第19章核 酸.docx

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第19章核酸

第19章核酸

19.1基本要求

●掌握核酸的分类。

●掌握核苷、单核苷酸、多核苷酸及核酸的组成，核酸的一级结构，DNA的双螺旋结构，RNA的二级结构和碱基配对规律。

●熟悉胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤及鸟嘌呤的结构式。

●掌握核酸的理化性质，了解基因和遗传密码。

19.2基本知识点

19.2.1核酸的分类

核酸是存在于细胞中的一种很重要的酸性生高分子化合物，是生物体遗传的物质基础。

通常与蛋白质结合成核蛋白。

19.2.2核酸的组成和结构

核苷酸是组成核酸的基本单位，一个核酸分子是由许许多多的核苷酸组成的长链分子，而核苷酸是由磷酸和核苷组成的分子，核苷是由戊糖和含氮有机碱组成的分子。

DNA和RNA两者在组成、结构以及功能上的区别见下表：

核酸

组成

DNA

RNA

磷酸

H3PO4

H3PO4

五碳醛糖

碱基

嘌呤碱

嘧啶碱

核

苷

DNA

RNA

核苷是由核糖或脱氧核糖与嘌呤碱或嘧啶碱缩合而成的β—氮苷。

单

核

苷

酸

核苷酸是核酸的基本组成单位，它是核苷的磷酸脂，磷酸接在糖的5‘或3’位上。

核

酸

结

构

一级结构——在核酸（DNA和RNA）分子中，含有不同碱基的各种核苷酸

按一定的排列次序，通过3‘，5’—磷酸二酯键彼此相连而成的多核苷酸链，称为核酸的一级结构。

二级结构——双螺旋结构两条DNA链之间通过碱基间形成的氢键相连，并以相反方向围绕中心轴盘旋成螺旋状结构。

碱基配对（碱基互补）规律：

碱基间的氢键有一定的规律，在DNA分子中必须是（A）一定与（T）（A—T），（C）一定与（G）（C—G）形成氢键。

形成氢键的两个碱基都在同一个平面上。

二级结构：

大多数RNA是由一条多核苷链（单股螺旋）构成，但在链的许多区域也发生自身回褶呈现双股螺旋状，但规律性差。

这种双螺旋结构也是通过碱基间氢键维系，形成一定的空间构型。

与DNA不同的是在RNA中腺嘌呤（A）配对的是尿嘧啶（U）（A—U）。

功

能

DNA主要存在于细胞核中，具有按照自己的结构进行精确复制的功能。

DNA中四种碱基的排列次序代表着遗传信息，父母把自己所有的DNA复制一份传给子女。

1核蛋白体rRNA：

是体内蛋白质合成的场所。

2信使mRNA：

是蛋白质合成时氨基酸排列顺序的模板。

3转运tRNA：

在蛋白质合成过程中起着携带、转移、活化氨基酸的作用。

注：

B代表含氮有机碱

除了DNA和RNA的核苷酸以外，还有一些具有生物学重要性的核苷酸，如腺嘌呤ATP等。

ATP在细胞代谢中作为高能化合物完成非常重要的作用，用作细胞的能量储藏。

腺嘌呤核苷酸ATP（三磷酸腺苷）的结构

这种5‘—单核苷酸在5‘位的磷酸基上再与1分子或2分子磷酸脱水，通过磷酸酐键形成的化合物为二磷酸核苷或三磷酸核苷，二磷酸核苷、三磷酸核苷中磷酸与磷酸结合所生成的键称为高磷酸键。

19.2.3核苷酸的命名

核苷酸的命名要包括糖基和碱基的名称，同时要标出磷酸连在戊糖上的位置。

例如：

腺苷酸又叫腺苷-5’-磷酸（adenosine-5'-phosphate）或腺苷一磷酸（adenosinemonophosphateAMP）。

如果糖基为脱氧核糖，则要在核苷酸前加“脱氧”二字。

例如：

脱氧胞苷酸又叫脱氧胞苷-5’—磷酸或脱氧胞苷一磷酸（deoxycytidinemonophosphatedCMP）等。

19.2.4核苷酸的理化性质

核酸是白色固体,微溶于水,不溶于乙醇、氯仿等有机溶剂，具有旋光性。

核酸属两性化合物，通常显酸性。

在某些理化因素作用下，碱基之间的氢键断裂，DNA的双螺旋结构被破坏，变为无规线团，这是核酸的变性。

核酸变性后，紫外吸收增强，粘度下降，生物功能改变或丧失。

变性并不破坏磷酸二酯键（一级结构）。

在适当条件下，变性DNA恢复双螺旋结构，称为复性。

因此，DNA的变性是可逆的。

DNA热变性后的复性称“退火”。

19.3典型例题分析

19.3.1写出DNA和RNA水解最终产物的名称。

二者在化学组成上有何不同？

解：

DNA水解的最终产物为磷酸、β—D—2—脱氧核糖、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）。

RNA水解的最终产物是磷酸、β—D—核酸、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）、腺嘌呤（A）、和鸟嘌呤（G）。

化学组成相同的是：

二者均含有磷酸、A、G和C；不同的是在DNA中含脱氧核酸和T而在RNA中含核糖和U。

19.3.2命名下列化合物

解：

1.脱氧腺苷（腺嘌呤脱氧核苷）2.N6—甲基腺嘌呤

3.鸟苷酸（鸟嘌呤核苷酸）4.4—乙酰基胞嘧啶

19.3.3写出下列化合物的结构式

1.5—羟甲基尿嘧啶2.胞苷三磷酸

3.尿苷二磷酸4.5，6—二氢尿嘧啶

解：

19.3.4写出胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）的酮式—烯醇式互变异构体

解：

19.3.5解释下列名词

1.高能磷酸键2.碱基配对规律3.DNA的变性4.DNA的复性5.反密码子

解：

1.核苷酸（及脱氧核苷酸）分子进一步磷酸化而生成二磷酸核苷、三磷酸核苷等，其中磷酸与磷酸结合所成的键，称为高能磷酸键。

此键断裂可释放出较多的能量。

许多生化反应都需要这些能量来完成。

2.在DNA分子中碱基间的氢键是有一定规律的，即腺嘌呤（A）一定与胸腺嘧啶（T）形成氢键；鸟嘌呤（G）一定与胞嘧啶（C）形成氢键。

形成键的两对碱基都在同一平面上，这种规律称为碱基配对（或碱基互补）规律。

3.在某些理化因素作用下,碱基之间的氢键断裂，DNA分子稳定的双螺旋结构被破坏，变为无规线性结构的现象称DNA的变性。

4.在适当条件下，变性的DNA两条互补链全部或部分恢复到天然双螺旋结构的现象称DNA的复性，它是变性的一种逆转过程。

5.在tRNA的三叶草形结构的单股环Ⅱ上，有三个碱基能与mRNA上的三联体成互补

关系，称反密码子。

19.3.6一段DNA有下列的碱基顺序

——ACCCCCAAATGTCG——

1.由这一段转录的mRNA中碱基顺序如何?

2.假如第一个碱基在mRNA中是密码子的开始,沿此段合成的多肽中氨基酸顺序将如何翻译?

3.在合成多肽时tRNA的反密码子应如何?

解：

1.——UGGGGGUUUACAGC——

2.色氨酸—甘氨酸—苯丙氨酸—苏氨酸。

3.ACCCCCAAAUGU

注释1.根据碱基配对规律将给出DNA的碱基顺序转录为mRNA的碱基顺序，在RNA中碱基配对规律是A—U，C—G

2.从第一个碱基开始密码子是：

UGG（色氨酸）、GGG（甘氨酸）、UUU（苯丙氨酸）、ACA（苏氨酸）。

3.与密码子对应的反密码子是：

19.3.7写出

1.合成五肽Arg—Ile—Cys—Tyr—Val的mRNA的碱基顺序。

2.转录此mRNA的DNA的碱基顺序。

3.合成此五肽时tRNA的反密码子。

解：

1.AGGAUCUGUUAUGUU（选取密码子中的一种）

2.TCCTAGACAATACAA

3.UCCUAGACAAUACAA

注释Arg—Ile—Cys—Tyr—Val分别为精氨酸、异亮氨酸、半光氨酸、酪氨酸和缬氨酸。

分别选取它们中的一种密码子便得出上述顺序。

根据碱基配对规律A—T、C—G得出转录此mRNA的DNA碱基顺序。

再将DNA碱基顺序的T换成U即可得出tRNA的反密码子。

19.3.8一段DNA分子具有下列的核苷酸的碱基顺序—ATGACCATG—，与这段DNA链互补的碱基顺序应如何排列？

解：

与题中给出的DNA链互补的碱基顺序的排列是：

—CATGGTCAT—

注释根据碱基配对规律A—T、C—G，两条DNA链的碱基配对是：

又因两条链反相平行且核酸的书写规则为从5‘端3’端，所以，与这段DNA链互补的碱基排列顺序为—CATGGTCAT—。

19.3.9某双链DNA样品，已知一条链中含有约20%的胸腺嘧啶（T）和26%的胞嘧啶（C），其互补链中含胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）的总量应是多少？

解：

互补链中胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）的总含量应是54%。

注释根据碱基配对规律，已知DNA链中（T）的含量为20%，互补链中（A）（腺嘌呤）的含量也应该是20%，同样已知DNA链中（C）的含量为26%，互补链中（G）（鸟嘌呤）的含量也应为26%。

由于互补链中（A）与（G）的总量为46%，因此互补链中（T）与（C）的总量应是54%。

19.4问题

19.4.1DNA和RNA彻底水解后的产物是（）

（A）核糖相同，部分碱基不同（B）碱基相同，核糖不同

（C）碱基不同，核糖不同（D）碱基不同，核糖相同

（E）以上都不对

解：

C。

19.4.2试写出胞苷酸和脱氧鸟苷酸的结构式

解：

19.4.3核酸中核苷酸之间的连接方式是（）

（A）C—N糖苷键（B）2‘，5’—磷酸二酯键（C）3‘，5‘—磷酸二酯键

（D）肽键（E）α—1，6—糖苷键

解：

C。

19.4.4维系DNA二级结构的稳定因素是什么？

解：

DNA分子的二级结构是由两条反平行的脱氧核苷酸链围绕同一个轴盘绕而成的右手双螺旋结构。

脱氧核糖基和磷酸基位于双螺旋的外侧，碱基朝向内侧。

两条链的碱基之间通过氢键结合成碱基对。

这种碱基之间的氢键作用维持着双螺旋的横向稳定性；碱基对间的疏水作用致使碱基对堆积，这种堆积力维持这双螺旋的纵向稳定性。

19.4.5某双链DNA中，已知一条链中A=30%，G=24%，其互补链的碱基组成正确的是（）

（A）T+C=46%（B）A+G=54%（C）A+G=46%

（D）T+C=60%（E）A+T=46%

解：

C。

19.4.6终止密码是（）

（A）AUG（B）GAU（C）GAA（D）CUA（E）UAA

解：

E。

19.5习题

19.5.1命名下列化合物

解：

（1）尿嘧啶

（2）1-甲基鸟嘌呤（3）尿嘧啶核苷（4）脱氧鸟苷

（5）胞苷酸

19.5.2写出下列化合物的结构式：

（1）3-甲基尿嘧啶

（2）腺嘌呤核苷

（3）脱氧胞苷酸（4）鸟苷酸

（5）2-硫代尿嘧啶

解：

19.5.3一段DNA分子具有核苷酸的碱基序列TACTGGTAC，与这段DNA链互补的碱基顺序是什么？

解：

ATGACCATG。

19.5.4核酸的变性是由于那种键发生断裂，何种结构被破坏？

解：

核酸的变性是配对碱基的氢键发生断裂，使双螺旋等高级结构被破坏，进而使原有的性质发生改变和丧失。

19.5.5完成下列反应：

解：

19.5.6某DNA样品中含有约30%胸腺嘧啶和20%胞嘧啶，可能还含有哪些有机碱？

含量为多少？

解：

腺嘌呤为30%，鸟嘌呤为20%。

19.5.7人脑中所存在的一种称为脑啡肽的化合物，具有阿片样活性（止疼和麻醉作用），已知其结构为Tyr-Gly-Gly-Phe-Met。

（1）写出合成这个五肽的mRNA的碱基顺序；

（2）写出转象此mRNA的DNA碱基顺序；

（3）写出合成此五肽时的tRNA反密码子。

解：

（1）UAUGGUGGUUUUGUU（其中一种）；

（2）ATACCACCAAAACAA

（3）AUACCACCAAAACAA

19.5.8蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序取决什么？

解：

取决于相应的mRNA中核苷酸残基的排列顺序。

19.5.9解释下列名词：

（1）基因

（2）基因密码（3）密码子

解：

（1）基因就是能合成有功能的蛋白质多肽链或RNA所必需的DNA中核苷酸的序列。

（2）在蛋白质的合成中，信使mRNA将DNA的碱基顺序（遗传信息），按碱基互补的原则抄录过来，再翻译成蛋白质中氨基酸的排列顺序。

这种按氨基酸顺序编码的mRNA中的碱基序列称为基因密码或遗传密码。

（3）mRNA分子中每3个碱基为一组，决定肽链上某一个氨基酸，称为三联体密码或密码子。

19.5.10密码子AUG的作用是什么？

解：

（1）是起始密码子；

（2）是蛋氨酸密码。

19.6自测题

19.6.1命名下列化合物

19.6.2选择题

7.RNA分子中含有的糖是（）

A.半乳糖B.核糖C.脱氧核糖D.葡萄糖

8.DNA分子中不含有的碱基是（）

A.（T）B.（C）C.（U）D.（G）

9.mRNA最重要的生物学功能是（）

A.供给能量B.提供蛋白质生物合成的场所

C.传递遗传信息D.运送氨基酸

10.RNA分子中不含的碱基是（）

A.（T）B.（C）C.（G）D.（A）

11.遗传基因是指（）

A.DNAB.DNA一个片段C.多肽链D.碱基对

12.核酸中核苷酸之间的连接方式是（）

A.C—N糖苷键B.α—1，4糖苷键C.肽键D.3‘，5‘—磷酸二酯键

13.DNA分子中胞嘧啶（C）的含量为20%，则腺嘌呤（A）的含量是（）

A.20%B.35%C.30%D.80%

14.下列RNA中碱基配对正确的是

A.C——TB.A——UC.A——TD.G——A

A——GC——GC——GC——T

15.下列DNA中碱基配对正确的是（）

A.A——TB.A——UC.C——UD.T——U

C——GC——GA——TA——C

16.核酸变性是由于下列哪种键发生了断裂（）

A.C—N键B.配对碱基间的氢键C.O—P键D.3，5—磷酸二酯键

19.6.3填空题

17.核酸分为————和————两类。

18.核酸的基本组成单位是—————。

19.核苷酸是由————、————和————组成。

20.用稀碱在更缓和条件下水解RNA可得到————、————、————和————四种核苷酸。

21.DNA的变性不涉及————的改变。

22.核苷是由戊糖和含氮有机碱通过氮苷键结合而成的。

若是嘌呤碱，苷键为————；若是嘧啶碱，苷键为————。

23.核酸的一级结构是指————。

24.书写核酸的顺序规则是————。

25.DNA在水溶液和生理条件下最稳定的二级结构是————。

26.碱基A和T之间形成——个氢键，A和U之间形成——个氢键，G和C之间形成

——个氢键。

19.6.4写出2—硫代尿嘧啶和胸腺嘧啶的酮式与烯酮式互变异构体。

19.6.5以5‘—CTGACTCCTTAG—3’（DNA链）为模板，试写出合成相应的mRNA链的核苷酸序列。

19.6.6酪氨酸tRNA的反密码子是5‘—GUA—3’，它能辨认mRNA上相应的密码子应是什么？

19.6.7简述DNA的右手双螺旋结构。

参考答案：

19.6.11.5—甲基胞嘧啶2.N6—甲基腺嘌呤3.4—巯基尿嘧啶

4.鸟苷三磷酸5.脱氧胞苷（胞嘧啶脱氧核苷）

6.脱氧胸腺苷酸（胸腺嘧啶脱氧核苷酸）

19.6.27B8C9C10A11B12D13C14B15A16B

19.6.317核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸（DNA）18核苷酸

19戊糖（核糖或脱氧核糖）含氮有机碱（嘧啶碱和嘌呤碱）磷酸

20腺苷酸鸟苷酸胞苷酸尿苷酸21一级结构

22β—1，9—苷键，β—1，1—苷键23核酸分子中各种核苷酸排列的顺序

24从5‘端到3’端25右手双螺旋结构（B—DNA）26223

19.6.4

19.6.55’—CUAAGGAGUCAG—3‘

19.6.6UAC

19.6.7DNA的右手双螺旋结构由反平行的两条多核苷酸链围绕同一个轴盘绕而成的。

磷酸基和脱氧核糖基位于双螺旋的外侧，构成双螺旋的骨架。

碱基朝内侧，两条链的碱基之间以氢键结合成对，维持着双螺旋结构的横向稳定性。

碱基之间互补配对：

A—T、C—G。

碱基对间的范德化力使碱基对堆积，这种堆积力维持着双螺旋的纵向稳定性。