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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。