核酸结构与功能

1、第三章 核酸结构与功能一、内容提要核酸是具有复杂结构和重要生物功能的生物大分子，可分为DNA和RNA，其基本单位是核苷酸。核苷酸由碱基、戊糖和磷酸组成，碱基与戊糖通过糖苷键形成核苷，核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸。DNA是由许多脱氧核苷酸分子通过3，5磷酸二酯键连接而成的。DNA的一级结构是指DNA分子中脱氧核苷酸从5-末端到3-末端的排列顺序。DNA二级结构是由两条平行反向的多聚脱氧核苷酸链围绕同一中心轴，以右手螺旋方式形成的双螺旋结构，结构的表面有一个大沟与小沟，双螺旋结构的外侧是由磷酸与脱氧核糖组成的亲水性骨架，内侧是疏水的碱基，碱基平面与中心轴垂直。两条链同一平面上的碱基形成氢键，使

2、两条链连接在一起。双螺旋结构的直径为2nm，螺距为3.4nm，每一个螺旋有10个碱基对，每两个碱基对之间的相对旋转角度为36°，每两个相邻的碱基对平面之间的垂直距离为0.34nm。DNA双螺旋结构的横向稳定性靠两条链间的氢键维系，纵向稳定性则靠碱基平面间的疏水性碱基堆积力维系。DNA在双螺旋结构的基础上将进一步折叠成为超级结构。原核生物的超级结构为超螺旋结构，真核生物中DNA与组蛋白构成核小体，并进一步折叠形成染色体。DNA是生物遗传信息的载体，是基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。RNA是由许多核糖核苷酸分子通过3，5磷酸二酯键连接而成的。RN

3、A的一级结构是指RNA分子中核糖核苷酸从5-末端到3-末端的排列顺序。RNA通常以一条核苷酸链的形式存在，但可以通过链内的碱基配对形成局部的双螺旋，从而形成茎环状的二级结构和特定的三级结构。RNA和蛋白质共同负责基因的表达与表达过程的调控。主要的RNA包括：mRNA，真核生物成熟的mRNA的结构特点是含有5端的帽子结构和3端的多聚A尾结构。mRNA的功能是把核内DNA的碱基顺序按照碱基互补原则，抄录并转移到细胞质，为蛋白质的生物合成提供直接模板。tRNA，分子量较小，含有较多的稀有碱基为结构特点。二级结构呈现三叶草结构，三级结构是倒L形。tRNA的功能是在蛋白质合成过程中作为各种氨基酸的载体，

4、并通过反密码子辨认mRNA的密码子，将其所携带的氨基酸准确地运送到合成的肽链上。rRNA，是细胞内含量最多的RNA，rRNA与核糖体蛋白共同构成核糖体。核糖体的功能是蛋白质合成的场所，起装配机的作用，在此装配过程中，无论是何种mRNA或tRNA，都必须与核糖体进行结合，氨基酸才能有序的鱼贯而入，肽链合成才能启动和延伸。snRNA，参与hnRNA的剪接、转运。核酶是具有催化能力的RNA。核酸最重要的理化性质之一是变性与复性。变性是DNA分子双螺旋被解开成单链的过程，此时在260nm处紫外线吸收值增加，称之为增色效应。DNA热变性时，A260的值达到最大变化值的一半时所对应的温度称为解链温度（Tm

5、）。Tm值主要与DNA长度以及碱基的GC含量有关。GC含量越高，Tm值越高。DNA的复性是指两条解离的互补链重新配对，恢复原来的双螺旋结构的过程。不同来源的DNA单链之间或DNA与RNA单链之间，只要存在着一定程度的碱基配对关系，它们就有可能形成杂化双链，这一过程称为核酸分子杂交。核酸分子杂交技术已广泛应用于核酸结构及功能的研究、遗传病的诊断、肿瘤病因学的研究及基因工程。二、学习要求（一）核酸的化学组成掌握核苷的形成、种类与命名；核苷酸的结构、命名及英文字母符号；核酸中核苷酸的连接方式。熟悉体内的多磷酸核苷和环化核苷酸。了解碱基、戊糖结构、原子编号。（二）DNA的结构与功能掌握DNA一级结构的

6、定义、链的方向；DNA双螺旋结构模型的要点。熟悉DNA的超级结构；DNA的功能。了解DNA结构的多样性。（三）RNA的结构与功能掌握mRNA、tRNA及rRNA的结构特点与功能。熟悉核酶的定义与作用；比较原核生物与真核生物的核糖体组成。了解小分子核内RNA的生物学功用。（四）核酸的理化性质掌握DNA变性、复性、Tm值、分子杂交的概念；变性的本质、结果监测指标；Tm值与碱基组成的关系。了解核酸的一般理化性质、核酸的紫外吸收；核酸的复性与杂交的应用。三、难点分析DNA与RNA分子组成、结构及功能上的异同点是本章的难点。（1）分子组成上的异同点：DNA和RNA都含有碱基、戊糖和磷酸。DNA分子中的戊

7、糖为脱氧核糖，碱基为A、G、C、T；RNA分子中的戊糖为核糖，碱基为A、G、C、U。（2）结构上的异同点：DNA的基本组成单位是dAMP、dGMP、dCMP、dTMP，由3，5磷酸二酯键连接；RNA的基本组成单位是AMP、GMP、CMP、UMP，也是由3，5磷酸二酯键连接。DNA的一级结构是指DNA分子中脱氧核苷酸的排列顺序，二级结构为由两条平行反向的脱氧核苷酸链形成的双螺旋结构，原核生物的超级结构为超螺旋结构，真核生物中DNA与组蛋白构成核小体，并进一步形成染色体。RNA一结构是指RNA分子中核糖核苷酸的排列顺序，RNA通常以一条核苷酸链的形式存在。但可以通过链内的碱基配对形成局部的双螺旋，

8、从而形成茎环状的二级结构和特定的三级结构。主要的RNA包括：mRNA、tRNA和rRNA，它们的结构各有特点，功能也不同。（3）功能上的异同点：DNA是生物遗传信息的载体，是基因复制和转录的模板。RNA和蛋白质共同负责基因的表达与表达过程的调控。四、复习测试（一）名词解释1核苷2核苷酸3核酸一级结构4DNA二级结构5DNA变性6DNA复性7碱基互补规律8增色效应9Tm值10反密码环11核酸分子杂交（二）选择题A型题：1下列哪种碱基只存在于RNA而不存在于DNA：A腺嘌呤 B胞嘧啶 C胸腺嘧啶 D尿嘧啶 E鸟嘌呤2DNA和RNA共有的成分是：AD-核糖BD-2-脱氧核糖C腺嘌呤D尿嘧啶E胸腺嘧啶

9、3DNA与RNA两类核酸分类的主要依据是：A所含碱基不同 B所含戊糖不同 C核苷酸之间连接方式不同D空间结构不同 E在细胞中存在的部位不同4稀有碱基主要存在于：A核糖体RNA B信使RNA C转运RNAD核内RNA E线粒体DNA5tRNA含有的核苷酸数目为：A100120 B7495 C4060D1030 E以上都不是6游离核苷酸中磷酸常位于：A戊糖的C3上 B戊糖的C5上 C戊糖的C2上D戊糖的C2和C3上 E戊糖的C2和C5上7核酸中核苷酸之间的连接方式是：A2，3磷酸二酯键 B2，5磷酸二酯键 C3，5磷酸二酯键D肽键 E糖苷键8下列哪一种脱氧核苷酸不是DNA的组分：AdTMP BdU

10、MP CdGMP DdAMP EdCMP9组成核酸的基本结构单位是：A碱基和戊糖B核糖和磷酸C脱氧核苷和碱基D核苷酸E核苷和碱基10对DNA双螺旋结构模型的叙述正确的是：ADNA为单股螺旋结构 BDNA的两条链走向相反CA与G之间形成氢键 D碱基之间形成共价键E磷酸戊糖骨架位于DNA螺旋内部11DNA碱基配对主要靠：A范德华力 B疏水作用 C共价健 D盐键 E氢键12在DNA分子中，与片断TAGA互补的片断为：ATAGA BAGAT CATCT DTCTA EUGUA13在一个DNA分子中，若A所占摩尔比为328%，则G的摩尔比为：A672% B328% C172% D656% E164%14

11、下列哪一种核苷酸不是RNA的组分：AAMP BUMP CGMP DTMP ECMP15稳定DNA双螺旋的主要因素是：A氢键和碱基堆积力 B与Na+结合 C与组蛋白结合D磷酸二酯键 E盐键16维系DNA两条链形成双螺旋的化学键是：A磷酸二酯键 B糖苷键 C戊糖内C-C键D碱基间的氢键 E碱基内C-C键17下列有关DNA二级结构的叙述哪种是错误的：ADNA二级结构是双螺旋结构 BDNA二级结构是空间结构CDNA二级结构中两条链方向相同 DDNA二级结构中碱基之间相互配对EDNA二级结构中碱基之间有氢键相连18下列关于双链DNA中碱基mol含量关系，哪项是错误的：AA=T BA+G=C+T CA+C

12、=G+T DA+T=G+C EG=C19关于DNA二级结构，描述错误的是：A碱基配对是A与U，G与C B两条DNA链走向相反C两条DNA链走向平行 D双螺旋每周含10对碱基E碱基对之间形成氢键20RNA和DNA彻底水解后的产物：A戊糖相同，部分碱基不同 B戊糖不同，部分碱基不同C戊糖相同，碱基相同 D戊糖不同，碱基相同E以上都不对21双链DNA有较高的解链温度是由于它含有较多的：A嘌呤 B嘧啶 CA和T DC和G EA和C22关于核小体下列哪项正确：A核小体由DNA和非组蛋白共同构成B核小体由RNA和组蛋白共同构成C核小体由DNA与5种组蛋白构成D核小体由DNA和H1、H2、H3、H4各两分子

13、构成E组蛋白是由组氨酸构成的23DNA热变性时：A磷酸二酯键断裂 B形成三股螺旋C在波长260nm处光吸收减少 D解链温度随A-T的含量增加而降低E解链温度随A-T的含量增加而增加24核酸具有紫外吸收能力的原因是：A嘌呤和嘧啶中有共轭双键 B嘌呤和嘧啶中有氮原子C嘌呤和嘧啶中有氧原子 D嘌呤和嘧啶连接了核糖E嘌呤和嘧啶连接了磷酸基团25有关核酸的变性与复性的正确叙述为：A热变性后DNA经缓慢冷却后可复性B热变性的DNA迅速降温过程也称作退火C复性的最佳温度为25D不同的单链DNA，在合适温度下都可复性E热变性DNA迅速冷却后即可相互结合26DNA解链温度指的是：AA260达到最大值时的温度 B

14、A260达到最大变化值的50%时的温度CDNA开始解链时所需要的温度 DDNA完全解链时所需要的温度E以上都不是27原核生物和真核生物核糖体上都有：A18S rRNA B5.8S rRNA C5S rRNA D30S rRNA E28S rRNA28hnRNA是下列哪种RNA的前体：AtRNA B真核rRNA C原核rRNA D真核mRNA E原核mRNA29核酸变性后，可发生哪种效应：A减色效应 B失去对紫外线的吸收能力C最大吸收峰波长发生转移 D粘度增高E增色效应30tRNA在发挥其“对号入座”功能时的两个重要部位是：ADHU环和反密码环 B氨基酸臂和DHU环CDHU环和TC环 DTC环和

15、反密码环E氨基酸臂和反密码环31人的基因组的碱基数目为：A3×109bp B3×106bp C4×109bp D4×106bp E3×108bp32（G+C）含量愈高Tm值愈高的原因是：AG-C间形成了一个共价键 BG-C间形成了两个氢键CG-C间形成了三个氢键 DG-C间形成了离子键EG-C间可以结合更多的精胺、亚精胺33核酸分子中储存、传递遗传信息的关键部分是：A核苷 B碱基序列 C磷酸戊糖 D磷酸二酯键 E磷酸戊糖骨架34下列有关tRNA的叙述哪项是错误的：AtRNA二级结构是三叶草结构B反密码环含有三个碱基组成的反密码子CtRNA二级结

16、构含有DHU环DtRNA分子中含有一个氨基酸臂EtRNA分子中不含稀有碱基35参与hnRNA剪接的RNA是：AhnRNA BtRNA CmRNA DsnRNA ErRNA36下列有关RNA的叙述哪项是错误的：AmRNA分子中含有遗传密码BtRNA是分子量最小的一种RNACRNA可分为mRNA、tRNA、rRNA等D胞浆中只有mRNA，而没有别的核酸ErRNA可以参与组成合成蛋白质的场所37对于tRNA的叙述下列哪项是错误的：AtRNA通常由7495个核苷酸组成 B细胞内有多种tRNAC参与蛋白质生物合成 D分子量一般比mRNA小E每种氨基酸都只有一种tRNA与之对应38DNA变性的原因是：A温

17、度升高是惟一的原因 B磷酸二酯键断裂 C多核苷酸链水解D碱基的甲基化修饰 E互补碱基之间的氢键断裂39关于核酶的叙述正确的是：A专门水解RNA的酶 B具有催化活性的RNA分子C专门水解DNA的酶 D位于细胞核内的酶E由RNA和蛋白质组成的结合酶40下列哪种碱基组成的DNA分子Tm值高：AA+T=15% BG+C=25% CG+C=40%DA+T=80% EG+C=35%41单链DNA：5-CGGTA-3能与下列哪种RNA单链分子进行分子杂交：A5-GCCTA-3 B5-GCCAU-3 C5-UACCG-3D5-TAGGC-3 E5-TUCCG-342有关mRNA的正确解释是：A大多数真核生物的

18、mRNA都有5-末端的多聚腺苷酸结构B所有生物的mRNA分子中都有较多的稀有碱基C原核生物mRNA的3-末端是7-甲基鸟嘌呤D大多数真核生物mRNA5-末端为m7GpppN结构E原核生物帽子结构是7-甲基腺嘌呤43真核生物mRNA多数在3-末端有：A起始密码子 B帽子结构 CPolyA尾 D终止密码子 ECCA序列44tRNA连接氨基酸的部位是在：A1-OH B2-OH C3-P D3-OH E5-P45tRNA分子3-末端的碱基序列是：AAAA-3 BCCA-3 CCCC-3 DAAC-3 EACA-346酪氨酸tRNA的反密码子是5-GUA-3，它能辨认的mRNA上的相应密码子是：AGUA

19、 BUAC CAUG DGTA ETACB型题：AAMP BADP CATP DdATP EcAMP1含一个高能磷酸键：2含脱氧核糖基：3含分子内3，5-磷酸二酯键A5s RNA B28s RNA C16s RNA DsnRNA EhnRNA4原核生物和真核生物核糖体都有的是：5真核生物核糖体特有：6原核生物核糖体特有：AtRNA BmRNA CrRNA DhnRNA EDNA7分子量最小的一类核酸：8细胞内含量最多的一类RNA：9mRNA的前体：AtRNA BmRNA CrRNA DhnRNA EDNA10加工修饰后有5帽子结构的是：11有3-CCA-OH结构的是：12有较多的稀有碱基的是：

20、13mRNA的前体是：A变性 B复性 C杂交 D重组 E层析14DNA原有的两股单链重新缔合成双链称为：15单链DNA与RNA形成局部双链称为：16不同DNA单链重新形成局部双链称为：A超螺旋结构 B三叶草形结构 C双螺旋结构D帽子结构 E茎环结构17RNA二级结构的基本特点是：18tRNA二级结构的基本特征是：19DNA二级结构的特点是：20真核mRNA的5端具有：C型题：A腺嘌呤 B鸟嘌呤 C两者皆有 D两者皆无1核酸分子中含有的是：2C-6上有氨基的是：3C-2上有氧原子的是：ADNA BRNA C两者都是 D两者都不是4一级结构是由3，5-磷酸二酯键连接而成的是：5UMP、TMP组成百

21、分比都高的是：6能与组蛋白形成真核细胞核小体结构的是：ADNA BmRNA C两者都是 D两者都不是7储存遗传信息者为：8参与基因表达的物质是：9书写核苷酸链从35的是：10UMP参与组成的是：X型题：1DNA分子中的碱基组成是：AA+C=G+T BC=G CA=TDC+G=A+T EA=G2有关RNA叙述正确的是：A核糖核酸 B主要分布在细胞质中C不含有脱氧核苷酸 D不是遗传物质的携带者E主要分布在细胞核中3DNA存在于：A高尔基体 B粗面内质网 C线粒体 D染色体 E溶酶体4存在于DNA分子中的脱氧核苷酸是：AdAMP BdUMP CdGMP DdCMP EdTMP5有关ATP的叙述正确的

22、是：AATP含有2个磷酸酯键 B是体内能量的直接来源和利用形式CATP含有两个高能硫酯键 DATP含有2个高能磷酸酯键EATP可以游离存在6有关tRNA的叙述正确的是：A分子中含有稀有碱基 B空间结构中含有反密码环C是细胞内含量最多的一种RNA D主要存在于细胞质中E每种tRNA可携带与其对应的氨基酸7含有腺苷酸的辅酶是：ANAD+ BNADP+ CFAD DFMN ECoA8有关cAMP叙述正确的是：AcAMP是环化的单核苷酸 BcAMP是由ADP在酶催化下生成的CcAMP是激素作用的第二信使DcAMP是2，5环化腺苷酸EcAMP是体内的一种供能物质9DNA水解后可得到下列哪些终产物：A磷酸

23、 B核糖 C腺嘌呤、鸟嘌呤D胞嘧啶、尿嘧啶 E胞嘧啶、胸腺嘧啶10有关DNA的碱基组成，正确的说法是：AA=G，C=T 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环境改变可直接影响个体的DNA碱基组成11真核细胞核糖体含有哪几种rRNA：A28S B18S C23S D5.8S E5S12DNA二级结构的特点有：A反向平行的两条多核苷酸链围绕同一中心轴构成双螺旋B以A-T，G-C方式形成碱基配对C双链均为右手螺旋D链状骨架由脱氧核糖和磷酸组成E螺旋每旋转一周含36个碱基对13tRNA分子二级结构的特征是：A3端有多聚A B5端有C-C

24、-A C有密码环D有氨基酸臂 E有二氢尿嘧啶环14DNA变性时发生的变化是：A链间氢键断裂，双螺旋结构破坏 B增色效应 C粘度增加 D减色效应E磷酸二酯键断裂15蛋白质变性和DNA变性的共同点是：A生物学活性丧失 B易回复天然状态C氢键断裂 D结构松散E形成超螺旋结构16DNA和RNA的区别是：A碱基不同 B戊糖不同 C在细胞内分布部位不同D功能不同 E磷酸不同17核酸的结构特性有：A核苷酸之间由磷酸二酯键相连 B有一个5-磷酸末端C有一个3-羟基末端 D磷酸和戊糖组成骨架E核苷酸之间由氢键相连18DNA中碱基配对正确的是：AA与T，两个氢键 BA与T，三个氢键CC与G，三个氢键 DC与G，两

25、个氢键EA与G，两个氢键19真核mRNA的特点有：A分子大小不均一 B有3多聚腺苷酸尾 C有5帽子结构D有5-CCA结构 E有三叶草形结构20Tm是表示DNA的：A最适温度 B水解温度 C复性温度D融解温度 E解链温度21DNA分子杂交的基础是：ADNA变性后在一定条件下可复性BDNA的粘度大C不同来源的DNA链某些区域能建立碱基配对DDNA变性使双链解开后，在一定条件下可重新缔合EDNA的刚性与柔性（三）填空题：1RNA可分为三大类，其中构成遗传密码的是，破译遗传密码运载氨基酸的是，参与构成核糖体的是。2核酸完全水解产物是、和，其中又可分为碱和碱。3体内的嘌呤碱主要有和；嘧啶碱主要有、和。某

26、些RNA分子中还含有微量的其它碱基，称为。4碱基和戊糖相连接的化学键是，连接生成的化合物叫。5核酸的基本单位是，它们之间相连接的化学键是。6嘌呤碱和嘧啶碱均具有共轭双键，故核酸的紫外最大吸收峰在波长。7DNA双螺旋结构中A、T之间有条氢键，G、C之间有条氢键。8tRNA的二级结构是，三级结构是。（四）问答题：1DNA和RNA一级结构和二级结构有何异同？2细胞内有哪几类主要的RNA？其主要功能是什么？3叙述DNA双螺旋结构模型的要点。4简述真核生物mRNA的结构特点。5简述核酶的定义及其在医学发展中的意义。五、参考答案（一）名词解释1戊糖与碱基通过糖苷键连接而成的化合物称为核苷。2核苷与磷酸缩合

27、生成的磷酸酯称为核苷酸。3核酸分子中核苷酸从5-末端到3-末端的排列顺序即碱基排列顺序称为核酸一级结构。4两条反向平行DNA单链通过碱基互补配对的原则所形成的右手双螺旋结构称为DNA的二级结构。5在某些理化因素的作用下，DNA双链互补碱基对之间的氢键发生断裂，使双链DNA解链为单链的过程称为DNA变性。6当变性条件缓慢地除去后，两条解离的DNA互补链可重新配对，恢复原来的双螺旋结构，这一过程称为DNA复性。7DNA分子中的A与T、G与C；RNA分子中的A与U，G与C通过氢键配对连接，这种碱基的配对规律称为碱基互补规律。8加热使DNA解链过程中，由于有更多的碱基共轭双键得以暴露，DNA在260n

28、m处的吸光度增高，称为增色效应。9在DNA解链过程中，A260的值达到最大变化值的一半时所对应的温度称为解链温度。10反密码环是tRNA茎环结构之一，因环中含有与mRNA密码互补的碱基而得名。11不同来源的DNA单链之间或DNA与RNA单链之间，只要存在着一定程度的碱基配对关系，它们就有可能形成杂化双链，这一过程称为核酸分子杂交。（二）选择题A型题：1D 2C 3B 4C 5B6B 7C 8B 9D 10B11E 12D 13C 14D 15A16D 17C 18D 19A 20B21D 22C 23D 24A 25A26B 27C 28D 29E 30E31A 32C 33B 34E 35D

29、36D 37E 38E 39B 40A41C 42D 43C 44D 45B46BB型题：1B 2D 3E 4A 5B6C 7A 8C 9D 10B11A 12A 13D 14B 15C16C 17E 18B 19C 20DC型题：1C 2A 3D 4C 5D6A 7A 8C 9D 10BX型题：1ABC 2ABC 3CD 4ACDE 5BDE6ABDE 7ABCE 8AC 9ACE 10BD11ABDE 12ABCD 13DE 14AB 15ACD16ABCD 17ABCD 18AC 19ABC 20DE21ACD（三）填空题：1mRNA；tRNA；rRNA；2磷酸；戊糖；碱基；碱基；嘌呤；嘧啶3腺嘌呤；鸟嘌呤；胞嘧啶；尿嘧啶；胸腺嘧啶；稀