核酸化学
第二章 核酸化学
第二章——核酸化学一、名词解释1．磷酸二酯键:单核苷酸中，核苷的戊糖与磷酸的羟基之间形成的磷酸酯键。
2．碱基互补规律:在形成双螺旋结构的过程中，由于各种碱基的大小与结构的不同，使得碱基之间的互补配对只能在G≡C（或C≡G）和A=T（或T=A）之间进行，这种碱基配对的规律就称为碱基配对规律（互补规律）。
3. 退火和淬火: (1)当将双股链呈分散状态的DNA 溶液缓慢冷却时，它们可以发生不同程度的重新结合而形成双链螺旋结构，这现象称为“退火”。
(2)若将热变性的DNA骤然降温至4℃以下时，DNA两条单链则继续保持分开，称为“淬火”。
4．DNA的熔解温度:引起DNA 发生“熔解”的温度变化范围只不过几度，这个温度变化范围的中点称为熔解温度（Tm）5．核酸的变性与复性: (1).当呈双螺旋结构的DNA 溶液缓慢加热时，其中的氢键便断开，双链DNA 便脱解为单链，这叫做核酸的“溶解”或变性 .(2) 在适宜的温度下，分散开的两条DNA 链可以完全重新结合成和原来一样的双股螺旋。
这个DNA 螺旋的重组过程称为“复性”。
6．减色效应: DNA 在260nm 处的光密度比在DNA 分子中的各个碱基在260nm 处吸收的光密度的总和小得多（约少35%~40%）这现象称为“减色效应”7．增色效应: 当DNA 从双螺旋结构变为单链的无规则卷曲状态时，它在260nm 处的吸收便增加，这叫“增色效应”。
二、填空题1．DNA双螺旋结构模型是_Watson-Crick__于_1953___年提出的。
2．核酸的基本结构单位是_核苷酸_。
3．脱氧核糖核酸在糖环_2’_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_细胞核_中，RNA主要位于_细胞质_中。
5．核酸分子中的糖苷键均为_β_型糖苷键。
糖环与碱基之间的连键为_糖苷键。
核苷酸与核苷酸之间通过_磷酸二酯键_连接成多聚体。
6．核酸的特征元素是_P__7． DNA在水溶解中热变性之后，如果将溶液迅速冷却，则DNA保持_单链_状态；若使溶液缓慢冷却，则DNA重新形成_双链_。
第五讲 核酸的化学
第一节 核酸的组成成分
三 核 酸 的 组 分 .
碱基
磷酸基团
核糖 RNA 核糖核苷酸
第一节 核酸的组成成分
三 碱基 三.核 酸 的 组 分 核 磷酸酯基团 酸 核酸是由核苷酸组成的，核苷酸是核苷的磷 的 酸酯，核苷由碱基和核糖/脱氧核糖组成，碱基 组 脱氧核糖 分 有嘌呤和嘧啶两类。 .
命名方法
核糖核苷酸以三个字母表示，第一个字母代表 碱基，第三个字母“P”代表磷酸，第二个字母中 “M”代表一，“D”代表二，“T”代表三； 脱氧核糖核苷酸则在上述三个字母前加“d”
例
UDP：二磷酸尿苷 dGMP：一磷酸脱氧鸟苷 dTTP：三磷酸脱氧胸苷
CTP： 三磷酸胞苷
GMP：一磷酸鸟苷
AMP
蛋 白 质 生 物 合 成
第二节
蛋 白 质 生 物 合 成
蛋白质的生物合成
转运RNA(tRNA)
这是细胞中最小的一种RNA ，约占总的15%，是 目前研究得最清楚的一类，在蛋白质合成中起携 带（选择供应）氨基酸的作用； 信使RNA (mRNA) 在胞内含量很少，约占5%，代谢活跃。在蛋白 质合成中起着模板的作用；
C1 H－C2－OH H－C3－OH H－C4 CH2OH5 β-D-呋喃核糖
OH
H
O
核糖
碱基 (base)
2.嘌呤 (purine) 胞嘧啶(cytosine，C)、 胸腺嘧啶（thymine，T)、 腺嘌呤(adenine，A)
1.嘧啶：(pyrimidine)：
尿嘧啶(uracil，U) ；
核酸化学
2.DNA双螺旋特征
（1）主链：两条平行的多核 苷酸链，以相反的方向，（即 一条由3΄向5΄，另一条由5΄向 3΄），围绕着同一个（想象的） 中心轴，以右手旋转方式构成 一个双螺旋形状。疏水的碱基 位于螺旋的内侧，亲水的磷酸 基和脱氧核糖以磷酸二酯键相 连成的骨架位于外侧。糖环平 面与中心轴平行，碱基平面与 中心轴相垂直。
• DNA三股螺旋结构常出现在 DNA复制、转录、重组的起始位 点或调节位点，如启动子区。 第三股链的存在可能使一些调控 蛋白或RNA聚合酶等难以与该区 段结合，从而阻遏有关遗传信息 的表达。
（3）四股螺旋DNA
•形成条件－－串联重复的鸟苷酸 •基本结构单元－－鸟嘌呤四联体 •碱基之间靠 Hoogsteen 键连接 •已有实验结果表明－－真核细胞端 粒中存在四链结构
第4章 核酸化学
生物大分子
生物大分子是指生命体 内一些组织结构复杂的高分 子，它们是生命活动的主要 物质基础，因而被称为生命 物质。主要类型有蛋白质、 核酸、多糖、脂类。 生物大分子大多数是由 简单的组成结构聚合而成的， 蛋白质的组成单位是氨基酸， 核酸的组成单位是核苷 酸……
第1节 核酸的种类、分布与化学组成
DNA超螺旋的形成
DNA正常的双螺旋结构 处于能量最低状态，双 螺旋中没有张力而处于 松弛状态。如果这种正 常双螺旋额外增加或减 少螺旋圈数，就会使双 螺旋内的原子偏离正常 的位置而产生张力，这 样正常的双螺旋就发生 扭曲而形成超螺旋。超 螺旋总是向着抵消初级 螺旋改变的方向发展。
大多数原核生物 ： 1）共价封闭的环状 双螺旋分子 2）超螺旋结构：双 螺旋基础上的螺旋化
Erwin Chargaff （1905－1995）
（二）DNA的一级结构 由4种脱氧核苷酸 dAMP 、 dGMP 、 dCMP 、 dTMP 按 照 一定的排列顺序通 过磷酸二酯键连接 而成的没有分支的 多核苷酸链。
第5章核酸的化学 第四节 核酸的性质
食品生物化学
图5-15 RNA紫外吸收曲线
波长nm
食品生物化学
四、核酸的变性与复性
当核酸在某些理化因素（如有机溶剂、酸、碱、尿素、加 热及酰胺等）作用下，互补碱基对间的氢键断裂，双螺旋结构 松散，变成单链的过程称为变性(denaturation)。变性使核酸的 二级结构、三级结构改变，但核苷酸排列顺序不变。变性后的 核酸理化性质改变，生物学活性丧失。
核酸是相对分子质量很大的高分子化合物，高分子溶液比 普通溶液黏度要大得多，高分子形状的不对称性愈大，其黏度 也就愈大，不规则线团分子比球形分子的黏度大，线形分子的 黏度更大。由于DNA分子极为细长，因此即使是极稀的溶液也 有极大的黏度，RNA的黏度要小得多。
二、核酸的酸碱性质
核酸和蛋白质一样，也是两性电解质，在溶液中发生两性 电离。因磷酸基的酸性比碱基的碱性强，故其等电点偏于酸性。 利用核酸的两性解离能进行电泳，在中性或偏碱性溶液中，核 酸常带有负电荷，在外加电场力作用下，向阳极泳动。利用核 酸这一性质，可将相对分子质量不同的核酸分离。
DNA的变性是可逆的。变性DNA在适当条件下，变性的两 条互补链重新结合，恢复原来的双螺旋结构和性质，这个过程 称为复性(renaturation)。热变性的DNA经缓慢冷却（称退火处 理）即可复性。最适宜的复性温度比Tm值约低25℃，这个温度 又叫退火温度。
食品生物化学
图5-16 两种不同来源的DNA在260nm的吸收值与温度变化的关系
食品生物化学
DNA的解链过程发生于一个很窄的温度区内，DNA的变性 过程是爆发式的，有一个相变过程，把A260达到最高值的一半时 对应的温度称为该DNA的解链温度或融解温度，用Tm表示。 Tm值大小与DNA碱基组成有关，由于G-C之间的氢键联系要比 A-T之间的氢键联系强得多，故G＋C含量高的DNA其Tm值越高。 通过测定Tm值可知其G＋C碱基的含量。
第5章核酸的化学 第二节 核酸的化学组成
食品生物化学
二、核酸的水解产物
3.次黄嘌呤衍生物——次黄嘌呤核苷酸（IMP）
在肌肉组织中，腺嘌呤核苷酸循环过程中由AMP脱氨形成 次黄嘌呤核苷酸。
次黄嘌呤核苷酸在生物体内是合成腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤 核苷酸的关键物质，对生物的遗传有重要的功能。另外，它还 是一种很好的助鲜剂，有肉鲜味，与味精以不同比例混合制成 具有特殊风味的强力味精（见第九章第二节鲜味）。
2.腺苷衍生物——环腺苷酸（cAMP）
cAMP是由ATP经腺苷酸环化酶催化而成的。
食品生物化学
图5-7 环腺苷酸（cAMP）
食品生物化学
cAMP广泛存在于一切细胞中，浓度很低。它们的主要作 用不是作为能量的供体，而是在生物体内参与细胞内多种调节 功能，如它可调节细胞内催化糖和脂肪反应的一系列酶的活性， 也可以调节蛋白激酶的活性。一般把激素称为第一信使，而称 cAMP为“第二信使”。
核酸是一种聚合物，它的结构单位是核苷酸 。
核酸
核苷酸
磷酸
核苷
碱基
戊糖
(嘌呤碱和嘧Ch啶em碱Pa)st(e核r 糖或脱氧核糖)
图5-1 核酸的水解产物
食品生物化学
三、核酸水解产物的化学结构
1．戊糖
DNA和RNA的主要区别是所含戊糖不同，DNA分子中的戊 糖是β-D-2-脱氧核糖，而RNA分子中的戊糖是β-D-核糖 。
碱基 Ade Gua Cyt Ura
生物化学第5章核酸化学
生物化学第5章核酸化学课外练习题一、名词解释1、核苷酸；2、核酸的一级结构；3、增色效应；4、DNA变性；5、T m值；二、符号辨识1、DNA；2、RNA；3、mRNA；4、tRNA；5、rRNA；6、AMP；7、dADP；8、A TP；9、NAD；10、NADP；11、FAD；12、CoA；13、DNase；14、RNase；15、Tm；三、填空1、RNA有三种类型，它们是（）, （）和（）；2、除（）只含有DNA或者只含有RNA外，其它生物细胞内既含有DNA也含有RNA；3、核酸具有不同的结构，（）通常为双链，（）通常为单链；4、原核生物染色体DNA和细胞器DNA为（）状双链，真核生物染色体DNA为（）双链；5、核苷酸由核苷和（）组成，核苷由（）和（）组成；6、构成核苷酸的碱基与戊糖连接的类型属于（）连接，糖的构型为（）型；7、稀有碱基在RNA中的含量比在DNA中的丰富，尤其在（）中最为突出，约占10%左右；8、具有第二信使功能的核苷酸是（）和（）；9、辅酶类核苷酸包括（）、（）、（）和（）；10、多聚核苷酸是通过核苷酸的C5’-（）与另一分子核苷酸的C3’-（）形成磷酸二酯键相连而成的链状聚合物。
11、两个核苷酸之间形成的磷酸二酯键通常称为（）磷酸二酯键；12、核酸的一级结构是指单核苷酸之间通过（）相连接以及单核苷酸的（）及排列顺序；13、真核生物的mRNA分子存在5’-（）结构（甲基化的鸟苷酸）和3’-（）尾结构；14、1953年，J.Watson和F.Crick提出了著名的（）模型；15、DNA分子由两条DNA单链组成，为（）双螺旋结构，螺旋中的两条主干链方向（），侧链（）互补配对；16、碱基的相互结合具有严格的配对规律，即A与（）结合，G 与（）结合，这种配对关系，称为（）；17、碱基互补形成碱基对时，A和T之间形成（）个氢键，G与C之间形成（）个氢键；18、维持DNA双螺旋结构稳定性的因素包括：两条DNA链之间形成的（）、（）堆积力和（）的负电荷与介质中阳离子的正电荷之间形成的离子键；19、DNA的（）结构是指DNA分子通过扭曲和折叠所形成的特定构象；20、超螺旋是DNA（）结构的一种形式；21、真核生物的核酸通常与蛋白质复合在一起，称为（）。
第三章 核酸化学
rRNA的功能 参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物合成的场所。
思考题：
体内有哪些重要的核苷酸？各有何作用？
DNA和RNA在化学组成、分子结构和生理功能有何异同？ 利用核酸的理化性质在临床实践中有何应用？
N O O
-
NH2 N N OCH2
-
O O
-
O O
-
N H H
P O
-
P O
-
P O
O
H H
OH OH 三磷酸腺苷 (AT P )
多磷酸核苷酸
5′-磷酯键
N N O -O O O O O
NH 2
N
N
P O-
P O-
P O-
O
CH 2 H H OH
O H H H
脱氧腺嘌呤核苷 脱氧腺嘌呤一磷酸 (dAMP) 脱氧腺嘌呤二磷酸 (dADP) 脱氧腺嘌呤三磷酸 (dATP)
NH
核苷
N N
2 N 9 N
糖苷键
CH O H O 2 1'
H H OH H 2' O H H
嘌呤N-9或嘧啶N-1与核糖C-1通过β-N-糖苷 键相连形成核苷。
核苷酸(ribonucleotide)
NH2
酯键
O
N N O
N
9 N
糖苷键
HO P O CH 2 O
-
H
H
OH
' 1 H H 2'
* tRNA的二级结构
——三叶草形
氨基酸臂 DHU环 反密码环
额外环
第三章 核酸化学
反向平行是指一条链是 5’
一条链必为3’ 5’端。
3’ 端，则另
（二）DNA的二级结构
• 双螺旋结构模型的要点
（2）磷酸与核糖彼此通过3’,5’-磷酸 二酯键相连接位于双螺旋外侧，形成 DNA分子的骨架。碱基位于内侧。碱 基平面与螺旋轴基本垂直，糖环平面 与螺旋轴基本平行。
（二）DNA的二级结构
3.多磷酸核苷酸
A
P ～ P ～ P
O
腺苷一磷酸 （AMP） 二磷酸腺苷（ADP） 三磷酸腺苷（ATP） ATP参与多种物质代谢，为各项生命活动提供能量。
NMP NDP
dNMP
RNA
AU U C G
dNDP dNTP
DNA
A T C G
NTP
AMP UDP CTP
dGMP dADP dTTP
（ TTP ）
功能： 与蛋白质结合形成核蛋白体，是蛋白质
生物合成场所。
结构： 核蛋白体有大、小两个亚基组成。
特点：
数量最多。
（三）mRNA的分子结构与功能
“帽子结构” 的作用：
防止mRNA被降解。 蛋白质生物合成时被起始因子识别的标志。
Poly A的作用：引导mRNA由胞核转移到胞质。
点滴积累
1. DNA的一级结构实质是指碱基的排列顺序。 2. DNA的二级结构是双螺旋型，其要点包括：由两条反向 平行的多核苷酸链围绕中心轴形成；磷酸和脱氧核糖位 于螺旋外侧，碱基位于螺旋内侧；碱基配对具有一定的 规律性，即A与T配对，G与C配对。 3. DNA双螺旋结构模型要点及稳定因素。 4. 3种RNA的空间结构决定了它们在蛋白质生物合成过程 中的不同作用。
E．S
• • • • • •
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第六章核酸化学
一：填空题
1. 核酸在260nm附近有强吸收，这是由于________________。
2.二十世纪五十年代，Chargaff等人发现各种生物体DNA碱基组成有________________的特异性，而没有________________的特异性。
3.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。
4.核酸的主要组成是________________，________________和________________。
5.两类核酸在细胞中的分布不同，DNA主要位于________________中，RNA主要位于
________________中。
6.核酸分子中的糖苷键均为________________型糖苷键。
核苷酸与核苷酸之间通过________________键连接形成多聚体。
7. 双链DNA中若________________含量多，则Tm值高。
8. DNA样品的均一性愈高，其熔解过程的温度范围愈________________。
9. .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。
10.给动物食用标记的________________，可使DNA带有放射性，而RNA不带放射性。
11. 硝酸纤维素膜可结合________________链核酸。
将RNA变性后转移到硝酸纤维素膜上再进行杂交，称________________印迹法。
12.双链DNA热变性后，或在pH2以下，或pH12以上时，其________________，同样条件下，
单链DNA的________________。
13. 变性DNA的复性与许多因素有关，包括________________，________________，
________________，________________，________________等。
14 DNA复性过程符合二级反应动力学，其值与DNA的复杂程度成________________比。
15. ，FAD和CoA都是________________的衍生物。
16. .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。
17. .tRNA的三级结构为________________形，其一端为________________，另一端为
________________。
18. 测定DNA一级结构的方法主要有Sanger提出的________________法和Maxam，Gilbert提出的
________________法。
19.双链DNA螺距为3.4nm，每匝螺旋的碱基数为10，这是________________型DNA的结构。
20.RNA分子的双螺旋区以及RNA-DNA杂交双链具有与____________型DNA相似的结构，外型较为________________。
21. 引起核酸变性的因素很多，如：________________，________________和________________等。
22. T.Cech和S.Altman因发现________________而荣获1989年诺贝尔化学奖。
二：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.[ ]核酸的紫外吸收与溶液的pH值无关。
6.[ ]生物体内存在的游离核苷酸多为5′-核苷酸。
7.[ ]用碱水解核酸，可以得到2′与3′-核苷酸的混合物。
8.[ ]Z型DNA与B型DNA可以相互转变。
9.[ ]生物体内，天然存在的DNA分子多为负超螺旋。
10.[ ]真核细胞染色体DNA结构特点之一是具有重复序列，高度重复序列一般位于着丝点附近，通常不转录。
11.[ ]mRNA是细胞内种类最多、含量最丰富的RNA。
12.[ ]tRNA的二级结构中的额外环是tRNA分类的重要指标。
13.[ ]真核生物成熟mRNA的两端均带有游离的3′-OH。
14.[ ]目前为止发现的修饰核苷酸大多存在于tRNA中。
15.[ ]对于提纯的DNA样品，测得<1.8，则说明样品中含有RNA。
16.[ ]核酸变性或降解时，出现减色效应。
17.[ ]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：
<br>
<br>那么说明样品A与C的同源性比样品B与C的同源性高。
18.[ ]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。
19.[ ]基因表达的最终产物都是蛋白质。
20.[ ]两个核酸样品A和B，如果A的>B的，那么A的纯度>B的纯度。
21.[ ]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。
22.[ ]核糖体不仅存在于细胞质中，也存在于线粒体和叶绿体中。
23.[ ]具有对底物分子切割功能的都是蛋白质。
24.[ ]毫无例外，从结构基因中的DNA序列可以推出相应的蛋白质序列。
三：单选题
1. [ ]爱滋病病毒HIV是一种什么病毒
A.双链DNA病毒
B.单链DNA病毒
C.双链RNA病毒
D.单链RNA病毒
E.不清楚
2.[ ]<br>上图中，哪一点代表双链DNA的Tm值？
A.A
B.B
C.C
D.D
E.都不对
3.[ ] 下列复合物中除哪个外，均是核酸与蛋白质组成的复合物
A.核糖体
B.病毒
C.端粒酶
D.RNaseP
E.核酶(ribozyme)
4.[ ] 胸腺嘧啶除了作为DNA的主要组分外，还经常出现在下列哪种RNA分子中
A.mRNA
B.tRNA
C.rRNA
D.hnRNA
E.snRNA
5.[ ] RNA经NaOH水解，其产物是：
A.5'-核苷酸
B.2'-核苷酸
C.3'-核苷酸
D.2'-核苷酸和3'-核苷酸的混合物
E.2'-核苷酸、3'-核苷酸和5'-核苷酸的混合物
6.[ ] 对DNA片段作物理图谱分析，需要用：
A.核酸外切酶
B.DNaseI
C.DNA连接酶
D.DNA聚合酶I
E.限制性内切酶
7. [ ] 下列DNA序列中，哪一种复杂度最高？
A. B.
C. D. E.
四：问答题
1. 对一双链DNA而言，若一条链中(A+G)/(T+C)=0.7，则<br>(1)互补链中(A+G)/(T+C)=？，<br>(2)
在整个DNA分子中(A+G)/(T+C)=？<br>若一条链中(A+T)/(G+C)=0.7，则<br>(3)互补链中(A+T)/(G+C)=？，<br>(4)在整个DNA分子中(A+T)/(G+C)=？
2. 试述三种主要的RNA的生物功能(与蛋白质生物合成的关系)。
3. Hershey-Chase所做的噬菌体转染实验中，为什么只标记在DNA分子中，而只标记在蛋白质的外壳上？如果用标记的噬菌体去感染细菌，那么在子代病毒中是否会出现带标记的病毒？如果是用标记的噬菌体重复实验，那么在子代病毒中是否可以找到带标记的病毒？
4. 某双链DNA样品，含28.9摩尔百分比的腺嘌呤，那么T，G，C的摩尔百分比分别为多少？
5. 试述下列因素如何影响DNA的复性过程。
(1)阳离子的存在(2)低于Tm的温度(3)高浓度的DNA链
6. 如何让一个超螺旋的环状病毒DNA分子采取其松弛态？线形双链DNA能否形成超螺旋？
7. 用稀酸或高盐溶液处理染色质，可以使组蛋白与DNA解离，请解释。
8. 胰脱氧核糖核酸酶(DNaseI)可以随机地水解溶液中的DNA的磷酸二酯键，但是DNaseI作用于染色体DNA只能使之有限水解，产生的DNA片段长度均为200bp的倍数。
请解释。
9. 用EcoRI处理Simian病毒40()的DNA，只产生一种双链DNA片段，有关这种的DNA
结构可以得出什么推论。
10.线粒体电子转移链中的一种重要蛋白质：酵母细胞色素氧化酶由7个亚基组成，但是只有其中的4种亚基的氨基酸顺序由酵母核内DNA编码，那么其余三种亚基的氨基酸顺序所需的信息来自何处？。