河南大学
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
生物化学课程教案
教学过程
核酸与蛋白质一样，是一切生物机体不可缺少的组成部分。
核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续、生物物种遗传特性的保持、生长发育、细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。
因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。
一核酸的发现和重要性
由于核酸的结构与功能比较复杂，分子很不稳定，在4类生物大分子（――核酸、蛋白质、多糖和脂质复合物）中，它的研究开始最晚。“核酸”一词的出现比“蛋白质”（1838年）要晚半个世纪。然而对它的研究却改变了整个生命科学的面貌，并由此诞生了分子生物学这一当今发展最迅速、最有活力的学科。
1869年瑞士青年科学家Miescher从（脓）细胞核中分离出核素（nuclein）。
1889年Altman发展了从酵母和动物组织中制备不含蛋白质的核酸的方法，最早提出核酸（nucleic acid）这一名称。
1930~1940年, Kossel & Levene等确定核酸的组分：核酸是由核苷酸组成的具有复杂三维结构的大分子化合物。
核酸包括脱氧核糖核酸( deoxyribonucleic acid, DNA )和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）两大类。
1943年Chargaff（查格夫）证明，DNA中4 种碱基的比例并不是相等，总是A=T, G=C，并认为在DNA中是A-T配对、G-C配对的规律，因此后来称之为查格夫规则。（－－证明“四核苷酸假说”不能成立。“四核苷酸假说”：认为核酸是由四种核苷酸组成的单体构成的，缺乏结构方面的多样性。）
1944年，Avery 的“肺炎双球菌转化实验”证明DNA（是遗传转化因子）是生物体的遗传物质。
1952年A. Hershey 和M. Chase 的噬菌体感染细菌的实验，是证明DNA为遗传物质的最有力证据。噬菌体是寄生在细菌细胞中的病毒。一个典型的噬菌体的生活周期，可以分为三个阶段：感染阶段、增殖阶段和成熟阶段。
T2噬菌体在37 ℃下大约只需40min就可以产生100～300个子代噬菌体。
Hershey－Chase实验：准备2份同位素标记的噬菌体T2颗粒。1份用32P标记DNA的磷酸基团，另1份用35S标记蛋白外壳的含硫氨基酸（DNA是不含硫的，而病毒蛋白则不含磷）。用这2份标记的噬菌体感染非标记的细菌，将感染的细菌悬液在搅拌器中剧烈振荡以从细菌细胞中释放病毒外壳，经离心将细菌和病毒的空壳分开。用32P标记的噬菌体感染的细胞，在细胞内发现了32P ，病毒空壳没有放射性，表明噬菌体DNA进入了细胞。用35S 标记的噬菌体感染的细胞，在胞内没有发现放射性，病毒空壳含有35S。在释放病毒衣壳一段时间后，2份受感染细胞都产生子代病毒颗粒，表明病毒复制的有关遗传信息是由病毒的DNA而不是蛋白质导入的。
提示：理清生物化学的知识体系和网络，牢固掌握关键的知识点固然重要，但学习和了解研究者对生物化学重要发现所用的方法、思路和线索，对启发学生的兴趣，从中学到科学的思维方法，锻炼和提高发现问题、解决问题的能力很有帮助。
1953年，J.D.Waston（美）和F.H.C.Crick （英）提出DNA双螺旋结构模型－－该模型不但阐明了DNA的结构，并且为一个DNA分子如何复制成两个相同结构的DNA分子及DNA怎样传递生物体的遗传信息提供了合理的说明。
该模型被认为是20世纪自然科学中最伟大的成就之一，给生命科学带来巨大而深远的影响，为现代分子生物学和分子遗传学奠定了关键性基础，1962年被授予诺贝尔生理医学奖。
从此之后的几十年里，核酸研究进展之快，涉及范围之广，影响之大，内容之丰富，在生物科学领域内是少见的。
核酸的生物功能：
1、DNA是主要的遗传物质
除少数病毒（RNA病毒）以RNA作为遗传物质外, 多数生物体的遗传物质是DNA。
不同生物体遗传物质（信息分子）的结构差别，使得其所含蛋白质（表现分子）的种类和数量有所差别，生物体表现出不同的形态结构和代谢类型。
DNA作为遗传物质具有的3个功能（基本属性）：（1）通过复制将遗传信息由亲代传递给子代；
（2）通过转录使遗传信息在子代得以表达；（3）通过变异在自然选择过程中获得新的遗传信息。
2、RNA参与蛋白质的生物合成
按照传统的观点，RNA的主要作用是从DNA转录遗传信息，并指导蛋白质的合成。3、RNA的功能具有多样性
20世纪80年代对RNA的研究揭示了RNA功能的多样性。RNA具有诸多功能, 无不关系着生物机体的生长和发育，其核心作用是基因表达的信息加工和调节。
（RNA功能的多样性：1）控制蛋白质合成（3类RNA共同控制）；2）作用于RNA 转录后加工与修饰；3）基因表达与细胞功能的调节；4）生物催化与其他细胞持家功能；5）遗传信息的加工与进化。-----核心作用是基因表达的信息加工与调节。此内容在以后的相关章节中详细讲解）
二核酸的组成成分
核酸的基本组成单位是核苷酸（nucleotide）。核苷酸有3个典型的组分：含氮碱基、戊糖和磷酸。DNA的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸（deoxyribonucleotide或deoxynucleotide），RNA的基本组成单位是核糖核苷酸（ribonucleotide）。
一、核苷酸的结构
（一）核糖和脱氧核糖
核酸中的戊糖，其半缩醛羟基均位于糖环平面的上方，因此属于β–构型。
为区别于碱基中的碳原子编号，核糖或脱氧核糖中的碳原子编号加一撇，标以C–1′、C–2′等。
脱氧核糖核苷酸中的戊糖是β–D–2′–脱氧核糖；核糖核苷酸中的戊糖为β–D–核糖。这一结构上的差异使得DNA分子较RNA分子在化学上更为稳定，从而被自然选择作为多数生物遗传信息的储存载体。
（二）碱基的种类
核苷酸中的含氮碱基（base）是嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）的衍生物，都是杂环化合物。
单独的嘌呤或嘧啶是弱碱性物质，因此称为碱基。DNA分子中的碱基成分为A、G、C和T 四种；而RNA分子则主要由A、G、C和U四种碱基组成。
稀有碱基：含量甚少的碱基，多数为主要碱基的修饰物。tRNA中大约有10%。如：次黄嘌呤、1-甲基次黄嘌呤、1-甲基鸟嘌呤等。
碱基的结构特征：1）酮式?烯醇式；2）氨基?亚氨基；3）共轭双键，对260nm 的紫外光有强吸收。
（三）核苷
1. 核苷：
含氮碱基与糖组分缩合成的糖苷。核苷= 碱基+ 戊糖，核酸分子中的糖苷键均为β－糖苷键。
2. 连接方式：
戊糖C1'-OH，H-N9嘌呤；戊糖C1'-OH，H-N1嘧啶；戊糖C1'-OH，H-C5 假尿苷（tRNA）。
3. 关于修饰核苷的表示方法：
修饰核苷中的取代基团用英文小写字母表示；
碱基取代基团的符号写在核苷单字符号的左下角；
核糖取代基团的符号写在核苷单字符号的右下角；
取代基团的位置写在取代基团符号的右上角，数字（目）则写在右下角。
举例: N1, N2, N7-三甲基鸟嘌呤核苷：m31,2,7G
真核mRNA 5'-端的7-甲基鸟苷帽子结构：m7G 5'ppp
（四）核苷酸
核苷酸是核苷的磷酸酯。核苷与磷酸通过酯键结合即构成核苷酸或脱氧核苷酸。生物体内多数核苷酸都是5′核苷酸，即磷酸基团位于核糖的第五位碳原子C–5′上。
（五）重要的其他核苷酸
1. 多磷酸核苷酸
根据磷酸基团的数目不同，有核苷一磷酸（nucleoside monophosphate，NMP）、核苷二磷酸（nucleoside diphosphate，NDP）、核苷三磷酸（nucleoside triphosphate，NTP）的命名方式；根据碱基成分的不同，有AMP（adenosine monophosphate）、ADP（adenosine diphosphate）、ATP（adenosine triphosphate），另外还有一些稀有碱基如Ψ等命名。
核苷酸除了构成核酸大分子以外，还参加各种物质代谢的调控和多种蛋白质功能的调节。例如ATP能量转换中间体，CTP 参与磷脂合成；GTP蛋白质合成中磷酰基供体UTP 参与糖原合成。
2. 环化核苷酸
cAMP，环腺苷酸（cyclic AMP, cAMP）；cGMP, 环鸟苷酸（cyclic GMP, cGMP）。
环化核苷酸作为细胞之间传递信息的信使，在细胞信号转导过程中具有重要调控作用。
3. 其他核苷多磷酸、寡核苷多磷酸
（六）核酸分子中核苷酸的连接方式
构成核酸大分子的基本单位是核苷酸。实验证明，DNA和RNA均是无分支的多核苷酸长链，核苷酸间的连接键是3′，5′-磷酸二酯键，由相间排列的戊糖和磷酸构成核酸大分子的主链，而代表其特性的含氮碱基则可以看成是以侧链基团有次序地连接在其主链上。
三核酸的结构
一、DNA的碱基组成
（一）碱基组成：C, T, A, G
（二）DNA碱基组成规律（Chargaff法则）
（1）同一生物，嘌呤=嘧啶，
A = T，G = C，A+G = C+T
（2）不同生物种属的DNA碱基组成不同
（3）同一生物的所有体细胞中DNA碱基组成相同（种属特异性）
二、DNA的一级结构
（一）DNA的一级结构
DNA链中核苷酸的排列顺序碱基的组成及排列顺序称为DNA的一级结构。
（二）脱氧核苷酸的连接方式
多脱氧核苷酸链相邻的脱氧核苷酸残基以3ˊ,5ˊ－磷酸二酯键连接，无分支。
二、核酸的一级结构
(一)定义:核酸的一级结构是指DNA和RNA，也称核苷酸序列。由于核酸分子中不同核苷酸之间的差异仅在于碱基的不同，因此也称为碱基序列。
(二)连接方式: 磷酸二酯键。四种脱氧核苷酸按照一定的排列顺序以化学键：3′, 5′磷酸二酯键（phosphodiester linkage）相连形成的多聚脱氧核苷酸（polydeoxynucleotides）链称为DNA。多聚核苷酸（polynucleotides）链则称为RNA。这些脱氧核苷酸或核苷酸的连接具有严格的方向性，由前一位核苷酸的3′–OH与下一位核苷酸的5′位磷酸基之间形成3′, 5′磷酸二酯键，从而构成一个没有分支的线性大分子。它们的两个末端分别称为5′末端（游离磷酸基）和3′末端（游离羟基）。书写规则应从5′末端到3′末端。
三、DNA的空间结构
主要指：DNA二级结构：双螺旋结构；DNA三级结构：超螺旋结构
（一）DNA二级结构——双螺旋结构
1953年，J. Watson和F. Crick 在前人研究工作的基础上，根据DNA结晶的X-衍射图谱和分子模
型，提出了著名的DNA双螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测,因此而获得了诺贝尔(1962)医学和生理学奖。
1. 双螺旋结构的主要依据
（1）X射线衍射数据－－Wilkins和Franklin发现不同来源的DNA纤维具有相似的X射线衍射图谱。
（2）碱基成对证据－－Chargaff 发现DNA中A与T、C与G的数目相等。后Pauling 和Corey发现A与T生成2个氢键、C与G生成3个氢键。
（3）电位滴定行为－－电位滴定证明，DNA中的磷酸基可滴定，而嘌呤与嘧啶的可解离基团不能滴定，因为碱基间是由氢键连接。
2. 双螺旋结构模型要点
(1) 两条脱氧多核苷酸链反向平行且均为右手螺旋，螺旋表面有一条大沟和一条小沟
(2) 两条链上的碱基间互补配对，且正确配对必定为A=T，G≡C
(3) 糖-磷酸主链在螺旋外侧，碱基对平面在内侧且平面与螺旋轴垂直
(4) 螺旋每圈含10个碱基对，螺距为3.4nm
该理论的核心：碱基互补配对
3. 双螺旋结构的稳定因素
（1）氢键（太弱）；
（2）碱基堆积力（base stacking force）由芳香族碱基π电子间的相互作用引起的，能形成疏水核心，是稳定DNA最重要的因素；
（3）离子键（减少双链间的静电斥力）。
4、DNA双螺旋结构模型的理论意义
解释下列生命现象
（1）DNA的复制－－DNA的遗传信息在生物世代间、细胞世代间传递。※该模型直接表明了遗传信息传递（自我复制）的机制。
（2）遗传与变异－－DNA分子的碱基序列具有保守性和变异性, 碱基对是突变的最小单位。（3）生物的性状控制－－蛋白质生物合成时遗传密码与反密码互补配对。
（4）为现代分子生物学与基因工程奠定了理论基础。
5. DNA双螺旋的构象类型
B-DNA：92%相对湿度，接近细胞内的DNA构象，与Watson 和Crick提出的模型相似。A-DNA：75%相对湿度，与溶液中DNA-RNA杂交分子的构象相似，推测转录时发生B→A。其碱基平面倾斜20°，螺距与每一圈碱基对数目都有变化。
Z-DNA：主链呈锯齿型左向盘绕, 直径约1.8nm, 螺距4.5nm，每一圈含12个bp, 只有小沟。B-DNA与Z-DNA的相互转换可能和基因的调控有关。
DNA在不同盐溶液及不同相对湿度下的存在状态分为：
B-DNA 钠盐纤维，相对湿度92%
A-DNA 钠盐纤维，相对湿度75%
C-DNA 锂盐纤维，相对湿度66%
Z-DNA GC交替的寡聚体自然界存在
※这些结构的多样性并未影响Watson和Crick提出的DNA结构的主要性质：互补性双链、反向平行、需要A＝T和G≡C碱基对。
A-DNA的结构
（1）结构特征：右手双螺旋、螺旋直径2.6nm、螺距2.5nm，11个碱基对/周。
（2）A-DNA存在及意义：存在于脱水条件下的DNA双螺旋、生理条件下的RNA双螺旋和DNA-RNA杂合双螺旋中。
推测在转录时DNA分子发生B→A的构象转变。
Z-DNA
（1）Z-DNA特征：存在于d(CGCGCGCG)结晶体结构中。左手螺旋，螺旋直径1.8nm、螺距4.5nm，
12碱基对/周，核酸链骨架呈Z字型走行。螺旋表面只有小沟。
（2）意义：与转录活性有关。Z-DNA转换成B-DNA将产生使双螺旋链解开的张力，因而暴露出蛋白
质结合位点，此位点包括复制起始点以及调控转录的启动子和增强子顺序。
6. 三股螺旋DNA (triple helix DNA, 又称H-DNA)
（1）概念：三股DNA是由三条脱氧核苷酸链按一定的规律绕成的螺旋状结构。
组成三股螺旋的DNA单链，一般都由单一的嘌呤碱基（A和G）或单一的嘧啶碱基（C 和T）所组成
（2）结构：是在Watson-Crick双螺旋基础上形成的，其中大沟中容纳第三条链形成三股螺旋。在三螺旋DNA中三个碱基配对(Hoogsteen base pairing) 形成三碱基体: T-A-T ，C-G- C。（3）作用：H-DNA存在于基因调控区和其他重要区域，因而具有重要意义。
（二）DNA的三级结构——超螺旋结构
DNA 的三级结构是指DNA分子（双螺旋）通过扭曲和折叠所形成的特定构象，包括不同二级结构单元间的相互作用、单链与二级结构单元间的相互作用以及DNA的拓扑特征。
超螺旋是DNA三级结构的一种形式。
1、原核生物DNA的高级结构
在共价闭环双螺旋基础上进一步扭转盘曲, 形成超螺旋(supercoil)，体积进一步压缩。
超螺旋周数W：扭曲数
拓扑连环数L：一条以右手螺旋绕另一条链缠绕的次数。
缠绕数T：双螺旋的圈数
B-DNA模型螺旋数：W = L －T
W = 0 松弛环
W为负值负超螺旋（右手扭曲）
W为正值正超螺旋（左手扭曲）
2、真核生物DNA的高级结构
染色体包装的结构模型：多级螺旋模型
压缩倍数 7 6 40 5 （8400）
DNA →核小体→螺线管→超螺线管→染色单体
2nm 10nm 30(10)nm 400nm 2~10μm
一级包装二级包装三级包装四级包装
核小体的结构：
组蛋白八聚体：H2A、H2B、H3、H4各2分子；H1 1分子
DNA盘绕八聚体1.8圈，共146bp, 中间连接60bp，每个核小体重复单位约占DNA 200bp。（二）真核生物DNA分子结构：多层次压缩包装
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
第五章核酸化学 一、选择题 (一)A型题 1. 在DNA水解液中含量与dAMP相同的是() A. dCMP B. dGMP C. dIMP D. dTMP E. dUMP 2. 在RNA水解液中含量最少的是() A. AMP B. CMP C. GMP D. TMP E. UMP 3. 核苷酸碱基不含() A. C B. H C. N D. O E. P 4. 镰刀形红细胞贫血病属于() A. 呼吸性酸中毒 B. 遗传缺陷 C. 自由基破坏 D. 营养不良 E. 低血压 5. 细胞内含量最稳定的成分是() A. DNA B. 核糖体 C. 氨基酸 D. ATP E. CoASH 6. 连接核酸结构单位的化学键是() A. 肽键 B. 磷酸二酯键 C. 二硫键 D. 氢键 E. 糖苷键 7. 关于DNA双螺旋结构模型的正确说法是() A. 是一个三链结构 B. DNA双股链的走向是反向平行的 C. 碱基A和G配对 D. 互补碱基以共价键结合 E. 磷酸戊糖主链位于DNA螺旋内侧 8. 核酸分子储存、传递遗传信息的关键部位是() A. 磷酸戊糖 B. 核苷 C. 碱基序列 D. 碱基堆积力 E. 磷酸二酯键 9. 通常核酸不含() A. 腺嘌呤 B. 黄嘌呤 C. 鸟嘌呤 D. 胸腺嘧啶 E. 尿嘧啶 10. DNA的热变性是() A. 磷酸二酯键断裂 B. DNA分子进一步形成超螺旋 C. DNA分子碱基丢失，数目减少 D. DNA双螺旋解链 E. DNA双链形成左手螺旋 11. 含稀有碱基较多的核酸是() A. DNA B. tRNA C. rRNA D. mRNA E. hnRNA 12. 某DNA分子含20%的胸腺嘧啶，则胞嘧啶的含量应为()
第一章核酸的结构和功能 一、选择题 1、热变性的DNA分子在适当条件下可以复性，条件之一是（B）。 A、骤然冷却 B、缓慢冷却 C、浓缩 D、加入浓的无机盐 2、在适宜条件下，核酸分子两条链通过杂交作用可自行形成双螺旋，取决于（D）。 A、DNA的Tm值 B、序列的重复程度 C、核酸链的长短 D、碱基序列的互补 3、核酸中核苷酸之间的连接方式是（C）。 A、2’，5’—磷酸二酯键 B、氢键 C、3’，5’—磷酸二酯键 D、糖苷键 4、tRNA的分子结构特征是（A）。 A、有反密码环和3’—端有—CCA序列 B、有反密码环和5’—端有—CCA序列 C、有密码环 D、5’—端有—CCA序列 5、下列关于DNA分子中的碱基组成的定量关系（D）是不正确的。 A、C+A=G+T B、C=G C、A=T D、C+G=A+T 6、下面关于Watson-Crick DNA双螺旋结构模型的叙述中（A）是正确的。 A、两条单链的走向是反平行的 B、碱基A和G配对 C、碱基之间共价结合 D、磷酸戊糖主链位于双螺旋内侧 7、具5’－CpGpGpTpAp-3’顺序的单链DNA能与下列（C）RNA杂交。 A、5’-GpCpCpAp-3’ B、5’-GpCpCpApUp-3’ C、5’-UpApCpCpGp-3’ D、5’-TpApCpCpGp-3’ 8、RNA和DNA彻底水解后的产物（C）。 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 9、下列关于mRNA描述，（A）是错误的。 A、原核细胞的mRNA在翻译开始前需加“PolyA”尾巴。 B、真核细胞mRNA在 3’端有特殊的“尾巴”结构 C、真核细胞mRNA在5’端有特殊的“帽子”结构 D、原核细胞mRNA在5’端有特殊的“帽子”结构 10、tRNA的三级结构是（B）。 A、三叶草叶形结构 B、倒L形结构 C、双螺旋结构 D、发夹结构 11、维系DNA双螺旋稳定的最主要的力是（C）。 A、氢键 B、离子键 C、碱基堆积力 D范德华力 12、下列关于DNA的双螺旋二级结构稳定的因素中（A）是不正确的。 A、3'，5'－磷酸二酯键 C、碱基堆积力 B、互补碱基对之间的氢键 D、磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的离子键
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； <
Chapter 4 Nucleic acids 专业________ 学号_________ 姓名________ 成绩________ 一、填空题（20分，每空0.5分） 1. 核酸可分为和两大类，前者主要存在于真核细胞的和原核细胞的部位，后者主要存在细胞的部位。(DNA,RNA,细胞核,拟核区，细胞质) 2. 构成核酸的基本单位是，由，和连接而成。(核苷酸， 碱基，戊糖，磷酸) 3. 在各种RNA中，含量最多，含稀有碱基最多，半寿期最短。 (rRNA,tRNA,mRNA) 4. 维持DNA的双螺旋结构稳定的作用力有，，。(碱基堆积力，氢 键，离子键) 5. 组成DNA的两条多核苷酸链是的，两链的碱基序列，其中与 配对，形成两对氢键，与配对，形成三对氢键。（反向平行，互补配对，A,T，C,G） 6. 当温度逐渐升高到一定的高度时，DNA双链，称为。当“退火”时，DNA的 两条链，称为。（打开，变性，重新配对，复性） 7. 核酸在复性后260nm波长的紫外吸收，这种现象称为效应。（变性， 减小，减色） 8. tRNA的二级结构呈形，三级结构的形状象。（三叶草。倒“L”） 9. 富含的DNA比富含的DNA具有更高的溶解温度。（GC，AT） 10.DNA的双螺旋结构模型是和于1953年提出的。（Watson，Crick） 11.DNA的T m值大小与三个因素有关，它们是，，。（GC对， DNA均一性，溶液离子强度） 12.PCR是通过、和三个步骤循环进行DNA扩增的。（变性， 退火，延伸） 二、选择题（20分） 1. 细胞内游离核苷酸分子的磷酸基团通常连接在糖的什么位置上？（）a a. C5’ b. C3’ c. C2’ d. C1’ 2. 关于双链DNA碱基含量的关系哪个是错误的？( )b a. A=T b. A+T=G+C c. C=G d. A+G=C+T 3. 下列关于DNA的叙述哪项是错误的？( )b a. 两条链反向平行 b. 所有生物中DNA均为双链结构 c. 自然界存在3股螺旋DNA d. 分子中稀有碱基很少 4. Southern印记法是利用DNA与下列何种物质之间进行分子杂交的原理？（）d a. RNA b. 蛋白质 c. 氨基酸 d. DNA 5. RNA分子中常见的结构成分是（）b a. AMP、CMP和脱氧核糖 b. GMP、UMP和核糖 c. TMP、AMP和核糖 d. UMP、CMP和脱氧核糖 6. 热变性的DNA（）a
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。
第一章：核酸的结构与性质 核酸分为两类：核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）和脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid, DNA）。前者是核苷酸的聚合物，后者是脱氧核苷酸的聚合物。 第一节DNA的结构 一、DNA的化学组成 DNA的组成单位是脱氧核苷酸（deoxynucleotide）。脱氧核苷酸有三个组成成分：一个磷酸基团(phosphate)，一个2’-脱氧核糖（2’-deoxyribose）和一个碱基(base)。 1、碱基 构成DNA的碱基可以分为两类，嘌呤（purine）和嘧啶（pyrimidine）。嘌呤为双环结构(Bicyclic)，包括腺嘌呤(adenine)和鸟嘌呤(guanine)，这两种嘌呤有着相同的基本结构，只是附着的基团不同。而嘧啶为单环结构(monocyclic)，包括胞嘧啶(cytosine)和胸腺嘧啶(thymine)，它们同样有着相同的基本结构。 2、脱氧核苷 嘌呤的N9和嘧啶的N1通过糖苷键与脱氧核糖结合形成4种脱氧核苷（deoxynucleoside），分别称为2’－脱氧腺苷，2’－脱氧胸苷，2’－脱氧鸟苷和2’－脱氧胞苷。 3、脱氧核苷酸 脱氧核苷酸由脱氧核苷和磷酸组成。磷酸与脱氧核苷5’－碳原子上的羟基缩水成5’－脱氧核苷酸。脱氧核苷单磷酸依次以磷酸二酯键相连形成多核苷酸链(polynucleotide)，即一个核苷酸的2’－脱氧核糖上的3’－羟基与另一核苷酸上的5’－磷酸基形成磷酸二酯键(phosphodiester group)。多核苷酸链以磷酸二酯键为基础构成了规则的不断重复的糖－磷酸骨架，这是DNA结构的一个特点。核苷酸的一个末端有一个游离的5’基团，另一端的核苷酸有一游离的3’基团。人们习惯于从3’→5’方向书写核苷酸系列，即从左侧的5’端到右侧的3’端书写。二、DNA双螺旋 根据这一模型，双螺旋的两条反向平行的多核苷酸链绕同一中心轴相缠绕，形成右手螺旋，一条是5’→3’，另一条3’→5’。磷酸与脱氧核糖彼此通过3’、5’-
第4章核酸化学试题及答案（04） 一、单项选择题 1．关于核酸分子组成下列哪项是正确的 A．组成核酸的基本单位是三磷酸核苷B.组成DNA和RNA的戊糖相同C．组成DNA和RNA的碱基是相同的D.DNA的二级结构为α-螺旋E.以上都不对 2．生物体的遗传信息储存在DNA的什么部位 A．碱基配对B.某个核苷酸 C.某种核苷 D.磷酸戊糖骨架 E.碱基顺序中 3．下列哪个是核酸的基本结构单位 A.核苷 B.磷酸戊糖 C.单核苷酸 D.多核苷酸 E.以上都不是 4．下列何物分子是C5上有甲基的碱基 A.腺嘌呤 B.鸟嘌呤 C.胞嘧啶 D.胸腺嘧啶 E.尿嘧啶 5．组成DNA分子的磷酸戊糖是： A.3’ -磷酸脱氧核糖 B.5’ -磷酸脱氧核糖 C.3’ -磷酸核糖 D.2’ -磷酸核糖 E.5’ -磷酸核糖 6．嘌呤核苷酸中下列何键是嘌呤与戊糖的连接键 A.N9—C1' B.N8—C1' C.N1—C1' D.N3—C1' E.N7—C1' 7．关于ATP生理功能的叙述下列哪项是错误的 A.它是生物体内直接供能物质 B.可生成环腺苷酸（cAMP） C.作为物质代谢调节剂 D.RNA的合成原料 E.以上都不是 8．核酸分子中，单核苷酸连接是通过下列何化学键 A.氢键 B.糖苷键 C.3'，5'-磷酸二酯键 D.疏水键
E.盐键 9．下列所述哪个是DNA分子的一级结构 A.脱氧核糖核苷酸残基的排列顺序 B.各种单核苷酸的连接方式 C.双螺旋结构 D.连接单核苷酸间的磷酸二酯键 E.以上都不是 10．关于DNA二级结构的论述下列哪项是错误的 A.两条多核苷酸链互相平行方向相反 B.两条链碱基之间形成氢键 C.碱基按A—T和G—C配对 D.磷酸和脱氧核糖在内侧，碱基在外侧 E.围绕同一中心轴形成双螺旋结构 11．有关tRNA结构的叙述，下列哪项是错误的 A.是RNA中最小的单链分子 B.其二级结构通常为三叶草形 C.分子中含有较多的稀有碱基 D.3’末端是活化氨基酸的结合部位 E.tRNA三级结构呈正“L”型 12．下列哪个结构存在于真核生物mRNA5'端 A.聚A尾巴 B.帽子结构 C.超螺旋结构 D.核小体 E.-C-C-A-OH顺序 13．下列哪个结构存在于tRNA3'端 A.聚A尾巴 B.帽子结构 C.超螺旋结构 D.核小体 E.-C-C-A-OH顺序 14．下列哪个结构存在于mRNA3'端 A.聚A尾巴 B.帽子结构 C.超螺旋结构 D.核小体 E.-C-C-A-OH顺序 15．上列何构型是溶液中DNA分子最稳定的构型 A.A型 B.B型 C.C型 D.D型 E.Z型 16．下列何物是在蛋白质合成中作为直接模板 A.DNA B.RNA C.mRNA D.rRNA E.tRNA 17．下列何物是在蛋白质合成中起“装配机”作用 A.DNA B.RNA
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
课时跟踪检测（十六）蛋白质和核酸 1．化学与生产、生活、社会密切相关，下列说法错误的是() A．葡萄糖、麦芽糖均能与银氨溶液反应 B．甘氨酸和丙氨酸缩合最多可以形成四种二肽 C．富含蛋白质的豆浆煮沸后即可得人体所需的氨基酸 D．油脂在氢氧化钾溶液中水解可制得汽车洗涤用的液体肥皂 解析：选C葡萄糖、麦芽糖结构中均含有醛基，故均可与银氨溶液反应，A项正确；甘氨酸和丙氨酸缩合形成二肽可为①两甘氨酸缩合、②两丙氨酸缩合、③甘氨酸羧基与丙氨酸氨基缩合、④丙氨酸羧基与甘氨酸氨基缩合，故最多形成四种二肽，B项正确；富含蛋白质的豆浆煮沸后只是蛋白质的变性，并不会水解为氨基酸，C项错误；油脂在氢氧化钾溶液中水解可得高级脂肪酸钾，为液体肥皂的有效成分，故油脂在氢氧化钾溶液中水解可制得汽车洗涤用的液体肥皂，D项正确。 2．甘氨酸在NaOH溶液中存在的形式是() < 解析：选D在NaOH溶液中甘氨酸分子中的羧基与氢氧根离子发生中和反应。 3．下列过程不属于化学变化的是() A．在蛋白质溶液中，加入饱和硫酸铵溶液，有沉淀析出 B．皮肤不慎沾上浓硝酸而呈现黄色 C．在蛋白质溶液中，加入硫酸铜溶液，有沉淀析出 D．用稀释的福尔马林溶液%～%)浸泡植物种子 解析：选A A项在蛋白质溶液中加入饱和硫酸铵溶液，是盐析过程，析出的蛋白质性质并无变化，即没有新物质生成，加水后，析出的蛋白质仍能溶解，A项不是化学变化；B 项皮肤不慎沾上浓硝酸显黄色属于蛋白质的颜色反应，是化学变化；C项在蛋白质溶液中加入硫酸铜溶液，析出沉淀是因为蛋白质变性，是化学变化；D项用稀释的福尔马林溶液杀死种子上的细菌和微生物，即使这些生物体的蛋白质发生变性反应，是化学变化。 4．下列关于蛋白质的叙述错误的是() A．加热能杀死流感病毒是因为病毒的蛋白质受热发生变性 B．在豆浆中加少量石膏，能使豆浆凝结为豆腐 | C．蛋白质水解的最终产物是氨基酸
第一章：核酸 一、选择题 1、热变性的DNA分子在适当条件下可以复性，条件之一是（） A、骤然冷却 B、缓慢冷却 C、浓缩 D、加入浓的无机盐 2、在适宜条件下，核酸分子两条链通过杂交作用可自行形成双螺旋，取决于（） A、DNA的Tm值 B、序列的重复程度 C、核酸链的长短 D、碱基序列的互补 3、核酸中核苷酸之间的连接方式是：（） A、2’，5’—磷酸二酯键 B、氢键 C、3’，5’—磷酸二酯键 D、糖苷键 4、tRNA的分子结构特征是：（） A、有反密码环和3’端CCA序列 B、有密码环 C、有反密码环和5’端有CCA序列 D、5’端有CCA序列 5、下列关于DNA分子中的碱基组成的定量关系哪个是不正确的？（） A、C+A=G+T B、C=G C、A=T D、C+G=A+T 6、下面关于Watson-Crick DNA双螺旋结构模型的叙述中哪一项是正确的？（） A、两条单链的走向是反平行的 B、碱基A和G配对 C、碱基之间共价结合 D、磷酸戊糖主链位于双螺旋内侧 7、具5’－CpGpGpTpAp-3’顺序的单链DNA能与下列哪种RNA杂交? （） A、5’-GpCpCpAp-3’ B、5’-GpCpCpApUp-3’ C、5’-UpApCpCpGp-3’ D、5’-TpApCpCpGp-3’ 8、RNA和DNA彻底水解后的产物（） 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 9、下列关于mRNA描述哪项是错误的？（） A、原核细胞的mRNA在翻译开始前需加“PolyA”尾巴 B、真核细胞mRNA在3’端有特殊的“尾巴”结构 C、真核细胞mRNA在5’端有特殊的“帽子”结构 10、tRNA的三级结构是（） A、三叶草叶形结构 B、倒L形结构 C、双螺旋结构 D、发夹结构 11、维系DNA双螺旋稳定的最主要的力是（） A、氢键 B、离子键 C、碱基堆积力 D范德华力 12、下列关于DNA的双螺旋二级结构稳定的因素中哪一项是不正确的？（） A、3'，5'－磷酸二酯键 B、互补碱基对之间的氢键 C、碱基堆积力 D、磷酸基团上的负电荷与介质中的阳离子之间形成的离子键 13、Tm是指( )的温度 A、双螺旋DNA达到完全变性时 B、双螺旋DNA开始变性时 C、双螺旋DNA结构失去1/2时 D、双螺旋结构失去1/4时 14、稀有核苷酸碱基主要见于( ) A、DNA B、mRNA C、tRNA D、rRNA 15、双链DNA的解链温度的增加，提示其中含量高的是（） A、A和G B、C和T C、A和T D、C和G 16、核酸变性后，可发生哪种效应？（） A、减色效应 B、增色效应 C、失去对紫外线的吸收能力 D、最大吸收峰波长发生转移 17、某双链DNA纯样品含15％的A，该样品中G的含量为（） A、35％ B、15％ C、30％ D、20％ 二、是非题（在题后括号内打√或×） 1、杂交双链是指DNA双链分开后两股单链的重新结合。（） 2、tRNA的二级结构是倒L型。（） 3、DNA分子中的G和C的含量愈高，其熔点（Tm）值愈大。（） 4、如果DNA一条链的碱基顺序是CTGGAC，则互补链的碱基序列为GACCTG。（） 5、在tRNA分子中，除四种基本碱基（A、G、C、U）外，还含有稀有碱基。（） 6、一种生物所有体细胞的DNA，其碱基组成均是相同的，这个碱基组成可作为该类生物种的特征。（） 7、核酸探针是指带有标记的一段核酸单链。（） 8、DNA是遗传物质，而RNA则不是。（） 三、问答题 1、某DNA样品含腺嘌呤15.1%（按摩尔碱基计），计算其余碱基的百分含量。 2、DNA和RNA的结构和功能在化学组成、分子结构、细胞内分布和生理功能上的主要区别是什么？ 3、DNA双螺旋结构有些什么基本特点？ 4、比较真核与原核生物mRNA的结构。 5、从两种不同细菌提取得DNA样品，其腺核苷酸分别占其碱基总数的32%和17%，计算这两种不同来源DNA四种核苷酸的相对百分组成。两种细菌中哪一种是从温泉（64℃）中分离出来的？为什么？ 四、名词解释：核酸的一级结构 DNA的变性和复性增色效应和减色效应 Tm Chargaff定律
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，
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 ___。
第一章核酸的结构与功能 一、填空题： 1、和提出DNA的双螺旋模型，从而为分子生物学的发展奠定了基础。 2、胸苷就是尿苷的位碳原子甲基化。 3、核酸按其所含糖不同而分为和两种，在真核生物中，前者主要分布在 细胞中，后者主要分布在细胞中。 4、某双链DNA中含A为30％(按摩尔计)，则C为％，T为％。 5、DNA双螺旋B结构中，双螺旋的平均直径为nm，螺距为nm，沿中心轴每旋 转一周包含个碱基对，相邻碱基距离为nm，之间旋转角度为。 6、在DNA分子中，若(G+C)％含量越高，则越高，分子越稳定。 7、tRNA的二级结构呈形，三级结构像个倒写的字母。 8、嘌呤碱和嘧啶碱具有，使得核酸在nm附近有最大吸收峰，可用 紫外分光光度计测定。 9、DNA变性后，紫外吸收能力，粘度，浮力、密度，生物 活性。 10、嘌呤环上的第位氮原子与戊糖的第位碳原子相连形成键， 通过这种键相连而成的化合物叫。 11、体内两种主要的环核苷酸是和。 12、写出下列核苷酸符号的中文名称：ATP ，dCDP 。 13、RNA的二级结构大多数是以单股的形式存在，但也可局部盘曲形成结 构，典型的tRNA结构是结构。 14、tRNA的三叶草型结构中，其中氨基酸臂的功能是，反密码环的功能 是。 15、构成核酸的单体单位称为，它与蛋白质的单体单位氨基酸相当。 16、在核酸分子中由和组成核苷，由和组成核苷 酸。是组成核酸的基本单位。无论是DNA或RNA都是由许许多多的通过连接而成。 17、核苷中，嘌呤碱与核糖是通过位原子和位原子相连；嘧啶 碱与核糖是通过_位_ __原子和__ _ 位_ __原子相连。 18、DNA具有刚性是由于，DNA具有柔性是由于。 19、生理pH值下，体内核酸大分子中的碱基是以式存在(酮式，烯醇式)。 20、1944年Auery证明核酸是遗传物质的实验是。 21、核酸是两性电解质，因为分子中含基和基团。 二、选择题(只有一个最佳答案)： 1、下列关于双链DNA碱基的含量关系哪个是对的( ) ①A=T G=C ②A+T=C+G ③G+C>A+T ④G+C 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 生物化学习题及参考答案 第一章核酸化学测试题 一、单项选择题 1．自然界游离核苷酸中，磷酸最常见是位于： A．戊糖的C-5′上 B．戊糖的C-2′上 C．戊糖的C-3′上 D．戊糖的C-2′和C-5′上 E．戊糖的C-2′和C-3′上 2．可用于测量生物样品中核酸含量的元素是： A．碳 B．氢 C．氧 D．磷 E．氮 3．下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNA： A．尿嘧啶 B．腺嘌呤 C．胞嘧啶 D．鸟嘌呤 E．胸腺嘧啶 4．核酸中核苷酸之间的连接方式是： A．2′，3′磷酸二酯键 B．糖苷键 C．2′，5′磷酸二酯键 D．肽键 E．3′，5′磷酸二酯键 5．核酸对紫外线的最大吸收峰在哪一波长附近？ A．280nm B．260nm C．200nm D．340nm E．220nm 6．有关RNA的描写哪项是错误的： A．mRNA分子中含有遗传密码 B．tRNA是分子量最小的一种RNA C．胞浆中只有mRNA D．RNA可分为mRNA、tRNA、rRNA E．组成核糖体的主要是rRNA 7．大部分真核细胞mRNA的3′-末端都具有： A．多聚A B．多聚U C．多聚T D．多聚C E．多聚G 8．DNA变性是指： A．分子中磷酸二酯键断裂 B．多核苷酸链解聚 C．DNA分子由超螺旋→双链双螺旋 D．互补碱基之间氢键断裂 E．DNA分子中碱基丢失 9．DNA Tm值较高是由于下列哪组核苷酸含量较高所致？ A．G+A B．C+G C．A+T D．C+T E．A+C 10．某DNA分子中腺嘌呤的含量为15%， 则胞嘧啶的含量应为： A．15% B．30% C．40% D．35% E．7% 二、多项选择题 （在备选答案中有二个或二个以上是正确的，错选或未选全的均不给分）1．DNA分子中的碱基组成是： A．A+C=G+T B．C=G C．A=T D．C+G=A+T 2．含有腺苷酸的辅酶有： A．NAD+ B．NADP+ C．FAD D．FMN 3．DNA水解后可得到下列哪些最终产物： A．磷酸 B．核糖 C．腺嘌呤、鸟嘌呤 D．胞嘧啶、尿嘧啶 4．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 5．DNA二级结构特点有：2.1 核酸的化学组成
生物化学习题及参考答案(1-3章)
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