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RNA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、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2．DNA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C．DNA的双螺旋结构D．核糖与含氮碱基的连接键性质E．C、A、U、G4种核苷酸通过3′,5′-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C．3′,5′-磷酸二酯键D．1′,3′-磷酸二酯键E．2′,5′-磷酸二酯键4．核酸中稀有碱基含量最多的是A．rRNAB．mRNAC．tRNAD．hnRNAE．snmRNA5．核酸的最大紫外光吸收值一般在A．280nmB．260nmC．240nmD．200nmE．220nm6．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7．DNA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，碱基相同8．关于DNA的二级结构，叙述错误的是A．A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A．A260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DNA∶RNA杂交分子D．多核苷酸链裂解成寡核苷酸链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B．H2A、H2B、H3、H4各一分子C．H2A、H2B、H3、H4各二分子D．H2A、H2B、H3、H4各四分子E．H1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A．10%B．20%C．30%D．40%E.50%13．DNA的核酸组成是A．ATP、CTP、GTP、TTPB．ATP、CTP、GTP、UTPC．dAMP、dCMP、dGMP、dTMPD．dATP、dCTP、dGTP、dUTPE．dATP、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5′CAG3′，那么与其相对应的tRNA反密码子是A．GUCB．CUGC．GTCD．CTGE．以上都不是16．自然界DNA以螺旋结构存在的主要方式A．A-DNAB．B-DNAC．E-DNAD．Z-DNAE.．以上都不是17．DNA的解链温度是A．A260达到最大值时的温度B．A260达到最大值50%时的温度C．A280达到最大值50%时的温度D．DNA开始解链时所需的温度E．DNA完全解链时所需的温度18．DNA的二级结构是A．α-螺旋B．β-折叠C．β-转角D．双螺旋E．无规卷曲19．决定tRNA携带氨基酸特异性的关键部位是A．-CCA3'末端B．TψC环C．DHU环D．反密码环E．额外环20．以hnRNA为前体的RNA是A．tRNAB．rRNAC．mRNAD．snRNAE．siRNA（二）B型题A．三叶草结构B．倒L形C．双螺旋结构D．α-螺旋E．hnRNA1．tRNA的三级结构是2．DNA的二级结构是3．tRNA的二级结构是4．成熟mRNA的前体A．rRNAB．mRNAC．tRNAD．hnRNAE．snRNA5．参与转运氨基酸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．范德华力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．破坏双螺旋稳定力的键是12．碱基对之间的键是A．Tm值低B．Tm值高C．Tm值范围广D．Tm范围狭窄E．不影响13．DNA样品均一时14．DNA样品不均一时15．DNA样品中G-C含量高时16．DNA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3．DNA完全水解后的产物有A．碱基ATCGB．碱基AUCGC．磷酸D．核糖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B．DNA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D．DNA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E．DNA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A．rRNAB．mRNAC．tRNAD．hnRNAE．snRNA6．真核生物核糖体中含有A．5.8SrRNAB．28SrRNAC．18SrRNAD．5SrRNAE．16SrRNA7．tRNA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D．3'末端有-CCA结构E．含有DHU环8．下列哪些元素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B．DNA变性后产生增色效应C．DNA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E．DNA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A．A位B．B位C．P位D．E位E．C位二、是非题1．DNA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。7．DNA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。9．DNA的Tm值随（A+T）/（G+C）比值的增加而减少。10．B-DNA代表细胞内DNA的基本构象，在某些情况下，还会呈现A型、Z型和三股螺旋的局部构象。11．DNA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。14．mRNA是细胞内种类最多、半衰期最短的RNA。15．tRNA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。4．DNA主要存在于______并与______结合而形成染色体。5．Tm值与DNA的______________组成和含量有关，并与所含碱基中的______________含量成正比。6．DNA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'________________