生物化学 第2章 核酸的结构与功能.docx

1、生物化学 第2章 核酸的结构与功能第二章核酸的结构与功能学习要求1掌握核酸的概念及其生物学意义、分子组成、结构与功能及其相互关系。RNA的种类及各自的功能，核酸酶的概念及作用，DNA变性、复性、增色效应、Tm、退火及分子杂交的概念。2熟悉核酸的理化性质及其应用、基因及基因组的概念。3了解DNA结构的多样性及snRNA、snoRNA、scRNA及siRNA的生物学作用；核酸的一般理化性质。基本知识点核酸是由核苷酸组成的，而核苷酸又是由碱基、戊糖和磷酸组成的。碱基、戊糖和磷酸决定了核苷酸的种类，也影响着核苷酸的性质。核苷酸因碱基含有共轭双键而具有紫外吸收性质，最大紫外吸收峰在260nm。DNA和R

2、NA都是由核苷酸经3,5-磷酸二酯键连接而成的线性大分子。DNA由含有A、G、C、T的脱氧核糖核苷酸组成；而RNA由含有A、G、C、U的核糖核苷酸组成。DNA的一级结构是脱氧多核苷酸链脱氧核苷酸的排列顺序，即碱基序列。DNA对遗传信息的储存正是利用碱基排列方式变化而实现的。DNA的二级结构是反向平行、右手螺旋互补双链。通过互补关系，DNA双链中的腺嘌呤与胸腺嘧啶形成两个氢键的碱基对；鸟嘌呤与胞嘧啶形成三个氢键的碱基对。具有双螺旋结构的DNA在细胞内还将进一步折叠成超螺旋结构，并且在组蛋白的参与下构成核小体、螺旋管、染色质纤维空管，最后组装成染色体。DNA的生物学功能是作为生物遗传信息复制的模板

3、和基因转录的模板。RNA分子大多是单链结构，但可以折叠形成局部的双螺旋区。细胞内的RNA主要是mRNA、tRNA和rRNA和snRNA。mRNA在胞质中是蛋白质生物合成的模板。成熟的mRNA含有5-末端帽结构和3-末端的多聚A尾结构，中间为信息区。mRNA分子上从5的AUG开始每3个核苷酸为一组构成了一个密码子，决定了肽链上的一个氨基酸。tRNA在蛋白质生物合成中是作为各种氨基酸的运载体。tRNA分子中稀有碱基较多，二级结构是三叶草形，三级结构是倒L形。mRNA和tRNA通过密码子-反密码子的碱基互补关系相互识别。rRNA与核糖体蛋白构成核糖体，核糖体是蛋白质生物合成的场所。核糖体为mRNA、

4、tRNA和肽链合成所需要的多种蛋白因子提供结合位点和相互作用所需要的空间环境。细胞内的snRNA表现出了种类、结构和功能的多样性，是基因表达调控中必不可少的因子。核酸同样具有在260nm波长处紫外吸收特征，可利用这一性质对核酸进行定性和定量分析。由于核酸的种类和结构的不同，因而导致它们的沉降特征和密度特征不同。DNA的变性是它的一个很重要的性质。DNA的变性是指某些理化因素会导致DNA双链互补碱基之间的氢键发生断裂，是双链DNA解离为单链，的现象。DNA变性后，许多性质发生了变化，包括它的生物学活性和紫外吸收性质。变性的DNA在一定条件下可以复性。DNA的复性是指当变性条件缓慢解除后，两条解离

5、的互补链可重新配对，恢复原来双螺旋结构的现象。热变性的DNA经缓慢冷却后可以恢复原来的双链结构，这一过程称为退火。复性的速度与温度、离子强度、pH、DNA的大小和浓度有关。生物体内含有种类很多、专一性不同的核酸酶。不同的核酸酶在不同的研究中有不同的应用。在从细胞中分离核酸时应特别注意使用核酸酶的抑制剂。自测练习题一、选择题（一）A型题1核酸的基本组成单位是A磷酸和核糖 B核苷和碱基 C单核苷酸D含氮碱基 E脱氧核苷和碱基2DNA的一级结构是A各核苷酸中核苷与磷酸的连接键性质B多核苷酸中脱氧核苷酸的排列顺序CDNA的双螺旋结构D核糖与含氮碱基的连接键性质EC、A、U、G 4种核苷酸通过3 ,5-

6、磷酸二酯键连接而成3在核酸中，核苷酸之间的连接键是A糖苷键 B氢键 C3 ,5-磷酸二酯键D1 ,3-磷酸二酯键 E2 ,5-磷酸二酯键4核酸中稀有碱基含量最多的是ArRNA BmRNA CtRNA DhnRNA EsnmRNA5核酸的最大紫外光吸收值一般在A280nm B260nm C240nm D200nm E220nm 6有关核酸酶的叙述正确的是A由蛋白质和RNA构成B具有酶活性的核酸分子C由蛋白质和DNA构成的D专门水解核酸的核酸E专门水解核酸的酶7DNA与RNA彻底水解后的产物是A戊糖不同，碱基不同 B戊糖相同，碱基不同C戊糖不同，碱基相同 D戊糖不同，部分碱基不同E戊糖相同，碱基相

7、同8关于DNA的二级结构，叙述错误的是AA和T之间形成三个氢键，G和C之间形成两个氢键B碱基位于双螺旋结构内侧C碱基对之间存在堆积力D两条链的走向相反E双螺旋结构表面有大沟和小沟9关于mRNA叙述正确的是A大多数真核生物的mRNA在5末端是多聚腺苷酸结构B大多数真核生物的mRNA在5末端是m7GpppN-C只有原核生物的mRNA在3末端有多聚腺苷酸结构D原核生物的mRNA在5末端是m7GpppN-E所有生物的mRNA分子中都含有稀有碱基10关于DNA热变性的描述正确的是AA260下降B碱基对可形成共价键连接C加入互补RNA链，再缓慢冷却，可形成DNARNA杂交分子 D多核苷酸链裂解成寡核苷酸链

8、E可见减色效应11核小体核心颗粒的蛋白质是A非组蛋白 BH2A、H2B、H3、H4各一分子CH2A、H2B、H3、H4各二分子DH2A、H2B、H3、H4各四分子EH1组蛋白与140-145碱基对DNA12如果双链DNA的胸腺嘧啶含量为碱基总含量的20%，则鸟嘌呤含量应为A10% B20% C30% D40% E.50% 13DNA的核酸组成是AATP、CTP、GTP、TTP BATP、CTP、GTP、UTPCdAMP、dCMP、dGMP、dTMP DdATP、dCTP、dGTP、dUTPEdATP、dCTP、 dGTP、dTTP14正确解释核酸具有紫外吸收能力的是 A嘌呤和嘧啶环中有共轭双键

9、 B嘌呤和嘧啶连接了核糖C嘌呤和嘧啶中含有氮原子 D嘌呤和嘧啶连接了核糖和磷酸E嘌呤和嘧啶连接了磷酸基团15如果mRNA中的一个密码为5CAG3，那么与其相对应的tRNA反密码子是AGUC BCUG CGTC DCTG E以上都不是 16自然界DNA以螺旋结构存在的主要方式AA-DNA BB-DNA CE-DNA DZ-DNA E.以上都不是 17DNA的解链温度是AA260达到最大值时的温度BA260达到最大值50%时的温度CA280达到最大值50%时的温度DDNA开始解链时所需的温度EDNA完全解链时所需的温度18DNA的二级结构是A-螺旋 B-折叠 C-转角 D双螺旋 E无规卷曲19决定

10、tRNA携带氨基酸特异性的关键部位是A-CCA 3末端 BTC环 CDHU环 D反密码环 E额外环20以hnRNA为前体的RNA是AtRNA BrRNA CmRNA DsnRNA EsiRNA（二）B型题A三叶草结构 B倒L形 C双螺旋结构 D-螺旋 EhnRNA 1tRNA的三级结构是2DNA的二级结构是3tRNA的二级结构是4成熟mRNA的前体ArRNA BmRNA CtRNA DhnRNA EsnRNA5参与转运氨基酸 6蛋白质合成的模板7核糖体的组成成分8参与RNA的剪接、转运A疏水作用 B磷酸二酯键 C静电斥力 D碱基共轭双键 E氢键9碱基对之间的堆积力是10核酸分子吸收紫外光的键是

11、11破坏双螺旋稳定力的键是12碱基对之间的键是ATm值低 BTm值高 CTm值范围广DTm范围狭窄 E不影响13DNA样品均一时14DNA样品不均一时15DNA样品中G-C含量高时16DNA样品中A-T含量高时（三）X型题1维持DNA二级结构稳定的力是A盐键 B氢键 C疏水性堆积力 D二硫键 E肽键2关于RNA与DNA的差别叙述正确的是A核苷酸中的戊糖成分不是脱氧核糖，而是核糖B核苷酸中的戊糖成分不是核糖，而是脱氧核糖C以单链为主，而非双螺旋结构D嘧啶成分为胞嘧啶和尿嘧啶，而不是胸腺嘧啶E嘧啶成为胸腺和尿嘧啶，而不是胞嘧啶3DNA完全水解后的产物有A碱基ATCG B碱基AUCG C磷酸 D核糖

12、 E脱氧核糖4.关于DNA双螺旋结构模型的描述正确的有A腺嘌呤的分子数等于胸腺嘧啶的分子数BDNA双螺旋中碱基对位于内侧C二股多核苷酸链通过A与T和G与C之间的氢键连接DDNA双螺旋结构的稳定,横向依靠两条链互补碱基间的氢键维系EDNA双螺旋结构的稳定纵向依靠碱基平面的疏水性堆积力维系5直接参与蛋白质生物合成的RNA是ArRNA BmRNA CtRNA DhnRNA EsnRNA6真核生物核糖体中含有A5.8SrRNA B28SrRNA C18SrRNA D5SrRNA E16SrRNA7tRNA的结构为A三级结构呈倒L形 B二级结构呈三叶草形 C含稀有碱基多D3末端有-CCA结构 E含有DH

13、U环8下列哪些物质可用于生物样品中核酸含量的测定A碱基 B戊糖 C氧 D磷 E氮9关于DNA变性的描述，正确的是A加热是使DNA变性的常用方法 BDNA变性后产生增色效应CDNA变性是不可逆的过程 D在Tm时，DNA分子有一半被解链E变性后OD260减小10关于DNA的碱基组成，正确的说法是 A腺嘌呤与鸟嘌呤分子数相等，胞嘧啶与胸腺嘧啶分子数相等 B不同种属DNA碱基组成比例不同C同一生物的不同器官DNA碱基组成不同 D年龄增长但DNA碱基组成不变EDNA中含有尿嘧啶11与DNA对比，RNA的特点包括A分子较小，仅含几十-几千碱基 B是含局部双链结构的单链分子C种类、大小及分子结构多样D功能多

14、样性，主要是参与蛋白质的生物合成 E二级结构是双螺旋结构12原核生物核糖体有三个重要的部位，他们分别是AA位 BB位 CP位 DE位 EC位二、是非题1DNA是生物遗传物质，RNA则不是。2脱氧核糖核苷中的戊糖环3位没有羟基。3通常不存在RNA中，也不存在DNA中的碱基是黄嘌呤。4核酸的紫外吸收与溶液的pH值无关。5生物体的不同组织中的DNA，其碱基组成也不同。6核酸中的稀有碱基部分是在tRNA中发现的。7DNA的Tm值和AT含量有关，AT含量高则Tm高。8真核生物mRNA的5端有一个多聚A的结构。9DNA的Tm值随（A+T）/（G+C）比值的增加而减少。10B-DNA代表细胞内DNA的基本构

15、象，在某些情况下，还会呈现A型、Z型和三股螺旋的局部构象。11DNA复性（退火）一般在低于其Tm值约20的温度下进行的。12真核生物mRNA的5末端的帽子结构是-m7GpppNm。13生物体内，天然存在的DNA分子多为负超螺旋。14mRNA是细胞内种类最多、半衰期最短的RNA。15tRNA的二级结构中没有反密码环。16对于提纯的DNA样品，测得OD260/OD2801.8，则说明样品中含有RNA。17基因表达的最终产物都是蛋白质。18两个核酸（DNA）样品A和B，如果A的OD260/OD280大于B的OD260/OD280，那么A的纯度大于B的纯度。19毫无例外，从结构基因中DNA序列可以推出

16、相应的蛋白质序列。三、填空题1在典型的DNA右手螺旋结构中，由磷酸戊糖构成的主链位于双螺旋的_，碱基位于双螺旋的_。2核酸的组成成分有_ 、_ 、_ 。3核酸分子中单核苷酸之间靠_ 相连接，而互补的碱基之间靠_ 相配对。4DNA主要存在于_ 并与_ 结合而形成染色体。5Tm值与DNA的_以及_组成和含量有关，并与所含碱基中的_含量成正比。6DNA双螺旋结构稳定的维系横向靠_维系，纵向则靠_维持。7在多核苷酸链中脱氧核苷酸或核苷酸连接时总是由一个核苷酸戊糖的3_与另一个核苷酸的5-_形成3，5-磷酸二酯键。8嘌呤和嘧啶环中均含有_，因此对_有较强吸收。9变性DNA 的复性与许多因素有关，包括_

17、、_ 、_ 、_ 、_ 等。10真核细胞的mRNA帽子由_ 组成，其尾部由_ 组成，他们的功能分别是帽子结构能_ ，polyA对mRNA的_ 具有一定的影响。11DNA在热变性之后，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_ 结构。12常见的环化核苷酸有_ 和_ 。其作用是_ ，他们核糖上的_ 位羟基与_ 位磷酸-OH脱水环化。四、名词解释1phosphodiester bonds 2complementary base pairing3nucleosome4DNA denaturation5annealing6hyperchromic effect7rena

18、turation8melting temperature Tm9核酸分子杂交五、问答题1将核酸完全水解后可得到哪些组分?DNA和RNA的水解产物有何异同？2简述双螺旋结构模型的要点。3简述mRNA、tRNA及rRNA的结构及功能特点?4试从分子组成、分子结构、功能和存在部位四方面阐述DNA和RNA的区别。5简述核小体的结构及功能。6简述核蛋白体的主要结构特点及生物学功能。7DNA热变性有何特点？Tm值表示什么？参考答案一、选择题（一）A型题1C 2B 3C 4C 5B 6E 7D 8A 9B 10C 11C 12C 13C 14A 15B 16B 17B 18B 19D 20C（二）B型题1B

19、 2C 3A 4E 5C 6B 7A 8E 9A 10D 11C 12E 13D 14C 15B 16A （三）X型题1BC 2ACD 3ACE 4ABCDE 5ABC 6ABCD 7ABCDE 8ABD 9ABD 10BD 11ABCD 12ACD二、是非题1B 2B 3A 4B 5B 6A 7B 8B 9A 10A 11B 12A 13A 14A 15B 16B 17B 18A 19B 三、填空题1外侧、内侧 2碱基、戊糖、磷酸 33,5-磷酸二酯键、氢键 4细胞核；组蛋白 5长短、碱基、GC 6碱基对间的氢键、碱基堆积力 7羟基、磷酸 8共轭双键、 紫外光 9样品的均一度、DNA的浓度、

20、DNA片段大小、温度的影响、溶液离子强度 10m7GpppN、polyA、识别起始信号的一部分、稳定性 11单链、双链 12cAMP、cGMP、第二信使、3、5 四、名词解释1磷酸二酯键，指在核酸中，一个核苷酸戊糖的3-羟基与另一个核苷酸的5-磷酸基缩合脱水形成的键。 2碱基互补规律，指在形成双螺旋结构的过程中，由于各种碱基的大小与结构的不同，使得互补多核苷酸链碱基之间的互补配对只能在GC（或CG）和AT（或TA）之间进行的规律就称为碱基配对规律。3核小体，是由DNA和组蛋白共同构成。DNA双链盘绕在以组蛋白(各两分子的H2A,H2B,H3,H4)为核心的结构表面构成核小体的核心颗粒，核心颗粒

21、之间由DNA和H1结合形成一个连接区连接而形成了核小体。4DNA的变性，指某些理化因素的影响导致DNA双链互补碱基对之间的氢键发生断裂，使双链DNA解离为单链，这种现象称为DNA的变性5退火，指热变性的DNA经缓慢冷却后可以恢复原来的双链结构的过程。6增色效应指DNA在解链过程中，由于碱基对间的氢键断裂，共轭双键逐渐暴露，使DNA在260nm处的吸光度随之增加的现象。简言之，指DNA变性时，A260增加的现象。7复性，指当变性条件缓慢解除后，两条解离的互补链可重新配对，恢复原来双螺旋结构的现象。8融解温度，指DNA在解链过程中A260达到最大变化值的一半时所对应的温度，简言之50%DNA解链的

22、温度。9核酸分子杂交，指在DNA复性过程中，如果将不同种类的DNA单链或RNA放在同一溶液中，只要两条单链分子之间存在着碱基互补配对关系，它们就有可能形成杂化双链，这种杂化双链可以在不同的DNA单链之间形成也可以在RNA单链之间形成，还可以在DNA单链和RNA单链之间形成的现象称为核酸分子杂交。五、问答题1答：核酸完全水解后可得到碱基、戊糖、磷酸三种组分。DNA和RNA共同的水解产物是磷酸和嘌呤碱A、G，嘧啶碱C 。不同的产物是DNA水解得到的戊糖为脱氧核糖，碱基除A、G、C外含有嘧啶碱基T。RNA水解得到的戊糖为核糖嘌呤碱基除A、G、C外含有嘧啶碱基U。2答：（1）DNA是反向平行、右手螺旋

23、的双链结构：DNA双螺旋的直径为2.37nm，螺距为3.54nm；螺旋是以由脱氧核糖和磷酸组成的长链亲水骨架位于双螺旋结构的外侧，并与螺旋轴平行。疏水的碱基位于螺旋的内侧，并与螺旋轴垂直。（2）DNA双链之间形成了互补碱基对。A与T互补，G与C互补。AT之间2个氢键，GC之间3个氢键（3）疏水作用力和氢键共同维持着DNA双螺旋的稳定。横向稳定的力主要是氢键，纵向稳定的力主要是碱基堆积力即疏水作用力。3答：mRNA结构特点：大部分真核细胞mRNA的5末端含有m7GpppN帽子结构，3末端含有polyA尾，中间为信息区；原核生物没有帽结构与尾结构；mRNA的功能是蛋白质生物合成的直接模板。tRNA

24、结构特点：分子最小的RNA；含较多稀有碱基；二级结构为三叶草结构；三级结构呈倒L型；tRNA的功能是蛋白质合成时转运氨基酸的工具。rRNA结构特点： 单链rRNA局部碱基配对形成多个茎-环结构，如真核生物18S rRNA的二级结构呈麻花状。真核生物有4种rRNA，分别为28S、18S、5.8S、5S。原核生物有3种rRNA，分别为23S、16S、5S。rRNA的功能为与多种蛋白质结合形成核蛋白体（核糖体），后者为蛋白质生物合成的装配机。4答：（1）从分子组成上看：DNA分子的戊糖为脱氧核糖，碱基为A、T、G、C；RNA分子的戊糖为核糖，碱基为A、U、G、C。（2）从结构上看：DNA一级结构是由

25、几千至几千万脱氧核糖核苷酸通过磷酸二酯键相连，而形成的脱氧多核苷酸链，二级结构是双螺旋；RNA一级结构是由几十至几千个核糖核苷酸通过磷酸二酯键相连，而形成的多核苷酸链。二级结构是以单链为主，也有少量局部双螺旋结构，进而形成发夹结构，tRNA的典型二级结构为三叶草结构。三级结构是在二级结构基础上进一步卷曲折叠形成，如tRNA的三级结构呈倒L型。（3）从功能方面看：DNA为遗传的物质基础，含有大量的遗传信息，是遗传信息的储存和携带者。RNA分为3种，mRNA是蛋白质生物合成的直接模板；tRNA的功能是蛋白质合成时转运氨基酸的工具；rRNA与蛋白质构成的核蛋白体是合成蛋白质的场所。（4）从存在部位看

26、：DNA主要存在于细胞核的染色体，少量存在于线粒体。RNA存在细胞核，细胞质和线粒体。5答：核小体由DNA和组蛋白共同构成。组蛋白分子有5种，分别为H1、H2A、H2B、H3和H4。各2分子的H2A、H2B、H3和H4共同构成了核小体的核心，DNA双螺旋分子缠绕在这一核心上构成了核小体的核心颗粒。核心颗粒之间再由DNA和组蛋白H1构成的连接区连接起来形成核小体，核小体是真核细胞染色质的基本结构单位。核小体可进一步旋转折叠，形成螺旋管、染色质纤维空管，最终组装成染色体。6答：核糖体由大亚基和小亚基组成，真核生物的大亚基由5S、5.8S、28S三种rRNA加上50多种蛋白质构成。小亚基由18S rRNA及30多种蛋白质构成。原核生物的大亚基由5S、23S三种rRNA加上31种蛋白质构成。小亚基由16S rRNA及21种蛋白质构成。核糖体在蛋白质生物合成中起“装配机”的作用，即作为蛋白质合成的场所。7答：将DNA的稀盐溶液加热到70100几分钟后，氢键断裂，双螺旋结构即发生破坏，两条链彼此分开，此过程为DNA的热变性，DNA热变性有两个特点：变性温度范围很窄，260nm处的紫外吸收增加；Tm值代表核酸的解链温度（融解温度）。DNA在解链过程中紫外吸光度的变化A260达到最大变化值的一半时所对应的温度。 （张毅强）