第三章 核酸
? 概述
? 化学组成
? 结构
? 性质
主要内容
概 述
一、核酸的发现
1868 MEISCHER-
从脓球发现“核素”
1944 AVERY et al-
肺炎球菌转化实验
1952 HERSHEY,
CHASE-
噬菌体标记实验
1950 CHARGAFF
et al- CHARGAFF
1953 WATSON,
CRICK-DNA双螺旋
1973 BOYER,
?COHEN-DNA
?Cloning(克隆）
1976 DNA Sequencing
(序列分析）
1990 Human
Genome Project
二、功能和种类
功能：核酸是生物遗传的物质基础
种类,1、脱氧核糖核酸（ DNA，细胞核）
遗传信息的贮存和携带者, 生物的主要遗传物质 。 在真核细胞中, DNA主要
集中在细胞核内, 线粒体和叶绿体中均有各自的 DNA。 原核细胞没有明显的细胞
核结构, DNA存在于称为类核的结构区 。 每个原核细胞只有一个染色体, 每个染
色体含一个双链环状 DNA。
2,核糖核酸 （ RNA,胞质 ）
主要参与遗传信息的传递和表达过程, 细胞内的 RNA主要存在于细胞质中
,少量存在于细胞核中, 病毒中 RNA本身就是遗传信息的储存者 。 可以分为 mRNA
,tRNA和 rRNA三种另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子
称为类病毒, 它是不含蛋白质的游离的 RNA分子, 还发现有些 RNA具生物催化作用
（ ribozyme） 。
mRNA:占全部 RNA的 5%，可以
作为合成蛋白质的 直
接模板。
tRNA：占全部 RNA的 16%，在
蛋白质合成中起转运 AA的
功能。
rRNA：占全部 RNA的 80%，是
构成核糖体的成分，原核
细胞中有 5S,16S,28S三
种，真核细胞中有 5S、
5.8S,18S,28S四种。
基因
转录
翻译 多肽
折叠
活性蛋白
化学组成
组成元素, C,H,O,N,P
P 的含量比较稳定，占 9%-10%，通过测定 P 的含量
来推算核酸的含量（定磷法）。任何核酸都含磷酸，所
以核酸呈酸性。
基本组成单位,核苷酸
核苷酸
磷酸 核苷
戊糖 碱基
核酸
嘌呤 嘧啶
N
N
N
H
N
N H 2
?腺嘌呤 Adenine
A
N H
N
N
H
N
O
N H 2
?鸟嘌呤 guanine
G
一、碱基的基本类型
N
N
H
N H 2
O
胞嘧啶
C
N H
N
H
O
O
胸腺嘧啶
T
尿嘧啶
N H
N
H
O
O
U
二、戊糖
组成核酸的戊糖有两种。 DNA所含的糖为 β -D-
2-脱氧核糖； RNA所含的糖则为 β -D-核糖。
三、核苷
碱基 +戊糖 =核苷
1’
2’ 3’
4’
5’
(OH)
1’
2’ 3’
4’
5’
(OH)
四、核苷酸
核苷 +磷酸 =核苷酸
核苷酸按碱基和戊糖的不同分以下几类,
核苷酸 脱氧核苷酸
腺嘌呤核苷酸 脱氧腺嘌呤核苷酸
鸟嘌呤核苷酸 脱氧鸟嘌呤核苷酸
胞嘧啶核苷酸 脱氧胞嘧啶核苷酸
尿嘧啶核苷酸 脱氧胸腺嘧啶核苷酸
OH
腺嘌呤核苷酸（ AMP）
其他三种核苷酸只
在碱基部分有所不
同，接上鸟嘌呤即
为鸟嘌呤核苷酸，
接上胞嘧啶即为胞
嘧啶核苷酸
脱氧腺嘌呤核苷酸（ dAMP）
H
同样其他三种脱氧
核苷酸只在碱基部
分有所不同，接上
鸟嘌呤即为鸟嘌呤
脱氧核苷酸，接上
胞嘧啶即为胞嘧啶
脱氧核苷酸
结 构
脱氧核糖核酸 (DNA)结构
核酸
核糖核酸 (RNA)结构
一级结构,组成核酸的诸核苷酸之间连键的性质，
以及核苷酸排列的顺序, 从一级结构上阐述
DNA：是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸，
通过 3?,5?-磷酸二酯键彼此连接起来的直线形或环
形分子。
二级结构,核苷酸链内或链之间通过氢键折叠卷曲而
成的双螺旋结构．绝大多数为右旋,
三级结构,是指 DNA分子 (双螺旋 )通过扭曲和折叠所
形成的特定构象,包括不同二级结构单元间的相互
作用、单链与二级结构单元间的相互作用以及
DNA的拓扑特征
结构特点,
包含Ａ＼Ｇ＼Ｃ＼Ｔ四种
碱基
两个脱氧核苷酸通过 3?,5?-
磷酸二酯键连接
碱基之间通过氢键配对，
Ａ与Ｔ配对，Ｇ与Ｃ配对，
Ｇ＼Ｃ之间通过三个氢键连
接，Ａ＼Ｔ对通过两个氢键
连接,（图） 这种碱基之间互
相匹配的情形称为碱基互补。
因此，当一条核苷酸链的碱
基序列确定以后，即可推知
另一条互补核苷酸链的碱基
序列
? 二级结构,
结构特点（Ｂ－ＤＮＡ）,
由两条反向平行的多核苷酸链，围
绕同一个中心轴构成的双螺旋结
构．双螺旋的直径为 2nm,
顺轴方向，每隔 0.34nm 有一个核苷
酸，两个核苷酸间的夹角为 36?，因此，
沿中心轴每旋转一周有 10个核苷酸，
每隔 3.4nm重复出现同一结构,
链之间的螺旋形凹槽，一条较浅，
宽度为 0.6nm，深度为 0.75nm；另一
条较深，宽度为 1.2nm，深度为
0.85nm。
2.0 n m
小
沟
大
沟
小
沟
大
沟
双螺旋分子中
糖分子与纵轴
平行，与碱基
平面垂直
磷酸基与脱氧
核糖在外侧，
彼此之间通过
磷酸二酯键相
连接，形成
DNA的骨架
除Ｂ－ＤＮＡ外还有螺体较宽而浅的Ａ－ＤＮＡ和磷酸基在多核苷酸骨
架上的分布呈 Z字形的 CGCGCG寡聚体Ｚ－ＤＮＡ
维持双螺旋结构稳定性的力
? 一是互补碱基对之间的 氢键
? 主要的力，是 碱基堆集力,碱基堆集力是由于芳香族
碱基的 ? 电子之间相互作用而引起的,DNA分子中碱基层层堆集，在
DNA分子内部形成了一个疏水核心，核心内几乎没有游离的水分子，
所以使互补的碱基之间形成氢键。
? 三是磷酸残基上的负电荷与介质中的阳离
子之间形成的离子键。
除双螺旋结构外,还有极少数的
DNA分子是三螺旋结构的,
(1) 大多数的原核生物
为共价封闭的环状双
螺旋分子可 再次螺旋
化 — 超螺旋结构
超螺旋结构有两种,
负超螺旋 (右旋 )
正超螺旋 (左旋 )
DNA双螺旋为右旋螺旋。
细胞中的 环状 DNA一般呈
负超螺旋，即右旋螺旋不
足导致部分碱基不形成配
对，分子通过整体拓扑学
上的右旋来补足右旋螺旋
的不足，在数学上呈 1,1，
即分子整体右旋一圈来补
双螺旋上的一圈不足。
负超螺旋
右旋
正超螺旋为双螺旋旋
转过度，通过分子整
体的左旋来解去过度
的螺旋。
正超螺旋
左旋
(2)也有开环 DNA（ open circular DNA,ocDNA）
也称松环 DNA（ relaxed circular DNA,rcDNA）
当超螺旋型 DNA的一条链上
出现一个缺口时，超螺旋结
构就被松开，而形成开环型
结构。
（ 3）．连环 DNA（ Catenanes DNA）
单体 二聚体
? 基因 (gene),是染色体上的具有特定功
能的一段 DNA序列，是一种相对独立的
遗传信息基本单位，它编码蛋白质、
tRNA或 rRNA分子，或者调节这样一段
序列的转录。
? 基因组,是一种生物结构建成和生命活
动所需遗传信息的总和，即生物体的全
套 DNA序列。这些信息编码在细胞内的
DNA分子中。对真核生物例如人类来说，
细胞核内全部染色体分子的总和就是它
们的基因组。
? 基因芯片 (Gene chip) 又称 DNA芯片、
DNA微阵列 (DNA microarray)，是将大
量的 DNA片段按预先设计的排列方式固
化在载体表面如硅片、玻片上，并以此
为探针，在一定的条件下，与样品中待
测的靶基因片段杂交，通过检测杂交后
的信号，实现对靶基因信息的快速检测。
常见并广泛应用的有 cDNA微点阵和寡
核苷酸原位合成两种。
一级结构,
为直线形多聚核苷酸，相对分子质量的差别极
大,
高级结构,
包括二级结构和三级结构等,
? 1、分子较小，为直线
型多核苷酸链。
? 2、基本单位主要是
CMP GMP AMP和 UMP
四种核苷酸
? 3、磷酸二酯键,5’
端向 3’ 端延伸
? 不像 DNA那样具有严格
的 A=T,G=C的规律
tRNA一级结构的特点
? 分子量 25000左右，大约由 70－ 90个核苷酸
组成，沉降系数为 4S左右。
? 分子中含有较多的修饰成分。
? 3‘ -末端都具有 CpCpAOH的结构。
? tRNA占全部 RNA的 16%,tRNA的生物功能是在蛋白质生物合成
过程中转运氨基酸。细胞内 tRNA的种类很多，估计有 50多种。
每一种氨基酸都有与其相对应的一种或几种 tRNA。
mRNA一级结构的特点
? 真核细胞 mRNA的 3‘ -末端有一段长达 200个
核苷酸左右的聚腺苷酸 (polyA),称为
? 尾结构 ?, 5’ -末端有一个甲基化的
鸟苷酸，称为 ? 帽结构 ? 。
? 极大多数真核细胞 mRNA在 3‘-末端有一段长约 200
核苷酸的 polyA。 polyA是在转录后经 polyA聚合酶
的作用而添加上去的。原核生物的 mRNA一般无
polyA，但某些病毒 mBNA也有 3’-polyA,polyA可能
有多方面功能,与 mRNA从细胞核到细胞质的转移有
关；与 mRNA的半寿期有关，新合成的
mRNA,,polyA链较长，而衰老的 mRNA,polyA链缩
短
? mRNA的碱基组成与 DNA的十分相当。所以有时把它叫作
D-RNA。 mRNA在代谢上很不稳定，是合成蛋白质的模板，
每种多肽链都由一种特定的 mRNA负责编码。所以细胞内
mRNA的种类是很多的，但每一种 mRNA的数量却极少。
rRNA
动物细胞核糖体 rRNA有四类,5SrRNA,5.8SrRNA,18SrRNA，
28SRNA。许多 rRNA的一级结构及由一级结构推导 出来的二级结构
都已阐明，但是对许多 rRNA的功能迄今仍不十分清楚。 rRNA约占全
部 RNA的 30%左右，是构成核糖体的骨架，大肠杆菌核糖体中的
rRNA有三类,5S rRNA,16S RNA,23S rRNA。这些不同的 rRNA
的核苷酸排列顺序是不同的，它们能与细菌染色体 DNA的不同部位杂
交。动物细胞核糖体中的 rRNA有三类； 5S rRNA,18S RNA,28S
rRNA及 5.8S rRNA。
RNA的高级结构特点
? RNA是单链分子, 因此, 在 RNA分子中, 并
不遵守碱基种类的数量比例关系, 即分子
中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的
总数 。
? RNA分子中, 部分区域也能形成 双螺旋结构,
不能形成双螺旋的部分, 则形成突环 。 这
种结构可以形象地称为 ? 发夹型 ? 结构 。
发卡式结构 A-U,C-G配对
? 在 RNA的双螺旋结构中, 碱基的配对情况不
象 DNA中严格 。 G 除了可以和 C 配对外, 也
可以和 U 配对 。 G-U 配对形成的氢键较弱 。
不同类型的 RNA,其二级结构有明显的差异 。
? tRNA中除了常见的碱基外, 还存在一些稀
有碱基, 这类碱基大部分位于突环部分,
tRNA的高级结构
tRNA的二级结构都
呈” 三叶草” 形
状，在结构上具有
某些共同之处，一
般可将其分为五臂
四环：包括氨基酸
接受区、反密码区、
二氢尿嘧啶区、
T?C区和可变区。
除了氨基酸接受区
外，其余每个区均
含有一个突环和一
个臂。
携带氨基酸
辨认并结合氨基酰
tRNA合成酶
识别 mRNA
上的密码 识别并结合 核蛋白体
氨基酸臂 DHU臂
反密码臂
可变臂
T?C臂
(1)氨基酸接受区
包含有 tRNA的 3’ -末端和 5’ -末端,3’ -末
端的最后 3个核苷酸残基都是 CCA,A为核苷。
氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中起
携带氨基酸的作用。
(2)反密码区
与氨基酸接受区相对的一般含有 7个核苷酸残
基的区域，其中正中的 3个核苷酸残基称为反
密码
（ 3） T?C区
该区与二氢尿嘧啶区相对,假尿嘧啶核
苷 — 胸腺嘧啶核糖核苷环 (T?C)由 7个核苷酸
组成，通过由 5对碱基组成的双螺旋区 (T?C
臂 )与 tRNA的其余部分相连。除个别例外，
几乎所有 tBNA在此环中都含有 T?C 。
(4)可变区
位于反密码区与 T?C区之间，不同的 tRNA该
区变化较大。
tRNA的三级结构
? 在三叶草型二级结构的基础上，突环上未
配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，
目前已知的 tRNA的三级结构均为倒 L型
性质
（一）一般性质,
分子大小,DNA Mr 106～ 1010或更大，
RNA Mr 104～ 106或更大
性状,DNA为白色纤维状固体，而 RNA为
白色粉末。
溶解度,DNA和 RNA均不溶于一般的有机溶
剂，微溶于水,但它们的钠盐在水中溶解
度较大。
（二）核酸的两性性质及等电点
O
C H 2
H
H
O H
H
O H
H
O
N
NO
N H 2
P
O
O H
H O
C M P
+
H
+
O
C H 2
H
H
O H
H
O H
H
O
N
NO
N H 2
P
O
O
H O
C M P
p K a 1 = 0, 8 0
H
+
-
±
O
C H 2
H
H
O H
H
O H
H
O
N
NO
N H 2
P
O
O
H O
C M P
p K a 2 = 4, 5
-
-
O
C H 2
H
H
O H
H
O H
H
O
N
NO
N H 2
P
O
O
O
C M P
p K a 3 = 6, 4
-
-
-
-
核酸分子中既含有酸性基团（磷酸
基）也含有碱性基团（氨基），因
而核酸也具有两性性质。一般呈酸
性，（在中性溶液中带负电荷），
微溶于水，不溶于有机溶剂。
pK1? = 0.9
第一磷酸基
pK3? = 6.2
第二磷酸基
pK2? = 3.7
含氮环
腺嘌呤核苷酸
pK1? = 0.7
第一磷酸基
pK3? = 6.1
第二磷酸基
pK2? = 3.7
含氮环
烯醇式羟基
鸟嘌呤核苷酸
（三）核酸的水解
pK1? = 0.8
第一磷酸基
pK3? = 6.3
第二磷酸基
pK2? = 4.3
含氮环
胞嘧啶核苷酸
pK1? = 1.0
第一磷酸基 pK3? = 6.4
第二磷酸基
烯醇式羟基
尿嘧啶核苷酸
（四）紫外吸收
在核酸分子中，由
于嘌呤碱和嘧啶碱
具有共轭双键体系，
因而具有独特的紫
外线吸收光谱，一
般在 260nm左右有
最大吸收峰，可以
作为核酸及其组份
定性和定量测定的
依据。
（五）变性、复性与杂交
1、变性
是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链结构的过程。
部分双螺旋解开 无规则线团 链内碱基配对
这是一个是跃变过程，伴有 A260增加（增色效应）,DNA的功能丧失。 温
度升高；酸碱度改变,pH（ >11.3或 <5.0）；有机溶剂如甲醛和尿素、甲
酰胺等；低离子强度都可引起变性。
2、复性
在一定条件下，变性 DNA 单链间碱基重新配对恢复双螺旋结构，伴有
A260减小（减色效应 ）,DNA的功能恢复。
3、杂交
不同来源的 DNA单链间或单链 DNA与 RNA之间只要有碱基配对的区域，在
复性时可形成局部双螺旋区，称核酸分子杂交（ hybridization）
Tm,熔解温度（ melting temperature）
DNA的变性发生在一个很窄的温度范围内，通常把热变性过程中
A260达到最大值一半时的温度称为该 DNA的熔解温度，用 Tm表示。
Tm的大小与 DNA分子中（ G+C）的百分含量成正相关，测定 Tm值可
推算核酸碱基组成及判断 DNA纯度。
? 概述
? 化学组成
? 结构
? 性质
主要内容
概 述
一、核酸的发现
1868 MEISCHER-
从脓球发现“核素”
1944 AVERY et al-
肺炎球菌转化实验
1952 HERSHEY,
CHASE-
噬菌体标记实验
1950 CHARGAFF
et al- CHARGAFF
1953 WATSON,
CRICK-DNA双螺旋
1973 BOYER,
?COHEN-DNA
?Cloning(克隆）
1976 DNA Sequencing
(序列分析）
1990 Human
Genome Project
二、功能和种类
功能：核酸是生物遗传的物质基础
种类,1、脱氧核糖核酸（ DNA，细胞核）
遗传信息的贮存和携带者, 生物的主要遗传物质 。 在真核细胞中, DNA主要
集中在细胞核内, 线粒体和叶绿体中均有各自的 DNA。 原核细胞没有明显的细胞
核结构, DNA存在于称为类核的结构区 。 每个原核细胞只有一个染色体, 每个染
色体含一个双链环状 DNA。
2,核糖核酸 （ RNA,胞质 ）
主要参与遗传信息的传递和表达过程, 细胞内的 RNA主要存在于细胞质中
,少量存在于细胞核中, 病毒中 RNA本身就是遗传信息的储存者 。 可以分为 mRNA
,tRNA和 rRNA三种另外在植物中还发现了一类比病毒还小得多的侵染性致病因子
称为类病毒, 它是不含蛋白质的游离的 RNA分子, 还发现有些 RNA具生物催化作用
（ ribozyme） 。
mRNA:占全部 RNA的 5%，可以
作为合成蛋白质的 直
接模板。
tRNA：占全部 RNA的 16%，在
蛋白质合成中起转运 AA的
功能。
rRNA：占全部 RNA的 80%，是
构成核糖体的成分，原核
细胞中有 5S,16S,28S三
种，真核细胞中有 5S、
5.8S,18S,28S四种。
基因
转录
翻译 多肽
折叠
活性蛋白
化学组成
组成元素, C,H,O,N,P
P 的含量比较稳定，占 9%-10%，通过测定 P 的含量
来推算核酸的含量（定磷法）。任何核酸都含磷酸，所
以核酸呈酸性。
基本组成单位,核苷酸
核苷酸
磷酸 核苷
戊糖 碱基
核酸
嘌呤 嘧啶
N
N
N
H
N
N H 2
?腺嘌呤 Adenine
A
N H
N
N
H
N
O
N H 2
?鸟嘌呤 guanine
G
一、碱基的基本类型
N
N
H
N H 2
O
胞嘧啶
C
N H
N
H
O
O
胸腺嘧啶
T
尿嘧啶
N H
N
H
O
O
U
二、戊糖
组成核酸的戊糖有两种。 DNA所含的糖为 β -D-
2-脱氧核糖； RNA所含的糖则为 β -D-核糖。
三、核苷
碱基 +戊糖 =核苷
1’
2’ 3’
4’
5’
(OH)
1’
2’ 3’
4’
5’
(OH)
四、核苷酸
核苷 +磷酸 =核苷酸
核苷酸按碱基和戊糖的不同分以下几类,
核苷酸 脱氧核苷酸
腺嘌呤核苷酸 脱氧腺嘌呤核苷酸
鸟嘌呤核苷酸 脱氧鸟嘌呤核苷酸
胞嘧啶核苷酸 脱氧胞嘧啶核苷酸
尿嘧啶核苷酸 脱氧胸腺嘧啶核苷酸
OH
腺嘌呤核苷酸（ AMP）
其他三种核苷酸只
在碱基部分有所不
同，接上鸟嘌呤即
为鸟嘌呤核苷酸，
接上胞嘧啶即为胞
嘧啶核苷酸
脱氧腺嘌呤核苷酸（ dAMP）
H
同样其他三种脱氧
核苷酸只在碱基部
分有所不同，接上
鸟嘌呤即为鸟嘌呤
脱氧核苷酸，接上
胞嘧啶即为胞嘧啶
脱氧核苷酸
结 构
脱氧核糖核酸 (DNA)结构
核酸
核糖核酸 (RNA)结构
一级结构,组成核酸的诸核苷酸之间连键的性质，
以及核苷酸排列的顺序, 从一级结构上阐述
DNA：是由数量极其庞大的四种脱氧核糖核苷酸，
通过 3?,5?-磷酸二酯键彼此连接起来的直线形或环
形分子。
二级结构,核苷酸链内或链之间通过氢键折叠卷曲而
成的双螺旋结构．绝大多数为右旋,
三级结构,是指 DNA分子 (双螺旋 )通过扭曲和折叠所
形成的特定构象,包括不同二级结构单元间的相互
作用、单链与二级结构单元间的相互作用以及
DNA的拓扑特征
结构特点,
包含Ａ＼Ｇ＼Ｃ＼Ｔ四种
碱基
两个脱氧核苷酸通过 3?,5?-
磷酸二酯键连接
碱基之间通过氢键配对，
Ａ与Ｔ配对，Ｇ与Ｃ配对，
Ｇ＼Ｃ之间通过三个氢键连
接，Ａ＼Ｔ对通过两个氢键
连接,（图） 这种碱基之间互
相匹配的情形称为碱基互补。
因此，当一条核苷酸链的碱
基序列确定以后，即可推知
另一条互补核苷酸链的碱基
序列
? 二级结构,
结构特点（Ｂ－ＤＮＡ）,
由两条反向平行的多核苷酸链，围
绕同一个中心轴构成的双螺旋结
构．双螺旋的直径为 2nm,
顺轴方向，每隔 0.34nm 有一个核苷
酸，两个核苷酸间的夹角为 36?，因此，
沿中心轴每旋转一周有 10个核苷酸，
每隔 3.4nm重复出现同一结构,
链之间的螺旋形凹槽，一条较浅，
宽度为 0.6nm，深度为 0.75nm；另一
条较深，宽度为 1.2nm，深度为
0.85nm。
2.0 n m
小
沟
大
沟
小
沟
大
沟
双螺旋分子中
糖分子与纵轴
平行，与碱基
平面垂直
磷酸基与脱氧
核糖在外侧，
彼此之间通过
磷酸二酯键相
连接，形成
DNA的骨架
除Ｂ－ＤＮＡ外还有螺体较宽而浅的Ａ－ＤＮＡ和磷酸基在多核苷酸骨
架上的分布呈 Z字形的 CGCGCG寡聚体Ｚ－ＤＮＡ
维持双螺旋结构稳定性的力
? 一是互补碱基对之间的 氢键
? 主要的力，是 碱基堆集力,碱基堆集力是由于芳香族
碱基的 ? 电子之间相互作用而引起的,DNA分子中碱基层层堆集，在
DNA分子内部形成了一个疏水核心，核心内几乎没有游离的水分子，
所以使互补的碱基之间形成氢键。
? 三是磷酸残基上的负电荷与介质中的阳离
子之间形成的离子键。
除双螺旋结构外,还有极少数的
DNA分子是三螺旋结构的,
(1) 大多数的原核生物
为共价封闭的环状双
螺旋分子可 再次螺旋
化 — 超螺旋结构
超螺旋结构有两种,
负超螺旋 (右旋 )
正超螺旋 (左旋 )
DNA双螺旋为右旋螺旋。
细胞中的 环状 DNA一般呈
负超螺旋，即右旋螺旋不
足导致部分碱基不形成配
对，分子通过整体拓扑学
上的右旋来补足右旋螺旋
的不足，在数学上呈 1,1，
即分子整体右旋一圈来补
双螺旋上的一圈不足。
负超螺旋
右旋
正超螺旋为双螺旋旋
转过度，通过分子整
体的左旋来解去过度
的螺旋。
正超螺旋
左旋
(2)也有开环 DNA（ open circular DNA,ocDNA）
也称松环 DNA（ relaxed circular DNA,rcDNA）
当超螺旋型 DNA的一条链上
出现一个缺口时，超螺旋结
构就被松开，而形成开环型
结构。
（ 3）．连环 DNA（ Catenanes DNA）
单体 二聚体
? 基因 (gene),是染色体上的具有特定功
能的一段 DNA序列，是一种相对独立的
遗传信息基本单位，它编码蛋白质、
tRNA或 rRNA分子，或者调节这样一段
序列的转录。
? 基因组,是一种生物结构建成和生命活
动所需遗传信息的总和，即生物体的全
套 DNA序列。这些信息编码在细胞内的
DNA分子中。对真核生物例如人类来说，
细胞核内全部染色体分子的总和就是它
们的基因组。
? 基因芯片 (Gene chip) 又称 DNA芯片、
DNA微阵列 (DNA microarray)，是将大
量的 DNA片段按预先设计的排列方式固
化在载体表面如硅片、玻片上，并以此
为探针，在一定的条件下，与样品中待
测的靶基因片段杂交，通过检测杂交后
的信号，实现对靶基因信息的快速检测。
常见并广泛应用的有 cDNA微点阵和寡
核苷酸原位合成两种。
一级结构,
为直线形多聚核苷酸，相对分子质量的差别极
大,
高级结构,
包括二级结构和三级结构等,
? 1、分子较小，为直线
型多核苷酸链。
? 2、基本单位主要是
CMP GMP AMP和 UMP
四种核苷酸
? 3、磷酸二酯键,5’
端向 3’ 端延伸
? 不像 DNA那样具有严格
的 A=T,G=C的规律
tRNA一级结构的特点
? 分子量 25000左右，大约由 70－ 90个核苷酸
组成，沉降系数为 4S左右。
? 分子中含有较多的修饰成分。
? 3‘ -末端都具有 CpCpAOH的结构。
? tRNA占全部 RNA的 16%,tRNA的生物功能是在蛋白质生物合成
过程中转运氨基酸。细胞内 tRNA的种类很多，估计有 50多种。
每一种氨基酸都有与其相对应的一种或几种 tRNA。
mRNA一级结构的特点
? 真核细胞 mRNA的 3‘ -末端有一段长达 200个
核苷酸左右的聚腺苷酸 (polyA),称为
? 尾结构 ?, 5’ -末端有一个甲基化的
鸟苷酸，称为 ? 帽结构 ? 。
? 极大多数真核细胞 mRNA在 3‘-末端有一段长约 200
核苷酸的 polyA。 polyA是在转录后经 polyA聚合酶
的作用而添加上去的。原核生物的 mRNA一般无
polyA，但某些病毒 mBNA也有 3’-polyA,polyA可能
有多方面功能,与 mRNA从细胞核到细胞质的转移有
关；与 mRNA的半寿期有关，新合成的
mRNA,,polyA链较长，而衰老的 mRNA,polyA链缩
短
? mRNA的碱基组成与 DNA的十分相当。所以有时把它叫作
D-RNA。 mRNA在代谢上很不稳定，是合成蛋白质的模板，
每种多肽链都由一种特定的 mRNA负责编码。所以细胞内
mRNA的种类是很多的，但每一种 mRNA的数量却极少。
rRNA
动物细胞核糖体 rRNA有四类,5SrRNA,5.8SrRNA,18SrRNA，
28SRNA。许多 rRNA的一级结构及由一级结构推导 出来的二级结构
都已阐明，但是对许多 rRNA的功能迄今仍不十分清楚。 rRNA约占全
部 RNA的 30%左右，是构成核糖体的骨架，大肠杆菌核糖体中的
rRNA有三类,5S rRNA,16S RNA,23S rRNA。这些不同的 rRNA
的核苷酸排列顺序是不同的，它们能与细菌染色体 DNA的不同部位杂
交。动物细胞核糖体中的 rRNA有三类； 5S rRNA,18S RNA,28S
rRNA及 5.8S rRNA。
RNA的高级结构特点
? RNA是单链分子, 因此, 在 RNA分子中, 并
不遵守碱基种类的数量比例关系, 即分子
中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基的
总数 。
? RNA分子中, 部分区域也能形成 双螺旋结构,
不能形成双螺旋的部分, 则形成突环 。 这
种结构可以形象地称为 ? 发夹型 ? 结构 。
发卡式结构 A-U,C-G配对
? 在 RNA的双螺旋结构中, 碱基的配对情况不
象 DNA中严格 。 G 除了可以和 C 配对外, 也
可以和 U 配对 。 G-U 配对形成的氢键较弱 。
不同类型的 RNA,其二级结构有明显的差异 。
? tRNA中除了常见的碱基外, 还存在一些稀
有碱基, 这类碱基大部分位于突环部分,
tRNA的高级结构
tRNA的二级结构都
呈” 三叶草” 形
状，在结构上具有
某些共同之处，一
般可将其分为五臂
四环：包括氨基酸
接受区、反密码区、
二氢尿嘧啶区、
T?C区和可变区。
除了氨基酸接受区
外，其余每个区均
含有一个突环和一
个臂。
携带氨基酸
辨认并结合氨基酰
tRNA合成酶
识别 mRNA
上的密码 识别并结合 核蛋白体
氨基酸臂 DHU臂
反密码臂
可变臂
T?C臂
(1)氨基酸接受区
包含有 tRNA的 3’ -末端和 5’ -末端,3’ -末
端的最后 3个核苷酸残基都是 CCA,A为核苷。
氨基酸可与其成酯，该区在蛋白质合成中起
携带氨基酸的作用。
(2)反密码区
与氨基酸接受区相对的一般含有 7个核苷酸残
基的区域，其中正中的 3个核苷酸残基称为反
密码
（ 3） T?C区
该区与二氢尿嘧啶区相对,假尿嘧啶核
苷 — 胸腺嘧啶核糖核苷环 (T?C)由 7个核苷酸
组成，通过由 5对碱基组成的双螺旋区 (T?C
臂 )与 tRNA的其余部分相连。除个别例外，
几乎所有 tBNA在此环中都含有 T?C 。
(4)可变区
位于反密码区与 T?C区之间，不同的 tRNA该
区变化较大。
tRNA的三级结构
? 在三叶草型二级结构的基础上，突环上未
配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，
目前已知的 tRNA的三级结构均为倒 L型
性质
（一）一般性质,
分子大小,DNA Mr 106～ 1010或更大，
RNA Mr 104～ 106或更大
性状,DNA为白色纤维状固体，而 RNA为
白色粉末。
溶解度,DNA和 RNA均不溶于一般的有机溶
剂，微溶于水,但它们的钠盐在水中溶解
度较大。
（二）核酸的两性性质及等电点
O
C H 2
H
H
O H
H
O H
H
O
N
NO
N H 2
P
O
O H
H O
C M P
+
H
+
O
C H 2
H
H
O H
H
O H
H
O
N
NO
N H 2
P
O
O
H O
C M P
p K a 1 = 0, 8 0
H
+
-
±
O
C H 2
H
H
O H
H
O H
H
O
N
NO
N H 2
P
O
O
H O
C M P
p K a 2 = 4, 5
-
-
O
C H 2
H
H
O H
H
O H
H
O
N
NO
N H 2
P
O
O
O
C M P
p K a 3 = 6, 4
-
-
-
-
核酸分子中既含有酸性基团（磷酸
基）也含有碱性基团（氨基），因
而核酸也具有两性性质。一般呈酸
性，（在中性溶液中带负电荷），
微溶于水，不溶于有机溶剂。
pK1? = 0.9
第一磷酸基
pK3? = 6.2
第二磷酸基
pK2? = 3.7
含氮环
腺嘌呤核苷酸
pK1? = 0.7
第一磷酸基
pK3? = 6.1
第二磷酸基
pK2? = 3.7
含氮环
烯醇式羟基
鸟嘌呤核苷酸
（三）核酸的水解
pK1? = 0.8
第一磷酸基
pK3? = 6.3
第二磷酸基
pK2? = 4.3
含氮环
胞嘧啶核苷酸
pK1? = 1.0
第一磷酸基 pK3? = 6.4
第二磷酸基
烯醇式羟基
尿嘧啶核苷酸
（四）紫外吸收
在核酸分子中，由
于嘌呤碱和嘧啶碱
具有共轭双键体系，
因而具有独特的紫
外线吸收光谱，一
般在 260nm左右有
最大吸收峰，可以
作为核酸及其组份
定性和定量测定的
依据。
（五）变性、复性与杂交
1、变性
是指核酸双螺旋区的多聚核苷酸链间的氢键断裂，变成单链结构的过程。
部分双螺旋解开 无规则线团 链内碱基配对
这是一个是跃变过程，伴有 A260增加（增色效应）,DNA的功能丧失。 温
度升高；酸碱度改变,pH（ >11.3或 <5.0）；有机溶剂如甲醛和尿素、甲
酰胺等；低离子强度都可引起变性。
2、复性
在一定条件下，变性 DNA 单链间碱基重新配对恢复双螺旋结构，伴有
A260减小（减色效应 ）,DNA的功能恢复。
3、杂交
不同来源的 DNA单链间或单链 DNA与 RNA之间只要有碱基配对的区域，在
复性时可形成局部双螺旋区，称核酸分子杂交（ hybridization）
Tm,熔解温度（ melting temperature）
DNA的变性发生在一个很窄的温度范围内，通常把热变性过程中
A260达到最大值一半时的温度称为该 DNA的熔解温度，用 Tm表示。
Tm的大小与 DNA分子中（ G+C）的百分含量成正相关，测定 Tm值可
推算核酸碱基组成及判断 DNA纯度。
