南方医科大学
教 案
20 10 — 20 11 学年 秋 季学期
所在单位 南方医科大学
系、教研室 基因工程研究所
课程名称 生物化学
授课对象 预防医学本科、中西医临床医学本科
授课教师 危 敏
职 称 副教授
教材名称 《生物化学》人卫第7版
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授课题目 第2章 核酸的结构与功能 授课形式 理论
授课时间 2010－09－20 授课学时 4
教学目的
与 要 求 1． 掌握核苷酸组成及化学结构
2． 掌握DNA的分子结构（一、二级及高级结构）
3． 掌握RNA的种类及三种主要的RNA的空间结构与功能
4． 掌握核酸的理化性质并了解其应用
基本内容 1． 核酸的化学组成
2． 核酸的一级结构（重点）
3． DNA双螺旋结构(重点及难点)
4． DNA的超螺旋结构
重 点
难 点 1． 简述B-DNA双螺旋结构的特点？
2． 目前已知的DNA构型有哪些？各有何特点？
3． DNA与RNA有哪些异同点？
4． 简述tRNA二级结构的组成特点及其每一部分的功能。
5． DNA热变性有何特点，Tm值表示什么？
主要教学
媒 体
PPT
主 要 外
语 词 汇 Nucleic acid ; nucleotide ; DNA ; RNA ; base ; purine ; pyrimidine ;
superhelix ;nucleosome ; exon ; intron ;Tm ; hybridization
有关本内容的新进展
主要参考资料或相关网站 1. 《生物化学》，第六版，周爱儒主编，人民卫生出版社出版
2. 《现代医学分子生物学》，第一版，谷志远主编，人民军医出版社出版
第二章 第二章 核 酸
一、知识要点
核酸分两大类：DNA和RNA。所有生物细胞都含有这两类核酸。但病毒不同，DNA病毒只含有DNA，RNA病毒只含RNA。
核酸的基本结构单位是核苷酸。核苷酸由一个含氮碱基（嘌呤或嘧啶），一个戊糖（核糖或脱氧核糖）和一个或几个磷酸组成。核酸是一种多聚核苷酸，核苷酸靠磷酸二酯键彼此连接在一起。核酸中还有少量的稀有碱基。RNA中的核苷酸残基含有核糖，其嘧啶碱基一般是尿嘧啶和胞嘧啶，而DNA中其核苷酸含有2′-脱氧核糖，其嘧啶碱基一般是胸腺嘧啶和胞嘧啶。在RNA和DNA中所含的嘌呤基本上都是鸟嘌呤和腺嘌呤。核苷酸在细胞内有许多重要功能：它们用于合成核酸以携带遗传信息；它们还是细胞中主要的化学能载体；是许多种酶的辅因子的结构成分，而且有些（如cAMP、cGMP）还是细胞的第二信使。
DNA的空间结构模型是在1953年由Watson和Crick两个人提出的。建立DNA空间结构模型的依据主要有两方面：一是由Chargaff发现的DNA中碱基的等价性，提示A=T、G≡C间碱基互补的可能性；二是DNA纤维的X-射线衍射分析资料，提示了双螺旋结构的可能性。DNA是由两条反向直线型多核苷酸组成的双螺旋分子。单链多核苷酸中两个核苷酸之间的唯一连键是3′,5′-磷酸二酯键。按Watson-Crick模型，DNA的结构特点有：两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴互绕；碱基位于结构的内侧，而亲水的糖磷酸主链位于螺旋的外侧，通过磷酸二酯键相连，形成核酸的骨架；碱基平面与轴垂直，糖环平面则与轴平行。两条链皆为右手螺旋；双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，两核酸之间的夹角是36°，每对螺旋由10对碱基组成；碱基按A=T，G≡C配对互补，彼此以氢键相连系。维持DNA结构稳定的力量主要是碱基堆积力；双螺旋结构表面有两条螺形凹沟，一大一小。
DNA能够以几种不同的结构形式存在。从B型DNA转变而来的两种结构A型和Z型结构巳在结晶研究中得到证实。在顺序相同的情况下A型螺旋较B型更短，具有稍大的直径。DNA中的一些特殊顺序能引起DNA弯曲。带有同一条链自身互补的颠倒重复能形成发卡或十字架结构，以镜影排列的多嘧啶序列可以通过分子内折叠形成三股螺旋，被称为H -DNA的三链螺旋结构。由于它存在于基因调控区，因而有重要的生物学意义。
第二章 核酸的结构和功能 练习题
一、单项选择题
1. 核酸的基本组成单位是（ ）
A. 戊糖和碱基 B. 戊糖和磷酸 C. 核苷酸
D. 戊糖、碱基和磷酸 E. 嘌呤核苷和嘧啶核苷
2. 核酸中核苷酸之间的连接方式是( )
A. 3′，5′-磷酸二酯键 B. 2′，3′-磷酸二酯键
C. 2′，5′-磷酸二酯键 D. 糖苷键 E. 肽键
3. tRNA携带氨基酸的关键部位是（ ）
A. -CCA-3′OH末端 B. TψC环
C. DHU环 D. 额外环 E. 反密码子环
4. 核酸分子中储存遗传信息的关键部位是（ ）
A. 磷酸戊糖 B. 核苷 C. 碱基顺序
D. 磷酸二酯键 E. 嘧啶环及嘌呤环的N原子
5. 含稀有碱基比例较多的核酸是（ ）
A. tRNA B. mRNA C. rRNA D. 胞核RNA E. DNA
6. 下列哪种DNA的Tm值最低（ ）
A. G+C=56％ B. A+T=56％ C. G+C=65％ D. A+T=65％ E. G+C=40％
7. tRNA的分子结构特征是（ ）
A. 有密码环和3′-端CCA B. 有反密码环和3′-端CCA
C. 有反密码环和3′-端PolyA D. 有反密码环和5′-端CCA E. 以上均不对
8. DNA的二级结构是（ ）
A. 双螺旋结构 B. 核小体结构 C. 无规卷曲结构
D. 超螺旋结构 E. 染色质及染色体结构
9. 在下列哪种情况下，互补的两条DNA单链将会结合成DNA双链（ ）
A. 加热 B. 加连接酶 C. 加聚合酶 D. 加戊糖 E. 退火
10. 维持DNA二级结构稳定的横向作用力是（ ）
A. 盐键 B. 二酯键 C. 氢键 D. 碱基纵向堆积力 E. 疏水作用力
11. 下列关于染色质结构的叙述哪一个是不正确的（ ） A. 染色质中的DNA紧紧地和组蛋白结合 B. 组蛋白可被磷酸化和乙酰化
C. 组蛋白的化学修饰与基因表达无关 D. 核小体是染色质的基本结构单位
第二章 核酸的结构与功能
Structures and Functions of Nucleic Acids
核酸的发现和研究工作进展:
1868年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取“核素”
1944年 Avery等人证实DNA是遗传物质
1953年 Watson和Crick发现DNA的双螺旋结构
1968年 Nirenberg发现遗传密码
1975年 Temin和Baltimore发现逆转录酶
1981年 Gilbert和Sanger建立DNA 测序方法
1985年 Mullis发明PCR 技术
1990年 美国启动人类基因组计划(HGP)
1994年 中国人类基因组计划启动
2001年 美、英等国完成人类基因组计划基本框架
核酸（nucleic acid)：是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，担负着生命信息的储存和传递。
天然存在的核酸依据其分子中含有戊糖种类的不同分两类，一类为脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)，另一类为核糖核酸(ribonucleic acid, RNA)。DNA主要分布在细胞核和线粒体内，携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型。RNA存在于细胞质中和细胞核内，负责遗传信息的表达，即直接参与体内蛋白质的合成。病毒中，RNA也可作为遗传信息的载体。
There are two kinds of nucleic acids, DNA and RNA. The monomers of nucleic
acids are nucleotides.
第一节 核酸的化学组成及一级结构
The Chemical Components and Primary Structure of Nucleic Acid
一、 核苷酸的结构
核酸在核酸酶的作用下水解为核苷酸，核苷酸完全水解可释放出等摩尔量的含氮碱基、戊糖和磷酸。因此，核酸的基本组成单位是核苷酸(nucleotide)，而核苷酸则由碱基、戊糖和磷酸三种成分连接而成。
