理论要点之生物化学：核酸的结构与功能

大纲要求的要点：

1.核酸的基本单位——核苷酸

核苷酸分子组成：核酸

2.DNA的结构与功能

DNA的碱基组成规律

DNA的一级结构

DNA的双螺旋结构

DNA的高级结构

DNA的功能

3.DNA的变性及其应用

DNA变性和复性的概念

核酸杂交

4.RNA结构与功能

mRNA、遗传密码，tRNA, rRNA。

第一节　核酸的基本组成单位—核苷酸

核酸：脱氧核糖核酸（DNA）：遗传信息的贮存和携带者；核糖核酸（RNA）：参与遗传信息的表达。

一、核苷酸分子组成

腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G）胸腺嘧啶（T），胞嘧啶（C），尿嘧啶（U）

二、核酸（DNA和RNA）

三、核酸的一级结构

核苷酸在核酸长链上的排列顺序，也称为碱基序列。

几个或十几个核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的分子称寡核苷酸，由更多的核苷酸连接而成的聚合物就是多聚核苷酸。多聚核苷酸链的方向：5′→3′

第二节　DNA的结构与功能

一、DNA碱基组成规律

DNA碱基组成规律：A=T，G=C。

二、DNA二级结构（双螺旋结构）要点

1.DNA分子由两条以脱氧核糖- 磷酸作骨架的双链组成，以右手螺旋的方式围绕同一公共轴有规律地盘旋。螺旋直径2nm，并形成交替出现的大沟和小沟。

2.两股单链的戊糖- 磷酸骨架位于螺旋外侧，与糖相连的碱基平面垂直于螺旋轴而伸入螺旋之内。每个碱基与对应链上的碱基共处同一平面，并以氢键维持配对关系，A 与T配对，C 与G 配对。螺旋旋转一周为10对碱基。

3.两碱基之间的氢键是维持双螺旋横向稳定的主要化学键。纵向则以碱基平面之间的碱基堆积力维持稳定。

4.双螺旋两股单链走向相反，从5′向3′端追踪两链，一链自下而上，另一链自上而下。

三、DNA的三级结构

原核生物：超螺旋结构

真核生物：DNa⁺组蛋白。5种组蛋白（H）：H1,H2A, H2B, H3, H4，其中 H2A, H2B, H3, H4各两分子形成八聚体，DNA围绕八聚体 形成核小体。

DNA的功能：遗传的物质基础，遗传信息的携带者。

第三节　DNA变性及其应用

1.DNA的变性,复性：

（1）变性：在理化因素作用下，DNA互补碱基对的氢键断裂，其双螺旋链解离为单链为DNA变性，通常以热变性为例。

高色效应：核酸变性后、氢键破坏，双螺旋结构破坏，碱基暴露，紫外吸收（260nm）增强，谓高色效应。

（2）解链温度\融解温度（Tm）

UV吸收增值达到最大吸收增值50%时的温度，称Tm。

Tm值与 DNA G+C含量有关，G+C含量愈大，Tm愈高，反之则低。与核酸分子长度有关，分子愈长，Tm愈高。

（3）DNA变性的复性　

DNA发生热变性后，经缓慢降温，如放置室温逐渐冷却，解开的互补链之间对应的碱基对再形成氢键，恢复完整的双螺旋结构，称DNA热变性的复性。

2.核酸分子杂交

当不同来源的核酸变性后一起复性时，只要这些核酸分子中含有相同序列的片段，即可形成碱基配对，出现复性现象，形成杂种核酸分子，或称杂化双链，称核酸分子杂交。杂交可出现在DNA之间，也可发生在RNA-DNA之间。

3.核酸探针

用同位素或化学发光物质标记的、能与待测DNA或RNA杂交的小的DNA片段。

第四节　RNA 的结构与功能

RNA：一条多核苷酸链，可局部形成双链。

种类：

1.mRNA：

5′帽子（m7Gppp-）

3′PolyA尾巴

编码区是蛋白质合成的模板，三个碱基为一组构成1个氨基酸的密码。

功能：mRNA是蛋白质合成的模板。

mRNA分子中每3个核苷酸为一组，决定多肽链上一个氨基酸，称为遗密码。遗传密码的特点为：

①三个相连核苷酸组成一个密码子，编码一个氨基酸，共有64个密码子；

②密码子之间无核苷酸间隔；

③一种氨基酸可有多种密码子；

④所有生物使用同一套密码子。

2.tRNA

一级结构 70～90 nt

二级结构 三叶草形状

特点：

1）含有稀有碱基（10-20%）

2）茎环结构

3）3′-末端为-CCA结构，结合氨基酸,

4）反密码

功能：转运氨基酸

3.rRNA：

由多种蛋白质和多种rRNA组成大、小亚基。

功能：

蛋白质合成的场所。

练习题

1.下列几种DNA分子的碱基组成比例不同，哪一种DNA的Tm值最低

A.DNA中A-T占15% B.DNA中G-C占25% C.DNA中G-C占40% D.DNA中A-T占80% E.DNA中G-C占55%

答案：D

考点：DNA理化特性

Tm与DNA的碱基组成、DNA长度及变性条件有关。GC含量越高，Tm越大；DNA越长，Tm越大；溶液离子强度增高，Tm值增加。由于组成DNA分子的碱基主要有A、G、C、T四种，且A=T, G=C，AT含量高则GC含量低，GC含量高则AT含量低。

2.核酸的各基本单位之间的主要连接键是

A.二硫键 B.糖苷键 C.磷酸二酯键 D.肽键 E 氢键

答案：C

考点：核酸的一级结构

核酸的基本结构单位是核苷酸，核苷酸通过磷酸二酯键连接而成多聚核苷酸链。多聚核苷酸链是核酸的基本结构形式。

3.DNA的二级结构是

A α-螺旋 B β-片层 C β-转角 D 超螺旋结构 E 双螺旋结构

答案：E

考点：DNA的二级结构

DNA的基本结构形式是多聚脱氧核糖核苷酸链。两条反平行的多聚脱氧核糖核苷酸链围绕同一中心轴形成双螺旋外形的二级结构。DNA的双螺旋结构有多种形式，其中右手双螺旋结构是DNA的主要二级结构形式。

4.DNA的热变性特征是

A.碱基间的磷酸二酯键断裂 B.一种三股螺旋的形成 C.粘度增高

D.融解温度因G-C对的含量而异 E 在260nm处的光吸收降低

答案：D

考点：DNA变性

DNA变性时，碱基对间的氢键断裂，双链分开形成单链，但连接多核苷酸链的磷酸二酯键并不断裂。变性后DNA溶液的粘度降低，浮力密度增加，旋光偏振光改变，在260nm波长处的紫外吸收增加。变形后的单链可以和其他来源的互补核酸链（如：互补RNA）在退火条件下形成杂合双螺旋结构,但不会形成三股螺旋。由于G-C对之间可以形成三对氢键，A-T对之间只有两对氢键，因此G-C对含量越高，DNA的双螺旋结构越稳定，变性时的融解温度越高。

5.DNA碱基组成的规律是

A.[A]=[C]；[T]=[G]

B.[A]+[T]=[C]+[G]

C.[A]=[T]；[C]=[G]

D.（[A]+[T]）/（[C]+[G]）=1

E.[A]=[G];[T]=[C]

答案：C

考点：DNA碱基组成特点

DNA分子中A与T配对，G与C配对，故A和T含量相同， G和C含量相同。

6.反密码子GUA识别的mRNA 上的密码子是

A.GTC B.ATC C.AUC D.UAC E.CTA

答案：D

考点：密码与反密码

密码与反密码按碱基配对原则，反平行配对。

7.下列关于DNA碱基组成的叙述正确的是

A.DNA分子中A与T的含量不同

B.同一个体成年期与儿少期碱基组成不同

C.同一个体在不同营养状态下碱基组成不同

D.同一个体不同组织碱基组成不同

E.不同生物来源的DNA碱基组成不同

答案：E

考点：DNA碱基组成特点

DNA分子中A与T配对，故A和T含量相同。同一个体的DNA碱基组成不受年龄、营养和环境的影响。DNA碱基组成有种属特异性。

8.DNA变性时其结构变化表现为

A.磷酸二酯键断裂 B.N－C糖苷键断裂 C.戊糖内C－C键断裂

D.碱基内C－C键断裂 E.对应碱基间氢键断裂

答案：E

考点：DNA变性特点

DNA双链在变性时只涉及链间氢键断裂，不涉及其他共价键的断裂。

9.存在于核酸分子中的碱基有

A.2种 B.3种 C.4种 D.5种 E.6种

答案：D

考点：核酸分子中的碱基组成

组成DNA的碱基有：A，T，C，G

组成RNA的碱基有：A，U，C，C

10.核酸中含量相对恒定的元素是

A.氧 B.氮 C.氢 D.碳 E.磷

答案：E

考点：核酸分子中的原子组成特点

核酸分子主要由C，H，O，P（恒定，9～10%）组成。