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第一章核酸的结构与性质一、名词解释负超螺旋（negative supercoiling），正超螺旋（positive supercoiling），拓扑异构酶（topoisomerase），DNA 变性（DNA denaturation），DNA 复性（DNA renaturation），DNA 解链温度（melting temperature ， Tm），增色效应（hyperchromicity），卫星DNA（satellite DNA），高度重复DNA（highly repetitive DNA），Z型DNA(Z-form DNA)，B型DNA(B-form DNA)二、填空题1.组成DNA的基本单位是，组成RNA的基本单位是。
2.DNA中的左右螺旋是型DNA，对于表达调控有一定作用。
3.DNA分子中G-C含量高，分子比较稳定，熔解温度Tm 值，poly d （A--T）的Tm 值较polyd （G--C）的。
4.DNA双链变性时，其260nm 的光吸收值将。
5.DNA通过分子折叠形成的三股螺旋叫，它存在于区，因而具有重要的生物学意义。
6.热变性DNA在缓慢冷却时，可以复性，此过程又称为。
复性与许多因素有关，包括DNA浓度和DNA片段的大小、和。
7. DNA高级结构的主要形式是结构，可以分为和两大类。
8. DNA变性过程中紫外吸收增加，使之达到最大变化值一半时的温度称为。
三、选择题1.核酸中核苷酸的连接方式是（）。
A.2′-3′磷酸二酯键B. 2′-5′磷酸二酯键C. 3′-5′磷酸二酯键D.氢键2.以下关于Tm值错误的是（）。
A．G-C含量越高，Tm值越高B．Tm值是DNA双螺旋结构失去一半时的温度C．当DNA溶液的温度出于Tm值时，溶液的紫外吸光值达到最高值的一半D．Tm值受变性条件的影响3.DNA在水溶液中的变性温度又称为（）。
A.延伸温度 B 退火温度 C熔解温度 D 降解温度4.符合DNA结构的正确描述是（）。
核酸检测物理知识点总结一、核酸的结构与性质1.1 核酸的化学结构核酸是一种由核苷酸经过磷酸二脂酸酯键连接形成的生物大分子，包括DNA和RNA两种类型。
DNA由脱氧核糖核苷酸组成，RNA由核糖核苷酸组成。
核苷酸由核苷和磷酸二脂酸组成，核苷包括一个含氮碱基和一个糖分子，磷酸二脂酸作为链的连接部分。
1.2 核酸的物理性质核酸具有许多特殊的物理性质，如双螺旋结构、碱基配对、DNA超螺旋等。
其中双螺旋结构是DNA的典型结构，由两条螺旋形成，而碱基配对是通过氢键将两条链连接在一起，碱基的配对规律是腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）之间形成两个氢键，鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）之间形成三个氢键。
此外，DNA还具有超螺旋结构，这种结构形式使得DNA在细胞分裂时更容易分离。
1.3 核酸的光学性质核酸具有一定的光学性质，如吸收光谱、荧光光谱等。
DNA和RNA在紫外光下有显著的吸收，其中DNA在260nm处有最大吸收峰，而RNA在260nm处有一个稍微红移的吸收峰。
此外，核酸还具有荧光发射的性质，一些荧光染料可以与核酸结合产生荧光信号，用于核酸的检测和定量分析。
二、核酸检测的原理与技术2.1 核酸检测的原理核酸检测的原理是通过特定的技术手段来识别和检测样品中的核酸序列，常用的技术包括PCR（聚合酶链式反应）、分子杂交、核酸电泳、原位杂交等。
PCR是最常用的核酸扩增技术，通过模拟细胞内DNA复制的过程来扩增目标DNA序列，从而实现对目标基因的检测和分析。
2.2 核酸检测的技术手段核酸检测的技术手段包括一系列的实验方法和设备，如核酸提取、PCR扩增、凝胶电泳、原位杂交、微阵列技术等。
其中核酸提取是核酸检测的首要环节，其目的是从样品中提取出目标DNA或RNA序列，为后续的PCR扩增和检测做准备；PCR扩增是一种快速、高效、特异性强的核酸扩增技术，可将目标核酸的复制数量扩大上百万倍，从而实现对微量核酸的检测和分析。
2.3 核酸检测的应用核酸检测技术在临床医学、疾病预防和控制、食品安全监测等领域有着广泛的应用，如临床诊断中的传染病检测、肿瘤基因检测、遗传病筛查等；疾病预防和控制中的病毒核酸监测、病原微生物检测、环境污染监测等；食品安全监测中的食源性疾病的检测、转基因食品的检测等。
名词解释第一章核酸的结构与功能核苷核苷酸磷酸二酯键脱氧核糖核酸糖核酸核糖体核糖核酸信使核糖核酸转移核糖核酸Chargaff规则DNA的双螺旋碱基堆积力拓扑异构酶核小体染色质染色体DNA变性DNA熔解温度或解链温度增色效应和减色效应第二章蛋白质的结构与性质氨基酸必需氨基酸非必需氨基酸氨基酸等电点茚三酮反应肽键凝胶过滤层析透析沉降系数凝胶电泳Edman降解同源蛋白质构型构象肽单位肽平面蛋白质一级结构蛋白质二级结构蛋白质三级结构蛋白质四级结构α-螺旋β-折叠β-转角超二级结构结构域疏水相互作用二硫键范德华力蛋白质变性复性别构效应镰刀型细胞贫血病盐溶盐析简单蛋白寡聚蛋白结合蛋白蛋白质的等电点第三章酶酶全酶活化能活性部位邻近效应和定向效应酸-碱催化共价催化米氏方程米氏常数双倒数作图竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制酶原辅酶辅基酶活力单位比活力别构酶别构调节剂同工酶NAD和NADP FMNTPP FAD 磷酸吡哆醛生物素辅酶A第四章生物氧化与氧化磷酸化高能化合物生物氧化电子传递链P/O值电子传递偶联的氧化磷酸化底物水平磷酸化解偶联剂ATP合酶化学渗透学说磷酸肌酸穿梭机制能荷第五章糖类代谢单糖寡糖多糖还原糖糖苷键淀粉糖原极限糊精糖蛋白糖酵解柠檬酸循环回补反应乙醛酸循环磷酸戊糖途径糖醛酸途径磷酸解糖异生作用第六章脂类代谢必需脂肪酸脂肪酸的β-氧化脂肪酸的α-氧化ω-氧化作用乙醛酸循环酰基载体蛋白肉毒碱穿梭系统酮体柠檬酸转运系统乙酰-CoA羧化酶系脂肪酸合成酶系统第七章蛋白质降解和氨基酸代谢转氨酶转氨基作用生物固氮作用氨的同化脱氨基作用氧化脱氨嘌呤核苷酸循环鸟氨酸循环一碳单位生糖氨基酸生酮氨基酸第八章核酸降解和核苷酸代谢核酸酶核酸内切酶核酸外切酶限制性内切酶从头合成补救途径痛风粘性末端平头末端核酶Lesch-Nyhan综合症第九章核酸的生物合成半保留复制复制叉DNA聚合酶Klenow片段前导链滞后链引发体冈崎片段复制体单链结合蛋白滚环复制逆转录酶互补DNA PCR 直接修复切除修复错配修复遗传学中心法则转录模板链有意义链核心酶RNA聚合酶启动子内含子外显子终止因子核酶剪接体RNA加工RNA剪接基因工程载体质粒顺式作用元件反式作用因子第十章蛋白质的生物合成翻译密码子起始密码子终止密码子反密码子摆动假说简并密码移码突变氨基酸同功受体反义RNA 信号肽核糖体多核糖体氨酰基部位肽酰基部位肽基转移酶氨酰-tRNA合成酶蛋白质折叠锌指亮氨酸拉链氨酰-tRNA 同工tRNA翻译起始复合物SD序列第十一章代谢调节激素激素受体第二信使诱导酶衰减子辅阻遏物降解物基因活化蛋白腺苷酸环化酶共价修饰级联系统反馈抑制交叉调节前馈激活钙调蛋白操纵子。
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’-磷酸二酯键相连接，构成DNA分子的骨架。
磷酸与脱氧核糖在双螺旋外侧，嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧。
碱基平面与纵轴垂直(perpendicular to the helix axis)，糖环平面与纵轴平行。
两条核苷酸链之间依靠碱基间的氢链结合在一起，形成碱基对。
位于两条DNA单链之间的碱基配对是高度特异的：腺嘌呤只与胸腺嘧啶配对，而鸟嘌呤只与胞嘧啶配对，结果是双螺旋的两条链的碱基序列有互补关系(complementary)，其中任何一条链的序列都严格决定了其对应链的序列。
碱基对杂环之间的相互作用称为碱基堆积（base stacking），可增加双螺旋的稳定性。
氢键对于碱基配对的特异性也非常重要。
设想我们试着使腺嘌呤和胞嘧啶配对，这样一个氢键受体（腺嘌呤的N1）对着另一氢键受体（胞嘧啶的N3）。
同样，两个氢键供体，腺嘌呤的C6和胞嘧啶的C4上的氨基基团也彼此相对，所以，A∶C碱基配对是不稳定的，碱基对无法形成氢键。
每圈螺旋含10个核苷酸，碱基堆积距离0.34nm，螺距3.4 nm，双螺旋直径2nm。
DNA的两条单链彼此缠绕时，沿着双螺旋的走向形成两个交替分布的凹槽，一个较宽较深的凹槽，称为大沟（major groove)，另一个较窄较浅的为小沟（minor groove）。
每个碱基对的边缘都暴露于大沟、小沟中。
在大沟中，每一碱基对边缘的化学基团都有自身独特的分布模式。
因此，蛋白质可以根据大沟中的化学基团的排列方式准确地区分A ∶T碱基对、T ∶A碱基对、G ∶C碱基对与C ∶G 碱基对。
这种区分非常重要，使得蛋白质无需解开双螺旋就可以识别DNA序列。
小沟的化学信息较少，对区分碱基对的作用不大。
在小沟中，A ∶T碱基对与T ∶A碱基对，G ∶C碱基对与C ∶G碱基对看起来极其相似。
另外由于体积较小，氨基酸的侧链不大能够进入小沟之中。
三、DNA结构的多态性1、A－型双螺旋Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构属于B型双螺旋。
然而以后的研究表明DNA的结构是动态的。
在相对湿度较低时，DNA分子的X－射线衍射图给出的是A构象，A－DNA 的直径是2.6nm，每螺旋含11个碱基对，螺距3.2 nm。
A型DNA的大沟变窄、变深，小沟变宽、变浅。
由于大沟、小沟是DNA行使功能时蛋白质的识别位点，所以由B－DNA变为A－DNA后，蛋白质对DNA分子的识别也发生了相应变化。
RNA和DNA-RNA杂合体会形成A－型双螺旋。
2、Z-型双螺旋除了A型DNA和B型DNA以外，还发现有一种Z型DNA。
A.Rich在研究CGCGCG寡聚体的结构时发现了这类DNA。
虽然，CGCGCG在晶体中也呈双螺旋结构，但它不是右手螺旋，而是左手螺旋(left handed)，所以这种DNA称左旋DNA。
目前仍然不清楚Z-DNA究竟具有何种生物学功能。
但实验证明，天然B-DNA的局部区域可以出现Z-DNA的结构，说明B-DNA与Z-DNA之间是可以互相转变的，并处于某种平衡状态，一旦破坏这种平衡，基因表达可能失控，所以推测Z-DNA可能和基因表达的调控有关。
3．H-DNAH-DNA是一种三股螺旋。
能够形成三股螺旋的DNA序列呈镜像对称，并且一条链为多聚嘌呤链，另一条链为多聚嘧啶链，例如(CT/AG)n。
三、DNA双螺旋的变性和复性1. DNA变性(denaturation)指DNA分子由稳定的双螺旋结构松解为无规则线性结构的现象。
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。
凡能破坏双螺旋稳定性的因素，如加热、极端的pH、有机试剂（尿素及甲酰胺等），均可引起核酸分子变性。
2、复性（Renaturation）指变性DNA在适当条件下，二条互补链全部或部分恢复到天然双螺旋结构的现象，它是变性的一种逆转过程。
热变性DNA一般经缓慢冷却后即可复性，此过程称之为退火(annealing)。
不同来源的核酸变性后，合并在一处进行复性，这时，只要这些核酸分子核苷酸序列含有可以形成碱基互补配对的片段，复性也会发生于不同来源的核酸链之间，形成所谓的杂化双链(heteroduplex)，这个过程称为杂交(hybridization) 。
杂交可以发生于DNA与DNA之间，也可以发生于RNA与RNA之间和DNA 与RNA之间。
核酸杂交技术是目前研究核酸结构、功能常用手段之一。
第二节DNA超螺旋（DNA Supercoil）一、超螺旋DNA许多病毒DNA以及所有的细菌DNA都是环状分子。
环状DNA也出现在真核生物的线粒体和叶绿体中。
闭合环状DNA分子没有自由的末端。
高温和碱性pH会破坏氢键和其他稳定DNA双螺旋的因素。
然而，在变性条件下，cccDNA (covalently closed circular DNA)分子的两条链不会彼此分离，而是形成相互连环、缠结的单链DNA。
分离出来的环状DNA分子，例如SV40的环形DNA分子，如果在DNA链上没有断裂，呈超螺旋结构（superhelix或supercoil）。
超螺旋DNA是DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构。
超螺旋是有方向的，左旋的超螺旋称为正超螺旋，右旋的超螺旋称为负超螺旋。
一个DNA分子的螺旋状态可以用扭转数、缠绕数和连环数来精确描述。
扭转数，即一条链完全缠绕另一条链的次数。
右手螺旋的扭转数被定义为正数。
在三维空间里双螺旋的长轴经常在外力的作用下自我交叉，交叉的次数称为缠绕数。
扭转数和缠绕数是可以相互转换的。
一个cccDNA分子容易发生扭转变形，在不破坏任何共价键的情况下，部分扭转数转变为缠绕数或者部分缠绕数转变为扭转数。
唯一不变的是扭转数和缠绕数的总和与连环数相等，即Lk＝Tw＋Wr超螺旋的程度可以用超螺旋密度（superhelical density）来衡量，用σ表示，定义为σ＝△Lk/ Lk0其中△Lk表示与松弛闭合环状分子（Lk0）相比，Lk发生的变化，用Lk－Lk0表示。
从细胞中分离出来的DNA分子通常是负超螺旋，σ约为－0.06。
细胞内DNA分子形成超螺旋的意义是什么？负超螺旋含有自有能，可以为打开双螺旋提供能量，使双链的解离过程得以顺利进行。
因而，有利于转录和复制。
目前仅在生活在极端高温环境（如温泉）中的嗜热微生物中发现了正超螺旋DNA。
在这种情况下，正超螺旋提供能量，阻止DNA在高温中发生变性。
正超螺旋是过旋的，因而嗜热微生物DNA双链打开就比一般生物呈负超螺旋的DNA 需要更多的能量。
二、拓扑异构酶拓扑异构酶（topoisomerase）可以催化DNA产生瞬时单链或双链断裂而改变连环数(linking number)。
拓扑异构酶有两种基本类型，拓扑异构酶I和拓扑异构酶II。
拓扑异构酶II 在DNA上产生一个瞬时的双链缺口，并在缺口闭合以前使另一双链DNA片段得以穿过，连环数每次改变±2。
拓扑异构酶II依靠ATP水解提供能量来催化这一反应。
I型拓扑异构酶的作用是使DNA暂时产生单链切口，让另一未被切割的单链在切口接合之前穿过这一缺口，连环数每次改变±1。
与拓扑异构酶II相比，拓扑异构酶I的作用不需要ATP。
原核生物和真核生物细胞内都存在可以除去超螺旋的拓扑异构酶I和拓扑异构酶II。
另外，原核生物中还拥有一种特异的拓扑异构酶II，通称为促旋酶(gyrase)，它可以利用ATP水解提供的能量向DNA分子引入负超螺旋。
这种负超螺旋可以促进DNA双螺旋的解旋，而这种解旋又会激发包括启动DNA转录和复制在内的许多反应。
环状DNA分子一轮DNA复制完成以后，通常会产生两个连接在一起的DNA分子，以便使它们在细胞分裂时分配到两个子细胞中去。
拓扑异构酶II催化两个子代DNA分子的一个产生瞬时的双链断裂并使另一个子代分子通过这个切口。
三、嵌入剂溴化乙啶是一种带正电的多环芳香族化合物。
平面状的溴化乙啶能嵌入到碱基对平面之间。
在紫外光下，溴化乙啶会发荧光，嵌入DNA后荧光强度显著增强。
因此，溴化乙啶通常用来作为燃料检测DNA的存在。
第三节RNA结构RNA和DNA有三点不同之处。
第一，RNA骨架含有核糖而不是2’－脱氧核糖，在核糖的2’－位置上带有一个羟基。
第二，DNA中的胸腺嘧啶被RNA 中的尿嘧啶取代，尿嘧啶有着和胸腺嘧啶相同的单环结构，但是缺少5’甲基基团。
第三，RNA通常以单链形式存在。
细胞内的RNA行使多种生物学功能。
mRNA是蛋白质生物合成的模板，tRNA运载氨基酸并识别mRNA的密码子，rRNA是核糖体的组成部分。
此外，snRNA参与mRNA的剪接，snoRNA参与rRNA成熟加工，gRNA参与RNA编辑、SRP－RNA参与蛋白质的分泌、端粒酶RNA参与染色体端粒的合成。
