第五章 核 酸 (nucleic acid)
第一节 核酸的化学组成一、戊糖二、碱基三、核苷四、核苷酸五、多磷酸核苷酸六、环化腺苷酸第二节 DNA分子的结构一,DNA分子大小二,DNA的碱基组成三,DNA的一级结构四,DNA的二级结构五,DNA的三级结构六,DNA的性质第三节 RNA分子的结构一,RNA的类型二,RNA的碱基组成三,RNA的 结构第五章 核酸 (nucleic acid)
第一节 核酸的化学组成核酸 → 低聚核苷酸 → 核苷酸 → 磷酸 +
核苷 → 戊糖 +碱基两类核算的基本化学组成第一节 核酸的化学组成一,戊糖：是核苷,核苷酸及核酸分类的依据 。
核糖 (ribose),β-D-呋喃核糖,只存在于 RNA中脱氧核糖 (deoxyribose),β-D-2-脱氧核糖,只存在于 DNA中
C
H C
H C
H C
C H
2
O H
O H
O H
O H
OH
D － 核 糖直 链 式
H
O H
H
C H 2 O H
O H O H
H H
O
β － D － 核 糖呋 喃 式
C
C H
2
H C
H C
C H
2
O H
O H
O H
OH
D － 2 － 脱 氧 核 糖
H
O H
H
C H 2 O H
O H H
H H
O
直 链 式
β － D － 2 － 脱 氧 核 糖呋 喃 式第一节 核酸的化学组成二,碱基 (base)
主要有嘌呤碱,嘧啶碱,均有酮式烯醇式结构两种,可互变 。
H N
C
N
H
C H
C H
C
O
O
N
C
N
C H
C H
C
O H
H O
酮 式 烯 醇 式第一节 核酸的化学组成
（ 1） 嘧啶碱,N1均有氢,用于形成核苷
–胞嘧啶 (cytosine),2-氧 -4-氨基嘧啶,存在于 RNA,DAN 中 。
–尿嘧啶 (uracil),2,4-二氧嘧啶,只存在于 RNA。
–胸腺嘧啶 (thymine),5-甲基尿嘧啶,只存在于 DNA。
–稀有嘧啶碱,5-甲基胞嘧啶,5,6-二氢尿嘧啶 。
第一节 核酸的化学组成嘧啶的结构
N
H C
N
C H
C H
H
C
N
C
N
H
C H
C H
C
O
N H
2
H N
C
N
H
C H
C H
C
O
O
H N
C
N
H
C H
C
C
O
O
C H
3
嘧 啶 胞 嘧 啶 尿 嘧 啶 胸 腺 嘧 啶第一节 核酸的化学组成
（ 2） 嘌呤碱,N9均有氢,存在于
RNA,DNA中
腺嘌呤 (adenine),6-氨基嘌呤
鸟嘌呤 (guanine),2-氨基,6-氧嘌呤
N
H C
N
C
C
H
C
N
N
H
C H
N
H C
N
C
C
C
N
N
H
C H
N H 2
H N
C
N
C
C
C
N
N
H
C H
O
H 2 N
嘌 呤 腺 嘌 呤 鸟 嘌 呤第一节 核酸的化学组成
– 稀有嘌呤碱：黄嘌呤,次黄嘌呤,尿酸,咖啡碱
H N
H C
N
C
C
C
N
N
H
C H
H N
C
N
H
C
C
C
N
N
H
C H
O
O
O
H N
C
N
H
C
C
C H
N
N
H
C
O
O
O
N
C
N
C
C
C
N
N
C H
O
O
C H 3
H 3 C
C H 3
次 黄 嘌 呤 黄 嘌 呤 尿 酸咖 啡 碱第一节 核酸的化学组成三,核苷 (nucleoside)：戊糖以 β-OH与一个碱基缩合而成
–核糖核苷：存在于 RNA中,有腺苷
（ A）,鸟苷 （ G）,胞苷
（ C）,尿苷 （ U） 。
–脱氧核苷：存在于 DNA中,有脱氧腺苷
（ dA）,脱氧鸟苷 （ dG）,
脱氧胞苷 （ dC）,脱氧胸苷
（ dT） 。
第一节 核酸的化学组成核苷的结构
N
H C
N
C
C
C
N
N
C H
N H
2
HH
C H
2
O H
O H O H
H H
O
腺 嘌 呤 核 苷 A
H N
C
N
C H
C H
C
O
O
HH
C H
2
O H
O H O H
H H
O
尿 嘧 啶 核 苷 U
H N
C
N
C
C
C
N
N
C H
HH
C H
2
O H
O H H
H H
O
脱 氧 鸟 嘌 呤 核 苷 d G
H
2
N
O
N
C
N
C H
C H
C
N H
2
O
HH
C H
2
O H
O H H
H H
O
脱 氧 胞 嘧 啶 核 苷 d C
第一节 核酸的化学组成四,核苷酸 (nucleotide),核苷中戊糖 -OH
与磷酸所成的磷酸酯
– 核糖核苷酸成键方式,2’,3’,5’.
– 脱氧核糖核苷酸成键方式,3’,5’.
– 核苷酸,腺苷酸 （ AMP）,鸟苷酸 （ GMP）
胞苷酸 （ CMP）,尿苷酸 （ UMP）
– 脱氧核苷酸,脱氧腺苷酸（ dAMP）、脱氧鸟苷酸（ dGMP）、脱氧胞苷酸 dCMP）、脱氧 胸腺苷酸 （ dUMP）。
第一节 核酸的化学组成核苷酸结构
N
H C
N
C
C
C
N
N
C H
N H
2
HH
C H
2
O H O H
H H
O
P OH O
O H
O
5 '－ 腺 苷 酸
H N
C
N
C
C
C
N
N
C H
HH
C H
2
O H H
H H
O
P OH O
O H
O
H
2
N
O
5 '－ 脱 氧 鸟 苷 酸第一节 核酸的化学组成五,多磷酸核苷酸
– 核苷一磷酸 （ NMP）
– 核苷二磷酸 （ NDP）,UDP,CDP
– 核苷三磷酸 （ NTP）,传递能量,合成 RNA、
DNA的前体 。
– 鸟苷四磷酸 （ ppGpp）,参与 rRNA合成的调控
– 鸟苷五磷酸 （ pppGpp）
– 高能磷脂键 （ ~P）,键能大于 33.49kJ/mol，
一般为 8.37~12.56 kJ/mol
第一节 核酸的化学组成多磷酸核苷结构
N
H C
N
C
C
C
N
N
C H
N H
2
H
H
C H
2
O H O H
H H
O
P OO
O
－
O
~PO
O
－
O
~PO
－
O
－
O
A M P
A D P
A T P
第一节 核酸的化学组成六,环化腺苷酸重要的有 3’,5’,- 环化腺苷酸
（ cAMP ）,3’,5’,- 环化鸟苷酸
（ cGMP）,许多激素 （ 第一信使 ） 是通过 cAMP,cGMP起信号传递作用,称为第二信使 。
ATP ─────→cAMP ────→5’ -AMP
腺苷酸环化酶 磷酸二脂酶
PPi
第一节 核酸的化学组成环核苷酸结构
H
A
H
C H
2
O O H
H H
O
O
PO
O H
3 ',5 '－ c A M P
H
G
H
C H
2
O O H
H H
O
O
PO
O H
3 ',5 '－ c G M P
H
N
H
C H
2
O O
H H
O
H O
P
O HO
2 ',3 '－ c N M P
第二节 DNA分子的结构一,DNA分子大小天然存在的 DNA分子很大，一般在 106~1010。大肠杆菌染色体由 400万碱基对（ bp)组成的双螺旋
DNA单分子，其分子质量为 2.6× 106,它外形很不对称,长度为 14 × 106nm,相当于 1.4mm,而直径为
20nm,相当于原子的大小,黑腹果蝇最大染色体由
6.2 × 107 bp组成长 2.1cm,多瘤病毒的 DNA由
5100bp组成,长 1.7μ m(17000nm),最长的蛋白质之一胶原蛋白,长度只有 3000nm,足见 DNA之长,DNA有的呈双股螺旋线性分子，有些为环状，
也有少数呈单股环状。
第二节 DNA分子的结构二,DNA的碱基组成
DNA分子中的碱基主要是由腺嘌呤,鸟嘌呤,胞嘧啶,和胸腺嘧啶四种碱基组成,此外,
也含有少量的稀有碱基,如 5-甲基胞嘧啶
（ m5C） 和 5-羟甲基胞嘧啶 （ hm5C） 等 。 各种生物的 DNA的碱基组成具有如下规律：
1,具有种的特异性,来自不同种生物的
DNA其碱基组成不同,而且种系间愈接近的生物,其碱基组成也愈接近 。
第二节 DNA分子的结构
2,没有器官和组织的特异性,在同一生物体内的各种不同器官和组织的
DNA碱基组成基本相似 。
3,在各种 DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等,即 A=T;鸟嘌呤与胞嘧啶 （ 包括 5-甲基胞嘧啶 ） 的摩尔数相等,即 G=C+m5C;因此嘌呤碱基的总摩尔数等于嘧啶碱基的总摩尔数,
即 A+G=T+C+mC。 这个碱基摩尔比例规律称为 DNA的碱基当量定律 。
第二节 DNA分子的结构
4.年龄,营养状况,环境的改变不影响 DNA的碱基组成 。
绝大多数生物中 DNA的碱基组成符合碱基当量定律,这是 Watson
和 Crick提出 DNA双螺旋结构的依据之一 。 但也有些例外,如噬菌体
ΦΧ174的 DNA是单链的,其 A和 T不相等,G和 C不相等 。
第二节 DNA分子的结构三,DNA的一级结构
核酸的一级结构是指多核苷酸链中各核苷酸之间的连接方式，核苷酸的种类数量，以及核苷酸的排列顺序。
DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸，通过 3’,5’,-磷酸二酯键
(phosphodiester band)，彼此连接起来的直线或环状分子。形成的核苷酸链都具有一个 5’-端和一个 3’-端,DNA没有侧链，其延长方向总是向
3’延长，或 5’→3 ’。
第二节 DNA分子的结构
DNA分子的一级结构图
H
碱 基
H
C H
2
O H
H H
O
PO
O
O
O
H
碱 基
H
C H
2
O H
H H
O
PO
O
O
H
碱 基
H
C H
2
O H
H H
O
PO
O
O
A
PP
C
P
T
P
G
P
C
P
T
O H
5 '
3 '
5 ' A C T G C T 3 '
B,D N A 的 书 写 方 式 举 例
1 '
2 '3 '
4 '
5 '
1 '
2 '3 '
4 '
5 '
1 '
2 '3 '
4 '
5 '
A,核 苷 酸 的 连 接 方 式第二节 DNA分子的结构四,DNA的二级结构
1、双螺旋结构（ B-DNA结构）要点
（ 1）由两条反平行的多核苷酸链，围绕着同一个中心轴，以右手螺旋方式构成一个双螺旋结构。
（ 2）疏水的嘌呤和嘧啶碱基平面叠于螺旋的内侧，亲水的磷酸基和脱氧核糖以磷酸二酯键相连形成的骨架位于外侧。
（ 3）碱基平面与中心轴相垂直，糖环平面与纵轴平行，与碱基平面几乎呈直角。
第二节 DNA分子的结构三、
DNA
的二级结构图
DNA双螺旋结构示意图两条链表示磷酸 -糖链,横棍表示连接两条链的碱基对第二节 DNA分子的结构
三
DNA的二级结构图
DNA中多核苷酸链的一部分示意图 DNA中的 A=T,C=G配对第二节 DNA分子的结构
（ 4）每个平面上由两个碱基形成碱基对 (base
pairing,bp)。相邻碱基平面在螺旋轴之间的距离为 0.34nm 旋转夹角为 36°,沿中心轴每旋转一周有 10个核苷酸，螺旋的螺距是 3.4nm。直径是 2nm。
（ 5）双螺旋的链之间沿中心轴形成大沟 (major
groove)和小沟 (minor groove)交替出现。
（ 6）两条链彼此依靠碱基对之间形成的氢键而结合在一起,A与 T相结合，形成两个氢键； C
与 G相结合，形成三个氢键。碱基之间相互匹配的情形称为碱基互补。当一条多核苷酸链的碱基顺序确定以后，可推知另一条互补链的碱基顺序。
第二节 DNA分子的结构
三 B-DNA的结构
左手螺旋 Z-DNA(a）和右手螺旋 B-DNA（ b)的测试图第二节 DNA分子的结构
(7) 维持 DNA双螺旋结构的作用力,碱基堆积力,
氢键,离子键
2,A-DNA的结构这种结构是螺旋每圈含 11个碱基，呈右手螺旋，只是碱基对平面与螺旋轴的垂直线有
19° 偏差。 B-DNA脱水即成 A-DAN。 RNA分子的双螺旋区以及 RNA- DAN杂交双连也具有
A-DAN相似的结构。
3,Z-DNA
里奇在研究 d(CG)n的结构时发现的，磷酸基在多核苷酸骨架上呈锯齿状排列，因此称 Z-
DNA。 Z-DNA为左手双螺旋结构，只有一条深的螺旋槽。
第二节 DNA分子的结构三,DNA的比较
A-,B-，和 Z-DNA的特性比较第二节 DNA分子的结构五,DNA的三级结构在双螺旋结构的基础上，形成三级结构：双链环形的超螺旋型 (superhelix)和开环型。环形就是 DNA链首尾相连或称共价闭合。超螺旋 DNA 具有更紧密的结构，当超螺旋 DNA 的一条链上出现一个缺口时，超螺旋结构就被松开，而形成开环结构。
第二节 DNA分子的结构
三,DNA的三级结构比较
DNA三级结构模式图
（ a）直线型双螺旋结构；（ b）开环型结构；（ c）闭合环超螺旋结构第二节 DNA分子的结构六,DNA的性质
1、粘度天然 DNA分子的长度可达到几个 cm，
而分子的直径只有 2 nm，所以即使是极稀的 DNA溶液，也有极大的粘度。 RNA
的粘度要小得多，当核酸溶液因受热或在其他因素作用下发生螺旋 → 线团转变时，则粘度降低。
第二节 DNA分子的结构
2、变性
–定义,DNA的变性是指双螺旋结构分开，成为两条单链的 DNA分子，这个过程分别称为 DNA分子的变性。
–变性的本质,是因为维系碱基配对的氢键断裂，并不涉及核苷酸间共价键的断裂。两条链彼此分离，形成无规则线团。
–变性的表现：生物活性的丧失，粘度下降，紫外光吸收值增加，沉降系数增加，比旋下降。
第二节 DNA分子的结构
变性的因素：加热、酸碱、乙醇、丙酮等有机溶剂、尿素、酰胺等试剂。
解链温度 (melting temperature):DNA加热变性过程是在一个狭窄的温度范围内迅速发生的，它有点像晶体的熔融。 通常将 50%的 DNA分子发生变性的温度称为解链温度 （ Tm) 。
第二节 DNA分子的结构
一般在 70~85℃ 。解链温度与 DNA的性质组成及溶液的性质有关，均一的 DNA,Tm值范围小 ; C≡G 碱基对含量高,DNA分子不易变性,Tm值也大 ;离子强度低时,Tm值也低，反之,Tm值较高。
3、复性 (renaturation)
定义,在适当的条件下，变性 DNA分开的两条链，
又重新缔合而恢复成双螺旋结构的过程 。完全变性的 DNA的复性过程需分两步进行，首先是分开的两条链相互碰撞，在互补顺序间先形成双链核心片断，
然后以次核心片段为基础，迅速地找到配对，完成其复性过程。
第二节 DNA分子的结构
淬火：如当温度高于 Tm约 5℃ 时，
DNA的两条链由于布朗运动而完全分开。如果此热溶液迅速冷却，则两条链继续保持分开，称为淬火。
退火 (anneal)：若将此溶液缓慢冷却，
称退火。到适当的低温，则两条链可发生特异性的重新组合而恢复到原来的双螺旋结构。
第二节 DNA分子的结构
DNA的复性一般只适用于均一的病毒和细菌的 DNA，至于哺乳动物细胞中的非均一 DNA，
很难恢复到原来的结构状态。这是因为各片断之间只要有一定数量的碱基彼此互补，就可以重新组合成双螺旋结构，碱基不互补的区域则形成突环。
复性速度的因素影响,顺序简单 的 DNA分子比复杂的分子复性要快； DNA浓度 越高，越易复性；此外,DNA片断大小、溶液的离子强度等对复性速度都有影响。
第二节 DNA分子的结构
复性后 DNA的表现：物理化学性质能得到恢复，如 紫外光吸收值下降，粘度增高，
比旋增加，生物活性也得到部分恢复 。
4,核酸的分子杂交 (hybridization)
DNA 的变性和复性都是以碱基互补为基础的，因此可以进行分子杂交。
既 不同来源的多核苷酸间，经变性分离、退火处理后,若有互补的碱基顺序，就能发生杂交 形成 DNA——DNA杂合体，甚至可以在 DNA和 RNA间进行杂交，
形成 DNA——RNA杂合体 。
第二节 DNA分子的结构
探针,如果杂交的一条链是人工特定（已知核苷酸顺序）的 DNA或 RNA的序列，并经放射性同位素或其它方法标记，称为探针（ probe)。
利用杂交方法，使,探针”与特定未知的序列发生,退火”形成杂合体，即可达到寻找和鉴定特定序列的目的。用,探针”来寻找某些 DNA 或 RNA片断，已成为目前基因克隆、鉴定分析中十分重要的手段。
第二节 DNA分子的结构
5、核酸的紫外吸收
由于核酸的组成成分嘌呤碱及嘧啶碱有强烈的紫外吸收，所以核酸也有强烈的紫外吸收,最大吸收值在 260nm处。蛋白质最大吸收值在 280nm处。利用这一特性，可以鉴别核酸样品中的蛋白质杂质，还可以对核酸进行定量测定。
当核苷酸摩尔数相同时,OD260值大小如下关系,单核苷酸 >单链 DNA>双链 DNA
第二节 DNA分子的结构
低色效应,双链 DNA分子中由于双螺旋里碱基相互堆积，加以氢键的吸引，而处于双螺旋的内部，使光的吸收受到压抑，其值低于等摩尔的碱基在溶液中的光吸收，
DNA分子均较其所含核苷酸单位的总和要低 20-60%。这种关系称为低色效应。
高色效应 (hyperchromic effect),当
DNA变性时,由于氢键的断列,碱基堆积的破坏,碱基对失去重叠,在 260nm处的紫外光吸收有明显升高称为高色现象 。
第二节 RNA分子的结构一,RNA(ribose nucleic acid)的类型在各种生物细胞中,RNA的种类,大小,
结构比 DNA多样化 。 依不同的功能和性质,都含有三类主要的 RNA：核糖体 RNA(rRNA),转运 RNA(tRNA),信息 RNA(mRNA) 。
1,rRNA
含量占细胞中 RNA总量的 80% 左右,是细胞中核糖体的组成成分,是合成蛋白质的场所 。 核糖体又称核蛋白体,是一种亚细胞结构,
rRNA约占核糖体的 60%,其余 40%为蛋白质 。
第二节 RNA分子的结构
大肠杆菌核糖体中的 rRNA有三类,5SrRNA、
16SrRNA,23SrRNA。
动物细胞核糖体中的 rRNA有四类,5SrRNA、
18SrRNA,28SrRNA及 5SrRNA。
2,tRNA
占细胞中 RNA总量的 15% 左右,通常以游离状态存在于细胞质中是细胞中 。 tRNA约有
75~90个核苷酸组成,分子量在 25,000左右 。
主要功能是转运活化了的氨基酸 。 细胞内
tRNA种类很多,每一种氨基酸都有特异运转它的一种或几种 tRNA。
第二节 RNA分子的结构
3,mRNA
占细胞中 RNA总量的 5% 左右，
mRNA是合成蛋白质的模板,传递 DNA
的遗传信息,决定着每一种蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序,细胞内 mRNA的种类很多,但每种 mRNA的数量却很少,
mRNA在代谢上很不稳定,原核生物
mRNA的半衰期只有几分钟,真核细胞的可达几小时,
第二节 RNA分子的结构二,RNA的碱基组成
RNA中所含的四种基本碱基是：腺嘌呤、
鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶。碱基的组成变化很大，不向 DNA那样有严格的 A=T,C=G规律 。
此外还有几十种稀有碱基，其中以各种甲基化的碱基和假尿嘧啶（ ψ）尤为丰富。
三,RNA 的结构
RNA的一级结构为直线型多核苷酸链，其分子一般比 DNA小得多，由数十个至数千个核苷酸通过 3 ’,5’磷酸二酯键组成，尽管 RNA核糖分子中有 2 ’游离羟基，但不形成 2 ’,5’磷酸二酯键。
第二节 RNA分子的结构
1,tRNA的结构
tRNA的结构的共同特点：
a,含 70-90个核苷酸,沉降系数 4S
b,碱基中有 10%-12%的稀有碱基
c,3’端皆为 CCA-OH结构
d,tRNA有共同的二级结构,呈三叶草形
三叶草模型组成：氨基酸臂,二氢尿嘧啶环,反密码环,额外环及 TψC环等五部分组成,
第二节 RNA分子的结构
tRNA三叶草型二级结构模型第二节 RNA分子的结构
氨基酸臂：由 7对碱基组成，富含鸟嘌呤，
末端为 —CCA。蛋白质生物合成时，氨基酸活化后，连接与这一末端的腺苷酸上。
二氢尿嘧啶环（ I ）：由 8~12个核苷酸组成，已具有两个二氢尿嘧啶（核苷酸）分子为其特征，所以称为二氢尿嘧啶环（ DHU
环 )。此环通过 3~4碱基对组成的双螺旋区，
与 tRNA其他部分相连。
第二节 RNA分子的结构
反密码环（ Ⅱ ）：由 7个核苷酸组成。环的中间是反密码子，由三个碱基组成。
次黄嘌呤核苷酸（又称肌苷酸）常出现在反密码子中。此环通过 5对双螺旋区，
与 tRNA其他部分相连。
额外环（ Ⅲ ）：由 3~18个核苷酸组成，
不同 tRNA分子，其环的大小很不一样是
tRNA分类的依据。
第二节 RNA分子的结构
假尿嘧啶核苷酸 -胸腺嘧啶核苷酸环（ TψC环）
（ Ⅳ ）：由 7个核苷酸组成，此环通过 5对碱基组成的双螺旋区,与 tRNA其他部分相连。
除个别 tRNA外，所有 tRNA中必定含有 -T-ψ-C-
环碱基序列，故称 TψC环。
tRNA的三级结构：为倒 L形，其生物学功能与其三级结构有密切关系。螺旋区相互作用，
各环中的不互补碱基形成额外的碱基对，他们是维持 tRNA三级结构的重要因素。
第二节 RNA分子的结构酵母丙氨酸 tRNA的三级结构第二节 RNA分子的结构
2,m RNA的结构：
5’端,7-甲基鸟嘌呤及三磷酸鸟苷为起始 —
帽子结构,m7G—5’—PPP—Nm,均为合成后加上的,原核生物 mRNA无此特殊结构,
5’端结构具有抗核酸酶水解的功能 。 也与蛋白质合成的起始有关 。
第二节 RNA分子的结构
3’端：决大多数真核细胞 mRNA的 3’端有一段长约 30-200 个残基的多聚腺苷酸
（ ploy A）,使转录后加上去的,原核生物的 mRNA一般不含 ploy A。
3,rRNA的结构由部分双螺旋及部分环状凸起组成,5S
rRNA也具有类似三叶草形的结构 。
第一节 核酸的化学组成一、戊糖二、碱基三、核苷四、核苷酸五、多磷酸核苷酸六、环化腺苷酸第二节 DNA分子的结构一,DNA分子大小二,DNA的碱基组成三,DNA的一级结构四,DNA的二级结构五,DNA的三级结构六,DNA的性质第三节 RNA分子的结构一,RNA的类型二,RNA的碱基组成三,RNA的 结构第五章 核酸 (nucleic acid)
第一节 核酸的化学组成核酸 → 低聚核苷酸 → 核苷酸 → 磷酸 +
核苷 → 戊糖 +碱基两类核算的基本化学组成第一节 核酸的化学组成一,戊糖：是核苷,核苷酸及核酸分类的依据 。
核糖 (ribose),β-D-呋喃核糖,只存在于 RNA中脱氧核糖 (deoxyribose),β-D-2-脱氧核糖,只存在于 DNA中
C
H C
H C
H C
C H
2
O H
O H
O H
O H
OH
D － 核 糖直 链 式
H
O H
H
C H 2 O H
O H O H
H H
O
β － D － 核 糖呋 喃 式
C
C H
2
H C
H C
C H
2
O H
O H
O H
OH
D － 2 － 脱 氧 核 糖
H
O H
H
C H 2 O H
O H H
H H
O
直 链 式
β － D － 2 － 脱 氧 核 糖呋 喃 式第一节 核酸的化学组成二,碱基 (base)
主要有嘌呤碱,嘧啶碱,均有酮式烯醇式结构两种,可互变 。
H N
C
N
H
C H
C H
C
O
O
N
C
N
C H
C H
C
O H
H O
酮 式 烯 醇 式第一节 核酸的化学组成
（ 1） 嘧啶碱,N1均有氢,用于形成核苷
–胞嘧啶 (cytosine),2-氧 -4-氨基嘧啶,存在于 RNA,DAN 中 。
–尿嘧啶 (uracil),2,4-二氧嘧啶,只存在于 RNA。
–胸腺嘧啶 (thymine),5-甲基尿嘧啶,只存在于 DNA。
–稀有嘧啶碱,5-甲基胞嘧啶,5,6-二氢尿嘧啶 。
第一节 核酸的化学组成嘧啶的结构
N
H C
N
C H
C H
H
C
N
C
N
H
C H
C H
C
O
N H
2
H N
C
N
H
C H
C H
C
O
O
H N
C
N
H
C H
C
C
O
O
C H
3
嘧 啶 胞 嘧 啶 尿 嘧 啶 胸 腺 嘧 啶第一节 核酸的化学组成
（ 2） 嘌呤碱,N9均有氢,存在于
RNA,DNA中
腺嘌呤 (adenine),6-氨基嘌呤
鸟嘌呤 (guanine),2-氨基,6-氧嘌呤
N
H C
N
C
C
H
C
N
N
H
C H
N
H C
N
C
C
C
N
N
H
C H
N H 2
H N
C
N
C
C
C
N
N
H
C H
O
H 2 N
嘌 呤 腺 嘌 呤 鸟 嘌 呤第一节 核酸的化学组成
– 稀有嘌呤碱：黄嘌呤,次黄嘌呤,尿酸,咖啡碱
H N
H C
N
C
C
C
N
N
H
C H
H N
C
N
H
C
C
C
N
N
H
C H
O
O
O
H N
C
N
H
C
C
C H
N
N
H
C
O
O
O
N
C
N
C
C
C
N
N
C H
O
O
C H 3
H 3 C
C H 3
次 黄 嘌 呤 黄 嘌 呤 尿 酸咖 啡 碱第一节 核酸的化学组成三,核苷 (nucleoside)：戊糖以 β-OH与一个碱基缩合而成
–核糖核苷：存在于 RNA中,有腺苷
（ A）,鸟苷 （ G）,胞苷
（ C）,尿苷 （ U） 。
–脱氧核苷：存在于 DNA中,有脱氧腺苷
（ dA）,脱氧鸟苷 （ dG）,
脱氧胞苷 （ dC）,脱氧胸苷
（ dT） 。
第一节 核酸的化学组成核苷的结构
N
H C
N
C
C
C
N
N
C H
N H
2
HH
C H
2
O H
O H O H
H H
O
腺 嘌 呤 核 苷 A
H N
C
N
C H
C H
C
O
O
HH
C H
2
O H
O H O H
H H
O
尿 嘧 啶 核 苷 U
H N
C
N
C
C
C
N
N
C H
HH
C H
2
O H
O H H
H H
O
脱 氧 鸟 嘌 呤 核 苷 d G
H
2
N
O
N
C
N
C H
C H
C
N H
2
O
HH
C H
2
O H
O H H
H H
O
脱 氧 胞 嘧 啶 核 苷 d C
第一节 核酸的化学组成四,核苷酸 (nucleotide),核苷中戊糖 -OH
与磷酸所成的磷酸酯
– 核糖核苷酸成键方式,2’,3’,5’.
– 脱氧核糖核苷酸成键方式,3’,5’.
– 核苷酸,腺苷酸 （ AMP）,鸟苷酸 （ GMP）
胞苷酸 （ CMP）,尿苷酸 （ UMP）
– 脱氧核苷酸,脱氧腺苷酸（ dAMP）、脱氧鸟苷酸（ dGMP）、脱氧胞苷酸 dCMP）、脱氧 胸腺苷酸 （ dUMP）。
第一节 核酸的化学组成核苷酸结构
N
H C
N
C
C
C
N
N
C H
N H
2
HH
C H
2
O H O H
H H
O
P OH O
O H
O
5 '－ 腺 苷 酸
H N
C
N
C
C
C
N
N
C H
HH
C H
2
O H H
H H
O
P OH O
O H
O
H
2
N
O
5 '－ 脱 氧 鸟 苷 酸第一节 核酸的化学组成五,多磷酸核苷酸
– 核苷一磷酸 （ NMP）
– 核苷二磷酸 （ NDP）,UDP,CDP
– 核苷三磷酸 （ NTP）,传递能量,合成 RNA、
DNA的前体 。
– 鸟苷四磷酸 （ ppGpp）,参与 rRNA合成的调控
– 鸟苷五磷酸 （ pppGpp）
– 高能磷脂键 （ ~P）,键能大于 33.49kJ/mol，
一般为 8.37~12.56 kJ/mol
第一节 核酸的化学组成多磷酸核苷结构
N
H C
N
C
C
C
N
N
C H
N H
2
H
H
C H
2
O H O H
H H
O
P OO
O
－
O
~PO
O
－
O
~PO
－
O
－
O
A M P
A D P
A T P
第一节 核酸的化学组成六,环化腺苷酸重要的有 3’,5’,- 环化腺苷酸
（ cAMP ）,3’,5’,- 环化鸟苷酸
（ cGMP）,许多激素 （ 第一信使 ） 是通过 cAMP,cGMP起信号传递作用,称为第二信使 。
ATP ─────→cAMP ────→5’ -AMP
腺苷酸环化酶 磷酸二脂酶
PPi
第一节 核酸的化学组成环核苷酸结构
H
A
H
C H
2
O O H
H H
O
O
PO
O H
3 ',5 '－ c A M P
H
G
H
C H
2
O O H
H H
O
O
PO
O H
3 ',5 '－ c G M P
H
N
H
C H
2
O O
H H
O
H O
P
O HO
2 ',3 '－ c N M P
第二节 DNA分子的结构一,DNA分子大小天然存在的 DNA分子很大，一般在 106~1010。大肠杆菌染色体由 400万碱基对（ bp)组成的双螺旋
DNA单分子，其分子质量为 2.6× 106,它外形很不对称,长度为 14 × 106nm,相当于 1.4mm,而直径为
20nm,相当于原子的大小,黑腹果蝇最大染色体由
6.2 × 107 bp组成长 2.1cm,多瘤病毒的 DNA由
5100bp组成,长 1.7μ m(17000nm),最长的蛋白质之一胶原蛋白,长度只有 3000nm,足见 DNA之长,DNA有的呈双股螺旋线性分子，有些为环状，
也有少数呈单股环状。
第二节 DNA分子的结构二,DNA的碱基组成
DNA分子中的碱基主要是由腺嘌呤,鸟嘌呤,胞嘧啶,和胸腺嘧啶四种碱基组成,此外,
也含有少量的稀有碱基,如 5-甲基胞嘧啶
（ m5C） 和 5-羟甲基胞嘧啶 （ hm5C） 等 。 各种生物的 DNA的碱基组成具有如下规律：
1,具有种的特异性,来自不同种生物的
DNA其碱基组成不同,而且种系间愈接近的生物,其碱基组成也愈接近 。
第二节 DNA分子的结构
2,没有器官和组织的特异性,在同一生物体内的各种不同器官和组织的
DNA碱基组成基本相似 。
3,在各种 DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔数相等,即 A=T;鸟嘌呤与胞嘧啶 （ 包括 5-甲基胞嘧啶 ） 的摩尔数相等,即 G=C+m5C;因此嘌呤碱基的总摩尔数等于嘧啶碱基的总摩尔数,
即 A+G=T+C+mC。 这个碱基摩尔比例规律称为 DNA的碱基当量定律 。
第二节 DNA分子的结构
4.年龄,营养状况,环境的改变不影响 DNA的碱基组成 。
绝大多数生物中 DNA的碱基组成符合碱基当量定律,这是 Watson
和 Crick提出 DNA双螺旋结构的依据之一 。 但也有些例外,如噬菌体
ΦΧ174的 DNA是单链的,其 A和 T不相等,G和 C不相等 。
第二节 DNA分子的结构三,DNA的一级结构
核酸的一级结构是指多核苷酸链中各核苷酸之间的连接方式，核苷酸的种类数量，以及核苷酸的排列顺序。
DNA的一级结构是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸，通过 3’,5’,-磷酸二酯键
(phosphodiester band)，彼此连接起来的直线或环状分子。形成的核苷酸链都具有一个 5’-端和一个 3’-端,DNA没有侧链，其延长方向总是向
3’延长，或 5’→3 ’。
第二节 DNA分子的结构
DNA分子的一级结构图
H
碱 基
H
C H
2
O H
H H
O
PO
O
O
O
H
碱 基
H
C H
2
O H
H H
O
PO
O
O
H
碱 基
H
C H
2
O H
H H
O
PO
O
O
A
PP
C
P
T
P
G
P
C
P
T
O H
5 '
3 '
5 ' A C T G C T 3 '
B,D N A 的 书 写 方 式 举 例
1 '
2 '3 '
4 '
5 '
1 '
2 '3 '
4 '
5 '
1 '
2 '3 '
4 '
5 '
A,核 苷 酸 的 连 接 方 式第二节 DNA分子的结构四,DNA的二级结构
1、双螺旋结构（ B-DNA结构）要点
（ 1）由两条反平行的多核苷酸链，围绕着同一个中心轴，以右手螺旋方式构成一个双螺旋结构。
（ 2）疏水的嘌呤和嘧啶碱基平面叠于螺旋的内侧，亲水的磷酸基和脱氧核糖以磷酸二酯键相连形成的骨架位于外侧。
（ 3）碱基平面与中心轴相垂直，糖环平面与纵轴平行，与碱基平面几乎呈直角。
第二节 DNA分子的结构三、
DNA
的二级结构图
DNA双螺旋结构示意图两条链表示磷酸 -糖链,横棍表示连接两条链的碱基对第二节 DNA分子的结构
三
DNA的二级结构图
DNA中多核苷酸链的一部分示意图 DNA中的 A=T,C=G配对第二节 DNA分子的结构
（ 4）每个平面上由两个碱基形成碱基对 (base
pairing,bp)。相邻碱基平面在螺旋轴之间的距离为 0.34nm 旋转夹角为 36°,沿中心轴每旋转一周有 10个核苷酸，螺旋的螺距是 3.4nm。直径是 2nm。
（ 5）双螺旋的链之间沿中心轴形成大沟 (major
groove)和小沟 (minor groove)交替出现。
（ 6）两条链彼此依靠碱基对之间形成的氢键而结合在一起,A与 T相结合，形成两个氢键； C
与 G相结合，形成三个氢键。碱基之间相互匹配的情形称为碱基互补。当一条多核苷酸链的碱基顺序确定以后，可推知另一条互补链的碱基顺序。
第二节 DNA分子的结构
三 B-DNA的结构
左手螺旋 Z-DNA(a）和右手螺旋 B-DNA（ b)的测试图第二节 DNA分子的结构
(7) 维持 DNA双螺旋结构的作用力,碱基堆积力,
氢键,离子键
2,A-DNA的结构这种结构是螺旋每圈含 11个碱基，呈右手螺旋，只是碱基对平面与螺旋轴的垂直线有
19° 偏差。 B-DNA脱水即成 A-DAN。 RNA分子的双螺旋区以及 RNA- DAN杂交双连也具有
A-DAN相似的结构。
3,Z-DNA
里奇在研究 d(CG)n的结构时发现的，磷酸基在多核苷酸骨架上呈锯齿状排列，因此称 Z-
DNA。 Z-DNA为左手双螺旋结构，只有一条深的螺旋槽。
第二节 DNA分子的结构三,DNA的比较
A-,B-，和 Z-DNA的特性比较第二节 DNA分子的结构五,DNA的三级结构在双螺旋结构的基础上，形成三级结构：双链环形的超螺旋型 (superhelix)和开环型。环形就是 DNA链首尾相连或称共价闭合。超螺旋 DNA 具有更紧密的结构，当超螺旋 DNA 的一条链上出现一个缺口时，超螺旋结构就被松开，而形成开环结构。
第二节 DNA分子的结构
三,DNA的三级结构比较
DNA三级结构模式图
（ a）直线型双螺旋结构；（ b）开环型结构；（ c）闭合环超螺旋结构第二节 DNA分子的结构六,DNA的性质
1、粘度天然 DNA分子的长度可达到几个 cm，
而分子的直径只有 2 nm，所以即使是极稀的 DNA溶液，也有极大的粘度。 RNA
的粘度要小得多，当核酸溶液因受热或在其他因素作用下发生螺旋 → 线团转变时，则粘度降低。
第二节 DNA分子的结构
2、变性
–定义,DNA的变性是指双螺旋结构分开，成为两条单链的 DNA分子，这个过程分别称为 DNA分子的变性。
–变性的本质,是因为维系碱基配对的氢键断裂，并不涉及核苷酸间共价键的断裂。两条链彼此分离，形成无规则线团。
–变性的表现：生物活性的丧失，粘度下降，紫外光吸收值增加，沉降系数增加，比旋下降。
第二节 DNA分子的结构
变性的因素：加热、酸碱、乙醇、丙酮等有机溶剂、尿素、酰胺等试剂。
解链温度 (melting temperature):DNA加热变性过程是在一个狭窄的温度范围内迅速发生的，它有点像晶体的熔融。 通常将 50%的 DNA分子发生变性的温度称为解链温度 （ Tm) 。
第二节 DNA分子的结构
一般在 70~85℃ 。解链温度与 DNA的性质组成及溶液的性质有关，均一的 DNA,Tm值范围小 ; C≡G 碱基对含量高,DNA分子不易变性,Tm值也大 ;离子强度低时,Tm值也低，反之,Tm值较高。
3、复性 (renaturation)
定义,在适当的条件下，变性 DNA分开的两条链，
又重新缔合而恢复成双螺旋结构的过程 。完全变性的 DNA的复性过程需分两步进行，首先是分开的两条链相互碰撞，在互补顺序间先形成双链核心片断，
然后以次核心片段为基础，迅速地找到配对，完成其复性过程。
第二节 DNA分子的结构
淬火：如当温度高于 Tm约 5℃ 时，
DNA的两条链由于布朗运动而完全分开。如果此热溶液迅速冷却，则两条链继续保持分开，称为淬火。
退火 (anneal)：若将此溶液缓慢冷却，
称退火。到适当的低温，则两条链可发生特异性的重新组合而恢复到原来的双螺旋结构。
第二节 DNA分子的结构
DNA的复性一般只适用于均一的病毒和细菌的 DNA，至于哺乳动物细胞中的非均一 DNA，
很难恢复到原来的结构状态。这是因为各片断之间只要有一定数量的碱基彼此互补，就可以重新组合成双螺旋结构，碱基不互补的区域则形成突环。
复性速度的因素影响,顺序简单 的 DNA分子比复杂的分子复性要快； DNA浓度 越高，越易复性；此外,DNA片断大小、溶液的离子强度等对复性速度都有影响。
第二节 DNA分子的结构
复性后 DNA的表现：物理化学性质能得到恢复，如 紫外光吸收值下降，粘度增高，
比旋增加，生物活性也得到部分恢复 。
4,核酸的分子杂交 (hybridization)
DNA 的变性和复性都是以碱基互补为基础的，因此可以进行分子杂交。
既 不同来源的多核苷酸间，经变性分离、退火处理后,若有互补的碱基顺序，就能发生杂交 形成 DNA——DNA杂合体，甚至可以在 DNA和 RNA间进行杂交，
形成 DNA——RNA杂合体 。
第二节 DNA分子的结构
探针,如果杂交的一条链是人工特定（已知核苷酸顺序）的 DNA或 RNA的序列，并经放射性同位素或其它方法标记，称为探针（ probe)。
利用杂交方法，使,探针”与特定未知的序列发生,退火”形成杂合体，即可达到寻找和鉴定特定序列的目的。用,探针”来寻找某些 DNA 或 RNA片断，已成为目前基因克隆、鉴定分析中十分重要的手段。
第二节 DNA分子的结构
5、核酸的紫外吸收
由于核酸的组成成分嘌呤碱及嘧啶碱有强烈的紫外吸收，所以核酸也有强烈的紫外吸收,最大吸收值在 260nm处。蛋白质最大吸收值在 280nm处。利用这一特性，可以鉴别核酸样品中的蛋白质杂质，还可以对核酸进行定量测定。
当核苷酸摩尔数相同时,OD260值大小如下关系,单核苷酸 >单链 DNA>双链 DNA
第二节 DNA分子的结构
低色效应,双链 DNA分子中由于双螺旋里碱基相互堆积，加以氢键的吸引，而处于双螺旋的内部，使光的吸收受到压抑，其值低于等摩尔的碱基在溶液中的光吸收，
DNA分子均较其所含核苷酸单位的总和要低 20-60%。这种关系称为低色效应。
高色效应 (hyperchromic effect),当
DNA变性时,由于氢键的断列,碱基堆积的破坏,碱基对失去重叠,在 260nm处的紫外光吸收有明显升高称为高色现象 。
第二节 RNA分子的结构一,RNA(ribose nucleic acid)的类型在各种生物细胞中,RNA的种类,大小,
结构比 DNA多样化 。 依不同的功能和性质,都含有三类主要的 RNA：核糖体 RNA(rRNA),转运 RNA(tRNA),信息 RNA(mRNA) 。
1,rRNA
含量占细胞中 RNA总量的 80% 左右,是细胞中核糖体的组成成分,是合成蛋白质的场所 。 核糖体又称核蛋白体,是一种亚细胞结构,
rRNA约占核糖体的 60%,其余 40%为蛋白质 。
第二节 RNA分子的结构
大肠杆菌核糖体中的 rRNA有三类,5SrRNA、
16SrRNA,23SrRNA。
动物细胞核糖体中的 rRNA有四类,5SrRNA、
18SrRNA,28SrRNA及 5SrRNA。
2,tRNA
占细胞中 RNA总量的 15% 左右,通常以游离状态存在于细胞质中是细胞中 。 tRNA约有
75~90个核苷酸组成,分子量在 25,000左右 。
主要功能是转运活化了的氨基酸 。 细胞内
tRNA种类很多,每一种氨基酸都有特异运转它的一种或几种 tRNA。
第二节 RNA分子的结构
3,mRNA
占细胞中 RNA总量的 5% 左右，
mRNA是合成蛋白质的模板,传递 DNA
的遗传信息,决定着每一种蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序,细胞内 mRNA的种类很多,但每种 mRNA的数量却很少,
mRNA在代谢上很不稳定,原核生物
mRNA的半衰期只有几分钟,真核细胞的可达几小时,
第二节 RNA分子的结构二,RNA的碱基组成
RNA中所含的四种基本碱基是：腺嘌呤、
鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶。碱基的组成变化很大，不向 DNA那样有严格的 A=T,C=G规律 。
此外还有几十种稀有碱基，其中以各种甲基化的碱基和假尿嘧啶（ ψ）尤为丰富。
三,RNA 的结构
RNA的一级结构为直线型多核苷酸链，其分子一般比 DNA小得多，由数十个至数千个核苷酸通过 3 ’,5’磷酸二酯键组成，尽管 RNA核糖分子中有 2 ’游离羟基，但不形成 2 ’,5’磷酸二酯键。
第二节 RNA分子的结构
1,tRNA的结构
tRNA的结构的共同特点：
a,含 70-90个核苷酸,沉降系数 4S
b,碱基中有 10%-12%的稀有碱基
c,3’端皆为 CCA-OH结构
d,tRNA有共同的二级结构,呈三叶草形
三叶草模型组成：氨基酸臂,二氢尿嘧啶环,反密码环,额外环及 TψC环等五部分组成,
第二节 RNA分子的结构
tRNA三叶草型二级结构模型第二节 RNA分子的结构
氨基酸臂：由 7对碱基组成，富含鸟嘌呤，
末端为 —CCA。蛋白质生物合成时，氨基酸活化后，连接与这一末端的腺苷酸上。
二氢尿嘧啶环（ I ）：由 8~12个核苷酸组成，已具有两个二氢尿嘧啶（核苷酸）分子为其特征，所以称为二氢尿嘧啶环（ DHU
环 )。此环通过 3~4碱基对组成的双螺旋区，
与 tRNA其他部分相连。
第二节 RNA分子的结构
反密码环（ Ⅱ ）：由 7个核苷酸组成。环的中间是反密码子，由三个碱基组成。
次黄嘌呤核苷酸（又称肌苷酸）常出现在反密码子中。此环通过 5对双螺旋区，
与 tRNA其他部分相连。
额外环（ Ⅲ ）：由 3~18个核苷酸组成，
不同 tRNA分子，其环的大小很不一样是
tRNA分类的依据。
第二节 RNA分子的结构
假尿嘧啶核苷酸 -胸腺嘧啶核苷酸环（ TψC环）
（ Ⅳ ）：由 7个核苷酸组成，此环通过 5对碱基组成的双螺旋区,与 tRNA其他部分相连。
除个别 tRNA外，所有 tRNA中必定含有 -T-ψ-C-
环碱基序列，故称 TψC环。
tRNA的三级结构：为倒 L形，其生物学功能与其三级结构有密切关系。螺旋区相互作用，
各环中的不互补碱基形成额外的碱基对，他们是维持 tRNA三级结构的重要因素。
第二节 RNA分子的结构酵母丙氨酸 tRNA的三级结构第二节 RNA分子的结构
2,m RNA的结构：
5’端,7-甲基鸟嘌呤及三磷酸鸟苷为起始 —
帽子结构,m7G—5’—PPP—Nm,均为合成后加上的,原核生物 mRNA无此特殊结构,
5’端结构具有抗核酸酶水解的功能 。 也与蛋白质合成的起始有关 。
第二节 RNA分子的结构
3’端：决大多数真核细胞 mRNA的 3’端有一段长约 30-200 个残基的多聚腺苷酸
（ ploy A）,使转录后加上去的,原核生物的 mRNA一般不含 ploy A。
3,rRNA的结构由部分双螺旋及部分环状凸起组成,5S
rRNA也具有类似三叶草形的结构 。
