核酸的化学
生物化学核酸知识点总结
生物化学核酸知识点总结
核酸是由核苷酸组成的，核苷酸是核酸的基本组成单位。
核苷酸由碱基-核糖-磷酸基团组成。
核酸可分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。
碱基可分为5大类，即腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T）。
DNA分子中出现的碱基有A、T、C和G；RNA分子中所含的碱基是A、U、C和G。
核酸中含量相对恒定的元素是磷。
DNA分子由2条脱氧核糖核苷酸链组成，绝大部分RNA由1条核糖核苷酸链组成。
DNA碱基组成有一定的规律，即DNA分子中A的摩尔数与T相等，C与G相等。
碱基与碱基之间的连接中，（A）和（T）之间靠2个氢键连接，（C）和（G）之间靠3个氢键连接。
核酸的理化性质及应用
核酸的理化性质及应用核酸是一类含有大量核苷酸单元的生物大分子，在细胞中起着重要的生物学功能。
核酸分为两类：脱氧核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
下面我将介绍核酸的理化性质及应用。
一、核酸的理化性质：1. 化学成分：核酸由核苷酸单元组成，单个核苷酸由一个五碳糖（脱氧核糖或核糖）、一个含氮碱基和一个磷酸基团组成。
2. 结构：DNA是由两条互补的链以双螺旋结构排列而成，RNA是以单链形式存在。
DNA的碱基对是按照互补规则特异性配对的，腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）之间有两个氢键相连，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）之间有三个氢键相连，保持了DNA分子的稳定性。
3. 酸碱性：核酸是一种多酸性物质，可与碱性染料结合。
通过电泳技术可将核酸分离，由于核酸是多酸性的，具有负电荷，在电场中可被迁移，从而实现其分离和纯化。
4. 稳定性：由于DNA中的碱基对通过氢键相连，DNA分子具有较高的稳定性，可在适宜条件下长期储存。
二、核酸的应用：1. 遗传学研究：核酸是遗传物质的重要组成部分，在遗传学研究中发挥着关键作用。
通过对DNA或RNA的序列进行分析，可以揭示生物个体之间的遗传差异，并研究基因与功能的关系。
例如，人类基因组计划（Human Genome Project）使用DNA测序技术对人类整个基因组进行了测序，从而为深入研究人类遗传学奠定了基础。
2. 诊断医学：核酸在疾病诊断中的应用日益重要。
通过PCR（聚合酶链式反应）技术可以在体液或组织中检测到微量的病原体DNA或RNA，从而实现病原体的快速检测和诊断。
例如，在新冠疫情中，核酸检测成为最常用的方法之一。
3. 基因工程：核酸在基因工程领域具有重要应用。
通过将外源DNA或RNA导入细胞中，可以实现基因的插入、删除或替换，从而实现基因改造或修复。
这种技术在生物技术、农业、医学等领域中有着广泛的应用，如转基因作物的培育、基因治疗等。
4. 疾病治疗：核酸药物被广泛应用于疾病的治疗。
05-核酸化学(1-4)汇总.
3.稀有碱基
核酸中的部分稀有碱基 DNA 嘌 7-甲基鸟嘌呤 呤 N6-甲基腺嘌呤 RNA N6-甲基腺嘌呤 N 6,N 6-二甲基腺嘌呤 7-甲基鸟嘌呤 嘧 5-甲基胞嘧啶 假尿嘧啶 啶 5-羟甲基胞嘧啶 二氢尿嘧啶
3.稀有碱基
4.碱基的性质
酮式－烯醇式互变异构； 氨基－亚氨基互变异构； 具有吸收紫外光的性质，最大吸收波长在 260 nm左右； 碱基的紫外吸收光谱随pH的改变而改变； 化学性质比较稳定； 嘌呤碱基还可以被银盐沉淀 ；
2．核酸的研究史
17世纪末：“预成论” 1865年:孟德尔 第一次提出了“遗传因子”。
2．核酸的研究史
1868年，从外科
绷带上的脓细胞 的细胞核中分离 得到一种含磷较 高的酸性物质， 称之为核素 （nuclein）。
核素实质是一
种核糖核蛋白。
瑞士科学家 F.Miescher
2．核酸的研究史
1889年，Altmann首先制备了不含蛋白的核酸制品，
并引入“核酸”这一名词。
20世纪20年代测定了核酸的化学组成，并将核酸分
为DNA和RNA。
1943年，E
.Chargaff的工作：嘌呤：嘧啶=1：1， 由此推理出碱基配对的理论。
1944年，Avery的肺炎双球菌转化实验，证明遗传物Biblioteka 质即为DNA。核苷酸
一、DNA的一级结构
DNA字母简写:
5` … A P G P C P T P G P C P… 3` 或 5` … A G C T G C … 3`
二、 DNA的二级结构
公认的为 1953 年
watson 和 crick 提 出 的 DNA 双 螺 旋 结构模型。
二、 DNA的二级结构 1．实验证据 2．B-DNA双螺旋结构模型的要点 3．双螺旋结构的稳定性 4．DNA双螺旋的不同类型 5．三螺旋DNA和四螺旋DNA
第三章 核酸化学
rRNA的功能 参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。
思考题：
体内有哪些重要的核苷酸？各有何作用？
DNA和RNA在化学组成、分子结构和生理功能有何异同？ 利用核酸的理化性质在临床实践中有何应用？
N O O
-
NH2 N N OCH2
-
O O
-
O O
-
N H H
P O
-
P O
-
P O
O
H H
OH OH 三磷酸腺苷 (AT P )
多磷酸核苷酸
5′-磷酯键
N N O -O O O O O
NH 2
N
N
P O-
P O-
P O-
O
CH 2 H H OH
O H 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)
NH
核苷
N N
2 N 9 N
糖苷键
CH O H O 2 1'
H H OH H 2' O H H
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。
核苷酸(ribonucleotide)
NH2
酯键
O
N N O
N
9 N
糖苷键
HO P O CH 2 O
-
H
H
OH
' 1 H H 2'
* tRNA的二级结构
——三叶草形
氨基酸臂 DHU环 反密码环
额外环
核酸-高二化学课件(人教版2019选择性必修3)
（2）戊糖
核糖或脱氧核糖，以环
状结构存于核酸中。
核糖
（3）碱基 具有碱性(氨基）的杂环有机化合物
脱氧核糖
腺嘌呤(A)
鸟嘌呤(G)
胞嘧啶(C)
尿嘧啶(U)
（4）核酸的组成元素 C、H、O、N、P 等。
胸腺嘧啶(T)
2、核酸的组成 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。
核糖 碱基A、G、C、U
2、2020年的春节期间，新冠病毒肆虐。因为核酸是生命的基础物质， 是病毒的“身份证”，所以患者的确诊需要病毒的核酸检验。以下关
于核酸的论述正确的是( D)
A.核酸是核蛋白的非蛋白部分，也是由氨基酸残基组成的 B.核酸水解产物中含有磷酸、葡萄糖和碱基 C.核酸、核苷酸都是高分子化合物 D.核酸有核糖核酸和脱氧核糖核酸两类，对蛋白质的合成和生物遗传 起重要作用
三、核酸的生物功能
核酸是生物体遗传信息的载体
基因：有一定碱基排列顺序的DNA片段含有特定的遗传信息
DNA的生物功能 ①DNA分子上有许多基因,决定了生物体的一系列性状 ②在细胞繁殖分裂过程中，会发生DNA分子的复制,传递遗传信息 RNA的生物功能 RNA主要负责传递、翻译和表达DNA所携带的遗传信息。
第四章 生物大分子
第三节 核酸
学习目标
1、了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点和生物功能；知道核酸与 核苷酸、戊糖、碱基、磷酸之间的关系，能辨识核糖核酸、脱氧核糖核 酸中的磷酯键，能从结构角度认识核酸分子形成过程及水解过程。 2、了解DNA分子中基本结构单元之间的连接方式，能基于氢键分析碱 基的配对原理，形成对DNA双螺旋空间结构的整体认识。 3、认识人工合成核酸的意义，能说明核酸对于生命遗传的意义。
核酸的种类和分布及化学组成
核酸的化学组成
碱基
碱基是核酸分子中的信息携带者。DNA中 的碱基有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶 (C)和胸腺嘧啶(T)；RNA中的碱基有腺嘌 呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶 (U)。这些碱基通过氢键相互配对，形成 稳定的核酸结构。在DNA中，A与T配对，G 与C配对；在RNA中，A与U配对，G与C配对 。这些配对原则保证了核酸分子中的遗传 信息能够准确地进行复制和转录
RNA
核糖核酸(RNA)在生物体内起着多种多样 的作用。它可以是遗传信息的传递者，也 可以是蛋白质的合成者。RNA通常以单链 的形式存在，也可以形成一些复杂的结构 ，如tRNA和rRNA。RNA中的核苷酸由磷酸 、核糖和四种不同的碱基组成：腺嘌呤 (A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)
2
核酸的种类和分布 及化学组成
-
目录
CONTENTS
1
2
3
4
核酸的种类
核酸的分布 核酸的化学组成
总结
1
核酸的种类
4
核酸的种类
核酸分为两种基本类型：脱氧核糖核酸 (DNA)和核糖核酸(RNA)
• 编辑母版文本样式
• 第二级 • 第三级 • 第四级
• 第五级
这两种核酸都是由许多核苷酸通过磷酸 二酯键连接而成的长链
核酸的分布
DNA
DNA主要分布在生物 体的细胞核中，这里 是遗传信息的储存地 。然而，在线粒体和 叶绿体等细胞器中， 也发现了DNA的存在
核酸的分布
核酸的分布
RNA
RNA在细胞中的分布比DNA更为广泛。除了在细胞核中， RNA还在细胞质、线粒体和叶绿体中发挥作用。其中， mRNA和tRNA是在翻译过程中起到关键作用的两种RNA
核酸的化学组成
O
H3C
NH
N
NH
N 1
6
N H O
N H
O
N H
O
2，4-二氧嘧啶
2-氧-4-氨基嘧啶
5-甲基-2，4-二氧嘧啶
U
C
T
组成核酸的稀有碱基
核酸中除了5类基本的碱基外，还有一些含量甚 少的碱基，称为稀有碱基。
O
N N N N O N N
NH2
—CH3
I
m5C
DHU
碱基的结构特征
碱基都具有芳香环的结构特征。嘌呤环和嘧啶 环均呈平面或接近于平面的结构。 碱基的芳香环与环外基团可以发生酮式—烯醇 式或胺式—亚胺式互变异构。
DNA
D-2-脱氧核糖
A
NH2 N
鸟嘌呤
嘌呤
6
1N 2 5
guanine
7 N
O
N 3
4
N 9
8
N
N NH
N H
N
N H
N
NH2
A
G
1.组成核酸的碱基 尿嘧啶 uracil
O
嘧啶
4 3N 2 5
胞嘧啶 胸腺嘧啶 cytosine thymine
O
O
C2’-endo（2E) C5’ 4’ 3’ O 2’ 1’ N C5’ 4’
N O 3’ C3’-exo(E3) 2’ 1’
C2’-exo(E2)
（2）扭转式 糖环的C2’和C3’都偏离平面而且偏离方向相反称 为扭转式折叠（Twist,简写为T ）。如C2’-endo C3’-exo（23T), C2’-exo-C3’- endo(3T2) 。上述几种构 象可分别以侧视简图表示：
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、填空题 1．核酸的基本结构单位是 。 2．20世纪50年代，Chargaff等人发现各种生物体DNA碱基组成有 的特异性，而没有 的特异性 3．DNA双螺旋中只存在 种不同碱基对。T总是与 配对，C总是与 配对。 4．核酸的主要组成是 ， 和 。 5．两类核酸在细胞中的分布不同，DNA主要位于 中，RNA主要位于 中。 6．核酸分子中的糖苷键均为 型糖苷键。糖环与碱基之间的连键为 键。核苷与核苷之间通过 键连接形成多聚体。 7．嘌呤核苷有顺式，反式二种可能，但天然核苷多为 。 8．X射线衍射证明，核苷中 与 平面相互垂直。 9．核酸在260nm附近有强吸收，这是由于 。 10．给动物食用3H标记的 ，可使DNA带有放射性，而RNA不带放射性。 11．双链DNA中若 含量多，则Tm值高。 12．双链DNA热变性后，或在pH2以下，或pH12以下时，其OD260 ，同样条件下，单链DNA的OD260 。 13．DNA样品的均一性愈高，其熔解过程的温度范围愈 。 14．DNA所处介质的离子强度越低，其熔解过程的温度范围越 ，溶解温度越 ，所以DNA应保存在较 浓度的盐溶液中，通常为 mol/L的NaCl溶液。 15．DNA分子中存在于三类核苷酸序列：高度重复序列、中度重复序列和单一序列。tRNA，rRNA以及组蛋白等由 编码，而大多数蛋白质由 编码。 16．硝酸纤维素膜可结合 链核酸。将RNA变性后转移到硝酸纤维素膜上再进行杂交，称 印迹法。 17．变性DNA的复性与许多因素有关，包括 ， ， ， ， 等。 18．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。 19．双链DNA螺距为3.4nm，每匝螺旋的碱基数为10，这是 型DNA的结构。 20．RNA分子的双螺旋区以及RNA-DNA杂交双链具有与 型DNA相似的结构，外形较为 。 21．NAD+，FAD和CoA都是 的衍生物。 22．维持DNA双螺旋结构稳定的主要因素是 ，其次，大量存在于DNA分子中的弱作用力如 ， 和 也起一定作用。 23．tRNA的三级结构为 形，其一端为 ，另一端为 。 24．测定DNA一级结构的方法主要有Sanger提出的 法和Maxam，Gilbert提出的 法。 25．引起核酸变性的因素很多，如 ， 和 等。 26．Oligo(dT)-纤维素可以用来分离纯化真核生物的 。
二、是非题 1．脱氧核糖核苷中的糖环3′位没有羟基。 2．若双链DNA中的一条链碱基顺序为pCpTpGpGpApC，则另一条链的碱基顺序为pGpApCpCpTpG。 3．若种属A的DNA Tm值低于种属B，则种属A的DNA比种属B含有更多的A-T碱基对。 4．原核生物和真核生物的染色体均为DNA与组蛋白的复合体。 5．核酸的紫外吸收与溶液的pH值无关。 6．生物体内存在的游离核苷酸多为5′-核苷酸。 7．Z型DNA与B型DNA可以相互转变。 8．生物体内，天然存在的DNA分子多为负超螺旋。 9．真核细胞染色体DNA结构特点之一是具有重复序列，高度重复序列一般位于着丝点附近，通常不转录。 10．mRNA是细胞内种类最多、含量最丰富的RNA。 11．tRNA的二级结构中的额外环是tRNA分类的重要指标。 12．真核生物成熟mRNA的两端均带有游离的3′-OH。 13．目前为止发现的修饰核苷酸大多存在于tRNA中。 14．对于提纯的DNA样品，测得OD260/OD280＜1.8，则说明样品中含有RNA。 15．核酸变性或降解时，出现减色效应。 16．DNA样品A与B分别与样品C进行杂交实验，得到的杂交双链结构如下图： 那么说明样品A与C的同源性比样品B与C的同源性高。 17．基因表达最终产物都是蛋白质。 18．核糖体不仅存在于细胞质中，也存在于线粒体和叶绿体中。
三、选择题（下列各题均有五个备选答案，其中只有一个正确答案） 1．下列突变中，哪一种致死性最大？（ ） （A）胞嘧啶取代腺嘌呤 （B）沉降系数下降 （C）插入三个核苷酸 （D）插入一个核苷酸 （E）丢失三个核苷酸 2．双链DNA热变后（ ） （A）黏度下降 （B）沉降系数下降 （C）浮力密度下降 （D）紫外吸收下降 （E）都不对 3．下列复合物中除哪个外，均是核酸与蛋白质组成的复合物（ ） （A）核糖体 （B）病毒 （C）端粒酶 （D）RNase P （E）核酶（ribozyme） 4．艾滋病病毒HIV是一种什么病毒（ ） （A）双链DNA病毒 （B）单链DNA病毒 （C）双链RNA病毒 （D）单链RNA病毒 （E）不清楚 5．RNA经NaOH水解，其产物是（ ） （A） 5′-核苷酸 （B）2′-核苷酸 （B） 3′-核苷酸 （D）2′-核苷酸和3′-核苷酸的混合物 （E）2′-核苷酸、3′-核苷酸和5′-核苷酸混合物 6．反密码子UGA所识别的密码子是（ ） （A）ACU （B）ACT （C）UCA （D）TCA （E）都不对 7．对DNA片段作物理图谱分析，需要用（ ） （A）核酸外切酶 （B）DNase I （C）DNA连接酶 （D）DNA聚合酶I （E）限制性内切酶 四、思考问答题 1．（1）T7噬菌体DNA，其双螺旋链的相对分子质量为2.5×107。计算DNA链的长度（设核苷酸对的平均相对分子质量为650） （2）相对分子质量为130×106的病毒DNA分子，每微米的质量是多少？ （3）编码88个核苷酸和tRNA的基因有多长？ （4）编码细胞色素C（104个氨基酸）的基因有多长？（不考虑起始和终止序列） （5）编码相对分子质量为9.6万的蛋白质的mRNA，相对分子质量为多少？（设每个氨基酸的平均相对分子质量为120） （6）λ噬菌体DNA长17μm，一突变体DNA长15μm，问该突变体缺失了多少碱基对？ 2．对一双链DNA而言，若一条链中（A+G）/（T+C）=0.7，则（1）互补链中（A+G）/（T+C）=？（2）在整个DNA分子中（A+G）/（T+C）=？（3）若一条链中（A+T）/（G+C）=0.7，则互补链中（A+T）/（G+C）=？（4）在整个DNA分子中（A+T）/（G+C）=？ 3．试述三种主要的RNA的生物功能（与蛋白质生物合成的关系）。 4．Hershey-Chase所做的噬菌体转染实验中，为什么32P只标记在DNA分子中，而35S只标记在蛋白质的外壳上？如果用35S标记的噬菌体去感染细菌，那么在子代病毒中是否会出现带35S标记的病毒？如果是用32P标记的噬菌体重复实验，那么在子代病毒中是否可以找到带32P标记的病毒？ 5．某双链DNA样品，含28.9摩尔百分比的腺嘌呤，那么T，G，C的摩尔百分比分别为多少？ 6．试述下列因素如何影响DNA的复性过程。 （1）阳离子的存在 （2）低于Tm的温度 （3）高浓度的DNA链 7．用稀酸或高盐溶液处理染色质，可以使组蛋白与DNA解离，请解释。 8．线粒体电子转移链中的一种重要蛋白质：酵母细胞色素氧化酶由7个亚基组成，但是只有其中的4种亚基的氨基酸顺序由酵母核内DNA编码，那么其余三种亚基的氨基酸顺序所需的信息来自何处？ 9．胰脱氧核糖核酸酶（DNase I）可以随机地水解溶液中的DNA的磷酸二酯键，但是DNase I作用于染色体DNA只能使之有限水解，产生的DNA片段长度均为200bp倍数。请解释。
参考答案 一、填空题 1．核苷酸 2．种 组织 3．二 A G 4．碱基 核糖 磷酸 5．细胞核 细胞质 6．β 糖苷 磷酸二酯键 7．反式 8．碱基 糖环 9．在嘌呤碱基和嘧啶碱基中存在于共轭双键 10．胸腺嘧啶 11．G-C对 12．增加 不变 13．窄 14．宽 低 高 1 15．中度重复序列 单一序列 16．单 Northerm 17．样品的均一度 DNA的浓度 DNA片段大小 温度的影响 溶液的离子强度 18．正 19．B 20．A 粗短 21．腺苷酸 22．碱基堆积力 氢键 离子键 范德华力 23．倒L 氨基酸接受臂 反密码子 24．双脱氧法 化学断裂法 25．温度升高 酸碱变化 有机溶剂 26．MRNA
二、是非题 1．错。脱氧核糖核苷中的糖环2′位没有羟基。 2．错。另一条链的碱基顺序为：pGpTpCpCpApG。 3．对。DNA的Tm值与DNA中所含的G-C对含量成正比，即与A-T对含量成反比。 4．错。真核生物的染色体为DNA与组蛋白质的复合体，原核生物的染色体DNA与碱性的精胺、亚精胺结合。 5．错。核酸的紫外吸收与溶液的pH值相关。 6．对。天然存在的游离核苷酸一般为5′-核苷酸。 7．对。天然B型DNA的局部区域可以出现Z型DNA，说明B型DNA与Z型DNA之间可以相互转变的。 8．对。负超螺旋DNA容易解链，便于进行复制、转录等反应。 9．对。高度重复序列一般位于着丝点附近，与纺锤体形成有关，通常不转录。 10．错。mRNA是细胞内种类最多、但含量很低的RNA。细胞内含量最丰富的RNA是rRNA。 11.对。不同tRNA中额外环大小差异很大，因此可作为tRNA分类的指标。 12．对。真核生物成熟mRNA的5′为帽子结构，即m7G（5′）ppp(5′)N-，因此5′端也是3′-OH。 13．对。目前为止发现的修饰核苷酸大多是在tRNA中找到的。 14．错。对于提纯的DNA样品，如果测得的OD260/OD280＜1.8，则说明样品中有蛋白质残留。 15．错。核酸变性或降解时，碱基堆叠被破坏，碱基暴露，光吸收增加，称为增色效应。 16．对。同源DNA在适合条件下，可以杂交，杂交程度与同源性成正比。 17．错。基因表达的产物可以是蛋白质或RNA。 18．对。线粒体和叶绿体具有自己的一套复制、转录、翻译体系，因此也含有核糖体。