第三章 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。
核酸的结构与功能
目录
1979年 Rich提出了左手螺旋的Z DNA结构模型。 1979年，Rich提出了左手螺旋的Z-DNA结构模型。 提出了左手螺旋的 结构模型 左手螺旋Z-DNA只是右手螺旋结构模型的一个 左手螺旋Z DNA只是右手螺旋结构模型的一个 补充发展。 补充发展。 Z-DNA可能也是天然DNA存在的二级结构形式，其 DNA可能也是天然DNA存在的二级结构形式， 可能也是天然DNA存在的二级结构形式 功能可能与基因突变、基因复制和表达调控有关。 功能可能与基因突变、基因复制和表达调控有关。 可能与基因突变
目录Biblioteka 四、核苷酸（nucleotide） 核苷酸（nucleotide）
核苷酸是核苷在戊糖羟基上的磷酸酯。 核苷酸是核苷在戊糖羟基上的磷酸酯。 是核苷在戊糖羟基上的磷酸酯 核糖核苷酸： 核糖核苷酸： AMP、GMP、CMP、UMP 、 、 、 脱氧核糖核苷酸： 脱氧核糖核苷酸： dAMP、dGMP、dCMP、dTMP 、 、 、
目录
有的核苷一磷酸能形成3ˊ，5ˊ-磷酸二酯键，构成环 ， 有的核苷一磷酸能形成 -磷酸二酯键， 化核苷酸， 化核苷酸，如3ˊ，5ˊ-环腺苷酸（cyclic ademosine ， -环腺苷酸（ monophophate, cAMP）及3ˊ，5ˊ－环鸟苷酸 ） ， － ( cyclic guanosine monophosphate,cGMP)，是一些激 ) 素等信号分子的第二信使，在信号转导中起重要作用。 素等信号分子的第二信使，在信号转导中起重要作用。
目录
5ˊ-核苷酸还可在5ˊ的磷酸基上再连上一或
两个磷酸基形成核苷二磷酸或核苷三磷酸。 两个磷酸基形成核苷二磷酸或核苷三磷酸。
目录
多种核苷三磷酸，特别是腺苷三磷酸（ ），在 多种核苷三磷酸，特别是腺苷三磷酸（ATP），在 腺苷三磷酸 ）， 细胞的能量代谢中起重要作用， 细胞的能量代谢中起重要作用，ATP属于高能磷酸 属于高能磷酸 化合物，当它被水解为腺苷二磷酸时， 化合物，当它被水解为腺苷二磷酸时，能释放较多 的自由能，后者可被机体直接利用。 的自由能，后者可被机体直接利用。
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
2011-9
8
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
2011-9
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
2011-9
15
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
第三章：核酸的结构与功能 一、名词解释 1不对称比率 2碱基互补 3发
第三章：核酸的结构与功能一、名词解释1.不对称比率2.碱基互补3.发夹结构4.DNA的一级结构5.分子杂交6.增色效应7.减色效应8.核酸的变性9.核酸的复性10.DNA的熔解温度（Tm）11.假尿苷（Ψ）12.三叶草型结构13.snRNA 14 ．回文序列15.拓扑异构体16.超螺旋结构17. H-DNA （tsDNA ）18.单顺反子19.多顺反子二、填空题1.( )和( )提出DNA 的双螺旋模型，从而为分子生物学的发展奠定了基础。
2.DNA 与RNA 的结构差别：DNA为( )链，RNA为( )链，DNA 中有( )和( ) ，而RNA 代之为( )和( )。
3．RNA 分为( )、( )和( )，其中以( )含量为最多，分子量( )为最小，( )含稀有碱基最多。
4.胸苷就是尿苷的( )位碳原子甲基化。
5.核酸按其所含糖不同而分为( )和( )两种，在真核生物中，前者主要分布在( )中，后者主要分布在( )中。
6.在核酸分子中由( )和( )组成核苷，由( )和( )组成核苷酸。
（）是组成核酸的基本单位。
无论是DNA 还是RNA 都是有许许多多的（）通过（）键连接而成的。
7.核苷中，嘌呤碱基与核糖是通过( )位( )原子和( )位( )原子相连，嘧啶碱基与核糖是通过( )位( )原子和( )原子相连。
8.一条单链（+）DNA 的碱基组成为A21% ，G9%，C29%，T21%，用DNA聚合酶复制出互补的（-）链，然后用得到的双链DNA 做模板，用RNA聚合酶转录其中的（-）链，产物的碱基组成是( )。
9.常见的环化核苷酸是( )和( ),作用是( )，它们是通过核糖上( )位( )位的羟基与磷酸环化形成酯键。
10.生物体内有一些核苷酸衍生物可作为辅酶而起作用，如：( )、( )、( )和( )等。
11.某双链DNA 中含A为30％(按摩尔计) ，则含C 为( )％，含T 为( )％。
12.某双链DNA 的一段链上，已知碱基(按摩尔计) 组成A=30% ，G=24% ，则同一链中的T+C 是( )％，其互补链中的T 是( )％， C 为( )％，A+G 是( )％。
02 核酸的结构与功能(标注重点的一定要记,其他的也要看)
DNA含G，C多则Tm值高，反之则低。
二、【DNA复性】(重点)
定义 DNA变性后，在去除变性因素后 如条件适宜，DNA恢复双螺旋结构。 DNA热变性后，在适宜条件下的复性过程 叫退火。
三、分子杂交原理
【分子杂交】：异源单链DNA或DNA与RNA 之间经退火形成的杂代双链。(重点)
分类：(重点) mRNA 蛋白质合成模板
tRNA
rRNA HnRNA
转运氨基酸
核蛋白体组成成分 成熟mRNA的前体
一、信使RNA的结构与功能 (重点)
mRNA ： 是不稳定的 RNA ，含量最小， 占细胞内 RNA的2.5%，是合成蛋白质的 模板。 mRNA的前体为HnRNA。
DNA变性
2、DNA热变性与增色效应
变性后的核酸因碱基暴露，对260nm波长的光 吸收增强，称为【增色效应】。(重点)
பைடு நூலகம்
当核苷酸摩尔数相同时 A260 ：单核苷酸＞单链 DNA＞双链 DNA，这种 关系叫【减色效应】。(重点)
加热（80—100OC几分钟）使DNA变性，称热 变性。
【 解 链 温 度 】 （ Tm ） ： 通 常 把 50 %DNA 变性时的温度称为解链温度（融 解温度）。(重点) DNA变性，紫外吸收增高；当紫外吸收 值达到最大值的50%时的温度叫Tm.
第三章 核酸的结构与功能
1.核酸的化学组成
2.核酸的一级结构
3.DNA的空间结构与功能(重点) 4.RNA的空间结构与功能 5.核酸的理化性质及其应用
分类
DNA
RNA
第三章：核酸的结构与功能 一、名词解释 1不对称比率 2碱基互补 3发
第三章：核酸的结构与功能一、名词解释1.不对称比率2.碱基互补3.发夹结构4.DNA的一级结构5.分子杂交6.增色效应7.减色效应8.核酸的变性9.核酸的复性10.DNA的熔解温度（Tm）11.假尿苷（Ψ）12.三叶草型结构13.snRNA 14 ．回文序列15.拓扑异构体16.超螺旋结构17. H-DNA （tsDNA ）18.单顺反子19.多顺反子二、填空题1.( )和( )提出DNA 的双螺旋模型，从而为分子生物学的发展奠定了基础。
2.DNA 与RNA 的结构差别：DNA为( )链，RNA为( )链，DNA 中有( )和( ) ，而RNA 代之为( )和( )。
3．RNA 分为( )、( )和( )，其中以( )含量为最多，分子量( )为最小，( )含稀有碱基最多。
4.胸苷就是尿苷的( )位碳原子甲基化。
5.核酸按其所含糖不同而分为( )和( )两种，在真核生物中，前者主要分布在( )中，后者主要分布在( )中。
6.在核酸分子中由( )和( )组成核苷，由( )和( )组成核苷酸。
（）是组成核酸的基本单位。
无论是DNA 还是RNA 都是有许许多多的（）通过（）键连接而成的。
7.核苷中，嘌呤碱基与核糖是通过( )位( )原子和( )位( )原子相连，嘧啶碱基与核糖是通过( )位( )原子和( )原子相连。
8.一条单链（+）DNA 的碱基组成为A21% ，G9%，C29%，T21%，用DNA聚合酶复制出互补的（-）链，然后用得到的双链DNA 做模板，用RNA聚合酶转录其中的（-）链，产物的碱基组成是( )。
9.常见的环化核苷酸是( )和( ),作用是( )，它们是通过核糖上( )位( )位的羟基与磷酸环化形成酯键。
10.生物体内有一些核苷酸衍生物可作为辅酶而起作用，如：( )、( )、( )和( )等。
11.某双链DNA 中含A为30％(按摩尔计) ，则含C 为( )％，含T 为( )％。
12.某双链DNA 的一段链上，已知碱基(按摩尔计) 组成A=30% ，G=24% ，则同一链中的T+C 是( )％，其互补链中的T 是( )％， C 为( )％，A+G 是( )％。
分子生物学第三章核酸的结构与功能
分子生物学第三章核酸的结构与功能核酸是生物体内重要的生物大分子，在维持遗传信息传递、调控基因表达和蛋白质合成等生物学过程中起着重要的作用。
本文将介绍核酸的结构和功能，包括DNA和RNA的结构、功能以及细胞中的DNA重复序列和嵌合DNA的现象。
核酸是由核苷酸单元组成的大分子。
核苷酸由一糖分子（核糖或脱氧核糖），一个含有一键磷酸基的磷酸基团和一个含有碱基的碱基组成。
DNA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的碱基包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C）。
DNA（去氧核糖核酸）是双链结构，由两条互补的单链以互补碱基配对（A和T，G和C）的方式相互连接而成。
这种双链结构被称为双螺旋结构，其中的两个链通过氢键相互链接。
DNA在细胞中起着存储遗传信息的作用，是遗传物质的主要组成部分。
DNA通过转录过程产生RNA分子，进而通过翻译过程合成蛋白质。
RNA（核糖核酸）有多种类型，包括信使RNA（mRNA）、核糖体RNA （rRNA）和转运RNA（tRNA）。
mRNA是由DNA转录得到的，其中的密码子序列编码蛋白质的氨基酸序列。
rRNA是核糖体的组成部分，参与蛋白质合成的过程。
tRNA将氨基酸带入核糖体与mRNA相匹配的密码子上，完成蛋白质合成的过程。
在细胞中，存在许多DNA重复序列。
其中，基因是密集编码蛋白质的DNA序列，它们在核酸的遗传信息传递和基因表达中起着重要作用。
除了基因，还存在大量的非编码DNA序列，如内含子和调控序列，它们对基因表达的调控起着重要作用。
此外，DNA重复序列还包括微卫星、线粒体DNA和细胞质DNA等。
总之，核酸是生物大分子，在维持遗传信息传递和调控基因表达等生物学过程中起着重要作用。
DNA和RNA具有不同的结构和功能，包括存储遗传信息、编码蛋白质序列、调控基因表达和蛋白质合成等。
此外，细胞中存在多种形式的DNA重复序列和嵌合DNA现象，对维持细胞功能和遗传多样性具有重要作用。
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
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mt mRNA 蛋白质合成模板 mt tRNA
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目录
26
第三章
核酸的结构和功能
一 、信使RNA的结构与功能
* mRNA结构特点 1. 大多数真核mRNA的5´末端均在转录后加上一 个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C´2也是 甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。
（一）DNA的超螺旋结构
超螺旋结构(superhelix 或supercoil) DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。
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
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21
第三章
核酸的结构和功能
（三）DNA在真核生物细胞核内的组装 真核生物染色 体由DNA和蛋白质
构成，其基本单
位是 核小体
(nucleosome)。
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22
核小体的构成
核心颗粒
第三章
核酸的结构和功能
核小体
连接区
DNA（约146 bp） 组蛋白八聚体
连接区DNA（约60bp） H1
目录
18
第三章
核酸的结构和功能
（二） DNA双螺旋结构模型要点
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。
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19
第三章
核酸的结构和功能
（三）DNA双螺旋结构的多样性
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20
第三章
核酸的结构和功能
二、DNA的超螺旋结构及其在染色质中组装
O H3C
NH2 N
NH
NH
O
NH
O
胞嘧啶(cytosine, C)
胸腺嘧啶(thymine, T)
第三章
核酸的结构和功能
（二）戊糖
HO CH2 5´ O OH HO CH2 O OH
4´ 3´
OH
1´ 2´
OH OH
核糖(ribose) （构成RNA）
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脱氧核糖(deoxyribose) （构成DNA）
原核细胞
外显子
细胞核
内含子
DNA
DNA
hnRNA
转录
转录
mRNA
翻译
蛋白
mRNA
转录后剪接 转运
翻译
蛋白
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第三章
核酸的结构和功能
二、转运RNA的结构与功能
1. tRNA分子含有较多的稀有碱基
含 10-20% 稀有碱基，如 DHU 3´末端为 — CCA-OH
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第三章
核酸的结构和功能
OD260的应用
1. DNA或RNA的定量
OD260=1.0相当于
50μg/ml双链DNA
40μg/ml单链DNA（或RNA） 20μg/ml寡核苷酸 2.判断核酸样品的纯度 DNA纯品: OD260/OD280 = 1.8 RNA纯品: OD260/OD280 = 2.0
蛋白质
28S 5.8S 5S 49种
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第三章
核酸的结构和功能
第四节 核酸的理化性质
The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid
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37
第三章
核酸的结构和功能
一、核酸的一般理化性质
多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTP
NH2 N
O OH
O O CH2 N O N
N
HO P O P
OH
ADP
OH OH
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11
二、核酸的一级结构 5′端 定义：核酸中核苷酸的排
列顺序。
由于核苷酸间的差异 主要是碱基不同，所以也 称为碱基序列。 核苷酸之间以磷酸二酯键连 接形成多核苷酸链。
真核生物
（以小鼠肝为例） 40S
rRNA 蛋白质
16S 21种
1542个核苷酸 占总重量的40%
18S 33种
1874个核苷酸 占总重量的 50%
60S 4718个核苷酸 160个核苷酸 120个核苷酸 占总重量的 35% 目 录
大亚基 rRNA
23S 5S 31种
50S 2940个核苷酸 120个核苷酸 占总重量的30%
（一）碱基
嘌呤(purine)
N 7 8 9 NH 5 4 6 3 N 1N 2
N
NH2 N
NH
腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
鸟嘌呤(guanine, G)
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N
NH2
目录
6
O
嘧啶 (pyrimidine)
5
4
6 1 NH
3 2
N
NH
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
目录
8
第三章
核酸的结构和功能
（三）核苷
核苷(ribonucleoside)的形成 碱基和核糖（脱 氧核糖）通过糖 苷键连接形成核 苷（脱氧核苷）
核苷：AR, GR UR, CR 脱氧核苷： dAR, dGR，dTR, dCR
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9
第三章
核酸的结构和功能
（四）核苷酸(ribonucleotide)
变性引起紫外吸收值的改变
增色效应：DNA变性时其溶液OD260增高的现象。
D N A 的 紫 外 吸 收 光 谱
解链曲线：
如果在连续加热 DNA的过程中以温度对 A260（absorbance， A，A260代表溶液在 260nm处的吸光率）值 作图，所得的曲线称 为解链曲线。
Tm：
变性是在一个相当窄 的温度范围内完成，在 这一范围内，紫外光吸 收值达到最大值的50%时 的温度称为DNA的解链温 度，又称融解温度 (melting temperature, Tm)。其大小与G+C含量 成正比。
2.
大多数真核mRNA的3´末端有一个多聚腺苷酸 (polyA)结构，称为多聚A尾。
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27
真核生物mRNA的帽子结构
5＇
5＇
第三章
核酸的结构和功能
mRNA的功能
转录核内DNA遗传信息的碱基排列顺序， 并携带至细胞质，指导蛋白质合成中的氨基 酸排列顺序。 真核细胞 细胞质
核酸的结构和功能
核酸的分类
脱氧核糖核酸（DNA）
核酸
核糖核酸（RNA）
mRNA tRNA rRNA
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第三章
核酸的结构和功能
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
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30
稀有碱基
第三章
核酸的结构和功能
氨基酸臂
2. tRNA的二级结构 ——三叶草形
氨基酸臂
DHU环
5＇
TΨC环 DHU环
额外环
反密码环
额外环
环
反密码环
反密码子
目录
32
TΨC环
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第三章
核酸的结构和功能
3. tRNA的三级结构
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第三章
核酸的结构和功能
（二） DNA双螺旋结构模型要点
碱基垂直螺旋轴居双螺 旋内側，与对側碱基形 成氢键配对 （互补配对 形式：A=T; GC） 。 相邻碱基平面距离 0.34nm，螺旋一圈螺距 3.4nm，一圈10对碱基。
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第三章
核酸的结构和功能
C
A
G 3′端
目录
12
书写方法
A G T G C T
5 P
P
P
P
P
P
OH 3
5 pApCpTpGpCpT-OH 3
5 A C T G C T 3
第三章
核酸的结构和功能
第二节 DNA的空间结构与功能
Dimensional Structure and Function of DNA
第三章
核酸的结构和功能
Structure and Function of Nucleic Acid
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第三章
核酸的结构和功能
核酸 (nucleic acid):
单位组成的生
物大分子。是
由单核苷酸为基本
生物遗传的
物质基础。
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2
第三章
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目录
45
第三章
核酸的结构和功能
核心颗粒：由长146bp的双螺旋DNA以超螺旋方式 缠绕组蛋白八聚体1.8圈组成。 连接区：由连接区 DNA 和组蛋白H1组成 连接区DNA：连接相邻两个核心颗粒