第三章核酸的讲义结构与功能
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。
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
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( )％。
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
第三章 核酸化学
反向平行是指一条链是 5’
一条链必为3’ 5’端。
3’ 端，则另
（二）DNA的二级结构
• 双螺旋结构模型的要点
（2）磷酸与核糖彼此通过3’,5’-磷酸 二酯键相连接位于双螺旋外侧，形成 DNA分子的骨架。碱基位于内侧。碱 基平面与螺旋轴基本垂直，糖环平面 与螺旋轴基本平行。
（二）DNA的二级结构
3.多磷酸核苷酸
A
P ～ P ～ P
O
腺苷一磷酸 （AMP） 二磷酸腺苷（ADP） 三磷酸腺苷（ATP） ATP参与多种物质代谢，为各项生命活动提供能量。
NMP NDP
dNMP
RNA
AU U C G
dNDP dNTP
DNA
A T C G
NTP
AMP UDP CTP
dGMP dADP dTTP
（ TTP ）
功能： 与蛋白质结合形成核蛋白体，是蛋白质
生物合成场所。
结构： 核蛋白体有大、小两个亚基组成。
特点：
数量最多。
（三）mRNA的分子结构与功能
“帽子结构” 的作用：
防止mRNA被降解。 蛋白质生物合成时被起始因子识别的标志。
Poly A的作用：引导mRNA由胞核转移到胞质。
点滴积累
1. DNA的一级结构实质是指碱基的排列顺序。 2. DNA的二级结构是双螺旋型，其要点包括：由两条反向 平行的多核苷酸链围绕中心轴形成；磷酸和脱氧核糖位 于螺旋外侧，碱基位于螺旋内侧；碱基配对具有一定的 规律性，即A与T配对，G与C配对。 3. DNA双螺旋结构模型要点及稳定因素。 4. 3种RNA的空间结构决定了它们在蛋白质生物合成过程 中的不同作用。
E．S
• • • • • •
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一、核酸的一级结构 1. 概念： 2. 核酸的一级结构是指其多核苷酸中的碱 基的排列顺序
**DNA的一级结构是指DNA中脱氧核糖 核苷酸的排列顺序。
**RNA的一级结构是指RNA中核糖核苷 酸的排列顺序。
1. 20
5’端
3‘,5’磷酸二酯键
3’端
(a)
21
P
图3-10 DNA的分子书写方式 (a) 分子结构式 (b) 线条式 （c）字母式
32
多核苷酸
天然DNA
T2噬菌体DNA DNA－RNA杂合链 天然RNA（把转录病毒） Poly (dG-dC)•Poly（dG-dC)
盐类
Na+ Na+ Li+ Li+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Li+
相对湿度％
75 92 44 66 60 33－92 高达92 43 高达92 81
22
2. 书写方式 *简写形式 5’-AGGCU-3’ （5’末端含磷酸， 3’ 末端含羟基）
3. 多核苷酸（polynucleotide） 寡核苷酸 (oligo nucleotide)
23
二、DNA的空间结构 1.DNA的二级结构 1） DNA双螺旋结构研究背景 （double helix structure）
胞嘧啶 (C,cytosine) 嘧啶(pyrimidine) 胸腺嘧啶(T, thymine)
尿嘧啶 (U, uracil)
5
6
嘌呤
嘧啶
DNA A G
CT
RNA A G
CU
* 核酸分子中含有稀有碱基(rare bases)
7
2. 碱基可随PH变化 出现酮式，烯醇式互变。
8
3. 嘧啶和嘌呤碱基均具有共轭双键，对波长为 260nm左右的紫外光有较强吸收
重要作用,参与代谢调节 4)参与某些生物活性物质的组成
(NAD+ 、NADP+)
18
第二节 核酸的分子结构
* 核酸的构件分子是核苷酸
组成RNA的核苷酸是核糖核苷酸 主要有四种AMP、CMP、GMP、UMP
组成DNA的核苷酸是 脱氧核糖核苷酸 主要有四种dAMP、dCMP、dGMP 、dTMP
* 核酸中核苷酸以3’, 5’磷酸二酯键相连
胸腺嘧啶脱氧核苷（deoxythymidine）
13
2. RNA中含有稀有碱基，还存在异构化的核苷
1 11
5
图3-7 稀有碱基与假尿苷
假尿苷（ψ）
14
四、核苷酸
5‘
15
16
4. 环核苷酸：环腺苷酸(cyclic AMP,cAMP) 和环鸟苷酸(cyclic GMP cGMP )
17
5. 单核苷酸的生理作用 1)核酸的构件分子 2)参与物质代谢(UTP、CTP)、能量代谢(ATP) 3)作为第二信使(cAMP)，在信号传递过程中起
Van der waals力。 ② 碱基对的疏水性使之在水溶液中相互
间聚集而形成疏水键。
30
③ DNA链上存在大量的磷酸基团,带负电荷， 能使两条互补链分开，在生理条件下，双 螺旋表面存在着可中和磷酸基团的碱性蛋 白质和带正电荷的Na+ ,降低静电斥力。
31
4）DNA双螺旋的种类： ⑴ DNA构象与核苷酸顺序、碱基组成有 关，并取决于环境条件（盐类、相对 湿度） ⑵生理条件下，右手DNA双螺旋大多以 B型形式存在,还有A型、C型、D型、 E型
⑷ 螺旋表面有大沟 (major groove)和小沟 (minor groove).是DNA与蛋白质结合的部位
28
பைடு நூலகம்
⑸ DNA双螺旋通过中的碱基氢键配对生成。 A与T 配对，形成二个氢键。 G与C 配对，形成三个氢键。
29
3）维持DNA二级结构稳定性的因素 ⑴ 碱基对间的氢键
⑵ 碱基的堆积力（stacking force） ① 相邻碱基对相距0.34nm存在
图3-4
9
4. 碱基的亚氨基中氢能与具有较大电负性N 和羰基氧 =O形成氢键
10
二、 戊糖 * 核酸中有两种戊糖
DNA为D-2-脱氧核糖(D-2- deoxyribose) RNA为D-核糖(D-ribose)
11
三、核苷 1.核苷是戊糖与碱基之间以糖苷键（glycosidic bond）相连接而成，称为N-糖苷键
25
3’ 5’
5’ 3’
26
2） DNA双螺旋（B型）结构特点 ⑴由两条DNA互补链反向平行。 右手螺旋，直径为2nm。 ⑵ DNA双螺旋亲水骨架是脱氧核糖和磷酸, 在螺旋分子的外侧，而疏水碱基对在 螺旋分子内部。
27
⑶ 碱基对之间的 距离为0.34nm，并有一个 36的夹角，每一螺旋内含10个 碱基对， 螺距为3.4nm.
2
第一节 核苷酸
碱基 (bases)
（嘌呤、嘧啶 ） N糖苷键
核苷
戊糖 (pentose )
(nucleoside) 磷酸酯键
（脱氧核糖 核糖）
核苷酸
磷酸
(nucleotide)
(phosphate)
3
4
一、 碱基
1. 碱基 是含氮杂环化合物，嘧啶和嘌呤两类
嘌呤(purine)
腺嘌呤(A, adenine) 鸟嘌呤(G, guanine)
第三章核酸的结构 与功能
精品
核糖核酸
(ribonucleic acid， RNA)
核酸 (nucleic acid)
(多聚核苷酸)
脱氧核糖核酸
(deoxyribonucleic acid， DNA)
**核酸的构件分子是核苷酸 (nucleotide) **DNA是遗传信息的载体
**RNA转录遗传信息，参与蛋白质生物合成 目前研究发现RNA功能广泛，其核心作用 是基因表达的调控。
24
⑴ Chargaff的碱基分析 ① 不同种生物DNA分子中的碱基组成不同 ② 同一生物不同组织其DNA分子的碱基组 成相同 ③ 某一特定生物其DNA碱基组成是固定的 ④ 任何生物DNA碱基组成都符合 Chargaff 定律 A=T， G=C 即 A+G=T+C
⑵ DNA纤维晶体的x-衍射研究显示DNA是双链 的螺旋形分子
1 9
1’ 1’
12
表3-1 各种常见的核苷
碱基 腺嘌呤 鸟嘌呤 胞嘧啶 尿嘧啶 胸腺嘧啶
核糖核苷 腺嘌呤核苷（adenosine） 鸟嘌呤核苷（guanosine） 胞嘧啶核苷（cytidine）
尿嘧啶核苷（uridine）
脱氧核糖核苷 腺嘌呤脱氧核苷（deoxyadenosine） 鸟嘌呤脱氧核苷（deoxyguanosine） 胞嘧啶脱氧核苷（deoxycytidine）