生物化学--第三章 核酸化学-核酸(4-6节)
生物化学(第三版)课后习题详细解答
生物化学（第三版）课后习题详细解答第三章氨基酸提要α-氨基酸是蛋白质的构件分子，当用酸、碱或蛋白酶水解蛋白质时可获得它们。
蛋白质中的氨基酸都是L型的。
但碱水解得到的氨基酸是D型和L型的消旋混合物。
参与蛋白质组成的基本氨基酸只有20种。
此外还有若干种氨基酸在某些蛋白质中存在，但它们都是在蛋白质生物合成后由相应是基本氨基酸（残基）经化学修饰而成。
除参与蛋白质组成的氨基酸外，还有很多种其他氨基酸存在与各种组织和细胞中，有的是β-、γ-或δ-氨基酸，有些是D型氨基酸。
氨基酸是两性电解质。
当pH接近1时，氨基酸的可解离基团全部质子化，当pH在13左右时，则全部去质子化。
在这中间的某一pH（因不同氨基酸而异），氨基酸以等电的兼性离子（H3N+CHRCOO-）状态存在。
某一氨基酸处于净电荷为零的兼性离子状态时的介质pH称为该氨基酸的等电点，用pI表示。
所有的α-氨基酸都能与茚三酮发生颜色反应。
α-NH2与2,4-二硝基氟苯（DNFB）作用产生相应的DNP-氨基酸（Sanger反应）；α-NH2与苯乙硫氰酸酯（PITC）作用形成相应氨基酸的苯胺基硫甲酰衍生物（Edman反应）。
胱氨酸中的二硫键可用氧化剂（如过甲酸）或还原剂（如巯基乙醇）断裂。
半胱氨酸的SH基在空气中氧化则成二硫键。
这几个反应在氨基酸荷蛋白质化学中占有重要地位。
除甘氨酸外α-氨基酸的α-碳是一个手性碳原子，因此α-氨基酸具有光学活性。
比旋是α-氨基酸的物理常数之一，它是鉴别各种氨基酸的一种根据。
参与蛋白质组成的氨基酸中色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸在紫外区有光吸收，这是紫外吸收法定量蛋白质的依据。
核磁共振（NMR）波谱技术在氨基酸和蛋白质的化学表征方面起重要作用。
氨基酸分析分离方法主要是基于氨基酸的酸碱性质和极性大小。
常用方法有离子交换柱层析、高效液相层析（HPLC）等。
习题1.写出下列氨基酸的单字母和三字母的缩写符号：精氨酸、天冬氨酸、谷氨酰氨、谷氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。
生物化学第三章核酸
第三节 RNA的结构与功能
Structure and Function of RNA
• DNA和RNA的区别
不同点 戊糖 碱基 二级结构 碱基互补配对 种类 RNA 核糖 G C A U 单链 忠实性较低 多 （mRNA，rRNA， tRNA 等） DNA 脱氧核糖 G C A T 双链 忠实性高 少
碱基互补配对: 腺嘌呤/胸腺嘧啶(A-T)
4.双螺旋表面存在大沟和小沟
小沟
大沟
（二） DNA二级结构的多样性
• 三种DNA构型的比较
螺距 旋向 (nm) 每圈碱 基数 螺旋直径 （nm） 骨架 走行
存在条件
A型 右手 B型 右手
2.3 3.54
11 10.5
2.5 2.4
平滑 平滑
体外脱水 生理条件
（二）碱基
碱基(base)是含氮的杂环化合物。
腺嘌呤
嘌呤 碱基 嘧啶 鸟嘌呤 存在于DNA和RNA中
胞嘧啶
尿嘧啶 胸腺嘧啶 仅存在于RNA中 仅存在于DNA中
NH2
嘌呤(purine，Pu)
N 7 8 9 NH
N
N
NH
5 4
6 3 N
1N 2
腺嘌呤(adenine, A)
O N
N
NH
NH
鸟嘌呤(guanine, G)
(二) 原核生物DNA的环状超螺旋结构
原核生物DNA多为环状，以负超螺旋的形 式存在，平均每200碱基就有一个超螺旋形成。
DNA超螺旋结构的电镜图象
(三) DNA在真核生物细胞核内的组装
真核生物染色体由DNA和蛋白质构成
基本单位是核小体
DNA染色质呈现出的串珠样结构。 染色质的基本单位是核小体(nucleosome)。
生物化学
第一章．生物化学绪论1.生命的生物化学定义：生命系统包含储藏遗传信息的核酸和调节代谢的酶蛋白。
但是已知某种病毒生物却无核酸(朊病毒)。
2.生命（生物体）的基本特征：（1）细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）。
( 2 ) 新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能。
( 3 )生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质。
（4）生物具有个体发育和系统进化的历史。
( 5 )生物对外界可产生应激反应和自我调节，对环境有适应性。
3.化学是在原子、分子水平上，研究物质的组成，结构、性质和变化规律的一门基础自然科学。
生物化学就是生命的化学。
4.生物化学：运用化学的原理和方法，研究生物体的物质组成和生命过程中的化学变化，进而深入揭示生命活动的化学本质的一门科学。
5.生命体的元素组成：在地球上存在的92种天然元素中，只有28种元素在生物体内被发现。
第一类元素：包括C、H、O和N四种元素，是组成生命体最基本的元素。
这四种元素约占了生物体总质量的99%以上。
第二类元素：包括S、P、Cl、Ca、K、Na和Mg。
这类元素也是组成生命体的基本元素。
第三类元素：包括Fe、Cu、Co、Mn和Zn。
是生物体内存在的主要少量元素。
第四类元素：包括Al、As、B、Br、Cr、F、Ga、I、Mo、Se、Si等。
偶然存在的元素。
6.生命分子是碳的化合物：生命有机体的化学是围绕着碳骨架组织起来的。
生物分子中共价连接的碳原子可以形成线状的、分支的或环状的结构。
7.生物（生命）分子是生物体和生命现象的结构基础和功能基础，是生物化学研究的基本对象。
生物分子的主要类型包括：多糖、聚脂、核酸和蛋白质等生物大分子。
维生素、辅酶、激素、核苷酸和氨基酸等小分子。
8 .生物大分子的结构与功能：研究生物分子的结构和功能之间的关系，代表了现代生物化学与分子生物学发展的方向。
9.生物化学的内容：静态生物化学：研究生物有机体的化学组成、结构、性质和功能。
动态生物化学：研究生命现象的物质代谢、能量代谢与代谢调节。
生物化学大学教材
生物化学一、生物化学概述(一)生物化学研究的基本内容生物化学是研究生物的化学组成和生命过程中各种化学变化的科学，是研究生命的化学本质的科学。
生物化学的研究内容包括以下三个方面：研究生命有机体的化学组成、生物分子，特别是生物大分子的结构、相互关系及其功能。
研究细胞中的物质代谢与能量代谢。
生物大分子的合成降解及代谢途径的调控细胞中进行的化学过程。
组织和器官机能的生物化学。
(二)生物化学的发展简史20世纪初，生物化学作为一个独立学科出现。
生物化学发展史中，有两个重要的突破。
一是1897年发现了酶作为生物催化剂的作用；二是1944发现了核酸作为遗传信息载体的作用。
1911 年：Funk 结晶出复合维生素B，提出“vitamine”一词，现为“vitamin”1926 年：Sunmer 首次将酶（脲酶）结晶，证明了酶的蛋白质本质（1946 年获Nobel 奖）1944 年：Avery 等人通过细菌的转化试验证实DNA 是遗传信息的载体。
（未获Nobel 奖）20 世纪50 年代后生物学进入分子水平。
该领域一大批科学家先后获得诺贝尔奖。
1953年，Watson和Crick推导出了DNA的三维结构。
1958 年（Nobel）：英国化学家Sanger 测定了胰岛素一级结构。
1962 年（Nobel）：英国物理学家Kendrew（肌红蛋白）Perutz（血红蛋白）解析了蛋白质的三维结构。
法国生物学家Jocob, Monod：遗传信息流（1965）美国生物化学家Nirenberg：破遗遗传密码（1969）美国生物化学家Holly：解析tRNA结构（1969）1978 年（Nobel）：Mitchell 提出氧化磷酸化的偶联学说“化学渗透学说”英国化学家Sanger : DNA测序（1983）1989 年（Nobel）：Cech & Altman 分别发现了ribozyme。
等等其他重要事件我国科学家在生物化学领域所作的突出工作：1965年，我国首次人工合成了结晶牛胰岛素。
生物化学第三章核酸化学
核糖核酸酶类
牛胰核糖核酸酶：存在于牛胰中，简称为 RNaseⅠ，只作用于RNA，十分耐热，是具 有极高专一性的内切酶。 核糖核酸酶T1：从米曲霉中获得的，耐热， 耐酸，专一性更强。 核糖核酸酶T2：来源同T1，核酸酶：也叫做DNaseⅠ， 需要镁离子参与，切断双链DNA或者单链 DNA为寡聚核苷酸，平均长度为4个核苷酸。 ② 牛脾脱氧核糖核酸酶：也叫做DNaseⅡ， 需要钠离子激活，镁离子抑制活性。 ③ 限制性内切酶：主要降解外源性DNA，目 前发现有数千种，是基因工程最重要的工 具酶。
RNA功能的多样性
① ② ③ ④ ⑤ 控制蛋白质的生物合成； 作用于RNA转录后的加工与修饰； 基因表达与细胞功能调节； 生物催化与其他的细胞功能 遗传信息的加工与进化
第三节
核酸的分子结构
一． 核酸中核苷酸的连 接方式 二． DNA的分子结构 三． RNA的分子结构
核酸中核苷酸的连接方式
1. 核苷酸可以被酸、碱 和酶水解，水解后产 生寡核苷酸、核苷酸、 核苷和碱基。 2. 实验证明，核苷酸是 通过磷酸二酯键彼此 相连，并且形成的是 3’-5’磷酸二酯键（后 面核酸降解中详细说 明）。
tRNA的一级结构特点
① 一般由73-78个核苷酸组成； ② 碱基中有较多的稀有碱基； ③ 3’末端均有CCA-OH结构，用以携带氨基 酸，5’多为pG或者pC。
tRNA的二级结构特点
① 氨基酸臂，由3’和5’末端的7对互补碱基构 成，携带氨基酸，富含G，形成双螺旋； ② 二氢尿嘧啶环，8-12个核苷酸组成，由34对碱基构成双螺旋； ③ 反密码子环，7个核苷酸组成，其中3个组 成反密码子环； ④ 额外环，是tRNA分类的重要标志 ⑤ TψC环，是tRNA中起连接作用的。
大学 基础生物化学 核酸化学-林
Chargaff定律：DNA的碱基组成具有
生物种的特异性 无组织/器官特异性 不受生长发育、营养状况及环境条件的 影响
DNA双螺旋结构模型： 要点 ？稳定因素？
DNA双螺旋结构模型要点
1. 两条链反向平行，围绕同 一中心轴构成右手双螺 旋 (double helix)。螺旋 直径2 nm，表面有大沟 和小沟。 2. 磷酸-脱氧核糖骨架位于 螺旋外侧，碱基垂直于 螺旋轴而伸入内侧。每 圈螺旋含10个碱基对 (bp)，螺距为3.4 nm。
（一） RNA与DNA结构的比较
P66
1、组成：RNA是核糖，碱基U代T，RNA核苷 酸少（几十--几千）. 2、一级结构的连接键（3′，5′-磷酸二酯 键）相同，表示方法相同。
5' ACTGCTAAC 3'
注意读向： 5′→3′
（二）、DNA的二级结构——双螺旋结构
DNA双螺旋结构的研究背景
碱基组成分析 (P59)
Chargaff 规则：[A] = [T] [G] = [C] 碱基的理化数据分析 A-T、G-C以氢键配对较合理 DNA纤维的X-线衍射图谱分析
Chargaff定律：DNA的碱基组成(P59)
Watson和Crick提出DNA结构的双螺旋模型
Crick提出遗传信息传递的中心法则 建立DNA重组技术
• 80年代以后 分子生物学、分子遗传学等学科突飞猛进发展， 实施人类基因组计划（HGP）
COVER Photograph of the Honghe Hani rice terraces in Yunnan Province, China. In this issue, two separate research groups report draft sequences of two strains of rice--japonica and indica. In addition, the Editorial, News Focus, Letters, and Perspectives highlight the significance of the rice genome to the world's population. [Image: Liwen Ma and Baoxing Qiu, Beijing Genomics Institute] 青山衬托之下，是一片金灿灿 的中国水稻梯田。2002年4月5 日以中国梯田为封面的« Science»杂志以14页篇幅率先 发表了一个重大成果—中国人 独立完成的论文《水稻（籼稻） 基因组的工作框架序列》，显 示对中国科学家成就充分肯定。
生物化学 课本答案
第二章蛋白质一、课后习题1. 用对与不对回答下列问题。
如果不对，请说明原因。
（1）构成蛋白质的所有氨基酸都是L 型的。
（2）当谷氨酸在pH4.5 的醋酸盐缓冲液中进行电泳时，它将向正极移动。
（3）如果用末端测定法测不出某肽的末端，则此肽必定是个环肽。
（4）α-螺旋就是右手螺旋。
（5）β-折叠仅仅出现在纤维状蛋白质分子中。
2. 已知 Lys 的ε-氨基的pK’a 为10.5，问pH9.5 时，Lys 溶液中将有多少分数这种基团给出质子（即[-NH3+]和[-NH2]各占多少）？3. 在强酸性阳离子交换柱上 Asp、His、Gly 和Leu 等几种氨基酸的洗脱顺序如何？为什么？4. Gly、His、Glu 和Lys 分别在pH1.9、6.0 和7.6 三种缓冲液中的电泳行为如何？电泳完毕后它们的排序如何？5. 1.068g 的某种结晶α-氨基酸，其pK1’和pK2’值分别为2.4 和9.7，溶解于100ml 的0.1mol/LNaOH 溶液中时，其pH 为10.4。
计算该氨基酸的相对分子量，并提出可能的分子式。
6. 求 0.1mol/L 谷氨酸溶液在等电点时三种主要离子的浓度各为多少?7. 向 1L 1mol/L 的处于等电点的氨基酸溶液中加入0.3 molHCl，问所得溶液的pH 是多少？如果加入0.3molNaOH 以代替HCl 时，pH 又将如何？8. 现有一个六肽，根据下列条件，作出此六肽的氨基酸排列顺序。
（1） DNFB 反应，得到DNP-Val;（2）肼解后，再用DNFB 反应，得到DNP-Phe;（3）胰蛋白酶水解此六肽，得到三个片段，分别含有1 个、2 个和3 个氨基酸，后两个片段呈坂口反应阳性。
（4）溴化氢与此六肽反应，水解得到两个三肽，这两个三肽片断经DNFB 反应分别得到DNP-Val 和DNP-Ala。
9. 有一九肽，经酸水解测定知由4 个氨基酸组成。
用胰蛋白酶水解成为两个片段，其中一个片断在280nm 有强的光吸收,并且对Pauly 反应、坂口反应都呈阳性；另一个片段用CNBr 处理后释放一个氨基酸与茚三酮反应呈黄色。
DNA复制
DNA复制，即DNA生物合成，是以碱基互补为基础的一个严格的脱氧核苷酸分子逻辑组合的过程，对真核细胞来说，它发生在细胞周期的S期。
揭示DNA复制的奥秘，起初是从原核细胞开始的，从中积累了丰富的实验依据，发现DNA复制的规律。
随后的研究进一步证明，真核生物DNA复制的过程与原核生物基本相似。
因此，本节主要叙述的是原核生物DNA复制过程。
DNA复制基本上可分为解链、引发、延长及终止四个阶段。
一、DNA复制的一般特点1.DNA的双螺旋的两条链在局部需要解开,以利于每条链作模板。
2. DNA的局部解旋引起周围区域过度缠绕, 拓朴异构酶使超螺张力释放.3.DNA聚合酶以5`到3`方向合成。
DNA的两条链方向相反，因此，,一条链的合成是连续的，而另一条链的合成则是不连续的。
不连续链每个片段的合成都是独立进行的，然后各片段再连接起来。
4. DNA复制必须高度精确, DNA复制错误率大约是1/1010,校正机制保证新合成的NA的正确性。
5. DNA的合成必须非常迅速, 其合成速度与基因组的大小及细胞分裂速度有关。
6. 复制器本身不能复制线性DNA的末端,一种特殊的端粒酶参与端粒的复制。
二、复制的起始DNA复制的起始阶段，由下列两步构成。
（一）预引发：1．解旋解链，形成复制叉由拓扑异构酶和解链酶作用，使DNA的超螺旋及双螺旋结构解开，碱基间氢键断裂，形成两条单链DNA。
单链DNA结合蛋白（SSB）结合在两条单链DNA上，形成复制叉。
图10-21 复制叉的三维作用结构（二）引发体组装：由蛋白因子（如dnaB等）识别复制起始点，并与其他蛋白因子以及引物酶一起组装形成引发体。
图10-22 引发体形成1.dnaA结合于复制起始点（oric）2.dnaA与DNA形成复合物引起DNA的解链3.dnaA在dnaC的辅助下推动DNA双链解开三、复制的延长（一）聚合子代DNA：1. 需要引物参与DNA复制的DNA聚合酶，必须以一段具有3’端自由羟基（3’-OH）的RNA 作为引物(primer) ，才能开始聚合子代DNA链。
《生物化学》第三章
- 14 -
第一节 酶的结构与功能
三、酶的特性与作用机制
4．表面效应
酶的活性中心多由氨基酸残基 的疏水基团组成，构成相对稳定的 疏水环境。底物与酶在酶活性中心 内部的疏水环境中结合，可防止底 物与酶之间形成水化膜，有利于两 者之间的接触反应。
- 15 -
第一节 酶的结构与功能
四、酶活性的调节
酶原与酶原激活
现已发现有数种同工酶，如6-磷酸葡萄糖脱氢酶、乳酸脱氢酶、肌酸磷酸激 酶、核糖核酸酶等。其中乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）是最早 发现的同工酶。不同类型的LDH同工酶在不同组织中的比例不同，心肌中以 LDH1及LDH2较为丰富，骨骼肌及肝中含LDH4及LDH5较多，这种分布与 各器官的生理功能相关。LDH同工酶相对含量的改变在一定程度上更敏感地 反映了某些脏器的功能状况。
一、酶的分子组成
现知大多数维生素是组成许多酶的辅酶或辅基的 成分（详见第十五章）。体内酶的种类很多，而辅酶 （基）的种类却较少，通常一种酶蛋白只能与一种辅 酶结合，成为一种特异的酶，但一种辅酶往往能与不 同的酶蛋白结合构成许多种特异性酶。
-6-
第一节 酶的结构与功能
二、酶的活性中心
生物化学3-核酸作业参考答案
Chapter 4 Nucleic acids专业________ 学号_________ 姓名________ 成绩________一、填空题（20分，每空0.5分）1. 核酸可分为和两大类，前者主要存在于真核细胞的和原核细胞的部位，后者主要存在细胞的部位。
(DNA,RNA,细胞核,拟核区，细胞质) 2. 构成核酸的基本单位是，由，和连接而成。
(核苷酸，碱基，戊糖，磷酸)3. 在各种RNA中，含量最多，含稀有碱基最多，半寿期最短。
(rRNA,tRNA,mRNA)4. 维持DNA的双螺旋结构稳定的作用力有，，。
(碱基堆积力，氢键，离子键)5. 组成DNA的两条多核苷酸链是的，两链的碱基序列，其中与配对，形成两对氢键，与配对，形成三对氢键。
（反向平行，互补配对，A,T，C,G）6. 当温度逐渐升高到一定的高度时，DNA双链，称为。
当“退火”时，DNA的两条链，称为。
（打开，变性，重新配对，复性）7. 核酸在复性后260nm波长的紫外吸收，这种现象称为效应。
（变性，减小，减色）8. tRNA的二级结构呈形，三级结构的形状象。
（三叶草。
倒“L”）9. 富含的DNA比富含的DNA具有更高的溶解温度。
（GC，AT）10.DNA的双螺旋结构模型是和于1953年提出的。
（Watson，Crick）11.DNA的T m值大小与三个因素有关，它们是，，。
（GC对，DNA均一性，溶液离子强度）12.PCR是通过、和三个步骤循环进行DNA扩增的。
（变性，退火，延伸）二、选择题（20分）1. 细胞内游离核苷酸分子的磷酸基团通常连接在糖的什么位置上？（）aa. C5’b. C3’c. C2’d. C1’2. 关于双链DNA碱基含量的关系哪个是错误的？( )ba. A=Tb. A+T=G+Cc. C=Gd. A+G=C+T3. 下列关于DNA的叙述哪项是错误的？( )ba. 两条链反向平行b. 所有生物中DNA均为双链结构c. 自然界存在3股螺旋DNAd. 分子中稀有碱基很少4. Southern印记法是利用DNA与下列何种物质之间进行分子杂交的原理？（）da. RNAb. 蛋白质c. 氨基酸d. DNA5. RNA分子中常见的结构成分是（）ba. AMP、CMP和脱氧核糖b. GMP、UMP和核糖c. TMP、AMP和核糖d. UMP、CMP和脱氧核糖6. 热变性的DNA（）aa. 紫外吸收增加b. 磷酸二酯键断裂c. 形成三股螺旋d. (G+C)含量增加7. DNA的Tm与介质的离子强度有关，所以DNA制品应保存在（）aa. 高浓度的缓冲液中b. 低浓度的缓冲液中c. 纯水中d. 有机溶液中8. 下面关于核酸的叙述中不正确的是( )ca. 在嘌呤和嘧啶之间存在着碱基对b. 当胸腺嘧啶与嘌呤配对时，由于甲基阻止氢键形成而导致碱基配对效率下降c. NaOH溶液只能水解DNA，不能水解RNAd. 在DNA分子总有氢键连接的碱基平面与螺旋平行9. 在适宜条件下，核酸分子的两条链能否自行杂交，取决于：（）da. DNA的熔点b. 序列的重复程度c. 核酸链的长短d. 碱基序列的互补10.DNA与RNA两类核酸分类的主要依据是：（）ca. 空间结构不同b. 所含碱基不同c. 所含戊糖不同d. 细胞中的位置不同11. 在核酸分子中核苷酸残基之间的连接方式为（）ca. 2’,3’-磷酸二酯键b. 氢键c. 3’,5’-磷酸二酯键d. 糖苷键12.DNA复性的重要标志是（）da. 溶解度降低b. 溶液黏度降低c. 紫外吸收增大d. 紫外吸收降低13.分离出某病毒核酸的碱基组成为A=27%,G=30%,C=22%,T=21%,该病毒为（）aa. 单链DNAb. 双链DNAc. 单链RNAd. 双链RNA14.DNA复制时，序列5’-TpApGpAp-3’将合成下列哪种互补结构？（）aa. 5’-TpCpTpAp-3’b. 5’ApTpCpTp-3’c.5’-UpCpUpAp-3’d.5’-GpCpGpAp-3’15.核酸对紫外线的吸收是由哪一结构所产生的（）ca. 磷酸二酯键b. 核糖c. 嘌呤嘧啶环上的共轭双键d. 核苷键16.在Watson-Crick的DNA结构模型中，下列正确的是（）aa. 双股链的走向是反向平行的b. 嘌呤和嘌呤配对，嘧啶和嘧啶配对c. 碱基之间共价结合d. 磷酸戊糖主链位于螺旋内侧17.DNA变性的原因是（）da. 磷酸二酯键断裂b. 多核苷酸解聚c. 碱基的甲基化修饰d. 互补碱基之间的氢键断裂18.下列关于RNA的叙述哪一项是错误的（）ca. RNA不仅只有是单链的形式存在的b. tRNA是最小的一种RNAc. 胞质中只有一种RNA，即mRNAd. 组成核糖体的主要是rRNA19. 原核生物核体为（）aa.70Sb.80Sc.60Sd.50S20.下列核酸中稀有碱基或修饰核苷相对含量最高的是（）ca. DNAb. rRNAc. tRNAd. mRNA三、是非题（5分）√（）1. DNA和RNA都易溶于水而难溶于有机溶剂√（）2. 不同生物的DNA碱基组成各不相同，同种生物的不同组织器官中DNA组成均相同（）3. 在1mol/L NaOH溶液中，RNA和DNA同样不稳定，易被水解成单核苷酸。
中职生物化学课件第3-4章
核苷和脱氧核苷的化学结构式
2.核苷酸（脱氧核苷酸）：核苷（脱氧核苷）戊糖C －5´与磷酸通过磷酸酯键相连形成。
DNA和RNA分子组成的区别、核苷酸的命名及缩写
组成 磷酸 戊糖 碱基 核苷酸
DNA
RNA
无差别
脱氧核糖
核糖
A、G、C、T
A、G、C、U
脱氧腺苷一磷酸（dAMP） 脱氧鸟苷一磷酸（dGMP） 脱氧胞苷一磷酸（dCMP） 脱氧胸苷一磷酸（dTMP）
三、DNA的高级结构
DNA的高级结构
原核生物DNA分子 多数是封闭的环状 双螺旋分子，在此 基础上进一步盘曲 形成超螺旋结构贮 存于细胞内。
真核生物DNA为线性 分子，由DNA和组蛋 白形成核小体后，以 此为基本单位形成染 色质细丝，进一步盘 曲形成螺线管，再盘 曲折叠形成超螺丝管 ，最终压缩成染色单 体。
二、酶的结构
酶的结构
必需基团： 酶分子中， 与酶活性相 关的化学基 团称为酶的 必需基团。
活性中心：必
需基团在酶的空 间结构上彼此靠 近，形成具有一 定空间构象的区 域，能与底物特 异性地结合并将 底物转化为产物 ，这一区域称为 酶的活性中心。
活性中心内 的必需基团 必需基团
活性中心外 的必需基团
有较强 的酸性 极性化合
物，微溶
于水，不溶 线性大分子，有机溶剂 在溶液中粘
度很大
二、核酸的紫外吸收
原理 嘌呤碱和嘧啶碱中都 含有共轭双键
最大吸 260nm
收峰
应用 可用于核酸的定性和 定量分析
三、DNA的变性与复性
（一）DNA的变性
❖ 概念：在某些理化因素作用下（常用高温变性， 称热变性），使DNA分子双链间的氢键断裂， DNA双链解开形成单链的过程。
《生物化学(药)》课程作业(必做)
浙江大学远程教育学院《生物化学（药）》课程作业（必做）姓名：朱明学号：712206222001年级：2012年春药学学习中心：金华学习中心—————————————————————————————第二章蛋白质化学一、填空题1.答案：盐溶盐析2.答案：肽键氨基羧基共价键3.答案：色氨酸酪氨酸残基蛋白质的含量4. 答案：生物学活性溶解性理化5. 答案：16% 氨基酸 20种甘氨酸脯氨酸 L-α—氨基酸6. 答案：α—螺旋β—折叠β—转角无规卷曲7. 答案：分子构象变构效应剂8. 答案：α-氨基α羧基稳定平行9. 答案：负电荷正极负极10. 答案：氢键离子键(盐键) 疏水作用范德华力11. 答案：亚基12. 答案：颗粒表面水化膜表面带有同种电荷，13. 答案：空间构象空间构象14. 答案：酸碱二、名词解释1. 肽键：答案：由蛋白质分子中氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水形成的共价键（-CO-NH-），又称酰胺键。
2. 蛋白质一级结构：答案：指肽链中通过肽键连接起来的氨基酸排列顺序，这种顺序是由基因上遗传信息所决定的。
维系蛋白质一级结构的主要化学键为肽键，一级结构是蛋白质分子的基本结构，它是决定蛋白质空间结构的基础。
3. 蛋白质的构象：答案：各种天然蛋白质分子的多肽链并非以完全伸展的线状形式存在，而是通过分子中若干单键的旋转而盘曲、折叠，形成特定的空间三维结构，这种空间结构称为蛋白质的构象。
蛋白质的构象通常由非共价键（次级键）来维系。
4.蛋白质的二级结构：答案：是指蛋白质多肽链主链原子局部的空间结构，但不包括与其他肽段的相互关系及侧链构象的内容。
维系蛋白质二级结构的主要化学键是氢键。
5. 肽键平面：答案：肽键不能自由旋转而使涉及肽键的6个原子共处于同一平面，称为肽单元或肽键平面。
但由于α-碳原子与其他原子之间均形成单键，因此两相邻的肽键平面可以作相对旋转。
6. α-螺旋：答案：是多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的有规律的螺旋构象，其结构特征为：⑴为一右手螺旋；⑵螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm；⑶螺旋以氢键维系。
生物化学-核酸
4.分子杂交
DNA单链与在某些区域有互补序列的异源DNA单链 或RNA链形成双螺旋结构的过程。这样形成的新 分子称为杂交DNA分子。
核酸的杂交在分子生物学和遗传学的研究中具有 重要意义。
Southern 杂交（Southern bolting） Northern 杂交（Northern bolting） Western 杂交 （Western bolting）
1. 变性
稳定核酸双螺旋次级键断裂，空间结构破坏，变成单链 结构的过程。核酸的的一级结构(碱基顺序)保持不变。
变性表征 生物活性部分丧失、粘度下降、浮力密度升高、紫外吸 收增加（增色效应）
变性因素 pH（>11.3或<5.0） 变性剂（脲、甲酰胺、甲醛） 低离子强度 加热
2. 热变性和Tm
的聚腺苷酸(polyA)，称为 “尾结构” ，5’ -末端 有一个甲基化的鸟苷酸，称为” 帽结构“ 。
五、snRNA （small nucleic RNA 核小RNA）
scRNA （small cytoplasmic RNA） asRNA （antisense RNA）
第五节 核酸的性质
一、一般的理化性质
5
二氢尿嘧啶核苷 D
取代核苷的表示方式
OH
7-甲基鸟苷 m5G
四、核苷酸（nucleotide）
核苷酸
核苷+磷酸 戊糖+碱基+磷酸
HH
五、核苷酸衍生物
1. 继续磷酸化
NH2
N
N
O O- P
O-
O O- P
O-
O O- P
基础生物化学-核酸化学联系
第一章核酸化学或第一节核酸导言一、核酸的发现1868年，瑞士的科学家F.Miescher从外科绷带上的脓细胞的核中分离出一种富含磷元素的酸性化合物，称为“核素”(nuclein)。
1889年，Altman等人从酵母和动物的细胞核中制得了不含蛋白质的核酸，首次使用“核酸”（nucleic acid）一词。
二、核酸是遗传与变异的物质基础1944年O.t.Avery等人通过细菌转化实验（肺炎双球菌转化实验）证明核酸是遗传物质。
PPT部分如下：S球菌：有毒肺炎球菌，光滑、有夹膜。
R型球菌：无毒肺炎球菌，粗糙、无夹膜。
二、核酸的种类及分布核酸是生物体内的高分子化合物，包括DNA和RNA两大类。
1.脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid, DNA)分布：原核生物：核质区、质粒。
真核生物：95%在细胞核、5%在线粒体和叶绿体。
功能：携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型(genotype)。
2.核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）分布：原核生物：细胞质真核生物： 75%在细胞质15%在线粒体和叶绿体10%在细胞核RNA种类：mRNA （信使RNA , messenger RNA）：约占总RNA的5％，蛋白质合成模板。
rRNA（核糖体RNA，ribosoal RNA）：约占总RNA的80％，核蛋白体组分。
原核生物核糖体中有三类rRNA：5S、16S、23S真核生物核糖体中有四类rRNA：5S、5.8S、18S、28StRNA（转移RNA，transfer RNA）：约占总RNA的10％～15％，转运氨基酸。
hnRNA（核内不均一RNA）:成熟mRNA的前体。
snRNA(核内小RNA)：参与hnRNA的剪接、转运。
snoRNA（核仁小RNA）：rRNA的加工、修饰。
scRNA（胞浆小RNA）：蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分。
第二节核酸组成成分一.元素组成主要元素有C、H、O、N、P与蛋白质比较，核酸一般不含S，而P的含量较为稳定，占9-11%。
《生物化学(乙)》必做作业答案
浙江大学远程教育学院《生物化学（乙）》课程作业答案（必做）第二章蛋白质化学一、填空题1.答案：肽键氨基羧基共价键2. 答案：16% 氨基酸 20种甘氨酸脯氨酸 L-α—氨基酸3. 答案：α—螺旋β—折叠β—转角无规卷曲4. 答案：氢键离子键(盐键) 疏水作用范德华力5. 答案：亚基6. 答案：颗粒表面水化膜表面带有同种电荷，二、名词解释1. 蛋白质一级结构：答案：指肽链中通过肽键连接起来的氨基酸排列顺序，这种顺序是由基因上遗传信息所决定的。
维系蛋白质一级结构的主要化学键为肽键，一级结构是蛋白质分子的基本结构，它是决定蛋白质空间结构的基础。
2. 肽键平面：答案：肽键不能自由旋转而使涉及肽键的6个原子共处于同一平面，称为肽单元或肽键平面。
但由于α-碳原子与其他原子之间均形成单键，因此两相邻的肽键平面可以作相对旋转。
3. 亚基：答案：某些蛋白质作为一个表达特定功能的单位时，由两条以上的肽链组成，这些多肽链各自有特定的构象，这种肽链就称为蛋白质的亚基。
4. 变构效应：答案：蛋白质空间构象的改变伴随其功能的变化，称为变构效应。
具有变构效应的蛋白质称为变构蛋白，常有四级结构。
以血红蛋白为例，一分子氧与一个血红素辅基结合，引起亚基构象变化，进而引进相邻亚基构象变化，更易与氧气结合。
5.肽：答案：一个氨基酸分子的α-羧基与另一个氨基酸分子的α-氨基在适当的条件下经脱水缩合即生成肽键，多个氨基酸以肽键连接成的反应产物称为肽。
三、问答题1．什么是蛋白质的二级结构？它主要有哪几种？各有何特征？答案：蛋白质二级结构是指多肽链主链原子的局部空间排布，不包括侧链的构象。
它主要有α－螺旋、β－折叠、β－转角和无规卷曲四种。
在α－螺旋结构中，多肽链主链围绕中心轴以右手螺旋方式旋转上升，每隔3.6个氨基酸残基上升一圈。
氨基酸残基的侧链伸向螺旋外侧。
每个氨基酸残基的亚氨基上的氢与第四个氨基酸残基羰基上的氧形成氢键，以维持α－螺旋稳定。
生物化学讲义（3）讲述
⽣物化学讲义（3）讲述第三章核酸（6学时）核酸是⽣命最重要的分⼦，最简单的⽣命仅含有核酸（病毒）。
1868年⾸次在绷带上的脓细胞核中发现⼀种富含磷酸呈酸性⼜不溶于酸溶液的分⼦，命名为核素，其实是核蛋⽩，1898年从⼩⽜的胸腺中提取了⼀种溶于碱性溶液中的纯净物，这才是真正的核酸，从此，对核酸的研究全⾯展开，揭开了⽣物化学领域惊天动地的⼀页。
1944年Avery等所完成的著名肺炎双球菌转化试验，证明了DNA是遗传物质，⽽不是蛋⽩质。
1953年Watson-Crick提出DNA的双螺旋结构模型，从分⼦结构上阐明了DNA的遗传功能。
核酸（nucleic acid）是重要的⽣物⼤分⼦，它的构件分⼦是核苷酸（nucleotide），天然存在的核酸可分为脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）和核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）两类。
DNA贮存细胞所有的遗传信息，是物种保持进化和世代繁衍的物质基础。
RNA中参与蛋⽩质合成的有三类：转移RNA（transfer RNA，tRNA），核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）和信使RNA（messenger RNA，mRNA）。
20世纪末，发现许多新的具有特殊功能的RNA，⼏乎涉及细胞功能的各个⽅⾯。
第⼀节碱基、核苷和核苷酸⼀、核酸的种类、分布和化学组成核酸分为两⼤类：脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）。
98％核中（染⾊体中）真核线粒体（mDNA）核外叶绿（ctDNA）DNA 拟核原核核外：质粒（plasmid）病毒：DNA病毒RNA主要存在于细胞质中。
信使RNA －－mRNA核糖体RNA－－rRNA转移RNA－－tRNA核酸的化学组成：对核酸的⽔解发现（脱氧）核酸—--→（脱氧）核苷酸—------→P+（脱氧）核苷----→戊糖+碱基由上⾯可知，核酸的结构单位是（脱氧）核苷酸，核苷酸由戊糖、磷酸和含氮碱三部分构成。
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成2′-或3′-磷酸核苷
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核酸酶的分类：
1.按作用底物：RNase DNase 2.按对底物的作用方式：
核酸内切酶 核酸外切酶 3.按对磷酸二酯键的断裂方式： 3’－OH与磷酸之间断裂：蛇毒磷酸二酯酶 5’ －OH与磷酸之间断裂：牛脾磷酸二酯酶 4.按水解磷酸二酯键的专一程度 特异性水解： 非特异性水解
突环（ 150nm，每个突环大约75000bp）
玫瑰花结（ 300nm ，6个突环）
螺旋圈（ 700nm，每圈30个玫瑰花）
染色体（ 1400nm，
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每个染色体含10个玫瑰花200bp）
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线粒体DNA
在真核细胞中， DNA除了存在于细胞 核内，还有少量的DNA位于细胞的线粒体 中，称为线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）。mtDNA与细菌的DNA相似，也 是超螺旋双链环状分子，裸露而不与组蛋白 结合，分散在线粒体基质的不同区域
DNA变性时，将紫外吸收增加量达最大增量一半时的
温度值称为溶解温度、 Tm值。
–DNA的变性过程是突变性的，它在很窄的温度区间内完成。
• 一般DNA的Tm值在82～95C之间。
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DNA的Tm值的影响因素：
1.G和C的含量 2.DNA的均一性 3.离子强度、pH 4.变性剂等
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帽子结构通常有三种类型：
O型：m7G5’ppp5’Np Ⅰ型：m7G5’ppp5’NmpNp Ⅱ型：m7G5’ppp5’N mpNmpNp G：N： m在字母左侧表示碱基被甲基化，在右侧表示核糖被甲基化
右上角数字表示甲基化位置，右下角的数字表示甲基数目
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第五节 核酸的性质
一般性质 紫外吸收 变性与复性 核酸的分子杂交
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一、一般性质：
1. 粘度 高 长度与直径之比高达107 2. 密度 浮力密度 DNA＞1.7，RNA，
1.6，蛋白质，1.35～1.40。 线形双螺旋DNA、线形单链DNA、超螺旋
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原核生物
16S rRNA的 二级结构
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四、其它小分子RNA及RNA组学
RNA组学研究小的非信使RNA（small nonmessenger RNA）
小的非信使RNA包括； 核内小RNA 核仁小RNA 胞质小RNA 催化性小RNA（核酶） 小片段干扰RNA等
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原核及真核生物核糖体的组成
核糖体
原核生 物(70S)
亚单位
rRNA 蛋白质
小亚基(30S) 16S rRNA 21种
大亚基(50S) 5S rRNA 31种
23S rRNA
真核生 物(80S)
小亚基(40S) 大亚基(60S)
18S rRNA 5.8S RNA 5S rRNA 28S rRNA
防止mRNA被核酸酶降解
与mRNA其出核有关
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三、核糖体RNA的结构与功能
核糖体RNA（rRNA）是细胞内含量最多 的RNA，约占RNA总量的75 % ~80%。rRNA 与蛋白质共同构成核糖体或称为核蛋白体 （ribosome），是细胞内蛋白质生物合成的 场所。
原核生物与真核生物的核糖体均由大亚基和 小亚基构成。
小核仁 RNA 小胞质 RNA
胞浆及细胞核 snoRNA
胞浆及 粗面内质网
scRNA/ 129个核苷酸 7SL-RNA
rRNA的加工 与修饰
信号识别颗粒的 组成成分，选择 分泌蛋白
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一、转运RNA结构与功能 p496
（一）一级结构 1.分子较小，由74~95个核苷酸构成, S＝4非标准 碱基配对 2. 3’-CCA-OH，5‘末端多为G 3. tRNA是修饰成分最多的核酸（10～20%) 如DHU、TΨC等稀有碱基。
9~40S
蛋白质合成 的模板
转运 胞浆及细胞核 tRNA
4S，74-95个核苷酸
转运氨基酸
RNA 线粒体
mt tRNA 3.2~4S
核糖体 胞浆及细胞核 rRNA RNA
28S，5400个核苷酸 18S，2100个核苷酸
与蛋白质共同 构成核糖体
5.8S，160个核苷酸
5S，120个核苷酸
16S，1650个核苷酸
4. 转运RNA约占细胞中RNA总量的10 % ~15%
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(DHU)
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R
次黄嘌呤核苷 (I)
NH
5
C
R
假尿嘧啶核苷 ()
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（二）tRNA的二级结构
一级结构中存在一些能局部互补配对 的核苷酸序列，可以形成局部双链，使 tRNA的二级结构呈三叶草形（cloverleaf） (1965, Holley)
顺反子
顺反子
顺反子
5´
3´
先导区
插入顺序
插入顺序
末端顺序
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原核细胞mRNA的结构特点
重叠基因 (overlapping gene)
DNA I
PO a
bc
转录
DNA
翻译
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蛋白A 蛋白B 蛋白C
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真核生物mRNA的结构
1 种类多,拷贝少,序列短,修饰碱基少;2 由5’帽子结构,非编码 区,编码区,非编码区和3’polyA结构等组成,为单顺反子结构. 3 5’帽子结构与蛋白质合成的正确起始有关,可对抗核酸外 切酶。
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2.复性的影响因素：
（1）温度和时间： 一般认为比Tm 低25℃左右的温度是复性的最佳条件。复性 时温度下降必须是一缓慢过程
（2）DNA浓度和片段大小： （3）DNA顺序的复杂性：
简单顺序的DNA分子，如多聚(A)和多聚(U)这二种单链序列 复性时，互补碱基的配对较易实现。而顺序复杂的序列要 实现互补，则困难得多。 （4）离子强度
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热复性在基因测序中被广泛应用
缓
慢
冷
高温变性
却
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急 速 冷 却
50μg/ml双链DNA 40μg/ml单链DNA(RNA) 20μg/ml寡核苷酸 2. 判断样品的纯度
DNA纯品： OD260 /OD280达到1.8
RNA纯品： OD260 /OD280达到2.0
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三、DNA变性与复性
(一) 核酸的变性
1.概念：指核酸双螺旋区的的氢键断裂，变成单链 无规则线团结构的过程。
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限制性核酸内切酶：在分子生物学研究中最有应 用价值。例如EcoRI
能够切割DNA的双链，水解不需要ATP。
可以特异性的水解核E酸co中RI，某一些种限特制定性内碱切基酶 顺序部位。
即识别二倍对称性的回文序序列列，做交错切割，产生粘性末端， 可以形成重组分子。常用于克隆和序列分析
酸、碱或酶水解
• 核酸分子中的磷酸二酯键可在酸或碱性条件下水解切断。 • DNA和RNA对酸或碱的耐受程度有很大差别。
酸易水解N-糖苷键，DNA的嘌呤碱在pH2以下即脱落而 成无嘌呤酸。
碱易水解磷酸酯键，RNA在0.3N碱中即被水解，DNA对 碱相对较稳定。
RNA在0.1 mol/L NaOH溶液生成环状磷酸二酯，进而生
DNA沉降系数之比为1:1.14:1.4。
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3.酸碱性：两性偏酸 4.溶解性： 固体，都溶于水，不溶于一般 有机溶剂 5.颜色反应（定糖法测定含量）
RNA与盐酸、苔黑酚（甲基间苯二酚）反应呈 绿色；
DNA与二苯胺酸性时共热，生成蓝色产物。
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6.核酸的水解
粘性末端
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内切酶作用于特异的回文序列,可产生 2种末端中的其中一种 1.粘性末端 2.平头末端
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二、紫外吸收 核酸中的嘌
呤环与嘧啶环 在260nm处有 最大紫外吸收。
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OD260的应用
1. DNA或RNA的定量 OD260＝1.0相当于：
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G+C含量对Tm的影响
经验公式： （G+C)%=(Tm-69.3)×2.44
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（二）复性：
1.定义：除去变性因素后，互补的单链DNA 又可以重新结合为二级双链DNA并恢复生物 活性的现象，称为复性或退火 。 Tm－25℃
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HN—CH3
m7G
帽子0
功能 保证转录的正确起始
抗5’－3‘核酸外切酶的活性。