2018年全国硕士研究生招生考试临床医学综合能力(西医)生物化学考点归纳与历年真题详解(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:圣才电子书

出版社:圣才电子书

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

2018年全国硕士研究生招生考试临床医学综合能力(西医)生物化学考点归纳与历年真题详解

2018年全国硕士研究生招生考试临床医学综合能力(西医)生物化学考点归纳与历年真题详解试读:

第1章 蛋白质的结构与功能

1.1 考纲要求

1.组成蛋白质的氨基酸化学结构和分类

2.氨基酸的理化性质

3.肽键和肽

4.蛋白质的一级结构及高级结构

5.蛋白质结构和功能的关系

6.蛋白质的理化性质

7.分离、纯化蛋白质的一般原理和方法

1.2 考点归纳与历年真题详解

一、组成蛋白质的20种氨基酸的化学结构和分类

1.20种氨基酸的结构

除甘氨酸外,均属于L-α-氨基酸,即在连接羧基的α碳原子上有一个氨基。氨基酸的通式如图1-1所示。

图1-1  氨基酸通式

2.氨基酸的分类

根据其侧链的结构和理化性质,可将组成人体蛋白质的20种氨基酸分为5类。

氨基酸的分类如表1-1所示。

表1-1  氨基酸的分类【例1】(A型题)下列氨基酸中,属于酸性氨基酸的是(  )。[2008年研]

A.精氨酸

B.甘氨酸

C.亮氨酸

D.天冬氨酸【答案】D【解析】酸性氨基酸包括谷氨酸、天冬氨酸。A项,精氨酸属于碱性氨基酸,BC两项,甘氨酸和亮氨酸属于非极性脂肪族氨基酸。【例2】(X型题)下列氨基酸中,属于疏水性的有(  )。[2011年研]

A.缬氨酸

B.精氨酸

C.亮氨酸

D.脯氨酸【答案】ACD【解析】20种组成人体蛋白质的氨基酸分为5类:①非极性脂肪族(疏水性)氨基酸(包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸);②极性中性氨基酸;③芳香族氨基酸;④酸性氨基酸;⑤碱性氨基酸(包括赖氨酸、精氨酸、组氨酸)。

3.特殊类型的氨基酸

几种特殊类型的氨基酸如表1-2所示。

表1-2  几种特殊类型的氨基酸【例3】(A型题)在天然蛋白质的组成中,不含有的氨基酸是(  )。[2009年研]

A.精氨酸

B.瓜氨酸

C.半胱氨酸

D.脯氨酸【答案】B【解析】ACD三项,精氨酸、半胱氨酸和脯氨酸都是组成人体蛋白质的氨基酸。B项,组成人体蛋白质的20种氨基酸中不含瓜氨酸,瓜氨酸是尿素循环的中间产物。【例4】(A型题)下列哪种氨基酸体内不能合成,必须靠食物供给?(  )[2006年研]

A.缬氨酸

B.精氨酸

C.半胱氨酸

D.组氨酸

E.丝氨酸【答案】A【解析】体内需要但又不能自行合成,必须由食物供给的氨基酸称必需氨基酸,包括8种氨基酸:缬、异亮、亮、苯丙、蛋、色、苏、赖氨酸。【例5】(A型题)下列氨基酸中,属于生糖兼生酮的是(  )。[2009年研]

A.亮氨酸

B.组氨酸

C.赖氨酸

D.苏氨酸【答案】D【解析】在组成人体的20种氨基酸中,生糖兼生酮氨基酸有5种,即异亮、苯丙、酪、色、苏,记忆法为“一本落色书(异-苯-酪-色-苏)”。【例6】(X型题)下列选项中,属于生酮兼生糖的氨基酸有(  )。[2008年研]

A.异亮氨酸

B.苯丙氨酸

C.酪氨酸

D.赖氨酸【答案】ABC【解析】生糖兼生酮氨基酸(5种):异亮、苯丙、酪、色、苏,记忆法为“一本落色书(异-苯-酪-色-苏)”

4.氨基酸代号

氨基酸的代号如表1-3所示。

表1-3  氨基酸的相关代号

二、氨基酸的理化性质

1.氨基酸具有两性解离的性质(1)两性解离

所有氨基酸都含有碱性的α-氨基和酸性的α-羧基,因此氨基酸是一种两性电解质,具有两性解离的特性。(2)等电点

①氨基酸的解离方式取决于其所处溶液的酸碱度。在某一pH的溶液中,氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等,成为兼性离子,呈电中性,此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点(pI)。

②氨基酸的pI是由α-羧基和α-氨基的解离常数的负对数pK1和pK2决定的。pI计算公式为:pI=1/2(pK1+pK2)。

a.当溶液pH<pI,解离成阳离子;

b.当溶液pH>pI,解离成阴离子;

c.当溶液pH=pI,成为兼性离子,电中性。【例7】(A型题)当溶液的pH与某种氨基酸的pI一致时,该氨基酸在此溶液中的存在形式是(  )。[2005年研]

A.兼性离子

B.非兼性离子

C.带单价正电荷

D.疏水分子

E.带单价负电荷【答案】A【解析】所有的氨基酸都含有碱性的α-氨基和酸性的α-羧基,可在酸性溶液中与质子(H+)结合呈带正电荷的阳离子(-NH3+),也可在碱性溶液中与OH—结合,变成带负电荷的阴离子(-COO—)。因此氨基酸是一种两性电解质,具有两性解离的特性。氨基酸的解离方式取决于其所处溶液的pH。若溶液pH<pI,则解离成阳离子;若溶液pH>pI,则解离成阴离子;若pH=pI,则成为兼性离子,呈电中性。

2.紫外线吸收性质(1)理化特性

含有共轭双键的色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm波长附近。(2)意义

大多数蛋白质都含有色氨酸,酪氨酸,蛋白质的吸收峰与其浓度成正比,故利用该原理可分析溶液中蛋白质的含量。

3.茚三酮反应(1)理化特性

茚三酮水合物在弱碱性溶液中与氨基酸共热时生成蓝紫色的化合物,此化合物最大吸收峰在570nm波长处。(2)意义

利用此原理可进行氨基酸定量分析。

三、蛋白质的分子结构

1.蛋白质分子结构的基础(1)肽键

肽键是指肽或蛋白质多肽链中连接两个氨基酸的酰胺键。氨基酸通过肽键相连成肽。

肽键平面如图1-1所示。

图1-2肽键平面示意图(2)寡肽

寡肽是指由10个以内氨基酸相连而成的肽。(3)多肽

多肽是指由10个以上氨基酸相连组成的肽。(4)体内存在的重要的生物活性肽

①谷胱甘肽(GSH):由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽。分子中半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团,具有还原性,保护体内蛋白质或酶分子中巯基免遭氧化,使蛋白质或酶处于活性状态。

②多肽类激素及神经肽。(5)蛋白质

蛋白质是由许多氨基酸组成的多肽链,通常将含有50个以上氨基酸的多肽链称为蛋白质,含有50个以下氨基酸的称为多肽。多肽链中有游离氨基的一端称为氨基末端或N-端,有游离羧基的一端称为羧基末端或C-端。

2.蛋白质的一级结构(1)定义

蛋白质的一级结构是指多肽链中氨基酸从N-端至C-端的排列顺序。一级结构中的主要化学键是肽键,另外还有二硫键。(2)意义

一级结构是理解蛋白质空间构象、作用机制和特异生物学功能的基础。

3.蛋白质的空间结构

蛋白质的空间结构是指一条或数条多肽链上所有原子和基团在三维空间上的排布。包括二级结构、三级结构和四级结构。(1)蛋白质二级结构

蛋白质二级结构是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构,也就是该段肽链主链骨架原子的相对空间位置,并不涉及氨基酸残基侧链的构象。二级结构的主要形式包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。维系键是氢键。

①α-螺旋结构

a.定义

α-螺旋是指多肽链的主链围绕中心轴呈有规律的螺旋式上升形成的构象。

b.特点

第一,螺旋的走向为顺时针方向,即右手螺旋。

第二,氨基酸侧链伸向螺旋外侧,每3.6个氨基酸残基螺旋上升一圈(即旋转360°),螺距为0.54nm。

第三,每个肽键的N-H和第四个肽键的羰基氧形成氢键,氢键的方向与螺旋长轴基本平行。肽链中的全部肽键都可形成氢键,以稳固α-螺旋结构。

第四,所有的氨基酸均可参与组成α-螺旋结构,其中以Ala、Glu、Leu和Met为主。

②β-折叠

a.定义

β-折叠是指多肽链充分伸展,每个肽单元以Cα为旋转点,依次折叠成锯齿状结构,氨基酸残基侧链交替地位于锯齿状结构的上下方的构象。

b.特点

锯齿状结构一般较短,只含5.8个氨基酸。

③β-转角

a.定义

β-转角是指肽链出现180°左右转向回折时,形成的U形有规律的二级结构。

b.特点

第一,由第一个氨基酸残基上的C=O隔两个氨基酸残基,与第四个氨基酸残基上的—N-H形成的氢键来维持其稳定性。

第二,β-转角的结构较特殊,通常由4个氨基酸残基组成,第二个残基常为脯氨酸,其他常见残基有甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、色氨酸。

④无规卷曲

是没有确定规律性的肽链结构。

⑤超二级结构

超二级结构是指许多蛋白质分子中2个或2个以上具有二级结构的肽段,在空间上相互接近,形成一个有规则的二级结构组合。如αα、βαβ、ββ等。

⑥模体

模体是指蛋白质分子中具有特定空间构象和特定功能的结构成分。其中一类就是具有特殊功能的超二级结构,也可仅由几个氨基酸残基组成。如钙离子结合模体,锌指结构等。

⑦锌指结构

锌指结构是模体的特例,由1个α-螺旋和2个反平行的β折叠三个肽段组成。形似手指,具有结合锌离子的功能。含锌指结构的蛋白质都能与DNA或RNA结合。(2)蛋白质的三级结构

蛋白质的三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。表现为结构域、分子伴侣。维系键是疏水键、氢键、盐键、范德华力。

①结构域

结构域是指分子量较大的蛋白质折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域,并各行其功能。结构域可以看作是球状蛋白质的独立折叠单位,有较为独立的三维空间结构。

②分子伴侣

a.定义

分子伴侣是指细胞内一类可识别肽链、促进各功能域和整体蛋白质正确折叠的保守蛋白质。常见的分子伴侣有热休克蛋白70、伴侣蛋白、核质蛋白等。

b.特点

分子伴侣通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。许多分子伴侣是ATP酶,与未折叠的多肽结合后,能提供水解ATP产生的自由能,使多肽折叠成合适的构象时释放。(3)蛋白质的四级结构

并非所有蛋白质都有四级结构,由一条肽链组成的蛋白质只有一、二、三级结构,由二条或二条以上的多肽链组成的蛋白质才有四级结构。蛋白质的四级结构是指两个或两个以上具有独立三级结构的多肽链,通过次级键结合而形成的空间结构。其中每条具有三级结构的多肽链称为亚基。

蛋白质的分子结构维系键如表1-4所示。

表1-4  蛋白质的分子结构维系键【例8】(A型题)“α-螺旋-β-转角-α-螺旋”属于的蛋白质结构是(  )。[2016年研]

A.一级结构

B.三级结构

C.模体

D.结构域【答案】C【解析】模体是指蛋白质分子中具有特定空间构象和特定功能的结构成分。α-螺旋-β-转角-α-螺旋为常见的模体,即具有特殊功能的超二级结构。【例9】(A型题)下列结构中,属于蛋白质模体结构的是(  )。[2012年研]

A.α螺旋

B.β折叠

C.锌指结构

D.结构域【答案】C【解析】模体是指蛋白质分子具有特殊功能的超二级结构,由两个或两个以上具有二级结构的肽段,在空间上相互接近,形成的一个特殊空间构象,常见的模体结构有锌指结构、亮氨酸拉链等。锌指结构由一个α–螺旋和两个反平行的β–折叠三个肽段组成,形似手指,具有结合锌离子的功能。AB两项,α–螺旋和β–折叠是蛋白质分子的二级结构。D项,结构域属于蛋白质分子的三级结构。

第10~11题

A.一级结构

B.二级结构

C.三级结构

D.四级结构

E.模体结构【例10】(B型题)亮氨酸拉链属于蛋白质的(  )。[2005年研]【答案】E【解析】模体是具有特殊功能的超二级结构,它是由两个或三个具有二级结构的肽段,在空间上相互接近,形成的一个特殊空间构象,常见的模体结构为亮氨酸拉链、锌指结构等。【例11】(B型题)整条肽链中全部氨基酸残基的相对位置属于蛋白质的(  )。[2005年研]【答案】C【解析】蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸的排列顺序。二级结构是指蛋白质分子中某段肽链主链骨架原子的相对空间位置。三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。四级结构是指各亚基的空间排布位置。

四、蛋白质结构与功能的关系

1.蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础(1)一级结构是空间构象的基础;(2)一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能;(3)氨基酸序列提供重要的生物进化信息;(4)重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起分子病。如镰刀形红细胞病。【例12】(A型题)蛋白质的空间构象主要取决于肽链中的结构是(  )。[2014年研]

A.二硫键位置

B.β-折叠

C.α-螺旋

D.氨基酸序列【答案】D【解析】蛋白质分子是由许多氨基酸通过肽键相连形成的生物大分子。蛋白质的一级结构是指蛋白质分子中氨基酸从N-端至C-端的排列顺序,即氨基酸序列。二级结构是指蛋白质主链局部的空间结构,主要为α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲。三级结构是指多肽链主链和侧链的全部原子的空间排布位置。四级结构是指蛋白质亚基之间的聚合。后三种结构称为蛋白质的空间结构。蛋白质一级结构是空间结构的基础,即蛋白质的空间构象主要取决于一级结构(氨基酸排列序列)。【例13】(A型题)“不同蛋白质有不同的空间构象”所指的含义是(  )。[2013年研]

A.蛋白质的变性与复性

B.多肽链的折叠机制

C.一级结构决定高级结构

D.结合蛋白质有多种辅基【答案】C【解析】蛋白质的结构可分为一级、二级、三级和四级结构,后三者统称为高级结构(空间结构)。一级结构是指蛋白质多肽链氨基酸的排列顺序。是空间结构(高级结构)和功能的基础,不同蛋白质有不同的空间结构。A项,蛋白质的变性主要是其空间结构的破坏所致。有些变性的蛋白质,在去除变性因素后,可恢复或部分恢复其原有的空间构象,称为复性。B项,多肽链的折叠主要参与蛋白质空间构象的形成。D项,结合蛋白质有多种辅基,此为结合酶的特点。【例14】(A型题)下列选项中,属于蛋白质三级结构的是(  )。[2010年研]

A.α-螺旋

B.无规卷曲

C.结构域

D.锌指结构【答案】C【解析】蛋白质分子结构分一级、二级、三级和四级结构。三级结构是指整条肽链中所有原子在三维空间的排布位置,其表现形式包括结构域和分子伴侣。分子量较大的蛋白质可折叠成多个结构较为紧密的区域,并各行其功能,称为结构域。ABD三项,α-螺旋、无规卷曲和锌指结构均属于蛋白质分子的二级结构。

2.蛋白质高级结构与功能的关系(1)血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似;(2)血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧的结合;(3)蛋白质空间结构改变可引发疾病,如人纹状体脊髓变性病、阿尔茨海默病、亨廷顿舞蹈病、疯牛病等。

第15~16题

A.蛋白质构象改变

B.DNA缺失突变

C.DNA点突变

D.蛋白质表达水平改变【例15】(B型题)与疯牛病发病相关的机制是(  )。[2014年研]【答案】A【解析】疯牛病是由朊病毒蛋白(PrP)引起的人和动物神经的退行性病变,其致病机制是蛋白质的构象发生改变,影响其功能,导致疾病的发生,称为蛋白质构象疾病。【例16】(B型题)与镰形红细胞贫血发病相关的机制是(  )。[2014年研]【答案】C【解析】镰形红细胞贫血患者血红蛋白β链DNA的CTC突变为CAC,导致翻译出来的肽链中的谷氨酸转变成了缬氨酸,而使红细胞变成镰刀状而极易破裂,产生贫血。

五、蛋白质的理化性质

1.两性电离及等电点(1)蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外,氨基酸残基侧链中某些基团,在一定的溶液pH条件下都也可解离成带负电荷或正电荷的基团。(2)蛋白质的等电点

①定义

蛋白质的等电点(pI)是指蛋白质解离成正、负离子的趋势相等,即成为兼性离子,净电荷为零时溶液的pH。

②特点

a.当溶液pH<pI,解离成阳离子,蛋白质带正电荷;

b.当溶液pH>pI,解离成阴离子,蛋白质带负电荷;

c.当溶液pH=pI,成为兼性离子,蛋白质呈电中性。【例17】(A型题)使血清白蛋白(pI为4.7)带正电荷的溶液PH值是(  )。[2015年研]

A.4.0

B.5.0

C.6.0

D.7.0【答案】A【解析】当蛋白质溶液处于某-pH时,蛋白质解离成正、负离子的趋势相等,即成为兼性离子,净电荷为零,此时溶液的pH称为蛋白质的等电点(pI)。溶液的pH大于某一蛋白质的等电点时,该蛋白质颗粒带负电荷,反之则带正电荷。由于血清白蛋白的pI为4.7,所以当溶液的pH为4.0时其带正电荷。

2.胶体性质

蛋白质的分子大小在胶粒范围之内,具有胶体性质。蛋白质胶体颗粒表面电荷和水化膜是维持其水溶胶状态的两个重要因素。

3.变性、沉淀和凝固(1)蛋白质变性

①定义

蛋白质变性是指在某些物理和化学因素作用下,其特定的空间构象被破坏,从而导致其理化性质的改变和生物学活性丧失的过程。

②变化

a.溶解度降低;

b.黏度增加;

c.结晶能力消失;

d.生物学活性丧失;

e.易被蛋白酶水解。

③破坏的化学键

主要是二硫键和非共价键的破坏,不涉及一级结构中氨基酸序列的改变。部分蛋白质变性后去除变性因素后可以恢复其原有的构象和功能,称为复性;一些蛋白质变性后,空间构象严重破坏,不能复原,称为不可逆性变性。

④原因

常见的有加热、乙醇、强酸强碱、重金属离子、生物碱试剂等。(2)蛋白质沉淀

蛋白质沉淀是指蛋白质变性后,疏水侧链暴露在外,肽链融汇相互缠绕继而聚集,从溶液中析出的过程。(3)蛋白质凝固作用

蛋白质经强酸、强碱作用发生变性后,仍能溶解于强酸或强碱溶液中,若将pH调至等电点,则变性蛋白质立即结成絮状的不溶解物,此絮状物仍可溶解于强酸和强碱中。如再加热则絮状物可变成比较坚固的凝块,此凝块不易再溶于强酸和强碱中。实际上凝固是蛋白质变性后进一步发展的不可逆的结果。【例18】(A型题)盐析法沉淀蛋白质的原理是(  )。[2011年研]

A.改变蛋白质的一级结构

B.使蛋白质变性,破坏空间结构

C.使蛋白质的等电位发生变化

D.中和蛋白质表面电荷并破坏水化膜【答案】D【解析】蛋白质具有胶体性质,维持其胶体稳定的主要因素是蛋白质颗粒表面电荷和水化膜。盐析沉淀法就是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液,中和蛋白质表面电荷并破坏水化膜,导致蛋白质在水溶液中的稳定性变差而沉淀。A项,“改变蛋白质的一级结构”称为蛋白质水解,而不是沉淀。B项,“破坏空间结构”为蛋白质变性,也不是沉淀。C项,电泳法是利用蛋白质等电点的原理来分离蛋白质。【例19】(A型题)蛋白质变性后的主要表现是(  )。[2009年研]

A.相对分子质量变小

B.黏度降低

C.溶解度降低

D.不易被蛋白酶水解【答案】C【解析】在某些理化因素作用下,蛋白质的空间构象被破坏,导致其理化性质的改变和生物学活性的丧失称蛋白质变性。A项,蛋白质变性主要是二硫键和非共价键的破坏,不涉及一级结构的改变,因此肽链不会断裂,其分子量不变。BCD三项,蛋白质变性后,其溶解度降低、黏度增加、结晶能力消失、生物活性丧失,易被蛋白酶水解。【例20】(A型题)蛋白质变性是由于(  )。[2007年研]

A.蛋白质空间构象的破坏

B.氨基酸组成的改变

C.肽键的断裂

D.蛋白质的水解【答案】A【解析】A项,在某些理化因素作用下,蛋白质特定的空间构象被破坏,从而导致理化性质的改变和生物活性的丧失,称为蛋白质的变性。BCD三项,蛋白质变性主要发生二硫键和非共价键的破坏,无肽键断裂,不涉及一级结构中氨基酸序列的改变,也不是蛋白质的水解反应。

4.蛋白质的紫外线吸收

蛋白质的紫外线吸收类似氨基酸的紫外线吸收。

5.蛋白质的呈色反应(1)茚三酮反应

蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应。(2)双缩脲反应

蛋白质和多肽分子中的肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热,呈现紫色或红色。利用此性质,可检测蛋白质的水解程度。(3)米勒反应

蛋白质中酪氨酸遇到硝酸汞溶液反应呈现红色。

六、分离、纯化蛋白质的一般原理和方法

1.沉淀(1)盐析

将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液,使蛋白质表面电荷被中和且水化膜被破坏,导致蛋白质在水溶液中的稳定性因素去除而沉淀。(2)丙酮沉淀

蛋白质在溶液中一般含量很低,可经沉淀浓缩。(3)免疫沉淀

利用特异抗体识别相应的抗原蛋白,并形成抗原抗体复合物的性质,可从蛋白质混合溶液中分离获得抗原蛋白。可用于特定蛋白质定性和定量分析。

2.滤过(1)透析

利用蛋白质不能透过半透膜的性质将其与其它小分子化合物分离的方法。(2)超滤法

应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜,达到浓缩蛋白质溶液的目的。

3.电泳

电泳过程中,由于蛋白质所带电荷不同、分子量不同,则在电场中的移动速度不同,可将不同蛋白质分离。有薄膜电泳、凝胶电泳、等电聚焦电泳。

4.层析(1)离子交换层析法

①方法

将阴离子交换树脂颗粒(带正电荷)填充在层析管内,吸引溶液中的阴离子(即蛋白质);然后再用含阴离子(如Cl-)的溶液洗柱。

②意义

含负电量越小的蛋白质,越先被洗脱下来,从而使两种蛋白质被分开。(2)凝胶过滤法

①方法

不同大小蛋白质经过层析柱(内填满带有小孔的颗粒)。

②意义

小分子蛋白质进入孔内滞留,大分子蛋白质径直流出,从而将混合蛋白质分开。(3)亲和层析

利用某些生物大分子之间专一可逆结合特性,进行分离。

5.超速离心(1)方法

蛋白质在重力作用下,在溶液中逐渐沉降,直至其浮力与离心所产生的力相等,此时沉降停止。(2)意义

不同蛋白质其密度与形态各不相同,因此用上述方法可将它们分开。可以用来分离纯化蛋白质、测定蛋白质的分子量。

分离、纯化蛋白质的原理和方法如表1-5所示。

表1-5  分离、纯化蛋白质的原理和方法

第2章 核酸的结构与功能

2.1 考纲要求

1.核酸分子的组成,主要嘌呤、嘧啶碱的化学结构,核苷酸

2.核酸的一级结构,核酸的空间结构与功能,其他非编码RNA的分类与功能

3.核酸的理化性质与应用

2.2 考点归纳与历年真题详解

一、核酸分子组成及一级结构

1.核酸的分类

核酸的分类如表2-1所示。

表2-1  核酸的分类

2.核酸的分子结构(1)核酸分子的化学组成(图2-1)

图2-1  核酸分子的化学组成

①核糖或脱氧核糖与碱基组成核苷。“核”与“苷”之间的结合键为糖苷键。

②核苷与磷酸组成核苷酸。“核苷”与“酸”之间的结合键为酯键。核苷酸是核酸的基本组成单位。

③多个核苷酸组成核酸,“核苷酸”之间的连接键为3',5'-磷酸二酯键。(2)碱基

①组成DNA的碱基包括A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)、C(胞嘧啶)、T(胸腺嘧啶)。

②组成RNA的碱基包括A、G、C、U(尿嘧啶)。(3)戊糖

组成核苷酸分子的戊糖有核糖和脱氧核糖两种,DNA中的戊糖为β-D-2'-脱氧核糖,RNA中的戊糖为β-D-核糖。(4)核苷

核苷酸水解的中间产物,由戊糖分子中C-1'上的羟基与嘧啶碱N1或嘌呤碱N9上的氢化合成水而形成。(5)核苷酸

核酸的基本结构单位,由核苷中戊糖分子C-5'羟基与磷酸反应,脱水后缩合成酯键而形成。一磷酸核苷的磷酸可进一步磷酸化而生成二磷酸核苷(NDP)或三磷酸核苷(NTP)。组成DNA的核苷酸是脱氧核糖核苷酸,组成RNA的核苷酸是核糖核苷酸。

3.核酸的一级结构

核酸的一级结构是指构成核酸的核苷酸或脱氧核苷酸从5'–末端到3'–末端的排列顺序,即核苷酸序列。(1)核苷酸之间的差异在于碱基的不同,故核酸的一级结构也就是它的碱基序列。(2)DNA和RNA对遗传信息的携带和传递,是依靠碱基排列顺序变化而实现的。核糖(或脱氧核糖)和磷酸基团共同构成其骨架结构,不参与遗传信息的贮存和表达。

二、DNA的空间结构与功能

DNA的空间结构是指构成DNA的所有原子在三维空间的相对位置关系,包括二级结构和高级结构。

1.DNA的二级结构(双螺旋结构)(1)Chargaff规则

①不同生物个体的DNA,其碱基组成不同;

②同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成;

③对于特定组织的DNA,其碱基组成不随年龄、营养状态和环境而变化;

④对于特定的生物体而言,腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)的摩尔数相等,而鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)的摩尔数相等。这一规则暗示DNA碱基A与T、G与C以某种相互配对的方式存在。(2)Watson和Crick综合前人的研究结果,提出了DNA分子双螺旋结构模型,其结构特点:

①DNA由两条反向平行的多聚脱氧核苷酸链组成,它们围绕着同一螺旋形成右手螺旋结构。一条链的走向为5'→3',另一条为3'→5'。双螺旋结构的直径为2.3nm,螺距为3.54nm。

②由脱氧核糖和磷酸基团构成的亲水性骨架位于双螺旋结构的外侧,而疏水的碱基位于内侧。

③DNA双链之间形成互补碱基对,两条链的碱基间严格按A=T(2个氢键)、G≡C(3个氢键)配对存在。碱基对平面与双螺旋结构的螺旋轴垂直。平均而言,每一个螺旋有10.5个碱基对,每两个碱基对之间的相对旋转角度为36°,相邻的碱基对平面之间的垂直距离为0.34nm。

④具有疏水性的碱基堆积力和氢键共同维系着DNA双螺旋结构的稳定,而且碱基堆积力对于双螺旋结构的稳定更为重要。(3)DNA双螺旋结构的多样性

①右手螺旋结构(B-DNA):人们将Watson和Crick提出的双螺旋结构,称为B-DNA或B型DNA。这是DNA在水性环境下和生理条件下最稳定的结构,是在92%的相对湿度下DNA的典型双链结构。

②A-DNA:当环境的相对湿度降低后,DNA仍然为右手双螺旋结构,但空间结构参数发生变化,成为A-DNA或A型DNA。

③左手螺旋结构(Z-DNA)。(4)DNA右手螺旋结构和蛋白质的α螺旋结构的区别

①结构类型:DNA右手螺旋结构属于DNA的二级结构;蛋白质α螺旋结构属于蛋白质的二级结构。

②定义:DNA右手螺旋结构为DNA两条互补链的线性螺旋型延长;蛋白质α螺旋结构为一条多肽链主链围绕中心轴螺旋式上升。

③螺旋方向:DNA右手螺旋结构和蛋白质α螺旋结构均为右手螺旋(顺时针方向)。

④螺距:DNA右手螺旋结构的螺距为3.54nm,每周10.5个碱基对;蛋白质α螺旋结构的螺距为0.54nm,每周3.6个氨基酸残基。

⑤结构特征:DNA右手螺旋结构中,脱氧核糖和磷酸基团骨架位于双链外侧,碱基位于双链内侧;蛋白质α螺旋结构中,氨基酸侧链伸向外侧,肽链位于内侧。【例1】(A型题)关于DNA双螺旋结构的表述,错误的是(  )。[2016年研]

A.碱基平面与螺旋轴垂直

B.疏水作用力和氢键维持结构的稳定

C.碱基配对发生在嘌呤和嘧啶之间

D.脱氧核糖和磷酸位于螺旋的内侧【答案】D【解析】ABC三项,DNA双螺旋结构中对应的嘌呤和嘧啶之间发生碱基互补配对,碱基对平面与双螺旋结构的螺旋轴垂直。相邻的两个碱基对之间产生的疏水作用力和互补链之间碱基对的氢键共同维系结构的稳定。D项,脱氧核糖和磷酸基团构成的亲水性骨架位于双螺旋结构的外侧。【例2】(A型题)如果一个新分离的核酸成分碱基组成为A=27%,G=30%,T=21%,C=22%,这一核酸分子最可能的结构是(  )。[2014年研]

A.双链DNA

B.DNA-RNA杂交双链

C.单链RNA

D.单链DNA【答案】D【解析】组成DNA的碱基包括A、G、C、T,组成RNA的碱基包括A、G、C、U。题干所述核酸分子所含碱基为A、G、C、T,因此该核酸分子为DNA。按照DNA双螺旋结构的碱基配对原则,若该核酸分子为双链DNA,则A=T,G≡C,但题干所述的核酸分子组成不能满足这一条件,故该核酸分子只可能是单链DNA而不可能是双链DNA。【例3】(A型题)具有左手螺旋的DNA结构是(  )。[2012年研]

A.G-四链体DNA

B.A型DNA

C.B型DNA

D.Z型DNA【答案】D【解析】天然DNA分子普遍以右手螺旋结构形式存在(又细分为A型DNA和B型DNA),也存在左手螺旋结构,称为Z型DNA。A项,G–四链体是由富含碱基鸟嘌呤(G)的一种特殊的DNA二级结构。【例4】(A型题)一个DNA分子中,若G所占的摩尔比是32.8%,则A的摩尔比应是(  )。[2011年研]

A.67.2%

B.65.6%

C.32.8%

D.17.2%【答案】D【解析】根据DNA双螺旋结构模型(Watson-Crick模型),DNA双链的碱基间严格按A=T、G≡C配对存在,因此A+G与C+T的比值为1。若G所占的摩尔比是32.8%,则G+C=65.6%,A+T=34.4%,因此A=17.2%。【例5】(A型题)按照Chargaff规则,下列关于DNA碱基组成的叙述,正确的是(  )。[2007年研]

A.A与C的含量相等

B.A+T=G+C

C.同一生物体,不同组织的DNA碱基组成不同

D.不同生物来源的DNA,碱基组成不同【答案】D【解析】20世纪40年代,Chargaff等提出了DNA分子四种碱基组成的Chargaff规则:①不同生物种属的DNA碱基组成不同。②同一个体不同器官、不同组织的DNA具有相同的碱基组成。③几乎所有DNA,无论种属来源,其A-T、G-C摩尔数相同。这一规则预示着DNA分子中的A-T、G-C可能互补配对。【例6】(X型题)下列关于DNA二级结构模型的叙述,正确的是(  )。[2010年研]

A.是右手双螺旋结构

B.两股脱氧核苷酸链呈同向平行

C.两股链间存在碱基配对关系

D.螺旋每周含10个碱基对【答案】ACD【解析】DNA二级结构模型,即双螺旋结构模型,又称Watson-Crick结构模型。其主要内容包括:①DNA是反平行、右手螺旋的双链结构,两条多聚核苷酸链在空间上的走向呈反向平行。一条链的走向为5'→3',另一条为3'→5'。DNA双螺旋结构的直径为2.37nm,螺距为3.54nm。每一螺旋有10.5个碱基对。②DNA双链之间形成互补碱基对,两条链的碱基间严格按A=T(2个氢键)、G≡C(3个氢键)配对存在,因此A+G与C+T的比值为1。③DNA双螺旋结构的稳定靠疏水作用力和氢键共同维系,前者维系纵向稳定性,后者维系横向稳定性。

2.DNA的高级结构(超螺旋结构)

DNA双链可以盘绕形成超螺旋结构。当盘绕方向与DNA双螺旋方向相同时,其超螺旋结构为正超螺旋,反之则为负超螺旋。自然界的闭合双链DNA主要是以负超螺旋形式存在。(1)绝大多数原核生物的DNA是环状双螺旋分子;(2)真核生物DNA以核小体为单位形成高度有序的致密结构。

染色质在电子显微镜下呈现串珠样的结构,其基本组成单位是核小体(由DNA和H1、H2A,H2B,H3和H4等5种组蛋白(H)共同构成)。

DNA双链折叠盘绕形成致密染色体如图2-2所示。

图2-2  DNA双链折叠盘绕形成致密染色体

3.DNA的功能

DNA的基本功能是以基因的形式荷载遗传信息,并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传物质的基础,也是个体生命活动的信息基础。

三、RNA的结构与功能

1.细胞内主要RNA的种类和功能

RNA的种类和功能如表2-2所示。

表2-2  RNA的种类和功能【例7】(X型题)下列核酸中,具有降解mRNA功能的有(  )。[2016年研]

A.hnRNA

B.siRNA

C.miRNA

D.snoRNA【答案】BC【解析】AD两项,hnRNA是mRNA的前体,snoRNA主要参与RNA的加工和修饰,两者均无降解mRNA的功能。BC两项,siRNA是细胞内的一类双链RNA,它能识别、清除外源dsRNA或同源单链mRNA。成熟的miRNA与其他蛋白质组装成RNA诱导的沉默复合体,根据互补程度的不同指导沉默复合体降解靶mRNA。【例8】(A型题)能使外源性侵入基因表达的mRNA降解的核酸是(  )。[2015年研]

A.snRNA

B.hnRNA

C.siRNA

D.scRNA【答案】C【解析】A项,核内小RNA(snRNA)位于细胞核内,参与hnRNA的剪接和转运。B项,不均一核RNA(hnRNA)是mRNA的未成熟前体。C项,小干扰RNA(siRNA)是生物宿主对于外源侵入基因表达的双链RNA进行切割所产生的具有特定长度和特定序列的小片段RNA,这些siRNA可以单链形式与外源基因表达的mRNA相结合,并诱导相应mRNA降解。D项,胞质小RNA(scRNA)存在于细胞质中,参与形成信号识别颗粒,引导含有信号肽的蛋白质进入内质网定位合成。【例9】(X型题)能参与切割mRNA的生物分子包括(  )。[2015年研]

A.miRNA

B.siRNA

C.5.8S rRNA

D.tRNA【答案】AB【解析】A项,微RNA(miRNA)是一类长度在22nt左右的内源性sncRNA。miRNA主要是通过结合mRNA而选择性调控基因的表达。B项,小干扰RNA(siRNA)是生物宿主对于外源侵入基因表达的双链RNA进行切割所产生的具有特定长度和特定序列的小片段RNA。这些siRNA可以单链形式与外源基因表达的mRNA相结合,并诱导相应mRNA降解。C项,5.8S rRNA主要参与构成真核生物核糖体的大亚基。D项,tRNA的主要功能是运送氨基酸。

2.mRNA的结构和功能

在生物体内,mRNA种类最多,约有105个之多,而且大小不等。在所有RNA中,mRNA的寿命最短。真核细胞在细胞核内新生成的mRNA的初级产物被称为hnRNA(不均一核RNA)。hnRNA经过一系列剪接成为成熟的mRNA。(1)结构特点

①真核生物mRNA的5'-端都有7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷(m7GpppN)为起始结构的帽结构。有助于维持mRNA的稳定性,协同mRNA从细胞核向细胞质转运。

②真核生物mRNA的3'-端有一段由80~250个腺苷酸连接而成多聚腺苷酸尾或多聚A尾(polyA)。3'-多聚A尾和5'-帽结构共同负责mRNA从细胞核内向细胞质的转运、维系mRNA的稳定性以及翻译起始的调控。

mRNA的结构如图2-3所示。

图2-3  mRNA的结构(2)mRNA的功能

把DNA所携带的遗传信息,按碱基互补配对原则,转录并传送至核糖体,用以决定其合成蛋白质的核苷酸排列顺序。(3)成熟过程

细胞核内合成的mRNA初级产物为不均一核RNA(hnRNA)。含有许多外显子和内含子,它们分别对应基因的编码序列和非编码序列。在mRNA的成熟过程中,这些内含子被剪切掉,使外显子连接在一起,形成成熟的mRNA。【例10】(A型题)下列关于mRNA的叙述,错误的是(  )。[2006年研]

A.在细胞核内由hnRNA剪接而成

B.真核生物mRNA有“帽子”和“多聚A尾”结构

C.生物体中各种mRNA的长短不同相差很大

D.是各种RNA分子中半衰期最长的一类

E.其功能是作为蛋白质合成的模板【答案】D【解析】A项,hnRNA(不均一核RNA)是mRNA的未成熟前体(即hnRNA→mRNA)。hnRNA在细胞核内存在时间极短,经过剪接成为成熟的mRNA。B项,大部分真核细胞的mRNA的5'-末端以7-甲基鸟嘌呤-三磷酸鸟苷为起始结构,这种m7GpppN结构称帽子结构;在3'-末端,大多数是由数十个至百余个腺苷酸连接而成的多聚腺苷酸结构,称多聚A尾。C项,生物体内各种mRNA链的长短差异很大。D项,在各种RNA中,mRNA的半衰期最短,由几分钟至数小时不等。E项,mRNA的功能是转录核内DNA遗传信息的碱基排列顺序,并携带至细胞质,以此为模板指导蛋白质合成中的氨基酸排列顺序。【例11】(X型题)真核生物的mRNA结构包括(  )。[2014年研]

A.TATA盒

B.5'-末端7甲基鸟嘌呤核苷

C.3'-末端多聚腺苷酸

D.开放阅读框【答案】BCD【解析】真核生物的mRNA结构特点包括:①在5'-端有一反式的7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷(m7Gppp),被称为5'-帽结构。②在3'-端有一段由80~250个腺苷酸连接而成的多聚腺苷酸结构,称为多聚腺苷酸尾或多聚A尾(po1yA)。3'-端多聚A尾和5'-帽结构共同负责mRNA从细胞核内向细胞质的转运、维系mRNA的稳定性以及翻译起始的调控。③成熟mRNA由编码区和非编码区组成。从成熟mRNA的5'-端第一个AUG至终止密码之间的核苷酸序列称为开放读框(ORF),决定多肽链的氨基酸序列。在开放阅读框两侧,还有非编码序列。A项,TATA盒又称Hognest盒,是真核启动子的核心序列,并不是真核生物mRNA的结构。

3.tRNA的结构与功能(1)结构特点

①tRNA含有多种稀有碱基。

tRNA长度74~95个核苷酸,是细胞内分子量最小的核酸,含有大量的稀有碱基,占所有碱基的10%~20%,包括双氢尿嘧啶(DHU)、假尿嘧啶核苷(ψ)和甲基化的嘌呤(m7G,m7A)等。均是转录后修饰而成的。

②tRNA具有茎环结构。

tRNA的核苷酸存在着一些能形成互补配对的区域,可以形成局部的双螺旋结构,这些局部的双链呈茎状,中间不能配对的部分则膨出形成环或襻状结构。这些茎环结构使得tRNA的二级结构酷似三叶草形状。

③tRNA的3'末端连有氨基酸。

所有tRNA的3'末端都是以-CCA结束的,氨基酸可以通过酯键连接在A上,从而使得tRNA成为了氨基酸的载体。

④tRNA的反密码子能够识别mRNA的密码子。

每个tRNA都有一个由7~9个核苷酸组成的反密码环。其中的3个核苷酸构成了一个反密码子,在蛋白质生物合成中通过碱基互补的方式辨认mRNA的密码子,将其所携带的氨基酸正确的运送到蛋白质合成的场所。

从5'→3'依次为:DHU环+反密码子环+TψC环+相同的CCA结构。

tRNA的二级结构和三级结构如图2-4所示。

图2-4  tRNA的二级结构和三级结构(2)tRNA的功能

tRNA是蛋白质合成中的氨基酸载体。【例12】(A型题)如tRNA的反密码子为GAU,其识别的密码子是(  )。[2016年研]

A.AUC

B.CUA

C.CAU

D.AAG【答案】A【解析】DNA、RNA书写原则均为5'端到3'端。所以反密码子为GAU,则相对应的碱基为CUA,密码子为AUC。【例13】(A型题)下列关于tRNA的叙述,错误的是(  )。[2011年研]

A.分子中含稀有碱基较多

B.分子序列中含有遗传密码

C.tRNA分子具三叶草形二级结构

D.所有tRNA的3'端均为CCA-OH【答案】B【解析】A项,在各种RNA中,tRNA为含稀有碱基最多的RNA,稀有碱基占所有碱基的10%~20%,这些稀有碱基包括DHU(双氢尿嘧啶)、ψ(假尿嘧啶核苷)、m7G、m7A(甲基化的嘌呤)等。B项,每个tRNA分子中都有3个碱基与mRNA上编码相应氨基酸的密码子具有碱基反向互补关系,可以配对结合,这3个碱基被称为反密码子,位于反密码子环内。可见,tRNA分子序列中含有反密码子,而不是密码子(遗传密码),遗传密码位于mRNA上。C项,所有tRNA均呈三叶草形二级结构。D项,从5'→3'依次为:DHU环+反密码子环+TψC环+相同的CCA-OH结构(即所谓的三环一柄结构),所有tRNA的3'-端的最后3个核苷酸均为CCA,这是氨基酸的结合部位,称氨基酸接纳茎。【例14】(A型题)下列选项中,符合tRNA结构特点的是(  )。[2010年研]

A.5'-末端的帽子

B.3'-末端多聚A尾

C.反密码子

D.开放阅读框【答案】C【解析】所有tRNA均呈三叶草样二级结构。从5'-3'依次为:DHU环+反密码子环+TΨC环+CCA-OH结构。每个tRNA分子中都有3个碱基与mRNA上编码相应氨基酸的密码子具有碱基反向互补关系,可以配对结合,这3个碱基被称为反密码子,位于反密码子环内。ABD三项,真核mRNA的结构为5'-帽结构+5'非翻译区+编码区+3'非翻译区+3'多聚腺苷酸尾,因此,5'末端含有帽子结构m7GpppN(7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷)、3'-末端含有多聚A尾,中间含有开放阅读框,是mRNA的结构特点。

4.rRNA的结构和功能

rRNA是细胞内含量最多的RNA,约占RNA总量的80%以上。rRNA与核糖体蛋白共同构成核糖体,参与蛋白质的合成。(1)真核生物与原核生物核糖体的组成

原核生物有3种rRNA,分别是5S、16S、23S-rRNA;真核生物有4种rRNA,分别是5S、5.8S、18S、28S-rRNA。它们与不同的核糖体蛋白结合形成核糖体的大亚基和小亚基。核糖体的组成如表2-3所示。

表2-3  核糖体的组成(2)功能

以rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所,它为蛋白质生物合成所需要的mRNA、tRNA以及多种蛋白因子提供了相互结合和相互作用的空间环境。【例15】(A型题)下列RNA中,参与形成原核生物50S大亚基的是(  )。[2008年研]

A.28S rRNA

B.23S rRNA

C.16S rRNA

D.hnRNA【答案】B【解析】核蛋白体由大、小两个亚基组成,每个亚基都由多种核蛋白体蛋白质和rRNA组成。原核生物的rRNA有3种,即5SrRNA、16S rRNA和23S rRNA,小亚基(30S)由16S rRNA和21种蛋白质(rpS)构成,大亚基(50S)由5S rRNA、23S rRNA和36种蛋白质(rpL)构成。D项,hnRNA为mRNA未成熟的前体。

第16~17题

A.hnRNA

B.siRNA

C.snoRNA

D.5S rRNA【例16】(B型题)能对外源侵入的双链RNA进行切割的核酸是(  )。[2011年研]【答案】B【例17】(B型题)能与核内蛋白质组成核蛋白体的是(  )。[2011年研]【答案】D【解析】A项,hnRNA(不均一核RNA、杂化核RNA)为成熟mRNA的前体。B项,siDNA(小干扰RNA)是细胞内一类双链RNA(dsRNA)在特定情况下通过一定酶切机制,转变为具有特定长度和特定序列的小片段RNA。它能识别、清除外源dsRNA或同源单链RNA,提供一种防御外源核酸入侵的保护措施。C项,snoRNA(核仁小RNA)主要功能为参与rRNA的加工修饰。D项,rRNA与核糖体蛋白共同构成核糖体,成为蛋白质合成的场所。原核生物有3种rRNA,即5S rRNA、16S rRNA、23S rRNA。真核生物有4种rRNA,即5s rRNA、5.8S rRNA、18S rRNA、28S rRNA。

四、核酸的理化性质

1.核酸分子具有强烈的紫外吸收

嘌呤和嘧啶都含有共轭双键,因此碱基、核苷、核苷酸和核酸在紫外波段有较强烈的吸收,在中性条件下,它们的最大吸收值在260nm处。利用这一性质对碱基、核苷、核苷酸和核酸进行定性和定量分析。【例18】(A型题)核酸的最大紫外光吸收值一般在哪一波长附近?(  )[2007年研]

A.280nm

B.260nm

C.240nm

D.220nm【答案】B【解析】核酸分子的嘌呤和嘧啶环中均含有共轭双键,因此,核酸在240~290nm的紫外波段有强烈吸收,其最大吸收值在260nm附近。类似的:色氨酸、酪氨酸最大吸收峰在280nm附近。

2.DNA的变性(1)定义

DNA的变性是指某些理化因素(温度、pH、离子强度等)会导致DNA双链互补碱基对之间的氢键发生断裂,使DNA双链解离为单链的现象。DNA变性只破坏了空间结构,没有改变核苷酸序列。(2)影响因素

加热、加酸或加碱,其中使DNA变性最常用的方法为加热。(3)变性的结果

①结构变化

DNA变性时,氢键断裂,DNA双链解离为单链,空间结构被破坏但核苷酸序列不发生改变。

②DNA的增色效应

在DNA解链过程中更多的共轭双键暴露,使DNA在260nm处的吸光度随之增加,即DNA的增色效应。它是检测DNA双链是否变性的一个最常用的指标。

③溶液黏度降低

DNA变性时,DNA由双螺旋结构分裂成两条多核苷酸链,引起溶液黏度降低。(4)解链温度(Tm)

是指在解链时,50%的DNA双链解离成为单链(△A260达到最大变化值的一半)时所对应的温度。DNA的Tm值与DNA长短、碱基的GC含量成正比。(5)DNA变性和蛋白质变性的比较

①定义

a.DNA变性是指在某些理化因素作用下,DNA双链的互补碱基对之间的氢键断裂,使DNA双螺旋结构松散,成为单链的现象;

b.蛋白质变性是指在某些理化因素作用下,蛋白质特定的空间构象被破坏,导致其理化性质改变和生物活性丧失的现象。

②主要破坏

a.DNA变性时,维系双链碱基配对的氢键被破坏,核苷酸序列不发生改变;

b.蛋白质变性时,二硫键和非共价键被破坏,氨基酸序列不发生改变。

③变性因素

a.促使DNA变性的因素有加热、加酸、加碱;

b.促使蛋白质变性的因素有加热、乙醇、强酸、强碱、重金属离子、生物碱试剂。

④变性结果

a.DNA变性后,双链解开,DNA的A260增加(DNA的增色效应),溶液黏度降低;

b.蛋白质变性后,溶解度降低、黏度增加、结晶能力消失、生物活性丧失,易被蛋白酶水解。

⑤复性

a.在一定条件下,变性的DNA可以复性。

b.在一定条件下,部分变性的蛋白质可以复性。【例19】(A型题)DNA理化性质中的“Tm”值所表达的含义是(  )。[2013年研]

A.复制时的温度

B.复性时的温度

C.50%双链被打开的温度

D.由B型转变成A型的温度【答案】C【解析】Tm是指核酸分子内双链解开50%时的温度,又称融链温度(原称解链温度)。【例20】(A型题)下列DNA分子中,解链温度(Tm)最高的是(  )。[2009年研]

A.腺嘌呤和胸腺嘧啶含量占20%

B.腺嘌呤和胸腺嘧啶含量占60%

C.鸟嘌呤和胞嘧啶含量占30%

D.鸟嘌呤和胞嘧啶含量占50%【答案】A【解析】DNA在各种因素作用下,由双链解离为单链的过程称为DNA变性。解链温度(又称融链温度Tm)是指核酸分子内双链解开50%时的温度。Tm大小与DNA分子中所含碱基的鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)含量有关,GC含量越高,Tm值越大,这是由于G≡C碱基对有3个氢键,比只有两个氢键的A=T碱基对更稳定。A项,AT占20%,即GC占80%。B项,AT占60%,即GC占40%。C项,GC占30%。D项,GC占50%。【例21】(A型题)核酸变性后,可产生的效应是(  )。[2007年研]

A.增色效应

B.最大吸收波长发生转移

C.失去对紫外线的吸收能力

D.溶液黏度增加【答案】A【解析】DNA(脱氧核糖核酸)变性是指在某些理化因素作用下,DNA双链的互补碱基对之间的氢键断裂,使DNA双螺旋结构松散,成为单链的现象。AC两项,DNA变性时,解链过程中,由于更多的共轭双键得以暴露,DNA在紫外区260nm处的吸收值增加,并与解链程度有一定的比例关系,称DNA的增色效应。B项,DNA变性后,吸收波长并不发生转移。D项,DNA变性时,由原来比较“刚硬”的双螺旋结构,分裂成两条比较柔软的单股多核苷酸链,从而引起溶液黏度降低。

3.DNA的复性

DNA的复性是指变性的DNA在适当条件下,两条互补链重新配对,恢复原来的双螺旋结构的过程。(1)热变性的DNA缓慢冷却可复性,这一过程称为退火,退火产生减色效应。(2)热变性的DNA迅速冷却至4℃以下,DNA不能发生复性,因为两条解离的互补链还来不及形成双链。

4.核酸分子杂交(1)定义

核酸分子杂交是指将不同种类的DNA单链或RNA放在同一溶液中,由于两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系,从而形成杂化双链的过程。(2)应用

应用这一原理,可以研究DNA片段在基因组中的定位、鉴定核酸分子间的序列相似性,检测靶基因在待检样品中存在与否等。如DNA印迹、RNA印迹、斑点印迹、PCR扩增、基因芯片等核酸检测手段。

五、核酸与核酸酶

核酶与核酸酶如表2-4所示。

表2-4  核酶与核酸酶【例22】(A型题)下列关于ribozyme的叙述,正确的是(  )。[2007年研]

A.即核酸酶

B.本质是蛋白质

C.本质是核糖核酸

D.其辅酶是辅酶A【答案】C【解析】A项,核酸酶是指能够水解核酸的酶,其本质是蛋白质,包括DNA酶(DNase)和RNA酶(RNase)。BC两项,某些RNA本身具有催化能力,可以完成rRNA的剪接,这种具有催化作用的小RNA称核酶(ribozyme)。可见ribozyme的本质是RNA,即核糖核酸。绝大多数的酶本质上都是蛋白质,但核酶例外。D项,辅酶A是酰基转移酶(本质是蛋白质)的辅酶,广泛参与糖、脂类、蛋白质代谢及肝的生物转化反应。

第3章 酶

3.1 考纲要求

1.酶的基本概念,全酶,辅助因子,参与组成辅酶的维生素,酶的活性中心

2.酶的作用机制,酶反应动力学,酶抑制的类型和特点

3.酶的调节

4.酶在医学上的应用

3.2 考点归纳与历年真题详解

一、酶的分子结构和功能

1.酶的基本概念

酶的基本概念如表3-1所示。

表3-1  酶的基本概念

2.酶的分子组成(1)组成

酶按其分子组成可分为单纯酶和结合酶。

①单纯酶

单纯酶是指仅含有蛋白质的酶,如脲酶、某些消化蛋白酶、淀粉酶、脂酶、核酸酶等。

②结合酶

结合酶又称全酶,是指由蛋白质部分和非蛋白质部分共同组成的酶,其中的蛋白质部分称为酶蛋白,非蛋白质部分称为辅助因子。结合酶的特点如下:

a.酶蛋白决定酶促反应的特异性及催化机制,—种酶蛋白只能结合一种辅助因子形成全酶

b.辅助因子决定酶促反应的性质和类型,—种辅助因子可与不同的酶蛋白结合形成不同的全酶。

c.酶蛋白与辅助因子结合在一起称为全酶,它们单独存在时均无催化活性,只有全酶才具有催化活性。(2)辅助因子分类及化学性质

①按辅助因子与酶蛋白结合的紧密程度及作用特点不同,分为辅

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

下载完整电子书

若在网站上没有找合适的书籍,可联系网站客服获取,各类电子版图书资料皆有。

客服微信:xzh432

登入/注册
卧槽~你还有脸回来
没有账号? 忘记密码?