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生物第二章.核酸


第二章 第二章 核
一、知识要点



核酸分两大类:DNA 和 RNA。所有生物细胞都含有这两类核酸。但病毒不同,DNA 病毒只含 有 DNA,RNA 病毒只含 RNA。 核酸的基本结构单位是核苷酸。核苷酸由一个含氮碱基(嘌呤或嘧啶) ,一个戊糖(核糖或脱氧 核糖)和一个或几个磷酸组成。核酸是一种多聚核苷酸,核苷酸靠磷酸二酯键

彼此连接在一起。核 酸中还有少量的稀有碱基。RNA 中的核苷酸残基含有核糖,其嘧啶碱基一般是尿嘧啶和胞嘧啶,而 DNA 中其核苷酸含有 2′-脱氧核糖,其嘧啶碱基一般是胸腺嘧啶和胞嘧啶。在 RNA 和 DNA 中所 含的嘌呤基本上都是鸟嘌呤和腺嘌呤。核苷酸在细胞内有许多重要功能:它们用于合成核酸以携带 遗传信息;它们还是细胞中主要的化学能载体;是许多种酶的辅因子的结构成分,而且有些(如 cAMP、cGMP)还是细胞的第二信使。 DNA 的空间结构模型是在 1953 年由 Watson 和 Crick 两个人提出的。建立 DNA 空间结构模型 的依据主要有两方面:一是由 Chargaff 发现的 DNA 中碱基的等价性,提示 A=T、G≡C 间碱基互补 的可能性;二是 DNA 纤维的 X-射线衍射分析资料,提示了双螺旋结构的可能性。DNA 是由两条反 向直线型多核苷酸组成的双螺旋分子。单链多核苷酸中两个核苷酸之间的唯一连键是 3′,5′-磷酸 二酯键。按 Watson-Crick 模型,DNA 的结构特点有:两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴互 绕;碱基位于结构的内侧,而亲水的糖磷酸主链位于螺旋的外侧,通过磷酸二酯键相连,形成核酸 的骨架;碱基平面与轴垂直,糖环平面则与轴平行。两条链皆为右手螺旋;双螺旋的直径为 2nm, 碱基堆积距离为 0.34nm, 两核酸之间的夹角是 36°, 每对螺旋由 10 对碱基组成; 碱基按 A=T, G≡C 配对互补,彼此以氢键相连系。维持 DNA 结构稳定的力量主要是碱基堆积力;双螺旋结构表面有两 条螺形凹沟,一大一小。 DNA 能够以几种不同的结构形式存在。 B 型 DNA 转变而来的两种结构 A 型和 Z 型结构巳在 从 结晶研究中得到证实。在顺序相同的情况下 A 型螺旋较 B 型更短,具有稍大的直径。DNA 中的一 些特殊顺序能引起 DNA 弯曲。 带有同一条链自身互补的颠倒重复能形成发卡或十字架结构, 以镜影 排列的多嘧啶序列可以通过分子内折叠形成三股螺旋,被称为 H -DNA 的三链螺旋结构。由于它存 在于基因调控区,因而有重要的生物学意义。 不同类型的 RNA 分子可自身回折形成发卡、局部双螺旋区,形成二级结构,并折叠产生三级结 构, RNA 与蛋白质复合物则是四级结构。 tRNA 的二级结构为三叶草形, 三级结构为倒 L 形。 mRNA 则是把遗传信息从 DNA 转移到核糖体以进行蛋白质合成的载体。 核酸的糖苷键和磷酸二酯键可被酸、碱和酶水解,产生碱基、核苷、核苷酸和寡核苷酸。酸水 解时,糖苷键比磷酸酯键易于水解;嘌呤碱的糖苷键比嘧啶碱的糖苷键易于水解;嘌呤碱与脱氧核 糖的糖苷键最不稳定。RNA 易被稀碱水解,产生 2’-和 3’-核苷酸,DNA 对碱比较稳定。细胞内有各 种核酸酶可以分解核酸。其中限制性内切酶是基因工程的重要工具酶。 核酸的碱基和磷酸基均能解离,因此核酸具有酸碱性。碱基杂环中的氮具有结合和释放质子的 能力。核苷和核苷酸的碱基与游离碱基的解离性质相近,它们是兼性离子。 核酸的碱基具有共轭双键,因而有紫外吸收的性质。各种碱基、核苷和核苷酸的吸收光谱略有 区别。 核酸的紫外吸收峰在 260nm 附近, 可用于测定核酸。 根据 260nm 与 280nm 的吸收光度 (A260) 可判断核酸纯度。 变性作用是指核酸双螺旋结构被破坏,双链解开,但共价键并未断裂。引起变性的因素很多, 升高温度、过酸、过碱、纯水以及加入变性剂等都能造成核酸变性。核酸变性时,物理化学性质将 发生改变, 表现出增色效应。 热变性一半时的温度称为熔点或变性温度, Tm 来表示。 以 DNA 的 G+C 含量影响 Tm 值。由于 G≡C 比 A=T 碱基对更稳定,因此富含 G≡C 的 DNA 比富含 A=T 的 DNA 具有更高的熔解温度。 根据经验公式 xG+C = m - 69.3) 2.44 可以由 DNA 的 Tm 值计算 G+C 含量, (T × 或由 G+C 含量计算 Tm 值。 变性 DNA 在适当条件下可以复性,物化性质得到恢复,具有减色效应。用不同来源的 DNA 进 行退火,可得到杂交分子。也可以由 DNA 链与互补 RNA 链得到杂交分子。杂交的程度依赖于序列 同源性。分子杂交是用于研究和分离特殊基因和 RNA 的重要分子生物学技术。 染色体中的 DNA 分子是细胞内最大的大分子。 许多较小的 DNA 分子, 如病毒 DNA、 质粒 DNA、

线粒体 DNA 和叶绿体[]NA 也存在于细胞中。 许多 DNA 分子, 特别是细菌的染色体 DNA 和线粒体、 叶绿体 DNA 是环形的。病毒和染色体 DNA 有一个共同的特点,就是它们比包装它们的病毒颗粒和 细胞器要长得多,真核细胞所含的 DNA 要比细菌细胞多得多。 真核细胞染色质组织的基本单位是核小体, 它由 DNA 和 8 个组蛋白分子构成的蛋白质核心颗粒 组成。其中 H2A,H2B,H3,H4 各占两个分子,有一段 DNA(约 146bp)围绕着组蛋白核心形成左 手性的线圈型超螺旋。细菌染色体也被高度折叠,压缩成拟核结构,但它们比真核细胞染色体更富 动态和不规则,这反映了原核生物细胞周期短和极活跃的细胞代谢。

(二)填空题
1.DNA 双螺旋结构模型是_________于____年提出的。 2.核酸的基本结构单位是_____。 3.脱氧核糖核酸在糖环______位置不带羟基。 4.两类核酸在细胞中的分布不同,DNA 主要位于____中,RNA 主要位于____中。 5.核酸分子中的糖苷键均为_____型糖苷键。糖环与碱基之间的连键为_____键。核苷与核苷之间通 过_____键连接成多聚体。 6.核酸的特征元素____。 7.碱基与戊糖间是 C-C 连接的是______核苷。 8.DNA 中的____嘧啶碱与 RNA 中的_____嘧啶碱的氢键结合性质是相似的。 9.DNA 中的____嘧啶碱与 RNA 中的_____嘧啶碱的氢键结合性质是相似的。 10.DNA 双螺旋的两股链的顺序是______关系。 11.给动物食用 3H 标记的_______,可使 DNA 带有放射性,而 RNA 不带放射性。 12.B 型 DNA 双螺旋的螺距为___,每匝螺旋有___对碱基,每对碱基的转角是___。 13.在 DNA 分子中,一般来说 G-C 含量高时,比重___,Tm(熔解温度)则___,分子比较稳定。 14.在_ __条件下,互补的单股核苷酸序列将缔结成双链分子。 15.____RNA 分子指导蛋白质合成,_____RNA 分子用作蛋白质合成中活化氨基酸的载体。 16.DNA 分子的沉降系数决定于_____、_____。 17.DNA 变性后,紫外吸收__ _,粘度_ __、浮力密度_ __,生物活性将__ _。 18.因为核酸分子具有_ __、__ _,所以在___nm 处有吸收峰,可用紫外分光光度计测定。 19.双链 DNA 热变性后,或在 pH2 以下,或在 pH12 以上时,其 OD260______,同样条件下,单链 DNA 的 OD260______。 20.DNA 样品的均一性愈高,其熔解过程的温度范围愈______。 21.DNA 所在介质的离子强度越低,其熔解过程的温度范围愈___,熔解温度愈___,所以 DNA 应 保存在较_____浓度的盐溶液中,通常为_____mol/L 的 NaCI 溶液。 22. mRNA 在细胞内的种类___, 但只占 RNA 总量的____, 它是以_____为模板合成的, 又是_______ 合成的模板。 23.变性 DNA 的复性与许多因素有关,包括____,____,____,____,_____,等。 24.维持 DNA 双螺旋结构稳定的主要因素是_____,其次,大量存在于 DNA 分子中的弱作用力如 _____,______和_____也起一定作用。 25.mRNA 的二级结构呈___形,三级结构呈___形,其 3'末端有一共同碱基序列___其功能是___。 26.常见的环化核苷酸有___和___。其作用是___,他们核糖上的___位与___位磷酸-OH 环化。 27.真核细胞的 mRNA 帽子由___组成,其尾部由___组成,他们的功能分别是______,_______。 28.28.DNA 在水溶解中热变性之后,如果将溶液迅速冷却,则 DNA 保持____状态;若使溶液缓 慢冷却,则 DNA 重新形成___。

(三)选择题
1.ATP 分子中各组分的连接方式是: A.R-A-P-P-P B.A-R-P-P-P C.P-A-R-P-P D.P-R-A-P-P 2.hnRNA 是下列哪种 RNA 的前体? A.tRNA B.rRNA C.mRNA D.SnRNA 3.决定 tRNA 携带氨基酸特异性的关键部位是: A.–XCCA3`末端 B.Tψ C 环; C.DHU 环 D.额外环 E.反密码子环 4.根据 Watson-Crick 模型,求得每一微米 DNA 双螺旋含核苷酸对的平均数为::

A.25400 B.2540 C.29411 D.2941 E.3505 5.构成多核苷酸链骨架的关键是: A.2′3′-磷酸二酯键 B. 2′4′-磷酸二酯键 C.2′5′-磷酸二酯键 D. 3′4′-磷酸二酯键 E.3′5′-磷酸二酯键 6.与片段 TAGAp 互补的片段为: A.AGATp B.ATCTp C.TCTAp D.UAUAp 7.含有稀有碱基比例较多的核酸是: A.胞核 DNA B.线粒体 DNA C.tRNA D. mRNA 8.真核细胞 mRNA 帽子结构最多见的是: A. 7APPPNmPNmP B. m7GPPPNmPNmP C. 7UPPPNmPNmP D. 7CPPPNmPNmP E. m7TPPPNmPNmP m m m 9. 9. DNA 变性后理化性质有下述改变: A.对 260nm 紫外吸收减少 B.溶液粘度下降 C.磷酸二酯键断裂 D.核苷酸断裂 10.双链 DNA 的 Tm 较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致: A.A+G B.C+T C.A+T D.G+C E.A+C 11.密码子 Gψ A,所识别的密码子是: A.CAU B.UGC C.CGU D.UAC E.都不对 12.真核生物 mRNA 的帽子结构中,m7G 与多核苷酸链通过三个磷酸基连接,连接方式是: A.2′-5′ B.3′-5′ C.3′-3′ D.5′-5′ E.3′-3′ 13.在 pH3.5 的缓冲液中带正电荷最多的是: A.AMP B.GMP C.CMP D.UMP 14.下列对于环核苷酸的叙述,哪一项是错误的? A.cAMP 与 cGMP 的生物学作用相反 B. 重要的环核苷酸有 cAMP 与 cGMP C.cAMP 是一种第二信使 D.cAMP 分子内有环化的磷酸二酯键 15.真核生物 DNA 缠绕在组蛋白上构成核小体,核小体含有的蛋白质是 A.H1、H2、 H3、H4 各两分子 B.H1A、H1B、H2B、H2A 各两分子 C.H2A、H2B、H3A、H3B 各两分子 D.H2A、H2B、H3、H4 各两分子 E.H2A、H2B、H4A、H4B 各两分子

三、习题解答
(一)填空题
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. Watson-Crick; 1953 核苷酸 2’ 细胞核;细胞质 β ;糖苷;磷酸二酯键 磷 假尿嘧啶 胸腺;尿 胸腺;尿 反向平行、互补 胸腺嘧啶 3.4nm;10;36° 大;高 退火 mRNA;tRNA 分子大小;分子形状 增加;下降;升高;丧失 嘌呤;嘧啶;260 增加;不变 窄

21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28.

21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28.

宽;低;高;1 多;5%;DNA;蛋白质 样品的均一度;DNA 的浓度;DNA 片段大小;温度的影响;溶液离子强度 碱基堆积力;氢键;离子键;范德华力 三叶草;倒 L 型;CCA;携带活化了的氨基酸 cAMP;cGMP;第二信使;3’;5’ m7G;polyA;m7G 识别起始信号的一部分;polyA 对 mRNA 的稳定性具有一定影响 单链;双链

(三)选择题
1.B:ATP 分子中各组分的连接方式为:腺嘌呤-核糖-三磷酸,既 A-R-P-P-P。 2.C:hnRNA 是核不均一 RNA,在真核生物细胞核中,为真核 mRNA 的前体。 3.E:tRNA 的功能是以它的反密码子区与 mRNA 的密码子碱基互补配对,来决定携带氨基酸的特 异性。 4.D:根据 Watson-Crick 模型,每对碱基间的距离为 0.34nm,那么 1μ mDNA 双螺旋平均含有 1000nm/0.34nm 个核苷酸对数,即 2941 对。 5.E:核苷酸是通过 3`5`-磷酸二酯键连结成多核苷酸链的。 6.C:核酸是具有极性的分子,习惯上以 5’→3’的方向表示核酸片段,TAGAp 互补的片段也要按 5’ →3’的方向书写,即 TCTAp。 7.C:tRNA 含有稀有碱基比例较多的核酸。 8.B:真核细胞 mRNA 帽子结构最多见的是通过 5’,5’-磷酸二酯键连接的甲基鸟嘌呤核苷酸,即 m7GPPPNmP。 9.B:核酸的变性指核酸双螺旋区的氢键断裂,变成单链的无规则的线团,并不涉及共价键的断裂。 一系列物化性质也随之发生改变:粘度降低,浮力密度升高等,同时改变二级结构,有时可以 失去部分或全部生物活性。DNA 变性后,由于双螺旋解体,碱基堆积已不存在,藏于螺旋内部 的碱基暴露出来,这样就使得变性后的 DNA 对 260nm 紫外光的吸光率比变性前明显升高(增 加) ,这种现象称为增色效应。因此判断只有 B 对。 10.D:因为 G≡C 对比 A=T 对更为稳定,故 G≡C 含量越高的 DNA 的变性是 Tm 值越高,它们成正 比关系。 11.D:ψ 为假尿苷酸,其中的 U 可以与 A 配对,所以反密码子 Gψ A,所识别的密码子是 UAC。 12.D:参照选择题 8。 13.C:在 pH3.5 的缓冲液中,C 是四种碱基中获得正电荷最多的碱基。 14.A:在生物细胞中存在的环化核苷酸,研究得最多的是 3’,5’-环腺苷酸(cAMP)和 3’,5’-环鸟苷 酸(cGMP) 。它们是由其分子内的磷酸与核糖的 3’,5’碳原子形成双酯环化而成的。都是一种具 有代谢调节作用的环化核苷酸。常被称为生物调节的第二信使。 15.D:真核染色质主要的组蛋白有五种——Hl、H2A、H2B、H3、H4。DNA 和组蛋白形成的复合物 就叫核小体,核小体是染色质的最基本结构单位,成球体状,每个核小体含有 8 个组蛋白,各 含两个 H2A、H2B、H3、H4 分子,球状体之间有一定间隔,被 DNA 链连成串珠状。


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