维状固体，RNA为白色粉末状固体，都微溶于水， 其钠盐在水中的溶解度较大。但不溶于乙醇、乙醚和氯仿等一般
(5)可变区
位于反密码区与TC区之间， 不同的tRNA该区变化较大， 一般有3-18个核苷酸组成。
假尿苷
胸腺嘧啶核糖核苷
稀有核苷（tRNA）
2、tRNA的三级结构
• 在三叶草型二级结构的基础上，突环上 未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配 成对，目前已知的tRNA的三级结构均为 倒L形。
稳定因素：碱基堆积力和氢键
DNA双链以左手螺旋缠绕在组蛋白形成的八聚 体核心上即核小体 念珠状结构 核小体链 进一步盘绕、折叠形成染色质丝 组成突环 玫瑰花结 螺线圈 由螺线圈组装成染色单 体。
真核生物的染色质丝
组蛋白八聚体：H2A H2B H3 H4各2个分子
从DNA到染色质丝，DNA压 缩了近100倍，若从DNA到 最后凝缩成染色体，DNA压 缩了近万倍。
• tRNA的二级结构大都呈 “ 三叶草” 形状，在结 构上具有某些共同之处， 一般可将其分为四臂四环： 包括氨基酸接受臂、反密 码（环）臂、二氢尿嘧啶 （环）臂、TC（环）臂 和可变环。除了氨基酸接 受区外，其余每个区均含 有一个突环和一个臂。
(1)氨基酸接受区
包含有tRNA的3 -末端和
5-末端， 3-末端的最后3 个核苷酸残基都是CCA，A 为腺苷酸。氨基酸可与其成
颈 圈 基 板
尖 钉
头 部
尾 部
尾 丝
噬菌体T2结构
2.细菌的拟核
细菌基因组为双链环状DNA，与碱性蛋白和 少量RNA结合，形成突环结构。其DNA分子的 长度大约是其菌体长度的1000倍。所以细菌 DNA在细胞内紧密缠绕形成致密的小体，称为 拟核（nucleoid）.
3.真核生物的染色体(核蛋白)
酯，该区在蛋白质合成中起 携带氨基酸的作用。
(2)反密码区 与氨基酸接受区相对，一般 环中含有7个核苷酸残基， 臂中含有5对碱基。其中环 正中的3个核苷酸残基称为
反密码子。
（3)二氢尿嘧啶区
该区含有二氢尿嘧啶。环由 8-12个核苷酸组成，臂由 3-4对碱基组成。
(4) TC区
该区与二氢尿嘧啶区相对， 假尿嘧啶核苷酸—胸腺嘧啶 核糖核苷酸环(TC)由7个 核苷酸组成，通过由5对碱 基组成的双螺旋区(TC臂) 与tRNA的其余部分相连。 除个别例外，几乎所有 tBNA在此环中都含有TC 。
二、核酸的两性性质及等电点
• 与蛋白质相似，核酸分子中既含有酸性基团（磷酸基） 也含有弱碱性基团碱基，因而核酸也具有两性性质。
• 由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱基呈 现弱碱性，所以核酸的等电点比较低。（当核酸分子内 的酸性解离和碱性解离相等，本身所带的正电荷与负电 荷相等时，此时核酸溶液的pH值即为核酸的等电点pI） 如DNA的等电点为4～4.5，RNA的等电点为2～2.5。 核酸在其等电点时溶解度最小。
1.病毒：病毒颗粒主要由蛋白质和核酸及脂质、糖 类组成。动物病毒主要为DNA病毒，植物病毒 主要为RNA病毒。核酸是遗传物质，而蛋白质 与病毒宿主的专一性有关，同时可以保护核酸免 受损伤。
• 核酸位于病毒粒子 的中心,蛋白质包围 在核酸外面,形成衣 壳,并决定病毒粒子 的外形。
• 病毒的侵染性由核 酸引起,蛋白质无侵 染性,仅起保护作用 或识别宿主细胞表 面位点。
第二章 核 酸
引 言：核酸概述 第一节：核酸的种类、分布与功能 第二节：核酸的化学组成 第三节：核酸的分子结构 第四节：核蛋白体 第五节：核酸的重要理化性质与分析技术 第六节: 基因组学简介
核酸与蛋白质复合物的结构
生物体内的核酸通常与蛋白质结合形成复合物， 以核蛋白的形式存在。
DNA分子十分巨大，将它组装在有限的空间内， 需要高度组织，用压缩比来表示。即：DNA分 子长度与组装后特定结构长度之比称为压缩比。
RNA的等电点比DNA低的原因，是RNA分子中核糖基 2′-OH通过氢键促进了磷酸基上质子的解离。DNA没有 这种作用。
三、核酸的水解
1.核酸的酸解
• 核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水 解切断（降解）。
40
rRNA (S) 蛋白质
23
31种
5
16
21种
28
5.8
49种
5
18
33种
(二) RNA的高级结构特点
• RNA是单链分子，因此，在RNA分子中， 并不遵守碱基种类的数量比例关系，即分子 中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的总 数。
• RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构 （类似A-DNA双螺旋结构），不能形成双 螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以形 象地称为“发夹型”结构或茎环结构。
有机溶剂。（用乙醇从溶液中蛋白形式存在，两种核蛋白在盐溶 液中的溶解度不同。
DNA核蛋白 RNA核蛋白
0.14mol/LNaCl -
+
1-2mol/LNaCl +
-
▪ DNA溶液的粘度很大，而RNA溶液的粘度小得多。核酸发生变 性或降解后其粘度降低。
▪ 核酸受到强大离心力的作用时，可从溶液中沉降下来，其沉降速 度与核酸的大小和密度有关。
* rRNA的种类（根据沉降系数）
原核生物 5S rRNA
23S rRNA 16S rRNA
真核生物 5S rRNA
28S rRNA 5.8S rRNA 18S rRNA
rRNA的甲基化多发生在核糖上。
核蛋白体的组成
核糖体（S)
亚基（S)
50
原核生物 70
（以大肠杆菌为例）
30
60
真核生物 80
（以小鼠肝为例）
• 在RNA的双螺旋结构中，碱基的配对情 况不象DNA中严格。G 除了可以和C 配 对外，也可以和U 配对。G-U 配对形成 的氢键较弱。不同类型的RNA, 其二级 结构有明显的差异。
• tRNA中除了常见的碱基外，还存在一些 稀有碱基，这类碱基大部分位于突环部 分.
tRNA的高级结 构
1、tRNA的二级结构