第一部分 蛋白质、核酸的结构性质和功能及
遗传信息的存储、传递与表达
一,蛋白质, 核酸 概述
二,蛋白质、核酸的 基本结构单位
三、蛋白质、核酸的 结构
四、蛋白质、核酸 结构和功能的关系
五、蛋白质、核酸的 化学性质
六,遗传信息的传递方向和规律（ 核酸蛋白质
的生物合成 ）
二,蛋白质、核酸的基本结构单位
1,氨基酸, 核苷酸 的结构和分类
2,氨基酸、核苷酸性质
?两性解离及等电点 （ pI）
?光学性质
?化学反应
3、基本结构单位间的连接键及特征
?蛋白质,肽键 和 肽
?核酸,3 ?, 5 ?— 磷酸二酯键
三、蛋白质、核酸的结构
2,高级结构
（ 1）基本概念
构型和 构象 ； 维持构象的作用力 ；
蛋白质分子中的 肽平面, 肽单位 和 二面角
1,一级结构
概念 ；链的走向规定； 特点
一级结构的测定 及 研究意义
（ 2）蛋白质、核酸空间结构结构层次
蛋白质, 二级结构
超二级结构
结构域
三级结构
四级结构
核 酸,DNA的二级结构和三级结构
RNA的类别及其二级结构和三级结构
四、蛋白质、核酸结构和功能的关系
蛋白质、核酸复杂的组成和结构是其多种多样生物学功能的基础；
而它们各自独特的性质和功能则是其结构的反映。它们的一级结构包含了
其分子的所有信息，并决定其高级结构，高级结构和其功能密切相关 。
? 蛋白质结构与功能的关系实例,
同功能蛋白质结构的种属差异与保守性
蛋白质前体的激活
核糖核酸酶的变性与复性
血红蛋白变构和输送氧的功能
血红蛋白异常病变 — 镰刀型贫血病
? 核酸结构与功能的关系
核酸是遗传物质，其结构和功能的关系主要体现在遗传信息传递
的 中心法则 之中
五、蛋白质、核酸的化学性质
1 大分子特性
蛋白质的 胶体性质 和 沉淀 （盐析法，透析法）
核酸的沉降特性 ( 沉降系数 S)
2 两性解离性质 (pI)
3 紫外吸收
4 变性 与 复性 ；
核酸分子 杂交, 增色效应, 减色效应, Tm
5 颜色反应
蛋白质：茚三酮反应；双缩脲反应：酚试剂反应
核酸,DNA 与二苯胺反应,
RNA与甲基间苯二酚反应
第二章 蛋白质化学
主要内容, 介绍氨基酸的结构, 分类,
性质及肽的概念, 重点讨论蛋白质的结构,
性质以及结构和功能的相互关系 。
思考 ?
目录
第一节 蛋白质元素组成及生理功能
第二节 蛋白质的基本结构单位 ── 氨基酸
第三节 肽
第四节 蛋白质的分子结构
第五节 蛋白质的分子结构与功能的关系
第六节 蛋白质的重要性质
第七节 蛋白质分类 （自学） 思考 ?
蛋白质主要元素组成, C,H,O,N,S 及 P,Fe、
Cu,Zn,Mo,I,Se 等微量元素。
蛋白质平均含 N量为 16％,这是 凯氏定
氮法 测蛋白质含量的理论依据,
蛋白质含量＝蛋白质含 N量 × 6.25
蛋白质的基本结构单位 ──氨基酸
? 构成蛋白质的氨基酸的结构通式
? 蛋白质氨基酸, 稀有的蛋白质氨基酸和非
蛋白质氨基酸的概念
? 二十种常见的蛋白质氨基酸分类、结构及
三字符号
蛋白质氨基酸的结构通式
? ?
氨基酸、核苷酸的光学性质
氨基酸,
? 除 甘氨酸 外，所有天然 α-氨基酸都有不对称碳原子，因此所
有天然氨基酸都具有旋光性。
? 参与蛋白质组成的 20种氨基酸中 色氨酸 (Trp),酪氨酸 (Tyr)
和 苯丙氨酸 (Phe)的 R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区
（ 220-300nm） 显示特征的吸收谱带，最大光吸收（ ?max） 分别
为 279,278,和 259nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残
基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量 。
核苷酸,
?核苷酸分子中的 嘌呤, 嘧啶 含有共轭双键系统，在紫外光区 -
260nm显示特征的吸收谱带。
生物体内的氨基酸类别
蛋白质氨基酸, 蛋白质中常见的 20种氨基酸
稀有的蛋白质氨基酸, 蛋白质组成中, 除上述 20
种常见氨基酸外, 从少数蛋白质中还分离出一些稀有
氨基酸, 它们都是相应常见氨基酸的衍生物 。 如 4-羟
脯氨酸, 5-羟赖氨酸等 。
非蛋白质氨基酸, 生物体内呈游离或结合态的氨
基酸 。 如瓜氨酸, 鸟氨酸等 。
二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号
据营养
学分类
必需 ＡＡ
非必需 ＡＡ
据 R基团化
学结构分类
脂肪族 Ａ A
芳香族 Ａ A(Phe,Tyr,Trp)
杂环 ＡＡ (His,Pro、
Trp)
据 R基团
极性分类
极性 R基团 AA
非极性 R基团 AA（８ 种）
不带电荷 （７ 种）
带电荷
带正电荷 （３ 种）
带负电荷 （２ 种）
据氨基、羧
基数分类
一氨基一羧基ＡＡ
一氨基二羧基ＡＡ (Glu,Asp)
二氨基一羧基ＡＡ (Lys,His,Arg)
人的必需氨基酸
Lys Trp Phe Val Met Leu
Ile Thr
Arg,His
非极性 R基团氨基酸
（ CHNH2-COOH）
不带电荷极性 R基团氨基酸
（ CHNH2-COOH）
带电荷 R基团氨基酸
氨基酸的重要化学反应
? 与茚三酮反应,用于氨基酸定量定性测定,
?与 2,4一二硝基氟苯 (DNFB)的反应 （ sanger反应 ）,用于
蛋白质 N-端测定,
?与苯异硫氰酯 （ PITC） 的反应 （ Edman反应 ）, 用于蛋白
质 N-端测定, 蛋白质顺序测定仪设计原理的依据 。
氨基酸的两性解离性质及等电点 （ pI）
pH = pI
净电荷 =0
pH< pI
净电荷为正
pH > pI
净电荷为负
CH
R
COOH
NH3+ CH
R
COO
NH2 CH
R
COO
NH3+
+ H+
+ OH+
+ H+
+ OH+
(pK′1) (pK′2)
当氨基酸溶液在某一定 pH值时, 使某特定氨基酸分子上所带正负
电荷相等, 成为两性离子, 在电场中既不向阳极也不向阴极移动, 此
时溶液的 pH值即为该氨基酸的 等电点 。
氨基酸等电点的计算
可见, 氨基酸的 pI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧
的基团 pK′值之和的二分之一 。
pI= 2
pK′1+pK′2 一氨基一羧基 AA
的等电点计算,
pI= 2
pK′2+pK′R 二氨基一羧基 AA
的等电点计算,
pI= 2
pK′1+pK′R 一氨基二羧基 AA
的等电点计算,
丙氨酸等电点的计算
Try
Tyr
Phe
的
紫
外
吸
收
光
谱
摩
尔
吸
收
系
数
波长
氨基酸与茚三酮反应
+
3H20
茚三酮 (无色 )
NH3
CO2
RCHO
+
还原性茚三酮
紫色化合物
(弱酸 )
加热
+ 2NH3 +
还原性茚三酮 还原性茚三酮
氨基酸与 2,4一二硝基氟苯 (DNFB)的反应
（ sanger反应）
DNFB（ dinitrofiuorobenzene）
DNP-AA(黄色 )
+
+ HF
弱硷中
氨基酸
氨基酸与苯异硫氰酯（ PITC） 的反应
（ Edman反应）
PITC（ phenylisothiocyanate）
+
苯乙内酰硫脲衍生物 (PTH-AA)
（ phenylisothiohydantion-AA）
弱硷中
(400 C)
(硝基甲烷 400 C)
H+
第三节 肽
一, 肽 (peptide)和肽键 (peptide bend)的概念
二, 肽的重要性质
酸碱性质, 重要化学反应类似于氨基酸性质
三, 天然存在的活性肽
生理活性肽的功能类别：激素, 抗菌素, 辅助因子
实例,谷胱甘肽 (glutathione)
短杆菌肽
促甲状腺素释放因子 （ TRH）
?-天冬氨酸 -L-苯丙氨酸甲酯（甜味剂）
肽和肽键的形成
肽单位 肽键
肽平面
肽单位
谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程, 作为某些氧化还
原酶的辅因子, 或保护巯基酶, 或防止过氧化物积累 。
重要的天然活性肽：谷胱甘肽
促甲状腺素释放因子
（ TRH）
两种重要的天然活性肽
短杆菌肽 S
蛋
白
质
的
空
间
结
构
二级结构 超二级结构 结构域
三级结构 四级结构
一、蛋白质的结构层次的划分
一级结构 化学结构
二级结构
超二级结构和结构域
三级结构
四级结构
空间构象
蛋白质的一级结构
多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白
质的一级结构 (primary structure)。 这是蛋白质最基本的结构，
它内寓着决定蛋白质高级结构和生物功能的信息。一级结构的
走向规定为 N-端 ? C-端 。
例,牛胰岛素的一级结构
N-端
N-端
C-端
C-端
蛋白质 一级结构测定
基本战略,片段重叠法＋氨基酸顺序直测法
要点,
?测定蛋白质的分子量及其氨基酸组分
?测定肽键的 N－ 末端和 C－ 末端
?应用两种或两种以上的肽键内切酶分别在多肽键的专一位点上
断裂肽键；也可用溴化氰法专一性地断裂甲硫氨酸位点，从而得
到一系列大小不等的肽段。
?分离提纯所产生的肽段，并分别测定它们的氨基酸顺序
?将这些肽段的顺序进行跨切口重叠，进行比较分析，推断出蛋
白质分子的全部氨基酸序列。
将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序
将肽段分离并测出顺序
专一性裂解
末端氨基酸测定
拆开二硫键
纯蛋白质 蛋白质顺序测
定基本战略
三,蛋白质的空间构象和维持构象的作用力
(1) 蛋白质的构象（ conformation）
(2) 多肽链折叠的空间限制因素
肽平面和二面角
Ｒ基团间的相互作用
水分子的作用
(3) 稳定蛋白质构象的作用力 亚基 四级结构
? -折叠片
?-螺旋体
三级
结构
松散肽段
? -折叠片
?-螺旋体
亚基
三级结构
四级结构
蛋白质分子的构象
松散肽段
核酸分子的构象
DNA二级结构
rRNA二级结构
tRNA三级结构
二面角
二面角
两相邻酰胺平面之间, 能以共同的 Cα
为定点而旋转, 绕 Cα-N键旋转的角度称 φ
角, 绕 C-Cα键旋转的角度称 ψ角 。 φ和 ψ称
作二面角, 亦称构象角 。
多肽链
维持蛋白质分子构象的作用力
a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范得华力 e.二硫键
蛋白质的二级结构
? α － 螺旋 （ α － helix）
? β－ 折叠 （ β-pleated sheet）
? β－ 转角 （ β-turn）
? 无规则卷曲 （ nonregular coil）
蛋白质的二级结构（ secondary structure） 指肽链
主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主
轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象
单元．主要有以下类型,
特征, 1,每隔 3.6个 AA残
基螺旋上升一圈, 螺距
0.54nm;
2, 螺旋体中所有氨
基酸残基侧链都伸向外侧,
链中的全部 >C=0 和 >N-H几
乎都平行于螺旋轴 ;
3,每个氨基酸残基的
>N-H与前面第四个氨基酸残
基的 >C=0形成氢键, 肽链上
所有的肽键都参与氢键的形
成 。
形成因素, 与ＡＡ组成和排
列顺序直接相关。
多态性, 多数为右手 （ 较稳
定 ）, 亦有少数左手螺旋存
在 （ 不稳定 ）
α－ 螺旋（ α－ helix）
β － 折叠（ β -pleated sheet）
特征, 两条或多
条伸展的多肽链
（ 或一条多肽链
的若干肽段 ） 侧
向集聚, 通过相
邻肽链主链上的
N-H与 C=O之间有
规则的氢键, 形
成锯齿状片层结
构, 即 β － 折叠
片 。
类别, 平行
反平行
β － 转角（ β -turn）
特征, 多肽
链 中 氨 基 酸
残基 n的羰基
上 的 氧 与 残
基 （ n+3） 的
氮 原 上 的 氢
之 间 形 成 氢
键, 肽 键 回
折 1800 。
无
规
则
卷
曲
示
意
图
无规则卷曲
细胞色素 C的三级结构
蛋白质的超二级结构
蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个 α － 螺旋或
β － 折叠或 β － 转角）组合在一起，形成有规则的、在
空间上能辩认的二级结构组合体称为蛋白质的 超二级结
构 （ supersecondary structure),
主要组合方式,αα； β × β ； βββ
超二级结构类型
βββ
αα β × β
1 2 3 4 5 5 2 3 4 1
蛋白质的结构域
在二级结构的基础上, 多肽进一步卷曲折叠成几个相对独立,
近似球形的三维实体, 再由两个或两个以上这样的三维实体缔合
成三级结构, 这种相对独立的三维实体称为 结构域 （ structure
domain） 。 形成意义如下,
?动力学上更为合理
?蛋白质 （ 酶 ） 活性部位常位于结构域之间, 使其更具柔性,
?-螺旋
?-转角 ?-折叠
二硫键 结构域 1
结构域 2
两个铁原子
蚯蚓血红蛋白中四个 ?-
螺旋组成的结构域
免疫球蛋白 VL β -折叠结
构域
α+β结构域
乳酸脱氢酶结构域 1
α /β结构域
丙酮酸激酶结构域 4 3-P-甘油醛脱氢酶结构域 2
木瓜蛋白酶结构域 1 木瓜蛋白酶结构域 2
无规则卷曲 + α -螺旋结构域 无规则卷曲 +β-回折结构域
蛋白质的三级结构
多肽键在二级结构的基础上, 通过侧链基团的相互
作用进一步卷曲折叠, 借助次级键维系使 α － 螺旋, β
－ 折叠片, β－ 转角等二级结构相互配置而 形成特定的
构象 。 三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间
上的重新排布 。
实例,肌红蛋白
核糖核酸酶
肌
红
蛋
白
三
级
结
构
核糖核酸酶三级结构示意图
N
His12
C
His119
Lys41
蛋白质的四级结构
四级结构是指由相同或不同的称作亚基 （ subunit）
的亚单位按照一定排布方式聚合而成的蛋白质结构, 维持
四级结构稳定的作用力主要是疏水键, 离子键, 氢键, 范
得华力等次级键 。 亚基本身都具有球状三级结构, 一般只
包含一条多肽链, 也有的由二条或二条以上由二硫键连接
的肽链组成 。
实例,血红蛋白
烟草花叶病毒的外壳蛋白四级结构
血红蛋白四级结构
烟草花叶病毒外壳蛋白四级结构的自我组装
第五节 蛋白质的分子结构与功能的关系
一, 一级结构决定高级结构, 也
决定蛋白质的功能
二, 高级构象决定蛋白质的功能
一级结构决定高级结构,
也决定蛋白质的功能
1,蛋白质一级结构的种属差异与同源性
实例,细胞色素Ｃ
2,蛋白质一级结构的变异与分子病
实例,血红蛋白质异常病变 ? 镰刀型贫血 病
3,蛋白质前体的激活与一级结构
实例,胰岛素原的激活
高级构象决定蛋白质的功能
1, 蛋白质高级构象破坏, 功能丧失
实例,核糖核酸酶的变性与复性
2, 蛋白质在表现生物功能时, 构象发生
一定变化 （ 变构效应 ）
实例,血红蛋白的变构效应和输氧功能
不同生物与人的 Cytc的 AA差异数目
生物 与人不同的 AA数目
黑猩猩 0
恒河猴 1
兔 9
袋鼠 10
牛、猪、羊、狗 11
马 12
鸡、火鸡 13
响尾蛇 14
海龟 15
金枪鱼 21
角饺 23
小蝇 25
蛾 31
小麦 35
粗早链孢霉 43
酵母 44
不
同
生
物
来
源
的
细
胞
色
素
c
中
不
变
的
AA
残
基
14
10
6
100
1
34
32
30
29
27
18
17
67
59
52
51
48
45 41
38
87
84
82
80
70
68
91
Gly
Gly
Phe
Cys
Gly
Gly
Gly
Arg
Lys
Gly
Cys
Lys
Phe
His
Pro Leu
Gly
Arg
Tyr
Ala
Asn
Trp
Tyr 70
75
80
Lys
Lys
Lys
Pro
Pro
Tyr
Ile
Gly
Thr
Met
Asn
Leu
血红素
细胞色素 c分子的空间结构
不变 的 AA残基
35个不变的 AA残基，是 Cyt C 的生物功能所不
可缺少的。其中有的可能参加维持分子构象；有的
可能参与电子传递；有的可能参与“识别”并结合
细胞色素还原酶和氧化酶。
正常红细胞与
镰刀形红细胞
的扫描电镜图
镰刀形
红细胞
正常红
细胞
?-链 N端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8
Hb-A（ 正常人） Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…
Hb-S（ 患 者） Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…
猪胰岛素原激活成形成胰岛素示意图
核糖核酸酶变性与复性作用
Native ribonuclease Denative reduced ribonuclease
Native ribonuclease
8 M urea and
?-mercapotoethanol
Dialysis
变性
复性
血红蛋白输氧功能和构象变化
O2
Hb
Hb- O2
O2
血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线
活动肌肉毛细
血管中的 PO2
0 20 40 60 80 100
肺泡中的 PO2
Myoglobin
Hemoglobin
第六节 蛋白质的重要性质
一, 两性解离性质及等电点
二, 蛋白质胶体性质
三,蛋白质的沉淀
四,蛋白质的变性与复性
五,蛋白质的紫外吸收特性
六,蛋白质呈色反应
蛋白质两性解离性质和等电点
pH = pI
净电荷 =0
pH< pI
净电荷为正
pH > pI
净电荷为负
Pr
COOH
NH3+
+ H+
+ OH+
+ H+
+ OH+ Pr
COO-
NH2
Pr
COO-
NH3+
当蛋白质溶液在某一定 pH值时, 使某特定蛋白质分子上所带正负
电荷相等, 成为两性离子, 在电场中既不向阳极也不向阴极移动, 此
时溶液的 pH值即为该蛋白质的 等电点 （ isoelectric point,pI） 。
蛋白质胶体性质
由于蛋白质分子量很大, 在水溶液中形成 1-100nm的
颗粒, 因而具有胶体溶液的特征 。 可溶性蛋白质分子表面分
布着大量极性氨基酸残基, 对水有很高的亲和性, 通过水合
作用在蛋白质颗粒外面形成一层 水化层, 同时这些颗粒带有
电荷, 因而蛋白质溶液是相当稳定的亲水胶体 。
蛋白质胶体性质的应用
透析法,利用蛋白质不能透过半透膜的的性质，将含有小分子杂质的蛋
白质溶液放入透析袋再置于流水中，小分子杂质被透析出，大分子蛋白质
留在袋中，以达到纯化蛋白质的目的。这种方法称为透析（ dialysis）。
盐析法,在蛋白质溶液中加入高浓度的硫酸铵、氯化钠等中性盐，可有
效地破坏蛋白质颗粒的水化层。同时又中和了蛋白质表面的电荷，从而使
蛋白质颗粒集聚而生成沉淀，这种现象称为盐析（ salting out）。
蛋白质的沉淀
如果加入适当的试剂使蛋白质分子处于等电点状态或
失去水化层 （ 消除相同电荷, 除去水膜 ）, 蛋白质胶体溶
液就不再稳定并将产生沉淀 。
沉淀方法类别,
1,高浓度中性盐 （ 盐析, 盐溶 ）
2,酸硷 （ 等电点沉淀 ）
3,有机溶剂沉淀
4,重金属盐类沉淀
5,生物碱试剂和某些酸类沉淀
6,加热变性沉淀
蛋白质变性与复性
● 蛋白质各自所特有的高级结构, 是表现其物理性质和化学特性以
及生物学功能的基础 。 当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影
响, 使其分子内部原有的高级构象发生变化时, 蛋白质的理化性质和生
物学功能都随之改变或丧失, 但并未导致其一级结构的变化, 这种现象
称为 变性作用 （ denaturation） 。
表征,生物活性丧失；物理性质 （ 溶解度, 粘度, 扩散系数, 光谱特性等 ）
和化学性质 （ 化学反应, 被酶解性 ） 改变
应用,变性灭菌, 消毒；变性制食品；抗衰老 ……
● 蛋白质的变性作用如果不过于剧烈, 则是一种可逆过程, 变性蛋白
质通常在除去变性因素后, 可缓慢地重新自发折叠成原来的构象, 恢复
原有的理化性质和生物活性, 这种现象成为 复性 （ renaturation） 。
蛋白质主要呈色反应
双缩脲反应
酚试剂反应 → 蛋白质定量, 定性
茚三酮反应 测定常用方法
双缩脲反应
蛋白质在碱性溶液中也
能与硫酸铜发生相同反应，
产生红紫色络合物 红紫色络合物
(硷性溶液 ) Cu2+
蛋白质的紫外吸收光谱
蛋白质在远紫外光
区 （ 200-230nm） 有较
大的吸收, 在 280nm有
一特征吸收峰, 可利用
这一特性对蛋白质进行
定性定量鉴定 。
蛋白质质量浓度 /（ mg/ml） =1.55A1cm - 0.76A1cm 280 260
测定范围,0.1～ 0.5mg/ml
简单蛋白质分类
结合蛋白质分类
问答题和计算题
1,为什麽说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？
2,试比较 Gly,Pro与其它常见氨基酸结构的异同, 它们对多肽链
二级结构的形成有何影响？
3,试举例说明蛋白质结构与功能的关系 （ 包括一级结构, 高级结
构与功能的关系 ） 。
4,为什么说蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体？
5,什麽是蛋白质的变性？ 变性的机制是什麽？ 举例说明蛋白质变
性在实践中的应用 。
6,已知某蛋白质的多肽链的一些节段是 ?-螺旋, 而另一些节段是 ?-
折叠 。 该蛋白质的分子量为 240 000,其分子长 5.06?10-5 cm,求分子
中 ?-螺旋和 ?-折叠的百分率 。 (蛋白质中一个氨基酸的平均分子量为
120)
名词解释
等电点 （ pI） 肽键和肽链 肽平面及二面角 一级结构
二级结构 三级结构 四级结构 超二级结构 结构域
蛋白质变性与复性 分子病 肽
比较核酸、蛋白质 一级结构 的异同，写出各自 基本结构单位 的通式
相同,虽然二者在组成上差异很大,但在构成方式上却很相似,主要表现在
①都是由基本结构单位通过特定的共价键连接而成的大分子，②各自的主链
都是不变成分，可变成分在侧链上。
相异,
比较项目 蛋白质 核酸
基本结构单位 20种氨基酸 4种（脱氧）核苷酸
连接的键 肽键 3ˊ, 5ˊ -磷酸二酯键
主链的组成 由 -N-C?-CO- 由戊糖 +磷酸
（不变成分） 反复循环组成 反复循环组成
侧链可 20种 AA残基的 核苷酸的 4种
（可变成分） R侧链排列组合 碱基排列组合
基本结构单位通式
H2N-CH-COOH
R H2PO3-O-H2C
(O)H HO
N
简述研究核酸、蛋白质一级结构的意义
生物的遗传信息储存于 DNA的核苷酸序列中，蛋
白质的一级结构是由相应的 DNA序列决定的，每一
种蛋白质分子所具有的特定的一级结构又决定了其高
级结构和生物学功能，也就表现出特定的生命现象。
因此，研究核酸、蛋白质的一级结构可破译生命的密
码，是在分子水平认识生命的突破口。
蛋白质的主要生理功能
蛋白质 （ protein） 是生活细胞内含量最丰富, 功能
最复杂的生物大分子, 并参与了几乎所有的生命活动和
生命过程 。 因此, 研究蛋白质的结构与功能始终是生命
科学最基本的命题 。
生物体最主要的特征是生命活动, 而蛋白质是生命
活动的体现者, 具有以下主要功能,
催化功能；结构功能；调节功能；
防御功能；运动功能；运输功能；
信息功能；储藏功能 ? ? ? ? ? ?
主要参考书
1,焦鸿俊,基础生物化学, 广西民族出版社, 1995
2,周顺武,动物 生物化学, 中国农业出版社, 1999
3,郭蔼光,基础生物化学, 高等教育出版社, 2001
4,沈同,生物化学 （ 上下册 ）, 高等教育出版社, 1990
第一章 核酸的结构与功能
主要内容, 介绍核酸的分类和化学组成,
重点讨论 DNA和 RNA的结构特征, 初步认识核酸
的结构特征与其功能的相关性；介绍核酸的主
要理化性质和核酸研究的一般方法 。
思考 ?
核酸的结构与功能
第一节 核酸的研究历史和重要性
第二节 核酸的分类 和 基本结构单位 — 核苷酸
第三节 DNA的分子结构
第四节 RNA的分子结构
第五节 核酸的某些理化性质及核酸研究常用技术
第六节 DNA研究进展
核酸分类和分布 ?脱氧核糖核酸 （ deoxyribonucleic acid,DNA）,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。
?核糖核酸 （ ribonucleic acid,RNA）, 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 。 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） 。
核酸的研究历史和重要性
?1869 Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种含磷
酸的有机物, 当时称为核素 （ nuclein）,后称为核酸 （
nucleic acid）
?1944 Avery 等通过肺炎球菌转化试验证明 DNA是遗传
物质
?1953 Watson和 Crick提出 DNA结构的双螺旋模型
?1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则
?70年代 建立 DNA重组技术
?80年代 分子生物学, 分子遗传学等学科突飞猛进发展
?90年代以后 实施人类基因组计划 （ HGP）,生命科学进
入一个新时代
核酸的基本结构单位 — 核苷酸
（ 1）核酸分子中基本核苷酸的化学组成与命名
? 碱基, 核苷, 核苷酸 的概念和关系
?常见碱基 的结构与命名法
?常见（脱氧）核苷酸 的基本结构与命名
?稀有核苷酸
（ 2） 细胞内 游离核苷酸及其衍生物
5′-磷酸核苷酸的基本结构
O
O
（ N = A,G,C,U,T）
H
H
(O)H
1′
2′
N
OH
CH2
H
H
5′
4′
3′
P O-
O
O
O-
碱基、核苷、核苷酸的概念和关系
Nitrogenous
base
Pentose sugar
HOCH2
H
OH
Doxyribose (in DNA)
HOCH2
HO
OH
Ribose (in RNA)
Phosphate
Pyrimidines
Cytosine Thymine Uracil
C U T
Purihes
Adenine Guanine
A G
基本碱基结构和命名
嘌呤 嘧啶
Adenine
(A)
Guanine
(G)
Cytosine
(C)
Uracil
(U)
Thymine
(T)
核苷酸的结构和命名
腺嘌呤核苷酸（ AMP）
Adenosine monophosphate
脱氧腺嘌呤核苷酸（ dAMP）
Deoxyadenosine monophosphate
OH
鸟嘌呤核苷酸（ GMP）
胞嘧啶核苷酸（ CMP）
尿嘧啶核苷酸（ UMP）
脱氧鸟嘌呤核苷酸（ dGMP）
脱氧胞嘧啶核苷酸（ dCMP）
脱氧胸腺嘧啶核苷酸（ dTMP）
H
P
P P
P
P
P
P
P
常见（脱氧）核苷酸的结构和命名
鸟嘌呤核苷酸
（ GMP）
尿嘧啶核苷酸
（ UMP）
胞嘧啶核苷酸
（ CMP） 腺嘌呤核苷酸 （ AMP）
脱氧腺嘌呤核苷酸
（ dAMP）
脱氧鸟嘌呤核苷酸
（ dGMP）
脱氧胞嘧啶核苷酸
（ dCMP）
脱氧胸腺嘧啶核苷酸
（ dTMP）
几种稀有核苷酸
假尿苷（ ?） 二氢尿嘧啶（ DHU） Am
CH3
CH3 H3C
m26G
H
H
5
核糖和脱氧核糖
细胞内游离核苷酸及其衍生物
? 多磷酸核苷酸
? 环核苷酸
? 辅酶类核苷酸 。
5′-NMP
5′-NDP
5′-NTP
N=A,G,C,U
5′-dNMP
5′-dNDP
5′-dNTP
N=A,G,C,T
腺苷酸及其多磷酸化合物
AMP Adenosine
monophosphate
ADP
Adenosine diphosphate
ATP
Adenosine triphosphate
O
P O
OH
O
A (G) O
O OH
CH2
H H
H H
cAMP(cGMP)的结构
Cyclic adenylie (Guanine)acid
第三节 DNA的分子结构
一,DNA 一级结构
二,DNA的二级结构
三,DNA的三级结构
5?
5?
3?
3?
核酸分子中核苷酸之间
的 3 ? -5 ?磷酸二酯键
DNA 的一级结构
? DNA分子中各脱氧核苷酸之
间的连接方式 （ 3′-5′磷酸二酯
键 ） 和排列顺序叫做 DNA的一
级结构, 简称为碱基序列 。 一级
结构的走向的规定为 5′→ 3′。 不
同的 DNA分子具有不同的核苷
酸排列顺序, 因此携带有不同的
遗传信息 。
5
′
3′
? 一级结构的表示法
结构式，线条式，字母式
DNA,RNA的一级结构
DNA一级结构
5′
3′ OH
OH
OH
5′
3′
RNA一级结构
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一级结构的表示法
5
′
3′
结构式
5′
3′
p p p p OH 3′
A C T G
1′
线条式
5′ ACTGCATAGCTCGA 3′
字母式
A
酶
法
序
列
分
析
的
原
理
酶
反
应
电
泳
方
向
模板 CCGGTAGCAACT 3′ 5′
GG 5′ 3′ 引物
dATP
dCTP
dGTP
dTTP
+ddATP
dATP
dCTP
dGTP
dTTP
+ddTTP
dATP
dCTP
dGTP
dTTP
+ddGTP
dATP
dCTP
dGTP
dTTP
+ddCTP
GGCCA
GGCCATCGTTGA
GGC
GGCC
GGCCATC
GGCCATCGTTG
GGCCATCG GGCCAT GGCCATCGT
GGCCATCGTT
A C G T
AG
TT
GC
TA
CC
3′
5′
TC
AA
CG
AT
GG
5′
3′
读出模板
互补序列
读出模板
序列
DNA的二级结构
（ 1） DNA的 双螺旋结构 (Watson-Crick模型
（ 2） DNA双螺旋结构 特征, 稳定因素 及 意义
（ 2） DNA双螺旋的 多态性
（ 3） 某些其它 DNA螺旋结构
DNA回文结构, 三股螺旋
DNA的双螺旋结构的形成 5
′
3′
5′ 3′
5′
3′ 5′
3′
磷酸
核糖
碱基
T-A碱基对
C-G碱基对
DNA的双螺旋模型特点
a,两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假
设的中心轴右旋相互盘绕而形成 。
b,磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组
成位于外侧, 作为可变成分的碱基位于内侧
,链间碱基按 A— T,G— C配对 （ 碱基配对
原则, Chargaff定律 ）
c,螺旋直径 2nm,相邻碱基平面垂直距离
0.34nm,螺旋结构每隔 10个碱基对 （ base pair,
bp） 重复一次, 间隔为 3.4nm
? 氢键
?碱基堆集力
?磷酸基上负电荷被胞内
组蛋白或正离子中和
?碱基处于疏水环境中
DNA的双螺旋结构 稳定因素
DNA的双螺旋结构 的意义
该模型揭示了 DNA作为遗传物质的稳定性
特征, 最有价值的是确认了 碱基配对 原则, 这
是是 DNA复制, 转录和反转录的分子基础, 亦
是遗传信息传递和表达的分子基础 。 该模型的
提出是本世纪生命科学的重大突破之一, 它奠
定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学
飞速发展的基石 。
DNA双螺旋构象的类型
A-DNA Z-DNA B-DNA
DNA双螺旋的不同构象
DNA回文序列及几种结构形式
回文序列
发夹式结构 十字形结构
中心区域
DNA三链间
的碱基配对 DNA分子内的三链结构
多聚嘌呤
多聚嘧啶
DNA分子间
的三链结构
Southern
印迹法 DNA分子
限制片段 限制性酶切割
琼脂糖电泳
转移至硝酸纤维素膜上
与放射性标记
DNA探针杂交
放射自显影
带有 DNA片
段的凝胶
凝胶
滤膜
用缓冲液
转移 DNA
吸附有 DNA
片段的膜
DNA的三级结构
在细胞内, 由于 DNA分子与其它分子 （ 主
要是蛋白质 ） 的相互作用, 使 DNA双螺旋进一
步扭曲形成的高级结构,
实例,超螺旋
核蛋白体 （ 染色体 chromosome）
DNA超螺旋结构的形成
核小体盘绕及染色质示意图
组蛋白与 DNA的结合
组蛋白与 DNA 的结合
第四节 RNA的分子结构
一,RNA一级结构
二,tRNA 的分子结构
三,rRNA的分子结构
四, mRNA的分子结构
RNA的一级结构
RNA分子中各核苷之间
的连接方式 （ 3′-5′磷酸二
酯键 ） 和 排列 顺 序叫 做
RNA的一级结构
OH
OH
OH
5′
3′ RNA与 DNA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
RNA的类别
?转移 RNA（ transfor RNA,tRNA）,在蛋白质合
成时起着携带活化氨基酸的作用。
?核糖体 RNA（ ribosoal RNA,rRNA）,与蛋白
质结合构成核糖体（ ribosome）,核糖体是蛋白质合成
的场所；
?信使 RNA（ messenger RNA,mRNA）,在蛋白
质合成中起模板作用；
tRNA 的结构
二级结构 特征,
单链
三叶草叶形
四臂四环
三级结构 特征,
在二级结构基础上
进一步折叠扭曲形成倒
L型
酵母 tRNA Ala
的二级结构
DHU环
I G C
反密码子
反密码环
氨基酸臂
可变环
TψC环
C
C
A Ala 3′
5′
tRNA的三级结构
rRNA的分子结构
特征, ? 单链, 螺旋化程度较 tRNA低
? 与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能
5SRNA的二级结构
mRNA的分子结构
原核生物 mRNA特征,
先导区 +翻译区 （ 多顺反子 ） +末端序列
真核生物 mRNA特征,
, 帽子, （ m7G-5′ppp5′-N-3′p） +单顺
反子 +,尾巴, （ Poly A）
原核细胞 mRNA的结构特点
5′ 3′
顺反子 顺反子 顺反子
插入顺序 插入顺序
先导区 末端顺序
真核细胞 mRNA的结构特点
AAAAAAA-OH
5′, 帽子
”
PolyA 3′
顺反子
m7G-5′ppp-N-3 ′ p
第五节 核酸的某些理化性质及
核酸研究常用技术
一, 核酸的两性解离性质
二, 核酸的紫外吸收特性 （ λmax=260nm）
三, 核酸的变性, 复性和分子杂交
四, 核酸的熔解温度 （ Tm）
五, 核酸的沉降特性 沉降系数 （ s） 的概念
DNA的紫外吸收光谱
天然 DNA
变性 DNA
核苷酸总吸收值
1
2
3
220 240 260 280
0.1
0.2
0.3
0.4
波长（ nm）
光
吸
收
1
2
3
DNA的变性过程
加热
部分双螺旋解开 无规则线团 链内碱基配对
核酸 的变性、复性和杂交
变性 （加热）
探针
杂交 （缓慢冷却）
复性 （缓慢冷却）
变性, 在物
理, 化学因素影
响下, DNA碱
基对间的氢键断
裂, 双螺旋解开
,这是一个是跃
变过程, 伴有
A260增加 （ 增色
效应 ）,DNA的
功能丧失 。
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 。
分子杂交的原理示意图 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）
制备特定的探针
（ probe） 通过杂
交技术可进行基
因的检测和定位
研究 。 实 例,
southern印迹法
Tm,熔解温度（ melting temperature）
Poly d(A-T) DNA Poly d(G-C)
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 。 某些 DNA的 Tm值
60 80 100
1,0
1,4
1,2
100%
A260
t \ 0C
Tm Tm Tm
1
2 3
1 2 3
第六节 DNA研究进展
一, 人类基因组计划简介
（ Human Genome Project,HGP）
二, DNA芯片技术简介
（ DNA chip）
HGP的概况
该计划是美国科学家在 1985年率先提出,1990年正
式启动。美、英、德、法、日先后参加了此项工作，
1999年我国成为 HGP的第六个成员国。
HGP旨在阐明人类基因组 DNA所具有的 3× 109核苷酸
的序列，发现所有的人类基因并阐明其在染色体上的位
置，破译人类的全部遗传信息，使得人类第一次在分子
水平上全面地认识自我。
到目前为止，已完成了人类基因组的框架图，测序的
工作已基本完成。 HGP的实施，揭开了生命科学新的一
页，它可以造福于人类，但也面临的伦理的挑战。
HGP取得的成就
? 完成了人类基因组工作草图绘制,揭示了人类基因
组若干细节
? 基本上测定了人类基因组上的碱基序列
? 一些模式生物 (果蝇、拟南介等 )和作物（如水稻）
基因草图绘制成功，测序基本完成
? 促进了生物信息学、蛋白质组学、糖组学的迅猛
发展
? 人类基因组草图绘就，中国科学家功不可没
DNA芯片技术简介
DNA芯片 (DNA chip)技术是采用寡核苷酸原位合成或
显微打印手段，将数以万计的 DNA探针片段有序地固化
于支持物表面上，产生二维 DNA探针阵列，然后与标记
的样品进行杂交，通过检测杂交信号来实现对生物样品
的快速、并行、高效地检测或诊断。
由于常用硅芯片作为固相支持物，且在制备过程中运
用了计算机芯片的制备技术，所以称为 DNA芯片技术。
人类将进入生物经济时代
基因 —— 操纵生命的工具
基因组 —— 潜藏着巨大的经济价值
基因技术 —— 21世纪的投资热点
谁掌握了人类基因图谱，就等于谁破译了人类
的生命密码，获得了操纵生命的工具。
与互联网相比，网络只是对人类的信息沟通带
来了巨大的革命，而基因领域的革命则能够从根
本上改变人类的命运，基因工程所带来的商业机
会将会大大超过网络。
肺炎球菌转化实验图解
光滑型细胞
（有毒）
粗糙型细胞
（无毒） 破碎细胞
DNAase降
解后的 DNA
粗糙型细胞接
受光滑型 DNA
只有粗糙型 大多数仍为粗糙型 少数光滑型
细胞被转化
S
S R R
R
+
DNA
沉降系数（ S）
生物大分子在单位离心力场作用下的沉降速度称为沉
降系数 。 即沉降系数是微颗粒在离心力场的作用下, 从
静止 状态到达 极限速度所 需要的时 间 。 其单位 用
Svedberg,即 S表示, S=1× 10-13秒 。
沉降系数（ S） 与分子量（ M） 的关系
M = RTS D(1-??) Svederg方程,
问答题
1,某 DNA样品含腺嘌呤 15.1%（ 按摩尔碱基计 ）, 计算其余碱基的百分
含量 。
2,DNA双螺旋结构是什么时候, 由谁提出来的？ 试述其结构模型 。
3,DNA双螺旋结构有些什么基本特点？ 这些特点能解释哪些最重要的生
命现象？
4,tRNA的结构有何特点？ 有何功能？
5,DNA和 RNA的结构有何异同？
6,简述核酸研究的进展, 在生命科学中有何重大意义？
6,计算 （ 1） 分子量为 3?105的双股 DNA分子的长度； （ 2） 这种 DNA一
分子占有的体积； （ 3） 这种 DNA一分子占有的螺旋圈数 。 （ 一个互补的
脱氧核苷酸残基对的平均分子量为 618）
名词解释
变性和复姓 分子杂交 增色效应和减色效应 回文结构 Tm
cAMP Chargaff定律
DNA的念珠状结构
遗传信息的存储、传递与表达
一,蛋白质, 核酸 概述
二,蛋白质、核酸的 基本结构单位
三、蛋白质、核酸的 结构
四、蛋白质、核酸 结构和功能的关系
五、蛋白质、核酸的 化学性质
六,遗传信息的传递方向和规律（ 核酸蛋白质
的生物合成 ）
二,蛋白质、核酸的基本结构单位
1,氨基酸, 核苷酸 的结构和分类
2,氨基酸、核苷酸性质
?两性解离及等电点 （ pI）
?光学性质
?化学反应
3、基本结构单位间的连接键及特征
?蛋白质,肽键 和 肽
?核酸,3 ?, 5 ?— 磷酸二酯键
三、蛋白质、核酸的结构
2,高级结构
（ 1）基本概念
构型和 构象 ； 维持构象的作用力 ；
蛋白质分子中的 肽平面, 肽单位 和 二面角
1,一级结构
概念 ；链的走向规定； 特点
一级结构的测定 及 研究意义
（ 2）蛋白质、核酸空间结构结构层次
蛋白质, 二级结构
超二级结构
结构域
三级结构
四级结构
核 酸,DNA的二级结构和三级结构
RNA的类别及其二级结构和三级结构
四、蛋白质、核酸结构和功能的关系
蛋白质、核酸复杂的组成和结构是其多种多样生物学功能的基础；
而它们各自独特的性质和功能则是其结构的反映。它们的一级结构包含了
其分子的所有信息，并决定其高级结构，高级结构和其功能密切相关 。
? 蛋白质结构与功能的关系实例,
同功能蛋白质结构的种属差异与保守性
蛋白质前体的激活
核糖核酸酶的变性与复性
血红蛋白变构和输送氧的功能
血红蛋白异常病变 — 镰刀型贫血病
? 核酸结构与功能的关系
核酸是遗传物质，其结构和功能的关系主要体现在遗传信息传递
的 中心法则 之中
五、蛋白质、核酸的化学性质
1 大分子特性
蛋白质的 胶体性质 和 沉淀 （盐析法，透析法）
核酸的沉降特性 ( 沉降系数 S)
2 两性解离性质 (pI)
3 紫外吸收
4 变性 与 复性 ；
核酸分子 杂交, 增色效应, 减色效应, Tm
5 颜色反应
蛋白质：茚三酮反应；双缩脲反应：酚试剂反应
核酸,DNA 与二苯胺反应,
RNA与甲基间苯二酚反应
第二章 蛋白质化学
主要内容, 介绍氨基酸的结构, 分类,
性质及肽的概念, 重点讨论蛋白质的结构,
性质以及结构和功能的相互关系 。
思考 ?
目录
第一节 蛋白质元素组成及生理功能
第二节 蛋白质的基本结构单位 ── 氨基酸
第三节 肽
第四节 蛋白质的分子结构
第五节 蛋白质的分子结构与功能的关系
第六节 蛋白质的重要性质
第七节 蛋白质分类 （自学） 思考 ?
蛋白质主要元素组成, C,H,O,N,S 及 P,Fe、
Cu,Zn,Mo,I,Se 等微量元素。
蛋白质平均含 N量为 16％,这是 凯氏定
氮法 测蛋白质含量的理论依据,
蛋白质含量＝蛋白质含 N量 × 6.25
蛋白质的基本结构单位 ──氨基酸
? 构成蛋白质的氨基酸的结构通式
? 蛋白质氨基酸, 稀有的蛋白质氨基酸和非
蛋白质氨基酸的概念
? 二十种常见的蛋白质氨基酸分类、结构及
三字符号
蛋白质氨基酸的结构通式
? ?
氨基酸、核苷酸的光学性质
氨基酸,
? 除 甘氨酸 外，所有天然 α-氨基酸都有不对称碳原子，因此所
有天然氨基酸都具有旋光性。
? 参与蛋白质组成的 20种氨基酸中 色氨酸 (Trp),酪氨酸 (Tyr)
和 苯丙氨酸 (Phe)的 R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区
（ 220-300nm） 显示特征的吸收谱带，最大光吸收（ ?max） 分别
为 279,278,和 259nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残
基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量 。
核苷酸,
?核苷酸分子中的 嘌呤, 嘧啶 含有共轭双键系统，在紫外光区 -
260nm显示特征的吸收谱带。
生物体内的氨基酸类别
蛋白质氨基酸, 蛋白质中常见的 20种氨基酸
稀有的蛋白质氨基酸, 蛋白质组成中, 除上述 20
种常见氨基酸外, 从少数蛋白质中还分离出一些稀有
氨基酸, 它们都是相应常见氨基酸的衍生物 。 如 4-羟
脯氨酸, 5-羟赖氨酸等 。
非蛋白质氨基酸, 生物体内呈游离或结合态的氨
基酸 。 如瓜氨酸, 鸟氨酸等 。
二十种常见蛋白质氨基酸的分类、结构及三字符号
据营养
学分类
必需 ＡＡ
非必需 ＡＡ
据 R基团化
学结构分类
脂肪族 Ａ A
芳香族 Ａ A(Phe,Tyr,Trp)
杂环 ＡＡ (His,Pro、
Trp)
据 R基团
极性分类
极性 R基团 AA
非极性 R基团 AA（８ 种）
不带电荷 （７ 种）
带电荷
带正电荷 （３ 种）
带负电荷 （２ 种）
据氨基、羧
基数分类
一氨基一羧基ＡＡ
一氨基二羧基ＡＡ (Glu,Asp)
二氨基一羧基ＡＡ (Lys,His,Arg)
人的必需氨基酸
Lys Trp Phe Val Met Leu
Ile Thr
Arg,His
非极性 R基团氨基酸
（ CHNH2-COOH）
不带电荷极性 R基团氨基酸
（ CHNH2-COOH）
带电荷 R基团氨基酸
氨基酸的重要化学反应
? 与茚三酮反应,用于氨基酸定量定性测定,
?与 2,4一二硝基氟苯 (DNFB)的反应 （ sanger反应 ）,用于
蛋白质 N-端测定,
?与苯异硫氰酯 （ PITC） 的反应 （ Edman反应 ）, 用于蛋白
质 N-端测定, 蛋白质顺序测定仪设计原理的依据 。
氨基酸的两性解离性质及等电点 （ pI）
pH = pI
净电荷 =0
pH< pI
净电荷为正
pH > pI
净电荷为负
CH
R
COOH
NH3+ CH
R
COO
NH2 CH
R
COO
NH3+
+ H+
+ OH+
+ H+
+ OH+
(pK′1) (pK′2)
当氨基酸溶液在某一定 pH值时, 使某特定氨基酸分子上所带正负
电荷相等, 成为两性离子, 在电场中既不向阳极也不向阴极移动, 此
时溶液的 pH值即为该氨基酸的 等电点 。
氨基酸等电点的计算
可见, 氨基酸的 pI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧
的基团 pK′值之和的二分之一 。
pI= 2
pK′1+pK′2 一氨基一羧基 AA
的等电点计算,
pI= 2
pK′2+pK′R 二氨基一羧基 AA
的等电点计算,
pI= 2
pK′1+pK′R 一氨基二羧基 AA
的等电点计算,
丙氨酸等电点的计算
Try
Tyr
Phe
的
紫
外
吸
收
光
谱
摩
尔
吸
收
系
数
波长
氨基酸与茚三酮反应
+
3H20
茚三酮 (无色 )
NH3
CO2
RCHO
+
还原性茚三酮
紫色化合物
(弱酸 )
加热
+ 2NH3 +
还原性茚三酮 还原性茚三酮
氨基酸与 2,4一二硝基氟苯 (DNFB)的反应
（ sanger反应）
DNFB（ dinitrofiuorobenzene）
DNP-AA(黄色 )
+
+ HF
弱硷中
氨基酸
氨基酸与苯异硫氰酯（ PITC） 的反应
（ Edman反应）
PITC（ phenylisothiocyanate）
+
苯乙内酰硫脲衍生物 (PTH-AA)
（ phenylisothiohydantion-AA）
弱硷中
(400 C)
(硝基甲烷 400 C)
H+
第三节 肽
一, 肽 (peptide)和肽键 (peptide bend)的概念
二, 肽的重要性质
酸碱性质, 重要化学反应类似于氨基酸性质
三, 天然存在的活性肽
生理活性肽的功能类别：激素, 抗菌素, 辅助因子
实例,谷胱甘肽 (glutathione)
短杆菌肽
促甲状腺素释放因子 （ TRH）
?-天冬氨酸 -L-苯丙氨酸甲酯（甜味剂）
肽和肽键的形成
肽单位 肽键
肽平面
肽单位
谷胱甘肽在体内参与氧化还原过程, 作为某些氧化还
原酶的辅因子, 或保护巯基酶, 或防止过氧化物积累 。
重要的天然活性肽：谷胱甘肽
促甲状腺素释放因子
（ TRH）
两种重要的天然活性肽
短杆菌肽 S
蛋
白
质
的
空
间
结
构
二级结构 超二级结构 结构域
三级结构 四级结构
一、蛋白质的结构层次的划分
一级结构 化学结构
二级结构
超二级结构和结构域
三级结构
四级结构
空间构象
蛋白质的一级结构
多肽链中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白
质的一级结构 (primary structure)。 这是蛋白质最基本的结构，
它内寓着决定蛋白质高级结构和生物功能的信息。一级结构的
走向规定为 N-端 ? C-端 。
例,牛胰岛素的一级结构
N-端
N-端
C-端
C-端
蛋白质 一级结构测定
基本战略,片段重叠法＋氨基酸顺序直测法
要点,
?测定蛋白质的分子量及其氨基酸组分
?测定肽键的 N－ 末端和 C－ 末端
?应用两种或两种以上的肽键内切酶分别在多肽键的专一位点上
断裂肽键；也可用溴化氰法专一性地断裂甲硫氨酸位点，从而得
到一系列大小不等的肽段。
?分离提纯所产生的肽段，并分别测定它们的氨基酸顺序
?将这些肽段的顺序进行跨切口重叠，进行比较分析，推断出蛋
白质分子的全部氨基酸序列。
将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序
将肽段分离并测出顺序
专一性裂解
末端氨基酸测定
拆开二硫键
纯蛋白质 蛋白质顺序测
定基本战略
三,蛋白质的空间构象和维持构象的作用力
(1) 蛋白质的构象（ conformation）
(2) 多肽链折叠的空间限制因素
肽平面和二面角
Ｒ基团间的相互作用
水分子的作用
(3) 稳定蛋白质构象的作用力 亚基 四级结构
? -折叠片
?-螺旋体
三级
结构
松散肽段
? -折叠片
?-螺旋体
亚基
三级结构
四级结构
蛋白质分子的构象
松散肽段
核酸分子的构象
DNA二级结构
rRNA二级结构
tRNA三级结构
二面角
二面角
两相邻酰胺平面之间, 能以共同的 Cα
为定点而旋转, 绕 Cα-N键旋转的角度称 φ
角, 绕 C-Cα键旋转的角度称 ψ角 。 φ和 ψ称
作二面角, 亦称构象角 。
多肽链
维持蛋白质分子构象的作用力
a.盐键 b.氢键 c.疏水键 d.范得华力 e.二硫键
蛋白质的二级结构
? α － 螺旋 （ α － helix）
? β－ 折叠 （ β-pleated sheet）
? β－ 转角 （ β-turn）
? 无规则卷曲 （ nonregular coil）
蛋白质的二级结构（ secondary structure） 指肽链
主链不同区段通过自身的相互作用，形成氢键，沿某一主
轴盘旋折叠而形成的局部空间结构，是蛋白质结构的构象
单元．主要有以下类型,
特征, 1,每隔 3.6个 AA残
基螺旋上升一圈, 螺距
0.54nm;
2, 螺旋体中所有氨
基酸残基侧链都伸向外侧,
链中的全部 >C=0 和 >N-H几
乎都平行于螺旋轴 ;
3,每个氨基酸残基的
>N-H与前面第四个氨基酸残
基的 >C=0形成氢键, 肽链上
所有的肽键都参与氢键的形
成 。
形成因素, 与ＡＡ组成和排
列顺序直接相关。
多态性, 多数为右手 （ 较稳
定 ）, 亦有少数左手螺旋存
在 （ 不稳定 ）
α－ 螺旋（ α－ helix）
β － 折叠（ β -pleated sheet）
特征, 两条或多
条伸展的多肽链
（ 或一条多肽链
的若干肽段 ） 侧
向集聚, 通过相
邻肽链主链上的
N-H与 C=O之间有
规则的氢键, 形
成锯齿状片层结
构, 即 β － 折叠
片 。
类别, 平行
反平行
β － 转角（ β -turn）
特征, 多肽
链 中 氨 基 酸
残基 n的羰基
上 的 氧 与 残
基 （ n+3） 的
氮 原 上 的 氢
之 间 形 成 氢
键, 肽 键 回
折 1800 。
无
规
则
卷
曲
示
意
图
无规则卷曲
细胞色素 C的三级结构
蛋白质的超二级结构
蛋白质中相邻的二级结构单位（即单个 α － 螺旋或
β － 折叠或 β － 转角）组合在一起，形成有规则的、在
空间上能辩认的二级结构组合体称为蛋白质的 超二级结
构 （ supersecondary structure),
主要组合方式,αα； β × β ； βββ
超二级结构类型
βββ
αα β × β
1 2 3 4 5 5 2 3 4 1
蛋白质的结构域
在二级结构的基础上, 多肽进一步卷曲折叠成几个相对独立,
近似球形的三维实体, 再由两个或两个以上这样的三维实体缔合
成三级结构, 这种相对独立的三维实体称为 结构域 （ structure
domain） 。 形成意义如下,
?动力学上更为合理
?蛋白质 （ 酶 ） 活性部位常位于结构域之间, 使其更具柔性,
?-螺旋
?-转角 ?-折叠
二硫键 结构域 1
结构域 2
两个铁原子
蚯蚓血红蛋白中四个 ?-
螺旋组成的结构域
免疫球蛋白 VL β -折叠结
构域
α+β结构域
乳酸脱氢酶结构域 1
α /β结构域
丙酮酸激酶结构域 4 3-P-甘油醛脱氢酶结构域 2
木瓜蛋白酶结构域 1 木瓜蛋白酶结构域 2
无规则卷曲 + α -螺旋结构域 无规则卷曲 +β-回折结构域
蛋白质的三级结构
多肽键在二级结构的基础上, 通过侧链基团的相互
作用进一步卷曲折叠, 借助次级键维系使 α － 螺旋, β
－ 折叠片, β－ 转角等二级结构相互配置而 形成特定的
构象 。 三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间
上的重新排布 。
实例,肌红蛋白
核糖核酸酶
肌
红
蛋
白
三
级
结
构
核糖核酸酶三级结构示意图
N
His12
C
His119
Lys41
蛋白质的四级结构
四级结构是指由相同或不同的称作亚基 （ subunit）
的亚单位按照一定排布方式聚合而成的蛋白质结构, 维持
四级结构稳定的作用力主要是疏水键, 离子键, 氢键, 范
得华力等次级键 。 亚基本身都具有球状三级结构, 一般只
包含一条多肽链, 也有的由二条或二条以上由二硫键连接
的肽链组成 。
实例,血红蛋白
烟草花叶病毒的外壳蛋白四级结构
血红蛋白四级结构
烟草花叶病毒外壳蛋白四级结构的自我组装
第五节 蛋白质的分子结构与功能的关系
一, 一级结构决定高级结构, 也
决定蛋白质的功能
二, 高级构象决定蛋白质的功能
一级结构决定高级结构,
也决定蛋白质的功能
1,蛋白质一级结构的种属差异与同源性
实例,细胞色素Ｃ
2,蛋白质一级结构的变异与分子病
实例,血红蛋白质异常病变 ? 镰刀型贫血 病
3,蛋白质前体的激活与一级结构
实例,胰岛素原的激活
高级构象决定蛋白质的功能
1, 蛋白质高级构象破坏, 功能丧失
实例,核糖核酸酶的变性与复性
2, 蛋白质在表现生物功能时, 构象发生
一定变化 （ 变构效应 ）
实例,血红蛋白的变构效应和输氧功能
不同生物与人的 Cytc的 AA差异数目
生物 与人不同的 AA数目
黑猩猩 0
恒河猴 1
兔 9
袋鼠 10
牛、猪、羊、狗 11
马 12
鸡、火鸡 13
响尾蛇 14
海龟 15
金枪鱼 21
角饺 23
小蝇 25
蛾 31
小麦 35
粗早链孢霉 43
酵母 44
不
同
生
物
来
源
的
细
胞
色
素
c
中
不
变
的
AA
残
基
14
10
6
100
1
34
32
30
29
27
18
17
67
59
52
51
48
45 41
38
87
84
82
80
70
68
91
Gly
Gly
Phe
Cys
Gly
Gly
Gly
Arg
Lys
Gly
Cys
Lys
Phe
His
Pro Leu
Gly
Arg
Tyr
Ala
Asn
Trp
Tyr 70
75
80
Lys
Lys
Lys
Pro
Pro
Tyr
Ile
Gly
Thr
Met
Asn
Leu
血红素
细胞色素 c分子的空间结构
不变 的 AA残基
35个不变的 AA残基，是 Cyt C 的生物功能所不
可缺少的。其中有的可能参加维持分子构象；有的
可能参与电子传递；有的可能参与“识别”并结合
细胞色素还原酶和氧化酶。
正常红细胞与
镰刀形红细胞
的扫描电镜图
镰刀形
红细胞
正常红
细胞
?-链 N端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8
Hb-A（ 正常人） Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…
Hb-S（ 患 者） Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…
猪胰岛素原激活成形成胰岛素示意图
核糖核酸酶变性与复性作用
Native ribonuclease Denative reduced ribonuclease
Native ribonuclease
8 M urea and
?-mercapotoethanol
Dialysis
变性
复性
血红蛋白输氧功能和构象变化
O2
Hb
Hb- O2
O2
血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线
活动肌肉毛细
血管中的 PO2
0 20 40 60 80 100
肺泡中的 PO2
Myoglobin
Hemoglobin
第六节 蛋白质的重要性质
一, 两性解离性质及等电点
二, 蛋白质胶体性质
三,蛋白质的沉淀
四,蛋白质的变性与复性
五,蛋白质的紫外吸收特性
六,蛋白质呈色反应
蛋白质两性解离性质和等电点
pH = pI
净电荷 =0
pH< pI
净电荷为正
pH > pI
净电荷为负
Pr
COOH
NH3+
+ H+
+ OH+
+ H+
+ OH+ Pr
COO-
NH2
Pr
COO-
NH3+
当蛋白质溶液在某一定 pH值时, 使某特定蛋白质分子上所带正负
电荷相等, 成为两性离子, 在电场中既不向阳极也不向阴极移动, 此
时溶液的 pH值即为该蛋白质的 等电点 （ isoelectric point,pI） 。
蛋白质胶体性质
由于蛋白质分子量很大, 在水溶液中形成 1-100nm的
颗粒, 因而具有胶体溶液的特征 。 可溶性蛋白质分子表面分
布着大量极性氨基酸残基, 对水有很高的亲和性, 通过水合
作用在蛋白质颗粒外面形成一层 水化层, 同时这些颗粒带有
电荷, 因而蛋白质溶液是相当稳定的亲水胶体 。
蛋白质胶体性质的应用
透析法,利用蛋白质不能透过半透膜的的性质，将含有小分子杂质的蛋
白质溶液放入透析袋再置于流水中，小分子杂质被透析出，大分子蛋白质
留在袋中，以达到纯化蛋白质的目的。这种方法称为透析（ dialysis）。
盐析法,在蛋白质溶液中加入高浓度的硫酸铵、氯化钠等中性盐，可有
效地破坏蛋白质颗粒的水化层。同时又中和了蛋白质表面的电荷，从而使
蛋白质颗粒集聚而生成沉淀，这种现象称为盐析（ salting out）。
蛋白质的沉淀
如果加入适当的试剂使蛋白质分子处于等电点状态或
失去水化层 （ 消除相同电荷, 除去水膜 ）, 蛋白质胶体溶
液就不再稳定并将产生沉淀 。
沉淀方法类别,
1,高浓度中性盐 （ 盐析, 盐溶 ）
2,酸硷 （ 等电点沉淀 ）
3,有机溶剂沉淀
4,重金属盐类沉淀
5,生物碱试剂和某些酸类沉淀
6,加热变性沉淀
蛋白质变性与复性
● 蛋白质各自所特有的高级结构, 是表现其物理性质和化学特性以
及生物学功能的基础 。 当天然蛋白质受到某些物理因素和化学因素的影
响, 使其分子内部原有的高级构象发生变化时, 蛋白质的理化性质和生
物学功能都随之改变或丧失, 但并未导致其一级结构的变化, 这种现象
称为 变性作用 （ denaturation） 。
表征,生物活性丧失；物理性质 （ 溶解度, 粘度, 扩散系数, 光谱特性等 ）
和化学性质 （ 化学反应, 被酶解性 ） 改变
应用,变性灭菌, 消毒；变性制食品；抗衰老 ……
● 蛋白质的变性作用如果不过于剧烈, 则是一种可逆过程, 变性蛋白
质通常在除去变性因素后, 可缓慢地重新自发折叠成原来的构象, 恢复
原有的理化性质和生物活性, 这种现象成为 复性 （ renaturation） 。
蛋白质主要呈色反应
双缩脲反应
酚试剂反应 → 蛋白质定量, 定性
茚三酮反应 测定常用方法
双缩脲反应
蛋白质在碱性溶液中也
能与硫酸铜发生相同反应，
产生红紫色络合物 红紫色络合物
(硷性溶液 ) Cu2+
蛋白质的紫外吸收光谱
蛋白质在远紫外光
区 （ 200-230nm） 有较
大的吸收, 在 280nm有
一特征吸收峰, 可利用
这一特性对蛋白质进行
定性定量鉴定 。
蛋白质质量浓度 /（ mg/ml） =1.55A1cm - 0.76A1cm 280 260
测定范围,0.1～ 0.5mg/ml
简单蛋白质分类
结合蛋白质分类
问答题和计算题
1,为什麽说蛋白质是生命活动最重要的物质基础？
2,试比较 Gly,Pro与其它常见氨基酸结构的异同, 它们对多肽链
二级结构的形成有何影响？
3,试举例说明蛋白质结构与功能的关系 （ 包括一级结构, 高级结
构与功能的关系 ） 。
4,为什么说蛋白质水溶液是一种稳定的亲水胶体？
5,什麽是蛋白质的变性？ 变性的机制是什麽？ 举例说明蛋白质变
性在实践中的应用 。
6,已知某蛋白质的多肽链的一些节段是 ?-螺旋, 而另一些节段是 ?-
折叠 。 该蛋白质的分子量为 240 000,其分子长 5.06?10-5 cm,求分子
中 ?-螺旋和 ?-折叠的百分率 。 (蛋白质中一个氨基酸的平均分子量为
120)
名词解释
等电点 （ pI） 肽键和肽链 肽平面及二面角 一级结构
二级结构 三级结构 四级结构 超二级结构 结构域
蛋白质变性与复性 分子病 肽
比较核酸、蛋白质 一级结构 的异同，写出各自 基本结构单位 的通式
相同,虽然二者在组成上差异很大,但在构成方式上却很相似,主要表现在
①都是由基本结构单位通过特定的共价键连接而成的大分子，②各自的主链
都是不变成分，可变成分在侧链上。
相异,
比较项目 蛋白质 核酸
基本结构单位 20种氨基酸 4种（脱氧）核苷酸
连接的键 肽键 3ˊ, 5ˊ -磷酸二酯键
主链的组成 由 -N-C?-CO- 由戊糖 +磷酸
（不变成分） 反复循环组成 反复循环组成
侧链可 20种 AA残基的 核苷酸的 4种
（可变成分） R侧链排列组合 碱基排列组合
基本结构单位通式
H2N-CH-COOH
R H2PO3-O-H2C
(O)H HO
N
简述研究核酸、蛋白质一级结构的意义
生物的遗传信息储存于 DNA的核苷酸序列中，蛋
白质的一级结构是由相应的 DNA序列决定的，每一
种蛋白质分子所具有的特定的一级结构又决定了其高
级结构和生物学功能，也就表现出特定的生命现象。
因此，研究核酸、蛋白质的一级结构可破译生命的密
码，是在分子水平认识生命的突破口。
蛋白质的主要生理功能
蛋白质 （ protein） 是生活细胞内含量最丰富, 功能
最复杂的生物大分子, 并参与了几乎所有的生命活动和
生命过程 。 因此, 研究蛋白质的结构与功能始终是生命
科学最基本的命题 。
生物体最主要的特征是生命活动, 而蛋白质是生命
活动的体现者, 具有以下主要功能,
催化功能；结构功能；调节功能；
防御功能；运动功能；运输功能；
信息功能；储藏功能 ? ? ? ? ? ?
主要参考书
1,焦鸿俊,基础生物化学, 广西民族出版社, 1995
2,周顺武,动物 生物化学, 中国农业出版社, 1999
3,郭蔼光,基础生物化学, 高等教育出版社, 2001
4,沈同,生物化学 （ 上下册 ）, 高等教育出版社, 1990
第一章 核酸的结构与功能
主要内容, 介绍核酸的分类和化学组成,
重点讨论 DNA和 RNA的结构特征, 初步认识核酸
的结构特征与其功能的相关性；介绍核酸的主
要理化性质和核酸研究的一般方法 。
思考 ?
核酸的结构与功能
第一节 核酸的研究历史和重要性
第二节 核酸的分类 和 基本结构单位 — 核苷酸
第三节 DNA的分子结构
第四节 RNA的分子结构
第五节 核酸的某些理化性质及核酸研究常用技术
第六节 DNA研究进展
核酸分类和分布 ?脱氧核糖核酸 （ deoxyribonucleic acid,DNA）,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。
?核糖核酸 （ ribonucleic acid,RNA）, 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 。 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） 。
核酸的研究历史和重要性
?1869 Miescher从脓细胞的细胞核中分离出了一 种含磷
酸的有机物, 当时称为核素 （ nuclein）,后称为核酸 （
nucleic acid）
?1944 Avery 等通过肺炎球菌转化试验证明 DNA是遗传
物质
?1953 Watson和 Crick提出 DNA结构的双螺旋模型
?1958 Crick提出遗传信息传递的中心法则
?70年代 建立 DNA重组技术
?80年代 分子生物学, 分子遗传学等学科突飞猛进发展
?90年代以后 实施人类基因组计划 （ HGP）,生命科学进
入一个新时代
核酸的基本结构单位 — 核苷酸
（ 1）核酸分子中基本核苷酸的化学组成与命名
? 碱基, 核苷, 核苷酸 的概念和关系
?常见碱基 的结构与命名法
?常见（脱氧）核苷酸 的基本结构与命名
?稀有核苷酸
（ 2） 细胞内 游离核苷酸及其衍生物
5′-磷酸核苷酸的基本结构
O
O
（ N = A,G,C,U,T）
H
H
(O)H
1′
2′
N
OH
CH2
H
H
5′
4′
3′
P O-
O
O
O-
碱基、核苷、核苷酸的概念和关系
Nitrogenous
base
Pentose sugar
HOCH2
H
OH
Doxyribose (in DNA)
HOCH2
HO
OH
Ribose (in RNA)
Phosphate
Pyrimidines
Cytosine Thymine Uracil
C U T
Purihes
Adenine Guanine
A G
基本碱基结构和命名
嘌呤 嘧啶
Adenine
(A)
Guanine
(G)
Cytosine
(C)
Uracil
(U)
Thymine
(T)
核苷酸的结构和命名
腺嘌呤核苷酸（ AMP）
Adenosine monophosphate
脱氧腺嘌呤核苷酸（ dAMP）
Deoxyadenosine monophosphate
OH
鸟嘌呤核苷酸（ GMP）
胞嘧啶核苷酸（ CMP）
尿嘧啶核苷酸（ UMP）
脱氧鸟嘌呤核苷酸（ dGMP）
脱氧胞嘧啶核苷酸（ dCMP）
脱氧胸腺嘧啶核苷酸（ dTMP）
H
P
P P
P
P
P
P
P
常见（脱氧）核苷酸的结构和命名
鸟嘌呤核苷酸
（ GMP）
尿嘧啶核苷酸
（ UMP）
胞嘧啶核苷酸
（ CMP） 腺嘌呤核苷酸 （ AMP）
脱氧腺嘌呤核苷酸
（ dAMP）
脱氧鸟嘌呤核苷酸
（ dGMP）
脱氧胞嘧啶核苷酸
（ dCMP）
脱氧胸腺嘧啶核苷酸
（ dTMP）
几种稀有核苷酸
假尿苷（ ?） 二氢尿嘧啶（ DHU） Am
CH3
CH3 H3C
m26G
H
H
5
核糖和脱氧核糖
细胞内游离核苷酸及其衍生物
? 多磷酸核苷酸
? 环核苷酸
? 辅酶类核苷酸 。
5′-NMP
5′-NDP
5′-NTP
N=A,G,C,U
5′-dNMP
5′-dNDP
5′-dNTP
N=A,G,C,T
腺苷酸及其多磷酸化合物
AMP Adenosine
monophosphate
ADP
Adenosine diphosphate
ATP
Adenosine triphosphate
O
P O
OH
O
A (G) O
O OH
CH2
H H
H H
cAMP(cGMP)的结构
Cyclic adenylie (Guanine)acid
第三节 DNA的分子结构
一,DNA 一级结构
二,DNA的二级结构
三,DNA的三级结构
5?
5?
3?
3?
核酸分子中核苷酸之间
的 3 ? -5 ?磷酸二酯键
DNA 的一级结构
? DNA分子中各脱氧核苷酸之
间的连接方式 （ 3′-5′磷酸二酯
键 ） 和排列顺序叫做 DNA的一
级结构, 简称为碱基序列 。 一级
结构的走向的规定为 5′→ 3′。 不
同的 DNA分子具有不同的核苷
酸排列顺序, 因此携带有不同的
遗传信息 。
5
′
3′
? 一级结构的表示法
结构式，线条式，字母式
DNA,RNA的一级结构
DNA一级结构
5′
3′ OH
OH
OH
5′
3′
RNA一级结构
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一级结构的表示法
5
′
3′
结构式
5′
3′
p p p p OH 3′
A C T G
1′
线条式
5′ ACTGCATAGCTCGA 3′
字母式
A
酶
法
序
列
分
析
的
原
理
酶
反
应
电
泳
方
向
模板 CCGGTAGCAACT 3′ 5′
GG 5′ 3′ 引物
dATP
dCTP
dGTP
dTTP
+ddATP
dATP
dCTP
dGTP
dTTP
+ddTTP
dATP
dCTP
dGTP
dTTP
+ddGTP
dATP
dCTP
dGTP
dTTP
+ddCTP
GGCCA
GGCCATCGTTGA
GGC
GGCC
GGCCATC
GGCCATCGTTG
GGCCATCG GGCCAT GGCCATCGT
GGCCATCGTT
A C G T
AG
TT
GC
TA
CC
3′
5′
TC
AA
CG
AT
GG
5′
3′
读出模板
互补序列
读出模板
序列
DNA的二级结构
（ 1） DNA的 双螺旋结构 (Watson-Crick模型
（ 2） DNA双螺旋结构 特征, 稳定因素 及 意义
（ 2） DNA双螺旋的 多态性
（ 3） 某些其它 DNA螺旋结构
DNA回文结构, 三股螺旋
DNA的双螺旋结构的形成 5
′
3′
5′ 3′
5′
3′ 5′
3′
磷酸
核糖
碱基
T-A碱基对
C-G碱基对
DNA的双螺旋模型特点
a,两条反向平行的多聚核苷酸链沿一个假
设的中心轴右旋相互盘绕而形成 。
b,磷酸和脱氧核糖单位作为不变的骨架组
成位于外侧, 作为可变成分的碱基位于内侧
,链间碱基按 A— T,G— C配对 （ 碱基配对
原则, Chargaff定律 ）
c,螺旋直径 2nm,相邻碱基平面垂直距离
0.34nm,螺旋结构每隔 10个碱基对 （ base pair,
bp） 重复一次, 间隔为 3.4nm
? 氢键
?碱基堆集力
?磷酸基上负电荷被胞内
组蛋白或正离子中和
?碱基处于疏水环境中
DNA的双螺旋结构 稳定因素
DNA的双螺旋结构 的意义
该模型揭示了 DNA作为遗传物质的稳定性
特征, 最有价值的是确认了 碱基配对 原则, 这
是是 DNA复制, 转录和反转录的分子基础, 亦
是遗传信息传递和表达的分子基础 。 该模型的
提出是本世纪生命科学的重大突破之一, 它奠
定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学
飞速发展的基石 。
DNA双螺旋构象的类型
A-DNA Z-DNA B-DNA
DNA双螺旋的不同构象
DNA回文序列及几种结构形式
回文序列
发夹式结构 十字形结构
中心区域
DNA三链间
的碱基配对 DNA分子内的三链结构
多聚嘌呤
多聚嘧啶
DNA分子间
的三链结构
Southern
印迹法 DNA分子
限制片段 限制性酶切割
琼脂糖电泳
转移至硝酸纤维素膜上
与放射性标记
DNA探针杂交
放射自显影
带有 DNA片
段的凝胶
凝胶
滤膜
用缓冲液
转移 DNA
吸附有 DNA
片段的膜
DNA的三级结构
在细胞内, 由于 DNA分子与其它分子 （ 主
要是蛋白质 ） 的相互作用, 使 DNA双螺旋进一
步扭曲形成的高级结构,
实例,超螺旋
核蛋白体 （ 染色体 chromosome）
DNA超螺旋结构的形成
核小体盘绕及染色质示意图
组蛋白与 DNA的结合
组蛋白与 DNA 的结合
第四节 RNA的分子结构
一,RNA一级结构
二,tRNA 的分子结构
三,rRNA的分子结构
四, mRNA的分子结构
RNA的一级结构
RNA分子中各核苷之间
的连接方式 （ 3′-5′磷酸二
酯键 ） 和 排列 顺 序叫 做
RNA的一级结构
OH
OH
OH
5′
3′ RNA与 DNA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
RNA的类别
?转移 RNA（ transfor RNA,tRNA）,在蛋白质合
成时起着携带活化氨基酸的作用。
?核糖体 RNA（ ribosoal RNA,rRNA）,与蛋白
质结合构成核糖体（ ribosome）,核糖体是蛋白质合成
的场所；
?信使 RNA（ messenger RNA,mRNA）,在蛋白
质合成中起模板作用；
tRNA 的结构
二级结构 特征,
单链
三叶草叶形
四臂四环
三级结构 特征,
在二级结构基础上
进一步折叠扭曲形成倒
L型
酵母 tRNA Ala
的二级结构
DHU环
I G C
反密码子
反密码环
氨基酸臂
可变环
TψC环
C
C
A Ala 3′
5′
tRNA的三级结构
rRNA的分子结构
特征, ? 单链, 螺旋化程度较 tRNA低
? 与蛋白质组成核糖体后方能发挥其功能
5SRNA的二级结构
mRNA的分子结构
原核生物 mRNA特征,
先导区 +翻译区 （ 多顺反子 ） +末端序列
真核生物 mRNA特征,
, 帽子, （ m7G-5′ppp5′-N-3′p） +单顺
反子 +,尾巴, （ Poly A）
原核细胞 mRNA的结构特点
5′ 3′
顺反子 顺反子 顺反子
插入顺序 插入顺序
先导区 末端顺序
真核细胞 mRNA的结构特点
AAAAAAA-OH
5′, 帽子
”
PolyA 3′
顺反子
m7G-5′ppp-N-3 ′ p
第五节 核酸的某些理化性质及
核酸研究常用技术
一, 核酸的两性解离性质
二, 核酸的紫外吸收特性 （ λmax=260nm）
三, 核酸的变性, 复性和分子杂交
四, 核酸的熔解温度 （ Tm）
五, 核酸的沉降特性 沉降系数 （ s） 的概念
DNA的紫外吸收光谱
天然 DNA
变性 DNA
核苷酸总吸收值
1
2
3
220 240 260 280
0.1
0.2
0.3
0.4
波长（ nm）
光
吸
收
1
2
3
DNA的变性过程
加热
部分双螺旋解开 无规则线团 链内碱基配对
核酸 的变性、复性和杂交
变性 （加热）
探针
杂交 （缓慢冷却）
复性 （缓慢冷却）
变性, 在物
理, 化学因素影
响下, DNA碱
基对间的氢键断
裂, 双螺旋解开
,这是一个是跃
变过程, 伴有
A260增加 （ 增色
效应 ）,DNA的
功能丧失 。
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 。
分子杂交的原理示意图 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）
制备特定的探针
（ probe） 通过杂
交技术可进行基
因的检测和定位
研究 。 实 例,
southern印迹法
Tm,熔解温度（ melting temperature）
Poly d(A-T) DNA Poly d(G-C)
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 。 某些 DNA的 Tm值
60 80 100
1,0
1,4
1,2
100%
A260
t \ 0C
Tm Tm Tm
1
2 3
1 2 3
第六节 DNA研究进展
一, 人类基因组计划简介
（ Human Genome Project,HGP）
二, DNA芯片技术简介
（ DNA chip）
HGP的概况
该计划是美国科学家在 1985年率先提出,1990年正
式启动。美、英、德、法、日先后参加了此项工作，
1999年我国成为 HGP的第六个成员国。
HGP旨在阐明人类基因组 DNA所具有的 3× 109核苷酸
的序列，发现所有的人类基因并阐明其在染色体上的位
置，破译人类的全部遗传信息，使得人类第一次在分子
水平上全面地认识自我。
到目前为止，已完成了人类基因组的框架图，测序的
工作已基本完成。 HGP的实施，揭开了生命科学新的一
页，它可以造福于人类，但也面临的伦理的挑战。
HGP取得的成就
? 完成了人类基因组工作草图绘制,揭示了人类基因
组若干细节
? 基本上测定了人类基因组上的碱基序列
? 一些模式生物 (果蝇、拟南介等 )和作物（如水稻）
基因草图绘制成功，测序基本完成
? 促进了生物信息学、蛋白质组学、糖组学的迅猛
发展
? 人类基因组草图绘就，中国科学家功不可没
DNA芯片技术简介
DNA芯片 (DNA chip)技术是采用寡核苷酸原位合成或
显微打印手段，将数以万计的 DNA探针片段有序地固化
于支持物表面上，产生二维 DNA探针阵列，然后与标记
的样品进行杂交，通过检测杂交信号来实现对生物样品
的快速、并行、高效地检测或诊断。
由于常用硅芯片作为固相支持物，且在制备过程中运
用了计算机芯片的制备技术，所以称为 DNA芯片技术。
人类将进入生物经济时代
基因 —— 操纵生命的工具
基因组 —— 潜藏着巨大的经济价值
基因技术 —— 21世纪的投资热点
谁掌握了人类基因图谱，就等于谁破译了人类
的生命密码，获得了操纵生命的工具。
与互联网相比，网络只是对人类的信息沟通带
来了巨大的革命，而基因领域的革命则能够从根
本上改变人类的命运，基因工程所带来的商业机
会将会大大超过网络。
肺炎球菌转化实验图解
光滑型细胞
（有毒）
粗糙型细胞
（无毒） 破碎细胞
DNAase降
解后的 DNA
粗糙型细胞接
受光滑型 DNA
只有粗糙型 大多数仍为粗糙型 少数光滑型
细胞被转化
S
S R R
R
+
DNA
沉降系数（ S）
生物大分子在单位离心力场作用下的沉降速度称为沉
降系数 。 即沉降系数是微颗粒在离心力场的作用下, 从
静止 状态到达 极限速度所 需要的时 间 。 其单位 用
Svedberg,即 S表示, S=1× 10-13秒 。
沉降系数（ S） 与分子量（ M） 的关系
M = RTS D(1-??) Svederg方程,
问答题
1,某 DNA样品含腺嘌呤 15.1%（ 按摩尔碱基计 ）, 计算其余碱基的百分
含量 。
2,DNA双螺旋结构是什么时候, 由谁提出来的？ 试述其结构模型 。
3,DNA双螺旋结构有些什么基本特点？ 这些特点能解释哪些最重要的生
命现象？
4,tRNA的结构有何特点？ 有何功能？
5,DNA和 RNA的结构有何异同？
6,简述核酸研究的进展, 在生命科学中有何重大意义？
6,计算 （ 1） 分子量为 3?105的双股 DNA分子的长度； （ 2） 这种 DNA一
分子占有的体积； （ 3） 这种 DNA一分子占有的螺旋圈数 。 （ 一个互补的
脱氧核苷酸残基对的平均分子量为 618）
名词解释
变性和复姓 分子杂交 增色效应和减色效应 回文结构 Tm
cAMP Chargaff定律
DNA的念珠状结构
