（3）生物化学性质的改变，分子结构伸展松散，易被蛋白酶分解。

7．简述蛋白质变性作用的机制。

答：维持蛋白质空间构象稳定的作用力是次级键，此外，二硫键也起一定的作用。 当某些因素破坏了这些作用力时，蛋白质的空间构象即遭到破坏，引起变性。

8．蛋白质有哪些重要功能

答：蛋白质的重要作用主要有以下几方面：

（1）生物催化作用酶是蛋白质，具有催化能力，新陈代谢的所有化学反应几乎都 是在酶的催化下进行的。

（2）结构蛋白有些蛋白质的功能是参与细胞和组织的建成。 （3）运输功能如血红蛋白具有运输氧的功能。

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（4）收缩运动收缩蛋白（如肌动蛋白和肌球蛋白）与肌肉收缩和细胞运动密切相 关。

（5）激素功能动物体内的激素许多是蛋白质或多肽，是调节新陈代谢的生理活性 物质。

（6）免疫保护功能抗体是蛋白质，能与特异抗原结合以清除抗原的作用，具有免 疫功能。

（7）贮藏蛋白有些蛋白质具有贮藏功能，如植物种子的谷蛋白可供种子萌发时利 用。

（8）接受和传递信息生物体中的受体蛋白能专一地接受和传递外界的信息。 （9）控制生长与分化有些蛋白参与细胞生长与分化的调控。

（10）毒蛋白能引起机体中毒症状和死亡的异体蛋白，如细菌毒素、蛇毒、蝎毒、 蓖麻毒素等。

第二章 核 酸

一、知识要点

核酸分两大类：DNA 和RNA。所有生物细胞都含有这两类核酸。但病毒不同，DNA病毒只含有DNA，RNA 病毒只含RNA。组成元素C、H、O、N 、P。核酸的基本结构单位是核苷酸。核苷酸由一个含氮碱基（嘌呤或嘧啶），一个戊糖（核糖或脱氧核糖）和一个或几个磷酸组成。核酸是一种多聚核苷酸，核苷酸靠磷酸二酯键彼此连接在一起。核酸中还有少量的稀有碱基。RNA 中的核苷酸残基含有核糖，其嘧啶碱基一般是尿嘧啶和胞嘧啶，而DNA 中其核苷酸含有2′-脱氧核糖，其嘧啶碱基一般是胸腺嘧啶和胞嘧啶。在RNA和DNA中所含的嘌呤基本上都是鸟嘌呤和腺嘌呤。核苷酸在细胞内有许多重要功能：它们用于合成核酸以携带遗传信息，是核酸的合成单位；它们还是细胞中主要的化学能载体；是许多种酶的辅因子的结构成分，而且有些（如cAMP、cGMP）还是细胞的第二信使。

DNA 的空间结构模型是在1953 年由Watson 和Crick 两个人提出的。建立DNA 空间结构

模型的依据主要有两方面：一是由Chargaff 发现的DNA 中碱基的等价性，提示A=T、G≡C 间碱基互补的可能性；二是DNA 纤维的X-射线衍射分析资料，提示了双螺旋结。DNA 是由两条反向直线型多核苷酸组成的双螺旋分子。单链多核苷酸中两个核苷酸之间的唯一连键是3′ ,5′-磷酸二酯键。按Watson-Crick 模型，DNA的结构特点有：两条反相平行的多核苷酸链围绕同一中心轴互绕；碱基位于结构的内侧，而亲水的糖磷酸主链位于螺旋的外侧，通过磷酸二酯键相连，形成核酸的骨架；碱基平面与轴垂直，糖环平面则与轴平行。两条链皆为右手螺旋；双螺旋的直径为2nm，碱基堆积距离为0.34nm，两核酸之间的夹角是36°，每对螺旋由10 对碱基组成，每转高度为3.4nm；碱基按A=T，G≡C 配对互补，彼此以氢键（水平）相连系。离子键屏蔽磷酸基间的静电力。维持DNA 结构稳定的力量主要是碱基堆积力（纵向）；双螺旋结构表面有两条螺形凹沟，一大一小。DNA 能够以几种不同的结构形式存在。从B 型DNA（天然DNA)转变而来的两种结构A 型和Z型结构巳在结晶研究中得到证实。在顺序相同的情况下A 型螺旋较B 型更短，具有稍大的直径。DNA 中的一些特殊顺序能引起DNA 弯曲。带有同一条链自身互补的颠倒重复能形成发卡或十字架结构，以镜影排列的多嘧啶序列可以通过分子内折叠形成三股螺旋，被称为H -DNA 的三链螺旋结构。核小体由核酸和组蛋白构成，以高密度状态可以装入核中，满足功能需要。由于它存在于基因调控区，因而有重要的生物学意义：揭示了DNA作为遗传物质稳定性的结构特征；确认了碱基互补配对原则，为DNA的复制、转录和反转录提供分子基础，也是遗传信息传递和表达的分子基础；奠定了生物化学和分子生物学以及整个生命科学的基石。

不同类型的RNA 分子可自身回折形成发卡、局部双螺旋区，形成二级结构，并折叠产生三级结构，RNA 与蛋白质复合物则是四级结构，RNA含有稀有碱基。在真核生物中,最初转录生成的RNA称为hnRNA（不均一核RNA)。mRNA作为蛋白质合成的模板，则是把遗传信息从DNA 转移到核糖体以进行蛋白质合成的载体，在真核生物中含有5’帽子结构（防止mRNA被核酸酶降解，mRNA翻译活性，蛋白质合成正确起始的识别等），3’polyA结构（保护mRNA免受核酸外切酶作用，mRNA翻译活性，细胞衰老，mRNA的转移），单顺反子；原核生物中无或少有5’帽子结构，3’polyA结构，多顺反子。tRNA 的二级结构为三叶草形，三级结构为倒L 形，则作为运输氨基酸的工具转运氨基酸，（1）tRNA 的二级结构由四臂、四环组成。已配对的片断称为臂，未配对的片断称为环。（2）叶柄是氨基酸臂。其上含有CCA-OH3’，此结构是接受氨基酸的位置。（3）氨基酸臂对面是反密码子环。在它的中部含有三个相邻碱基组成的反密码子，可与mRNA 上的密码子相互识别。（4）左环是二氢尿嘧啶环（D 环），它与氨基酰-tRNA 合成酶的结合有关。（5）右环是假尿嘧啶环（TψC 环），它与核糖体的结合有关。（6）在反密码子与假尿嘧啶环之间的是可变环，它的大小决定着tRNA 分子大小。rRNA是蛋白质合成核糖体物质。

核酸的糖苷键和磷酸二酯键可被酸、碱和酶水解，产生碱基、核苷、核苷酸和寡核苷酸。酸水解时，糖苷键比磷酸酯键易于水解；嘌呤碱的糖苷键比嘧啶碱的糖苷键易于水解；嘌呤碱与脱氧核糖的糖苷键最不稳定。RNA 易被稀碱水解，产生2’-和3’-核苷酸，DNA 对碱比较稳定。细胞内有各种核酸酶可以分解核酸。其中限制性内切酶是基因工程的重要工具酶。 核酸的碱基和磷酸基均能解离，因此核酸具有酸碱性。碱基杂环中的氮具有结合和释放质子的能力。核苷和核苷酸的碱基与游离碱基的解离性质相近，它们是兼性离子。核酸的碱基具有共轭双键，因而有紫外吸收的性质。各种碱基、核苷和核苷酸的吸收光谱略有区别。核酸的紫外吸收峰在260nm 附近，可用于测定核酸。根据260nm 与280nm 的吸收光度（A260）可判断核酸纯度：DNA OD260/280=1.8，RNAOD260/280=2.0。

变性作用是指核酸双螺旋结构被破坏，双链解开，但共价键并未断裂。引起变性的因素很多，升高温度、过酸、过碱、纯水以及加入变性剂等都能造成核酸变性。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”。针对热变性的复性称为退火。核酸变性时，物理化学性质将发生改变，表现出OD260值变大，即增色效应。热变性一半时的温度称为熔点或变性温度，以Tm 来表示。DNA 的G+C 含量影响Tm 值。由于G≡C 比A＝T 碱基对更稳定，因此富含G≡C 的DNA 比富含A＝T 的DNA 具有更高的熔解温度。根据经验公式xG+C =（Tm - 69.3）× 2.44 可以由DNA 的Tm 值计算G+C 含量，或由G+C 含量计算Tm值。变性DNA 在适当条件下可以复性，物化性质得到恢复，表现出OD260值变小，即减色效应。根据变性复性原理，用不同来源的DNA 进行退火，若异源DNA间在某些区段有相同序列便可得到杂交分子，这一过程即为核酸杂交。DNADNA杂交分子、RNARNA杂交分子，也可以由DNA 链与互补RNA 链得到杂交分子。Southern印迹法DNA，Northern印迹法RNA，Western印迹法蛋白质。PCR技术的基本原理类似于DNA的天然复制过程，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成：①模板DNA的变性：模板DNA经加热至93℃左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备；②模板DNA与引物的退火（复性）：模板DNA经加热变性成单链后，温度降至55℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；③引物的延伸：DNA模板--引物结合物在耐热DNA聚合酶的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基互补配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链，重复循环变性--退火--延伸三过程就可获得更多的―半保留复制链‖，而且这种新链又可成为下次循环的模板。每完成一个循环需2～4分钟，2～3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。Sanger法测序的原理就是利用一种DNA聚合酶来延伸结合在待定序列模板上的引物。直到掺入一种链终止核苷酸为止。每一次序列测定由一套四个单独的反应构成，每个反应含有所有四种脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)，并混入限量的一种不同的双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)。由于ddNTP缺乏延伸所需要的3-OH基团，使延长的寡聚核苷酸选择性地在G、A、T或C处终止。终止点由反应中相应的双脱氧而定。每一种dNTPs和ddNTPs的相对浓度可以调整，使反应得到一组长几百至几千碱基的链终止产物。它们具有共同的起始点，但终止在不同的的核苷酸上，可通过高分辨率变性凝胶电泳分离大小不同的片段，凝胶处理后可用X-光胶片放射自显影或非同位素标记进行检测。

二、习题

(一)名词解释

6．顺反子（cistron）:基因功能的单位；一段染色体，它是一种多肽链的密码；一种结 构基因。

（二）填空题

1．DNA 双螺旋结构模型是_Watson-Crick; 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 与核苷之间通过磷酸二酯键_键连接成多聚体。 6．核酸的特征元素_P___。

7．碱基与戊糖间是C-C 连接的是______核苷。

8．DNA 中的__胸腺__嘧啶碱与RNA 中的__尿_嘧啶碱的氢键结合性质是相似的。 10．DNA 双螺旋的两股链的顺序是_反向平行、互补_关系。

11．给动物食用3H 标记的_______，可使DNA 带有放射性，而RNA 不带放射性。

12．B 型DNA 双螺旋的螺距为_3.4nm__，每匝螺旋有10对碱基，每对碱基的转角是36°。

13．在DNA 分子中，一般来说G-C 含量高时，比重_大__，Tm（熔解温度）则_高__，分子 比较稳定。

14．在_ 退火__条件下，互补的单股核苷酸序列将缔结成双链分子。

15．_mRNA分子指导蛋白质合成，_tRNA 分子用作蛋白质合成中活化氨基酸的载体。 17．DNA 变性后，紫外吸收_增加_ _，粘度_下降 __、浮力密度_升高_，生物活性将_丧失。 18．因为核酸分子具有_ 嘌呤；嘧啶_，所以在260nm 处有吸收峰，可用紫外分光光 度计测定。

19．双链DNA 热变性后，或在pH2 以下，或在pH12 以上时，其OD260__增加____，同样 条件下，单链DNA 的OD260__不变____。

22．mRNA 在细胞内的种类_多__，但只占RNA 总量的_5%_，它是以__DNA___为模板合成的，又是_蛋白质_合成的模板。

23．变性DNA 的复性与许多因素有关，包括样品的均一度；DNA 的浓度；DNA 片段大小；温度的影响；溶液离子强度等。

24．维持DNA 双螺旋结构稳定的主要因素是_碱基堆积力_，其次，大量存在于DNA 分子中的弱作用力如_氢键；离子键；范德华力_也起一定作用。

25．mRNA 的二级结构呈_三叶草__形，三级结构呈倒L 型形，其3＇末端有一共同碱基序列_CCA__其功能是_携带活化了的氨基酸_。 27．真核细胞的mRNA 帽子由_m7G__组成，其尾部由_polyA__组成，他们的功能分别是m7G 识别起始信号的一部分；polyA 对mRNA 的稳定性具有一定影响。

28．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_。

（三）选择题

1．ATP 分子中各组分的连接方式是：

A．R-A-P-P-P B．A-R-P-P-P C．P-A-R-P-P D．P-R-A-P-P

B：ATP 分子中各组分的连接方式为：腺嘌呤-核糖-三磷酸，既A-R-P-P-P。

2．hnRNA 是下列哪种RNA 的前体？

A．tRNA B．rRNA C．mRNA D．SnRNA

C：hnRNA 是核不均一RNA，在真核生物细胞核中，为真核mRNA 的前体。

3．决定tRNA 携带氨基酸特异性的关键部位是： A．–XCCA3`末端B．TψC 环；

C．DHU 环D．额外环E．反密码子环

E：tRNA 的功能是以它的反密码子区与mRNA 的密码子碱基互补配对，来决定携带 氨基酸的特异性。

4．根据Watson-Crick 模型，求得每一微米DNA 双螺旋含核苷酸对的平均数为：:

A．25400 B．2540 C．29411 D．2941 E．3505

D：根据Watson-Crick 模型，每对碱基间的距离为0.34nm，那么1μmDNA 双螺旋 平均含有1000nm/0.34nm 个核苷酸对数，即2941 对。

5．构成多核苷酸链骨架的关键是：

A．2′3′-磷酸二酯键B． 2′4′-磷酸二酯键

C．2′5′-磷酸二酯键D． 3′4′-磷酸二酯键E．3′5′-磷酸二酯键