第三章核酸的生物有机化学第六节文稿演示

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 。

六、核苷酸的性质
1、紫外吸收：嘌呤碱和嘧啶碱具有共轭双键，因此使得碱 基、核苷和核苷酸在240~290nm的紫外波段有强烈的吸 收峰，最大吸收值在260nm附近。
2、互变异构作用：凡含有酮基的嘧啶或嘌呤碱，在溶液中 可发生酮式和烯醇式的互变异构现象：
NH 2?
4
3N
5
NH2?
4
3N
5
2 O
NH1
6?
4/ H
H 3/
OH 2 /H ?1 /?
OH H
腺嘌呤核苷（腺苷）
生物化学之核酸的结构与功能
核苷=核糖+碱基
NH 2 ?
4
3N
5
2 O
1N
6?
5/ H O CH 2
O
4/ H
H 3/
OH
H
?1 / 2 H//
H
胞嘧啶脱氧核苷（脱氧胞苷） 生物化学之核酸的结构与功能
三、核苷酸
❖核苷中的戊糖羟基（主要是5位上的）被磷酸酯化，形成核 苷酸（p.481，表3-4）。 核糖核苷酸：腺嘌呤核苷酸（AMP）、鸟嘌呤核苷酸 （GMP）、胞嘧啶核苷酸（CMP）、尿嘧 啶核苷酸（UMP） 脱氧核糖核苷酸：腺嘌呤脱氧核苷酸（dAMP）、鸟嘌 呤脱氧核苷酸（dGMP）、胞嘧啶脱氧核 苷酸（dCMP）、胸腺嘧啶脱氧核苷酸 （dTMP）
O
-
Oγ
P O
～ -
O
O P
～β
O
O-
O Pα O-
O C H2
NH2
N
N
NN
O
OH OH AM P ADP
ATP
磷酸之间的焦磷酸键含有很高的能量，称为高能键（~）， 是生物体内能量利用和贮存的主要物质（12000卡/每克分子高 能键）。

• 基因检测是预防疾病的重要手段。基因技术的发展，不仅为相关医学研 究打下了坚实的基础，而且促进了医学模式的改变，为解决长期困扰人 类的很多重大疾病如癌症、糖尿病、神经和精神疾病等的早期诊断、治 疗开辟了新的途径。
科学视野
二、核酸检测的原理
• 新冠肺炎疫情暴发后，核酸检测成为确诊是 否感染新冠肺炎的病原学检测的主要方法。
一、核酸的分类与组成
2. 核酸的组成 ➢ 核酸的基本结构单元是核苷酸，核苷酸本身由核苷和磷酸组成，而
核苷则由戊糖与含氮碱组成。组成核酸的基本成分是含氮碱、磷酸 和戊糖。
➢ 组成核酸的戊糖有两种，DNA 所含的糖为脱氧核糖，RNA 所含的糖 则为核糖。
➢ 核酸中的含氮碱是一类含氮的杂环化合物，包括嘌呤碱和嘧啶碱两 类。
三、核酸的应用
• 基因工程是指遗传工程或 DNA 重 组技术，是对基因进行重组、克 隆和表达的一系列技术的总称。
• 目前，包括人类基因在内的很多 生物 DNA 碱基序列的测定已经完 成，这为生命科学开启了新时代 。
科学视野
一、一切疾病的发生都与基因有关
• 如何利用基因检测帮助人们做到科 学养生，做到疾病的早发现、早诊 断、早治疗，成为 21 世纪医学界研 究的重点。
习题
1. 组成核酸的基本成分是
、
和
。核酸分为
和
两大类。
2. DNA 中含有的嘌呤碱基有
和
。RNA 中含有的
嘧啶碱基有
和
。
3. 查阅资料，讨论基因技术方面的突出成就给人类带来的机遇和挑战
分别有哪些？
• 常见的生物碱有烟碱、麻黄碱、咖啡碱、茶碱、吗啡碱、可可碱等。
专题小结
核酸
• 核酸是生物的遗传物质。核酸分为两大类，其中，DNA 是遗传信 息的携带者，RNA 是遗传信息的传递者。

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。
.
19:46
17
DNA双螺旋模型要点
（1）两条长度相等的核苷 酸链反向平行，右手螺 旋结构。
（2）碱基在内碱基平面垂 直于螺旋轴戊糖、磷酸 在外，双螺旋每转一周 为10碱基对螺距3.4nm.
（3）碱基对（A＝T， G≡C）
一、一般性质
1．线性大分子
2．两性电解质
3. 紫外吸收性 质
.
24
二、核酸的变性与复性
1. 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。
❖ 核酸变性后，由于DNA分子双 链打开暴露了更多碱基的共轭 双键，使其在波长260nm处的 光吸收增强，这一现象称为高 色效应（hyperchromic effect）。
❖ 核苷酸 → 核苷+磷酸 （戊糖+碱基+磷酸）
HH
.
10
19:46
两类核苷酸的比较
RNA： AMP GMP CMP UMP
DNA: dAMP dGMP dCMP dTMP
.
11
二、某些重要的核苷酸
1．多磷酸核苷酸
NH2
N
N
O
O
O
O - P ～O - P ～ O - P
O-
O-
O-
N OCH2 O
稀有碱基较多，稳定性较差，易水解多为 单链结构，少数局部形成螺旋。
分类： mRNA 3% tRNA 15% rRNA 80%
.
21
种类多，分子 量大小不一
5’－端“帽” 式结构

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2020/11/26
生物化学实验原理与方法
二、有机溶剂沉淀法
n 原理：有机溶剂对许多溶于水的小分子生化物质以及核酸、 多糖、蛋白质等生物大分子都能发生沉淀作用。有机溶剂 的沉淀作用主要是降低溶液的介电常数从而 增强分子之 间的相互作用，使其溶解度降低。对于具有表面水层的生 物大分子来说，有机溶剂可破坏溶质分子表面的水膜，使 这些大分子脱水而相互聚集析出。不同溶质要求不同浓度 的有机溶剂，因此可用有机溶剂进行分步沉淀。
n 提取是在分离纯化前期，将样品研磨，把被破碎的细胞置于一定的溶剂（提 取液）中，使某一类分子目的物释放到提取液中的过程。提取液应具备的条 件：对有效成分溶解度大，破坏作用小；对杂质溶解度小或不溶解；来源广 泛、价格低廉、操作安全等。
n 生物分子可以分为生物大分子和生物小分子。生物小分子的结构由较强的共 价键决定；生物大分子中除共价键外，还含有较弱的共价键和次级键，故需 温和的条件才能保证生物大分子的活性不被破坏。因此，这两类生物分子的 提取液成分和操作条件差别很大。
n 1、生物小分子的提取 n 2、生物大分子的提取
蛋白质和酶的提取 核酸的提取
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生物化学实验原理与方法
溶剂提取法
n 原理:利用溶剂的溶解作用把所需物质从细胞中转移出来 n 影响溶剂提取效率的因素（影响溶解度的的因素）
1、溶剂的性质：（根据相似相溶原理） 2、离子强度：离子强度是影响物质溶解度的主要因素，但离子强度 对不同物质溶解度的影响不同，如高离子强度下DNA-核蛋白溶解度增 加，而低离子强度下RNA-核蛋白溶解度增加；绝大多数蛋白质和酶， 在稀盐溶液中溶解度增加（盐溶）。 3、PH值：溶剂的PH值影响溶质分子的解离状态，离子状态的物质， 不能是阳离子还是阴离子都易溶于水，而非离子状态的物质易溶于有 机溶剂。 4、温度：温度的升高可以增加物质的溶解度。 5、去垢剂：去垢剂是一类既有亲水基又有疏水基的物质，可以分为 阴离子、阳离子和中性去垢剂等，如SDS，Tween20，Triton X-100。

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)。

核糖核酸酶类
牛胰核糖核酸酶：存在于牛胰中，简称为 RNaseⅠ，只作用于RNA，十分耐热，是具 有极高专一性的内切酶。 核糖核酸酶T1：从米曲霉中获得的，耐热， 耐酸，专一性更强。 核糖核酸酶T2：来源同T1，核酸酶：也叫做DNaseⅠ， 需要镁离子参与，切断双链DNA或者单链 DNA为寡聚核苷酸，平均长度为4个核苷酸。 ② 牛脾脱氧核糖核酸酶：也叫做DNaseⅡ， 需要钠离子激活，镁离子抑制活性。 ③ 限制性内切酶：主要降解外源性DNA，目 前发现有数千种，是基因工程最重要的工 具酶。
RNA功能的多样性
① ② ③ ④ ⑤ 控制蛋白质的生物合成； 作用于RNA转录后的加工与修饰； 基因表达与细胞功能调节； 生物催化与其他的细胞功能 遗传信息的加工与进化
第三节
核酸的分子结构
一． 核酸中核苷酸的连 接方式 二． DNA的分子结构 三． RNA的分子结构
核酸中核苷酸的连接方式
1. 核苷酸可以被酸、碱 和酶水解，水解后产 生寡核苷酸、核苷酸、 核苷和碱基。 2. 实验证明，核苷酸是 通过磷酸二酯键彼此 相连，并且形成的是 3’-5’磷酸二酯键（后 面核酸降解中详细说 明）。
tRNA的一级结构特点
① 一般由73-78个核苷酸组成； ② 碱基中有较多的稀有碱基； ③ 3’末端均有CCA-OH结构，用以携带氨基 酸，5’多为pG或者pC。
tRNA的二级结构特点
① 氨基酸臂，由3’和5’末端的7对互补碱基构 成，携带氨基酸，富含G，形成双螺旋； ② 二氢尿嘧啶环，8-12个核苷酸组成，由34对碱基构成双螺旋； ③ 反密码子环，7个核苷酸组成，其中3个组 成反密码子环； ④ 额外环，是tRNA分类的重要标志 ⑤ TψC环，是tRNA中起连接作用的。

NH
2
N
N
9
N
N
CH OH 2O
1'
HH
H 2'
H
OH OH
腺嘌呤核苷
糖苷键
核苷酸（脱氧核苷酸）：核苷（脱氧核苷）
和磷酸以酯键连接形成。
核苷酸：
酯键 N
O 5'
HO P O CH2 OHH
NH2 N
9
N
N
O
1'
H 2'
H
糖苷键
AMP, GMP, UMP, CMP OH OH
脱氧核苷酸：
腺苷酸
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
核是酸核的 酸基的本基组本成组单成位单是位核苷酸
RNA通常以单链形式存在，局部可有二、三级 某围些绕病 同毒一R中N心A也轴可构作成为右遗手传双信螺息旋的。载体。
*参t与RN遗A的传一信级息结的构复特制点与表达。
结构 围* t绕RN同A的一三中级心结轴构构成右手双螺旋 。
大ATP多是数生真物核体m能RN量A的直3´末接端供有应多体聚：A尾。
在信2使6R0nNmA（波m长R有NA最）大吸携收带峰D，NA是遗由传碱信基息的共轭双键决定的。
尿* t嘧RN啶A的(ur一ac级il,结U)构特点
第核四苷节 （或核脱酸氧的核分苷子）结：构碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键连接形成。
DAMNAP,复G性MP时, U，M其P,溶CM液POD260降低。
胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T） 尿嘧啶（U）
DNA有 RNA有
每种核酸都含有四种碱基 。
戊糖
5 (deoxyribonucleic acid, DNA)
5

第二节 核酸的化学组成
核酸是由几十个甚至几千万个核苷酸聚合而成的 具有一定空间结构的生物大分子。
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）。
核酸→核苷酸
磷酸 核苷
碱基 戊糖
一、戊糖
组成核酸的戊糖有两种。DNA所含的 糖为β-D-2-脱氧核糖；RNA所含的糖则 为β-D-核糖。
碱基平面之间的距离
（轴距）为0.34 nm，
每10个核苷酸形成一
小 沟
个螺旋，其螺距（即
螺旋旋转一圈）的高
度）为3.4 nm。
大 沟
DNA双螺旋结构模型要点（5）
两条链借碱基之间 的氢键和碱基堆积 力（即碱基之间的 范德华力）牢固的 连接起来，维持 DNA双螺旋的三 维结构。
两条链是碱基互补 关系。
第 四 章
核 酸 化 学
本章内容
第一节 概述 第二节 核酸的化学组成 第三节 核酸的分子结构 第四节 核酸的性质 第五节 核酸的研究方法
第一节 概 述
核酸（nucleic acid—NA）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。
(D o r h U )
H CH 3 N
N
N
NN
dR
N 6 -M e th y l-d A
NH 2
N
CH 3
ON
dR
5 -M e th yl-d C
（2）
Ade HO CH 2 O
HH
H OH
H OCH 3
2 '- O - 甲 基 腺 苷 ((AAmm) )

嘧啶杂环的N－1 戊糖C－1´
核苷和脱氧核苷的化学结构式
2.核苷酸（脱氧核苷酸）：核苷（脱氧核苷）戊糖C －5´与磷酸通过磷酸酯键相连形成。
DNA和RNA分子组成的区别、核苷酸的命名及缩写
组成 磷酸 戊糖 碱基 核苷酸
DNA
RNA
无差别
脱氧核糖
核糖
A、G、C、T
A、G、C、U
脱氧腺苷一磷酸（dAMP） 脱氧鸟苷一磷酸（dGMP） 脱氧胞苷一磷酸（dCMP） 脱氧胸苷一磷酸（dTMP）
三、DNA的高级结构
DNA的高级结构
原核生物DNA分子 多数是封闭的环状 双螺旋分子，在此 基础上进一步盘曲 形成超螺旋结构贮 存于细胞内。
真核生物DNA为线性 分子，由DNA和组蛋 白形成核小体后，以 此为基本单位形成染 色质细丝，进一步盘 曲形成螺线管，再盘 曲折叠形成超螺丝管 ，最终压缩成染色单 体。
二、酶的结构
酶的结构
必需基团： 酶分子中， 与酶活性相 关的化学基 团称为酶的 必需基团。
活性中心：必
需基团在酶的空 间结构上彼此靠 近，形成具有一 定空间构象的区 域，能与底物特 异性地结合并将 底物转化为产物 ，这一区域称为 酶的活性中心。
活性中心内 的必需基团 必需基团
活性中心外 的必需基团
有较强 的酸性 极性化合
物，微溶
于水，不溶 线性大分子，有机溶剂 在溶液中粘
度很大
二、核酸的紫外吸收
原理 嘌呤碱和嘧啶碱中都 含有共轭双键
最大吸 260nm
收峰
应用 可用于核酸的定性和 定量分析
三、DNA的变性与复性
（一）DNA的变性
❖ 概念：在某些理化因素作用下（常用高温变性， 称热变性），使DNA分子双链间的氢键断裂， DNA双链解开形成单链的过程。

DNA的双螺旋结构
1953年，Watson 和 Crick 提出的DNA双 螺旋结构。
细胞中的DNA分子几乎 都是由两条多聚脱氧 核苷酸链构成的。
DNA的二级结构就是指 两条多核苷酸链反向 平行盘绕所生成的双 螺旋结构。
划时代的里程碑，现代生物完科整学版课的件p奠pt 基石。
21
3 所有的独立的生命体都有蛋白质的合成系统：
生物分子的主要类型包括：
Saccharide(糖)、lipids(脂)、Nucleic Acids(核酸)、protein(蛋白质)
维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等。
生物分子中最重要的是糖、脂、核酸和蛋白 质四类物质，分子量一般都很大，所以又称 为生物大分子。
完整版课件ppt
11
生命的物质组成 多酶复合体
Biochemistry Seeks to Explain Life in Chemical Terms
Chemical processes associated with living things.
Biochemistry may be defined as the study of the molecular basis of life.
蛋白质是生物体生物功能的执行者。没有蛋白质也就没有生命
氨基酸 含N碱 核糖
肽 核苷
蛋白质 核苷酸
染色体 生物膜
细胞器
葡萄糖 多聚糖
多糖
细胞
组织
脂肪酸
器官
甘油
磷脂酸
脂类
生物体
胆碱 4种生物大分子
动物植物微生物
基本生物分子
4完种整版课生件pp物t 高分子
12
2、这些物质在生物体内发生什么变化？是怎样变化的？变化 过程中能量是怎样转变 的？也就是说这些物质在生物体内是 怎样进行物质和能量代谢的?