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核酸结构与功能

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南阳理工学院生化系电子教学系统课件 ( Nucleic Acid and Nucleotide Metabo lism) 第一节 核酸的结构与功能 ....................................................................................... 2 一、 核酸的化学组成 .......................................................................................... 2 （一）元素组成.............................................................................................. 2 （二）化学组成与基本单位 ............................................................................ 3 二、 DNA的一级结构与功能 .............................................................................. 7 (一)DNA的一级结构 ...................................................................................... 7 (二)基因组DNA ............................................................................................ 8 三、 DNA的二级结构与功能 .............................................................................. 9 (一)DNA的二级结构双螺旋结构模型(double helix model) ............................. 9 (二)DNA结构的多态性 ..................................................................................11 (三)DNA结构的不均一性(heterogeneity) ........................................................ 14 (四)DNA的变性、复性与分子杂交 ............................................................... 15 四、 DNA的三级结构与功能 ............................................................................ 20 (一)DNA超螺旋 ........................................................................................... 20 (二)染色质和核小体 ...................................................................................... 21 五、 RNA的结构与功能 ................................................................................... 23 (一)信使RNA(mRNA)与不均一核RNA(hnRNA)............................................ 24 (二)转运RNA(tRNA) .................................................................................... 26 (三)核蛋白体RNA(rRNA) ............................................................................. 28 (四)其它RNA分子 ....................................................................................... 29 第二节 核苷酸代谢 ................................................................................................. 30 一、 核苷酸的化学结构 .................................................................................... 30 二、 嘌呤核苷酸的合成代谢 ................................................................................. 31 （一）嘌呤核苷酸的合成 ................................................................................. 31 三、 嘧啶核苷酸的合成代谢 ............................................................................. 38 (一)嘧啶核苷酸的从头合成 ........................................................................... 38 四、 脱氧核糖核苷酸的生成 ................................................................................. 43 (一)脱氧核糖的生成： ...................................................................................... 43 (二)脱氧核糖核苷酸合成的调节 .................................................................... 44 五、 核苷酸的分解代谢 ........................................................................................ 46 (一)、嘌呤的分解代谢 .................................................................................. 46 （二）、嘧啶核苷酸的分解代谢 ..................................................................... 48

第八章 核酸及其代谢 BACK 南阳理工学院生化系电子教学系统课件 第一节 核酸的结构与功能 1868年，瑞士的内科医生Friedrich Miescher从外科医院包扎伤口的绷带上的脓细胞核中提取到一种富含磷元素的酸性化合物，将其称为核质(nuclein)；后来他又从鲭鱼精子中分离出类似的物质，并指出它是由一种碱性蛋白质与一种酸性物质组成的，此酸性物质即是现在所知的核酸(nucleic acid)。1944年Oswald Avery,Colin Macleod和Maclyn McCarty发现，一种有夹膜、具致病性的肺炎球菌中提取的核酸桪NA(deoxyribonucleic acid,脱氧核糖核酸)，可使另一种无夹膜，不具致病性的肺炎球菌的遗传性状发生改变，转变为有夹膜，具致病性的肺炎球菌，且转化率与DNA纯度呈正相关，若将DNA预先用DNA酶降解，转化就不发生。该项实验彻底纠正了蛋白质携带遗传信息这一错误认识，确立了核酸是遗传物质的重要地位；DNA遗传作用的进一步肯定来自Alfred Hershey和Martha Chase对一个感染大肠杆菌的病毒的研究。即用放谢性同位素32P标记噬菌体DNA，35S标记其蛋白质外壳，再用标记的噬菌体去感染培养的大肠杆菌，结果发现进入细菌体内，使细菌生长、繁殖发生变化的是32P标记的DNA，而不是35S标记的蛋白质，并且新繁殖生成的噬菌体不含35S，只含32P。1953年Watson和Crick创立的DNA双螺旋结构模型，不仅阐明了DNA分子的结构特征，而且提出了DNA作为执行生物遗传功能的分子，从亲代到子代的DNA复制(replication)过程中，遗传信息的传递方式及高度保真性，为遗传学进入分子水平奠定了基础，成为现代分子生物学发展史上最为辉煌的里程碑。后来的研究又发现了另一类核酸桼NA(ribonucleic acid,核糖核酸)，RNA在遗传信息的传递中起着重要的作用。从此，核酸研究的进展日新月异，如今，由核酸研究而产生的分子生物学及其基因工程技术已渗透到医药学、农业、化工等领域的各个学科，人类对生命本质的认识进入了一个崭新的天地。

一、 核酸的化学组成

核酸是生物体内的高分子化合物，包括DNA和RNA两大类。 （一）元素组成

组成核酸的元素有C、H、O、N、P等，与蛋白质比较，其组成上有两个特点：一是核酸一般不含元素S，二是核酸中P元素的含量较多并且恒定，约占9～10%。因此，核酸定

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核酸的结构和功能

核酸的结构和功能

核酸的结构和功能核酸是生命体中非常重要的一类化合物，它们呈现出多种不同的结构和功能，具有广泛的生理活性和重要的医学应用价值。

因此，本文将从核酸的结构和功能两个方面对其进行详细的探讨和分析。

一、核酸的结构核酸是由核苷酸构成的，其中核苷酸是由糖、碱基和磷酸组成的。

糖和碱基是核苷酸的主要结构单元，而磷酸则是连接各个核苷酸单元的桥梁。

糖的选择在DNA和RNA中有所不同，DNA中的糖是脱氧核糖，而RNA中的糖是核糖。

这种区别使得DNA和RNA结构上存在一些差别，比如在酸碱度条件下，DNA更容易形成稳定的结构，背景下我们来详细讨论DNA和RNA的结构特点。

1. DNA的结构DNA是双链结构，由两个聚合物互相结合而成，这些聚合物通过碱基间的氢键相互连接。

DNA的结构是基于鲍尔理论建立的，它是由两个不合位置条，其中的一条旋转了一定的角度，使得这两个链在三维空间中形成一个双螺旋结构。

这种双螺旋结构基本上是由两个不同形式的基对构成，互补的碱基间相互配对，即腺嘌呤和胸腺嘧啶之间存在两个氢键，而鸟嘌呤和胞嘧啶之间则存在三个氢键。

这种氢键结构赋予了DNA一定程度上的稳定性，保证了基因信息的稳定性和传递性。

2. RNA的结构RNA是单链结构，由一个核苷酸链构成，在链上存在一系列氨基酸残基、一个五碳糖和一个碱基，其中的碱基和DNA是相同的。

在RNA中，碱基的选择和排列方式是独立于它的糖和磷酸残基的。

这种构造决定了RNA的结构和功能具有很大的多样性，比如，一些RNA可以形成自身结构，同时也能与其他分子发生特异性的相互作用，这些相互作用可以形成多种不同的RNA-RNA、RNA-蛋白质和RNA-糖等复合物。

二、核酸的功能核酸具有多种复杂的生理和生化功能，其中一些主要功能如下：1. 遗传信息的存储和传递DNA是生物体内最重要的分子之一，它通过氢键和反选配的规则对碱基进行配对来存储和传递生物体的遗传信息。

由于这种针对性的选择性，碱基对之间的氢键是典型的尺度互补，这种互补性导致了新链的合成，比如，DNA复制过程中就是通过这种互补性黏连在新的链上的。

核酸的结构和功能解析

核酸的结构和功能解析

核酸的结构和功能解析核酸是生物体中最重要的化学物质之一，它们在细胞中承担着传递和存储遗传信息的重要作用。

同时，核酸还可参与许多生物反应过程，是生命活动不可或缺的组成部分。

一、核酸的基本结构核酸由核苷酸（Nucleotide）单元连接而成。

每个核苷酸单元由一个脱氧核糖糖分子、一个核苷酸碱基和一个磷酸残基组成。

脱氧核糖糖分子与磷酸残基的连接形成了核苷酸的“排串”结构，而核苷酸碱基则连结在排列在一起的核苷酸单元上。

总体而言，核酸的基本结构可以分为两种类型：DNA（脱氧核酸）和RNA（核糖核酸）。

其差异在于链中的脱氧核糖糖分子的羟基骨架上的一个氧原子。

在DNA中，此氧原子被去除，从而形成较稳定的两条链结构；而在RNA中，氧原子的存在可导致链中形成的折叠的单链结构。

二、DNA的结构DNA是由两条相互补充的聚核苷酸链组成的双螺旋结构。

这两条链是由碱基之间的氢键连接而成的。

其中，A（腺嘌呤）可与T （胸腺嘧啶）形成两条氢键连接，而G（鸟嘌呤）与C（胞嘧啶）可形成三条氢键连接。

这种“互补配对”结构对于DNA的稳定性起着重要的作用。

DNA双螺旋结构还涉及的其他因素，包括：- 核苷酸磷酸骨架：由相互连接的磷酸残基形成，这些磷酸残基在堆积成长链时负电荷的作用，引发了DNA与核苷酸之间的强相互作用。

- 堆积相互作用：以及各个碱基之间的排斥效应所产生的弱相互作用。

- DNA的“超结构”：由于双螺旋结构的不规则性，导致DNA链上的碱基呈现出交错性的排列结构，形成DNA“超结构”。

三、RNA的结构与DNA不同，RNA结构通常都是单链的，而且可发生许多类型的拓扑学形态。

RNA的结构与功能之间的相互作用通常涉及其折叠和杂交匹配的方式。

RNA的折叠通常涉及许多结构域，并且通常与其他蛋白质配对形成RNA蛋白复合体，以及与其他RNA单链相互作用形成复合物。

杂交型RNA亦常见，其由两个或多个RNA单链形成，这些通过碱基的互补结构连接而成的单链之间相互穿插，形成了具有一定稳定性的“叉状结构”（folds）。

核酸的结构和功能

核酸的结构和功能


B
核酸
C
DNA:主要分布在细胞核中，少量存在于线粒体、叶绿体内。
D
RNA:主要分布在细胞质中
E
思考：原核细胞的DNA位于？
F
拟核
二、核酸在细胞中的分布
三、核酸的结构
核苷酸
磷 酸
五碳糖
碱 基
核苷酸模式图
五碳糖
含氮碱基
磷酸
1. 由 C、H、O、N、P 五种元素构成 2. 核酸的基本组成单位是核苷酸
磷酸
脱氧 核糖
胞嘧啶(C)
磷酸
脱氧 核糖
胸腺嘧啶(T)
磷酸
脱氧核苷酸链
A
T
T
C
G
G
A
C
1962年，沃森、克里克与威尔金斯因研究DNA双螺旋结构模型的成果，共同荣获了诺贝尔生理学或医学奖。
北京中关村广场 DNA双螺旋雕塑
RNA的基本组成单位：核糖核苷酸 组成核糖核苷酸的五碳糖是核糖 组成核糖核苷酸的碱基有4种： 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U）
DNA的基本组成单位——脱氧核糖核苷酸 组成脱氧核糖核苷酸的五碳糖是脱氧核糖 组成脱氧核糖核苷酸的碱基有4种: 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G）胞嘧啶（C） 胸腺嘧啶（T）
腺嘌呤脱氧核糖核苷酸
鸟嘌呤脱氧核糖核苷酸
胞嘧啶脱氧核糖核苷酸
胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸
脱氧 核糖
腺嘌呤(A)
磷酸
脱氧 核糖
鸟嘌呤(G)
腺嘌呤核糖核苷酸
鸟嘌呤核糖核苷酸
胞嘧啶核糖核苷酸
尿嘧啶核糖核苷酸
核糖
腺嘌呤(A)
磷酸
核糖
鸟嘌呤(G)
磷酸
核糖
核酸结构与功能解析

核酸结构与功能解析

核酸结构与功能解析核酸是构成生物体内遗传信息的主要分子之一，其中包括脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。

这两种核酸都具有复杂的结构和多样的功能，对于生物体的正常运行至关重要。

本文将对核酸的结构和功能进行详细解析。

一、脱氧核糖核酸（DNA）的结构与功能DNA是一种由核苷酸单元组成的长链分子，每个核苷酸单元由磷酸、脱氧核糖和一种碱基组成。

DNA分子通常以双螺旋结构存在，其中两条链通过碱基间的氢键相互配对，形成阅读方向相反的互补链。

DNA的主要功能是存储和传递遗传信息。

在细胞分裂过程中，DNA复制可以确保每个新细胞都获得与母细胞相同的遗传信息。

此外，DNA还通过转录的过程将遗传信息转化为RNA，进一步参与蛋白质的合成。

二、核糖核酸（RNA）的结构与功能RNA同样由核苷酸单元组成，但与DNA不同的是，RNA中的脱氧核糖被核糖代替，而胸腺嘧啶（T）碱基则被尿嘧啶（U）取代。

RNA分子通常以单链或者部分螺旋结构存在。

RNA具有多种功能，其中最重要的是参与蛋白质合成。

在转录过程中，RNA通过与DNA互补配对的方式，将DNA中的遗传信息转录成RNA信使分子（mRNA）。

随后，mRNA将被转运到核糖体，通过翻译过程将遗传信息转化为特定的氨基酸序列，从而合成蛋白质。

除了参与蛋白质合成外，RNA还有多种其他功能。

例如，转运RNA（tRNA）能将氨基酸输送到核糖体，核糖体RNA（rRNA）在蛋白质合成中担任结构和催化剂的角色，小核仁RNA（snoRNA）参与修饰rRNA等。

三、核酸结构与功能的相互关系DNA和RNA在结构上的差异直接决定了它们具有不同的功能。

DNA具有较强的稳定性，适合长期存储遗传信息。

同时，DNA的双螺旋结构也使得它在复制过程中具有较高的准确性。

相比之下，RNA的结构相对不稳定，但具有较强的反应活性。

这使得RNA能够更加灵活地参与蛋白质合成和其他生物过程。

此外，由于RNA中的碱基尿嘧啶（U）的存在，RNA相较于DNA更容易发生突变。