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核酸生物化学
核酸生物化学《核酸生物化学》嘿，同学们！今天咱们来聊聊核酸生物化学里的那些化学式相关的有趣知识。
一、核酸的基本组成单元：核苷酸咱们先来说说核苷酸，它就像一个小小的积木块，是构建核酸这个大城堡的基础材料。
核苷酸由三部分组成：磷酸、戊糖和含氮碱基。
这就好比一个小玩具，磷酸是它的一个小零件，戊糖是另一个零件，含氮碱基则是第三个零件，这三个零件组合在一起才构成了核苷酸这个完整的小玩具。
从化学式的角度看，磷酸基团有自己的化学结构，里面有磷原子（P）、氧原子（O）和氢原子（H），它们之间通过化学键连接在一起。
这里的化学键啊，就像小钩子一样。
比如说离子键，就像是带正电和带负电的原子像超强磁铁般吸在一起。
就好比你有两块磁铁，一块是正极，一块是负极，它们“啪”地一下就吸住了，这就是离子键的感觉。
而共价键呢，是原子共用小钩子连接，就像两个人共同拉着一个小绳子，这个小绳子就是它们共用的小钩子，这样原子就紧密地结合在一起了。
二、核酸分子的构建：聚合反应与化学平衡许多核苷酸要连接起来才能形成核酸，这个连接的过程就像是把一个个小积木块搭成一个长长的积木桥。
核苷酸之间的连接反应其实是一个化学平衡的过程，这就像拔河比赛一样。
反应物（单个的核苷酸）和生成物（连接起来的核酸链）就像两队人。
在反应开始的时候，可能有很多单个的核苷酸（反应物这边人多力量大），它们不断地连接起来形成核酸链（生成物这边的人慢慢变多）。
当达到正逆反应速率相等的时候，就像是拔河的两队人力量达到了平衡，这时候核酸链的长度和核苷酸的浓度都不再变化了，这就是化学平衡的状态。
三、核酸分子的极性：分子的极性类比核酸分子有一定的极性，这又是什么意思呢？咱们可以类比小磁针。
就像水分子是极性分子一样，水的氧一端像磁针南极带负电，氢一端像北极带正电。
核酸分子里的各个组成部分也有类似的电荷分布情况。
不过呢，有些分子是没有极性的，就像二氧化碳是直线对称的非极性分子。
想象一下，二氧化碳分子就像一个两边完全对称的哑铃，中间的碳原子和两边的氧原子排列得非常对称，所以它整体没有极性，就像一个完全平衡的东西，没有哪一端特别“带劲”（带电性）。
生物化学 第5章 核酸(2)
核酸含有嘧啶碱和嘌呤碱基，因而DNA 和RNA在紫外光 区具有吸收特性，其最大吸收在260nm处。
利用核酸和蛋白质紫外吸收差别，可鉴定核酸制品中蛋 白质杂质。例如，纯净的DNA A260:A280的比值大约介于 1.65～1.85. 若比值过高，则表明污染有RNA, 比值过低 则表明有蛋白质或酚污染。
分四组,每组加入四种5‘-dNTP(其中一种含
放射线标记)和一种2',3'-ddNTP,并加入E.coli
DNA聚合酶Ⅰ,满足DNA合成所需条件,进行该片段 互补链的合成。当加入的2',3'-ddNTP参入到链中 后,因该类似物脱氧核糖的C-3’位上无OH,不能与 下一个核苷酸连接,故链的延长被终止。例如，加
3 介质中离子强度 离子强度高，Tm高。测定Tm需要特定的条件：即在
四 DNA的变性与复性
（一） DNA的变性
在水溶液中，双股DNA分子在某些物理因素或化学因素 的影响下，双螺旋结构中的碱基堆积力和碱基对间的氢键受 到破坏，严密的双股螺旋变成了两条单一的随机卷曲的多核
苷酸链，该现象称作DNA变性。
热变性是DNA的一个极其重要的性质，在研究DNA时常用到 这一性质。若将DNA稀溶液加热到80℃左右几分钟，双螺旋 结构就会受到破坏，氢键逐步断开，形成无规线团。这种变 化叫做螺旋→线团转换（helix-coil transition）.
增色效应：
当DNA溶液慢慢加热到双螺旋开始解链前，在260nm 处的吸收基本保持不变。但当温度达到一定高度(一般在 750C以上)时，紫外吸收急剧增加直到两条单链完全分开 成随机卷曲状态为止。紫外吸收随变性程度加剧而升高
的现象称为高色效应或增色效应(hyper-chromoc
生物化学 核酸.
55/44
1.01
0.96
0.99
牛精子 28.7 22.2 27.2 30.3 1.3
56.9/44.2
1.06
1.01
1.03
大鼠骨髓 28.6 21.4 20.4 28.4 1.1
57/42.9
1.01
1.00
1.00
鲱睾丸 27.9 19.5 21.5 28.2 2.8
56.1/43.8
0.99
4 2
其他的稀有碱基，多见于RNA中
4.1.2 核糖(Ribose)
• 五碳糖，参与了核酸的组成
5
CH2OH O
4 H
OH H 1
H 3 2 H OH OH
核糖（D-ribose）
5
CH2OH O
4 H
OH H 1
H 3 2 H OH H
脱氧核糖（2′-deoxy-D-ribose）
5
真核生物DNA的组装
真核生物内，DNA以致密形式存在于细 胞核的染色体中。
染色体的基本单位是核小体(nucleosome)
核小体：由DNA和组蛋白共同构成。 核心：组蛋白—H2B ,H2A ,H3 ,H4
DNA：以负超螺旋缠绕在组蛋白上
在DNA分子中，嘌呤碱基的总摩
尔数与嘧啶碱基的总摩尔数相等。
(23.7Å)
维系双螺旋结构稳定的力
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
7 8
6 51 42
9
3
45 3 2
6 1
A与T之间2对氢键
4 2
6 2
C与G之间3对氢键
DNA双螺旋结构的多态性
（1）A型、 B型、 Z型DNA Watson-Crick结构：生理条件下具随机顺序 DNA的最稳定
生物化学第四章 核酸化学知识点归纳
生物化学第四章核酸化学核酸是生物体内的重要生物大分子；核酸不仅与正常的生命活动如生长繁殖等有着密切关系，而且与生命的异常活动如人体肿瘤发生、辐射损伤等也息息相关。
核酸的研究是分子生物学的重要领域。
一、核酸的概述二、核酸的化学组成目录三、核酸的分子结构四、核酸及核苷酸的性质五、核酸的分离提取和纯化一、核酸的发展史二、核酸的分类和分布三、核酸的生物学功能概述I一、核酸的发展史●1869 年，瑞士生物学家Miescher首先从外科手术绷带上脓细胞的细胞核中分离出白色微酸性的含磷有机物质-称为核质（nuclein)。
Miescher ●1889年，Altmann 制备了不含蛋白的核酸制品，提出核酸(nucleic acid)；了肺炎双球菌的转化现象肺炎双球菌肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae)是一种病原菌，存在着光滑型(Smooth简称S型）和粗糙型（Rough简称R型）两种不同类型。
肺炎双球菌的种类S型肺炎双球菌R型肺炎双球菌菌落（肉眼观察）菌落光滑菌落粗糙菌体（显微镜观察）有多糖类荚膜无多糖类荚膜毒性（动物实验）有毒无毒致病情况使人患肺炎，使老鼠患败血症死亡不使人和老鼠患病实验证实：SⅢ型死菌体内有转化因子能引起RⅡ型活菌转化产生SⅢ型活菌，这种转化因子是遗传物质。
1944年，美国的O.Avery、C. Macleod及M.Mccarty等人在Griffith工作的基础上，利用体外转化实验对肺炎双球菌的转化本质进行了深入的研究。
实验：从SⅢ型活菌体内提取DNA、蛋白质和荚膜多糖，将它们分别和RⅡ型活菌混合均匀后，注射入小白鼠体内。
结果：只有注射SⅢ型菌DNA和RⅡ型活菌的混合液的小白鼠才死亡O.Avery实验证实：DNA是遗传物质光滑型细胞（有毒）粗糙型细胞（无毒）破碎细胞DNAase降解后的DNA 粗糙型细胞接受光滑型DNA只有粗糙型SS R RR DNA +1952年，Hershey和Chase的T2噬菌体的感染实验。
【生物化学】核酸 (3)
核酸(Nucleic Acids)内容回顾核酸的水解: 酸水解、碱水解、酶水解核酸的紫外吸收核酸的变性核酸的复性分子杂交核酸的分离、提取核酸的凝胶电泳PCR技术
核酸的物理化学性质和研究方法
第十五章(一)、限制性内切酶限制性内切酶往往与一种甲基化酶同时成对存在，构成一个限制修饰系统，甲基化酶使细菌自身的DNA带上标志，限制性内切酶专门用于降解外源的未经特殊修饰的DNA入侵的外源DNA，对自身起了保护作用。
①具有严格的碱基专一性，有专一的识别顺序、切点②粘性未端或平整末端
特征：
第十六章核酸的研究方法十四、限制性核酸内切酶
(一)、限制性内切酶举例：
第十六章核酸的研究方法十四、限制性核酸内切酶(一)、DNA的测定策略待测DNA限制性片段混合物凝胶电泳电泳图谱DNA片段限制图谱测定序列分子杂交完整DNA序列限制性内切酶确定各片段的相对位置分离纯化对特征序列定位第十六章核酸的研究方法十五、DNA测序（二）、DNA序列测定第十六章核酸的研究方法十五、DNA测序①双脱氧终止法:英国Sanger 1955 确定牛胰岛素结构1958 获诺贝尔化学奖1975 设计出DNA测序法1980 获诺贝尔化学奖步骤：①新链合成反应：反应混合物——待测DNA（顺序未知）+ 寡聚核苷酸引物（顺序已知）+ dNTPs（四种三磷酸核苷的混合物，其中一种含放射性P）+ DNA聚合酶，分四管进行。②分别加入ddATP、ddCTP、ddGTP、ddTTP做抑制剂；随机进行链终止。③聚丙烯酰胺凝胶电泳分离DNA片段④放射自显影、读序。（二）、DNA序列测定第十六章核酸的研究方法十五、DNA测序
①双脱氧终止法dNTPddNTPOHH①双脱氧终止法①双脱氧终止法ddNTPOHHdNTP①双脱氧终止法例：待测DNA根据Sanger的方法获得的DNA片段混合物电泳后的放射自显影图谱，可以直接在胶板上读序，方向由下向上。
5’GGCTATACCTATCCAGTTACTGTGCCACGAGTCTAA
生物化学 03核酸
C6 C5
C1’
6 1
C1’
C1’
C1’
一、核酸的组分 5.细胞内的游离核苷酸及其衍生物
——NTP类的高能磷酸化合物
一、核酸的组分 5.细胞内的游离核苷酸及其衍生物
——环状核苷酸
一、核酸的组分 5.细胞内的游离核苷酸及其衍生物
——环状核苷酸
细胞内 : 腺苷酸环化酶
ATP （AC）
cAMP + PPi
构成核酸的核苷酸之间的连接方式：
3’，5’磷酸二酯键
一、核酸的组分 6.核苷酸的性质与功能
性质： 1）互变异构现象
2）紫外吸收：核苷酸的 碱基具有共轭双键结构， 故在260nm左右有强吸收 峰。其紫外吸收光谱受碱 基种类和解离状态的影响， 利用碱基一定的pH下紫外 吸收的差别，可以鉴定各 种核苷酸。
一、核酸的组分 6.核苷酸的性质与功能
3）核苷酸的两性解离和等电点 胞嘧啶核苷酸的解离
pICMP =
pKa1+pKa2 2
=
0.8+4.5 2
= 2.65
一、核酸的组分 6.核苷酸的性质与功能
性质： 从4种核苷酸的解离曲线。 可以看出，当pH处于第一磷 酸基和碱基环解离曲线的交 点时，二者的解离度刚好相 等。在这个pH下，第二磷酸 基尚未解离，所以这一pH为 该苷酸的等电点。当pH小于 等电点时，整个核苷酸带净 正电荷。相反，如果pH大于 该核苷酸的等电点，则整个 核苷酸就带净负电荷。
+0
-1
洗脱顺序是:UMP→GMP→CMP→ AMP。
一、核酸的组分 6.核苷酸的性质与功能
功能：AMP可生成ADP和 ATP。其他单核苷酸也可生成相应的二磷酸 或三磷酸。ATP在化学能的转化和利用中起着关键的作用。UTP参与糖 的互相转化与合成，CTP参与磷脂的合成，GTP参与蛋白质的合成。 ATP、GTP、CTP和UTP是RNA合成的直接原料，dATP、 dGTP、dCTP 和dTTP是 DNA合成的直接原料。
生物化学之核酸化学
第三章核酸化学（Nucleic Acids Chemistry )第一节概述一、核酸的发现与发展二、核酸的类别和分布脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid DNA）核糖核酸（ribonucleic acid RNA）DNA在生物体内的存在部位和方式：–原核细胞中DNA集中在核区；–真核细胞中DNA集中在核内，组成染色体。
–线粒体和叶绿体等细胞器也含有少量DNA。
–原核生物染色体DNA、质粒DNA、真核生物细胞器DNA都是环状双链DNA。
–真核生物染色体是线性双链DNA，末端具有高度重复序列形成的端粒（telomere）结构。
染色体(Chromosomes)、基因(Gene)、DNA–染色体：是细胞核内能被碱性染料着色物质的螺旋聚集体，是遗传信息的载体。
–基因：是存在于染色体上的遗传信息–DNA：是遗传信息的载体RNA（核糖核酸）∶–主要分布在细胞质中，与蛋白质合成密切相关Ribosomal RNAs (rRNA，核糖体RNA)占80%以上：与蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所Messenger RNAs (mRNA，信使RNA) 占5%：合成蛋白质的模板Transfer RNAs (tRNA ，转运RNA)占15%：在蛋白质合成中运输氨基酸应用与生产：在食品方面∶强力助鲜剂，如肌苷酸和鸟苷酸。
在医药方面∶ATP、COA等。
第二节核酸的组成核酸的化学组成：除含C、H、O、N外，还含有较多的磷和少量的硫，含磷量在9－10％一、磷酸（phosphate）OHHO-P=OOH二、戊糖（pentose）三、碱基（nitrogenous base碱基∶是一类含氮的有机小分子嘌呤(purine）：腺嘌呤adenine (A)鸟嘌呤guanine (G)嘧啶(pyrimidine ）：胞嘧啶cytosine (C).尿嘧啶uracil (U)胸腺嘧啶thymine (T)（1）含酮基的嘧啶和嘌呤碱都有酮和烯醇式互变异构现象，且处于平衡状态。
基础生物化学-核酸化学联系
第一章核酸化学或第一节核酸导言一、核酸的发现1868年，瑞士的科学家F.Miescher从外科绷带上的脓细胞的核中分离出一种富含磷元素的酸性化合物，称为“核素”(nuclein)。
1889年，Altman等人从酵母和动物的细胞核中制得了不含蛋白质的核酸，首次使用“核酸”（nucleic acid）一词。
二、核酸是遗传与变异的物质基础1944年O.t.Avery等人通过细菌转化实验（肺炎双球菌转化实验）证明核酸是遗传物质。
PPT部分如下：S球菌：有毒肺炎球菌，光滑、有夹膜。
R型球菌：无毒肺炎球菌，粗糙、无夹膜。
二、核酸的种类及分布核酸是生物体内的高分子化合物，包括DNA和RNA两大类。
1.脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA)分布：原核生物：核质区、质粒。
真核生物：95%在细胞核、5%在线粒体和叶绿体。
功能：携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。
2.核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）分布：原核生物：细胞质真核生物： 75%在细胞质15%在线粒体和叶绿体10%在细胞核RNA种类：mRNA （信使RNA , messenger RNA）：约占总RNA的5％，蛋白质合成模板。
rRNA（核糖体RNA，ribosoal RNA）：约占总RNA的80％，核蛋白体组分。
原核生物核糖体中有三类rRNA：5S、16S、23S真核生物核糖体中有四类rRNA：5S、5.8S、18S、28StRNA（转移RNA，transfer RNA）：约占总RNA的10％～15％，转运氨基酸。
hnRNA（核内不均一RNA）:成熟mRNA的前体。
snRNA(核内小RNA)：参与hnRNA的剪接、转运。
snoRNA（核仁小RNA）：rRNA的加工、修饰。
scRNA（胞浆小RNA）：蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分。
第二节核酸组成成分一.元素组成主要元素有C、H、O、N、P与蛋白质比较，核酸一般不含S，而P的含量较为稳定，占9-11%。
生物化学之核酸化学
第三章核酸化学（Nucleic Acids Chemistry )第一节概述一、核酸的发现与发展二、核酸的类别和分布脱氧核糖核酸（ deoxyribonucleic acid DNA）核糖核酸（ ribonucleic acid RNA）DNA在生物体内的存在部位和方式：–原核细胞中DNA集中在核区；–真核细胞中DNA集中在核内，组成染色体。
–线粒体和叶绿体等细胞器也含有少量DNA。
–原核生物染色体DNA、质粒DNA、真核生物细胞器DNA都是环状双链DNA。
–真核生物染色体是线性双链DNA，末端具有高度重复序列形成的端粒（telomere）结构。
染色体(Chromosomes)、基因(Gene)、DNA–染色体：是细胞核内能被碱性染料着色物质的螺旋聚集体，是遗传信息的载体。
–基因：是存在于染色体上的遗传信息–DNA：是遗传信息的载体RNA（核糖核酸）∶–主要分布在细胞质中，与蛋白质合成密切相关Ribosomal RNAs (rRNA，核糖体RNA)占80%以上：与蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所Messenger RNAs (mRNA，信使RNA) 占5%：合成蛋白质的模板Transfer RNAs (tRNA ，转运RNA)占15%：在蛋白质合成中运输氨基酸应用与生产：在食品方面∶强力助鲜剂，如肌苷酸和鸟苷酸。
在医药方面∶ATP、COA等。
第二节核酸的组成核酸的化学组成：除含C、H、O、N外，还含有较多的磷和少量的硫，含磷量在9－10％一、磷酸（phosphate）OHHO-P=OOH二、戊糖（pentose）三、碱基（nitrogenous base碱基∶是一类含氮的有机小分子嘌呤(purine）：腺嘌呤 adenine (A)鸟嘌呤 guanine (G)嘧啶(pyrimidine ）：胞嘧啶 cytosine (C).尿嘧啶 uracil (U)胸腺嘧啶 thymine (T)（1）含酮基的嘧啶和嘌呤碱都有酮和烯醇式互变异构现象，且处于平衡状态。