生物化学 核酸36502 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 。

并完成水稻第四号染色体准确测序。
一、核酸的组成成分
• 核糖和脱氧核糖
• 嘌呤碱和嘧啶碱
• 核苷
• 嘌呤碱N9或嘧啶碱N1与核糖或脱氧核糖C1′通过
N-β-糖苷键相连形成核苷或脱氧核苷。
• 核苷酸
核苷酸是核苷的磷酸脂。核苷酸可分为核糖核苷酸与 脱氧核糖核苷酸两大类 ：
核糖核苷酸 AMP，GMP，UMP，CMP
级构造或三级构造。 种类较多 功能多样 分子大小不一 构造各具特点
(一) 信使RNA的构造与功能
见P88
• mRNA含量最少(约占总RNA的1~5%) • 种类最多 • 半衰期最短(几分钟到数小时) • 初级转录产物被称为不均一核RNA
(heterogeneous nuclear RNA, hnRNA) • 经过加工修饰成为成熟的mRNA 。
• 意义 • DNA超螺旋构造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。
• 真核生物染色体由DNA和蛋白质构成 〔自学 〕
• 其根本单位是核小体(nucleosome)。 • 核小体的组成
见P8081
• DNA：约200bp
• 组蛋白：H1、H2A，H2B、H3、H4
〔2〕碱基配对。两条链通过碱基间的氢键相连，A对T有两个氢键，C对G 有三个氢键，这种A-T、C-G配对的规律，称为碱基互补规那么。
(3)螺旋参数。DNA双链是右手螺旋构造螺旋直径2nm，每 圈螺旋含10个碱基对(bp)，螺距为3.4nm。
〔4〕螺旋外表。配对碱基并不充满双螺旋的全部空间，而 且碱基对占据的空间不对称，因此在双螺旋的外表形成两 条螺形凹沟，一条较深称为大沟(majorgroove)，一条较 浅称为小沟(minor groove)。

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；

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）。

James Dewey Watson
Maurice Hugh Frederick Wilkins
DNA碱基组成的定量分析 20世纪40年代chargaff规则
① DNA碱基组成有种的特异性，但没有组织、器官特异性。 ② A=T；G=C；A+G=T+C
Watson-Crick model of double-helical DNA. One polynucleotide chain is shown in blue and the other in red. The purine and pyrimidine bases are shown in lighter colors than the sugar-phosphate backbone. (A) Axial view. The structure repeats along the helical axis (vertical) at intervals of 3.4 nm which corresponds to 10 nucleotides on each chain. (B) Radial view, looking down the helix axis.
Paintings of DNA models on a 'Millennium Collection' stamp, designed by Mark Curtis (1999–2000), from the UK Royal
Mail&tion
Spirals Time — Time Spirals by Charles Jencks
(2000) at Cold Spring Harbor Laboratory
A-DNA：

5′PAPCPGPUOH ′
或5′ACGTGCGT 3′
5′ACGUAUGU 3′
ACGTGCGT
ACGUAUGU
25
DNA的合成原料： dATP, dGTP, dCTP, dTTP.
RNA的合成原料： ATP, GTP, CTP, TTP.
26
第二节 核酸的分子结构
一、DNA的一级结构
脱氧核糖核酸的排列顺序 可以用碱基排列顺序表示
31
DNA双螺旋模型要点
B型结构 2.0
两条链反向平行，右手螺旋
nm
碱基在内（A＝T，G≡C）碱 基平面垂直于螺旋轴
戊糖在外，双螺旋每转一周
为10碱基对（bp）
小 沟
A型结构
碱基平面倾斜20º，螺旋变粗
变短，螺距2～3nm。
大
Z型结构
沟
左手螺旋，只有小沟
32
33
双螺旋DNA的结构参数
双螺旋稳定的力
种酸性物质，即现在被称为核酸的物质。
4
核酸的分类及分布
脱氧核糖核酸(DNA) 主要在细胞核
生物遗传的物质基础
核糖核酸(RNA)
存在于胞核、胞液中。
5
核酸的分类及分布
脱氧核糖核酸
(deoxyribonucleic acid, DNA)
存在于细胞核和线粒体内。
携带遗传信息，决定细胞和个 体的遗传型(genotype)。
O
1'
HH
H 2'
H
AMP, GMP, UMP, CMP OH
OH
脱氧核苷酸：
腺苷酸
糖苷键
dAMP, dGMP, dTMP, dCMP
19
多磷酸核苷酸： NMP，NDP，NTP

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

如microRNA和lncRNA等，通过靶向mRNA或调节转录因子等方式，参与基因表达的调控。
非编码RNA
表观遗传学在核酸化学中意义
05
CHAPTER
现代生物技术在核酸研究中应用
01
04
05
06
03
02
PCR技术原理：通过特定的引物和DNA聚合酶，在体外特异性扩增DNA片段的方法。包括三个基本步骤：退火、延伸和变性。
生物信息学定义
利用计算机科学和数学方法，对生物学数据进行收集、整理、分析和解释的科学。
数据库和算法
生物信息学依赖于大型数据库和高效算法，用于存储、检索和分析生物学数据。
生物信息学基本概念和方法
核酸数据库
如GenBank、EMBL和DDBJ等，提供核酸序列的存储和检索服务。
注释信息
数据库中的注释信息包括基因功能、表达模式、突变等，有助于理解基因在生物体中的作用。
结构与功能关系
计算机模拟在核酸结构预测中应用
THANKS
感谢您的观看。
剪接、加帽、加尾和编辑等
转录的基本概念
模板、酶和产物的特点
RNA转录和加工过程
核酸的降解过程
核酸酶的切割作用和水解作用
降解产物的种类和性质
单核苷酸、寡核苷酸和多核苷酸等
核酸酶的分类和特点
内切酶和外切酶
核酸酶作用及降解产物
03
CHAPTER
核酸物理化学性质分析
不同种类的核酸具有不同的摩尔消光系数，可用于核酸种类的鉴别。
核酸的紫外吸收特性还可用于研究核酸的变性、复性以及杂交等过程。
核酸在260nm处有最大紫外吸收峰，其吸光度与核酸浓度成正比，可用于核酸的定量测定。
紫外吸收特性

24
• 第二信使——cAMP、cGMP，微生物细胞内，还 有cUMP、cCMP、cIMP，但功能不明。
辅酶如NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoASH的组成 成分，参加细胞内的氧化还原反应和酰基转移 反应；
医疗中，ATP作为能源药物用于心力衰竭急救， cAMP用于心肌梗死，阿拉伯糖苷有抗DNA病毒 作用，用于抗癌。
30
DNA一级结构的表示法
AC T G
1´
3´
5´ p
p
p
p
OH 3´
5
´
结
3
构
´
式
线条式
5´ ACTGCATAGCTCGA 3´
字母式
31
DNA、RNA的一级结构比较
OH
5 ´
3´ OH
RNA与DNA一级结构的差异
DNA
RNA
糖 脱氧核糖 核糖
碱基 AGCT
AGCU
不含稀有碱基 含稀有碱基
DNA
45
超螺旋按其方向分为正超螺旋和负超螺旋 两种。真核生物中，DNA与组蛋白八聚体形 成核小体结构时，存在着负超螺旋。研究 发现，所有的DNA超螺旋都是由DNA拓扑异 构酶产生的。
46
47
48
49
50
染色体包装的多级螺旋模型
压缩倍数 7
6
40
5
DNA → 核小体 → 螺线管 → 超螺线管 →
(1) B-DNA螺旋：标准的 Watson, Crick双螺旋， 细胞正常状态下DNA存在的构型。
(2) A-DNA螺旋：DNA在75%相对湿度的钠盐 中的构型。
(3) C-DNA螺旋：DNA在66%相对湿度的锂盐 中的构型。

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，