核酸的结构与功能 PPT
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核酸结构与功能liu
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第一节 核酸的化学组成
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一、核酸的元素组成：
C、 H 、 O、 N、 P P的含量约为9%，测定核酸中P的含 量可换算出核酸的含量——定磷法。
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二、核酸的组成的基本单位
(一)基本组成成分:
碱基（base)：嘌呤碱(purine)、嘧啶碱 (pyrimidine)
正超螺旋(positive supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方同相同
负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反
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意义 DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学
变化及其调控对于DNA复制和RNA转录过 程具有关键作用。
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（二）原核生物DNA的高级结构
戊糖(pentose)：核糖(ribose)、脱氧核 糖(deoxyribose)
磷酸（phosphate)
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碱基
嘌呤(purine)
N 7
8 9 NH
5 6 1N
43 2 N
NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
O
N NH
NH
N
鸟嘌呤(guanine,
NH2
G)
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核 酸(nucleic acid)
是以核苷酸为基本组成单位的生物大 分子，携带和传递遗传信息。
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核酸的分类及分布
脱氧核糖核酸
90%以上分布于细胞核，其余分布于
(deoxyribonucleic acid, 核外如线粒体，叶绿体，质粒等。
DNA)
第二章 核酸的结构与功能
分子杂交(molecular hybridization)：不同
来源的核酸经变性和复性的过程，其中一些不同 的核苷酸单链由于存在局部碱基互补片段，而在 复性时形成杂化双链(heteroduplex)的过程。
分子探针(probe):带有某种标记物的分子，如
核苷酸链片段
分子杂交和探针技术是许多分子生物学技术的基
础，有广泛的应用价值。
P53
双链DNA
AT C C
TAG G
A
AT C C
TAG G
变性
加热
AT C C
单链DNA
AT C C
TAG G
TAG G
复性 杂链DNA
AT C C TAG G
退火
AT C C
TAG G
双链DNA
加热 变性
B
复性 退火
单链DNA
杂链DNA
两种最重要的生物大分子比较
二、戊糖
RNA:D-核糖
DNA:D-2-脱 氧核糖 D-核糖的C-2 所连的-OH脱去
核 糖
D-
氧就是D-2脱氧
核糖
脱氧核糖
D-
两类核酸的基本成分
RNA
磷酸 磷酸
DNA
磷酸
戊糖
嘌呤碱
D-核糖
腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U)
D-2-脱氧核糖
腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T)
第二章 核酸 的结构与功能
（The structure and
function of nucleic acids）
第一节
核酸的基本概念
P26
来源的核酸经变性和复性的过程，其中一些不同 的核苷酸单链由于存在局部碱基互补片段，而在 复性时形成杂化双链(heteroduplex)的过程。
分子探针(probe):带有某种标记物的分子，如
核苷酸链片段
分子杂交和探针技术是许多分子生物学技术的基
础，有广泛的应用价值。
P53
双链DNA
AT C C
TAG G
A
AT C C
TAG G
变性
加热
AT C C
单链DNA
AT C C
TAG G
TAG G
复性 杂链DNA
AT C C TAG G
退火
AT C C
TAG G
双链DNA
加热 变性
B
复性 退火
单链DNA
杂链DNA
两种最重要的生物大分子比较
二、戊糖
RNA:D-核糖
DNA:D-2-脱 氧核糖 D-核糖的C-2 所连的-OH脱去
核 糖
D-
氧就是D-2脱氧
核糖
脱氧核糖
D-
两类核酸的基本成分
RNA
磷酸 磷酸
DNA
磷酸
戊糖
嘌呤碱
D-核糖
腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 尿嘧啶(U)
D-2-脱氧核糖
腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胞嘧啶(C) 胸腺嘧啶(T)
第二章 核酸 的结构与功能
（The structure and
function of nucleic acids）
第一节
核酸的基本概念
P26
第2章核酸的结构与功能
B型DNA双螺旋结构模式图
B型双螺旋DNA的结构特征
B型双螺旋DNA的结构特点：
1. 为右手、反平行双螺旋； 2. 主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧； 3. 两条链间存在碱基互补：A与T或G与C
配对形成氢键，称为碱基互补原则（A 与T为两个氢键，G与C为三个氢键）； 4. 螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力； 5. 螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm。
RNA的一级结构： 5-AGUCCAUG-3
AGUCCAUG
5′端
核酸就是由许多核苷酸单
C
位通过3,5-磷酸二酯键连
接起来形成的不含侧链的
长链状化合物。
A
核酸是具有方向性的长链
状化合物，多核苷酸链的
两端，一端称为5-端，另
G
一端称为3-端。
3′端
二、核酸的空间结构与功能
（一）、DNA的空间结构与功能： 1、DNA二级结构——双螺旋结构模型
将变性DNA经退火处理，使其重新形成 双螺旋结构的过程，称为DNA的复性。
（二）分子杂交
两条来源不同的单链核酸（DNA或RNA），只 要它们有大致相同的互补碱基顺序，经退火处理 即可复性，形成新的杂种双螺旋，这一现象称为 核酸的分子杂交。
DNA-DNA杂交示意图
变性
复性
不同来源的 DNA分子
OH
N1 β1
脱氧胞苷(dCR) β1,N1-糖苷键
2、核苷酸
核苷与磷酸通过磷酸酯键连接，即为核苷酸。
5-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
和三磷酸核苷。
（二）核苷酸的种类与命名
核苷酸是由核苷与磷酸经脱水缩合后生成 的磷酸酯类化合物，包括核糖核苷酸和脱 氧核糖核苷酸两大类。
3. 核酸结构
(3’ 5’,5’ 3’)
(2)双螺旋内侧：碱基对 A T (氢键 2) (疏水) G C (氢键 3) (3)双螺旋外侧：脱氧核糖和磷酸
(亲水骨架)
图3-12
30
亲水 骨架
11
31
A
T A
T
G
C
C
G
12 32
(4) 碱基对为平面分子，与螺旋中心轴垂直 (5) 螺距3.4nm, 10个bp/螺旋内 间距0.34nm/bp,螺旋直径2nm (6) 两个螺旋形凹槽(螺旋表面) 大沟（major groove） 小沟（minor groove） DNA与蛋白质结合的部位
33
亲水 骨架
11
34
* 维系DNA二级结构稳定性的因素 (l)碱基对之间氢键 H--O、H--N (2)碱基堆集力(stacking force) 0.34nm间距 范氏引力 碱基疏水性 疏水键 氢键-堆集力: 彼此协同
(图3-11)
(横向)
(纵向)
* 非稳定性的因素： 静电斥力 — 磷酸基团(-)
66
可变环
20
67
2. mRNA
● ●
功能 — 抄录、转送DNA遗传信息 特点：
* 占细胞中总RNA的1-5%
* 不均一分子 (各种mRNA长短差别很大) * 半衰期最短 (传递信息) * 原核和真核mRNA结构差异大(多、单顺反子)
68
多顺反子: mRNA结构中含有几种功能上相关的 蛋白质编码序列,可翻译出几种蛋白质
(p109) (p197)
20
第二节 核酸的分子பைடு நூலகம்构
核酸的构件分子 — 核苷酸
图
* 组成DNA的核苷酸 — 4种脱氧核苷酸 (dAMP、dGMP、dCMP、dTMP) * 组成RNA的核苷酸 — 4种核苷酸 (AMP、GMP、CMP、UMP)
(2)双螺旋内侧：碱基对 A T (氢键 2) (疏水) G C (氢键 3) (3)双螺旋外侧：脱氧核糖和磷酸
(亲水骨架)
图3-12
30
亲水 骨架
11
31
A
T A
T
G
C
C
G
12 32
(4) 碱基对为平面分子，与螺旋中心轴垂直 (5) 螺距3.4nm, 10个bp/螺旋内 间距0.34nm/bp,螺旋直径2nm (6) 两个螺旋形凹槽(螺旋表面) 大沟（major groove） 小沟（minor groove） DNA与蛋白质结合的部位
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亲水 骨架
11
34
* 维系DNA二级结构稳定性的因素 (l)碱基对之间氢键 H--O、H--N (2)碱基堆集力(stacking force) 0.34nm间距 范氏引力 碱基疏水性 疏水键 氢键-堆集力: 彼此协同
(图3-11)
(横向)
(纵向)
* 非稳定性的因素： 静电斥力 — 磷酸基团(-)
66
可变环
20
67
2. mRNA
● ●
功能 — 抄录、转送DNA遗传信息 特点：
* 占细胞中总RNA的1-5%
* 不均一分子 (各种mRNA长短差别很大) * 半衰期最短 (传递信息) * 原核和真核mRNA结构差异大(多、单顺反子)
68
多顺反子: mRNA结构中含有几种功能上相关的 蛋白质编码序列,可翻译出几种蛋白质
(p109) (p197)
20
第二节 核酸的分子பைடு நூலகம்构
核酸的构件分子 — 核苷酸
图
* 组成DNA的核苷酸 — 4种脱氧核苷酸 (dAMP、dGMP、dCMP、dTMP) * 组成RNA的核苷酸 — 4种核苷酸 (AMP、GMP、CMP、UMP)
二章核酸的结构和功能
OD260增高 比旋度下降
粘度下降 浮力密度升高
酸碱滴定曲线改变 生物活性丧失
DNA的变性与降解的区别
降解 是指多核苷酸链中的磷酸二酯键断裂， 使分子量降低， 其过程是不可逆的。
变性 一般是可逆的， 不发生分子量的变化。
蛋白质和(DNA)核酸的变性的共性
两者均不涉及共价键的断裂 一级结构不破坏 粘度改变，生物活性丧失
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
DNA分子由两条相互平行但 走向相反的脱氧多核苷酸链 组成，两链以-脱氧核糖-磷 酸-为骨架，以右手螺旋方 式绕同一公共轴盘。螺旋直 径为2nm，形成大沟及小沟 相间。
（二） DNA双螺旋结构模型要点
（Watson, Crick, 1953）
* 分子量越大粘度也越大
RNA分子比DNA分子小，粘度也就小
* 生物分子的空间结构也影响粘度
核酸的紫外吸收特性
嘌呤碱和嘧啶碱有 共轭双键，都能强 烈吸收紫外光，最 大吸收波长为 260nm
蛋白质对紫外光 的最大吸收波长 是280nm
OD260的应用
1. DNA或RNA的定量 OD260=1.0相当于 50μg/ml双链DNA 40μg/ml单链DNA（或RNA） 20μg/ml寡核苷酸
碱基的理化数据分析 A-T、G-C以氢键配对较合理 DNA纤维的X-线衍射图谱分析
Chargaff 碱基组成规律
(1) 腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等. A=T
鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等. G=C
嘌呤总数=嘧啶总数
A+G=C+T
(2) DNA的组成具有种属特异性
(3) DNA的碱基组成没有组织的特异性, 且较为稳定,不随年龄、营养状态、
核酸的结构和功能讲解专家讲座
元素组成
C、H、O、N、 P等，P含量最稳定，9 ~10%, 核酸定量 (与蛋白质相比不含S）
一、核酸基本结构单位——核苷酸（nucleotide）
核酸（DNA和RNA）是由多个单核苷酸聚合而成多聚核苷酸 （polynucleotides)。
核酸的结构和功能讲解
第4页
核酸基本结构单元是核苷酸。核苷酸水解成 核苷和磷酸, 而核苷又可水解成戊糖和碱基。
糖苷键
O
H2O
OH OH
（对DNA为H）
戊糖
核酸的结构和功能讲解
第15页
核苷酸命名
碱基
R
A
N
G
A
C
U
核苷 腺苷 鸟苷 胞苷 尿苷
5’核苷酸 腺苷酸（AMP） 鸟苷酸（GMP） 胞苷酸（CMP） 尿苷酸（UMP）
D N A
核酸的结构和功能讲解
碱基 A G C T
核苷 脱氧腺苷 脱氧鸟苷 脱氧胞苷 胸苷
核酸的结构和功能讲解
Erwin Chargaff （1905－1995）
第36页
3、 DNA 分子X射线衍射照片
DNA 分子 X射线衍射照片
核酸的结构和功能讲解
第37页
4、DNA双螺旋结构模型（double-helical structure） 1953年，James Watson & Francis
DNA起源 人 绵羊 公牛 大鼠 母鸡 大肠杆菌
腺嘌呤 30.4 23.9 29.0 28.6 28.0 24.7
胸腺嘧啶 30.1 28.7 28.7 28.4 28.4 23.6
鸟嘌呤 19.6 21.1 21.2 21.4 22.0 25.7
胞嘧啶 19.9 20.9 21.2 20.4 21.6 25.7
1核酸的结构与功能
双链DNA分子的简写式是在一条简式的基础上再 增加一条互补链，链间的配对碱基用短纵线相 连或省略
5’GGAATCTCAT3’ 3’CCTTAGAGTA5’ 注： bp（base pair），代表碱基对。
1.2.1.2 DNA的二级结构及其多态性
Watson和Crick集各项对DNA的研究成果于 一体，在1953年以立体化学上的最适构型建 立了与DNA X-射线衍射资料相符的分子模 型——DNA双螺旋结构模型。 它可在分子 水平上阐述遗传的基本特征。
⑶双螺旋结构的稳定因素 DNA结构稳定的最主要因素是碱基堆积力。 层层堆积的芳香族碱基上的电子云交错形成了碱基
堆积力，使DNA双螺旋结构内部形成疏水核心而 不存在游离的水分子，有利于互补碱基间形成氢键； 同时，双螺旋外侧带负电荷的磷酸基团同带正电荷 的阳离子之间形成的离子键可减少双链间的静电斥 力，因而对DNA双螺旋结构也有一定的稳定作用。
第一部分： 生物大分子的结构和功能 （核酸，蛋白质，脂类）
第二部分： 新陈代谢（糖代谢，脂类代谢，核酸代谢）
第三部分： 遗传信息的存储、传递和表达
1.1 核酸的种类、分布和化学组成 1.2 核酸的分子结构 1.3 核酸的理化性质及其应用
1.1.1 核酸的生物学功能 1.1.2 核酸的种类和分布 1.1.3 核酸的组成
核酸
核糖核酸
nucleic acid ribonucleic acid RNA
信使RNA（messenger RNA, mRNA ）
核糖体RNA（ribosome RNA, rRNA）
转运RNA（transfer RNA, tRNA）
脱氧核糖核酸 deoxyribonucleic acid DNA