生物化学与分子生物学-授课教案生物化学教学方案:

课程名称

生物化学

年级

专业、层次

本科临床医学类

授课教师

职称

课型（大、小)

大

学时

3

授课题目（章、节)

第二章  核酸的结构与功能

教材名称

《生物化学》第七版

作者

查锡良

出版社

人民卫生出版社

主要参考书

（注明页数)

 （英)内德尔　主编. 核酸结构原理. 北京: 科学出版社,2008

目的与要求：

1. 掌握： 核苷酸的组成成分，碱基、戊糖和磷酸。核酸一级结构的概念。多核苷酸链中单核苷酸的连接方式。DNA碱基组成及其特点（Chargaff规则)。DNA双螺旋结构（DNA二级结构)的要点。DNA的功能。真核生物mRNA一级结构的特点及生物学功能，tRNA二级结构的特点及生物学功能。DNA变性与复性。核酸分子杂交的原理。核酸酶及限制性核酸内切酶的概念。

2. 熟悉： DNA的超螺旋结构及其在染色质中的组装。tRNA一级结构和三级结构的特点。rRNA的种类及核蛋白体的构成。核酸的一般理化性质。DNA的解链曲线。Tm的影响因素。

3. 了解：碱基的酮式-烯醇式互变异构。 DNA双螺旋结构的多态性。snmRNAs。核酶（ribozyme)的概念。核酸酶的分类。

教学内容与时间安排、教学方法：

1.教学内容与时间安排

核酸的化学组成及一级结构  0.5学时

DNA的空间结构与功能   1学时

RNA的结构与功能      1学时

核酸的理化性质及核酸酶  0.5学时

2. 教学方法：

讲授+演示+启发+讨论。

教学重点及如何突出重点、难点及如何突破难点：

1. 重点：DNA双螺旋结构（DNA二级结构)的要点。 真核生物mRNA一级结构的特点。DNA变性与复性。核酸分子杂交的原理。

2. 难点： 核苷酸的组成成分。DNA双螺旋结构。真核生物mRNA一级结构。

3. 课件色彩及语言强调突出重点；采用图片及动画演示理解难点。

教研室审阅意见：

   同意。

  教研室主任签名：李洪

 2009 年2 月 28 日

基 本 内 容

课堂设计和时间安排

第二章 核酸的结构与功能

核酸的分类和功能。

第一节 核酸的化学组成和一级结构

一、核苷酸是构成核酸的基本单位：

 (一)含氮碱：

☆嘧啶碱（pyrimidine)的化学结构和类型，嘧啶环的原子编号。嘌呤碱（purine)的化学结构和类型，嘌呤环的原子编号。

 (二)戊糖与核苷(pentose and nucleoside)：

核糖与脱氧核糖的化学结构与原子编号。

☆核苷的化学结构与命名。

含氮碱与戊糖的连接方式与化学键。

(三)核苷酸的结构与命名(structure and nomenclature of nucleotide)：

☆核苷酸的化学结构。

核苷酸由于与磷酸基缩合的位置不同而分别生成2"-核苷酸、3"-核苷酸和5"-核苷酸。最常见的核苷酸是5"-核苷酸（5"常被省略)。5"-核苷酸又可按其在5"位缩合的磷酸基的多少，分为一磷酸核苷（核苷酸)、二磷酸核苷和三磷酸核苷。

☆环核苷酸的分子结构。

核苷酸的命名及缩写符号。

 二、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序：

核酸就是由许多核苷酸单位通过3",5"-磷酸二酯键连接起来形成的不含侧链的长链状化合物，称为多核苷酸链。

 3",5"-磷酸二酯键的形成。

 核酸是具有方向性的长链状化合物，多核苷酸链的两端，一端称为5"-端，另一端称为3"-端。

DNA分子主要由dAMP、dGMP、dCMP和dTMP四种脱氧核糖核苷酸所组成。DNA的一级结构就是指DNA分子中脱氧核糖核苷酸的排列顺序及连接方式（3",5"-磷酸二酯键)。

RNA分子主要由AMP，GMP，CMP，UMP四种核糖核苷酸组成。RNA的一级结构就是指RNA分子中核糖核苷酸的排列顺序及连接方式。

核酸一级结构的表示方法。

 第二节 DNA的空间结构与功能

一、 DNA的二级结构——双螺旋结构模型：

DNA双螺旋结构是DNA二级结构的一种重要形式，它是Watson和Crick两位科学家于1953年提出来的一种结构模型（获1962年度诺贝尔奖)。

 (一)对DNA双螺旋结构模型作出贡献的科学家：

Oswald Avery (1877-1955)；Erwin Chargaff (1905-2002)；Linus Pauling (1901-1994)；Rosalind Franklin (1920-1958)；Maurice Wilkins (1916-2004 )；James Dewey Watson (1928- )；Francis Crick (1916-2004 )。

☆Chargaff 研究小组的贡献：① DNA碱基组成有物种差异，且物种亲缘关系越远，差异越大；② 相同物种，不同组织器官中DNA碱基组成相同，而且不因年龄、环境及营养而改变；③ DNA分子中四种碱基的摩尔百分比具有一定的规律性，即A=T、G=C、A+G=T+C。这一规律被称为Chargaff规则。

(二)DNA双螺旋结构模型（double-helix model of DNA)：

DNA双螺旋结构可分为A、B、C、D及Z型等数种，除Z型为左手双螺旋外，其余均为右手双螺旋。

B型DNA双螺旋结构模式图。

☆★B型双螺旋DNA的结构特征：① 为右手、反平行双螺旋；② 主链位于螺旋外侧，碱基位于内侧；③ 两条链间存在碱基互补：A与T或G与C配对形成氢键，称为碱基互补原则（A与T为两个氢键，G与C为三个氢键)；④ 螺旋的稳定因素为氢键和碱基堆砌力；⑤ 螺旋的螺距为3.4nm，直径为2nm。

(三)DNA双螺旋结构的多态性：

除B构象之外，DNA的二级结构还包括右手双螺旋结构的A构象、C构象和D构象等多种构象，以及左手双螺旋结构的Z构象。

二、DNA的高级结构是超螺旋结构：

(一)原核生物DNA的高级结构：

绝大多数原核生物的DNA都是共价封闭的环状双螺旋。如果再进一步盘绕则形成麻花状的超螺旋结构。

(二)DNA在真核生物细胞核内的组装：

在真核生物中，双螺旋的DNA分子围绕一蛋白质八聚体进行盘绕，从而形成特殊的串珠状结构，称为核小体（nucleosome)。 核小体的结构。

三、DNA是遗传信息的载体：

DNA的基本功能是作为遗传信息的载体，为生物遗传信息复制以及基因信息的转录提供模板。

☆DNA分子中具有特定生物学功能的片段称为基因（gene)。

☆一个生物体的全部DNA序列称为基因组（genome)。

基因组的大小与生物的复杂性有关，如病毒SV40的基因组大小为5.1×10³bp，大肠杆菌为5.7×10⁶bp，人为3.2×10⁹bp。

第三节 RNA的结构与功能

RNA通常以单链形式存在，但也可形成局部的双螺旋结构。

RNA分子的种类较多，分子大小变化较大，功能多样化。

主要的RNA种类有rRNA、mRNA、tRNA、HnRNA、SnRNA、SnoRNA、ScRNA等。

一、mRNA是蛋白质合成的模板：

mRNA可形成局部双螺旋结构的二级结构。

mRNA在真核生物中的初级产物称为hnRNA，经剪接过程转变为成熟的mRNA。

大多数真核成熟的mRNA分子具有典型的5"-端的7-甲基鸟苷三磷酸（m⁷GTP)帽子结构和3"-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴结构。

mRNA分子中带有遗传密码，其功能是为蛋白质的合成提供模板（template)。

☆mRNA分子中每三个相邻的核苷酸组成一组，在蛋白质翻译合成时代表一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体称为遗传密码（codon)。

二、tRNA是蛋白质合成的氨基酸载体：

tRNA是分子最小，但含有稀有碱基最多的RNA，其稀有碱基的含量可多达20%。

tRNA是保守性最强的RNA。

tRNA是单链核酸，但其分子中的某些局部也可形成双螺旋结构。

 (一)tRNA的二级结构：

☆★tRNA的二级结构由于局部双螺旋的形成而呈现“三叶草”形，故称为“三叶草”结构。①氨基酸臂——携带氨基酸；②DHU臂——辨认并结合氨基酰tRNA合成酶；③反密码臂——识别mRNA上的密码；④可变臂；⑤TΨC臂——识别并结合核糖体。

 (二)tRNA的三级结构。

三、以rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所：

rRNA是细胞中含量最多的RNA，占总量的80%。rRNA与蛋白质一起构成核糖体（核蛋白体)，作为蛋白质生物合成的场所。 大肠杆菌16S rRNA的二级结构。

四、snmRNA参与基因表达调控：

细胞内不同部位存在的其他种类的小分子RNA统称为非mRNA小RNA（snmRNA)。

RNA组学主要研究细胞中snmRNA的种类、结构与功能。

snmRNA的主要功能是参与基因表达的调控。

某些小分子RNA具有催化特定RNA降解的活性，这种具有催化作用的小RNA被称为核酶（ribozyme)。

核酶通常具有特殊的分子结构，如锤头结构。

第四节 核酸的理化性质

一、核酸能吸收紫外光：

核酸具有酸性；粘度大；能吸收紫外光，最大吸收峰为260nm。 故常用紫外分光光度法测定核酸的含量。

二、DNA变性是双链解离为单链的过程：

☆在理化因素作用下，DNA双螺旋的两条互补链松散而分开成为单链，从而导致DNA的理化性质及生物学性质发生改变，这种现象称为DNA的变性（denaturation)。

引起DNA变性的因素主要有：①高温，②强酸强碱，③有机溶剂等。

Dwww.med126.com/wsj/NA变性后的性质改变：① 增色效应（hyperchromic effect)：指DNA变性后对260nm紫外光的光吸收度增加的现象；② 旋光性下降；③ 粘度降低；④ 生物学功能丧失或改变。

☆加热DNA溶液，使其对260nm紫外光的吸收度突然增加，达到其最大值一半时的温度，就是DNA的变性温度（融解温度，melting temperature, Tm)。

Tm的高低与DNA分子中G+C的含量有关，G+C的含量越高，则Tm越高。

三、DNA的复性与分子杂交：

将热变性后的DNA溶液缓慢冷却，在低于变性温度约25～30℃的条件下保温一段时间（退火，annealing)，则变性的两条单链DNA可以重新互补而形成原来的双螺旋结构并恢复原有的性质。 将变性DNA经退火处理，使其重新形成双螺旋结构的过程，称为DNA的复性。

☆两条来源不同的单链核酸（DNA或RNA)，只要它们有大致相同的互补碱基顺序，经退火处理即可复性，形成新的杂种双螺旋，这一现象称为核酸的分子杂交（hybridization)。

核酸杂交可以是DNA-DNA，也可以是DNA-RNA杂交。

不同来源的，具有大致相同互补碱基顺序的核酸片段称为同源顺序（homologous sequence)。

在核酸杂交分析过程中，常将已知顺序的核酸片段用放射性同位素或生物素进行标记。 带有一定标记的已知顺序的核酸片段称为探针（probe)。

第五节 核酸酶

凡是能水解核酸的酶都称为核酸酶(nuclease)。

凡能从多核苷酸链的末端开始水解核酸的酶称为核酸外切酶。

凡能从多核苷酸链的中间开始水解核酸的酶称为核酸内切酶。

☆能识别特定的核苷酸顺序，并从特定位点水解核酸的内切酶称为限制性核酸内切酶（限制酶，restriction enzyme)。

☆——重点

★——难点

0.5学时

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演示+设问

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1学时

举例

重点强调

图片展示+动画演示

总结强调

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设问+重点强调

举例

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1学时

演示

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重点强调

动画演示+重点强调

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0.5学时

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重点强调

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图片展示+重点强调

重点强调

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举例

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小  结

1. 核酸的化学组成。核酸一级结构的概念。

2. DNA的二级结构特点。

3. 真核生物mRNA一级结构的特点。

4. tRNA二级结构的特点及功能。

5. 核酸的变性与复性。核酸的分子杂交。

6. 限制性核酸内切酶的概念。

复 习 思 考 题 、作 业 题

一、名词解释

 1. 核苷酸；2.DNA的二级结构；3. 核酸的分子杂交；4. DNA的变性；5. 融解温度；6. 限制性核酸内切酶；7. 核酶。

二、问答题

1. 请描述tRNA二级结构的特征及其功能。

2. 论述国家医学考试网DNA二级结构的特点。

下 次 课 预 习 要 点

 第三章 酶

1. 酶的概念。酶与一般催化剂的共同点及特点。

2. 酶的化学组成。酶的辅助因子，辅酶(辅基)和金属离子。维生素的概念和种类。B族维生素的化学结构与生理功能。

3. 酶的活性中心。

实 施 情 况 及 分 析