第2章核酸的结构与功能

第2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、退火及分子杂交等概念。

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nmRNA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。核苷酸是由碱基、戊糖和磷酸组成。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中脱氧核苷酸的排列顺序，即碱基

序列。DNA对遗传信息的储存是利用碱基排列方式变化而实现。DNA的二

级结构是反向平行、右手螺旋的互补双链。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，核小体进一步折叠成螺旋管、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nmRNA。mRNA在胞质中是蛋白质生物

合成的模板。真核生物的成熟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nmRNA表

现出了种类、结构和功能的多样性，是转录后加工、转运以及基因表达调

控中必不可少的因子。

核酸具有在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，使双链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。在DNA复性过程中，如果将不同种类的DNA单链或RNA放在同一

溶液中，只要两条单链分子之间存在着碱基互补配对关系，它们就有可能

形成杂化双链，这种杂化双链可以在不同的DNA单链之间形成也可以在

RNA单链之间形成，还可以在DNA单链和RNA单链之间形成，这种现象称

为核酸分子杂交。

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．nmRNA5．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．在一个相当窄的温度范围内完成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、UTP