教案
20010～2011学年第二学期
课程名称生物化学
院（部）医学院
教研室(实验室) 生物化学与分子生物学
授课班级09级药学理论
主讲教师刘广超
职称教授
使用教材《生物化学》（6版）吴梧桐主编人民卫生出版社
生物化学实验指导》石渊渊主编河南大学出版社
河南大学教务处制
二○○八年二月
教学过程
四 DNA与基因组织
一、DNA与基因
基因是一段含有特定遗传信息的核苷酸序列,是遗传物质的最小功能单位。
基因分为结构基因和调节基因
结构基因（structural gene）：有实际表达产物, 为特定的RNA和多肽编码的基因
调节基因或调节顺序（regulatory sequence）：DNA分子中只起调节功能的非转录和非翻译序列
●基因组(genome): 某生物体所含全部基因的总和
●基因组学（genomics）：研究生物体的基因组的
大小、组织和基因组成的学科
★可见：基因是实体, 其物质基础是DNA(或RNA); 基因是遗传信息传递和性状分化发育的依据；基因(类型)是可分的。
二、原核生物基因组的特点
1. 除调节序列和信号序列外, DNA的大部分为结构基因，每个基因出现频率低。
2. 功能相关的基因常串联在一起, 并转录在同一mRNA中（多顺反子）。
3. 有基因重叠现象。
三、真核生物基因组的特点
1. DNA分子中有重复序列
单拷贝序列：在整个DNA中只出现一次或少数几次，
主要为编码蛋白质的结构基因。
中度重复序列：在DNA中可重复几十次到几千次。
高度重复序列：或称简单序列DNA，可重复几百万次
高度重复序列一般富含A-T对或G-C对。富含A-T对的在密度梯度离心时在离心管中形成的区带比主体DNA更靠近管口，富含G-C对的更靠近管底，故称为卫星DNA（satellite DNA）
2. 有断裂基因（split gene）由于基因中内含子的存在
内含子（intron)：基因中不为多肽编码，不在mRNA中出现的居间序列。
外显子（exons）：为多肽编码的基因片段。
内含子(intron)指大多数真核结构基因中的居间序列(intervening sequence)或不编码序列。它们可以转录，但在基因转录后，由这些居间序列转录的部分经加工被从初级转录本中准确除去，才产生有功能的RNA。
内含子常比外显子长，且占基因的更大比例。真核基因所含内含子的数目、位置和长度不尽相同，如鸡卵清蛋白基因的外显子被7个内含子隔开(图)，鸡卵伴清蛋白基因有17个内含子，α-珠蛋白基因有2个内含子，胶原蛋白基因含50多个内含子等。
例外：组蛋白基因(histongene)和干扰素基因(interferon gene)无内含子。
内含子的功能－－－－
●可能含有调节信号，调控基因的表达；
●将基因分割成“可交换的单位”，有利于重新组合出新的基因
五RNA的结构与功能
——RNA分子是含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链。
一、RNA的结构
（一）RNA分子主要碱基：A、U、G、C
（二）连接方式：3′,5′－磷酸二酯键
（三）单链:自身回折,局部双螺旋(与A-型DNA 结构相似)
（有些病毒为双链RNA）
（四）RNA的高级结构特点
1. RNA是单链分子，因此，在RNA分子中并不遵守碱基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总数不一定等于嘧啶碱基总数。
2. RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构, 不能形成双螺旋的部分则形成突环。这种结构可以形象地称为“发夹型”结构。
3. 在RNA的双螺旋结构中，碱基的配对情况不象DNA中严格。G 除了可以和C 配对外，也可以和U配对。G-U配对形成的氢键较弱。同类型的RNA, 其二级结构有明显差异。
4. tRNA中除了常见的碱基外, 还存在一些稀有碱基，这类碱基大部分位于突环部分。
二、RNA的类型
（一）tRNA （transfer RNA）
1.概况
（1）含量：占细胞内RNA总量的约15%。
（2）种类：50 ~ 60种，有些真核生物可达100多种（运载同一氨基酸的几种tRNA 称为同工tRNA ）。
（3）分子量：23 000～28 000，4S
（4）功能：蛋白质合成中的氨基酸运载工具；另外，在蛋白质合成的起始、反转录合成DNA 及其他代谢和基因表达调节中也起重要作用。
2.一级结构
1965年Holley 等测定了酵母丙氨酸tRNA一级结构
（1）组成：以76个核苷酸为标准，通常由73 ~ 93个核苷酸组成。
（2）修饰碱基（稀有碱基）：较多，可达碱基总数的10%~15％。
（3）3′端皆为CpCpAOH; 5′端多为pG , 也有为pC 的。
（4）有一些保守序列，与其特殊的结构与功能有关。
3. tRNA的二级结构——三叶草模型
tRNA的二级结构都呈“三叶草” 形状，在结构上具有某些共同之处，一般可将其分为四臂四环：包括氨基酸接受区、反密码区、二氢尿嘧啶区、T C区和可变区。
除了氨基酸接受区外，其余每个区均含有一个突环和一个臂。
tRNA的三叶草型二级结构
主要特征：四环四臂
1、分子中由A-U、G-C碱基对构成的双螺旋区称臂，不能配对的部分称环，tRNA一般由四环四臂组成。
2、5’-端1~7位与近3’-端的67~72位形成7bp的反平行双链称氨基酸臂，3’端有共同的-CCA-OH 结构，其羟基可与该tRNA所能携带的氨基酸形成共价键。
3、第10～25位形成3~4bp的臂和8~14b的环，由于环上有二氢尿嘧啶（D), 故称为D 环, 相应的臂称为D臂。
4、第27~43位有5bp的反密码子臂和7b的反密
码子环，其中34~36位是与mRNA相互作用的
反密码子。
5、第44~48位为可变环，80％的tRNA由4~5b
组成，20％的tRNA由13~21b组成。
6、第49~65位为5bp的TψC臂和7b的TψC环，
因环中有TψC序列而得名。
7、tRNA分子中含有多少不等的修饰碱基，某些
位置上的核苷酸在不同的tRNA分子中很少变
化, 称不变核苷酸。
4.tRNA的三级结构
在三叶草型二级结构的基础上，突环上未配对的碱基由于整个分子的扭曲而配成对，目前已知的tRNA的三级结构均为倒L型。(单链突环互相靠近形成的环间碱基对是三级结构稳定的重要因素)
tRNA三维结构与其功能密切相关位点：
●tRNA的倒L结构与核糖体上的空穴相符；
●TψC环中GTψC与核糖体中5S rRNA相应区段有碱基互补关系；
●L型分子表面化学基团排列的维妙化，与一些酶（氨基酰-tRNA合成酶）和蛋白质与
tRNA分子的相互识别有关。
（二）rRNA (ribosomal RNA)
1.核糖体的化学组成
rRNA：60%；蛋白质：40%
原核生物核糖体70S 包括30S小亚基和50S大亚基
真核生物核糖体80S 包括40S小亚基和60S大亚基
2. 功能：蛋白质合成场所
3. rRNA结构: rRNA占细胞RNA总量的80%左右
（1）一级结构：与tRNA不同，rRNA的修饰（如甲基化）多发生在核糖上，故含有修饰核苷而非修饰碱基
（2）二级结构：茎环结构
大肠杆菌16SrRNA有一半核苷酸形成链内碱基配对，整个分子约有60个螺旋。未配对部
分形成突环，一些分子内长距离的碱基互补使相隔很远的部分配对，形成复杂的多环多臂结构。
4.rRNA的功能
（1）rRNA除作为核糖体的骨架外,还分别与mRNA和tRNA作用，催化肽键的形成，促使蛋白质合成的正确进行。
（2）在有足够量的Mg2+存在下分离到的16S rRNA处于紧密状态，其空间结构与30S亚基的形状和大小非常相似
（3）16S rRNA（1 542b的序列已确定）1535~1539b的CCUCC与mRNA的相应序列（mRNA 的5’端SD序列）有互补关系
（4）大肠杆菌23S rRNA 2904b的序列亦已确定
（5）23S rRNA的形状与50S 亚基相似，再次说明RNA自身折叠形成的构象决定了核糖体亚基的形态
（6）真核生物的18S rRNA除多一些臂和环结构外，空间结构与16S rRNA十分相似（7）已经证明23S rRNA的特定区域在蛋白质合成时对肽键形成有催化作用。
（8）真核生物28S rRNA空间结构与大肠杆菌23S rRNA相似
（9）5S rRNA 60％以上的碱基形成分子内碱基对，己发现有一特定序列与tRNA分子上的GTψCG互补
核酸的理化性质、变性和复性及其应用
一、核酸的一般理化性质
DNA是线性高分子，因此粘度极大，而RNA分子远小于DNA，粘度也小得多。DNA分子在机械力的作用下易发生断裂，为基因组提取带来一定困难。核酸是两性电解质，因为它既有酸性的磷酸基，又有碱基，故可在电场中泳动。通常因磷酸基酸性较强，核酸常显示酸性。由于碱基成分的紫外吸收特征，DNA和RNA溶液均具有260nm紫外吸收峰，这是DNA和RNA定量最常用的方法。
二、D NA的变性
1．定义：
在某些理化因素作用下，DNA分子互补碱基对之间的氢键断裂，使DNA双螺旋结构松散，变成单链，即为DNA变性。
1．本质：氢键断裂（二级结构破坏）
2．如何监测DNA是否发生变性
监测DNA是否发生变性的最常用的指标是DNA在紫外区260nm波长处的吸光值(A260)变化。
当核苷酸的摩尔数相同时，A260值大小有如下关系：
单核苷酸>单链DNA>双链DNA
∴DNA变性，双链发生解链过程中，DNA的A260增加，并与解链程度有一定的比例关系。这种关系称为DNA的增色效应(hyperchromic effect)。
实验室最常用的使DNA分子变性的方法之一是加热。如果在连续加热DNA的过程中以温度对A260的关系作图，所得的曲线称为解链曲线。从曲线中可以看出，DNA的变性从开始解链到完全解链，是在一个相当窄的温度范围内完成的，在这一范围的中点称为DNA的解链温度(melting temperature，Tm)，用Tm表示。Tm代表50％DNA分子解链时的温度。一种DNA分子的Tm值的大小与其所含碱基中的G+C比例相关，G+C比例越高，Tm值越高。DNA的Tm值可以根据其G+C含量计算，计算公式为：Tm=69.3+0.41(％C+C)，小于200bp的寡核苷酸的Tm的计算公式为：Tm=4(G+C)+2(A+T)。
三、DNA的复性与分子杂交
变性DNA在适当条件下，两条互补链可重新恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性。复性可用低色效应来衡量。热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，这一过程也称为退火(annealing)。
DNA的复性速度受到温度的影响，复性时温度缓慢下降才可使其重新配对复性。如加热后，将其迅速冷却至4?C以下，则几乎不可能发生复性。这一特性被用来保持DNA的变性状态，一般认为，比Tm低25?C的温度是DNA复性的最佳条件。
如果把不同的DNA链放在同一溶液中作变性处理，或把单链DNA与RNA放在一起，只要有某些区域(当然也可以是链的大部分)有成立碱基配对的可能，复性后它们（不同的DNA，DNA与RNA以及RNA）之间就可形成局部的双链。这一过程称为核酸杂交(hybridization)。生成的双链称杂化双链。
核酸的分子结构 脱氧核糖核酸的结构 我们希望提出一种脱氧核糖核酸盐（DNA）的结构。这种结构具有新的特征，具有非常大的生物学意义。 核酸的结构已经由Pauling和Corey提出。他们在出版前友好地给我们提供了手稿。它们的模型由三条相互缠绕的链组成，磷酸盐在DNA链的轴附近，碱基在外侧。我们认为，这种结构令人不满意的原因有两个：（1）我们认为，给出做X射线衍射实验的材料是脱氧核糖核酸盐，而不是游离的核酸。没有酸性的氢原子，还不清楚什么力能使结构保持在一起，特别是靠近轴的带负电荷的磷酸盐会相互排斥。（2）一些范德华距离似乎太小。 另一个三链结构也被Fraser提出（研究成果正在印刷）。在他的模型中，磷酸盐在外面，碱基在内部，通过氢键连接在一起。所描述的这种结构是很不清楚的，因此我们将不予置评。 我们希望对脱氧核糖酸的盐提出一种完全不同的结构。这种结构有两个螺旋DNA链，绕同一个轴盘旋（见图）。我们作出了通常的化学假设，也就是说，每个链由β-D-脱氧核糖核糖残基在3’，5’处连接磷酸二酯基组成。这两个链（除了碱基部分）两两配对并垂直于中轴。两条链都遵循右手螺旋规则，但是由于两两配对，两条链中的原子序列方向相反。每个链条都与Furberg的第一个模型大致相似，即碱基位于螺旋的内部，磷酸盐位于外部。糖及其附近的原子的构型接近于Furberg的“标准构型”，糖大致垂直于连接的碱基。在Z轴方向上每3.4 A有一个残基。我们假定同一链中相邻残基之间的夹角为36°，则每条链上每10个残基，即在34A之后，出现重复结构。磷原子与纤维轴的距离是10A。由于磷酸盐在外面，阳离子很容易接近它们。 该结构是值得商榷的，它的水含量较高。在水含量较低的情况下，我们预测碱基会倾斜，从而使结构变得更紧凑。该结构的新颖特征是两条链通过嘌呤和嘧啶碱基保持在一起。碱基平面垂直于中轴。它们成对地连接在一起，一个链的单个碱基与另一个链的单个碱基通过氢键结合，因此两个碱基以相同的z坐标并排排列。为了有效结合，碱基对中的一个必须是嘌呤，另一个必须是嘧啶。氢键的形成如下：嘌呤位置1对应嘧啶位置1；嘌呤位置6对应嘧啶位置6。 如果假设碱基只以最合理的互变异构形式出现(即酮式而非烯醇式)，则发现只有特定的碱基对才能结合在一起。这些碱基对是：腺嘌呤与胸腺嘧啶，鸟嘌呤与胞嘧啶。 换句话说，如果碱基对中的其中一个碱基是腺嘌呤，根据这些假设，另一个必须是胸腺嘧啶，鸟嘌呤和胞嘧啶也是如此。单链上的碱基序列不受任何限制。然而，如果仅能形成特定的碱基对，则如果给定一个链上的碱基序列，则自动确定另一个链上的碱基序列。 实验发现，在DNA中，腺嘌呤与胸腺嘧啶的比例以及鸟嘌呤与胞嘧啶的比例总是非常接近统一。 用核糖代替脱氧核糖来构建这种结构是不可能的，因为额外的氧原子会使范德华距离太近。 以前公布的脱氧核糖核酸的X射线数据不足以对我们的结构进行严格的测试。据我们所知，它与实验数据大致相符，但必须把它看作未经证实的假设，直到用更精确的实验结果进行检验。其中一些在下面的通信中给出。当我们设计我们的结构时，我们并不知道下面给出的实验结果的细节。我们的理论主要基于我们的思考，并不完全依赖于公布的实验数据和立体化学理论。 我们注意到，我们假设出特定碱基配对，这种规则立即揭示了遗传物质的一种可能的复制机制。
1.4.3 第三章核酸化学 第三章核酸化学 学习目标 知识目标 （1）阐述核酸的元素组成、组成成分及组成单位。 （2）描述DNA、mRNA、tRNA和rRNA的结构特点。 （3）阐述核酸的变性、复性、杂交等基本概念，并列举其应用。 （4）了解核酸的性质、体内重要的游离核苷酸及其衍生物的功能。 （5）概括核酸提取的有关原理和注意事项。 能力目标 （1）至少会用一种方法完成核酸的含量测定。 （2）具备核酸类药物在使用、储存和运输中的基本技能。 核酸是生物体的基本组成物质，是重要的生物大分子，从高等的动物、植物到简单的病毒都含有核酸。核酸是遗传信息的载体。 1869年，年轻的瑞士科学家Miescher从脓细胞核中分离出一种含有C、H、O、N和P的物质，当时称为核素。因发现核素显酸性，后又改称为核酸，意即来自细胞核的酸性物质。随后，Hoppe－Seyler从酵母中分离出一种类似的物质，即现在的RNA。自那之后，核酸研究并非非常顺利。直到1909年，美国生物化学家Owen发现核酸中的糖分子是由5个碳原子组成的核糖。1930年，他又发现Miescher在绷带上发现的核酸中的糖分子比
Hoppe－Seyler发现的“酵母核酸”中的糖分子少了1个氧原子，因此将这种糖分子称为脱氧核糖，含两种不同糖分子的核酸分别称为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。1934年，Owen将核酸水解，证明核酸的基本组成单位是核苷酸。同时，在这一时期还证明了核苷酸是由碱基、戊糖和磷酸组成。20世纪50年代初，Chargaff发现DNA的嘌呤和嘧啶组成有其特殊规律。1953年，Watson和Crick提出了DNA的双螺旋结构模型。从此，核酸的研究经历了基因克隆、人类3×109个碱基对（base pair，bp）的基因测序，开始进入基因组学研究阶段。 1.4.3.1 第一节核酸的化学组成 第一节核酸的化学组成 一、核酸的元素组成 组成核酸的元素有C、H、O、N、P 5种，其中磷的含量在各种核酸中变化范围不大，平均含磷量为9%～10%。因而，可通过测定生物样品中磷的含量来计算样品中核酸含量。 二、核酸的基本组成单位——核苷酸 核酸在核酸酶的作用下水解为核苷酸，因此核酸的基本组成单位是核苷酸。为区别多、寡核苷酸，故将核苷酸也称为单核苷酸。核苷酸完全水解可释放出等摩尔量的碱基、戊糖和磷酸。 知识链接 核苷酸的利用
第二章核酸的结构与功能 一、名词解释 1.核酸 2.核苜 3.核甘酸 4.稀有碱基 5.碱基对 6. DNA的?级结构 7.核酸的 变性8. Tm值9. DNA的复性10.核酸的杂交 二、填空题 11.核酸可分为—和—两大类，其中—主要存在于—中，而—主要存在于—= 12.核酸完全水解生成的产物有—、—和—，其中糖基有—、—.碱基有—和—两大类。 13.生物体内的噂吟碱主要有和,啼嚏碱主要有、和=某些RNA分广中 还含有微量的其它碱基，称为—。 14. DNA和RNA分子在物质组成上有所不同，主要表现在和的不同，DNA分子中存 在的是和，RNA分子中存在的是和。 15. RNA的基本组成单位是、、、, DNA的基本组成单位是、、、—,它们通过—键相互连接形成多核甘酸链。 16. DNA的二级结构是结构，其中碱基组成的共同特点是（若按摩尔数计算）、、 17.测知某DNA 样品中，A=0.53mok C=0.25mok 那么T=mol, G=mol. 18.噪吟环上的第一位氮原『与戊糖的第一位碳原子相连形成—键，通过这种键相连而成的化合物叫—= 19.啼咤环上的第一位氮原广与戊糖的第一位碳原子相连形成—键，通过这种键相连而成的化合物叫—。 20.体内有两个主要的环核昔酸是—、—，它们的主要生理功用是一° 21.写出下列核昔酸符号的中文名称：ATP、 22.DNA分子中，两条链通过碱基间的相连，碱基间的配对原则是一对—、—对—o 23. DNA二级结构的重要特点是形成—结构，此结构属于—螺旋，此结构内部是由—通过—相连维持。 24.因为核酸分广中含有—和—碱基，而这两类物质又均含有—结构，故使核酸对一波长的紫外线有吸收作用。 25. DNA双螺旋直径为_2_nm,双螺旋每隔_3_nm转?圈，约相当于」0—个碱基对。戊糖和磷酸基位于双螺旋_外_侧、碱基位于_内_侧。 26、核酸双螺旋结构中具有严格的碱基配对关系，在DNA分广中A对、在RNA分广中A 时—、它们之间均可形成一个氢键，在DNA和RNA分子中G始终与—配对、它们之间可形成一个氢键。 27. DNA的Tm值的大小与其分子中所含的—的种类、数量及比例有关，也与分广的—有关。若含的A-T配对较多其值则、含的G-C配对较多其值则 .分/?越长其Tm值也越 29.组成核酸的元素有一、—、—、—、—等，其中—的含量比较稳定，约占核酸总量的—，可通过测定—的含量来计算样品中核酸的含量。 。和双螺旋结构的维系力主要有DNA. 30. 31. ?般来说DNA分子中G、C含量高分子较稳定，同时比重也较—、解链温度也—。 33.DNA分广中两条多核甘酸链所含的碱基和间有三个氢键，—和—之间仅有两个氢键。 34.RNA主要有三类，鹿、和、，典型的tRNA二级结构是型结构。 36.在生物细胞中主要有三种RNA,其中含量最多的是、种类最多的是、含有稀有碱基最多的是一= 三、选择题 A型题
詹姆斯·沃森《双螺旋——发现DNA结构的故事》 克沃森和克里克:核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的结构 1953年4月25日 我们希望能提出一种脱氧核糖核酸的结构，该结构新颖而且具有相当可观的生物意义。 Pauling and Corey已经提出了一种核酸结构。他们曾非常好心地在出版前将他们的手稿借给我们阅读。他们的模型由三条多核苷酸链以类似纤维轴的形式包裹磷酸，并碱基挂着外面。我们认为这种结构不够完善，原因有二，第一，我们相信，这种分子的X射线衍射分析说明DNA是一种盐而不是游离酸，没有酸性氢原子存在，到底是什么力使他们结合在一起的我们还不清楚，特别是轴中心带负电的磷酸会相互排斥；第二，有些范德华力距离似乎太小了。 Fraser提出了另一种三链结构。在他的结构中，磷酸包裹在外而碱基嵌在里面，内外以氢键连接。这种结构并没有明确的描述，因此，我们对它不进行评论。 我们提出的是一种全新的脱氧核糖核酸盐结构。这种结构中，两条链围绕一条轴心螺旋缠绕（如图）。我们已经建立了基本化学假设模型，每个β-D-2-脱氧核糖以3',5'-磷酸二酯键相连成链，两条链关于纤维轴对称垂直，并且都是右手螺旋。由于旋转对称性，两条链的原子顺序方向相反。每条链在自由情况下都类似于Furberg的1号模型，也就是，碱基在内而磷酸在外，脱氧核糖在分子中的结构接近于Furberg的“标准模型”，脱氧核糖大致垂直于相连的碱基。每条链在z轴方向每隔3.4埃有一个核苷酸，我们假定同一条链中相邻核苷酸之间夹角36度，因此，一条链每10个核苷酸，即每34埃出现一次螺旋重复。纤维轴距磷酸分子的距离是10埃。因为磷酸暴露在外，阳离子易于接近。 这种结构是开放的，其中水含量相当高。如果水分含量降低，碱基倾斜，我们有希望得到一个更紧密稳定的结构。 该结构的新特点是在其中的两条链分别由嘌呤和嘧啶碱基连在一起。相连的碱基对垂直于纤维轴，碱基配凑成对，一条链上的碱基以氢键与另一条链上的碱基相连，两条链沿共同的z轴方向相连。为了形成氢键，碱基对中必须一个是嘌呤，另一个是嘧啶。在碱基上形成氢键的位置：嘌呤的1位对嘧啶的1位；嘌呤的6位对嘧啶的6位。 如果假设碱基只以结构上最合理的互变异构（即酮式而非烯醇式构型）配对，可以发现，只有特定的碱基对存在。即是：腺嘌呤（嘌呤）与胸腺嘧啶（嘧啶），鸟嘌呤（嘌呤）与胞嘧啶（嘧啶）。 换句话说，如果一个碱基对中发现有一个腺嘌呤，在另一条链的碱基上则必然是胸腺嘧啶，鸟嘌呤和胞嘧啶同样如此。单链上的碱基序列没有受到任何限制。但是，如果特定的碱基能够被确定，则一条链上的碱基序列就能确定，接着与之配对的另一条链的碱基序列就能确定。 据实验发现，腺嘌呤对胸腺嘧啶的比例，鸟嘌呤对胞嘧啶的比例，总是非常接近脱氧核糖核酸。 对于脱氧核糖核酸，是不大可能建立起这样的结构的，因为游离氧原子会接近到范德华力的作用范围内。
第三章核酸的化学及结构 一、名词解释 1.DNA的变性：DNA变性是指核酸双螺旋碱基对的氢键断裂，双链变成单链， 从而使核酸的天然构象和性质发生改变。变性时维持双螺旋稳定性的氢键断裂，碱基间的堆积力遭到破坏，但不涉及到其一级结构的改变； 2.DNA复性：变性DNA在适当条件下，使彼此分离的两条链重新由氢键链接而 形成双螺旋结构的过程； 3.分子杂交：将不同来源的DNA经热变性、冷群，使其复性，在复性时，如这 些异源DNA之间在某些区域有相同的序列，则形成杂交DNA分子； 4.增色效应：天然DNA在发生变性时，氢键断裂，双键发生解离，碱基外露， 共轭双键更充分暴露，变性DNA在260nm的紫外吸收值显著增加的现象；& 5.减色效应：在一定条件下，变性核酸可以复性，此时紫外吸收值又回复至原 来水平的现象； 6.回文结构：在真核细胞DNA分子中，脱氧核苷酸的排列在DNA的两条链中 顺读与倒读序列是一样的（即脱氧核苷酸排列顺序相同），脱氧核苷酸以一个假想的轴成为180°旋转对称（即使轴旋转180°两部分结构完全重叠起来）的结构； 7.T m：DNA热变性的过程不是一种“渐变”，而是一种“跃变”过程，即变性 作用不是随温度的升高缓慢发生，而是在一个很狭窄的临界温度范围内突然引起并很快完成，就像固体的结晶物质在其熔点时突然熔化一样。通常把DNA
在热变性过程中紫外吸收度达到最大值的1/2时的温度称为“熔点”或熔解温度（melting temperature）,用符号T m表示； 8.Chargaff定律：不同生物种属的DNA碱基组成不同，同一个体不同器官、不 同组织的DNA具有相同的碱基组成，含氨基的碱基（腺嘌呤和胞嘧啶）总数等于含酮基的碱基（鸟嘌呤和胸腺嘧啶）总数，即A+C=T+G；嘌呤的总数等于嘧啶的总数，即A+G=C+T； 9. 碱基配对：腺嘌呤与胸腺嘧啶成对，鸟嘌呤与胞嘧啶成对，A和T之间形成两个氢键，C和G之间形成三个氢键； ~ 10. 内含子：基因的插入序列或基因内的非蛋白质编码； 11. 正超螺旋：盘绕方向与双螺旋方向相同，此种结构使分子内部张力加大，旋得更紧； 12. 负超螺旋：盘绕方向与双螺旋方向相反，使二级结构处于疏松状态，分子内部张力减小，利于DNA复制、转录和基因重组； 13. siRNA：（small interfering RNA干扰小RNA）是含有21~22个单核苷酸长度的双链RNA，通常人工合成的siRNA是碱基对数量为22个左右的双链RNA； 14. miRNA：(microRNA,) 是一类含19~25单核苷酸的单链RNA，在3’端有1~2个碱基长度变化，广泛存于真核生物中，不编码任何蛋白，本身不具有开放阅读框架，具有保守型、时序性和组织特异性； <
核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的结构 沃森和克里克 1953年4月25日 我们拟提出脱氧核糖核酸（DNA）盐的一种结构。这种结构的新特点具有重要的生物学意义。 鲍林和考瑞曾提出过一个核酸结构。在发表这一结构之前，他们将手稿送给我们一阅。他们的模型由含接近纤维轴的磷酸及在外周碱基的三条双链组成。我们觉得这样的结构是不够满意的，其理由有二：（1）我们认为进行过X射线衍射分析的样品是DNA的盐而不是游离的酸。没有酸性氢原子，接近轴心并带负电的磷酸会相互排斥。在这样的条件下，究竟是什么力量把这种结构维系在一起，尚不清楚。（2）范德瓦尔力距似显太小。 弗雷泽曾提出过另外一种三条多核苷酸链的结构（将出版）。在他的模型中，磷酸在外边，碱基在内部，并由氢键维系着。他描述的这种结构也不够完善，因此，我们将不予评论。 我们拟提出一个完全不同的脱氧核糖核酸盐的结构。该结构具有绕同一轴心旋转的两条螺旋链（见图）。根据化学常识我们假定，每条链包括联结β-D-脱氧呋喃核糖的3',5'磷酸二酯键。两条链（不是它们的碱基）与纤维轴旋转对称垂直，并呈右手螺旋。由于旋转对称性，两条链的原子顺序方向相反。每条链都与弗尔伯格的第一号模型粗略地相似；即碱基在螺旋内部，磷酸在外边。糖的构型及其附近的原子与弗尔伯格“标准构型”相似，即糖和与其相联的碱基大致相垂直。每条链在z向每隔3.4埃有一个核苷酸。我们假定，同一条链中相邻核苷酸之间呈36度角，因此，一条链每10个核苷酸，即34埃出现一次螺旋重复。磷原子与纤维轴之间的距离为10埃。因为磷酸基团在螺旋的外部，正离子则易于接近它们。 这个结构模型仍然有值得商榷之处，其含水量偏高，在含水量偏低的情况下，碱基倾斜，DNA的结构会更加紧凑些。 这个结构的一个新特点就是通过嘌呤和嘧啶碱基将两条链联系在一起。碱基平面与纤维轴垂直。一条链的碱基与另一条链的碱基通过氢键联系起来形成碱基对。两条链肩并肩地沿共同的之向联系在一起。为了形成氢键，碱基对中必须一个是嘌呤，另一个是嘧啶。在碱基上形成氢键的位置为嘌呤的1位对嘧啶的1位；嘌呤的6位对嘧啶的6位。 假定核酸结构中碱基仅以通常的互变异构形成（即酮式而非醇式构型）出现，则只能形成专一的碱基对。这些专一碱基对为：腺嘌呤（嘌呤）和胸腺嘧啶（嘧啶），鸟嘌呤（嘌呤）和胞嘧啶（嘧啶）。 换言之。按照这种假设，如果一个碱基对中有一个腺嘌呤，在另一条链上则必然是胸腺嘧啶。同样地，一条链上是鸟嘌呤，另一条链上必是胞嘧啶。多核苷酸链的碱基顺序不受任何限制。因此，如果仅仅存在专一碱基对的话，那么，知道了一条链的碱基顺序，则另一条链的碱基顺序自然也就决定了。 以前发表的关于脱氧核糖核酸的X射线资料，不足以严格验证我们提出的这种结构。至今，我们只能说它与实验资料粗略地相符合，但在没有用更加精确的结果检验以前，还不能说它已经得到了证明。在本文后面发表的一篇短文提供了一些精确的数据。但是，我们在搞出这个DNA结构以前，并不知道该文报告的详细结果。这个结构模型虽然不是完全地，但主要地是根据已发表的资料和立体化学原则建造起来的。
教案 20010～2011学年第二学期 课程名称生物化学 院（部）医学院 教研室(实验室) 生物化学与分子生物学 授课班级09级药学理论 主讲教师刘广超 职称教授 使用教材《生物化学》（6版）吴梧桐主编人民卫生出版社 生物化学实验指导》石渊渊主编河南大学出版社 河南大学教务处制 二○○八年二月
教学过程
四 DNA与基因组织 一、DNA与基因 基因是一段含有特定遗传信息的核苷酸序列,是遗传物质的最小功能单位。 基因分为结构基因和调节基因 结构基因（structural gene）：有实际表达产物, 为特定的RNA和多肽编码的基因 调节基因或调节顺序（regulatory sequence）：DNA分子中只起调节功能的非转录和非翻译序列 ●基因组(genome): 某生物体所含全部基因的总和 ●基因组学（genomics）：研究生物体的基因组的 大小、组织和基因组成的学科 ★可见：基因是实体, 其物质基础是DNA(或RNA); 基因是遗传信息传递和性状分化发育的依据；基因(类型)是可分的。 二、原核生物基因组的特点 1. 除调节序列和信号序列外, DNA的大部分为结构基因，每个基因出现频率低。 2. 功能相关的基因常串联在一起, 并转录在同一mRNA中（多顺反子）。 3. 有基因重叠现象。 三、真核生物基因组的特点 1. DNA分子中有重复序列 单拷贝序列：在整个DNA中只出现一次或少数几次， 主要为编码蛋白质的结构基因。 中度重复序列：在DNA中可重复几十次到几千次。 高度重复序列：或称简单序列DNA，可重复几百万次 高度重复序列一般富含A-T对或G-C对。富含A-T对的在密度梯度离心时在离心管中形成的区带比主体DNA更靠近管口，富含G-C对的更靠近管底，故称为卫星DNA（satellite DNA） 2. 有断裂基因（split gene）由于基因中内含子的存在 内含子（intron)：基因中不为多肽编码，不在mRNA中出现的居间序列。 外显子（exons）：为多肽编码的基因片段。 内含子(intron)指大多数真核结构基因中的居间序列(intervening sequence)或不编码序列。它们可以转录，但在基因转录后，由这些居间序列转录的部分经加工被从初级转录本中准确除去，才产生有功能的RNA。 内含子常比外显子长，且占基因的更大比例。真核基因所含内含子的数目、位置和长度不尽相同，如鸡卵清蛋白基因的外显子被7个内含子隔开(图)，鸡卵伴清蛋白基因有17个内含子，α-珠蛋白基因有2个内含子，胶原蛋白基因含50多个内含子等。 例外：组蛋白基因(histongene)和干扰素基因(interferon gene)无内含子。 内含子的功能－－－－ ●可能含有调节信号，调控基因的表达； ●将基因分割成“可交换的单位”，有利于重新组合出新的基因 五RNA的结构与功能 ——RNA分子是含短的不完全的螺旋区的多核苷酸链。 一、RNA的结构 （一）RNA分子主要碱基：A、U、G、C （二）连接方式：3′,5′－磷酸二酯键 （三）单链:自身回折,局部双螺旋(与A-型DNA 结构相似) （有些病毒为双链RNA） （四）RNA的高级结构特点
核酸化学 (一)名词解释 1．单核苷酸(mononucleotide) 2．磷酸二酯键（phosphodiester bonds） 3．不对称比率（dissymmetry ratio） 4．碱基互补规律(complementary base pairing) 5．反密码子（anticodon） 6．顺反子（cistron） 7．核酸的变性与复性（denaturation、renaturation） 8．退火（annealing） 9．增色效应（hyper chromic effect） 10．减色效应（hypo chromic effect） 11．发夹结构（hairpin structure） 12．DNA的熔解温度（melting temperature T m） 13．分子杂交（molecular hybridization） 14．环化核苷酸(cyclic nucleotide) （二）填空题 1．DNA双螺旋结构模型是_________于____年提出的。 2．核酸的基本结构单位是_____。 3．脱氧核糖核酸在糖环______位置不带羟基。 4．两类核酸在细胞中的分布不同，DNA主要位于____中，RNA主要位于____中。 5．核酸分子中的糖苷键均为_____型糖苷键。糖环与碱基之间的连键为_____键。核苷与核苷之间通过_____键连接成多聚体。 6．核酸的特征元素____。 7．碱基与戊糖间是C-C连接的是______核苷。 8．DNA中的____嘧啶碱与RNA中的_____嘧啶碱的氢键结合性质是相似的。 9．DNA中的____嘧啶碱与RNA中的_____嘧啶碱的氢键结合性质是相似的。 10．DNA双螺旋的两股链的顺序是______关系。 11．给动物食用3H标记的_______，可使DNA带有放射性，而RNA不带放射性。12．B型DNA双螺旋的螺距为___，每匝螺旋有___对碱基，每对碱基的转角是___。13．在DNA分子中，一般来说G-C含量高时，比重___，T m（熔解温度）则___，分子比较稳定。 14．在___条件下，互补的单股核苷酸序列将缔结成双链分子。 15．____RNA分子指导蛋白质合成，_____RNA分子用作蛋白质合成中活化氨基酸的载体。16．DNA分子的沉降系数决定于_____、_____。 17．DNA变性后，紫外吸收___，粘度___、浮力密度___，生物活性将___。 18．因为核酸分子具有___、___，所以在___nm处有吸收峰，可用紫外分光光度计测定。19．双链DNA热变性后，或在pH2以下，或在pH12以上时，其OD260______，同样条件下，单链DNA的OD260______。 20．DNA样品的均一性愈高，其熔解过程的温度范围愈______。 21．DNA所在介质的离子强度越低，其熔解过程的温度范围愈___，熔解温度愈___，所以DNA应保存在较_____浓度的盐溶液中，通常为_____mol/L的NaCI溶液。22．mRNA在细胞内的种类___，但只占RNA总量的____，它是以_____为模板合成的，又是_______合成的模板。 23．变性DNA 的复性与许多因素有关，包括____，____，____，____，_____，等。
第二章核酸的化学（作业） 一、名词解释 1. 核苷 2. 核苷酸 3. 磷酸二酯键 4.Chargaff’碱基规则 5. DNA的双螺旋 6. DNA变性 7. 熔解温度 8. 增色效应 9. 减色效应 二、填空题 1.核酸的基本结构单位是________________。 2.DNA双螺旋中只存在________________种不同碱基对。T总是与________________配对，C总是与________________配对。 3.两类核酸在细胞中的分布不同，DNA主要位于________________中，RNA主要位于________________中。 4.核酸在260nm附近有强吸收，这是由于________________。 5.变性DNA的复性与许多因素有关，包括________________，________________，________________，________________，________________等。 6核酸分子中的糖苷键均为型糖苷键。糖环与碱基之间的连键为键。核苷与核苷之间通过键连接形成多聚体。 7. DNA所处介质的离子强度越低，其熔解过程的温度范围越，熔解温度越，所以DNA应保存在较浓度的盐溶液中，通常为 mol/L的NaCl溶液。 8.常用二苯胺法测定________________含量，用苔黑酚法测________________含量。
9.维持DNA双螺旋结构稳定的主要因素是________________，其次，大量存在于DNA分子中的弱作用力如________________，________________和________________也起一定作用。 10.tRNA的三级结构为________________形，其一端为________________，另一端为________________。 11.引起核酸变性的因素很多，如，和等。 12.tRNAR 的二级结构都是形，三个突环分别称、、 和。 13.维持核酸分子一级结构的化学键是，稳定其结构的作用是。 三、是非题 1.[ ]脱氧核糖核苷中的糖环3′位没有羟基。 2.[ ]若双链DNA中的一条链碱基顺序为：pCpTpGpGpApC,则另一条链的碱基顺序为：pGpApCpCpTpG。 3.[ ]若种属A的DNA Tm值低于种属B，则种属A的DNA比种属B含有更多的A-T碱基对。 4.[ ]原核生物和真核生物的染色体均为DNA与组蛋白的复合体。 5.[ ]用碱水解核酸，可以得到2′与3′-核苷酸的混合物。 6.[ ] 生物体内，天然存在的DNA分子多为负超螺旋。 7.[ ] mRNA是细胞内种类最多、含量最丰富的RNA。 8.[ ] 目前为止发现的修饰核苷酸大多存在于tRNA中。 9.[ ] 核酸变性或降解时，出现减色效应。 10.[ ] DNA样品A与B分别与样品C进行杂交实验，得到的杂交双链结构如下图： 那么说明样品A与C的同源性比样品B与C的同源性高。 11.[ ] 在所有病毒中，迄今为止还没有发现既含有RNA又含有DNA的病毒。 12.[ ] 核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶分别作用于RNA和DNA中的磷酸二酯键，均属于特异性的磷酸二酯酶。 13.[ ] 核糖体不仅存在于细胞质中，也存在于线粒体和叶绿体中。
第二章核酸的结构与功能 第一节核酸的概念和化学组成 一、核酸的发现及研究进展 1、最早1868年，瑞士科学家Miescher从绷带脓细胞中发现含磷2.5%的化合物，称为核素。 2、1881年，Altmann从小牛胸腺、酵母中得到，它不含Pro，命名为核酸。 3、1914年，把小牛胸腺中得到的核酸称胸腺核酸（动物核酸），把从酵母中分离得到的核酸称酵母核酸(植物核酸)。 又根据戊糖分为脱氧核糖核酸——DNA和核糖核酸——RNA 4、1944年，Avery研究肺炎球菌转化实验，证明DNA是遗传物质的结论。 最初是1928年，Gniffith以肺炎球菌作为转化的材料。 肺炎球菌光滑型（S型）：菌落光滑、有荚膜、有毒性。 粗糙型（R型）：菌落粗糙、无荚膜、无毒性。 活体转化，四组实验： ①活S型菌—→Rat—→die ②活R型菌—→Rat—→live ③加热杀死的S型菌—→Rat—→live ④加热杀死的S型菌—→Rat—→die 活R型菌 说明R型菌可以转化为活S型菌，加热杀死的S型菌中有一种物
质可使活R型菌转化为S型菌。 1944年美国科学家Avery做了大量实验确定这种物质是DNA （转化因子）。 5、1953年，沃森和克里克提出DNA的双螺旋模型结构，不但阐明了DNA结构，而且对DNA的复制、遗传物质的传递、都作了重要的说明。 6、20世纪70年代，DNA重组技术应用——基因工程诞生。 7、2000~2002年人类基因组计划完成。 二、核酸的概念和重要性 核酸是由核苷酸组成的具有复杂三维结构的大分子物质，包括DNA和RNA。DNA主要分布在细胞核中；RNA分布在细胞质和细胞核中，主要有三种信使RNA（mRNA）、核蛋白体（rRNA）、转运（tRNA）。真核生物中还有HnRNA和SnRNA，HnRNA是mRNA 的前体，SnRNA参与RNA的修饰加工等。DNA是遗传的物质基础。（一）核酸是遗传物质 细胞核内DNA含量恒定，不受外界环境的影响。生物遗传特征的延续和生物进化都由基因所决定的。基因是具有遗传效应的DNA 片段。 （二）核酸参与蛋白质的生物合成 mRNA是蛋白质合成材料，rRNA是核糖体的成分。 三、核酸在医药上的应用 1、RNA：来源与微生物发酵，动物内脏，可用于改善精神迟缓，
第八章核酸的化学结构 一名词解释： 1．自我复制 2．转录 3．翻译 4．核苷 5．核酸的一极结构 6．DNA的二级结构 7．碱基互补规律 8．链温度 9．增色效应 10．发夹结构 11．分子杂交 12．Tm值 二填空 1．核酸分为（）和（）。 2．核苷水解生成（）和（） 3．核酸中主要的嘧啶衍生物有（）和（）。 4．核酸中的嘌呤衍生物有（）和（）。 5．天然核酸中的DNA主要是由（），（），（）和（）四种脱氧核苷酸组成。 6．DNA双螺旋结构是（）于（）年提出的。 7．核苷酸除去磷酸基后称为（）。 8．脱氧核糖核酸在糖环（）位置不带羟基。 9．DNA双螺旋结构每（）nm旋转一圈，共有（）碱基对。10．染色质的基本构成单位为（），其主要成分为（）和（）。11．双螺旋DNA的溶解温度Tm与（），（）和（）有关。12．核酸溶液在（）nm处有一个最大吸收值。 13．变性后的DNA其（）丧失，同时发生一些理化性质改变，主要有（），（），（）和（）。 14．核酸的特征性元素是（）。 15．DNA双螺旋直径为（）nm，双螺旋每隔（）nm转一圈，约相当（）个核苷酸，糖和磷酸位于双螺旋的（）侧，碱基位于（）侧。 16．DNA双螺旋稳定因素有（）（）和（）。 17．DNA和RNA相异的基本组成成分是（）。 18．DNA二级结构的重要特点是（）结构，此结构的外部是由（）和（）形成（），而结构的内部是由（）通过（）相
连形成的（）。 19．DNA双螺旋结构A,T之间有（）个（）键，而G,C之间有（）个（）键。 20．DNA的三级结构是以（）的形式相连而成，此结构形式是（）的基本结构单位。 21．RNA在各种细胞中依功能和性质都含有三类主要的RNA（），（）和（），它们都参与蛋白质的生物合成。 22．（）RNA分子指导蛋白质合成，（）RNA分子用做蛋白质合成中活化的载体。 23．2０世纪５０年代，Ｃhargaff等人发现各种生物体ＤＮＡ碱基组成有（）的特性，而没有（）的特性． 24．ＤＮＡ双螺旋中只存在（）种不同碱基对．Ｔ总是（）配对，Ｃ总是与（）配对。 25．核酸的主要组成是（），（）和（）． 26．两类核酸在细胞中的分布不同，ＤＮＡ主要位于（）中，ＲＮＡ主要位于（）中。 27．核酸分子的糖苷键均为（）糖苷键，糖环与碱基之间的连键为（）键,核苷与核苷之间通过（）间连接形成多聚体。 28．嘌呤核苷有顺式,反式两种可能,但天然核苷多为（）。 29．X射线衍射证明,核苷中（）与（）平面相互垂直。 30．核酸在260nm附近有强吸收,这是因为（）。 31．给动物实用3H标记的（）,可使DNA带有放射性,而RNA不带有放射性。 32．双链DNA中若（）含量多,则Tm值高。 33．双链DNA热变性后,或在PH2以下,或在12以上时,其OD260（）,同样条件下,单链DNA的OD260（）。 34．DNA样品的均一性越高,其溶解过程的温度范围越（）。35．DNA所处介质的离子强度越低,其溶解过程的温度范围越（），溶解温度越（），所以DNA应保存在较（）浓度的盐溶液中，通常为（）mol/L的NaCl溶液。 36．DNA分子中存在三类核苷酸序列:高度重复序列,中度重复序列和单一序列tRNA，r RNA以及组蛋白等由（）编码,而大多数蛋白由（）编码。 37．硝酸纤维素膜可结合（）链核苷酸.将RNA变性后转移到硝酸纤维素膜上再进行杂交,称（）印迹法. 38．变性DNA的复性与许多因素有关,包括（）, （）, （）, （）, （）等。 39．A.Rich在研究d(CGCGCG)寡聚体的结构时发现它为（）螺旋,称为
核酸的化学组成与基本单位核酸经水解可得到很多核苷酸，因此核苷酸是核酸的基本单位。核酸就是由很多单核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。核苷酸可被水解产生核苷和磷酸，核苷还可再进一步水解，产生戊糖和含氮碱基（图15－1）。 核苷酸中的碱基均为含氮杂环化合物，它们分别属于嘌呤衍生物和嘧啶衍生物。核苷酸中的嘌呤碱（purine）主要是鸟嘌呤（guanine，G）和腺嘌呤（adenine，A），嘧啶碱（pyrimidine）主要是胞嘧啶（cytosine，C）、尿嘧啶（uracil，U）和胸腺嘧啶（thymine，T）。DNA和RNA都含有鸟嘌呤（G）、腺嘌呤（A）和胞嘧啶（C）；胸腺嘧啶（T）一般而言只存在于DNA中，不存在于RNA中；而尿嘧啶（U）只存在于RNA中，不存在于DNA中。它们的化学结构请参见图示。 核酸中五种碱基中的酮基和氨基，均位于碱基环中氮原子的邻位，可以发生酮式一烯醇式或氨基 亚氨基之间的结构互变。这种互变异构在基因的突变和生物的进化中具有重要作用。 有些核酸中还含有修饰碱基（modified component），（或稀有碱基，unusual com ponent），这些碱基大多是在上述嘌呤或嘧啶碱的不同部位甲基化（methylation）或进行其它的化学修饰而形成的衍生物。一般这些碱基在核酸中的含量稀少，在各种类型核酸中的分布也
不均一。DNA中的修饰碱基主要见于噬菌体DNA，如5-甲基胞嘧啶（m5C），5-羟甲基胞嘧啶hm5C；RNA中以tRNA含修饰碱基最多，如1-甲基腺嘌呤（m1A），2，2一二甲基鸟嘌呤（m22G）和5，6-二氢尿嘧啶（DHU）等。 嘌呤和嘧啶环中含有共轭双键，对260nm左右波长的紫外光有较强的吸收。碱基的这一特性常被用来对碱基、核苷、核苷酸和核酸进行定性和定量分析。 核酸中的戊糖有核糖（ribose）和脱氧核糖（deoxyribose）两种，分别存在于核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸中。为了与碱基标号相区别，通常将戊糖的C原子编号都加上“′”，如C1′表示糖的第一位碳原子。 戊糖与嘧啶或嘌呤碱以糖苷键连接就称为核苷，通常是戊糖的C1′与嘧啶碱的N1或嘌呤碱的N9相连接。 核苷中戊糖的羟基与磷酸以磷酸酯键连接而成为核苷酸。生物体内的核苷酸大多数是核糖或脱氧核糖的C5′上羟基被磷酸酯化，形成5′核苷酸。核苷酸在5′进一步磷酸化即生成二磷酸核苷和三磷酸核苷。以核糖腺苷酸为例，除AMP外，还有二磷酸腺苷（ADP，adenosine 5′－diphosphate）和三磷酸腺苷（ATP，adenosine 5′-triphosphate）两种形式。核苷酸的二磷酸酯和三磷酸酯多为核苷酸有关代谢的中间产物或者酶活性和代谢的调节物质，以及作为核苷酸有关代谢的中间产
核酸化学 (一)名词解释 1.单核苷酸(mononucleotide) 2.磷酸二酯键(phosphodiester bonds) 3.不对称比率(dissymmetry ratio) 4.碱基互补规律(complementary base pairing) 5.反密码子(anticodon) 6.顺反子(cistron) 7.核酸的变性与复性(denaturation、renaturation) 8.退火(annealing) 9.增色效应(hyper chromic effect) 10.减色效应(hypo chromic effect) 11.发夹结构(hairpin structure) 12.DNA的熔解温度(melting temperature T m) 13.分子杂交(molecular hybridization) 14.环化核苷酸(cyclic nucleotide) (二)填空题 1.DNA双螺旋结构模型就是_________于____年提出的。 2.核酸的基本结构单位就是_____。 3.脱氧核糖核酸在糖环______位置不带羟基。 4.两类核酸在细胞中的分布不同,DNA主要位于____中,RNA主要位于____中。 5.核酸分子中的糖苷键均为_____型糖苷键。糖环与碱基之间的连键为_____键。核苷与核苷 之间通过_____键连接成多聚体。 6.核酸的特征元素____。 7.碱基与戊糖间就是C-C连接的就是______核苷。 8.DNA中的____嘧啶碱与RNA中的_____嘧啶碱的氢键结合性质就是相似的。 9.DNA中的____嘧啶碱与RNA中的_____嘧啶碱的氢键结合性质就是相似的。 10.DNA双螺旋的两股链的顺序就是______关系。 11.给动物食用3H标记的_______,可使DNA带有放射性,而RNA不带放射性。 12.B型DNA双螺旋的螺距为___,每匝螺旋有___对碱基,每对碱基的转角就是___。 13.在DNA分子中,一般来说G-C含量高时,比重___,T m(熔解温度)则___,分子比较稳定。 14.在___条件下,互补的单股核苷酸序列将缔结成双链分子。 15.____RNA分子指导蛋白质合成,_____RNA分子用作蛋白质合成中活化氨基酸的载体。 16.DNA分子的沉降系数决定于_____、_____。 17.DNA变性后,紫外吸收___,粘度___、浮力密度___,生物活性将___。 18.因为核酸分子具有___、___,所以在___nm处有吸收峰,可用紫外分光光度计测定。 19.双链DNA热变性后,或在pH2以下,或在pH12以上时,其OD260______,同样条件下,单链 DNA的OD260______。 20.DNA样品的均一性愈高,其熔解过程的温度范围愈______。 21.DNA所在介质的离子强度越低,其熔解过程的温度范围愈___,熔解温度愈___,所以DNA 应保存在较_____浓度的盐溶液中,通常为_____mol/L的NaCI溶液。 22.mRNA在细胞内的种类___,但只占RNA总量的____,它就是以_____为模板合成的,又就是 _______合成的模板。 23.变性DNA 的复性与许多因素有关,包括____,____,____,____,_____,等。 24.维持DNA双螺旋结构稳定的主要因素就是_____,其次,大量存在于DNA分子中的弱作用 力如_____,______与_____也起一定作用。 25.tRNA的二级结构呈___形,三级结构呈___形,其3＇末端有一共同碱基序列___其功能就是 ___。
第二章核酸的化学（作业答案） 一、名词解释 1. 核苷：是嘌呤或嘧啶碱通过共价键与戊糖连接组成的化合物。 2. 核苷酸：核苷的戊糖成分中的羟基磷酸化形成的化合物。 3. 磷酸二酯键：一种化学基团，指一分子磷酸与两个醇（羟基）酯化形成的两个酯键。该酯键成了两个醇之间的桥梁。例如一个核苷的3ˊ羟基与别一个核苷的5ˊ羟基与同一分子磷酸酯化，就形成了一个磷酸二酯键。 4.Chargaff’碱基规则：所有DNA中腺嘌呤与胸腺嘧啶的摩尔含量相等（A=T），鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔含量相等（G=C），既嘌呤的总含量相等（A+G=T+C）。DNA的碱基组成具有种的特异性，但没有组织和器官的特异性。另外，生长和发育阶段`营养状态和环境的改变都不影响DNA的碱基组成。 碱基对是通过碱基之间氢键配对的核酸链中的两个核苷酸，例如A与T或U , 以及G与C配对。 5. DNA的双螺旋：一种核酸的构象，在该构象中，两条反向平行的多核甘酸链相互缠绕形成一个右手的双螺旋结构。碱基位于双螺旋内侧，磷酸与糖基在外侧，通过磷酸二脂键相连，形成核酸的骨架。碱基平面与假象的中心轴垂直，糖环平面则与轴平行，两条链皆为右手螺旋。双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，两核甘酸之间的夹角是36゜，每对螺旋由10对碱基组成，碱基按A-T，G-C配对互补，彼此以氢键相联系。维持DNA双螺旋结构的稳定的力主要是碱基堆积力。双螺旋表面有两条宽窄`深浅不一的一个大沟和一个小沟。 6. DNA变性：DNA双链解链，分离成两条单链的现象。 7. 熔解温度：双链DNA熔解彻底变成单链DNA的温度范围的中点温度。 8. 增色效应：当双螺旋DNA熔解（解链）时，260nm处紫外吸收增加的现象。 9. 减色效应：随着核酸复性，紫外吸收降低的现象。 二、填空题 1.核苷酸 2.二；A；G 3.细胞核；细胞质 4.在嘌呤碱基和嘧啶碱基中存在共轭双键 5.样品的均一度；DNA的浓度；DNA片段大小；温度的影响；溶液的离子强度 6.β；糖苷；磷酸二酯键 7. 宽；低；高；1 8. DNA; RNA 9. 碱基堆积力；氢键；离子键；范德华力 10. 倒L；氨基酸接受臂；反密码子 11. 温度升高；酸碱变化；有机溶剂 12. 三叶草；二氢尿嘧环；反密码环；T C环 13.磷酸二酯；碱基堆积力 14.增加；下降；升高；丧失 15.嘌呤；嘧啶；260
2.1 核酸的化学组成 目录 核酸(nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。
核酸的分类及分布 存在于细胞核和线粒体、叶绿体、 质粒 分布于细胞核、细胞质、线粒体、叶绿体(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱氧核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，并通过复制传递给下一代。 是DNA 转录的产物，参与遗传信 息的复制与表达。某些病毒RNA 也可作为遗传信息的载体 第一节 核酸的化学组成以及一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid
目录 核酸的元素组成： C 、H 、O 、N 、P （9~10%）目录 核酸(DNA 和RNA ) 核苷酸 核苷和脱氧核苷 磷酸戊糖碱基 嘌呤嘧啶 核糖脱氧核糖 核酸组成 DNA 的组成单位是脱氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide ）RNA 的组成单位是核糖核苷酸（ribonucleotide ）。
?分子组成 碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖 磷酸(phosphate) 一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位目录 碱基(base)是含氮的杂环化合物。 碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤 鸟嘌呤尿嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶 存在于DNA 和RNA 中 仅存在于RNA 中 仅存在于DNA 中 ?碱基
嘌呤(purine ，Pu) N N NH N 1234 56789N N NH N NH 2 腺嘌呤(adenine, A) N NH NH N NH 2 O 鸟嘌呤(guanine, G)N NH 132 456嘧啶(pyrimidine ，Py)胞嘧啶(cytosine, C)N NH NH 2O 尿嘧啶(uracil, U) NH NH O O 胸腺嘧啶(thymine, T) NH NH O O C H 3