核酸核酸的结构

核酸的结构与功能核酸，这个生物体的基本组成部分，以其独特的结构和功能，影响着生物体的生命活动。

它包括DNA和RNA两种主要类型，各有其独特的特点和功能。

一、核酸的结构核酸是由磷酸、核糖和四种不同的碱基组成。

这四种碱基分别是腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。

它们通过特定的方式连接在一起，形成DNA或RNA。

DNA，也被称为脱氧核糖核酸，是生物体遗传信息的主要载体。

它是由两条相互旋转的链组成的双螺旋结构，其中碱基通过氢键以特定的配对方式连接，即A与T配对，G与C配对。

这种配对方式保证了DNA 的稳定性和遗传信息的正确复制。

RNA，也被称为核糖核酸，是生物体内重要的信息传递者和调节者。

它通常是由单链结构组成，也可以是双链结构。

与DNA不同，RNA的碱基配对方式相对简单，通常是A与U配对，G与C配对。

二、核酸的功能1、遗传信息的储存和传递：DNA是生物体遗传信息的主要载体，负责储存和传递生物的遗传信息。

这些信息通过DNA的复制传递给下一代，并指导生物体的生长和发育。

2、基因表达的调控：RNA在基因表达中起着重要的调控作用。

它可以通过碱基配对原则识别并携带DNA中的遗传信息，将遗传信息从DNA传递到蛋白质合成的地方。

同时，一些RNA还可以作为调节分子，影响基因的表达。

3、蛋白质合成：RNA不仅是遗传信息的载体，还是蛋白质合成的模板。

在蛋白质合成过程中，RNA将DNA中的遗传信息翻译成蛋白质中的氨基酸序列。

4、细胞内的信号传导：某些RNA分子可以作为分子开关，调控细胞内的信号传导通路。

这些RNA可以结合并调控蛋白质的活性，从而影响细胞内的生物化学反应。

5、免疫反应的调节：某些RNA分子还可以作为免疫反应的调节剂。

它们可以影响免疫细胞的活性，从而影响免疫反应的强度和持续时间。

总结起来，核酸是生物体中至关重要的分子，其结构和功能共同保证了生物体的正常生长和发育。

从DNA中的遗传信息传递到RNA的信息载体作用，再到蛋白质的合成和细胞内信号传导的调控，核酸都发挥着不可或缺的作用。

1个分子组蛋白H1构成 。
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）

目录
一、核酸的化学组成
1. 元素组成 C、H、O、N、P（9~10%）
2. 分子组成
碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱
核苷
核苷酸
戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖
磷酸(phosphate)
目录
碱基
N 7
8 9 NH
5 6 1N
43 2 N
嘌呤(purine)
NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
"for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material"
Francis Harry Compton Crick
James Dewey Watson
Maurice Hugh Frederick Wilkins
（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 (major groove) 及小 沟(minor groove)相间。
60S
4718个核苷酸 160个核苷酸 120个核苷酸
占总重量的35%
三种RNA内容小结
mRNA
tRNA
结 单链
局部双链
构 5'—m7GpppNm、 三叶草形、倒L形
NNHHN22H2
N
NNN

生物氧化体系的重要成分，在传递质子或电子的 过程中具有重要的作用。
二、DNA通过3,5-磷酸二酯键连接
一个脱氧核苷酸3的羟基与另一个核苷酸5的 α-磷酸基团缩合形成磷酸二酯键(phosphodiester bond)。
多个脱氧核苷酸通过磷酸二酯键构成了具有方 向性的线性分子，称为多聚脱氧核苷酸
(polydeoxynucleotide)，即DNA链。
5.5 nm
11 nm
核小体核心颗粒
主要内容：
•核酸的化学组成
DNA
•核酸的分子结构
RNA
•核酸的理化性质
RNA的结构功能
• RNA与蛋白质共同负责基因的表达和表达过程的
调控。
• RNA通常以单链的形式存在，但有复杂的局部 二级结构或三级结构。
• RNA比DNA小的多。 • RNA的种类、大小和结构远比DNA表现出多样
核仁
核糖体组成成分 蛋白质合成模板 转运氨基酸 翻译调控
信号肽识别体的组成成分
成熟mRNA的前体 参与hnRNA的剪接、转运 rRNA的加工和修饰
线粒体核糖体RNA mt rRNA 线粒体
核糖体组成成分
线粒体信使RNA 线粒体转运RNA
mt mRNA mt tRNA
线粒体 线粒体
蛋白质合成模板 转运氨基酸
mRNA成熟过程
内含子
(intron)
外显子(exΒιβλιοθήκη n)hnRNAmRNA
成熟的真核生物mRNA
5' m 7Gppp
AUG
编 码 区
3' UAA AAA… … An
5'非 翻 译 区
3'非 翻 译 区
• 成熟的mRNA由氨基酸编码区和非编码区构成。 • 5-末端的帽子(cap)结构和3-末端的多聚A尾(poly-A

千里之行，始于足下。

高一生物必修一知识点核酸核酸是生物体内一种重要的生物大分子，是传递、复制和控制遗传信息的基础。

核酸主要由核苷酸组成，是由多个核苷酸单元通过磷酸二酯键连接而成的。

核酸分为DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）两种。

下面将从核酸的结构、功能及复制等方面详细介绍核酸的知识点。

一、核酸的结构1.核苷酸的组成与结构：核苷酸是核酸的组成单元，由一个五碳糖（脱氧核糖或核糖）、一个含氮碱基和一个磷酸基团组成。

2.核酸的结构：DNA的结构是双螺旋结构，由两股互补的链以螺旋形状排列，两条链通过碱基对之间的氢键连接在一起。

RNA的结构通常是单链状。

二、核酸的功能1.储存遗传信息：核酸是细胞内遗传信息的主要储存和传递分子。

DNA携带着生物体遗传信息的全部，通过DNA复制和RNA转录传递给下一代。

2.指导蛋白质合成：DNA通过RNA转录来合成RNA分子，其中包括mRNA（信使RNA）、rRNA （核糖体RNA）和tRNA（转移RNA）。

mRNA带着DNA的信息转移到核糖体，指导蛋白质的合成。

3.调控基因表达：一些特定的RNA分子能干扰基因或调节基因的表达，参与生物体发育、分化和生理代谢等过程。

三、核酸的复制第1页/共2页锲而不舍，金石可镂。

DNA的复制是细胞分裂的前提和基础，是生命物质的自我复制。

DNA的复制遵循半保留复制规律，即一个DNA分子在复制过程中产生两个完全相同的DNA分子，并且每个新的DNA分子包含一条模板链和一个新合成的链。

1.复制酶与复制起始点：DNA复制过程中的复制酶主要有DNA聚合酶和DNA连接酶，它们在复制起始点上起到关键作用。

2.复制过程：DNA复制可分为三个主要步骤：解旋、复制和连接。

解旋过程是由解旋酶催化DNA两条链的分离，形成复制起始点，为DNA复制提供模板。

复制过程中，DNA聚合酶沿着模板链合成新链，每个核苷酸由它的三个基本组件（脱氧核糖、碱基、磷酸）组成。

连接过程由DNA连接酶完成，将新合成的DNA片段粘贴在一起。

核酸化学知识点总结一、核酸的化学结构1. 核酸的基本结构核酸是由核苷酸组成的，核苷酸又由碱基、糖和磷酸组成。

碱基分为嘌呤和嘧啶两类，嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），嘧啶包括胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）或尿嘧啶（U）。

糖分为核糖和脱氧核糖，其中RNA中的糖为核糖，DNA中的糖为脱氧核糖。

核苷酸是由碱基和糖组成的核苷，再与磷酸结合形成核苷酸。

2. 核酸的二级结构核酸的二级结构是指单条核酸链上碱基序列所具有的空间结构。

DNA分子具有双螺旋结构，由两条互补的DNA链通过氢键相互缠绕形成。

RNA分子没有固定的二级结构，但在一些情况下也可以形成双链结构。

3. 核酸的三级结构核酸的三级结构是指单条核酸链在立体空间上所呈现的结构。

DNA分子呈现出右旋的螺旋结构，RNA分子则可以形成各种复杂的结构。

4. 核酸的四级结构核酸的四级结构是指多条核酸链相互作用所形成的更为复杂的结构。

在一些特定情况下，核酸分子可以形成四级结构，并参与到一些生物学过程中。

二、核酸的功能1. 遗传信息的储存与传递核酸是生物体内遗传信息的携带者，DNA分子储存着生物体的遗传信息，RNA分子则在转录和翻译过程中参与到遗传信息的传递和表达中。

2. 蛋白质合成核酸通过转录和翻译的过程，参与到蛋白质的合成过程中。

DNA分子在转录过程中产生mRNA，mRNA再通过翻译过程将基因信息翻译成蛋白质。

3. 调节基因表达在一些生物学过程中，核酸可以通过转录调控、剪接调控和甲基化调控等方式来参与到基因的表达调节中。

4. 氧化磷酸化核酸分子参与到细胞内氧化磷酸化过程中，通过释放出磷酸来提供细胞内化学能量，并维持细胞内正常生理活动。

三、核酸的合成1. DNA的合成（DNA合成）DNA的合成是DNA聚合酶在DNA模板的引导下，将合适的脱氧核苷酸三磷酸酶与新合成的核甙核苷酸通过磷酸二酯键连接，使DNA链不断延长的过程。

DNA合成是细胞分裂前的准备工作，也是基因工程和分子生物学研究中的重要技术手段。

（四）核苷酸的衍生物
（1）ATP (腺嘌呤核糖核苷三磷酸)
• 生物体内分布最广和最重要的一种核苷酸衍生物。
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
O-
NN OCH2 O
HH
H
H
OH OH 三磷酸腺苷 (ATP)
ATP的性质
• 是重要的能量转换中间体
• ATP含两个高能磷酸键： 水解时 可释放大量自由能， 推动体内各种需能反应。
核不均一RNA
RNA组学： RNA组学研究细胞中snmRNAs的种
类、结构和功能。同一生物体内不同种 类的细胞、同一细胞在不同时间、不同 状 态 下 snmRNAs 的 表 达 具 有 时 间 和 空 间特异性。
三、DNA的高级结构
（一）DNA双螺旋结构的研究背景
已知核酸的化学结构
碱基组成分析 Chargaff 规则：[A] = [T] [G] [C]
真核生物mRNA的共价结构
帽子结构
功能
帽子结构：识别翻译起始 polyA：维持mRNA的稳定性
（2）原核细胞mRNA
原核生物mRNA为多顺反子，无修饰碱基。 多顺反子mRNA(polycistronic mRNA)：一条 mRNA链上有多个编码区
mRNA的功能
★蛋白质合成的模板。
3、rRNA一级结构特点
嘧啶嘧啶55甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶55羟甲基胞嘧啶羟甲基胞嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶44巯尿嘧啶巯尿嘧啶都是基本碱基的都是基本碱基的化学修饰型化学修饰型ohohd核糖d2脱氧核糖胞嘧啶核苷尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷ohhoohohohohchhh22oohh22oo碱基碱基磷酸磷酸戊糖戊糖核苷键核苷键对dna为h11三

(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)

核酸的结构与功能核酸是生物体内重要的生物大分子之一，它不仅参与到遗传信息的传递和转录过程中，还在细胞生理活动中发挥着重要的功能。

本文将重点介绍核酸的结构和功能。

一、核酸的结构核酸主要由核苷酸组成，而核苷酸又由糖基、碱基和磷酸残基构成。

1. 糖基：核酸中的糖基有两种，即脱氧核糖和核糖。

脱氧核糖是构成DNA的糖基，而核糖则是RNA的糖基。

2. 碱基：碱基是核苷酸的重要组成部分，它可分为两类，嘌呤和嘧啶。

嘌呤包括腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G），而嘧啶则包括胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。

3. 磷酸残基：磷酸残基是核苷酸的磷酸部分，通过醣苷酸的骨架连接在一起，形成了核酸的链状结构。

二、核酸的功能1. 遗传信息的传递：核酸承载着生物体的遗传信息，其中DNA是生物体遗传信息的主要媒介。

DNA分子通过编码自身的碱基序列，传递给下一代，从而实现了生物遗传的连续性。

2. 转录过程中的模板：DNA作为模板参与到转录过程中，转录酶根据DNA的碱基序列合成RNA，这个过程被称为转录。

RNA承载着从DNA传递过来的信息，进一步参与到蛋白质的合成中。

3. 蛋白质的合成：核酸在蛋白质的合成过程中发挥着重要的功能。

由DNA转录形成的RNA分子将遗传信息带到细胞质中的核糖体，核糖体根据RNA的信息合成特定的氨基酸序列，最终形成特定的蛋白质。

4. 能量传递：核酸有能量转移的功能。

在细胞生理活动中，ATP（腺苷三磷酸）作为一种常见的核苷酸，通过释放相应的磷酸，将化学能转化为细胞内能量。

5. 调节基因表达：核酸还通过一系列的调控机制来调节基因的表达。

例如，RNA干扰技术能够通过干扰特定基因的转录过程，实现对基因表达的调控。

结语：通过对核酸的结构与功能进行了解，我们深刻认识到核酸在生物体内的重要性。

作为遗传信息的承载者和调控蛋白质合成的关键参与者，核酸在维持生物体的正常功能和生理过程中起着不可忽视的作用。

进一步研究核酸的结构和功能有助于揭示生命活动的本质，并为生物技术领域的发展提供新的思路和路径。

7-2核酸的结构 P478核酸的基本结构单位是核苷酸，核苷酸由核苷和磷酸组成，核苷由戊糖和碱基组成。

碱基：在RNA中为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶等四种；在DNA中，为腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶（代替尿嘧啶），也是四种。

、、、核苷酸：由所含戊糖不同分为（核糖）核苷酸和脱氧（核糖）核苷酸，所含戊糖分别为D-核糖和D-2-脱氧核糖。

、1、碱基：携带遗传信息，5种基本碱基化学组成，见 P478 表13-1，结构式见 P479。

1.嘧啶碱：胞嘧啶 2-氧-4-氨基嘧啶 Cyt C尿嘧啶 2，4-二氧嘧啶 Ura U胸腺嘧啶 5-甲基尿嘧啶 Thy T2.嘌呤碱：腺嘌呤 6-氨基嘌呤 Ade A鸟嘌呤 2-氨基-6-氧嘌呤 Gua G3.稀有碱基：除以上5种基本碱基外，核酸中还有的一些含量甚少的碱基，大多数为甲基化碱基，tRNA中含有较多的稀有碱基，可高达10%。

P479 表13-2为核酸中一部分稀有碱基的名称，注意缩写：hm5 U 5-羟甲基尿嘧啶m5 C 5-甲基胞嘧啶DH U 5，6-二氢尿嘧啶mo5 U 5-甲氧基尿嘧啶m26 U N6，N 6-二甲基腺嘌呤次黄嘌呤 6-氧嘌呤Ⅰ、2、核苷：由核糖和碱基组成，糖环上编号右上角加一撇。

糖与碱基间连键是N-C键，为β-糖苷键。

碱基与糖环平面互相垂直。

结构式见 P480，如腺嘌呤核苷 A 胞嘧啶脱氧核苷 dc另外还有C-C糖苷键的核苷，如假尿嘧啶核苷Ψ，结构式见 P481，为尿嘧啶C5与核糖1‘-位碳相连。

此外在tRNA中还含有碱基不是嘌呤环，而为鸟嘌呤衍生物的W(Y)和Q核苷，见P481。

常见的核苷 P480 表13-3核（糖核）苷腺（嘌呤核）苷 adenosine A鸟（嘌呤核）苷 guanosine G胞（嘧啶核）苷 Cytidine C尿（嘧啶核）苷 Uridine U脱氧核（糖核）苷脱氧腺苷 deoxyadenosine dA。

14.3.4 核酸的结构 Structures of Nucleic Acids
(1)核酸的一级结构。核酸是由许许多多的核苷酸相互连结而成的多核苷酸长
链。它们的分子量都相当大，有些 DNA 由几十万至几百万个核苷酸所组成，是已知分子量
最大的化合物。无论是 RNA 还是 DNA，核苷酸之间都是通过 3,5―磷酸二酯键（3,5―
结构是指组成核酸的各个单核苷酸的排列顺序。DNA 的一级结构片断如下图所示。
NH2
NH2
N
N
A
5' 端
O
NN
N
AN
O
NN
O P O CH2
O
OH
HH
H
H
O OH
O P O CH2
O
OH
HH
H
H
OH
O
NH
U
链
NO
O P O OCH2 O
的
பைடு நூலகம்OH
HH
H
走
O OH
O
N
NH
向
G
N N NH2
O P O CH2 O
b. 两条链的方向是反平行的，绕同一主轴盘旋成双螺旋体。
c. 两条链皆为右旋，链间的碱基之间存在着氢键。只有 A 与 T 之间，或
C 与 G 之间才能配对，并以氢键相连。
d. 碱基的环呈平面结构。并与螺旋轴成直角，聚集在螺旋中间。配对的碱基在同一平
面上，各层间的碱基为一个平面堆在另一个平面上。碱基之间的纵向作用力叫碱基堆集力。
H O HN
O N HO P O
NH N
N
N O
A
O
O CH2
O
H

负超螺旋(negative supercoil) 盘绕方向与DNA双螺旋方向相反。
目录
超螺旋(Supercoil): Coiled coils
目录
（一）原核生物DNA的环状超螺旋结构
盘绕生成超螺旋
解螺旋
原核生物DNA多为环状的双螺旋分子 ，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。
目录

Avery证明遗传物质是DNA 的实验
目录
DNA双螺旋结构的研究背景

1951年， Pauling利用X线晶 体衍射技术研究α角蛋白的 空间结构，发现了蛋白质的 α螺旋结构 α螺旋结构理论首次用分子 形成螺旋这种方式解释生物 大分子的空间结构

Linus Pauling
目录
DNA双螺旋结构的研究背景
嘧啶
尿嘧啶(U) 胸腺嘧啶(T)
仅存在于RNA中 仅存在于DNA中
目录
嘧啶(Pyrimidine，Py)
尿嘧啶(uracil, U)
胞嘧啶(cytosine, C)
胸腺嘧啶(thymine, T)
目录
嘌呤(Purine，Pu) 腺嘌呤(adenine, A)
鸟嘌呤(guanine, G)
目录

核糖体RNA 信使RNA 转运RNA
微小RNA 胞质小RNA
rRNA mRNA tRNA
microRNA scRNA/7SLRNA
细胞质 细胞质 细胞质
细胞质 细胞质
核糖体组成成分 蛋白质合成模板 转运氨基酸
翻译调控 信号肽识别体的组成成分
不均一核RNA hnRNA
目录
（二）真核生物DNA以核小体为单位形成高 度有序致密结构
核小体 （ nucleosome ） : 真核生物染色质 （ chromatin ） DNA 是线性双螺旋，缠绕