9．解答：几乎在所有情况下，竞争性抑制剂都结合在酶的活性部位上。十烷双胺是一种可逆抑制剂，表明它没有同酶共价结合。过量的乙酰胆碱（底物）通过使平衡向右移动而有效地从酶的活性部位取代了十烷双胺（竞争性抑制剂）：
EI I + E
E + S ES
EI + S ES + I
其净效应是无活性的EI复合物转变成ES复合物，后者然后转变成产物并释放出酶。
10．解答：二异丙基氟磷酸需要与乙酰胆碱酯酶活性部位的丝氨酸残基接近并共价结合才能使其失活。当有十烷双胺在酶的活性部位结合时，二异丙基氟磷酸与丝氨酸残基的接近受到限制。但是，十烷双胺的结合是可逆的，处在一种动态状态中；当它从活性部位释放出来时，或是底物（乙酰胆碱）结合到活性部位上，表现出催化活性，或是二异丙基氟磷酸结合到活性部位上而使其失活。在这种情况下，二异丙基氟磷酸迟早会使所有的酶分子失活。因此，十烷双胺只能降低酶失活时速度，即延缓酶的失活。
11．解答：酶-底物（ES）复合物以及酶-转换态（ES?）的主要结合力包括电荷与电荷的相互作用、氢键、疏水相互作用和范德华力等。底物同酶的紧密结合形成的ES复合物处于热力学陷阱，导致活化能增高，使应速度降低。酶同转换态的紧密结合降低了ES?复合物的能量，减少活化能，从而使反应速度增高。
12．解答：当胰蛋白酶进行催化反应时，Asp与His的咪唑基之间形成低能障的氢键。由于Asn缺少与His的咪唑基形成氢键的羧基，因此，当Asp定点突变成Asn后，酶的活性会显著降低。
第五章 第五章 核酸
内容提要
核酸是由核苷酸组成的，而核苷酸又是由碱基、戊糖和磷酸组成的。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；核苷酸的解离性质主要是由碱基和磷酸基的解离性质决定的。
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。核苷酸之间的这种连接方式可通过电位滴定和专一性的核酸酶来确定。
DNA是由两条极性相反的、能形成互补碱基对(base pair，bp)的多聚核苷酸链组成的双螺旋分子。在DNA分子中，两条链间的腺嘌呤与胸嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶互补配对。DNA双螺旋结构主要是由三种作用力来稳定：①碱基对间的氨基和内酰胺形成分子内的氢键；②碱基对疏水的芳香环堆积产生的作用力和堆积的碱基对间的范德华力（即碱基堆积力）；③多核苷酸链骨架上带负电荷的磷酸基与介质阳离子或阳离子化合物之间形成的盐键。DNA最常见的分子构象是B-DNA，但也观察到A-DNA和Z-DNA两种构象的存在。
由于DNA分子具有一定的柔性，因此DNA分子可以形成超螺旋。DNA的超螺旋是它的结构张力的一种表现形式。DNA的超螺旋性质可以用拓扑学来描述。超螺旋密度是超螺旋的一种量度，与其长度无关，但该数值的正负性则与螺旋旋转过度（正值）或旋转不足（负值）有关。在正常生理条件下，所有天然DNA的超螺旋都是负的超螺旋。
DNA限制性内切酶能在具回文结构的特定部位上催化DNA降解。利用不同的限制性内切酶所构筑的酶切图谱（或称物理图谱）在DNA结构与功能的研究中十分有用。链终止法(chain termination method)是利用DNA(酶促)复制合成的原理所建立起来的分析DNA核苷酸（或碱基）顺序的最有效的方法。通过对不同生物来源的DNA结构分析，观察到DNA分子的组织结构上的某些特点，如基因的重叠、插入序列、重复序列以及回文结构等。
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，它们参与编码蛋白质的基因的表达。此外，还有种类繁多的病毒RNA。病毒RNA有单股的，也有双股的。造成非典型肺炎(Sars)的冠状病毒属于单股RNA病毒。
mRNA是编码蛋白质的基因的细胞内信使。mRNA的稳定性差，很容易降解，尤其是是原核生物的mRNA。原核生物和真核生物的mRNA在结构上有不同的特征。tRNA在蛋白质的合成中起着转移氨基酸的作用。单股的tRNA自身回折形成三叶草型结构，在此基础上进一步形成倒L-型的三级结构。在tRNA结构中常观察到非Watson-Crick碱基配对。rRNA是构成核糖体的主要成份。不同类型生物的rRNA的种类是不同的。在原核生物核糖体中，存在5S、16S和23S三种rRNA；在真核生物核糖体中存在5S、5.8S、18S和28S四种rRNA。
核酸同样具有紫外吸收特征，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的热变性是它的一个很重要的性质。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。复性的速度与温度、离子强度、pH、DNA的大小和浓度有关。复性的速度可以作为DNA序列复杂性的一种量度。Southern blot是在DNA变性和复性基础上建立起来的一种鉴定特定序列DNA的有效方法。
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。
习题：
1．用阳离子交换树脂分离核苷酸时，核苷酸被洗脱的先后顺序是UMP→GMP→CMP→AMP而不是UMP→GMP→AMP→CMP。为什么?
2．在中性pH下，ApGpUpC应带什么电荷?为什么?其净电荷数是多少?
3．一段由1000bp构成的双股DNA，它含有58%（G＋C）。该DNA嘧啶残基含量是多少？
4．DNA双螺旋模型的主要特征是，一条链上的碱基与另一条链上的碱基在同一个平面上配对。Watson和Crick提出，腺嘌呤只与胸嘧啶配对，鸟嘌呤只与胞嘧啶配对。出于什么样的结构考虑，使他们确定这样的配对方案?
5．从某种细菌细胞中分离到一种能切断双螺旋DNA的脱氧核糖C-2'—C-3'键的酶。该酶对超螺旋DNA有什么影响？
6．假定一闭合环状双股DNA由100个C和G交替出现的碱基对组成，当把它转移到高盐溶液中时，经受有B-型向Z-型转换。它的缠绕数、连环数以及超螺旋数会发生什么样的变化？
7．噬菌体T4在E.coil B株的培养物中很容易繁殖，但在E.coil K株的培养物中很难生存，为什么?
8．蛋白质的每个氨基酸是由三个连续的碱基规定的。编码一个50kD的蛋白质的B-DNA片段的外形长度是多少？假定该片段呈A-DNA形式，计算编码同一蛋白质的基因的外形长度。
9．胰核糖核酸酶的基因最小核苷酸对数是多少?为什么它的基因可能比你回答的核苷酸对数大得多？由于什么原因不能确定它的大小?
10．在碱性条件下使双螺旋DNA部分变性（即双螺旋结构中只有局部区域解链）。为什么碱性条件会引起双股DNA解链？你预测解链区域是富含G—C对还是富含A—T对?为什么?
11．某纯净的DNA制剂在标准条件下测得其Tm为85°C。请计算出该DNA的A+T的百分含量和它的浮力密度。
12．在DNA和RNA中，哪一种在pH11.5对降解具有较大的抗性？而在pH2.5，哪一种对降解具有较大的抗性?
13．从生物中分离的DNA被剪裁成大小均一的片段（约300 kb），加热使其分离成单链，然后冷却，使分开的链退火。请解释为什么大肠杆菌复性是均相过程而人的DNA的复性则是双相的（即较快的复性过程和较慢的复性过程）。
14．同源蛋白质的结构有什么特点？为什么你预期来自不同脊椎动物编码同源蛋白质的 DNA链彼此有杂交的内容？
15．现有两支试管，分别装有E.coli DNA和海胆DNA，但忘了给它们贴上标签。你将怎样进行鉴定?
已知：E.coli DNA：24.7％A； 25.7％C； 26％G； 23.6％T．
总A=T对：48.3％；总G≡C对：51.7％。 海胆：32.8％A；17.3％C；17.7％G；32.1％T． 总A＝T对：64.9％；总G≡C对：35％．
16．虽然大多数RNA分子是单股的，但是它们对作用于双股RNA的核糖核酸酶的降解也是敏感的。为什么?
17．为什么没有一种核酸外切酶降解噬菌体θ×174 DNA? 习题解答：
1．解答：用离子交换树脂分离核苷酸主要是根据它们与树脂上相反电荷的静电结合力的 不同以及核苷酸疏水的碱基环与树脂骨架之间非极性吸附力的差异。本来，用阳离子交换树 脂分离这四种核苷酸时，按照它们解离的差异，应该是AMP在CMP之前被洗脱下来。但是，由于嘌岭环比嘧啶环同交换树脂的非极性吸附力大三倍，抵消了它们之间的电荷差异，故出现上面的冼脱顺序。
2．解答：在中性pH条件下，ApGpUpC应带负电荷。因为第一磷酸基在此pH条件 下完全解离而带负电荷，其净电荷数为-3。
3．解答：由于该DNA含有58%（G＋C），它应含有42%（A＋T）。根据碱基配对规则，每一个A都与相反链上的T配对，A与T的数目应该相等。因此，T的含量是21%，或者含有210个T。
4．解答：DNA分子的Watson-Crick模型是以两条多核苷酸链的糖-磷酸骨架呈有规律的螺旋结构为特征。这种螺旋结构有两个限制：①一条链上的碱基必须与另一条互补链的碱基形成氢键；②使碱基与糖-磷酸骨架相连接的糖苷键必须保持大约1.1nm的间隔。A与T、 G与C的配对符合这种限制。若A与G或G与T配对，其间隔太大，以至不适合这种螺旋（即糖苷键间的间隔大于1.1nm），产生不稳定的膨胀结构，若T与C配对，其间隔太小，若A与 C配对，在空间限制范围内不能形成氢键。只有A与T、G与C互补配对，才能保持其间隔约为 1.1nm，也才能在碱基对之间有效地形成氢键，Watson-Crick螺旋结构才稳定。
5．解答：由于这种酶只作用于双螺旋DNA的脱氧核糖C-2'—C-3'键，不能催化核苷酸间的磷酸二酯键的裂解，故对超螺旋DNA不产生影响。
6．解答：在由B-型向Z-型转换时，B-DNA每个右手螺旋10.5bp转变成Z-DNA的每个左手螺旋12bp。由于右手双螺旋是正向的，因此缠绕数的减少是△T＝﹣(100/10.5)＋(﹣100/12)＝﹣17.9(轮)。它的连环数保持不变（△L＝0）。由于没有共价键的断裂，因此它的超螺旋数的变化是△W＝17.9轮
7．解答：一种可能的解释是E.coli K株含有识别该病毒DNA的特定的碱基顺序的限制性内切酶，这些酶能催化该病毒DNA降解。细菌本身的DNA则由于这些特定顺序被甲基化而受到保护，免于降解。由于该病毒在B菌株中很容易繁殖，因此B株可能缺少限制性内切酶，或者具有不同专一性的限制性内切酶，即它们不能识别这种病毒DNA。
8．解答：蛋白质中的氨基酸残基的平均分子量大约110。50 kD的蛋白质含有（50 000 D÷110）455个氨基酸。每个氨基酸是由三个连续的碱基编码，编码455个氨基酸需要3×455＝1365个碱基（或核苷酸）。B-DNA的每个碱基对的长度是0.34nm，因此它的外形长度是0.34nm /bp×1345bp＝0.46μm。在A-DNA中，每个碱基对的长度是0.28nm，它的外形长度是0.28nm /bp×1345bp＝0.38μm。
9．解答： 胰核糖核酸酶含有124个氨基酸残基，因此编码它的基因的核苷酸对数至少应有 124×3=372(bp)。这一大小仅仅是从(有活性的)核糖核酸酶的氨基酸残基数确定的。但是，该酶的基因也许含有前导顺序或信号顺序的密码子（这在新产生的蛋白质分子中常常发现有这样的顺序）、多个插入顺序以及其他可能的调节顺序。因此，372bp是一个最小的值，实际的大小可能是它的几倍。
10．答：增高pH会引起核酸某些碱基和所有的磷酸基电离，其净结果是带负电荷的基团 增加。由于同种电荷的相互排斥，使得DNA双螺旋失去稳定而解链。稳定双螺旋结构的作用力之一是碱基对间的氢键，即A=T和G≡C。A=T对只有两个氢键，而G≡C对却有三个氢键。克服G≡C对间的三个氢键比克服A=T对间的两个氢键所需要的力大。因