第四章 核酸化学
高中化学选择性必修三 第4章 第3节 核酸 讲义
一、核酸的组成和分类1．核酸的分类天然的核酸根据其组成中所含戊糖的不同，分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。
2．核酸的组成核酸是由许多核苷酸单体形成的聚合物。
核苷酸进一步水解得到磷酸和核苷，核苷继续水解得到戊糖和碱基。
因此，核酸可以看作磷酸、戊糖和碱基通过一定方式结合而成的生物大分子。
其中的戊糖是核糖或脱氧核糖，它们均以环状结构存在于核酸中，对应的核酸分别是核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。
转化关系如图所示：3．戊糖结构简式4．碱基碱基是具有碱性的杂环有机化合物，RNA中的碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶(分别用字母A、G、C、U表示)；DNA中的碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶(用字母T表示)。
结构简式分别可表示为：腺嘌呤(A)：鸟嘌呤(G)：胞嘧啶(C)：尿嘧啶(U)：胸腺嘧啶(T)：二、核酸的结构及生物功能1．DNA分子的双螺旋结构具有以下特点：DNA分子由两条多聚核苷酸链组成，两条链平行盘绕，形成双螺旋结构；每条链中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧。
碱基排列在内侧；两条链上的碱基通过氢键作用，腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对，结合成碱基对，遵循碱基互补配对原则。
2．RNA也是以核苷酸为基本构成单位，其中的戊糖和碱基与DNA中的不同，核糖替代了脱氧核糖，尿嘧啶(U)替代了胸腺嘧啶(T)。
RNA分子一般呈单链状结构，比DNA分子小得多。
3．基因核酸是生物体遗传信息的载体。
有一定碱基排列顺序的DNA片段含有特定的遗传信息，被称为基因。
4．DNA分子的生物功能DNA分子上有许多基因，决定了生物体的一系列性状。
在细胞繁殖分裂过程中，会发生DNA 分子的复制。
亲代DNA分子的两条链解开后作为母链模板，在酶的作用下，利用游离的核苷酸各自合成一段与母链互补的子链，最后形成两个与亲代DNA完全相同的子代DNA分子，使核酸携带的遗传信息通过DNA复制被精确地传递给下一代，并通过控制蛋白质的合成来影响生物体特定性状的发生和发育。
第四章 核酸化学习题--生化习题及答案
第五章核酸化学一、单项选择题1．生物体的遗传信息储存在DNA的什么部位A．碱基配对B.某个核苷酸C.某种核苷D.磷酸戊糖骨架E.碱基顺序中2．下列哪个是核酸的基本结构单位A.核苷B.磷酸戊糖C.单核苷酸D.多核苷酸E.以上都不是3．组成DNA分子的磷酸戊糖是：A.3’ -磷酸脱氧核糖B.5’ -磷酸脱氧核糖C.3’ -磷酸核糖D.2’ -磷酸核糖E.5’ -磷酸核糖4．关于ATP生理功能的叙述下列哪项是错误的A.它是生物体内直接供能物质B.可生成环腺苷酸（cAMP）C.作为物质代谢调节剂D.RNA的合成原料E.以上都不是5．核酸分子中，单核苷酸连接是通过下列何化学键A.氢键B.糖苷键C.3'，5'-磷酸二酯键D.疏水键E.盐键6．下列所述哪个是DNA分子的一级结构A.脱氧核糖核苷酸残基的排列顺序B.各种单核苷酸的连接方式C.双螺旋结构D.连接单核苷酸间的磷酸二酯键E.以上都不是7．关于DNA二级结构的论述下列哪项是错误的A.两条多核苷酸链互相平行方向相反B.两条链碱基之间形成氢键C.碱基按A—T和G—C配对D.磷酸和脱氧核糖在内侧，碱基在外侧E.围绕同一中心轴形成双螺旋结构8．有关tRNA结构的叙述，下列哪项是错误的A.是RNA中最小的单链分子B.其二级结构通常为三叶草形C.分子中含有较多的稀有碱基D.3’末端是活化氨基酸的结合部位E.tRNA三级结构呈正“L”型9．下列哪个结构存在于真核生物mRNA5'端A.聚A尾巴B.帽子结构C.超螺旋结构D.核小体E.-C-C-A-OH顺序10．下列哪个结构存在于tRNA3'端A.聚A尾巴B.帽子结构C.超螺旋结构D.核小体E.-C-C-A-OH顺序11．下列哪个结构存在于mRNA3'端A.聚A尾巴B.帽子结构C.超螺旋结构D.核小体E.-C-C-A-OH顺序12．上列何构型是溶液中DNA分子最稳定的构型A.A型B.B型C.C型D.D型E.Z型13．下列何物是在蛋白质合成中作为直接模板A.DNAB.RNAC.mRNAD.rRNAE.tRNA14．下列何物是在蛋白质合成中起“装配机”作用A.DNAB.RNAC.mRNAD.rRNAE.tRNA二、填空题1．组成核酸的基本单位是____，基本单位之间的化学键是____。
生物化学课件 第四章 核酸杂交
（三）影响Tm值的因素：
（1）碱基组成：Tm=69.3+0.41(G+C)%
（2）分子大小: （3）离子强度： （3）pH：5～9
主要用于基因组DNA的定性和定量分析(特定序列 定位)，亦可分析重组质粒和噬菌体。
方法：利用琼脂糖凝胶电泳分离经限制 性内切酶消化的DNA片段，将胶上的 DNA变性并在原位将单链DNA片段转移 至尼龙膜或其他固相支持物上，经干烤 或者紫外线照射固定，再与相对应结构 的标记探针进行杂交，通过显色，检测 特定DNA分子的含量。
迹/Northern印迹的步骤及用途
印迹杂交的过程
探针的种类、常用的几种酶促标记方法
小测验
1. PCR的基本原理和步骤。 2. Southern blotting的基本原理、过 程和用途。
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(in situ hybridization)
在细胞保持基本形态的情况下将探针 注入细胞内与DNA或RNA杂交，杂交反应在 载物片上的细胞内进行。
DNA 点阵
本章重点:
掌握以下概念: 核酸分子杂交;探针;印迹；
核酸的变性/复性;Tm;增色效应/减色效应
掌握核酸杂交的基本原理
熟悉常用的核酸分子杂交技术及Southern 印
核酸分子杂交
复性
RNA
DNA
第二节
核 酸 探 针
探针的概念 探针的种类和选择
核酸化学
2.DNA双螺旋特征
（1）主链：两条平行的多核 苷酸链，以相反的方向，（即 一条由3΄向5΄，另一条由5΄向 3΄），围绕着同一个（想象的） 中心轴，以右手旋转方式构成 一个双螺旋形状。疏水的碱基 位于螺旋的内侧，亲水的磷酸 基和脱氧核糖以磷酸二酯键相 连成的骨架位于外侧。糖环平 面与中心轴平行，碱基平面与 中心轴相垂直。
• DNA三股螺旋结构常出现在 DNA复制、转录、重组的起始位 点或调节位点，如启动子区。 第三股链的存在可能使一些调控 蛋白或RNA聚合酶等难以与该区 段结合，从而阻遏有关遗传信息 的表达。
（3）四股螺旋DNA
•形成条件－－串联重复的鸟苷酸 •基本结构单元－－鸟嘌呤四联体 •碱基之间靠 Hoogsteen 键连接 •已有实验结果表明－－真核细胞端 粒中存在四链结构
第4章 核酸化学
生物大分子
生物大分子是指生命体 内一些组织结构复杂的高分 子，它们是生命活动的主要 物质基础，因而被称为生命 物质。主要类型有蛋白质、 核酸、多糖、脂类。 生物大分子大多数是由 简单的组成结构聚合而成的， 蛋白质的组成单位是氨基酸， 核酸的组成单位是核苷 酸……
第1节 核酸的种类、分布与化学组成
DNA超螺旋的形成
DNA正常的双螺旋结构 处于能量最低状态，双 螺旋中没有张力而处于 松弛状态。如果这种正 常双螺旋额外增加或减 少螺旋圈数，就会使双 螺旋内的原子偏离正常 的位置而产生张力，这 样正常的双螺旋就发生 扭曲而形成超螺旋。超 螺旋总是向着抵消初级 螺旋改变的方向发展。
大多数原核生物 ： 1）共价封闭的环状 双螺旋分子 2）超螺旋结构：双 螺旋基础上的螺旋化
Erwin Chargaff （1905－1995）
（二）DNA的一级结构 由4种脱氧核苷酸 dAMP 、 dGMP 、 dCMP 、 dTMP 按 照 一定的排列顺序通 过磷酸二酯键连接 而成的没有分支的 多核苷酸链。
核酸化学(一)
1990年 人类基因组计划实施。开辟了生 命科学新纪元。生命科学进入后基因时 代：
功能基因组学 蛋白质组学 结构基因组学 RNA组学或核糖核酸组学
核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸（DNA）
Deoxyribonucleic Acid
核糖核酸（RNA）
Ribonucleic Acid
脱氧核糖核酸
(DNA)
复制后 的染色 体
人体23对染 色体,分别 来自于父母
①DNA可通过复制遗传给下一代
染色体是DNA的载体
②DNA组成的差异决定： 细胞中蛋白质、RNA的结构特征
子代遗传物质来自亲代： 种瓜得瓜、种豆得豆。
③DNA控制细胞分化、个体形成乃至个 体的生老病死。
任何一个多细胞生物的体细胞都含有 完全相同的基因组DNA。 各组织器官的细胞形状各异、功能不同？
90%以上分布于细胞核，其余分布于 核外如线粒体，叶绿体，质粒等。
携带遗传信息，决定细胞和个 体的基因型。
核糖核酸
(RNA)
分布于胞核、胞液。
参与细胞内DNA遗传信息的表 达。某些病毒RNA也可作为遗 传信息的载体。
脱氧核糖核酸（DNA）
DNA大多为双链分子 大多数是线性链状结 构，少部分呈环状 分子量一般都很大
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)
ATP的性质
是重要的能量转换中间体
ATP含两个高能磷酸键：水 解时可释放大量自由能，推 动体内各种需能反应。
ATP也是磷酰化剂：磷酰化 的底物具较高能量（活化分 子），是许多生物化学反应 的激活步骤。
高中生物 核酸化学
第四章核酸化学一、填空题1、无论是DNA 还是RNA 都是由许许多多＿＿＿＿＿＿组成，通过＿＿＿＿＿＿连接而成的。
2、tRNA 上的＿＿＿＿＿＿可以识别mRNA 上的密码。
3、＿＿＿＿是分子量最小的一类RNA。
4、DNA 能形成双螺旋的主要作用力是＿＿＿＿＿＿和＿＿＿。
5、Tm 常用于DNA 的碱基组成分析。
一般来说，DNA 分子G－C 含量高，熔解温度（Tm）＿＿＿。
在pH 7.0，0.165 摩尔／升NaCl 中；（G—C）% = 。
6、核酸分子中含有＿＿＿和＿＿＿，所以对波长＿＿＿有强烈吸收。
7、DNA 变性后，刚性＿＿＿，粘度＿＿＿，紫外收值＿＿＿。
8、核酸研究中，地依酚法常用来测定＿＿＿，二苯胺法常用来测定＿＿＿。
9、分离核苷酸类物质最常用的方法有＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿。
10. Watson-Crick提出的B-DNA双螺旋结构的螺距为________nm，相邻两核苷酸之间的夹角是________二、判断题11、核酸的基本组成成分是碱基、戊糖和磷酸。
12、DNA 是遗传信息的载体，只存在于细胞核的染色质中。
13、用二苯胺法测定DNA，必须用同源的DNA 作为标准样品。
14、核酸的一级结构就是核苷酸的种类和排列顺序。
15、双链DNA 中每条单链的（G+C）％含量与双链的（G+C）％含量相等。
16、氢键是稳定双螺旋的主要因素。
17、DNA 的变性过程是不可逆的过程。
18、在DNA 变性过程中，总是G—C 对丰富区先熔解开，形成小泡。
19、不同来源的DNA 链，在一定条件下能进行分子杂交是由于它们有共同的碱基组成。
20、在酸性条件下，DNA 分子上的嘌呤不稳定，易水解下来。
三、不定项选择题21、关于核酸以下叙述正确的是（）A．DNA 为白色纤维状固体，RNA 为白色粉末；B．核酸都溶于有机溶剂；C. 核酸为两性电解质；D．核酸对酸不稳定22、通过氚标记，能最好地对RNA 进行放射性标记的化合物是：（）A．胸腺嘧啶B．腺嘌呤C．脱氧核糖D．尿嘧啶23、在DNA 中，A 与T 间存在有：（）A．一个氢键C．一个酯键C．二个氢键D．二个肽键24、反密码存在于：（）A. mRNAB.tRNAC. SnRNAD. rRNA25、关于DNA 二级结构的叙述正确的是（）A．链状骨架由脱氧核糖与磷酸构成B．碱基朝向分子内部C．两条多核苷酸链相互平行D．两条多核苷酸链走向相反26、关于RNA 二级结构的正确叙述是：（）A．有碱基配对关系B．多数以双股多核苷酸链的形式存在C．有的区域可以形成突环D．互补规律是A—T，G—C。
第4章 核酸化学试题答案(1)
填空题：1．构成核酸的基本单位是，由、和3个部分组成。
其中糖基有____、____，碱基有____和____两大类。
核苷酸戊糖含氮碱基磷酸β-D-核糖β-D-2-脱氧核糖嘌呤嘧啶2．核酸可分为和两大类，前者主要存在于真核细胞的和原核细胞部位，后者主要存在于细胞的部位。
DNA RNA细胞核类（拟）核细胞质3．核外DNA主要有、和。
线粒体DNA叶绿体DNA质粒DNA4．细胞的RNA主要包括、和3类，其中含量最多的是，分子量最小的是，半寿期最短的是。
mRNA tRNA rRNA rRNA tRNA mRNA5．在DNA和RNA中，核苷酸残基以互相连接，形成不分枝的链状分子。
由于含氮碱基具有，所以核苷酸和核酸在nm处有最大紫外吸收值。
3'，5'－磷酸二酯键共轭双键2606．RNA中常见的碱基是、、和。
腺嘌呤鸟嘌呤尿嘧啶胞嘧啶7．DNA常见的碱基有、、和。
其中嘧啶的氢键结合性质类似于RNA中的。
腺嘌呤鸟嘌呤胸腺嘧啶胞嘧啶胸腺尿嘧啶8．在含DNA和RNA的试管中加入稀的NaOH溶液，室温放置24小时后，被水解了。
RNA9．核苷中，核糖及脱氧核糖与碱基间的糖苷键是键。
C-N10．Watson-CrickDNA双螺旋每盘旋一圈有对核苷酸，高度为，直径为。
戊糖和磷酸基位于双螺旋____侧、碱基位于____侧。
10 3.4nm 2nm 外内11．组成DNA的两条多核苷酸链是的，两链的碱基顺序，其中与配对，形成个氢键，与配对，形成个氢键。
反平行互补G C 三A T 二12．由于连接互补碱基的两个糖苷键并非彼此处于对角线的两端，在DNA双螺旋的表面形成较宽的和较窄的。
大沟小沟13．维持DNA双螺旋结构的主要作用力是、、。
氢键碱基堆积力离子键14．DNA热变性呈现出，同时伴随A260增大，吸光度增幅中点所对应的温度叫做，用符号表示，其值的大小与DNA中碱基对含量呈正相关。
协同性解链(溶解)温度Tm G+C15．DNA复性过程符合二级反应动力学，其Cot1/2值与DNA的复杂程度成比。
核酸的化学
一、DNA的二级结构---DNA的双螺旋模 型
DNA的二级结构-双螺旋结构 DNA双螺旋结构的研究背景和历史意义 DNA双螺旋结构模型要点
DNA的二级结构 ——双螺旋结构
（一）双螺旋结构模型的实验依据
1、对DNA分子结晶的X衍射数据：由Franklin和Wilkins提供，来源 不同的DNA的二级结构非常相似。前者早逝，后者与Watson、Creck 分享了诺贝尔奖。
第二节
核酸的一级结构
5′端
核酸的一级结构
C
定义
核酸中核苷酸的排列
顺序。
A
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。
G
3′端
核苷酸的连接方式
核苷酸之间以磷酸二酯键连接 形成多核苷酸链，即核酸。 DNA和RNA中的核苷酸残基 都是通过磷酸基团这个“桥” 而共价连接的。即核酸的主链 是由相间出现的磷酸核糖残基 通过共价键连接起来的，各种 碱基可以看成是联系在主链上 的侧链基团。 见P71图3-13
NN HOCH2 O
HH
H2N N N HOCH2 O
HH
H
H
H
H
OH OH
OH OH
腺嘌呤核苷
鸟嘌呤核苷
HO N HOCH2 O
HH
HO N HOCH2 O
HH
H
H
H
H
OH OH
OH OH
胞嘧啶核苷
尿嘧啶核苷
Adenosine Guanosine Cytidine Uridine
假尿苷（ψ） 见P66
1944年，O.T.Avery等人发表了"脱氧核糖型的 核酸是III型肺炎球菌转化要素的基本单位"即 DNA是细菌的转化因子，第一次证明了DNA是 遗传物质。
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第四章核酸化学
一、名词解释（1个5分，共10分）
1、退火：热变性的DNA分子溶液在缓慢冷却的情况下，DNA单链又重新配对复性的情况。
2、引发体：DNA的生物合成起始时由DNA模板链、多种蛋白因子和酶所形成的复合体，功能是合成引物和起始DNA的生物合成。
二、填空（一个5分，共30分）
1、DNA分子中的碱基配对主要依赖（氢键）
2、核酸的基本组成单位是（核苷酸），他们之间的连接方式（3’,5’——磷酸二酯键）
3、tRNA的二级结构是（三叶草型），三级结构是（倒L型）
4、核酸的紫外线特征性吸收峰波长在（260nm）
三、简答题（一个20分，共60分）
1、组成DNA、RNA的核苷酸有哪些？
组成DNA的四种核苷酸是dAMP、dGMP、dCMP、dTMP
组成RNA的四种核苷酸是AMP、GMP、CMP、TMP
2、DNA的双螺旋结构特点是什么？
DNA的双螺旋结构特点是：
1）、DNA分子由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成。
以右手螺旋方式绕同一公共轴盘。
2）、两链以-脱氧核糖-磷酸-为骨架，在外侧；碱基垂直螺旋轴，居双
螺旋内侧，与对侧碱基形成氢键配对。
3）、螺旋直径为2nm；相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距3.4nm，一圈10对碱基。
4）、DNA双螺旋结构稳定的因素：氢键维持横向稳定性；碱基堆积力维持双链纵向稳定性。
3、mRNA、tRNA、rRNA各自的功能是什么？
mRNA:蛋白质合成的直接模板。
tRNA：活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。
rRNA：参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。