生物化学核酸
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生物化学第三章核酸PPT课件
DNA与RNA结构差异
五碳糖不同
DNA中的五碳糖是脱氧核糖，而 RNA中的五碳糖是核糖。
碱基不同
DNA中的碱基包括腺嘌呤（A） 、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T） 和胞嘧啶（C），而RNA中的碱 基包括腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（ G）、尿嘧啶（U）和胞嘧啶（C
）。
空间结构不同
DNA通常是双链结构，而RNA 通常是单链结构。
核酸药物设计思路及前景展望
核酸药物设计思路
核酸药物是一类以核酸为靶点的药物，通过 特异性地与核酸结合，调节基因表达或抑制 病原体复制，从而达到治疗疾病的目的。设 计核酸药物时需要考虑靶点选择、药物稳定 性、特异性、安全性等因素。
前景展望
随着基因组学和生物信息学的发展，越来越 多的疾病相关基因和靶点被发现，为核酸药 物的研发提供了广阔的空间。未来，核酸药 物有望在肿瘤、遗传性疾病、病毒感染等领 域发挥重要作用，成为一类重要的治疗药物 。同时，随着技术的不断进步和成本的降低 ，核酸药物的研发和应用将更加普及和便捷
DNA拓扑异构酶的作用
拓扑异构酶能够改变DNA的超螺旋状态，从而调节DNA的拓扑结构和功能。拓扑异构酶 在DNA复制、转录、修复和重组等过程中发挥重要作用。
RNA结构与性质
03
tRNA三叶草结构特点
01
02
03
三叶草二级结构
由DHU环、反密码环、 TΨC环、额外环和可接受 茎组成，形似三叶草。
反密码环
人类基因组计划与意义
1 2 3
人类基因组计划的目标
破译人类全部遗传信息，解读人类基因组所蕴含 的生命奥秘。
研究成果及应用
揭示了人类基因组的组成、结构和功能，为医学 、生物技术和制药等领域提供了重要的科学基础 。
生物化学-核酸的代谢
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RNA的合成和降解
RNA合成
RNA的合成是指以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程。在RNA聚合酶的作用下，按照碱基互补配对原则， 逐个添加核糖核苷酸形成RNA链。
RNA降解
RNA降解是指RNA在细胞内的分解过程。RNA降解由多种酶催化，包括核糖核酸酶和脱氨酶等。这些酶能够将 RNA分解成单核苷酸或更小的片段，以便重新利用或排出体外。
核酸具有紫外吸收特性，最大吸收峰 在260nm处，可用于核酸的定量分析。
核酸分子具有变性和复性的特点，在 一定条件下可以发生解旋和复性过程。
核酸分子具有黏性，可以形成DNA双 螺旋结构，这种黏性与DNA的长度和 浓度有关。
02
核酸的合成
DNA的复制
01
02
03
复制的起始
DNA复制起始于特定的起 始点，称为复制子或复制 起始点。
通过研究DNA损伤修复机制 的异常，可以更好地了解癌 症的发病机制，并开发出更 有效的预防和早期诊断方法 。此外，这种机制的研究也 有助于发现新的治疗靶点， 为癌症治疗提供新的思路。
病毒感染与RNA复制
要点一
总结词
RNA复制是病毒生命周期的重要环节，也是抗病毒药物的 主要作用靶点。
要点二
详细描述
病毒是一种非细胞生物，它们必须寄生在宿主细胞内才能 进行复制和繁殖。RNA复制是病毒生命周期中的关键步骤 之一，它涉及到病毒RNA的合成和转录。这个过程是由病 毒自身的酶催化完成的，而这些酶也成为抗病毒药物的主 要作用靶点。通过抑制病毒RNA复制酶的活性，可以有效 地阻止病毒的复制和传播，从而达到治疗疾病的目的。
05
核酸代谢异常与疾病
基因突变与疾病
生物化学第三章核酸
第三节 RNA的结构与功能
Structure and Function of RNA
• DNA和RNA的区别
不同点 戊糖 碱基 二级结构 碱基互补配对 种类 RNA 核糖 G C A U 单链 忠实性较低 多 （mRNA，rRNA， tRNA 等） DNA 脱氧核糖 G C A T 双链 忠实性高 少
碱基互补配对: 腺嘌呤/胸腺嘧啶(A-T)
4.双螺旋表面存在大沟和小沟
小沟
大沟
（二） DNA二级结构的多样性
• 三种DNA构型的比较
螺距 旋向 (nm) 每圈碱 基数 螺旋直径 （nm） 骨架 走行
存在条件
A型 右手 B型 右手
2.3 3.54
11 10.5
2.5 2.4
平滑 平滑
体外脱水 生理条件
（二）碱基
碱基(base)是含氮的杂环化合物。
腺嘌呤
嘌呤 碱基 嘧啶 鸟嘌呤 存在于DNA和RNA中
胞嘧啶
尿嘧啶 胸腺嘧啶 仅存在于RNA中 仅存在于DNA中
NH2
嘌呤(purine，Pu)
N 7 8 9 NH
N
N
NH
5 4
6 3 N
1N 2
腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
鸟嘌呤(guanine, G)
(二) 原核生物DNA的环状超螺旋结构
原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形 式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。
DNA超螺旋结构的电镜图象
(三) DNA在真核生物细胞核内的组装
真核生物染色体由DNA和蛋白质构成
基本单位是核小体
DNA染色质呈现出的串珠样结构。 染色质的基本单位是核小体(nucleosome)。
生物化学第二章核酸化学
核酸分类及命名规则
核酸可分为DNA和RNA两大类，根据来源不同可分为基因组DNA、病毒DNA、mRNA、tRNA、 rRNA等。
核酸的命名通常包括种类、来源和特定序列信息，如人类基因组DNA可命名为hgDNA，mRNA可命 名为信使RNA等。
02
DNA结构与性质
DNA双螺旋结构模型
DNA由两条反向平行的多核苷酸链 组成，形成右手螺旋结构。
长约21nt的双链RNA，可引导RISC复合物识别并切割靶mRNA，实现基因沉默。
其他小分子RNA
如piRNA、snoRNA等，在基因表达调控、RNA修饰等方面发挥作用。
04
核酸理化性质与分离纯化方法
核酸溶解度和沉淀条件
溶解度
核酸在不同溶剂中的溶解度不同，一般易溶于水，难溶于乙醇、乙醚等有机溶 剂。其溶解度受温度、pH、离子强度等因素的影响。
非同源重组
发生在非同源序列之间的重组过程。这种重 组不依赖于序列之间的相似性，而是通过一 些特殊的蛋白质和酶的作用来实现DNA片 段的连接。非同源重组可能导致基因的重排 和染色体的不稳定，进而对生物体产生遗传 影响。
07
总结与展望
核酸化学领域重要成果回顾
核酸结构与功能研
究
揭示了DNA双螺旋结构和RNA多 种功能，阐明了遗传信息存储、 传递和表达机制。
05
核酸酶及其作用机制
限制性内切酶和外切酶作用方式
限制性内切酶
识别DNA分子中的特定核苷酸序 列，并在该序列内部进行切割， 产生特定的DNA片段。
外切酶
从DNA或RNA链的末端开始，逐 个水解核苷酸，释放单个的核苷 酸或寡核苷酸。
DNA连接酶在基因工程中应用
连接DNA片段
生物化学课件核酸
3．DNA双螺旋的种类
Watson Crick DNA双螺旋结构（B型DNA）
当DNA钠盐纤维相对湿度和盐的种类改变时， DNA的构象发生改变。
不同DNA纤维的空间结构
类型
结晶状态
A
Na盐，相对湿度75%时结晶
B
Na盐，相对湿度92%时结晶
C
锂盐，相对湿度66%时结晶
Z-DNA
OH
OH
OH
5´
3´
RNA与DNA的差异 DNA RNA 糖 脱氧核糖 核糖 碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基 含稀有碱基
第二节 RNA的结构
一、RNA的概述
3´,5´-磷酸二酯键
RNA 的类别
信使 RNA （mRNA ）：在蛋白质合成中起模板作用； 核糖体 RNA （ rRNA ）：与蛋白质结合构成核糖体,核糖体是蛋白质合成的场所； 转移 RNA （ tRNA ）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。
1、mRNA
例2
四、染色体结构
侧
顶
DNA （2nm）
核小体链（ 11nm，每个核小体200bp）
纤丝（ 30nm，每圈6个核小体）
突环（ 150nm，每个突环大约75000bp）
玫瑰花结（ 300nm ，6个突环）
螺旋圈（ 700nm，每圈30个玫瑰花）
染色体（ 1400nm， 每个染色体单体含10个螺旋圈200bp）
螺旋方向 右手 右手 左手
螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nm
碱基直升 0.23nm 0.34nm 0.38nm
每圈碱基数 11 10.4 12
螺距
2.8nm 3.32nm 4.56nm
氢键 碱基堆集力（base-stacking forces） 磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和 碱基处于疏水环境中
Watson Crick DNA双螺旋结构（B型DNA）
当DNA钠盐纤维相对湿度和盐的种类改变时， DNA的构象发生改变。
不同DNA纤维的空间结构
类型
结晶状态
A
Na盐，相对湿度75%时结晶
B
Na盐，相对湿度92%时结晶
C
锂盐，相对湿度66%时结晶
Z-DNA
OH
OH
OH
5´
3´
RNA与DNA的差异 DNA RNA 糖 脱氧核糖 核糖 碱基 AGCT AGCU 不含稀有碱基 含稀有碱基
第二节 RNA的结构
一、RNA的概述
3´,5´-磷酸二酯键
RNA 的类别
信使 RNA （mRNA ）：在蛋白质合成中起模板作用； 核糖体 RNA （ rRNA ）：与蛋白质结合构成核糖体,核糖体是蛋白质合成的场所； 转移 RNA （ tRNA ）：在蛋白质合成时起着携带活化氨基酸的作用。
1、mRNA
例2
四、染色体结构
侧
顶
DNA （2nm）
核小体链（ 11nm，每个核小体200bp）
纤丝（ 30nm，每圈6个核小体）
突环（ 150nm，每个突环大约75000bp）
玫瑰花结（ 300nm ，6个突环）
螺旋圈（ 700nm，每圈30个玫瑰花）
染色体（ 1400nm， 每个染色体单体含10个螺旋圈200bp）
螺旋方向 右手 右手 左手
螺旋直径 2.55nm 2.37nm 1.84nm
碱基直升 0.23nm 0.34nm 0.38nm
每圈碱基数 11 10.4 12
螺距
2.8nm 3.32nm 4.56nm
氢键 碱基堆集力（base-stacking forces） 磷酸基上负电荷被胞内组蛋白或正离子中和 碱基处于疏水环境中
生物化学-核酸课件
病毒：DNA病毒
第二节 核酸的分子组成
核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖 （核糖或脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水 解则产生核苷和核苷酸。每个核苷分子含一分子碱 基和一分子戊糖，一分子核苷酸部分水解后除产生 核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各种水解产物可 用层析或电泳等方法分离鉴定。
碱基
核小体的组成
DNA：约200bp
组蛋白：H1 H2A，H2B H3 H4
八聚体
DNA的功能：基因是DNA分子中的某一段核 苷酸排列顺序，编码特定的蛋白质。
二、RNA的种类和分子结构
RNA的一级结构：多核糖核苷酸链中核苷酸的 排列顺序
RNA为一条多核苷酸链，有的碱基配对，有的 不配对，可以螺旋，也可以不螺旋。
与核糖体蛋白形成核糖体， 是蛋白质合成的场所
二、核酸的种类和分布
核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid （DNA） 核糖核酸 Ribonucleic Acid（RNA）
98％核中（染色体中）
真核
线粒体（mDNA）
核外
叶绿体（ctDNA）
DNA
拟核
原核
核外：质粒（plasmid）
核酸
碱基
戊糖
DNA A、G、C、T 脱氧核糖
RNA A、G、C、U 核糖
（二） DNA的二级结构 ——双螺旋结构
DNA双螺旋结构模型要点
1.两条链反向，平行，碱基互补 [A] = [T] [G] [C] 。
2.围绕同一中心轴构成右手双螺 旋 。螺旋直径2nm，表面有 大沟和小沟（蛋白质结合部 位）。
tRNA的三级结构
三、rRNA
占RNA总量的80
％
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。
生物化学重点_第二章核酸化学
生物化学要点 _第二章核酸化学第二章核酸化学一、核酸的化学构成 :1、含氮碱 : 参加核酸与核苷酸构成的含氮碱主要分为嘌呤碱与嘧啶碱两大类。
构成核苷酸的嘧啶碱主要有三种——尿嘧啶 (U) 、胞嘧啶 (C)与胸腺嘧啶 (T),它们都就是嘧啶的衍生物。
构成核苷酸的嘌呤碱主要有两种——腺嘌呤 (A) 与鸟嘌呤 (G),它们都就是嘌呤的衍生物。
2、戊糖 :核苷酸中的戊糖主要有两种,即β-D- 核糖与β-D-2- 脱氧核糖 ,由此构成的核苷酸也分为核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。
3、核苷 :核苷就是由戊糖与含氮碱基经脱水缩合而生成的化合物。
由“罕有碱基”所生成的核苷称为“罕有核苷”。
如 :假尿苷 (ψ)二、核苷酸的构造与命名:核苷酸就是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成的磷酸酯类化合物,包含核糖核苷酸与脱氧核糖核酸两大类。
核苷酸又可按其在 5’位缩合的磷酸基的多少 ,分为一磷酸核苷 (核苷酸 )、二磷酸核苷与三磷酸核苷。
别的 ,生物体内还存在一些特别的环核苷酸 ,常有的为环一磷酸腺苷 (cAMP) 与环一磷酸鸟苷 (cGMP),它们往常就是作为激素作用的第二信使。
核苷酸往常使用缩写符号进行命名。
第一位符号用小写字母 d 代表脱氧 ,第二位用大写字母代表碱基 ,第三位用大写字母代表磷酸基的数量 ,第四位用大写字母 P 代表磷酸。
三、核酸的一级构造 :核苷酸经过 3’ ,5-磷’酸二酯键连结起来形成的不含侧链的多核苷酸长链化合物就称为核酸。
核酸拥有方向性,5’-位上拥有自由磷酸基的尾端称为5’-端,3’-位上拥有自由羟基的尾端称为3’-端。
DNA 由 dAMP 、dGMP、dCMP 与 dTMP 四种脱氧核糖核苷酸所构成。
DNA 的一级构造就就是指 DNA 分子中脱氧核糖核苷酸的摆列次序及连结方式。
RNA由AMP,GMP,CMP,UMP 四种核糖核苷酸构成。
四、 DNA 的二级构造 :DNA 双螺旋构造就是 DNA 二级构造的一种重要形式 ,它就是 Watson与 Crick 两位科学家于 1953 年提出来的一种构造模型 ,其主要实验依照就是 Chargaff 研究小组对 DNA 的化学构成进行的剖析研究,即 DNA 分子中四种碱基的摩尔百分比为 A=T 、 G=C、 A+G=T+C(Chargaff 原则 ),以及由 Wilkins 研究小组达成的 DNA晶体 X 线衍射图谱剖析。
核酸名词解释生物化学
核酸名词解释生物化学
核酸是一类重要的生物分子，是构成生物体的基本遗传物质。
它们由核苷酸单元组成，每个核苷酸由一个糖分子、一个碱基和一个磷酸基团组成。
在生物体内，核酸分为两种类型：脱氧核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。
DNA是一种双链结构，由两根互补的单链组成，形成了著名的双螺旋结构。
RNA则是单链结构。
DNA负责储存和传递遗传信息，而RNA则在蛋白质合成中起着重要的作用。
核酸的碱基是决定其遗传信息的关键部分。
DNA中有四种碱基：腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）。
RNA中胸腺嘧啶（T）被一个类似的碱基尿嘧啶（U）取代。
这些碱基的顺序以及它们在核酸链中的排列方式决定了生物体的遗传信息。
除了遗传信息的储存和传递，核酸还参与了许多生物化学过程。
例如，RNA可以作为一种酶的形式存在，称为核酸酶（RNA酶），它们能够催化和调控生物体内的化学反应。
此外，核酸还参与了细胞信号传导、蛋白质合成、基因调控等许多生物过程。
由于核酸在生物体内的重要作用，对核酸的研究也成为生物化学领域的重要研究方向。
通过研究核酸的结构和功能，科学家们可以更好地
理解生命的本质，并为疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。
生物化学ppt核酸
克隆技术
克隆技术是指通过无性繁殖的方 式复制生物体的技术，包括动物
克隆和植物克隆等。
克隆技术在畜牧业、农业和医学 等领域有着广泛的应用，如克隆 动物、转基因植物和组织工程等。
克隆技术的关键在于细胞核移植 和胚胎发育，目前已经成功实现 了哺乳动物的克隆，但技术难度 和伦理问题仍需进一步探讨。
基因治疗与基因诊断
04
核酸的功能
DNA的功能
遗传信息的储存
DNA是遗传信息的载体，通过碱基配对原则，将遗传信息从亲代 传递给子代。
基因表达的调控
DNA中的基因通过转录和翻译过程，控制蛋白质的合成，进而调 控生物体的各种功能。
细胞分裂与增殖的指导
DNA中的遗传信息指导细胞分裂、增殖和分化，维持生物体的正 常生长和发育。
RNA在蛋白质合成过程中起到模板和 催化作用，通过与核糖体的结合指导 氨基酸的合成。
DNA和RNA的比较
DNA和RNA都是核酸， 是生物体的遗传物质， 但它们的结构和功能有
所不同。
01
RNA主要存在于细胞质 中，负责传递遗传信息 并参与蛋白质的合成。
03
DNA中的碱基是A、T、 G、C，而RNA中的碱 基是A、U、G、C。
自然选择与进化
自然选择是指自然界对生物的 选择作用，适者生存，不适者
被淘汰。
自然选择是生物进化的主要动 力，通过自然选择的作用，使 适应环境的生物得以生存和繁
衍，并逐渐形成新的物种。
自然选择具有定向性，即有利 于生存和繁衍的变异会被保留 下来，不利于生存和繁衍的变 异则被淘汰。
自然选择的结果是生物多样性 的形成和生物的不断进化。
03
核酸的研究具有广泛的应用价值
通过对核酸的研究，可以深入了解生物体的生长、发育和代谢等过程，
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生物化学核酸
1944年，Avery的转换转化实验
or and
生物化学核酸
可分离
1952年， Hexshey、Chase T2噬 菌体（捣碎器实验）
1953年，Watson、Crick DNA双 螺旋模型
核酶（Ribozyme）
生物化学核酸
二、核酸的种类和分布
核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid （DNA） 核糖核酸 Ribonucleic Acid（RNA）
假尿苷（ψ）
次黄苷（肌苷）I
黄嘌呤核苷 X
5
二氢尿嘧啶核苷 D
取代核苷的表示方式
OH
生物化学7核-酸甲基鸟苷 m5G
四、核苷酸（nucleotide）
核苷酸 核苷+磷酸 戊糖+碱基+磷酸
HH
生物化学核酸
五、核苷酸衍生物
1. 继续磷酸化
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
多核苷酸链均有5’-末端和3’-末端
DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。 生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变 万化的不同排列组合之中。
生物化学核酸
2. 基因与基因组
基因（gene）：一段有功能的DNA片段，生物细胞中 DNA分子的最小功能单位（交换单位）。
蛋白质（mRNA 产物 tRNA
核酸
核苷酸
核苷
碱基 戊糖
磷酸
元素组成： C H O N P
生物化学核酸
一、戊糖
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 βD-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为β-D-核糖。
HOCH2 O OH HH
H
H
OH OH
D-核糖
Ribose
HOCH2 O OH HH
H
H
OH H
D-2-脱氧核糖
Deoxyribose
生物化学核酸
二、碱基
1. 嘌呤（Purine）
7
6
5
1
8
9
4
2
3
腺嘌呤Adenine
NH 2 N
N
鸟嘌呤guanine
O
N NH
N H
N
N H
N
NH 2
A
生物化学核酸
G
2. 嘧啶（Pyrimidine）
尿嘧啶 uracil
O
NH
胞嘧啶 cytosine
NH 2
N
4
5
3
6
2
1
胸腺嘧啶 thymine
各种细胞、病毒和细菌质粒中基因组的大小 生物化学核酸
基因组计划 人类基因组计划（Human Genome Project， HGP ） 酵母基因组计划 （YGP） 大肠杆菌（E.Coli）
3. 原核生物基因组特点
重复序列少，多位编码区 多为操纵子形式组织 有重叠基因存在
4. 真核生物基因组特点
(OH)
NH2
OH
NH2
OH
N
N
N
N
N
N
NN HOCH2 O
HH
H2N N N
HO N
HO N
HOCH2 O
HOCH2 O
HOCH2 O
HH
HH
HH
H
H
H
HH
HH
H
OH OH
OH OH
OH OH
OH OH
腺嘌呤核苷 鸟嘌呤核苷 胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷
Adenosine Guanosine Cytidine Uridine
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)AMP
ADP
ATP
生物化学核酸
2.环化磷酸化
cAMP
cGMP
生物化学核酸
3. 肌苷酸及鸟苷酸(强力味精)
IMP
4. 辅酶
NAD、NADP、FMN
生物化学核酸
GMP
六、多聚核苷酸（核酸）
多聚核苷酸是通过一个核苷酸的C3’-OH 与另一分子核苷 酸的5’-磷酸基形成3’,5’-磷酸二酯键相连而成的链状聚 合物。
O
NH
N
O
H
U
N
O
H
C生物化学核酸
N
O
H
T
核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱 基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。
生物化学核酸
三、核苷（nucleoside）
•核苷 戊糖+碱基 •糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷 键
5’
4’
1’
3’ 2’
(OH)
5’
4’
生物化学核酸
1’ 3’ 2’
98％核中（染色体中）
真核
线粒体（mDNA）
核外
叶绿体（ctDNA）
DNA
拟核
原核
核外：质粒（plasmid）
病毒：DNA病毒
生物化学核酸
RNA主要存在于细胞质中
tRNA rRNA mRNA 其它 RNA病毒：SARS
三、分子生物学的中心法则
生物化学核酸
第二节 核酸的基本化学组成
核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖（核糖或 脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解则产生核苷和核 苷酸。每个核苷分子含一分子碱基和一分子戊糖，一分子核 苷酸部分水解后除产生核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各 种水解产物可用层析或电泳等方法分离鉴定。
RNA
蛋白质）
rRNA
调节功能：调节基因
无产物
作用未知
结构基因
生物化学核酸
基因组（genome）：某生物体（完整单倍体）所含全部 遗传物质的总和。
包括：核基因组（拟核/核DNA）及核外（质粒/质体 DNA）
人 两栖类 鱼类 藻类 酵母 细菌 E.Coli 病毒 质粒
103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 bp（碱基对）
第 三 章
核 酸 化 学
生物化学核酸
核酸概述
核酸是一类重要的生物大分子，担负着 生命信息的储存与传递。
核酸是现代生物化学、分子生物学的重 要研究领域，是基因工程操作的核心分 子。
生物化学核酸
第一节 核酸是遗传物质的载体
一、核酸的研究发现史
1868年，F. Miescher从细胞核中分离得 到一种酸性物质，即现在被称为核酸的 物质。
以染色体存在
重复序列多
生物化学核酸
二、DNA的二级结构
DNA的双螺旋模型
1953年，J. Watson和F. Crick 在前人研究工作的 基础上，根据DNA结晶 的 X- 衍 射 图 谱 和 分 子 模 型 ， 提 出 了 著 名 的 DNA 双螺旋结构模型，并对 模型的生物学意义作出 了科学的解释和预测。
5′PdAPdCPdGPdTOH 3′ 或5′ACGTGCGT 3′
5′PAPCPGPUOH ′ 5′ACGUAUGU 3′
ACGTGCGT
生物化学核酸
ACGUAUGU
第三节 DNA的结构
一、DNA的一级结构
脱氧核糖核酸的排列顺序 – 可以用碱基排列顺序表示
连接键：3’，5’-磷酸二酯键 – 磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架 – 碱基形成侧链
生物化学核酸
5’ 3’ 5’ 3’
生物化学核酸
5′-磷酸端（常用5’-P表示）；3′-羟基端（常用3’-OH表示） 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须
注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。
多聚核苷酸的表示方式
T
U
OH OH OH OH
OHOH5’Fra bibliotek3’DNA
5’
3’
RNA
1944年，Avery的转换转化实验
or and
生物化学核酸
可分离
1952年， Hexshey、Chase T2噬 菌体（捣碎器实验）
1953年，Watson、Crick DNA双 螺旋模型
核酶（Ribozyme）
生物化学核酸
二、核酸的种类和分布
核酸分为两大类： 脱氧核糖核酸 Deoxyribonucleic Acid （DNA） 核糖核酸 Ribonucleic Acid（RNA）
假尿苷（ψ）
次黄苷（肌苷）I
黄嘌呤核苷 X
5
二氢尿嘧啶核苷 D
取代核苷的表示方式
OH
生物化学7核-酸甲基鸟苷 m5G
四、核苷酸（nucleotide）
核苷酸 核苷+磷酸 戊糖+碱基+磷酸
HH
生物化学核酸
五、核苷酸衍生物
1. 继续磷酸化
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
多核苷酸链均有5’-末端和3’-末端
DNA的碱基顺序本身就是遗传信息存储的分子形式。 生物界物种的多样性即寓于DNA分子中四种核苷酸千变 万化的不同排列组合之中。
生物化学核酸
2. 基因与基因组
基因（gene）：一段有功能的DNA片段，生物细胞中 DNA分子的最小功能单位（交换单位）。
蛋白质（mRNA 产物 tRNA
核酸
核苷酸
核苷
碱基 戊糖
磷酸
元素组成： C H O N P
生物化学核酸
一、戊糖
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的糖为 βD-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则为β-D-核糖。
HOCH2 O OH HH
H
H
OH OH
D-核糖
Ribose
HOCH2 O OH HH
H
H
OH H
D-2-脱氧核糖
Deoxyribose
生物化学核酸
二、碱基
1. 嘌呤（Purine）
7
6
5
1
8
9
4
2
3
腺嘌呤Adenine
NH 2 N
N
鸟嘌呤guanine
O
N NH
N H
N
N H
N
NH 2
A
生物化学核酸
G
2. 嘧啶（Pyrimidine）
尿嘧啶 uracil
O
NH
胞嘧啶 cytosine
NH 2
N
4
5
3
6
2
1
胸腺嘧啶 thymine
各种细胞、病毒和细菌质粒中基因组的大小 生物化学核酸
基因组计划 人类基因组计划（Human Genome Project， HGP ） 酵母基因组计划 （YGP） 大肠杆菌（E.Coli）
3. 原核生物基因组特点
重复序列少，多位编码区 多为操纵子形式组织 有重叠基因存在
4. 真核生物基因组特点
(OH)
NH2
OH
NH2
OH
N
N
N
N
N
N
NN HOCH2 O
HH
H2N N N
HO N
HO N
HOCH2 O
HOCH2 O
HOCH2 O
HH
HH
HH
H
H
H
HH
HH
H
OH OH
OH OH
OH OH
OH OH
腺嘌呤核苷 鸟嘌呤核苷 胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷
Adenosine Guanosine Cytidine Uridine
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)AMP
ADP
ATP
生物化学核酸
2.环化磷酸化
cAMP
cGMP
生物化学核酸
3. 肌苷酸及鸟苷酸(强力味精)
IMP
4. 辅酶
NAD、NADP、FMN
生物化学核酸
GMP
六、多聚核苷酸（核酸）
多聚核苷酸是通过一个核苷酸的C3’-OH 与另一分子核苷 酸的5’-磷酸基形成3’,5’-磷酸二酯键相连而成的链状聚 合物。
O
NH
N
O
H
U
N
O
H
C生物化学核酸
N
O
H
T
核酸中也存在一些不常见的稀有碱基。稀有碱 基的种类很多，大部分是上述碱基的甲基化产物。
生物化学核酸
三、核苷（nucleoside）
•核苷 戊糖+碱基 •糖与碱基之间的C-N键，称为C-N糖苷 键
5’
4’
1’
3’ 2’
(OH)
5’
4’
生物化学核酸
1’ 3’ 2’
98％核中（染色体中）
真核
线粒体（mDNA）
核外
叶绿体（ctDNA）
DNA
拟核
原核
核外：质粒（plasmid）
病毒：DNA病毒
生物化学核酸
RNA主要存在于细胞质中
tRNA rRNA mRNA 其它 RNA病毒：SARS
三、分子生物学的中心法则
生物化学核酸
第二节 核酸的基本化学组成
核酸完全水解产生嘌呤和嘧啶等碱性物质、戊糖（核糖或 脱氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解则产生核苷和核 苷酸。每个核苷分子含一分子碱基和一分子戊糖，一分子核 苷酸部分水解后除产生核苷外，还有一分子磷酸。核酸的各 种水解产物可用层析或电泳等方法分离鉴定。
RNA
蛋白质）
rRNA
调节功能：调节基因
无产物
作用未知
结构基因
生物化学核酸
基因组（genome）：某生物体（完整单倍体）所含全部 遗传物质的总和。
包括：核基因组（拟核/核DNA）及核外（质粒/质体 DNA）
人 两栖类 鱼类 藻类 酵母 细菌 E.Coli 病毒 质粒
103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 bp（碱基对）
第 三 章
核 酸 化 学
生物化学核酸
核酸概述
核酸是一类重要的生物大分子，担负着 生命信息的储存与传递。
核酸是现代生物化学、分子生物学的重 要研究领域，是基因工程操作的核心分 子。
生物化学核酸
第一节 核酸是遗传物质的载体
一、核酸的研究发现史
1868年，F. Miescher从细胞核中分离得 到一种酸性物质，即现在被称为核酸的 物质。
以染色体存在
重复序列多
生物化学核酸
二、DNA的二级结构
DNA的双螺旋模型
1953年，J. Watson和F. Crick 在前人研究工作的 基础上，根据DNA结晶 的 X- 衍 射 图 谱 和 分 子 模 型 ， 提 出 了 著 名 的 DNA 双螺旋结构模型，并对 模型的生物学意义作出 了科学的解释和预测。
5′PdAPdCPdGPdTOH 3′ 或5′ACGTGCGT 3′
5′PAPCPGPUOH ′ 5′ACGUAUGU 3′
ACGTGCGT
生物化学核酸
ACGUAUGU
第三节 DNA的结构
一、DNA的一级结构
脱氧核糖核酸的排列顺序 – 可以用碱基排列顺序表示
连接键：3’，5’-磷酸二酯键 – 磷酸与戊糖顺序相连形成主链骨架 – 碱基形成侧链
生物化学核酸
5’ 3’ 5’ 3’
生物化学核酸
5′-磷酸端（常用5’-P表示）；3′-羟基端（常用3’-OH表示） 多聚核苷酸链具有方向性，当表示一个多聚核苷酸链时，必须
注明它的方向是5′→3′或是3′→5′。
多聚核苷酸的表示方式
T
U
OH OH OH OH
OHOH5’Fra bibliotek3’DNA
5’
3’
RNA