第二章? 核酸化學

I 主要內(nèi)容

一、核酸的種類、分布及主要功能

核酸是以核苷酸為基本單位形成的生物大分子。核酸根據(jù)其所含戊糖種類的不同分為核糖核酸（簡稱RNA）和脫氧核糖核酸（簡稱DNA）二種類型。DNA是絕大多數(shù)生物體內(nèi)遺傳信息的貯存者和傳遞者，主要在遺傳信息的貯存和傳遞中發(fā)揮作用；大多數(shù)為雙鏈，少數(shù)為單鏈；真核細胞中分布在細胞核，原核細胞中存在于擬核區(qū)。RNA一般是線狀、單鏈，少數(shù)為環(huán)狀雙鏈；主要作用是參與蛋白質(zhì)的生物合成，并根據(jù)其功能不同分為mRNA、tRNA和rRNA；主要分布在細胞質(zhì)中。另外，RNA在少數(shù)生物體內(nèi)還起著遺傳信息載體的作用。

二、核酸的化學組成

核酸是由核苷酸為基本單位構(gòu)成的一類生物大分子。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、戊糖和含氮堿基。參與核酸構(gòu)成的含氮堿基主要有腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。戊糖與含氮堿基之間通過C-N相連形成核苷（糖苷），核苷中戊糖基5′-OH與磷酸反應(yīng)形成核苷酸。細胞中存在的核苷酸絕大多數(shù)均為5′-核苷酸，以3′，5′-磷酸二酯鍵形成核酸分子。

三、核酸的分子結(jié)構(gòu)

（一）1．DNA或RNA一級結(jié)構(gòu)??

DNA或RNA分子中核苷酸的排列順序稱為DNA或RNA的一級結(jié)構(gòu)。核酸分子中遺傳信息就貯存在特定的核苷酸（堿基）排列順序之中。

（二）DNA的二、三級結(jié)構(gòu)

1．DNA二級結(jié)構(gòu)特點：（1）該結(jié)構(gòu)由兩條反向平行的DNA單鏈圍繞其中心軸向右盤繞而成，其中一條鏈的方向是從3′- 5′，而另一條鏈的走向是從5′- 3′；（2）由磷酸和脫氧核糖交替排列形成雙螺旋結(jié)構(gòu)的主鏈骨架，位于雙螺旋結(jié)構(gòu)的外側(cè)，糖環(huán)平面與中心軸的走向相平行，堿基則位于雙螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，其平面與中心軸的走向垂直；（3）每螺旋上升一圈需要10個堿基對，螺距是3.4nm直徑2.0nm；（4）DNA雙鏈對應(yīng)位置堿基之間具有嚴格的規(guī)律性，即A=T，G=C。

2. 維持DNA二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素：（1）互補堿基對間的氫鍵；（2）堿基堆集力；（3）離子鍵。

3. 生物學意義：（1）揭示了DNA分子上遺傳信息的貯存規(guī)律；（2）揭示了DNA分子的可復制性以及DNA分子內(nèi)遺傳信息的傳遞方式。

DNA的三級結(jié)構(gòu)是指雙螺旋的卷曲構(gòu)象，最常見的是超螺旋結(jié)構(gòu)。

（三）RNA二、三級結(jié)構(gòu)

RNA一般由一條鏈構(gòu)成，二級結(jié)構(gòu)的最主要特點是“發(fā)夾”結(jié)構(gòu)。tRNA二級結(jié)構(gòu)呈三葉草形，三級結(jié)構(gòu)呈“倒L形。

四、核酸的主要性質(zhì)

1．溶解性和旋光性。

2．紫外吸收特性：核苷酸定量分析(摩爾消光系數(shù))法。

3．堿基、核苷和核苷酸的解離；堿基和磷酸上的可解離基團，核苷和核苷酸的等電點

4．變性、復性及DNA的分子雜交。

II? 習? 題

一、 名詞解釋

1.稀有核苷：

2.DNA二級結(jié)構(gòu)：

3.三葉草模型

? ? 4.“線團”轉(zhuǎn)變：

? ? 5.分子雜交：

6. 增色效應(yīng)：?

7． Tm：

是非題: 判斷下列各句話意思的正確與否，正確的在題后括號內(nèi)畫“√”，錯誤 的畫“×”，如果是錯誤的，請說明其理由。

? ??

1．核苷由堿基和核糖以β-型C-N糖苷鍵相連。

2．核苷酸是由核苷與磷酸脫水縮合而成，核苷酸是核苷的磷酸酯

3．DNA與RNA一樣，在1N KOH溶液中不很穩(wěn)定，生成2'，3'脫氧核苷酸。

4．DNA堿基配對規(guī)律(A＝T, G＝C)僅適用于雙鏈DNA而不適用單鏈DNA.

5．在DNA變性過程中,總是G＝C對豐富的區(qū)段先解鏈分開。

6．DNA是所有生物的遺傳物質(zhì)。

7．在DNA局部雙螺旋區(qū)內(nèi)，兩條鏈之間的方向也是反向平行的。?

8．不同來源的DNA單鏈，在一定條件下能進行分子雜交，是由于它們有共同的堿基組成。

9．當某DNA溶液溫度升高到一定程度時，OD260提高30％，說明它是該DNA分子為雙鏈DNA。

10．DNA分子的可復制性主要是由DNA雙鏈對應(yīng)位置之間堿基的互補性所決定的。

11．DNA變性后由雙螺旋結(jié)構(gòu)變成線團結(jié)構(gòu)。

12．Tm值低的DNA分子中(A-T)％高。

13．雙鏈DNA中，一條鏈上某一區(qū)段的核苷酸順序為： pCpTpGpGpApC，那么另一條鏈上相應(yīng)的區(qū)段的核苷酸順序為:pGpApCpTpG.

14．由于RNA不是雙鏈，因此所有的RNA分子中都沒有雙螺旋結(jié)構(gòu)。

15．DNA兩條鏈間的堿基配對原則總是A對T、C對G、而DNA與mRNA之間的堿基配對原則為A對U、T對A以及G對C。

16．DNA的復制和轉(zhuǎn)錄都必須根據(jù)堿基配對的原則。

17．某氨基酸t(yī)RNA反密碼子為GUC，在mRNA上相對應(yīng)的密碼子應(yīng)該是CAG。

18．細胞內(nèi)DNA的核苷酸順序都不是隨機的而是由遺傳性決定的。

二、填空題

1．核苷酸是由? ? ? ? ? ? ? 、? ? ? ? ? ? ? 和磷酸基三者組成的。

2．在各種RNA中? ? ? ? ? ? ?含稀有堿基最多。

3．DNA雙螺旋的直徑為__________________ ，雙螺旋每隔___________旋轉(zhuǎn)一圈，約相當于________對，核糖－磷酸主鏈位于螺旋體___? ?___側(cè)，堿基對位于螺旋體________側(cè)。

4．真核生物的DNA存在于? ? ? ? ? ? ? ，其生物學作用是? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

5．所有RNA的核苷酸順序都是由它們的? ? ? ? ? ? ? 。

6．將雙鏈DNA放置在pH2以下或pHl2以上，其OD260? ? ? ? ? ? ? ? ,在同樣條件下單鏈DNA的OD260? ? ? ? ? ? ? ? 。

7．B型DNA雙螺旋是由兩條鏈是? ? ? ? ? ? 平行的，螺距? ? ? ? ? ? ?每個螺旋的堿基對基數(shù)為? ? ? ? ? ? ? ?。

8．DNA抗堿的原因是? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?決定的。

9．將A、U、C和G四種核苷酸溶解在pH3.5的緩沖液中，從負極向正極進行電泳，

? ? ? ? ? ? ?跑得最快，? ? ? ? ? ? ? 跑得最慢。

10．從E.coli中分離的DNA樣品內(nèi)含有20％的腺嘌呤(A)，那么T＝? ? ?％，G十C＝? ? ? ? ％。

11．某DNA片段的堿基順序為GCTACTAAGC，它的互補鏈順序應(yīng)為? ? ? ? ? ? ? ? 。

12．酵母tRNAAla二級結(jié)構(gòu)模型呈? ? ? ? __狀；主要包括_? ? ?_____、___? ? ? ?___ 、___________、? ? ? ? ? ? 和____________五部分組成。

13．當溫度逐漸升到一定高度時，DNA雙鏈? ? ? ? ? ? ?稱為變性。當溫度逐漸降低時，DNA的兩條鏈? ? ? ? ? ? ? ，稱為? ? ? ? ? ? ? 。

14．DNA的復性速度與? ? ? ? ? ? ? 、? ? ? ? ? ? ? 以及DNA片段的大小有關(guān)。

15．天然DNA的負超螺旋是由于DNA雙螺旋中兩條鏈? ? ? ? ? ? 引起的為? ? ? ? ? 手超螺旋，正超螺旋是由于DNA雙螺旋中兩條鏈? ? ? ? ? ? ? 引起的為? ? ? ? ? ? ?手超螺旋。

16．tRNA的二級結(jié)構(gòu)呈? ? ? ? ? ? ?形，三級結(jié)構(gòu)的形狀像? ? ? ? ? ? ?。

17．核酸分子含有______? ______和_____? ? _______堿，所以對____________nm的波長有強烈吸收。

18．維持DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素有____ ___? ___ _、_____? ? ? __和_____________。

三、選擇題

1．在雙鏈DNA中，堿基含量關(guān)系錯誤的是：

? ? ? ?A A＝T、G＝C;? ? ? ? ? B A+T＝G＋C;

? ? ? ?C G＝C+mC; ? ? ? ? ? D A+G＝C＋T;

? ? 2．雙鏈DNA的Tm上升是下列哪組堿基高引起的?

? ? ? ?A A+G; ? ? ? ? ? ? B C+T;

? ? ? ?C A+T; D G+C.

? ? 3．Watson-Crick的DNA雙螺旋模型表示:

? ? ? ?A 一個三鏈結(jié)構(gòu);? ? ? ? B 雙鏈走向是反向平行的;

? ? ? ?C 堿基A與G配對; D 堿基之間共價結(jié)合;

? ? 4．DNA熱變性的顯著變化是:

? ? ? ?A 磷酸二酯鏈斷裂;? ? ? B 生成2',3'環(huán)核苷酸;

? ? ? ?C Tm值與GC含量有關(guān); D 260nm吸收值增加;

? ? 5．絕大多數(shù)真核生物的mRNA的5'端有:

? ? ? ?A? PolyA; ? ? ? ? ? ? ? ? B? CCA－OH;? ?

? ? ? ?B? 帽子結(jié)構(gòu)、起始密碼;? ? ? ?D 終止密碼;??

? ? 6．各類核酸中含稀有核苷最多的是:

? ? ? ?A tRNA? ? ? ? B rRNA;

? ? ? ?C? mRNA; ? ? ? ? ? ? ? ? D DNA.

? ? 7．假尿苷中的糖苷鍵是:

? ? ? ?A? C－N連接;? ? ? ? ? B C－C連接;? ??

? ? ? ?C? N－N連接;? ? ? ? ? ? D O－C連接;

? ? 8．與DNA序列5'－pTpApGpA－3'互補的序列是:

? ? ? ?A 5'－pTpCpTpA－3';? ? ? ? ?B 5'－pApTpCpT－3';

? ? ? ?C 5'－pUpCpUpA－3';? ? ? ? ?D 5'－pGpCpGpA－3';

? ? 9．下列關(guān)于DNA的敘述哪項是錯誤的?

A 不同生物的DNA一級結(jié)構(gòu)不同。

B 破壞DNA雙螺旋，260nm光吸收增加。

? ? ? ?C 所有生物的DNA都為雙鏈結(jié)構(gòu)。

? ? ? ?D 細胞核DNA與線粒體DNA的三級結(jié)構(gòu)不同;

? ? 10．下列哪項可說明DNA是生物遺傳信息的攜帶者?

? ? ? ?A 不同生物的堿基組成應(yīng)該是相同的；

? ? ? ?B 病毒感染是通過蛋白質(zhì)侵入宿主細胞來完成的；

? ? ? ?C 同一生物體不同組織的DNA通常具有相同的堿基組成。

? ? ? ?D 生物體的DNA堿基組成隨年齡和營養(yǎng)狀況的改變而改變。? ? ? ??

? ? 11．存在于DNA中的bp是:

? ? ? ?A A-T; ? B U-A; C C-G; ? ?D G-A.

? ? 12．對于細胞中RNA來說:

? ? ? ?A 含量最多的是rRNA;? ? ? ? B 含修飾核苷最多的是tRNA;

? ? ? ?C 所有RNA都在于細胞質(zhì)中； D 壽命最短、含量最少的是mRNA;

? ? 13．核酸變性時:

? ? ? ?A 氫鍵斷裂、雙鏈脫解、堿基堆積破壞；

? ? ? ?B 分子量不變；

? ? ? ?C 在退火條件下互補單鏈可以重新締合為雙鏈；

? ? ? ?D 單鏈核酸增色效應(yīng)不顯著。

14．DNA的Tm與介質(zhì)的離子強度有關(guān)，所以DNA制品應(yīng)保存在：

A 高濃度的緩沖浪中 B 低濃度的緩沖液中

C 純水中 D 有機試劑中

15．熱變性后的DNA：

? ? ? ? A 紫外吸收增加? ? ? ? ? ? ?B 磷酸二酯鍵斷裂

? ? ? ? C 形成三股螺旋? ? ? ? ? ? ?D (G-C)％含量增加

16．下列過程中與DNA體外重組無關(guān)的是：

? ? ? ? A 用專一性的限制性內(nèi)切酶在特定的互補位點切割載體DNA和供體DNA

? ? ? ? B 通過連接酶催化載體DNA與供體DNA接合。

? ? ? ? C 將重組后的DNA通過結(jié)合反應(yīng)引入寄主細胞。

? ? ? ? D 常常根據(jù)載體所具有的抗藥性來篩選含有重組DNA的細菌。

17．核酸分子中的共價鍵包括：

? ? ? ? A 嘌呤堿基第9位N與核糖第1位C之間連接的β—糖苷鍵

? ? ? ? B 磷酸與磷酸之間的磷酸酯鍵

? ? ? ? C 磷酸與核糖第1位C之間連接的磷酸酯鍵

? ? ? ? D 核糖與核糖之間連接的糖苷鍵

19．下列哪種物質(zhì)不是由核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合而成的復合物：

? ? ? ? A 病毒 ? ? B 核糖體

? ? ? ? C 蛋白質(zhì)生物合成70S起始物? ? ?D 線粒體內(nèi)膜

20．下列關(guān)于核糖體的敘述正確的是：

? ? ? ? A 大小亞基緊密結(jié)合任何時候都不分開。

? ? ? ? B 細胞內(nèi)有游離的也有與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的核糖體。

? ? ? ? C 核糖體是一個完整的轉(zhuǎn)錄單位。

? ? ? ? D 核糖體由兩個相同的亞基組成。

21．Crick的擺動假說較好的描述了：

? ? ? ? A 密碼子的第三位變動不影響與反密碼子的正確配對

? ? ? ? B 新生肽鏈在核糖體上的延長機理。

? ? ? ? C 由鏈霉素引起的翻譯錯誤。

? ? ? ? D 溶原性噬菌體經(jīng)過誘導可變成烈性噬菌體。

22．分離出某病毒核酸的堿基組成為：A＝27％，G＝30％，C＝22％，T＝21％，該病毒應(yīng)為：

A 單鏈DNA? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?B 雙鏈DNA

C 單鏈RNA? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?D 雙鏈RNA

四、問答與計算：

1．ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容是什么？ 生物體內(nèi)遺傳信息的傳遞主要是通過什么方式實現(xiàn)的？

2．簡要描述酵母tRNAAla的三葉草模型。

3．有一DNA分子，其(A+G)／(T+C)在一單鏈中的比值為0.9，試計算在另一互補鏈中(A+G)／(T+C)的比值。

4．DNA樣品在水浴中加熱到—定溫度，然后冷至室溫測其OD260，請問在下列情況下加熱與退火前后OD260的變化如何?(a)加熱的溫度接近該DNA的Tm值；(b)加熱的溫度遠遠超過該DNA的Tm值。

5．假定每個基因有900對核苷酸，并且有三分之一的DNA不編碼蛋白質(zhì)，人的一個體細胞(DNA量為6.4×109對核苷酸)，有多少個基因?（參考答案4.72×106）如果人體有1013個細胞，那么人體DNA的總長度是多少千米? （參考答案2.2×1013千米）等于地球與太陽之間距離(2.2×109千米)的多少倍? （參考答案1000倍） (以三個堿基編碼一個氨基酸，氨基酸平均分子量為120，核苷酸對平均分子量為640計算。)

6．根據(jù)同源蛋白質(zhì)的知識，說明為什么編碼同源蛋白質(zhì)的基因(DNA片段)可以雜交?