核酸化学.docx

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核酸化学

第二章核酸化学

I主要内容

一、核酸的种类、分布及主要功能

核酸是以核苷酸为基本单位形成的生物大分子。

核酸根据其所含戊糖种类的不同分为核糖核酸（简称RNA）和脱氧核糖核酸（简称DNA）二种类型。

DNA是绝大多数生物体内遗传信息的贮存者和传递者，主要在遗传信息的贮存和传递中发挥作用；大多数为双链，少数为单链；真核细胞中分布在细胞核，原核细胞中存在于拟核区。

RNA一般是线状、单链，少数为环状双链；主要作用是参与蛋白质的生物合成，并根据其功能不同分为mRNA、tRNA和rRNA；主要分布在细胞质中。

另外，RNA在少数生物体内还起着遗传信息载体的作用。

二、核酸的化学组成

核酸是由核苷酸为基本单位构成的一类生物大分子。

部分分解可以形成多核苷酸、核苷酸、核苷，完全水解可以形成磷酸、戊糖和含氮碱基。

参与核酸构成的含氮碱基主要有腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。

戊糖与含氮碱基之间通过C-N相连形成核苷（糖苷），核苷中戊糖基5′-OH与磷酸反应形成核苷酸。

细胞中存在的核苷酸绝大多数均为5′-核苷酸，以3′，5′-磷酸二酯键形成核酸分子。

三、核酸的分子结构

（一）1．DNA或RNA一级结构

DNA或RNA分子中核苷酸的排列顺序称为DNA或RNA的一级结构。

核酸分子中遗传信息就贮存在特定的核苷酸（碱基）排列顺序之中。

（二）DNA的二、三级结构

1．DNA二级结构特点：

（1）该结构由两条反向平行的DNA单链围绕其中心轴向右盘绕而成，其中一条链的方向是从3′-5′，而另一条链的走向是从5′-3′；

（2）由磷酸和脱氧核糖交替排列形成双螺旋结构的主链骨架，位于双螺旋结构的外侧，糖环平面与中心轴的走向相平行，碱基则位于双螺旋结构的内部，其平面与中心轴的走向垂直；（3）每螺旋上升一圈需要10个碱基对，螺距是3.4nm直径2.0nm；（4）DNA双链对应位置碱基之间具有严格的规律性，即A=T，G=C。

2.维持DNA二级结构稳定的因素：

（1）互补碱基对间的氢键；

（2）碱基堆集力；（3）离子键。

3.生物学意义：

（1）揭示了DNA分子上遗传信息的贮存规律；

（2）揭示了DNA分子的可复制性以及DNA分子内遗传信息的传递方式。

DNA的三级结构是指双螺旋的卷曲构象，最常见的是超螺旋结构。

（三）RNA二、三级结构

RNA一般由一条链构成，二级结构的最主要特点是“发夹”结构。

tRNA二级结构呈三叶草形，三级结构呈“倒L形。

四、核酸的主要性质

1．溶解性和旋光性。

2．紫外吸收特性：

核苷酸定量分析（摩尔消光系数）法。

3．碱基、核苷和核苷酸的解离；碱基和磷酸上的可解离基团，核苷和核苷酸的等电点

4．变性、复性及DNA的分子杂交。

II习题

一、名词解释

1.稀有核苷：

2.DNA二级结构：

3.三叶草模型

4.“线团”转变：

5.分子杂交：

6.增色效应：

7．Tm：

是非题:

判断下列各句话意思的正确与否，正确的在题后括号内画“√”，错误的画“×”，如果是错误的，请说明其理由。

1．核苷由碱基和核糖以β-型C-N糖苷键相连。

2．核苷酸是由核苷与磷酸脱水缩合而成，核苷酸是核苷的磷酸酯

3．DNA与RNA一样，在1NKOH溶液中不很稳定，生成2'，3'脱氧核苷酸。

4．DNA碱基配对规律（A＝T,G＝C）仅适用于双链DNA而不适用单链DNA.

5．在DNA变性过程中,总是G＝C对丰富的区段先解链分开。

6．DNA是所有生物的遗传物质。

7．在DNA局部双螺旋区内，两条链之间的方向也是反向平行的。

8．不同来源的DNA单链，在一定条件下能进行分子杂交，是由于它们有共同的碱基组成。

9．当某DNA溶液温度升高到一定程度时，OD260提高30％，说明它是该DNA分子为双链DNA。

10．DNA分子的可复制性主要是由DNA双链对应位置之间碱基的互补性所决定的。

11．DNA变性后由双螺旋结构变成线团结构。

12．Tm值低的DNA分子中（A-T）％高。

13．双链DNA中，一条链上某一区段的核苷酸顺序为：

pCpTpGpGpApC，那么另一条链上相应的区段的核苷酸顺序为:

pGpApCpTpG.

14．由于RNA不是双链，因此所有的RNA分子中都没有双螺旋结构。

15．DNA两条链间的碱基配对原则总是A对T、C对G、而DNA与mRNA之间的碱基配对原则为A对U、T对A以及G对C。

16．DNA的复制和转录都必须根据碱基配对的原则。

17．某氨基酸tRNA反密码子为GUC，在mRNA上相对应的密码子应该是CAG。

18．细胞内DNA的核苷酸顺序都不是随机的而是由遗传性决定的。

一、填空题

1．核苷酸是由、和磷酸基三者组成的。

2．在各种RNA中含稀有碱基最多。

3．DNA双螺旋的直径为__________________，双螺旋每隔___________旋转一圈，约相当于________对，核糖－磷酸主链位于螺旋体______侧，碱基对位于螺旋体________侧。

4．真核生物的DNA存在于，其生物学作用是。

5．所有RNA的核苷酸顺序都是由它们的。

6．将双链DNA放置在pH2以下或pHl2以上，其OD260,在同样条件下单链DNA的OD260。

7．B型DNA双螺旋是由两条链是平行的，螺距每个螺旋的碱基对基数为。

8．DNA抗碱的原因是决定的。

9．将A、U、C和G四种核苷酸溶解在pH3.5的缓冲液中，从负极向正极进行电泳，

跑得最快，跑得最慢。

10．从E.coli中分离的DNA样品内含有20％的腺嘌呤（A），那么T＝％，G十C＝％。

11．某DNA片段的碱基顺序为GCTACTAAGC，它的互补链顺序应为。

12．酵母tRNAAla二级结构模型呈__状；主要包括______、______、___________、和____________五部分组成。

13．当温度逐渐升到一定高度时，DNA双链称为变性。

当温度逐渐降低时，DNA的两条链，称为。

14．DNA的复性速度与、以及DNA片段的大小有关。

15．天然DNA的负超螺旋是由于DNA双螺旋中两条链引起的为手超螺旋，正超螺旋是由于DNA双螺旋中两条链引起的为手超螺旋。

16．tRNA的二级结构呈形，三级结构的形状像。

17．核酸分子含有____________和____________碱，所以对____________nm的波长有强烈吸收。

18．维持DNA双螺旋结构稳定的因素有___________、_______和_____________。

二、选择题

1．在双链DNA中，碱基含量关系错误的是：

AA＝T、G＝C;BA+T＝G＋C;

CG＝C+mC;DA+G＝C＋T;

2．双链DNA的Tm上升是下列哪组碱基高引起的?

AA+G;BC+T;

CA+T;DG+C.

3．Watson-Crick的DNA双螺旋模型表示:

A一个三链结构;B双链走向是反向平行的;

C碱基A与G配对;D碱基之间共价结合;

4．DNA热变性的显著变化是:

A磷酸二酯链断裂;B生成2',3'环核苷酸;

CTm值与GC含量有关;D260nm吸收值增加;

5．绝大多数真核生物的mRNA的5'端有:

APolyA;BCCA－OH;

B帽子结构、起始密码;D终止密码;

6．各类核酸中含稀有核苷最多的是:

AtRNABrRNA;

CmRNA;DDNA.

7．假尿苷中的糖苷键是:

AC－N连接;BC－C连接;

CN－N连接;DO－C连接;

8．与DNA序列5'－pTpApGpA－3'互补的序列是:

A5'－pTpCpTpA－3';B5'－pApTpCpT－3';

C5'－pUpCpUpA－3';D5'－pGpCpGpA－3';

9．下列关于DNA的叙述哪项是错误的?

A不同生物的DNA一级结构不同。

B破坏DNA双螺旋，260nm光吸收增加。

C所有生物的DNA都为双链结构。

D细胞核DNA与线粒体DNA的三级结构不同;

10．下列哪项可说明DNA是生物遗传信息的携带者?

A不同生物的碱基组成应该是相同的；

B病毒感染是通过蛋白质侵入宿主细胞来完成的；

C同一生物体不同组织的DNA通常具有相同的碱基组成。

D生物体的DNA碱基组成随年龄和营养状况的改变而改变。

11．存在于DNA中的bp是:

AA-T;BU-A;CC-G;DG-A.

12．对于细胞中RNA来说:

A含量最多的是rRNA;B含修饰核苷最多的是tRNA;

C所有RNA都在于细胞质中；D寿命最短、含量最少的是mRNA;

13．核酸变性时:

A氢键断裂、双链脱解、碱基堆积破坏；

B分子量不变；

C在退火条件下互补单链可以重新缔合为双链；

D单链核酸增色效应不显著。

14．DNA的Tm与介质的离子强度有关，所以DNA制品应保存在：

A高浓度的缓冲浪中B低浓度的缓冲液中

C纯水中D有机试剂中

15．热变性后的DNA：

A紫外吸收增加B磷酸二酯键断裂

C形成三股螺旋D（G-C）％含量增加

16．下列过程中与DNA体外重组无关的是：

A用专一性的限制性内切酶在特定的互补位点切割载体DNA和供体DNA

B通过连接酶催化载体DNA与供体DNA接合。

C将重组后的DNA通过结合反应引入寄主细胞。

D常常根据载体所具有的抗药性来筛选含有重组DNA的细菌。

17．核酸分子中的共价键包括：

A嘌呤碱基第9位N与核糖第1位C之间连接的β—糖苷键

B磷酸与磷酸之间的磷酸酯键

C磷酸与核糖第1位C之间连接的磷酸酯键

D核糖与核糖之间连接的糖苷键

19．下列哪种物质不是由核酸与蛋白质结合而成的复合物：

A病毒B核糖体

C蛋白质生物合成70S起始物D线粒体内膜

20．下列关于核糖体的叙述正确的是：

A大小亚基紧密结合任何时候都不分开。

B细胞内有游离的也有与内质网结合的核糖体。

C核糖体是一个完整的转录单位。

D核糖体由两个相同的亚基组成。

21．Crick的摆动假说较好的描述了：

A密码子的第三位变动不影响与反密码子的正确配对

B新生肽链在核糖体上的延长机理。

C由链霉素引起的翻译错误。

D溶原性噬菌体经过诱导可变成烈性噬菌体。

22．分离出某病毒核酸的碱基组成为：

A＝27％，G＝30％，C＝22％，T＝21％，该病毒应为：

A单链DNAB双链DNA

C单链RNAD双链RNA

三、问答与计算：

1．ＤＮＡ双螺旋结构模型的主要内容是什么？

生物体内遗传信息的传递主要是通过什么方式实现的？

2．简要描述酵母tRNAAla的三叶草模型。

3．有一DNA分子，其（A+G）／（T+C）在一单链中的比值为0.9，试计算在另一互补链中（A+G）／（T+C）的比值。

4．DNA样品在水浴中加热到—定温度，然后冷至室温测其OD260，请问在下列情况下加热与退火前后OD260的变化如何?

（a）加热的温度接近该DNA的Tm值；（b）加热的温度远远超过该DNA的Tm值。

5．假定每个基因有900对核苷酸，并且有三分之一的DNA不编码蛋白质，人的一个体细胞（DNA量为6.4×109对核苷酸），有多少个基因?

（参考答案4.72×106）如果人体有1013个细胞，那么人体DNA的总长度是多少千米?

（参考答案2.2×1013千米）等于地球与太阳之间距离（2.2×109千米）的多少倍?

（参考答案1000倍）（以三个碱基编码一个氨基酸，氨基酸平均分子量为120，核苷酸对平均分子量为640计算。

）

6．根据同源蛋白质的知识，说明为什么编码同源蛋白质的基因（DNA片段）可以杂交?

第二章核酸化学

（习题答案）

一、名词解释

1.稀有核苷：

在核酸分子中含量较少的一类核苷。

_2.DNA二级结构：

由两条反向平行的DNA单链围绕其中心轴向右盘绕而形成的DNA双螺旋结构。

3.三叶草模型：

tRNA分子的二级结构具有四环四臂，即氨基酸臂，反密码环及臂、D环及臂、TψC环及臂和额外环，外形呈三叶草形故名。

4.“线团”转变：

由于酸、碱、变性剂及高温等理化因素作用，使原有规则的螺旋结构破坏，形成无规则线团结构的现象称核酸变性又名“线团”转变。

5.分子杂交：

具有互补碱基序列的核酸单链（DNA或RNA）之间借助于氢键，彼此结合形成DNA-DNA或DNA-RNA杂合双链的现象称分子杂交。

6.增色效应：

核酸分子主要是DNA分子由于变性作用，原来位于螺旋结构内部的碱基外露，紫外吸收能力增大的现象称增色效应。

7．Tm：

溶液中DNA的变性作用发生在一个很狭窄的温度范围，就像晶体物质在其熔点突然熔化一样，故称核酸的熔解，熔解温度范围的中点温度称解链温度，用Tm表示。

二、是非题

1．对2．:

对3．错4．对5．错6．错7．对8．错9．对

10．错11．对12．对13．错14．错15．对16．对17．对18．对

19．对20．错

三、填空题

1．含氮碱基、戊糖

2．tRNA

3．2.0nm,3.4nm,10bp,外，内

4．细胞核内，遗传信息的载体（遗传物质）

5．DNA或RNA模板决定的

6．增大，变化不明显或没有变化

7．反，3.4nm，10

8．脱氧核糖2’-碳位上没有羟基，不利于碱的作用

9．U，A

10．20，60

11．3’-CGATGATTCG-5’

12.三叶草形，氨基酸臂，反密码环及反密码环臂，D-环及D-环臂，TψC环及TψC环臂，额外环

13．解开，结合形成双螺旋，复性

14．起始浓度，重复序列多少

15．解旋，右，旋紧，左

16．三叶草，倒L形

17．嘧啶、嘌呤，260。

18．氢键、盐键、碱基堆积力

四、选择题

1．B2．D3．B4．D5．B6．A7．B8．A9．C10．C

11．AC12．ABD13．B14．A15．A16.B17．A19．D20．B21．A

22．A

五、问答与计算：

1．答：

ＤＮＡ双螺旋结构模型的主要内容（略）。

生物体内遗传信息的传递主要是通过碱基互补方式实现的。

2．答案（略）

3．解：

一单链中（A+G）／（T+C）的比值为0.9，根据碱基互补规则，另一条链中（A+G）／（T+C）的比值应为1.1.

4．答:

（a）加热的温度接近该DNA的Tm值，开始退火复性后的OD260与变性前应完全相同，因为在接近Tm值的温度时，DNA的两条链并未完全分开，所以复性可以达到与变性前相同的程度。

（b）加热的温度远远超过该DNA的Tm值，退火复性后的OD260比变性前高，因为在远远超过了Tm值的温度时，DNA的两条链完全分开复性不容易达到与变性前相同的程度。

5．假定每个基因有900对核苷酸，并且有三分之一的DNA不编码蛋白质，人的一个体细胞（DNA量为6.4×109对核苷酸），有多少个基因?

（参考答案4.72×106）如果人体有1013个细胞，那么人体DNA的总长度是多少千米?

（参考答案2.2×1013千米）等于地球与太阳之间距离（2.2×109千米）的多少倍?

（参考答案1000倍）（以三个碱基编码一个氨基酸，氨基酸平均分子量为120，核苷酸对平均分子量为640计算。

）

6．答：

同源蛋白质是指来源不同的同一种蛋白质，它们具有基本相同的氨基酸序列，所以它们的基因具有相同的核苷酸序列。

当将带有同源蛋白质基因的DNA片段，进行杂交时，形成杂交分子的机会就比较多。