《核酸的化学》PPT课件
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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 。
第五讲 核酸的化学
磷酸酯，核苷由碱基和核糖/脱氧核糖组成，碱 基有嘌呤和嘧啶两类。 DNA组成： 脱氧核糖、磷酸、 A、G、C、T RNA组成： 核 糖 、磷酸、A、G、C、U
第一节 核酸的组成成分
三 核 酸 的 组 分 .
碱基
磷酸基团
核糖 RNA 核糖核苷酸
第一节 核酸的组成成分
三 碱基 三.核 酸 的 组 分 核 磷酸酯基团 酸 核酸是由核苷酸组成的，核苷酸是核苷的磷 的 酸酯，核苷由碱基和核糖/脱氧核糖组成，碱基 组 脱氧核糖 分 有嘌呤和嘧啶两类。 .
命名方法
核糖核苷酸以三个字母表示，第一个字母代表 碱基，第三个字母“P”代表磷酸，第二个字母中 “M”代表一，“D”代表二，“T”代表三； 脱氧核糖核苷酸则在上述三个字母前加“d”
例
UDP：二磷酸尿苷 dGMP：一磷酸脱氧鸟苷 dTTP：三磷酸脱氧胸苷
CTP： 三磷酸胞苷
GMP：一磷酸鸟苷
AMP
蛋 白 质 生 物 合 成
第二节
蛋 白 质 生 物 合 成
蛋白质的生物合成
转运RNA(tRNA)
这是细胞中最小的一种RNA ，约占总的15%，是 目前研究得最清楚的一类，在蛋白质合成中起携 带（选择供应）氨基酸的作用； 信使RNA (mRNA) 在胞内含量很少，约占5%，代谢活跃。在蛋白 质合成中起着模板的作用；
C1 H－C2－OH H－C3－OH H－C4 CH2OH5 β-D-呋喃核糖
OH
H
O
核糖
碱基 (base)
2.嘌呤 (purine) 胞嘧啶(cytosine，C)、 胸腺嘧啶（thymine，T)、 腺嘌呤(adenine，A)
1.嘧啶：(pyrimidine)：
尿嘧啶(uracil，U) ；
第一节 核酸的组成成分
三 核 酸 的 组 分 .
碱基
磷酸基团
核糖 RNA 核糖核苷酸
第一节 核酸的组成成分
三 碱基 三.核 酸 的 组 分 核 磷酸酯基团 酸 核酸是由核苷酸组成的，核苷酸是核苷的磷 的 酸酯，核苷由碱基和核糖/脱氧核糖组成，碱基 组 脱氧核糖 分 有嘌呤和嘧啶两类。 .
命名方法
核糖核苷酸以三个字母表示，第一个字母代表 碱基，第三个字母“P”代表磷酸，第二个字母中 “M”代表一，“D”代表二，“T”代表三； 脱氧核糖核苷酸则在上述三个字母前加“d”
例
UDP：二磷酸尿苷 dGMP：一磷酸脱氧鸟苷 dTTP：三磷酸脱氧胸苷
CTP： 三磷酸胞苷
GMP：一磷酸鸟苷
AMP
蛋 白 质 生 物 合 成
第二节
蛋 白 质 生 物 合 成
蛋白质的生物合成
转运RNA(tRNA)
这是细胞中最小的一种RNA ，约占总的15%，是 目前研究得最清楚的一类，在蛋白质合成中起携 带（选择供应）氨基酸的作用； 信使RNA (mRNA) 在胞内含量很少，约占5%，代谢活跃。在蛋白 质合成中起着模板的作用；
C1 H－C2－OH H－C3－OH H－C4 CH2OH5 β-D-呋喃核糖
OH
H
O
核糖
碱基 (base)
2.嘌呤 (purine) 胞嘧啶(cytosine，C)、 胸腺嘧啶（thymine，T)、 腺嘌呤(adenine，A)
1.嘧啶：(pyrimidine)：
尿嘧啶(uracil，U) ；
生物化学 第2章Ⅱ 核酸(共86张PPT)
内呈正比
5、电泳缓冲液
DNA的凝胶电泳检测
(ethidiumbromide， 简称EB)是一种核酸染料，可以插入到DNA
或RNA分子的碱基之间，并在300nm波长的
紫外光照射下放射出橘红色的荧光，可用来显现 凝胶中的核酸分子。
在凝胶电泳中，溴化乙锭染料可对核酸分子 染色，在紫外光下便可以十分敏感而方便地检测 出凝胶介质中DNA谱带。
五、变性、复性与杂交
（一）、DNA的变性
1、概念 2、变性因素
3、变性的指标
1、概念
是指核酸双螺旋区的氢键断裂，双螺旋 解开，变成无规则线团的现象。核酸变 性其分子中的共价键并没有破坏，分子 量也不改变，核酸的变性（
denaturation ）
2、DNA的变性的因素
温度升高；
酸碱度改变、 pH（>11.3或<5.0）；
1、核酸分子本身的大小：同分子的摩擦
系数成反比的 Maxam和Gilbert 于1977年发明
Primer1（10uM）
2、琼脂糖的浓度：迁移率与胶浓度成反比 而聚丙烯酰胺凝胶制胶时不能将染料加入，会影响聚合。
第五节 核酸的研究方法 据此特性可以定性和定量检测核酸。
在液氮蒸发去2/3时，用自制研杵迅速磨碎叶片；
RNA本身只有局部的双螺旋区，所以变 性行为所引起的性质变化没有DNA那样 明显。 天然状态的DNA在完全变性后，紫外吸
收(260 nm)值增加25－40%.而RNA变性 后，约增加1.1%。
4. DNA变性后的表现
A260值增加
粘度下降
浮力密度增大
分子量不变
（二）、DNA的复性
1、概念：
变性DNA在适当的条件下，两条彼此分 开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构 ，这一过程称为复性；
第5章核酸的化学 第四节 核酸的性质
食品生物化学
图5-15 RNA紫外吸收曲线
波长nm
食品生物化学
四、核酸的变性与复性
当核酸在某些理化因素（如有机溶剂、酸、碱、尿素、加 热及酰胺等）作用下，互补碱基对间的氢键断裂，双螺旋结构 松散，变成单链的过程称为变性(denaturation)。变性使核酸的 二级结构、三级结构改变，但核苷酸排列顺序不变。变性后的 核酸理化性质改变，生物学活性丧失。
核酸是相对分子质量很大的高分子化合物，高分子溶液比 普通溶液黏度要大得多，高分子形状的不对称性愈大，其黏度 也就愈大，不规则线团分子比球形分子的黏度大，线形分子的 黏度更大。由于DNA分子极为细长，因此即使是极稀的溶液也 有极大的黏度，RNA的黏度要小得多。
二、核酸的酸碱性质
核酸和蛋白质一样，也是两性电解质，在溶液中发生两性 电离。因磷酸基的酸性比碱基的碱性强，故其等电点偏于酸性。 利用核酸的两性解离能进行电泳，在中性或偏碱性溶液中，核 酸常带有负电荷，在外加电场力作用下，向阳极泳动。利用核 酸这一性质，可将相对分子质量不同的核酸分离。
DNA的变性是可逆的。变性DNA在适当条件下，变性的两 条互补链重新结合，恢复原来的双螺旋结构和性质，这个过程 称为复性(renaturation)。热变性的DNA经缓慢冷却（称退火处 理）即可复性。最适宜的复性温度比Tm值约低25℃，这个温度 又叫退火温度。
食品生物化学
图5-16 两种不同来源的DNA在260nm的吸收值与温度变化的关系
食品生物化学
DNA的解链过程发生于一个很窄的温度区内，DNA的变性 过程是爆发式的，有一个相变过程，把A260达到最高值的一半时 对应的温度称为该DNA的解链温度或融解温度，用Tm表示。 Tm值大小与DNA碱基组成有关，由于G-C之间的氢键联系要比 A-T之间的氢键联系强得多，故G＋C含量高的DNA其Tm值越高。 通过测定Tm值可知其G＋C碱基的含量。
核酸化学PPT课件
DNA与RNA结构特点
DNA结构特点
DNA是一种长链生物聚合物，组成单 位为四种脱氧核苷酸，由碱基、脱氧 核糖和磷酸构成。
RNA结构特点
RNA由核糖核苷酸经磷酸二酯键缩合而 成长链状分子。一个核糖核苷酸分子由 一分子磷酸、一分子核糖和一分子含氮 碱基构成。
碱基互补配对原则
碱基互补配对原则是指在DNA分子结构中，由于碱基之间的氢键具有固定的数目和DNA两条链之间的距离保持不变，使得碱基配 对必须遵循一定的规律，这就是A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对，G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对，反之亦然。
多肽。
基因编辑技术
如CRISPR-Cas9等，可对基因组 进行定点编辑，实现基因敲除、
敲入、突变等操作。
05
核酸药物设计与应用
抗病毒药物设 利用病毒基因序列中的特异性区域，设计与之互 补的核酸药物，通过阻断病毒基因复制或表达， 达到抗病毒效果。
靶向病毒关键蛋白的药物设计 针对病毒生命周期中的关键蛋白，设计能够与之 结合的核酸药物，从而阻止病毒的组装、释放等 过程。
RNA转录过程及调控
RNA转录的基本过程 转录起始、链延长、链终止与释放
RNA转录的酶学 RNA聚合酶、转录因子等
RNA转录的特点
模板链的选择性、转录的不对称性、 转录后加工等
RNA转录的调控
转录起始的调控、转录延伸的调控、 转录终止的调控
核酸酶作用及降解产物
核酸酶的种类与特性
01
核酸内切酶、核酸外切酶等
核酸的降解过程
02
核酸酶的切割作用、降解产物的生成与性质
核酸降解产物的应用
03
用于核酸序列分析、核酸检测等
03
核酸性质与功能
第5章核酸的化学 第二节 核酸的化学组成
DNA和RNA分子中，主要元素有碳、氢、氧、氮、磷等， 个别核酸分中还含有微量的S。磷在各种核酸中的含量比较接 近和恒定，DNA的平均含磷量为9.9%，RNA的平均含磷量为 9.4%。因此，只要测出生物样品中核酸的含磷量，就可以计算 出该样品的核酸含量，这是定磷法的理论基础。
食品生物化学
二、核酸的水解产物
3.次黄嘌呤衍生物——次黄嘌呤核苷酸（IMP）
在肌肉组织中，腺嘌呤核苷酸循环过程中由AMP脱氨形成 次黄嘌呤核苷酸。
次黄嘌呤核苷酸在生物体内是合成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤 核苷酸的关键物质，对生物的遗传有重要的功能。另外，它还 是一种很好的助鲜剂，有肉鲜味，与味精以不同比例混合制成 具有特殊风味的强力味精（见第九章第二节鲜味）。
2.腺苷衍生物——环腺苷酸（cAMP）
cAMP是由ATP经腺苷酸环化酶催化而成的。
食品生物化学
图5-7 环腺苷酸（cAMP）
食品生物化学
cAMP广泛存在于一切细胞中，浓度很低。它们的主要作 用不是作为能量的供体，而是在生物体内参与细胞内多种调节 功能，如它可调节细胞内催化糖和脂肪反应的一系列酶的活性， 也可以调节蛋白激酶的活性。一般把激素称为第一信使，而称 cAMP为“第二信使”。
核酸是一种聚合物，它的结构单位是核苷酸 。
核酸
核苷酸
磷酸
核苷
碱基
戊糖
(嘌呤碱和嘧Ch啶em碱Pa)st(e核r 糖或脱氧核糖)
图5-1 核酸的水解产物
食品生物化学
三、核酸水解产物的化学结构
1．戊糖
DNA和RNA的主要区别是所含戊糖不同，DNA分子中的戊 糖是β-D-2-脱氧核糖，而RNA分子中的戊糖是β-D-核糖 。
碱基 Ade Gua Cyt Ura
食品生物化学
二、核酸的水解产物
3.次黄嘌呤衍生物——次黄嘌呤核苷酸（IMP）
在肌肉组织中，腺嘌呤核苷酸循环过程中由AMP脱氨形成 次黄嘌呤核苷酸。
次黄嘌呤核苷酸在生物体内是合成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤 核苷酸的关键物质，对生物的遗传有重要的功能。另外，它还 是一种很好的助鲜剂，有肉鲜味，与味精以不同比例混合制成 具有特殊风味的强力味精（见第九章第二节鲜味）。
2.腺苷衍生物——环腺苷酸（cAMP）
cAMP是由ATP经腺苷酸环化酶催化而成的。
食品生物化学
图5-7 环腺苷酸（cAMP）
食品生物化学
cAMP广泛存在于一切细胞中，浓度很低。它们的主要作 用不是作为能量的供体，而是在生物体内参与细胞内多种调节 功能，如它可调节细胞内催化糖和脂肪反应的一系列酶的活性， 也可以调节蛋白激酶的活性。一般把激素称为第一信使，而称 cAMP为“第二信使”。
核酸是一种聚合物，它的结构单位是核苷酸 。
核酸
核苷酸
磷酸
核苷
碱基
戊糖
(嘌呤碱和嘧Ch啶em碱Pa)st(e核r 糖或脱氧核糖)
图5-1 核酸的水解产物
食品生物化学
三、核酸水解产物的化学结构
1．戊糖
DNA和RNA的主要区别是所含戊糖不同，DNA分子中的戊 糖是β-D-2-脱氧核糖，而RNA分子中的戊糖是β-D-核糖 。
碱基 Ade Gua Cyt Ura
第二章-核酸化学
二级结构 三叶草形结构，由四臂四环组成。
2021/4/9
42
2021/4/9
酵母tRNA Ala 的二级结构
氨基酸臂 D臂（二氢尿嘧啶臂） D环 TC臂 TC环 额外环 AC臂（反密码臂） AC环
43
三级结构 —— 倒L型
2021/4/9
44
2021/4/9
45
二、rRNA的分子结构
原核生物rRNA有3类：5S、16S、23S 真核生物rRNA有4类： 5S、5.8S、18S、28S
核苷酸
Phosphates
戊糖(核糖、脱氧核糖)
Nucleotides
核苷 Pentoses
Nucleosides
碱基（嘌呤、嘧啶）
2021/4/9
Nitrogenous Base
4
㈠ 碱 基 Nitrogenous Base
主要包括嘌呤碱和嘧啶碱。
2021/4/9
5
嘌呤(purine)
N 7
许多rRNA的一级结构及由一级结构推导出来的 二级结构都已阐明，但是对许多rRNA的功能迄今 仍不十分清楚。 已有一些rRNA具有酶的活性，称为核酶 （ribozyme）。
2021/4/9
46
2021/4/9
5sRNA的二级结构
47
三、mRNA的分子结构
顺反子（cistron）：一个基因就是一个顺反子。 原核生物的mRNA一般是多顺反子。 真核生物的mRNA一般是单顺反子。
1953年，Watson和Click提出DNA双螺旋模型。
1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则。
2021/4/9
2
核酸的种类和分布
1. 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA） 原核: 裸露的DNA分子集中于核区 真核: 细胞核DNA：与组蛋白、非组蛋白形成染色体
2021/4/9
42
2021/4/9
酵母tRNA Ala 的二级结构
氨基酸臂 D臂（二氢尿嘧啶臂） D环 TC臂 TC环 额外环 AC臂（反密码臂） AC环
43
三级结构 —— 倒L型
2021/4/9
44
2021/4/9
45
二、rRNA的分子结构
原核生物rRNA有3类：5S、16S、23S 真核生物rRNA有4类： 5S、5.8S、18S、28S
核苷酸
Phosphates
戊糖(核糖、脱氧核糖)
Nucleotides
核苷 Pentoses
Nucleosides
碱基（嘌呤、嘧啶）
2021/4/9
Nitrogenous Base
4
㈠ 碱 基 Nitrogenous Base
主要包括嘌呤碱和嘧啶碱。
2021/4/9
5
嘌呤(purine)
N 7
许多rRNA的一级结构及由一级结构推导出来的 二级结构都已阐明，但是对许多rRNA的功能迄今 仍不十分清楚。 已有一些rRNA具有酶的活性，称为核酶 （ribozyme）。
2021/4/9
46
2021/4/9
5sRNA的二级结构
47
三、mRNA的分子结构
顺反子（cistron）：一个基因就是一个顺反子。 原核生物的mRNA一般是多顺反子。 真核生物的mRNA一般是单顺反子。
1953年，Watson和Click提出DNA双螺旋模型。
1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则。
2021/4/9
2
核酸的种类和分布
1. 脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA） 原核: 裸露的DNA分子集中于核区 真核: 细胞核DNA：与组蛋白、非组蛋白形成染色体
第二章核酸化学下ppt课件
3'
3' U attacks 3' end of IVS
19-IVS 作为催化剂
GOH-3'
GpGpGpApGpGOH-5'
CpCpCpCpCOH "C5"
CpCpCpCpCpCOH "C6"
GOH-3'
5'-CpCpCpCpCOH-3' GpGpGpApGpGOH-5'
CpCpCpCOH "C4"
• tRNA主要作用是将氨基酸转运到核糖体mRNA复合物的相应位置用于蛋白质合成
• 20种基本氨基酸每一种都至少有一种tRNA • tRNA分子较小，平均沉降系数为4S • 大多数tRNA分子具有类似的三叶草二级结
构
tRNA三叶草二级结构
3’-
受体端
76 75
(acceptor
stem)
74 73
1
1
ddTTP
CAddT CATddT CATTACGddT
8
T
7
G
6
C
5
A
4
T
3
T
2
A
1
C
DNA测序技术的应用
• RNA序列的测定，将RNA反转录成互补 DNA（cDNA) ，测定cDNA序列后即可推 断出RNA的序列
• 蛋白质的氨基酸序列的测定，也可以通过 测定DNA序列，然后用遗传密码来推断。
核酸的性质—结构稳定性
• 碱基对间的氢键
• 碱基堆积—碱基堆积力对维持核酸的空间 结构起主要作用
• 环境中的正离子—环境中的Na+、K+、 Mg2+、Mn2+等离子，可消除核酸中磷酸基 间的静电斥力，对核酸结构的稳定有重要 作用
第二章(2)核酸的化学(性质)
1．核酸的两性性质及等电点
分子中既含有酸性基团（磷酸基）,也含有碱性基 团（氨基），因而核酸具有两性性质. 因而核酸具有两性性质. 因而核酸具有两性性质 由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性 （氨基）是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。 核酸的等电点比较低。 核酸的等电点比较低 如DNA的等电点为4～4.5，RNA的等电点为2～2.5。 RNA的等电点比DNA低的原因:是RNA分子中2′-OH 通过氢键促进了磷酸基上质子的解离，而DNA没有这种 作用。
影响复性速度的因素：
1、分子量越大，复性越难。 分子量越大，复性越难。 单链片段浓度越大，随机碰撞的频率越高，复性越容易。 2、单链片段浓度越大，随机碰撞的频率越高，复性越容易。 片断内的重复序列多，则容易形成互补区，复性较快。 3、片断内的重复序列多，则容易形成互补区，复性较快。 维持溶液一定的离子强度，可加快复性速度。 4、维持溶液一定的离子强度，可加快复性速度。 此外，DNA的复性也与它本身的组成和结构有关 的复性也与它本身的组成和结构有关。 此外，DNA的复性也与它本身的组成和结构有关。
HOCH
2
O H
OH H
HOCH
2
O H
OH H
H H OH D-核核 核
H H OH
OH
H
D-2-脱脱核核 脱
2．核酸的水解
（1）酸或碱水解
核酸分子中的磷酸二酯键可在 酸或碱性条件下水解切断。 DNA和RNA对酸或碱的耐受程度 有很大差别。例如，在0.1 mol/L NaOH溶液中，RNA几乎可以完全水解， DNA在同样条件下则不受影响。
核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（3′-端或5′核酸外切酶的作用方式是从多聚核苷酸链的一端（3′-端或5′的作用方式是从多聚核苷酸链的一端 5′ 端）开始，逐个水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切 开始，逐个水解切除核苷酸；核酸内切酶的作用方式刚好和外切 酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。 酶相反，它从多聚核苷酸链中间开始，在某个位点切断磷酸二酯键。
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，
第二章3-核酸化学PPT课件
▪
戊糖在外，双螺旋每转一
小 沟
周 为10碱基对（bp）
▪
A型结构
▪
碱基平面倾斜20º，螺旋
变粗变短，螺距2～3nm。
2.0 nm
大 沟
DNA的三级结构
➢DNA的三级结构：指双螺旋进一步扭曲 形成的超螺旋。 ➢包括：线状DNA形成的纽结、超螺旋和 多重螺旋、环状DNA形成的结、超螺旋 和连环等
线状DNA形成的超螺旋
▪ 多核苷酸链均有5’-末端和3’-末端 ▪ 核酸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。
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分子中具有特定生物学功能的片 段称为基因（gene）。
➢一个生物体的全部DNA序列称为基因 组（genome）。
RNA的结构与功能
▪ 一、结构特点
1. 碱基组成 A、G、C、U （A＝ U/G=C）
稀有碱基较多，稳定性较差，易水解 2. 多为单链结构，少数局部形成螺旋 3. 分子较小 4. 分类 ➢mRNA ➢tRNA ➢rRNA
三、核酸的变性
▪ 稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链结 构的过程。核酸的的一级结构(碱基顺序)保持不变。
▪ 变性表征 生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外
吸收增加（增色效应） ▪ 变性因素
pH（>11.3或<5.0） 变性剂（脲、甲酰胺、甲醛） 低离子强度 加热
➢核酸是存在于细胞中的一类大分子酸 性物质，包括核糖核酸（RNA）和脱氧 核糖核酸（DNA）两大类。
第三章核酸的化学
胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U）
DNA特有
RNA特有
O
O
C
C
HN C CH3 HN CH
C CH ON
C CH ON
H
H
3、磷酸：DNA、RNA均有
HO OH
RNA(AMP )
HO OH
H
DNA(dAMP )
两类核酸的基本化学组成比较
腺嘌呤(A) 嘌呤碱 鸟嘌呤(G)
碱基
嘧啶碱
胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶(T)
★Chargaff 规律 1950年： p26
课外作业：DNA双螺旋结构 的发现过程？
DNA双螺旋结构的发现过程
★ 英国生物物理学家 Astbury (1898～1961) 1938年曾通过X射 线结晶衍射图发现DNA分子是多聚核苷酸分子的长链排列。 1950年，爱尔兰科学家Wilkins （1916～）的研究小组保持 DNA纤维的湿润状态且测定DNA在较高温度下的X射线衍射。 DNA的X光衍射照片中有明显的几组点组成了十字的一横，提示 DNA的整个结构为螺旋形，但证据并不充分。 ★ 具有非凡才能的英国女科学家Franklin （1920～1958）加盟到 威尔金斯小组。她凭着独特的思维，设计了更能从多方面了解物 质不同现象的实验方法，如获取在不同温度下的DNA的X射线衍 射图。把这些各种局部的结构形状汇总，DNA的衍射图片越来越 全面。1952年5月她获得了一张清晰的DNA的X光衍射照片。 弗兰 克林与威尔金斯提出DNA的结构可能是双螺旋。
（定磷法）。 任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。
三、核酸分子的基本单位-核苷酸
磷酸
戊糖
碱基
核酸
核苷酸
核苷 核苷
碱基 戊糖
DNA特有
RNA特有
O
O
C
C
HN C CH3 HN CH
C CH ON
C CH ON
H
H
3、磷酸：DNA、RNA均有
HO OH
RNA(AMP )
HO OH
H
DNA(dAMP )
两类核酸的基本化学组成比较
腺嘌呤(A) 嘌呤碱 鸟嘌呤(G)
碱基
嘧啶碱
胞嘧啶 (C) 胸腺嘧啶(T)
★Chargaff 规律 1950年： p26
课外作业：DNA双螺旋结构 的发现过程？
DNA双螺旋结构的发现过程
★ 英国生物物理学家 Astbury (1898～1961) 1938年曾通过X射 线结晶衍射图发现DNA分子是多聚核苷酸分子的长链排列。 1950年，爱尔兰科学家Wilkins （1916～）的研究小组保持 DNA纤维的湿润状态且测定DNA在较高温度下的X射线衍射。 DNA的X光衍射照片中有明显的几组点组成了十字的一横，提示 DNA的整个结构为螺旋形，但证据并不充分。 ★ 具有非凡才能的英国女科学家Franklin （1920～1958）加盟到 威尔金斯小组。她凭着独特的思维，设计了更能从多方面了解物 质不同现象的实验方法，如获取在不同温度下的DNA的X射线衍 射图。把这些各种局部的结构形状汇总，DNA的衍射图片越来越 全面。1952年5月她获得了一张清晰的DNA的X光衍射照片。 弗兰 克林与威尔金斯提出DNA的结构可能是双螺旋。
（定磷法）。 任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。
三、核酸分子的基本单位-核苷酸
磷酸
戊糖
碱基
核酸
核苷酸
核苷 核苷
碱基 戊糖
2024人教版化学《核酸》PPT完美课件新教材1
人教版化学《核酸》PPT完美课件新教材1contents •核酸概述与分类•核酸组成单位-核苷酸•DNA结构与功能解析•RNA结构与功能解析•核酸提取、纯化和鉴定方法•核酸在生物技术中应用前景目录核酸概述与分类核酸定义及功能核酸定义核酸功能核酸种类与结构特点核酸种类结构特点生物体内核酸分布及作用分布DNA主要分布在细胞核中，少量存在于线粒体和叶绿体中；RNA主要分布在细胞质中，包括mRNA、tRNA和rRNA等多种类型。
作用DNA作为遗传信息的载体，负责储存和传递遗传信息；RNA则参与蛋白质合成过程，包括转录和翻译等步骤。
此外，RNA还在基因表达调控、细胞信号传导等方面发挥重要作用。
02核酸组成单位-核苷酸磷酸基团五碳糖碱基030201核苷酸基本结构核苷酸种类与命名规则核苷酸种类命名规则核苷酸的命名通常由碱基名称、五碳糖类型和磷酸基团数目三部分组成，如腺嘌呤脱氧核糖核苷酸。
核苷酸间连接方式磷酸二酯键碱基配对DNA结构与功能解析DNA双螺旋结构特点双链反向平行碱基互补配对主链与碱基对之间的空间关系螺距与旋转角度遗传信息的编码遗传信息的稳定性遗传信息的多样性遗传信息的可变性DNA遗传信息储存原理复制和修复的意义DNA 复制和修复机制对于生物体的遗传信息传递、生物进化以及维持生命活动的正常进行具有重要意义。
DNA 复制以亲代DNA 为模板，在DNA 聚合酶的催化下，按照碱基互补配对原则合成子代DNA 的过程。
复制过程具有半保留性和半连续性。
DNA 修复生物体在进化过程中形成了一套完善的DNA 修复机制，包括直接修复、切除修复、重组修复和跨损伤修复等，以维持基因组的稳定性和完整性。
复制与修复的关系DNA 复制过程中可能出现错误配对或损伤，此时需要启动DNA 修复机制进行纠正。
同时，DNA 修复机制也可以保证复制过程的顺利进行。
DNA 复制和修复机制RNA结构与功能解析RNA单链结构特点作为信使RNA（mRNA），携带遗传信息并指导蛋白质合成作为转运RNA（tRNA），携带氨基酸进入核糖体并识别mRNA上的遗传密码作为核糖体RNA（rRNA），与核糖体蛋白共同组成核糖体，提供蛋白质合成的场所RNA在蛋白质合成中作用不同类型RNA功能介绍mRNA（信使RNA）tRNA（转运RNA）rRNA（核糖体RNA）其他非编码RNA核酸提取、纯化和鉴定方法核酸提取方法比较酚氯仿抽提法离心柱法磁珠法纯化策略及操作注意事项去除蛋白质使用蛋白酶K消化或有机溶剂去除蛋白质杂质。
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第二节 核酸的组成
一、核酸的元素组成 组成核酸的基本元素：C、H、O、N、
P；
其中P 的含量比较稳定，占9%-10%， 通过测定P 的含量来推算核酸的含量 （定磷法）。
DNA平均含磷量为9.9%，RNA为 9.4%。
任何核酸都含磷酸，所以核酸呈酸性。
二、核酸的基本组成单位-核苷酸
核酸 1.核酸完全水解产物 核苷酸
HOCH2
OH
H
Doxyribose (in DNA)
（1）嘌呤碱（purine, Pu）
腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G）
（2）嘧啶碱（purine, Pu）
胸腺嘧啶（T）
胞嘧啶（C）
尿嘧啶（U）
碱基的胺式与亚胺式互变异构
碱基的酮式与烯醇式互变异构
（3）核糖
两类核酸分子组成的比较
嘌呤 嘧啶 核糖 磷酸 DNA A G C T 脱氧核糖 磷酸 RNA A G C U 核糖 磷酸
酸对的平均分子量
结构式
Chargaff首先注意到DNA碱基组成的 某些规律性，在１９５０年总结出 DNA碱基组成的规律：
腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等，即 A=T。
鸟嘌呤和胞腺嘧啶的摩尔数相等，即G=C。 含氨基的碱基总数等于含酮基碱基总数，即 A+C=G+T。
蛋白质组学
潮结：构r基ib因oz组ym学e、反义RNA、 “RRNNA组A世学界或核”糖假核说酸等组等学。
二、 核酸的分类和分布
脱核氧糖核糖酸核（酸RN（AD）N：A主）要:遗参传与信遗息传的信贮息存的和 携传带递者和，表生达物过的程主，要细遗胞传内物的质RN。A在主真要核存细在 胞于细中胞，质DN中A，主少要量集存中在在于细细胞胞核核内中，，线病粒毒体 和中叶RN绿A体本中身均就有是各遗自传的信D息N的A储。存原者核。细另胞外没 有在明植显物的中细还胞发核现结了构一，类比DN病A毒存还在小于得称多为的类 核侵的染性结致构病区因。子每称个为原类核病细毒胞，只它有是一不个含染蛋色 体白，质每的个游染离色的体RN含A一分个子双，链还环发状现D有N些AR。NA 具生物催化作用（ribozyme）。
稀有碱基
H
H H
5
H
H3C CH3
假尿苷（） 二氢尿嘧啶（DHU）
CH3
Am
m26G
核苷酸衍生物
ATP 分子的最显著特点是含有两个高
能磷酸键。ATP水解时, 可以释5´放-N物体内最重要的能量5´-N转TP换中
间体。ATP 水解释放出来的N=能A、量G、用C、于U
第三节 DNA的结构
一、核酸分子中的共价键 二、 DNA 一级结构 三、DNA碱基组成的Chargaff规则 四、 DNA的二级结构 五、 DNA的三级结构 六、DNA与蛋白质复合物的结构
核酸分子中核苷 酸之间的共价键
3 -5 磷酸二酯键
5 3
5 3
DNA 一级结构
多一聚级核结苷构酸指链其一核端苷的酸C的5′排带列有顺一序个。自 由由磷于酸核基苷，酸称间为的5差′异-磷主酸要端是（碱常基用不5同′， -也P表称示碱）基；序另列一。端C3 ′带有自由的羟 基，DN称A为：3四′种-羟脱基氧端核（苷常酸用按3一′定-O顺H序 表以示磷）酸。二酯键相连形成的聚脱氧核苷 酸多链聚。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′。
2.核苷
3.核苷酸
P
P
P
P
腺嘌呤核苷酸 （AMP）
鸟嘌呤核苷酸 （GMP）
尿嘧啶核苷酸 （UMP）
胞嘧啶核苷酸 （CMP）
P
P OH
P
PH
腺嘌呤核苷酸（ AMP） 脱氧腺嘌呤核苷酸（dAMP）
脱氧腺嘌呤核苷酸 脱氧鸟嘌呤核苷酸 脱氧胸腺嘧啶核苷酸
（dAMP）
（dGMP）
（dTMP）
脱氧胞嘧啶核苷酸 （dCMP）
推动生物体内各种需能的生化反应。
ATP 也腺是嘌呤一核种苷酸很（A好MP的） 磷酰化5剂´-d。NM磷P 酰 化反应二的磷酸底腺物苷 可AD以P 是普通的有5´机-dN分DP子， 也可以是酶。磷酰化的底物分5´子-dN具TP 有较 高的二能磷量酸腺（苷 活ATP化分子），是N=许A、多G、生C、物T 化
磷酸 嘌呤 嘧啶
核苷
碱基 戊糖
核糖
脱氧核糖
本课件由西华大学生物工程学院车振明制作
Pyrimidines
C
T
U
Cytosine Thymine Uracil
Purihes
A
G
Adenine
Guanine
Phosphate
Nitrogenous base
Pentose sugar
HOCH2
OH
HO
Ribose (in RNA)
第四章 核酸的化学
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
概述 核酸的组成 DNA的结构 RNA的结构 核酸及核苷酸的性质 核酸的分离提取与纯化
本课件由西华大学生物工程学院车振明制作
第一节 概述
一、核酸的发现和研究简史 二、 核酸的分类和分布
一、核酸的发现和研究简史
191104589年436579代80AW年v以MCaet代r后risieycosknc等提h建和实e成出立r施C从功r遗人Di脓c进Nk类传建细A行基信重立胞肺因息组了的组炎传技D细计球递N术划胞菌A的，（核结转中改中构化心 试的H分时法双验G离称P则变螺；）出为，了旋1,9开了核分5模2辟一素子型年了（生种，H生ne物含说命ursc学磷明h科lee的酸了i学yn等）面的基新的,纪貌有因后实元，机的称验。并物结为生表导，构核命明致当、酸科 3信学2（6息P进0-n生D和年入uNc物功代后lAe技能i基可cRa术因三N进c时i的A者d入研）代兴间噬：究；起的菌取此。关体得后系内大几，，发十推证展年动明（内了D操，分N纵弄A 是子清子生遗了学物传8功核0说学物能年酸，的质基代的遗因迅。组组传猛RN学成密发A及码展研在，。究细逆出胞转现中录第的酶二分）次布。高。
规定DNA的书写顺序是5 ′ → 3 ′ 。
一级D结N构A的大表小示的法计：算 DNA的分子大小取决于组成DNA的碱
基对（bp或kb)的数目
I. DNA分子量=核苷酸对的线平条均式 分子
量×核苷酸对数目
5´
II. DNA分子长度=核苷酸对之间的轴
3´
距×核苷酸对数目
字母式
III.核苷酸对数目= DNA分子量÷核苷