第二章 核 酸
一：核酸的一般概述
二：核酸的化学组成
三：核酸的分子结构
四：核酸的理化性质第一节：核酸的一般概述
DNA(脱氧核糖核酸 ) RNA（核糖核酸）
分布 98%于细胞核中，少量存于线粒体和叶绿体中
90%cell质中,10%
细胞核中，其中：
tRNA15%，
mRNA5%,rRNA80%
生物功能 遗传物质基础（主要）
含基因传递遗传物质，指导蛋白质合成，有时 RNA也是遗传物质核糖碱基磷酸
D－ 2－脱氧核糖
A,C,G,T
磷酸
D－核糖
A,C,G,U
磷酸核酸的种类
核酸分为两大类,?
脱氧核糖核酸（ DNA）
Deoxyribonucleic Acid?
核糖核酸（ RNA）
Ribonucleic Acid。
脱氧核糖核酸（ DNA）
DNA分子含有生物物种的所有遗传信息，分子量一般都很大。
DNA为双链分子，其中大多数是链状结构大分子，也有少部分呈环状结构。
核糖核酸（ RNA）
RNA主要是负责 DNA遗传信息的 翻译和表达,分子量要比 DNA小得多。 RNA为单链分子。
根据 RNA功能，可以分为 mRNA（ Messenger
RNA）,tRNA（ Transfer RNA） 和 rRNA
（ Ribosome RNA） 三种。
第二节：核酸的化学组成
核酸（ DNA和 RNA）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是 核苷酸 。
核苷酸 本身由 核苷 和 磷酸 组成,
而 核苷 则由 戊糖 和 碱基 形成。
DNA与 RNA结构相似，但在组成成份上略有不同。
（ 1）组成核甘的碱基
腺嘌呤 Ademine
鸟嘌呤 Guanine
尿嘧啶 Uracil
胞嘧啶 Cytosine
胸腺嘧啶 Thymine
腺嘌呤 Adenine
N
N
N
H
N
N H
2
鸟嘌呤 guanine
N H
N
N
H
N
O
N H
2
尿嘧啶 uracil
N H
N
H
O
O
胞嘧啶 cytosine
N
N
H
N H
2
O
胸腺嘧啶 thymine
N H
N
H
O
O
（ 2）组成核甘的戊糖
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。
O
H
H
O H
H
O H
O H
H
H O C H 2 H O C H
2
O
H
H
O H
H
H
O H
H
D- 核糖 D - 2 - 脱氧核糖
（ 3）核甘
糖与碱基之间的 C-N键，称为 C-N糖苷键胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷
N
N
O H
H O
N
N
N H 2
H O
N
N
O H
H 2 N
N
N
N
N
N
N
N H 2
O
H
H
O H
H
O H
H
H O C H 2 H O C H 2
O
H
H
O H
H
O H
H
O
H
H
O H
H
O H
H
H O C H 2
O
H
H
O H
H
O H
H
H O C H 2
（ 4）核甘酸
核苷酸是核苷的磷酸酯。作为 DNA或 RNA结构单元的核苷酸分别是 5′ -磷酸 -脱氧核糖核苷和
5′ -磷酸 -核糖核苷。
O
B
O H O H
O H 2 CP
O H
H O
O
B= 腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶或胸腺密啶核糖核苷酸
O H 2 CP
O H
H O
O
O
B
O H
脱氧核糖核苷酸第三节：核酸的分子结构
一,DNA的分子结构
二,RNA的分子结构一,DNA的分子结构
（ 一） DNA的一级结构
概念,DNA的一级结构是指 DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序。
不同的 DNA分子（或片段）其一级结构不同，即脱氧核苷酸排列顺序不同，也就是碱基排列顺序不同。
意义,遗传信息
基本结构单位,脱氧核糖核苷酸
连接键,3’,5’－磷酸二酯键
书写及阅读方向,从 5端到 3端
（ 二） DNA的二级结构概念,DNA的二级结构是指 DNA的双螺旋结构。
DNA的二级结构
1953年,J,Watson
和 F,Crick 在前人研究工作的基础上，
根据 DNA结晶的 X-衍射图谱和分子模型，
提出了著名的 DNA双螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测
DNA双螺旋结构的特点
DNA分子由两条 DNA单链组成。
DNA的双螺旋结构是分子中两条 DNA单链之间基团相互识别和作用的结果。
双螺旋结构是 DNA二级结构的最基本形式 。
DNA双螺旋结构的要点
（ 1） 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。螺旋中的两条链方向相反,即其中一条链的方向为 5′→3′,而另一条链的方向为 3′→5′ 。
DNA双螺旋结构的要点
（ 2） 嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成 90° 角
（ 3） 螺旋横截面的直径约为 2 nm，每条链相邻两个碱基平面之间的距离为 3.4 nm，每 10个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩
（即螺旋旋转一圈）高度为 34 nm。
（ 4） 两条 DNA链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有 严格的配对规律,即腺嘌呤（ A）与胸腺嘧啶（ T）结合，鸟嘌呤（ G）与胞嘧啶
（ C）结合，这种配对关系，称为碱基互补。 A和 T之间形成两个氢键,G与 C之间形成三个氢键。
在 DNA分子中,嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等 。
DNA双螺旋的稳定性
DNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。
维持这种稳定性的因素包括：两条 DNA链之间形成的氢键。
由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；介质中的阳离子（如 Na+,K+和 Mg2+）中和了磷酸基团的负电荷，
降低了 DNA链之间的排斥力、范德华引力等。
改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。
（三） DNA的三级结构概念,DNA的三级结构是指双螺旋进一步扭曲形成的更高层次的空间结构，也就是比双螺旋更为复杂的构象。 DNA的三级结构包括线状 DNA形成的纽结、超螺旋和多重螺旋以及环状的结、超螺旋和连环等多种类型，其中超螺旋是最常见的三级结构 。
二,RNA的结构特点
（一） RNA的一级结构特点
（二） RNA的高级结构特点
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? 。
（一） RNA一级结构的特点
（二） 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 。
在 RNA的双螺旋结构中,碱基的配对是 A与 U,G
与 C,但配对情况不象 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,
RNA的二级结构
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。
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 。
第四节：核酸的理化性质
一、核酸的紫外吸收
二、变性与复性
三、两性解离
四、核酸的物理性质一、核酸的紫外吸收
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二、核酸的变性与复性
（ 1） 核酸的变性
核酸的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。变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂，所以它的一级结构 (碱基顺序 )保持不变。
能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。
RNA本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为所引起的性质变化没有 DNA那样明显。
利用紫外吸收的变化，可以检测核酸变性的情况。
而 RNA变性后，约增加 1.1%。这种现象称为增色效应。
DNA变性
（ 2）核酸的复性
变性 DNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性。 DNA
复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一般只能得到部分的恢复。
DNA复性的程度、速率与复性过程的条件有关。
将热变性的 DNA骤然冷却至低温时,DNA不可能复性。
但是将变性的 DNA缓慢冷却时，可以复性。 分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外,DNA的复性也与它本身的组成和结构有关。
DNA复性三、核酸的两性解离
核酸的两性性质及等电点
与蛋白质相似，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。
由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性
（氨基）是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。如
DNA的等电点为 4～ 4.5,RNA的等电点为 2～ 2.5。
RNA的等电点比 DNA低的原因，是 RNA分子中核糖基
2′ -OH通过氢键促进了磷酸基上质子的解离。 DNA没有这种作用。
四、核酸的物理性质
DNA为白色纤维状固体,RNA为白色粉末状固体，它们都微溶于水，其钠盐在水中的溶解度较大。
核酸小结
本章要求,熟悉核酸的种类，分布与功能；掌握核酸的化学组成，核酸的分离及其理化性质；
核酸的分子结构。
重点,核酸的分子结构。
难点,DNA的双螺旋结构及 tRNA的三叶结构。
思考题？
1,在一个 DNA分子中，若 A所占摩尔数为 32.8%，
则 G的摩尔多少？
2,核甘酸除去磷酸基后称为 ＿＿？
3,碱基与戊糖间是 C－ C连接的是 ＿＿＿ 核甘？
4,tRNA的二级结构是 ＿＿＿ 型，三级结构是 ＿＿
型？
5,DNA的三级结构是以 ＿＿＿ 形式连而成，此结构形式是 ＿＿＿ 的基本结构单位 。
一：核酸的一般概述
二：核酸的化学组成
三：核酸的分子结构
四：核酸的理化性质第一节：核酸的一般概述
DNA(脱氧核糖核酸 ) RNA（核糖核酸）
分布 98%于细胞核中，少量存于线粒体和叶绿体中
90%cell质中,10%
细胞核中，其中：
tRNA15%，
mRNA5%,rRNA80%
生物功能 遗传物质基础（主要）
含基因传递遗传物质，指导蛋白质合成，有时 RNA也是遗传物质核糖碱基磷酸
D－ 2－脱氧核糖
A,C,G,T
磷酸
D－核糖
A,C,G,U
磷酸核酸的种类
核酸分为两大类,?
脱氧核糖核酸（ DNA）
Deoxyribonucleic Acid?
核糖核酸（ RNA）
Ribonucleic Acid。
脱氧核糖核酸（ DNA）
DNA分子含有生物物种的所有遗传信息，分子量一般都很大。
DNA为双链分子，其中大多数是链状结构大分子，也有少部分呈环状结构。
核糖核酸（ RNA）
RNA主要是负责 DNA遗传信息的 翻译和表达,分子量要比 DNA小得多。 RNA为单链分子。
根据 RNA功能，可以分为 mRNA（ Messenger
RNA）,tRNA（ Transfer RNA） 和 rRNA
（ Ribosome RNA） 三种。
第二节：核酸的化学组成
核酸（ DNA和 RNA）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是 核苷酸 。
核苷酸 本身由 核苷 和 磷酸 组成,
而 核苷 则由 戊糖 和 碱基 形成。
DNA与 RNA结构相似，但在组成成份上略有不同。
（ 1）组成核甘的碱基
腺嘌呤 Ademine
鸟嘌呤 Guanine
尿嘧啶 Uracil
胞嘧啶 Cytosine
胸腺嘧啶 Thymine
腺嘌呤 Adenine
N
N
N
H
N
N H
2
鸟嘌呤 guanine
N H
N
N
H
N
O
N H
2
尿嘧啶 uracil
N H
N
H
O
O
胞嘧啶 cytosine
N
N
H
N H
2
O
胸腺嘧啶 thymine
N H
N
H
O
O
（ 2）组成核甘的戊糖
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。
O
H
H
O H
H
O H
O H
H
H O C H 2 H O C H
2
O
H
H
O H
H
H
O H
H
D- 核糖 D - 2 - 脱氧核糖
（ 3）核甘
糖与碱基之间的 C-N键，称为 C-N糖苷键胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷鸟嘌呤核苷腺嘌呤核苷
N
N
O H
H O
N
N
N H 2
H O
N
N
O H
H 2 N
N
N
N
N
N
N
N H 2
O
H
H
O H
H
O H
H
H O C H 2 H O C H 2
O
H
H
O H
H
O H
H
O
H
H
O H
H
O H
H
H O C H 2
O
H
H
O H
H
O H
H
H O C H 2
（ 4）核甘酸
核苷酸是核苷的磷酸酯。作为 DNA或 RNA结构单元的核苷酸分别是 5′ -磷酸 -脱氧核糖核苷和
5′ -磷酸 -核糖核苷。
O
B
O H O H
O H 2 CP
O H
H O
O
B= 腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶，尿嘧啶或胸腺密啶核糖核苷酸
O H 2 CP
O H
H O
O
O
B
O H
脱氧核糖核苷酸第三节：核酸的分子结构
一,DNA的分子结构
二,RNA的分子结构一,DNA的分子结构
（ 一） DNA的一级结构
概念,DNA的一级结构是指 DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序。
不同的 DNA分子（或片段）其一级结构不同，即脱氧核苷酸排列顺序不同，也就是碱基排列顺序不同。
意义,遗传信息
基本结构单位,脱氧核糖核苷酸
连接键,3’,5’－磷酸二酯键
书写及阅读方向,从 5端到 3端
（ 二） DNA的二级结构概念,DNA的二级结构是指 DNA的双螺旋结构。
DNA的二级结构
1953年,J,Watson
和 F,Crick 在前人研究工作的基础上，
根据 DNA结晶的 X-衍射图谱和分子模型，
提出了著名的 DNA双螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测
DNA双螺旋结构的特点
DNA分子由两条 DNA单链组成。
DNA的双螺旋结构是分子中两条 DNA单链之间基团相互识别和作用的结果。
双螺旋结构是 DNA二级结构的最基本形式 。
DNA双螺旋结构的要点
（ 1） 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。螺旋中的两条链方向相反,即其中一条链的方向为 5′→3′,而另一条链的方向为 3′→5′ 。
DNA双螺旋结构的要点
（ 2） 嘌呤碱和嘧啶碱基位于螺旋的内侧，磷酸和脱氧核糖基位于螺旋外侧。碱基环平面与螺旋轴垂直，糖基环平面与碱基环平面成 90° 角
（ 3） 螺旋横截面的直径约为 2 nm，每条链相邻两个碱基平面之间的距离为 3.4 nm，每 10个核苷酸形成一个螺旋，其螺矩
（即螺旋旋转一圈）高度为 34 nm。
（ 4） 两条 DNA链相互结合以及形成双螺旋的力是链间的碱基对所形成的氢键。碱基的相互结合具有 严格的配对规律,即腺嘌呤（ A）与胸腺嘧啶（ T）结合，鸟嘌呤（ G）与胞嘧啶
（ C）结合，这种配对关系，称为碱基互补。 A和 T之间形成两个氢键,G与 C之间形成三个氢键。
在 DNA分子中,嘌呤碱基的总数与嘧啶碱基的总数相等 。
DNA双螺旋的稳定性
DNA双螺旋结构在生理条件下是很稳定的。
维持这种稳定性的因素包括：两条 DNA链之间形成的氢键。
由于双螺旋结构内部形成的疏水区，消除了介质中水分子对碱基之间氢键的影响；介质中的阳离子（如 Na+,K+和 Mg2+）中和了磷酸基团的负电荷，
降低了 DNA链之间的排斥力、范德华引力等。
改变介质条件和环境温度，将影响双螺旋的稳定性。
（三） DNA的三级结构概念,DNA的三级结构是指双螺旋进一步扭曲形成的更高层次的空间结构，也就是比双螺旋更为复杂的构象。 DNA的三级结构包括线状 DNA形成的纽结、超螺旋和多重螺旋以及环状的结、超螺旋和连环等多种类型，其中超螺旋是最常见的三级结构 。
二,RNA的结构特点
（一） RNA的一级结构特点
（二） RNA的高级结构特点
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? 。
（一） RNA一级结构的特点
（二） 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 。
在 RNA的双螺旋结构中,碱基的配对是 A与 U,G
与 C,但配对情况不象 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,
RNA的二级结构
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。
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 。
第四节：核酸的理化性质
一、核酸的紫外吸收
二、变性与复性
三、两性解离
四、核酸的物理性质一、核酸的紫外吸收
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二、核酸的变性与复性
（ 1） 核酸的变性
核酸的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。变性核酸将失去其部分或全部的生物活性。核酸的变性并不涉及磷酸二酯键的断裂，所以它的一级结构 (碱基顺序 )保持不变。
能够引起核酸变性的因素很多。温度升高、酸碱度改变、甲醛和尿素等的存在均可引起核酸的变性。
RNA本身只有局部的双螺旋区，所以变性行为所引起的性质变化没有 DNA那样明显。
利用紫外吸收的变化，可以检测核酸变性的情况。
而 RNA变性后，约增加 1.1%。这种现象称为增色效应。
DNA变性
（ 2）核酸的复性
变性 DNA在适当的条件下，两条彼此分开的单链可以重新缔合成为双螺旋结构，这一过程称为复性。 DNA
复性后，一系列性质将得到恢复，但是生物活性一般只能得到部分的恢复。
DNA复性的程度、速率与复性过程的条件有关。
将热变性的 DNA骤然冷却至低温时,DNA不可能复性。
但是将变性的 DNA缓慢冷却时，可以复性。 分子量越大复性越难。浓度越大，复性越容易。此外,DNA的复性也与它本身的组成和结构有关。
DNA复性三、核酸的两性解离
核酸的两性性质及等电点
与蛋白质相似，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。
由于核酸分子中的磷酸是一个中等强度的酸，而碱性
（氨基）是一个弱碱，所以核酸的等电点比较低。如
DNA的等电点为 4～ 4.5,RNA的等电点为 2～ 2.5。
RNA的等电点比 DNA低的原因，是 RNA分子中核糖基
2′ -OH通过氢键促进了磷酸基上质子的解离。 DNA没有这种作用。
四、核酸的物理性质
DNA为白色纤维状固体,RNA为白色粉末状固体，它们都微溶于水，其钠盐在水中的溶解度较大。
核酸小结
本章要求,熟悉核酸的种类，分布与功能；掌握核酸的化学组成，核酸的分离及其理化性质；
核酸的分子结构。
重点,核酸的分子结构。
难点,DNA的双螺旋结构及 tRNA的三叶结构。
思考题？
1,在一个 DNA分子中，若 A所占摩尔数为 32.8%，
则 G的摩尔多少？
2,核甘酸除去磷酸基后称为 ＿＿？
3,碱基与戊糖间是 C－ C连接的是 ＿＿＿ 核甘？
4,tRNA的二级结构是 ＿＿＿ 型，三级结构是 ＿＿
型？
5,DNA的三级结构是以 ＿＿＿ 形式连而成，此结构形式是 ＿＿＿ 的基本结构单位 。
