答疑预告
内容：第 1章 ----第 6章
时间,10月 7日上午 8,30----11,00
地点：逸夫楼 3011
第 4章 核酸
Nucleic acids
本章主要内容
? 核酸的化学组成
? 核酸的结构
? 核酸的理化性质
核酸 （ Nucleic acids） —— 19世纪 60年代，由 Miescher发现。
1889年 Altmann将其纯化，证明核酸是含磷的酸性生物大分子。 20世
纪 40年代,Avery确定核酸是 遗传信息的载体，普遍存在于生命有机
体中。
脱氧核糖核酸,DNA （ Deoxyribonucleic Acid）,在原核细胞是
核质的成分，在真核细胞 DNA与蛋白质结合形成染色体，少量存在于
线粒体。一个生命有机体的每个体细胞（除生殖细胞外）都含有相同
质和量的 DNA，包含了它的全部遗传信息。
核糖核酸,RNA （ Ribonucleic Acid） 主要存在于胞液内，真核细
胞的核仁和线粒体也含有少量 RNA。 RNA的量是变动的 。 主要有信使
RNA（ mRNA）,转运 RNA（ tRNA） 和核糖体 RNA（ rRNA） 。
病毒或者是 DNA病毒或者是 RNA病毒。
1.核酸的化学组成
核酸,DNA或 RNA，经核酸酶水解生成单核苷酸。
单核苷酸是组成核酸的基本单位。
核苷酸进一步分解生成碱基、核糖（或脱氧核糖）和磷酸。
核酸 低聚核苷酸 单核苷酸
磷酸
核苷
碱基
核糖
核酸的水解过程
1.1 碱基 (base)
尿 嘧 啶 （ U r a c i l, U ） 胸 腺 嘧 啶 （ T h y m i n e, T ） 胞 嘧 啶 （ C y t o s i n e, C ）
H N 3
C 2
N
H
1 C H6
C H5
C
4
O
O
H N 3
C
2
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1 C H6
C5
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4
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C H 3
N 3
C 2
N
H
1 C H6
C H5
C
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C H8
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7
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H 2 N
腺 嘌 呤 （ A d e n i n e,A ） 鸟 嘌 呤 （ G u a n i n e,G ）
核酸中的嘧啶碱基
核酸中的嘌呤碱基
H N
H C
N
C
C
C
N
H
C H
N
O
H N
C
N
H
C
C
C
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C
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H
C
C
C
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H
C
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N
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O
O
次 黄 嘌 呤 黄 嘌 呤 尿 酸
其他的稀有碱基
1.2 核糖 (ribose)
1 ?
2 ?3 ?
O
4 ?
HO H
HH
H
C H 2 O H
5 ?
H
O H
1 ?
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HH
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C H 2 O H
5 ?
H
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核 糖 （ D - r i b o s e ） 脱 氧 核 糖 （ 2 ′ - d e o x y - D - r i b o s e ）
DNA含脱氧核糖
RNA含核糖
1.3 核苷
(nucleoside)
N
N
N
9
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2
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HH
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腺 嘌 呤 脱 氧 核 苷 鸟 嘌 呤 脱 氧 核 苷 胞 嘧 啶 脱 氧 核 苷 胸 腺 嘧 啶 脱 氧 核 苷
N
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腺 嘌 呤 核 苷 鸟 嘌 呤 核 苷 胞 嘧 啶 核 苷 尿 嘧 啶 核 苷
C H
3
核苷（上）与脱氧核苷（下）
1.4 核苷酸
(nucleotide)
核糖核苷酸（上）与脱氧核糖核苷酸（下）
N
N
N
9
N
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2
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5 ? 腺 嘌 呤 核 苷 酸 5 ? 鸟 嘌 呤 核 苷 酸 5 ? 胞 嘧 啶 核 苷 酸 5 ? 尿 嘧 啶 核 苷 酸
P
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P
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C H
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5 ? 腺 嘌 呤 脱 氧 核 苷 酸 5 ? 鸟 嘌 呤 脱 氧 核 苷 酸 5 ? 胞 嘧 啶 脱 氧 核 苷 酸 5 ? 胸 腺 嘧 啶 脱 氧 核 苷 酸
P
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O
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3
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O
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P- O
O -
O
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C H
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O
O HO
HH
H
C H 2
H
O
P
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-
O
腺嘌呤核苷三磷酸（ ATP） 3′,5′- 环状腺苷酸（ cAMP）
DNA RNA
嘌呤碱
腺嘌呤 腺嘌呤
鸟嘌呤 鸟嘌呤
嘧啶碱
胞嘧啶 胞嘧啶
胸腺嘧啶 尿嘧啶
戊糖 D-2′-脱氧核糖 D-核糖
酸 磷酸 磷酸
DNA分子和 RNA分子中化学组成的差别总结
2.核酸的结构
2.1 核酸中核苷酸的连结方式
DNA片段 RNA片段
注意
核苷酸之间的连接方式
是 3’,5’-磷酸二酯键
2.2 DNA
DNA分子的大小
天然存在的 DNA分子最显著的特点是很长，分子质量很大，一般在
106-1010 。
DNA的碱基组成有如下特点：
?具有种的特异性。
?没有器官和组织的特异性。
?在同一种 DNA中,A=T, G = C+m5C，即 A+G = T+C+mC，
?即 嘌呤碱基的总摩尔数与嘧啶碱基的总摩尔数相等 —— 碱基当量
定律又称 Chargaff原则。
?年龄、营养状况、环境的改变不影响 DNA的碱基组成。
2.3 RNA
mRNA,占细胞中 RNA总量的 3%-5%，分子量大小不一，不稳定，
代谢活跃，更新迅速，是合成蛋白质的模板。
rRNA,细胞中含量最多的 RNA，核糖体的组成成分。
tRNA,约占细胞中 RNA总量的 15%。约由 75-90个核苷酸组成。蛋
白质合成中携带活化的氨基酸
RNA的碱基组成,A,G,C,U,含少量的稀有碱基
RNA分子的类型,mRNA,rRNA,tRNA
2.4 核酸的一级结构
2.5 DNA的二级结构
Watson and Crick
双螺旋结构模型
?DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷
酸链 (简称 DNA单链 )组成。
?两条链沿着同一根轴平行盘绕，形
成右手双螺旋结构。两条链方向相反。
?碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧
核糖基位于螺旋外侧。
?螺旋的直径约为 2nm，一圈螺旋包
含 10对碱基，其高度为 3.4nm。碱基平
面之间的垂直距离 0.34nm。
?在 DNA分子中，根据 Chargaff原则，
碱基之间具有严格的互补配对规律,A
和 T之间形成两对氢键,G与 C之间形成
三对氢键
A与 T之间 2对氢键 G与 C之间 3对氢键
Watson和 Crick所提出的
模型称为 B-DNA。
不同构型的 DNA
B型是最稳定的构型
1957年发现在基因的调控区或染色质的
重组部位有 DNA的三螺旋结构
2.6 超螺旋 DNA
指 DNA双螺旋通过弯曲和扭转所形成的特定构象,即 DNA的三级结构
B是松弛型的闭合环 C是由于缠绕不足
形成的负超螺旋
A 是线性的 DNA分子
真核生物内,DNA以致密形式存在于细
胞核的染色体中。
染色体的基本单位是核小体 (nucleosome)
核小体：由 DNA和组蛋白共同构成。
核心组蛋白,4种组蛋白 (H2A,H2B,
H3,H4)形成的 8聚体
DNA：以负超螺旋缠绕在核心组蛋白上
H1在核小体之间起连接作用
染色体的基本单位是核小体 (nucleosome)
核小体的串珠状结构
在 RNA单链分子中常可以见到局部区域碱基互补
形成的螺旋结构，称为“茎环”结构或“发卡”结构
tRNA
RNA的结构
3.核酸的性质
3.1 紫外吸收的特性
嘌呤和嘧啶在 260
nm有特异的吸收峰,这
个性质用于核酸的分
析
3.2 溶解性
溶于偏碱的溶剂中，可以为乙醇沉淀，容易受机械作用力而断
裂。
3.3 黏性
DNA溶液有高度的黏性
3.4 DNA分子的变性
DNA双螺旋的有序结构受各种理化因子，如热、酸碱、变性剂、有机
溶剂以及稀释的作用，转变为无规则的线团结构。
变性的特征
增色效应,黏度和比旋下降，沉
降系数增加，生物学活性丧失
DNA解链曲线
增色效应 (hyperchromic effect) 核
酸分子加热变性时，其在 260nm处的
紫外吸收急剧增加的现象。
Tm值, 当紫外吸收变化达到最大变
化的半数值时，此时所对应的温度称
为熔解温度（ Tm ）、变性温度或中
点解链温度。
影响 Tm值的因素
1.溶液的性质 2.DNA中碱基组成的影响
大肠杆菌 DNA在不同浓度 KCl溶液下的熔融温度曲线
3.4 复性
复性：变性 DNA分开的两股链在
适当条件下重新生成双链结
构的过程
退火 （ annealing）,热变性的
DNA经缓慢冷却复性的过程 。
3.5 分子杂交
当两条不同来源的 DNA（或 RNA）链或 DNA链
与 RNA链之间存在互补的碱基序列时，在一定条件
下可以通过互相配对形成双螺旋分子，这种分子称
为 杂交分子 。形成杂交分子的过程称为 分子杂交
（ molecular hybridization） 。
核酸探针（ nucleic acid probe）,某一具有
特定序列并且用同位素或其他化学方法标记
的 DNA或 RNA片段。通常是人工合成的。
分子杂交图
3.5 分子杂交技术的应用
?通过同源性比较,研究不同物种或个体 DNA之间的亲缘关系；
?通过杂交的严紧性,发现基因的缺失或突变；
?通过标记信号的强度,测定某种遗传信息量的多少；
?证明某种疾病 (如肿瘤 )是否与某种基因 (如病毒基因 )有关。
利用核酸探针，可以：
?用于鉴定 DNA的 Southern印迹技术
?用于鉴定 RNA的 Northern印迹技术
?原位杂交技术
?基因芯片技术等
将在第 17章中介绍
以分子杂交为基础建立起的分子生物学研究技术有：
本章结束
内容：第 1章 ----第 6章
时间,10月 7日上午 8,30----11,00
地点：逸夫楼 3011
第 4章 核酸
Nucleic acids
本章主要内容
? 核酸的化学组成
? 核酸的结构
? 核酸的理化性质
核酸 （ Nucleic acids） —— 19世纪 60年代，由 Miescher发现。
1889年 Altmann将其纯化，证明核酸是含磷的酸性生物大分子。 20世
纪 40年代,Avery确定核酸是 遗传信息的载体，普遍存在于生命有机
体中。
脱氧核糖核酸,DNA （ Deoxyribonucleic Acid）,在原核细胞是
核质的成分，在真核细胞 DNA与蛋白质结合形成染色体，少量存在于
线粒体。一个生命有机体的每个体细胞（除生殖细胞外）都含有相同
质和量的 DNA，包含了它的全部遗传信息。
核糖核酸,RNA （ Ribonucleic Acid） 主要存在于胞液内，真核细
胞的核仁和线粒体也含有少量 RNA。 RNA的量是变动的 。 主要有信使
RNA（ mRNA）,转运 RNA（ tRNA） 和核糖体 RNA（ rRNA） 。
病毒或者是 DNA病毒或者是 RNA病毒。
1.核酸的化学组成
核酸,DNA或 RNA，经核酸酶水解生成单核苷酸。
单核苷酸是组成核酸的基本单位。
核苷酸进一步分解生成碱基、核糖（或脱氧核糖）和磷酸。
核酸 低聚核苷酸 单核苷酸
磷酸
核苷
碱基
核糖
核酸的水解过程
1.1 碱基 (base)
尿 嘧 啶 （ U r a c i l, U ） 胸 腺 嘧 啶 （ T h y m i n e, T ） 胞 嘧 啶 （ C y t o s i n e, C ）
H N 3
C 2
N
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1 C H6
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腺 嘌 呤 （ A d e n i n e,A ） 鸟 嘌 呤 （ G u a n i n e,G ）
核酸中的嘧啶碱基
核酸中的嘌呤碱基
H N
H C
N
C
C
C
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N
O
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次 黄 嘌 呤 黄 嘌 呤 尿 酸
其他的稀有碱基
1.2 核糖 (ribose)
1 ?
2 ?3 ?
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C H 2 O H
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核 糖 （ D - r i b o s e ） 脱 氧 核 糖 （ 2 ′ - d e o x y - D - r i b o s e ）
DNA含脱氧核糖
RNA含核糖
1.3 核苷
(nucleoside)
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腺 嘌 呤 核 苷 鸟 嘌 呤 核 苷 胞 嘧 啶 核 苷 尿 嘧 啶 核 苷
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核苷（上）与脱氧核苷（下）
1.4 核苷酸
(nucleotide)
核糖核苷酸（上）与脱氧核糖核苷酸（下）
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5 ? 腺 嘌 呤 脱 氧 核 苷 酸 5 ? 鸟 嘌 呤 脱 氧 核 苷 酸 5 ? 胞 嘧 啶 脱 氧 核 苷 酸 5 ? 胸 腺 嘧 啶 脱 氧 核 苷 酸
P
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3
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H C
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腺嘌呤核苷三磷酸（ ATP） 3′,5′- 环状腺苷酸（ cAMP）
DNA RNA
嘌呤碱
腺嘌呤 腺嘌呤
鸟嘌呤 鸟嘌呤
嘧啶碱
胞嘧啶 胞嘧啶
胸腺嘧啶 尿嘧啶
戊糖 D-2′-脱氧核糖 D-核糖
酸 磷酸 磷酸
DNA分子和 RNA分子中化学组成的差别总结
2.核酸的结构
2.1 核酸中核苷酸的连结方式
DNA片段 RNA片段
注意
核苷酸之间的连接方式
是 3’,5’-磷酸二酯键
2.2 DNA
DNA分子的大小
天然存在的 DNA分子最显著的特点是很长，分子质量很大，一般在
106-1010 。
DNA的碱基组成有如下特点：
?具有种的特异性。
?没有器官和组织的特异性。
?在同一种 DNA中,A=T, G = C+m5C，即 A+G = T+C+mC，
?即 嘌呤碱基的总摩尔数与嘧啶碱基的总摩尔数相等 —— 碱基当量
定律又称 Chargaff原则。
?年龄、营养状况、环境的改变不影响 DNA的碱基组成。
2.3 RNA
mRNA,占细胞中 RNA总量的 3%-5%，分子量大小不一，不稳定，
代谢活跃，更新迅速，是合成蛋白质的模板。
rRNA,细胞中含量最多的 RNA，核糖体的组成成分。
tRNA,约占细胞中 RNA总量的 15%。约由 75-90个核苷酸组成。蛋
白质合成中携带活化的氨基酸
RNA的碱基组成,A,G,C,U,含少量的稀有碱基
RNA分子的类型,mRNA,rRNA,tRNA
2.4 核酸的一级结构
2.5 DNA的二级结构
Watson and Crick
双螺旋结构模型
?DNA分子由两条多聚脱氧核糖核苷
酸链 (简称 DNA单链 )组成。
?两条链沿着同一根轴平行盘绕，形
成右手双螺旋结构。两条链方向相反。
?碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧
核糖基位于螺旋外侧。
?螺旋的直径约为 2nm，一圈螺旋包
含 10对碱基，其高度为 3.4nm。碱基平
面之间的垂直距离 0.34nm。
?在 DNA分子中，根据 Chargaff原则，
碱基之间具有严格的互补配对规律,A
和 T之间形成两对氢键,G与 C之间形成
三对氢键
A与 T之间 2对氢键 G与 C之间 3对氢键
Watson和 Crick所提出的
模型称为 B-DNA。
不同构型的 DNA
B型是最稳定的构型
1957年发现在基因的调控区或染色质的
重组部位有 DNA的三螺旋结构
2.6 超螺旋 DNA
指 DNA双螺旋通过弯曲和扭转所形成的特定构象,即 DNA的三级结构
B是松弛型的闭合环 C是由于缠绕不足
形成的负超螺旋
A 是线性的 DNA分子
真核生物内,DNA以致密形式存在于细
胞核的染色体中。
染色体的基本单位是核小体 (nucleosome)
核小体：由 DNA和组蛋白共同构成。
核心组蛋白,4种组蛋白 (H2A,H2B,
H3,H4)形成的 8聚体
DNA：以负超螺旋缠绕在核心组蛋白上
H1在核小体之间起连接作用
染色体的基本单位是核小体 (nucleosome)
核小体的串珠状结构
在 RNA单链分子中常可以见到局部区域碱基互补
形成的螺旋结构，称为“茎环”结构或“发卡”结构
tRNA
RNA的结构
3.核酸的性质
3.1 紫外吸收的特性
嘌呤和嘧啶在 260
nm有特异的吸收峰,这
个性质用于核酸的分
析
3.2 溶解性
溶于偏碱的溶剂中，可以为乙醇沉淀，容易受机械作用力而断
裂。
3.3 黏性
DNA溶液有高度的黏性
3.4 DNA分子的变性
DNA双螺旋的有序结构受各种理化因子，如热、酸碱、变性剂、有机
溶剂以及稀释的作用，转变为无规则的线团结构。
变性的特征
增色效应,黏度和比旋下降，沉
降系数增加，生物学活性丧失
DNA解链曲线
增色效应 (hyperchromic effect) 核
酸分子加热变性时，其在 260nm处的
紫外吸收急剧增加的现象。
Tm值, 当紫外吸收变化达到最大变
化的半数值时，此时所对应的温度称
为熔解温度（ Tm ）、变性温度或中
点解链温度。
影响 Tm值的因素
1.溶液的性质 2.DNA中碱基组成的影响
大肠杆菌 DNA在不同浓度 KCl溶液下的熔融温度曲线
3.4 复性
复性：变性 DNA分开的两股链在
适当条件下重新生成双链结
构的过程
退火 （ annealing）,热变性的
DNA经缓慢冷却复性的过程 。
3.5 分子杂交
当两条不同来源的 DNA（或 RNA）链或 DNA链
与 RNA链之间存在互补的碱基序列时，在一定条件
下可以通过互相配对形成双螺旋分子，这种分子称
为 杂交分子 。形成杂交分子的过程称为 分子杂交
（ molecular hybridization） 。
核酸探针（ nucleic acid probe）,某一具有
特定序列并且用同位素或其他化学方法标记
的 DNA或 RNA片段。通常是人工合成的。
分子杂交图
3.5 分子杂交技术的应用
?通过同源性比较,研究不同物种或个体 DNA之间的亲缘关系；
?通过杂交的严紧性,发现基因的缺失或突变；
?通过标记信号的强度,测定某种遗传信息量的多少；
?证明某种疾病 (如肿瘤 )是否与某种基因 (如病毒基因 )有关。
利用核酸探针，可以：
?用于鉴定 DNA的 Southern印迹技术
?用于鉴定 RNA的 Northern印迹技术
?原位杂交技术
?基因芯片技术等
将在第 17章中介绍
以分子杂交为基础建立起的分子生物学研究技术有：
本章结束
