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　　第二單元 核酸的結構和功能

　　第一節 核酸的基本組成單位――核苷酸

　　核酸包括脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)兩大類。DNA是遺傳信息的貯存和攜帶者，RNA主要參與遺傳信息表達的各過程。

　　一、核苷酸分子組成

　　核酸也稱為多核苷酸，是由數十個以至數千萬計的核苷酸構成的生物大分子，也即核酸的基本組成單位是核苷酸。核苷酸分子由堿基、核糖或脫氧核糖和磷酸三種分子連接而成。堿基與糖通過糖苷鍵連成核苷，核苷與磷酸以酯鍵結合成核苷酸。

　　參與核苷酸組成的主要堿基有5種。屬于嘌呤類化合物的堿基有腺嘌呤(A)和鳥嘌呤(G)，屬于嘧啶類化合物的堿基有胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)。

　　二、核酸(DNA和RNA)

　　幾個或十幾個核苷酸通過磷酸二酯鍵連接而成的分子稱寡核苷酸，由更多的核苷酸連接而成的聚合物就是多聚核苷酸。多聚核苷酸鏈是有方向的(5’― 3’)。

　　DNA分子中出現的堿基有A、T、C和G，糖為脫氧核糖。RNA分子中所含的堿基是A、U、C和G，糖為核糖。DNA分子由2條脫氧核糖核苷酸鏈組成，RNA分子由1條核糖核苷酸鏈組成。

　　(1～2題共用備選答案)

　　A.G、C、T、U

　　B.G、A、C、T

　　C.A、G、C、U

　　D.G、A、T、U

　　E.I、C、A、U

　　【助理】

　　1RNA分子中所含的堿基是

　　答案：C

　　2DNA分子中所含的堿基是

　　答案：B

　　三、核酸的一級結構

　　核苷酸在核酸長鏈上的排列順序，就是核酸的一級結構。在任何DNA分子中的脫氧核糖-磷酸，或在任何RNA分子中的核糖-磷酸連成的長鏈是相同的，而不同的是連在糖環C―1’位上的堿基排列順序。所以核酸的一級結構也稱為堿基序列。

　　【執業】8.組成多聚核苷酸的骨架成分是(2002)

　　A.堿基與戊糖

　　B.堿基與磷酸

　　C.堿基與堿基

　　D.戊糖與磷酸

　　E.戊糖與戊糖

　　答案：D

　　【執業】9.組成核酸分子的堿基主要有

　　A.2種

　　B. 3種

　　C.4種

　　D.5種

　　E.6種

　　答案：D

　　【執業】12.核酸中含量相對恒定的元素是

　　A.氧

　　B.氮

　　C.氫

　　D.碳

　　E.磷

　　答案：E

　　【助理】5核酸分子中百分比含量相對恒定的元素是(2003)

　　A.碳(C)

　　B.氫(H)

　　C.氧(O)

　　D.氮(N)

　　E.磷(P)

　　答案：E

　　第二節 DNA的結構與功能

　　一、DNA堿基組成規律

　　DNA堿基組成有一定的規律，即DNA分子中A的摩爾數與T相等，C與G相等。

　　【執業】 6.DNA堿基組成的規律是

　　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

　　二、DNA雙螺旋結構要點

　　雙螺旋是DNA二級結構形式，它的結構要點如下：

　　(一)DNA分子由兩條以脫氧核糖-磷酸作骨架的雙鏈組成，以右手螺旋的方式圍繞同一公共軸有規律地盤旋。螺旋直徑2nm，并形成交替出現的大溝和小溝。

　　(二)兩股單鏈的戊糖-磷酸骨架位于螺旋外側，戊糖相連的堿基平面垂直于螺旋軸而伸入螺旋之內。每個堿基與對應鏈上的堿基共處同一平面，并以氫鍵維持配對關系，A與T配對，C與G配對。螺旋旋轉一周為10對堿基。

　　(三)兩堿基之間的氫鍵是維持雙螺旋橫向穩定的主要化學鍵。縱向則以堿基平面之間的堿基堆積力維持穩定。

　　(四)雙螺旋兩股單鏈走向相反，從5，向3，端追蹤兩鏈，一鏈自下而上，另―鏈自上而下。

　　【助理】3.沃森和克里克提出的DNA雙螺旋結構模型每旋轉一周的堿基對數是(2002)

　　A.8

　　B.9

　　C.10

　　D.11

　　E.12

　　答案：C

　　【助理】4維系DNA兩條鏈形成雙螺旋的化學鍵是(2003)

　　A.磷酸二酯鍵

　　B.N-C糖苷鍵

　　C.戊糖內C-C鍵

　　D.堿基內C-C鍵

　　E.堿基間氫鍵

　　答案：E

　　【助理】5 下列有關DNA雙螺旋結構敘述，錯誤的是(2006)

　　A.DNA雙螺旋是核酸二級結構的重要形式

　　B.DNA雙螺旋由兩條以脫氧核糖-磷酸作骨架的雙鏈組成

　　C.DNA雙螺旋以右手螺旋的方式圍繞同一軸有規律地盤旋

　　D.兩股單鏈的5′至3′端走向在空間排列上相同

　　E.兩堿基之間的氫鍵是維持雙螺旋橫向穩定的主要化學鍵

　　答案：D

　　三、DNA的三級結構

　　原核生物沒有細胞核，其DNA分子在雙螺旋基礎上進一步扭轉盤曲，形成超螺旋，使體積壓縮。超螺旋結構就是DNA的三級結構。

　　在真核生物的染色體中，DNA的三級結構與蛋白質的結合有關。與DNA結合的蛋白質有組蛋白和非組蛋白兩類。組蛋白有 H1，H2A，H2B，H3和H4共5種，它們都是含有豐富的賴氨酸和精氨酸殘基的堿性蛋白質。組蛋白H2A、H2B、H3和H4各兩分子形成八聚體，八聚體之外繞有近1圈約140至146個堿基對的DNA，構成一個核小體。H1位于核小體與核小體之間的連接區，并與約75至100個堿基對的DNA結合，組成串珠狀結構。在核小體結構基礎上，DNA鏈進―步折疊，形成染色(單)體。人類細胞核中有46條(23對)染色體，這些染色體的DNA總長達 1.7m，經過折疊壓縮，46條染色體總長也僅200nm左右。

　　四、DNA的功能

　　DNA是遺傳的物質基礎，表現生物性狀的遺傳信息貯存在DNA分子的核苷酸序列中。當細胞分裂時，生物遺傳信息通過復制從親代(細胞)傳遞給子代(細胞)，使物種得以延續。因此，DNA與細胞增生、生物體傳代有關。DNA還可通過轉錄指導RNA(包括mRNA)合成，將遺傳信息傳遞給mRNA; 繼而以mRNA為模板合成特異的蛋白質分子。蛋白質賦予生物體或細胞特異的生物表型和代謝表型，使生物性狀遺傳。

　　【執業】 10.下列關于DNA堿基組成的的敘述正確的是

　　A.DNA分子中A與T的含量不同

　　B.同一個體成年期與少兒期堿基組成不同

　　C.同一個體在不同營養狀態下堿基組成不同

　　D.同一個體不同組織堿基組成不同

　　E.不同生物來源的DNA堿基組成不同

　　答案：E

　　第三節 DNA變性及其應用

　　一、DNA變性和復性的概念

　　在極端的pH值(加酸或堿)和受熱條件下，DNA分子中雙鏈間的氫鍵斷裂，雙螺旋結構解開，這就是DNA的變性。依變性因素不同，有DNA的酸、堿變性，或DNA的熱變性之分。因為變性時堿基對之間的氫鍵斷開，相鄰堿基對之間的堆積力也受到破壞(但不伴有共價鍵斷裂)，所以變性后的DNA在 260nm的紫外光吸收增強，稱為高色效應。在DNA變性中以DNA的熱變性意義最大。DNA的熱變性又稱DNA的解鏈或融解作用。在DNA熱變性過程中，使紫外吸收達到最大增值50%時的溫度稱為解鏈溫度，又稱融解溫度Tm)。Tm與DNA分子G+C量有關。

　　【執業】7.核酸對紫外線的最大吸收峰是

　　A.220 nm

　　B.240 nm

　　C.260 nm

　　D.280 nm

　　E.300 nm

　　答案： C

　　【執業】11.DNA變性時其結構變化表現為

　　A.磷酸二酯鍵斷裂

　　B.N-C糖苷鍵斷裂

　　C.戊糖內C-C鍵斷裂

　　D.堿基內C-C鍵斷裂

　　E.對應堿基間氫鍵斷裂

　　答案：E

　　熱變性的DNA溶液經緩慢冷卻，兩條解鏈的互補單鏈重新締合，恢復雙螺旋結構，即退火。變性DNA經退火恢復原狀的過程稱變性DNA的復性。伴隨復性，DNA溶液紫外吸收減弱，稱低色效應。

　　二、核酸雜交

　　復性是指核酸雙鏈分子中分開的兩股單鏈重新結合。如果將不同的DNA鏈放在同一溶液中作變性處理，或將單鏈DNA與RNA放在一起，只要某些區域(或鏈的大部分)有形成堿基配對的可能，它們之間就可形成局部雙鏈，這一過程稱為核酸雜交，生成的雙鏈稱為雜化雙鏈。核酸雜交技術是目前研究核酸結構、功能常用的手段之一。

　　三、核酸探針

　　在核酸雜交基礎上發展起來的一種用于核酸研究和診斷的新技術稱核酸探針技術。一小段(例如十數個至數百個)核苷酸聚合體的單鏈，用放射性核素如 32P、35S或生物素等化學發光物質標記其末端或全鏈，就可作為探針，將待測DNA變性并吸附在適當支持物(如硝酸纖維素膜)上，然后將支持物與含探針的溶液共同溫育，使發生雜交。帶有特殊標記的探針若能與待測DNA結合成雜交雙鏈，則保留在支持物(或稱固相載體)上。通過核素放射自顯影或生物素的化學顯色，就可判斷探針是否與被測的DNA發生了雜交。此為固相雜交，應用較廣。另外還有液相雜交。

　　探針技術在遺傳性疾病等的診斷上有廣泛應用。例如診斷地中海貧血或血紅蛋白病等分子病，可以由已確診的病人白細胞中提取DNA，進行DNA診斷。

　　第四節 RNA的結構與功能

　　RNA通常以數十個至數千個核苷酸組成的單鏈形式存在。RNA主要分為信使RNA(mRNA)、轉運RNA(tRNA)和核糖(核蛋白)體RNA(rRNA) 三類。

　　一、mRNA

　　mRNA為線狀單鏈結構。大多數真核mRNA在5’-端含倒裝的7-甲基三磷酸鳥苷(m7Gppp)，稱為帽子結構。mRNA的3’-末端有一段長短不一的多聚腺苷酸序列，由數十個至上百個腺苷酸連接而成。3’-末端的多聚腺苷酸結構可增加轉錄活性，增加mRNA穩定性。5’加“帽”、3’加 “尾”屬轉錄后加工過程。

　　貯存在DNA核苷酸順序中的遺傳信息通過轉錄，轉送至mRNA的核苷酸順序，后者決定蛋白質合成的氨基酸排列順序，也即mRNA可作為蛋白質合成的模板。分子中的每3個核苷酸為―組，決定肽鏈上一個氨基酸，稱為遺傳密碼。遺傳密碼的特點為：①三個相連核苷酸組成一個密碼子，編碼一個氨基酸，共有 64個密碼子;②密碼子之間無核苷酸間隔;③一種氨基酸可有多種密碼子;④所有生物使用同一套密碼子。

　　【執業】2.下列有關mRNA的敘述，正確的是

　　A.為線狀單鏈結構，5′端有多聚腺苷酸帽子結構

　　B.可作為蛋白質合成的模板

　　C.鏈的局部不可形成雙鏈結構

　　D.3′末端特殊結構與mRNA的穩定無關

　　答案：B

　　二、tRNA

　　tRNA由70至90個核苷酸構成。tRNA分子含有稀有堿基，包括雙氫尿嘧啶、假尿嘧啶和甲基化的嘌呤。在tRNA單鏈上有一些能配對的區域，形成局部雙鏈，這些局部的堿基配對雙鏈就像一支葉柄，中間不能配對的堿基鼓出成環狀。所有tRNA均呈三葉草形狀，這就是tRNA的二級結構。 tRNA的三級結構為倒L型。tRNA二級結構有三個環，其中反密碼環上有反密碼子，反密碼子辨認mRNA上相應的三聯體密碼，而且把正確的氨基酸連接到 tRNA 3，末端的CCA-OH結構上。由此可見tRNA在蛋白質生物合成中起運輸氨基酸的作用。

　　三、rRNA

　　rRNA是細胞內含量最多的RNA，約占RNA總量的80%以上。rRNA與核糖體蛋白共同構成核糖體。核糖體由大、小兩個亞基組成。真核生物的核糖體小亞基由18SrRNA和30多種核糖體蛋白構成，大亞基則由5S、5.8S及28S三種rRNA與50種核糖體蛋白組成。當大小亞基聚合時，可作為蛋白質合成的場所。

　　【執業】1.下列有關RNA的敘述錯誤的是

　　A.主要有mRNA，tRNA和rRNA三類

　　B.胞質中只有mRNA和tRNA

　　C.tRNA是細胞內分子量最小的一種RNA

　　D.rRNA可與蛋白質結合

　　E.RNA并不全是單鏈結構

　　答案：B

　　(3~5題共用備選答案)

　　A.核苷酸在核酸長鏈上的排列順序

　　B.tRNA的三葉草結構

　　C.DNA雙螺旋結構

　　D.DNA的超螺旋結構

　　E.DNA的核小體結構

　　【執業】3.屬于核酸一級結構的描述是

　　答案：A

　　【執業】4.屬于核糖核酸二級結構的描述是

　　答案：B

　　【執業】5.屬于真核生物染色質中DNA的三級結構的描述是

　　答案：E

　　【解析】本章為重點章節，其中核酸的分類、組成、DNA分子結構(雙螺旋結構)。三種RNA的結構及功能為常考點。DNA的變性也要注意，變性為DNA雙鍵的互補堿基對之間的氫鍵斷裂，其Tm值與G.C所占比例相關。G.C含量越高，Tm值越高。