第三章核酸的结构与功能
第三讲核酸的结构和功能及糖类、脂质的种类和作用
B．含 RNA 的区域被吡罗红染色剂染成红色
C．实验过程中，需要先在低倍镜下选择染色均匀且色泽
浅的区域，移至视野中央
D．质量分数为 8%的盐酸有利于染色质中 DNA 与蛋白
质分离
[解析] 紫色洋葱鳞片叶不宜做该实验的实验材料，因紫 色的液泡会干扰对红色细胞质的观察；RNA 主要分布于细胞 质中，DNA 可被甲基绿染色剂染成绿色，RNA 可被吡罗红染 色剂染成红色；实验过程中，需要先在低倍镜下选择染色均 匀且色泽浅的区域移至视野中央；盐酸可改变细胞膜的通透 性，加速染色剂进入细胞，同时又有利于染色质中 DNA 与蛋 白质分离。
二、细胞中的糖类
[悟一悟] 各种糖类都是人体生命活动的能源物质吗？ 提示：不是。如脱氧核糖是构成 DNA 的成分，核 糖是构成 RNA 的成分。
三、脂质的种类和功能[连线]
[效果自评组合式设计]
一、在小题集训中洞悉命题视角
1．判断有关核酸说法的正误。
(1)可用健那绿和吡罗红染色观察 DNA 和 RNA 在细胞中的分布
①改变细胞膜的通透性―→加速染色 剂进入细胞 (2)盐酸②使染色质中的DNA和蛋白质分离 ―→有利于DNA与染色剂结合
2．实验步骤
[例 3] 关于“观察 DNA 和 RNA 在细胞中的分布”实验
的叙述，不．正确的是
()
A．利用紫色的洋葱鳞片叶表皮细胞做实验材料时可以观
察到红色区域较大，主要位于细胞质中
4.多糖和脂质的合成场所
(1)多糖淀 纤维 粉素—— —叶—高 绿体 尔基体 糖原——肝脏、肌肉
(2)脂质——内质网。
5．细胞中的能源物质
(1)细胞生命活动的主要能源物质：葡萄糖。 (2)细胞的储能物质：脂肪、淀粉、糖原。 (3)细胞生命活动的直接能源物质：ATP。 (4)细胞中的糖类、脂肪、蛋白质都含有大量的化学能，都可 以氧化分解为生命活动供能，由于三大有机物的 C/H 不同，在氧 化分解时的需氧量也不同。糖类 C/H 最大，需氧最少；脂肪 C/H 最小，需氧最多，产生的能量也最多。
核酸的结构和功能
核酸的结构和功能核酸是生命体中非常重要的一类化合物，它们呈现出多种不同的结构和功能，具有广泛的生理活性和重要的医学应用价值。
因此，本文将从核酸的结构和功能两个方面对其进行详细的探讨和分析。
一、核酸的结构核酸是由核苷酸构成的，其中核苷酸是由糖、碱基和磷酸组成的。
糖和碱基是核苷酸的主要结构单元，而磷酸则是连接各个核苷酸单元的桥梁。
糖的选择在DNA和RNA中有所不同，DNA中的糖是脱氧核糖，而RNA中的糖是核糖。
这种区别使得DNA和RNA结构上存在一些差别，比如在酸碱度条件下，DNA更容易形成稳定的结构，背景下我们来详细讨论DNA和RNA的结构特点。
1. DNA的结构DNA是双链结构，由两个聚合物互相结合而成，这些聚合物通过碱基间的氢键相互连接。
DNA的结构是基于鲍尔理论建立的，它是由两个不合位置条，其中的一条旋转了一定的角度，使得这两个链在三维空间中形成一个双螺旋结构。
这种双螺旋结构基本上是由两个不同形式的基对构成，互补的碱基间相互配对，即腺嘌呤和胸腺嘧啶之间存在两个氢键，而鸟嘌呤和胞嘧啶之间则存在三个氢键。
这种氢键结构赋予了DNA一定程度上的稳定性，保证了基因信息的稳定性和传递性。
2. RNA的结构RNA是单链结构，由一个核苷酸链构成，在链上存在一系列氨基酸残基、一个五碳糖和一个碱基，其中的碱基和DNA是相同的。
在RNA中，碱基的选择和排列方式是独立于它的糖和磷酸残基的。
这种构造决定了RNA的结构和功能具有很大的多样性，比如，一些RNA可以形成自身结构，同时也能与其他分子发生特异性的相互作用，这些相互作用可以形成多种不同的RNA-RNA、RNA-蛋白质和RNA-糖等复合物。
二、核酸的功能核酸具有多种复杂的生理和生化功能，其中一些主要功能如下：1. 遗传信息的存储和传递DNA是生物体内最重要的分子之一，它通过氢键和反选配的规则对碱基进行配对来存储和传递生物体的遗传信息。
由于这种针对性的选择性，碱基对之间的氢键是典型的尺度互补，这种互补性导致了新链的合成，比如，DNA复制过程中就是通过这种互补性黏连在新的链上的。
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
核酸的结构和功能
缠绕1.75圈 约140~160bp
60bp
核心颗粒 2 (H2A·H2B ·H3 ·H4 )
染色质纤维
人类46条染色体的DNA总长可达 1.7m，经过螺旋化压缩，实际总 长只有200nm。
中心法则 (Central Dogma)
Replication
Reverse transcription
OH
HN
HCH3
H
H
ON
H
胸腺嘧啶 thymine
（T）
DNA
胸腺嘧啶 (T)
腺嘌呤 (A)
鸟嘌呤 (G)
胞嘧啶 (C)
RNA
尿嘧啶 (U)
（二）戊糖
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
OH OH
β-D-2-核糖
核糖 (Ribose) 构成 RNA
HOH2C5’ O OH
4’
1’
3’ 2’
（2）碱基互补配对：AT配对（两个氢键）， GC配对（三个氢键）；碱基对平面垂直纵轴 （3）右手双螺旋：螺距为3.4 nm，直径为2.0 nm，10.5 bp/圈
（4）表面功能区：小沟较浅；大沟较深，是蛋 白质识别DNA碱基序列的基础 （5）维持结构稳定的力量：氢键维持双链横向 稳定，碱基堆积力维持螺旋纵向稳定
脱氧 d
碱基 A G T C U
磷酸基数目 M D T
磷酸 P
• DNA、RNA组成异同
DNA与RNA在组成成份上略有不同：
DNA
RNA
磷酸 碱基
戊糖
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） D-2脱氧核糖（dR）
磷酸 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U）
核酸结构与功能解析
核酸结构与功能解析核酸是构成生物体内遗传信息的主要分子之一，其中包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
这两种核酸都具有复杂的结构和多样的功能，对于生物体的正常运行至关重要。
本文将对核酸的结构和功能进行详细解析。
一、脱氧核糖核酸（DNA）的结构与功能DNA是一种由核苷酸单元组成的长链分子，每个核苷酸单元由磷酸、脱氧核糖和一种碱基组成。
DNA分子通常以双螺旋结构存在，其中两条链通过碱基间的氢键相互配对，形成阅读方向相反的互补链。
DNA的主要功能是存储和传递遗传信息。
在细胞分裂过程中，DNA复制可以确保每个新细胞都获得与母细胞相同的遗传信息。
此外，DNA还通过转录的过程将遗传信息转化为RNA，进一步参与蛋白质的合成。
二、核糖核酸（RNA）的结构与功能RNA同样由核苷酸单元组成，但与DNA不同的是，RNA中的脱氧核糖被核糖代替，而胸腺嘧啶（T）碱基则被尿嘧啶（U）取代。
RNA分子通常以单链或者部分螺旋结构存在。
RNA具有多种功能，其中最重要的是参与蛋白质合成。
在转录过程中，RNA通过与DNA互补配对的方式，将DNA中的遗传信息转录成RNA信使分子（mRNA）。
随后，mRNA将被转运到核糖体，通过翻译过程将遗传信息转化为特定的氨基酸序列，从而合成蛋白质。
除了参与蛋白质合成外，RNA还有多种其他功能。
例如，转运RNA（tRNA）能将氨基酸输送到核糖体，核糖体RNA（rRNA）在蛋白质合成中担任结构和催化剂的角色，小核仁RNA（snoRNA）参与修饰rRNA等。
三、核酸结构与功能的相互关系DNA和RNA在结构上的差异直接决定了它们具有不同的功能。
DNA具有较强的稳定性，适合长期存储遗传信息。
同时，DNA的双螺旋结构也使得它在复制过程中具有较高的准确性。
相比之下，RNA的结构相对不稳定，但具有较强的反应活性。
这使得RNA能够更加灵活地参与蛋白质合成和其他生物过程。
此外，由于RNA中的碱基尿嘧啶（U）的存在，RNA相较于DNA更容易发生突变。
核酸的结构与功能
DNA的结构与功能
1．DNA分子中核苷酸的连接方式
5’→3’
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生物体内DNA多以5’-核苷酸为主
HOH2C H H OH
O H H
OH H
(5´-dAMP)
β-D-2-脱氧核糖
(5´-dAMP)
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相互之间以 3’-5’磷酸二脂键连接 有方向
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（二）DNA的二级结构
DNA双螺旋结构模型（double-helical structure） 1953年，Watson和Crick提出了著名的DNA分 子的双螺旋结构模型，揭示了遗传信息是如何储存 在DNA分子中，以及遗传性状何以在世代间得以保 持。这是生物学发展的重大里程碑。
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1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构。
H OH
OH
HOH2C H
O H
OH H OCH3
β-D-核糖
β-D-2-脱氧核糖
β-D-2-O-甲基核糖
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核糖
阿拉伯糖
木糖
来苏糖
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葡萄糖的成环
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3．磷酸（phosphoric acid）
+ H + H + H
2- pKa3=12
pKa1=2
H3PO4
（3）线粒体RNA（mitochondrial RNA, mit RNA）
（4）叶绿体RNA（chloroplast RNA, chlRNA或ctRNA）
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（二）RNA的一级结构
1．RNA分子中核苷酸之间的连接方式
3´,5´-磷酸二酯键
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
• • • • • •
【高中生物】核酸的结构与生物学功能
（生物科技行业）核酸的结构与生物学功能核酸的结构与生物学功能核酸是生物体内极其重要的生物大分子，是生命的最基本的物质之一。
最早是瑞士的化学家米歇尔于1870年从脓细胞的核中分别出来的，由于它们是酸性的，并且最先是从核中分其他，故称为核酸。
核酸的发现比蛋白质晚得多。
核酸分为脱氧核糖核酸（简称DNA）和核糖核酸（简称RNA ）两大类，它们的基本结构单位都是核苷酸（包含脱氧核苷酸）。
1 ．核酸的基本单位——核苷酸每一个核苷酸分子由一分子戊糖（核糖或脱氧核糖）、一分子磷酸和一分子含氮碱基组成。
碱基分为两类：一类是嘌呤，为双环分子；另一类是嘧啶，为单环分子。
嘌呤一般均有A、G2种，嘧啶一般有C、 T、 U3种。
这 5 种碱基的结构式以以下图所示。
由上述结构式可知：腺嘌呤是嘌呤的 6 位碳原子上的 H 被氨基取代。
鸟嘌呤是嘌呤的 2 位碳原子上的 H 被氨基取代， 6 位碳原子上的 H 被酮基取代。
3 种嘧啶都是在嘧啶 2 位碳原子上由酮基取代 H ，在 4 位碳原子上由氨基或酮基取代 H 而成，对于 T，嘧啶的 5 位碳原子上由甲基取代了 H 。
凡含有酮基的嘧啶或嘌呤在溶液中可以发生酮式和烯醇式的互变异构现象。
结晶状态时，为这类异构体的容量混杂物。
在生物体内则以酮式占优势，这对于核酸分子中氢键结构的形成特别重要。
比方尿嘧啶的互变异构反应式以以下图。
酮式（ 2 ， 4–二氧嘧啶）烯酸式（ 2 ， 4 –二羟嘧啶）在一些核酸中还存在少量其他修饰碱基。
由于含量很少，故又称微量碱基或稀有碱基。
核酸中修饰碱基多是 4 种主要碱基的衍生物。
tRNA 中的修饰碱基种类很多，如次黄嘌呤、二氢尿嘧啶、 5 –甲基尿嘧啶、 4 –硫尿嘧啶等， tRNA 中修饰碱基含量不一，某些tRNA中的修饰碱基可达碱基总量的10 ％或更多。
核苷是核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶生成的糖苷。
戊糖的第 1 碳原子（ C1）平时与嘌呤的第 9 氮原子或嘧啶的第 1 氮原子相连。