(二)核酸的结构与生物学功能 核酸是生物体内极其重要的生物大分子.是生命的最基本的物质之一.最早是瑞士的化学家米歇尔于1870年从脓细胞的核中分离出来的.由于它们是酸性的.并且最先是从核中分离的.故称为核酸.核酸的发现比蛋白质晚得多.核酸分为脱氧核糖核酸和核糖核酸两大类.它们的基本结构单位都是核苷酸. 1.核酸的基本单位--核苷酸 每一个核苷酸分子由一分子戊糖.一分子磷酸和一分子含氮碱基组成.碱基分为两类:一类是嘌呤.为双环分子,另一类是嘧啶.为单环分子.嘌呤一般均有A.G2种.嘧啶一般有C.T.U3种.这5种碱基的结构式如下图所示. 由上述结构式可知:腺嘌呤是嘌呤的6位碳原子上的H被氨基取代.鸟嘌呤是嘌呤的2位碳原子上的H被氨基取代.6位碳原子上的H被酮基取代.3种嘧啶都是在嘧啶2位碳原子上由酮基取代H.在4位碳原子上由氨基或酮基取代H而成.对于T.嘧啶的5位碳原子上由甲基取代了H.凡含有酮基的嘧啶或嘌呤在溶液中可以发生酮式和烯醇式的互变异构现象.结晶状态时.为这种异构体的容量混合物.在生物体内则以酮式占优势.这对于核酸分子中氢键结构的形成非常重要.例如尿嘧啶的互变异构反应式如下图. 酮式 烯酸式 在一些核酸中还存在少量其他修饰碱基.由于含量很少.故又称微量碱基或稀有碱基.核酸中修饰碱基多是4种主要碱基的衍生物.tRNA中的修饰碱基种类较多.如次黄嘌呤.二氢尿嘧啶.5–甲基尿嘧啶.4–硫尿嘧啶等.tRNA中修饰碱基含量不一.某些tRNA中的修饰碱基可达碱基总量的10%或更多. 核苷是核糖或脱氧核糖与嘌呤或嘧啶生成的糖苷.戊糖的第1碳原子(C1)通常与嘌呤的第9氮原子或嘧啶的第1氮原子相连.在tRNA中存在少量5–核糖尿嘧啶.这是一种碳苷.其C1是与尿嘧啶的第5位碳原子相连.因为这种戊糖与碱基的连接方式特殊.故称为假尿苷如下图. 腺苷 假尿苷(ψ) 核苷酸是由核苷中糖的某一羟基与磷酸脱水缩合而成的磷酸酯.核苷酸的核糖有3个自由的羟基.可与磷酸酯化分别生成2’–.3’–和5’–核苷酸.脱氧核苷酸的脱氧核糖只有2个自由羟基.只能生成3’–和5’–脱氧核苷酸.生物体内游离存在的核苷酸都是5’–核苷酸.以RNA的腺苷酸为例:当磷酸与核糖5位碳原子上羟基缩合时为5’–腺苷酸.用5’–AMP表示,当磷酸基连接在核糖3位或2位碳原子上时.分别为3’–AMP和2’–AMP.5’–腺苷酸和3’–脱氧胞苷酸的结构式如下图所示. 核苷酸结构也可以用下面简式表示.B表示嘌呤或嘧啶碱基.直线表示戊糖.P表示磷酸基. 2’–核苷酸 3’–核苷酸 5’–核苷酸 3’–或5’–核苷酸简式也可分别用Np和pN表示.即当P在N右侧时为3’–核苷核.P在N左侧的为5’–核苷酸.如3’–核苷酸和5’–核苷酸可分别用Ap和pA表示. 在生物体内.核苷酸除了作为核酸的基本组成单位外.还有一些核苷酸类物质自由存在于细胞内.具有各种重要的生理功能. (1)含高能磷酸基的ATP类化合物:5’–腺苷酸进一步磷酸化.可以形成腺苷二磷酸和腺苷三磷酸.分别为ADP和ATP表示.ADP是在AMP接上一分子磷酸而成.ATP是由AMP接上一分子焦磷酸(PPi)而成.它们的结构式如下图所示. 腺苷二磷酸(ADP) 腺苷三磷酸(ATP) 这类化合物中磷酸之间是以酸酐形式结合成键.磷酸酐键具有很高的水解自由能.习惯上称为高能键.通常用“- 表示.ATP分子中有2个磷酸酐键.ADP中只含1个磷酸酐键. 在生活细胞中.ATP和ADP通常以Mg2+或Mn2+盐的复合物形式存在.特别是ATP分子上的焦磷酸基对二价阳离子有高亲和力,加上细胞内常常有相当高浓度的Mg2+.使ATP对Mg2+的亲和力远大于ADP.在体内.凡是有ATP参与的酶反应中.大多数的ATP是以Mg2+-ATP复合物的活性形式起作用的.当ATP被水解时.有两种结果:一是水解形成ADP和无机磷酸,另一种是水解生成AMP和焦磷酸.ATP是大多数生物细胞中能量的直接供体.ATP-ADP循环是生物体系中能量交换的基本方式. 在生物细胞内除了ATP和ADP外.还有其他的5’–核苷二磷酸和三磷酸.如GDP.CDP.UDP和GTP.CTP.UTP,5’–脱氧核苷二磷酸和三磷酸.如dADP.dGDP. dTDP.dCDP和dATP.dCTP.dGTP.dTTP.它们都是通过ATP的磷酸基转移转化来的.因此ATP是各种高能磷酸基的主要来源.除ATP外.由其他有机碱构成的核苷酸也有重要的生物学功能.如鸟苷三磷酸(GTP)是蛋白质合成过程中所需要的.鸟苷三磷酸(UTP)参与糖原的合成.胞苷三磷酸(CTP)是脂肪和磷脂的合成所必需的.还有4种脱氧核糖核苷的三磷酸酯.即dATP.dCTP.dGTP.dTTP则是DNA合成所必需的原材料. (2)环状核苷酸,核苷酸可在环化酶的催化下生成环式的一磷酸核苷.其中以3’.5’–环状腺苷酸研究最多.它是由腺苷酸上磷酸与核糖3’.5’碳原子酯化而形成的.它的结构式如下图所示. 正常细胞中cAMP的浓度很低.在细胞膜上的腺苷酸环化酶和Mg2+存在下.可催化细胞中ATP分子脱去一个焦磷酸而环化成cAMP.使cAMP的浓度升高.但cAMP又可被细胞内特异性的磷酸二酯酶水解成5’–AMP.故cAMP的浓度受这两种酶活力的控制.使其维持一定的浓度.该过程可简单表示如下: ATPcAMP+焦磷酸5’–AMP 现认为cAMP是生物体内的基本调节物质.它传递细胞外的信号.起着某些激素的“第二信使 作用.不少激素的作用是通过cAMP进行的.当激素与膜上受体结合后.活化了腺苷酸环化酶.使细胞内的cAMP含量增加.再通过cAMP去激活特异性的蛋白激酶.由激酶再进一步起作用.近年来发现3’.5’–环鸟苷酸也有调节作用.但其作用与cAMP正好相拮抗.它们共同调节着细胞的生长和发育等过程.此外.在大肠杆菌中cAMP也参与DNA转录的调控作用. 2.核酸的化学结构 核酸分子是由核苷酸单体通过3’.5’–磷酸二酯键聚合而成的多核苷酸长链.核苷酸单体之间是通过脱水缩合而成为聚合物的.这点与蛋白质的肽链形成很相似.在脱水缩合过程中.一个核苷酸中的磷酸给出一个氢原子,另一个相邻核苷酸中的戊糖给出一个羟基.产生一分子水.每个单体便以磷酸二酯键的形式连接起来.由许多个核苷酸缩合而形成多核苷酸链.如果用脾磷酸二酯酶来水解多核苷酸链.得到的是3’–核苷酸.而用蛇毒磷酸二酯酶来水解得到的却是5’–核苷酸.这证明多核苷酸链是有方向的.一端叫3’–未端.一端叫5’–末端.所谓3’–末端是指多核苷酸链的戊糖上具有3’–磷酸基的末端.而具有5’–磷酸基的末端则称为5’末–端.多核苷酸链两端的核苷酸为末端核苷酸.末端磷酸基与核苷相连的键称为磷酸单酯键.书写多核苷酸链时.通常将5’端写在左边.3’端写在右边.但在书写一条互补的双链DNA时.由于二条链是反向平行的.因此每条链的末端必须注明5’或3’.通常寡核苷酸链可用右面的简式表示. 述简式还可简化为pApCpGpUOH.若进一步简化.还可将核苷酸链中的p省略.或在核苷酸之前加小点.则变为pACGUOH或pA·C·G·UOH. 3.核酸的性质 (1)一般性质 核酸和核苷酸既有磷酸基.又有碱性基团.为两性电解质.因磷酸的酸性强.通常表现为酸性.核酸可被酸.碱或酶水解成为各种组分.其水解程度因水解条件而异.RNA在室温条件下被稀碱水解成核苷酸而DNA对碱较稳定.常利用该性质测定RNA的碱基组成或除去溶液中的RNA杂质.DNA为白色纤维状固体.RNA为白色粉末,都微溶于水.不溶于一般有机溶剂.常用乙醇从溶液中沉淀核酸. (2)核酸的紫外吸收性质 核酸中的嘌呤碱和嘧啶碱均具有共轭双键.使碱基.核苷.核苷酸和核酸在240-290nm的紫外波段有一个强烈的吸收峰.最大吸收值在260nm附近.不同的核苷酸有不同的吸收特性.由于蛋白质在这一光区仅有很弱的吸收.蛋白质的最大吸收值在280nm处.利用这一特性可以鉴别核酸纯度及其制剂中的蛋白质杂质. (3)核酸的变性和复性 ①核酸的变性:是指核酸双螺旋区的氢键断裂.碱基有规律的堆积被破坏.双螺旋松散.发生从螺旋到单键线团的转变.并分离成两条缠绕的无定形的多核苷酸单键的过程.变性主要是由二级结构的改变引起的.因不涉及共价键的断裂.故一级结构并不发生破坏.多核苷酸骨架上共价键的断裂称为核酸的降解.降解引起核酸分子量降低.引起核酸变性的因素很多.如加热引起热变性.pH值过低(如pH<4=的酸变性和pH值过高的碱变性.纯水条件下引起的变性以及各种变性试剂.如甲醇.乙醇.尿素等都能使核酸变性.此外.DNA的变性还与其分子本身的稳定性有关.由于C-C中有三对氢健而A-T对只有两对氢键.故C+G百分含量高的DNA分子就较稳定.当DNA分子中A+T百分含量高时就容易变性.环状 DNA分子比线形DNA要稳定.因此线状DNA较环状DNA容易变性. 核酸变性后.一系列物理和化学性质也随之发生改变.如260nm区紫外吸收值升高.粘度下降.浮力密度升高.同时改变二级结构.有的可以失去部分或全部生物活性.DNA的加热变性一般在较窄的温度范围内发生.很像固体结晶物质在其熔点突然熔化的情况.因此通常把热变性温度称为“熔点 或解键温度.用Tm表示.对DNA而言.通常把DNA的双螺旋结构失去一半时的温度(或变性量达最大值的一半时的温度)称为该DNA的熔点或解链温度.在此温度可由紫外吸收最大变化的半数值得到.DNA的Tm值一般在70℃-85℃.RNA变性时发生与DNA变性时类似的变化.但其变化程度不及DNA大.因为RNA分子中只有部分螺旋区. ②核酸的复性:变性DNA在适当条件下.又可使两条彼此分开的链重新缔合成为双螺旋结构.这个过程称为复性.DNA复性后.许多物理.化学性质又得到恢复.生物活性也可以得到部分恢复.DNA的片段越大.复性越慢,DNA的浓度越高.复性越快. DNA或RNA变性或降解时.其紫外吸收值增加.这种现象叫做增色效应.与增色效应相反的现象称为减色效应.变性核酸复性时则发生减色效应.它们是由堆积碱基的电子间相互作用的变化引起的. 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

2005年诺贝尔生理学或医学奖授予澳大利亚学者巴里·马歇尔和罗宾·沃伦,以表彰他们20年前发现了幽门螺杆菌,并证明该细菌感染胃部会导致胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡。这一成果打破了当时流行不能用抗生素治疗胃病的医学教条。如图所示为幽门螺杆菌细胞模式图。据图回答下列问题:

(1)

幽门螺杆菌细胞由于具有结构[③]________,因此称为________细胞。

(2)

幽门螺杆菌细胞与植物细胞相比较,共同的结构有________。

(3)

幽门螺杆菌细胞壁[①]的主要成分与真核细胞的不同,高等植物细胞的细胞壁主要化学成分是________。细胞器[⑤]的功能是________。

(4)

请用圆圈表示原核生物、真核生物、乳酸菌、幽门螺杆菌、酵母菌、细菌的从属关系。

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左下图为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图,右上图为其中一个生理过程的模式图。请回答下列问题:

(1)结构Ⅰ、Ⅱ代表的结构或物质分别:                               
(2)完成过程①需要的物质是从细胞质进入细胞核的。它们是         
(3)从图中分析,基因表达过程中转录的发生场所有                 
(4)根据右上表格判断:【Ⅲ】          (填名称)。携带的氨基酸是        。若蛋白质在线粒体内膜上发挥作用,推测其功能可能是参与有氧呼吸的第        阶段。
(5)用α-鹅膏蕈碱处理细胞后发现,细胞质基质中RNA含量显著减少,那么推测α-鹅膏蕈碱抑制的过程是                 。(填序号),线粒体功能        (填“会”或“不会”)受到影响。
(6)右图为上图中①过程图,图中的b和d二者在化学组成上的区别是___ 、_       
右图中a是一种酶分子,它能促进c的合成,其名称为__________________。

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左下图为某种真菌线粒体中蛋白质的生物合成示意图,右上图为其中一个生理过程的模式图。请回答下列问题:

(1)结构Ⅰ、Ⅱ代表的结构或物质分别:                                

(2)完成过程①需要的物质是从细胞质进入细胞核的。它们是          

(3)从图中分析,基因表达过程中转录的发生场所有                 

(4)根据右上表格判断:【Ⅲ】           (填名称)。携带的氨基酸是         。若蛋白质在线粒体内膜上发挥作用,推测其功能可能是参与有氧呼吸的第         阶段。

(5)用α-鹅膏蕈碱处理细胞后发现,细胞质基质中RNA含量显著减少,那么推测α-鹅膏蕈碱抑制的过程是                  。(填序号),线粒体功能         (填“会”或“不会”)受到影响。

(6)右图为上图中①过程图,图中的b和d二者在化学组成上的区别是___  、_       

右图中a是一种酶分子,它能促进c的合成,其名称为__________________。

 

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I.干细胞是一种未充分分化,尚不成熟的细胞,具有再生各种组织器官的潜在功能。右图表示干细胞继续发育的三个途径,据图回答下列问题。

(1)氨基酸被B细胞从外界吸收,在游离核糖体中合成多肽,共穿过____层磷脂双分子层。
(2)若D细胞分泌物是某种分泌蛋白,则
其开始合成到分泌出细胞,体现了生物
膜的 ___特点。脂质的合成与图
中的         (填数字序号)有关。
(3)个体发育过程中,导致C细胞和D细胞不同的根本原因是         
如果在增殖过程中细胞受到致癌因子的作用,DNA分子受损,使                发生突变,则会产生癌细胞。
(4)D若是人体细胞,则人在安静状态和剧烈运动状态下,消耗同样多的氧气,产生的二氧化碳量前者            后者(填多于、少于或等于)。
(5)植物细胞与图中A细胞有丝分裂过程相比,前者的主要特点是                  
Ⅱ。某研究小组的同学利用样方法研究某地A,B 0C三个不同区域的植物群落,同时还测量了各种土壤特征和环境因素,结果见下表:   

植物种类
A区域
B区域
C区域
非生物因素
A区域
B区域
C区域

3
5
9
风速



蕨类植物
7
5
8
距地面1.5米的光强



灌木
5
4
2
土壤湿度(%)
48
35
15
松树
0
2
0
土壤的有机物(%)
6.5
3.8
2.5
落叶树
15
5
0
土壤深度(cm)
>300
≈100
<15
土壤含氮量(mg·kg-1
9.4
2.5
2.4
      根据表中数据回答下列问题:
(1)根据调查结果判断,物种丰富度最大的区域是        。B区域草、蕨类植物、灌木、松树以及落叶树都有分布,体现了群落结构的            现象。
(2)A区域可看成一个生态系统,除了表中列举的以外,生态系统的结构还应该包括                                  
(3)调查A区域草本植物上的蚜虫密度,应该采用        法。据表中非生物因素分析,落叶树在C区域不能生长的主要原因是            (任说一点理由)。
(4)右图代表A区域所形成的某条食物链,若戊种群的能量为5.8×109kJ,乙种群的能量为1.3×108kJ,丁种群的能量为1.5×108kJ,则甲种群最少可获得的能量是       kJ。   

(5)将C区域的植物全部去除,改为农田,容易造成生态系统抵抗力稳定性降低,其原因是                    

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下列关于组成细胞化合物的叙述,不正确的是

A. 蛋白质肽链的盘曲和折叠被解开时,其特定功能并未发生改变

B. RNA与DNA的分子结构相似,由四种核苷酸组成,可以储存遗传信息[来源:学§科§网Z§X§X§K]

C. 某些蛋白质在生命活动中能够传递信息

D. 有些脂质能激发和维持动物的第二性征

 

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同步练习册答案