第二章 核酸的结构与功能
一、A型题（单项选择题，请从备选答案中选出一个最佳答案）
1．能使外源性侵入基因表达的mRNA降解的核酸是（ ）。[西医综合2015年研]
A．snRNA
B．hnRNA
C．siRNA
D．scRNA
【答案】C
【解析】①核内小RNA（snRNA）位于细胞核内，参与hnRNA的剪接和转运。②hnRNA（不均一核RNA）是mRNA的未成熟前体。③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。④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
2．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（ ）。[西医综合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，因此该核酸分子应为DNA而不是RNA。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。
3．DNA理化性质中的“Tm”值所表达的含义是（ ）。[西医综合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）。
4．具有左手螺旋的DNA结构是（ ）。[西医综合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。
5．下列关于tRNA的叙述，错误的是（ ）。[西医综合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）、mG、mA（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，如图所示，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。
6．一个DNA分子中，若G所占的摩尔比是32.8%，则A的摩尔比应是（ ）。[西医综合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%，其中A＝17.2%。
7．下列选项中，符合tRNA结构特点的是（ ）。[西医综合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（如图）。从5＇～3＇依次为：DHU环＋反密码予子环＋TΨC环＋CCA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。
8．下列DNA分子中，解链温度（Tm）最高的是（ ）。[西医综合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，A＋T占20%，即G＋C占80%。B项，A＋T占60%，即G＋C占40%。C项，G＋C占30%。D项，G＋C占50%。
9．下列RNA中，参与形成原核生物50S大亚基的是（ ）。[西医综合2008年研]
A．28SrRNA
B．23SrRNA
C．16SrRNA
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、16SrRNA和23SrRNA，小亚基（30S）由16SrRNA和21种蛋白质（rpS）构成，大亚基（50S）由5SrRNA、23SrRNA和36种蛋白质（rpL）构成。D项，hnRNA为mRNA未成熟的前体。
10．按照Chargaff规则，下列关于DNA碱基组成的叙述，正确的是（ ）。[西医综合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（D对）。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。
11．核酸的最大紫外光吸收值一般在哪一波长附近？（ ）[西医综合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。
12．核酸变性后，可产生的效应是（ ）。[西医综合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】A项，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。①DNA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。
13．下列关于ribozyme的叙述，正确的是（ ）。[西医综合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。
14．下列关于mRNA的叙述，错误的是（ ）。[西医综合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。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。
15．DNA受热变性时，出现的现象是（ ）。[西医综合2005年研]
A．多聚核苷酸链水解成单核苷酸
B．在26nm波长处的吸光度增加
C．碱基对以共价键连接
D．溶液黏度增加
E．最大光吸收峰波长发生转移
【答案】B
【解析】A项，DNA在各种因素（加热、加酸或加碱）作用下，由双链解开的过程称变性。此过程中维系碱基配对的氢键断裂，但不伴随共价键的断裂，DNA双螺旋结构变成松散的单链，并非多核苷酸链水解成单核苷酸。B项，在DNA解链过程中，由于更多的共轭双键得以暴露，DNA在紫外区260nm处的吸光值增加。C项，碱基对以氢键连接。D项，DNA变性时，结构松散，致使分子的不对称性变小，故溶液黏度降低。E项，DNA变性时，因嘌呤和嘧啶分子未发生变化，所以最大吸收峰的波长不会发生转移。
16．下列核酸中哪一种不会与变性的牛肝细胞核DNA杂交？（ ）[厦门大学2009研]
A．肾tRNA
B．变性的牛肝细胞核DNA
C．变性的线粒体DNA
D．肝mRNA
【答案】A
【解析】分子杂交是指按照碱基互补配对原则使不同来源的不完全互补的两条多核苷酸链相互结合的过程。可在DNA与DNA，RNA与RNA，或DNA与RNA之间进行，形成DNA-DNA，RNA-RNA或RNA-DNA等不同类型的杂交分子。A项，肾tRNA与变性的牛肝细胞核DNA不具有互补关系，不能进行分子杂交。
二、B型题（配伍选择题，每组题共用一组备选答案，每题只有一个正确答案，备选答案可重复选用。）
A．hnRNA
B．siRNA
C．snoRNA
D．5S rRNA
1．能对外源侵入的双链RNA进行切割的核酸是（ ）。[西医综合2011年研]
【答案】B
2．能与核内蛋白质组成核蛋白体的是（ ）。[西医综合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。
三、X型题（多项选择题）
1．能参与切割mRNA的生物分子包括（ ）。[西医综合2015年研]
A．miRNA
B．siRNA
C．5.8S rRNA
D．tRNA
【答案】AB
【解析】A项，微RNA（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）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的大亚基。D项，tRNA的主要功能是运送氨基酸。
2．真核生物的mRNA结构包括（ ）。[西医综合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结构如下。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＇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盒是真核启动子的核心序列，并不是真核生物mRNA的结构。
3．下列关于DNA二级结构模型的叙述，正确的是（ ）。[西医综合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对碱基
【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。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3.54rim。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。
四、填空题
1．tRNA分子3＇末端的最后三个核苷酸为______。[暨南大学2011研]
【答案】CpCpAOH
2．DNA的变性温度（Tm）的大小与______、______、______等因素有关。[暨南大学2011研]
【答案】DNA的均一性；G-C的含量；介质中的离子强度
3．核苷三磷酸在代谢中起着重要的作用。ATP是通用的能量载体，CTP参与甘油磷脂的合成，GTP提供肽链合成所需要的能量，______参与多糖的合成。[中山大学2009研]
【答案】UTP
【解析】UTP是3分子的磷酸结合在尿苷的核糖5＇-OH基上的核苷酸，与糖类代谢有密切关系，由UTP与1-磷酸葡糖经酶催化生成UDP-葡糖与焦磷酸。此外，也生成UDP-半乳糖、UDP-半乳糖胺、UDP-萄糖醛酸等。
4．在各种RNA中，______的含量最多，______的寿命最短，______含稀有碱基最多。[厦门大学2009研]
【答案】rRNA；mRNA；tRNA
【解析】rRNA是组成核糖体的主要成分，占RNA总量的75%～85%；mRNA在指导合成完一条肽链后，会迅速分解成核糖核苷酸；tRNA中的稀有碱基占碱基总量的10%～20%，是含稀有碱基最多的RNA。
五、判断题
1．DNA的Tm值和A-T含量有关，A-T含量高则Tm高。（ ）[东北农业大学2011研]
【答案】错
【解析】DNA中G-C含量高则Tm高，A-T含量高则Tm低。
2．tRNA一般具有一柄三环，其空间结构呈三叶草形。（ ）[中山大学2008研]
【答案】错。
【解析】tRNA一般具有一柄四环，其空间结构呈倒“L”型。
3．Z型DNA与B型DNA可以相互转变。（ ）
【答案】对
【解析】天然B型DNA的局部区域可以出现Z型DNA，说明B型DNA与Z型DNA之间是可以相互转变的。
六、名词解释
1．碱基互补规律[厦门大学2009研；浙江农林大学2012研]
答：碱基互补规律是指在DNA或某些双链RNA分子结构中，由于碱基之间的氢键具有固定的数目和DNA两条链之间的距离保持不变，使得碱基配对必须遵循一定的规律，即在DNA中，A（腺嘌呤）一定与T（胸腺嘧啶）配对；在RNA中，A（腺嘌呤）与U（尿嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）一定与C（胞嘧啶）配对。
2．DNA一级结构
答：DNA一级结构是指DNA分子中4种脱氧核苷酸（A、G、C、T）自5＇-端至3＇-端的排列顺序，是核酸分子中储存、传递遗传信息的关键部分。
3．核酶（ribozyme）
答：核酶是具有催化作用的小分子RNA，具有自身催化或催化其他RNA降解的活性。在RNA的剪接修饰中具有重要作用。核酶最先从四膜虫rRNA中发现其催化自我剪接的作用。
4．DNA的增色效应和减色效应
答：DNA的增色效应是指在DNA解链过程中，由于有更多的共轭双键得以暴露而使DNA溶液在紫外线260nm处的吸收值增加，它是监测DNA双链是否发生变性的一个最常用的指标；DNA的减色效应是指随着DNA的退火复性而在260nm处吸收值下降。
5．DNA变性（DNA denaturation）
答：DNA变性是指在理化因素作用下，DNA分子中的氢键断裂，碱基堆积力遭到破坏，双螺旋结构解体，双链分开形成单链的过程。DNA变性破坏了DNA的空间结构，但没有改变它的核苷酸序列。
6．Tm
答：Tm（melting temperature）是指DNA解链温度，即在DNA热变性中，紫外线260nm处吸光度的变化△A260达到最大变化值的一半时所对应的温度。DNA的Tm值与DNA长短以及碱基的GC含量相关。GC的含量越高，Tm值越高；离子强度越高，Tm值也越高。
七、简答题
1．DNA双螺旋结构有什么特点？如何用DNA双螺旋结构说明重要的生命现象？
答：（1）DNA双螺旋结构的特点是：
①双链反向平行排列；
②右手螺旋，螺旋直径2nm，每旋一周为10个碱基对，螺距3.4nm，螺旋表面有大小沟各一个；
③碱基互补（A对T；G对C）形成的氢键维持横向稳定，碱基平面间疏水性堆积力维持纵向稳定。
（2）DNA双螺旋是互补的两条链，DNA复制可以形成与母代一样的子代，保证DNA作为遗传载体的忠实性；此外，RNA转录按DNA上的信息进行，保证蛋白质生物合成按DNA上的信息进行。
2．怎样通过紫外吸收法判断核酸的纯度以及对纯核酸进行定量？[暨南大学2011研]
答：嘌呤碱与嘧啶碱具有共轭双键，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。不同核苷酸有不同的紫外吸收特性。所以可以用紫外分光光度计加以定量及定性测定。
（1）紫外吸收法判断核酸的纯度
读出核酸260nm与280nm的吸光度（A）即光密度（OD）值，从A260/A280的比值即可判断样品的纯度。纯DNA的A260/A280应大于1.8，纯RNA应达到2.0。样品中如含有杂蛋白及苯酚，A260/A280比值明显降低。不纯的样品不能用紫外吸收法作定量测定。
（2）紫外吸收法对纯核酸进行定量
对于纯的样品，只要读出260nm的A值即可算出含量。通常以A值为1相当于50μg/mL双螺旋DNA，或40μg/mL单链DNA（或RNA），或20μg/mL寡核苷酸来计算。这个方法既快速，又相当准确，而且不会浪费样品。对于不纯的核酸可以用琼脂糖凝胶电泳分离出区带后，经溴化乙锭染色在紫外灯下粗略地估计其含量。
3．假如你从某一动物组织提取一份总RNA样品，可采用一些什么方法检测它的质量（完整性）、纯度和浓度？并说明判断的依据。[中山大学2009研]
答：（1）①RNA样品的质量（完整性）和纯度检测
可通过琼脂糖变性电泳分析检测。常见的变性电泳有甲醛变性电泳，戊二醛变性电泳等。
②RNA样品的浓度检测
可通过紫外分光光度计确定，选260nm、230nm、280nm和310nm波长读数。其中260nm读数用来估算样品中核酸浓度，310nm为背景吸收值。1个样品浓度的比值用于估计核酸的纯度，估计去盐的程度。
（2）判断依据如下：
①完整的RNA的甲醛电泳可明显地观察到28S和18S两条带，并且28S大约是18S的两倍宽。若两条带不明显，则说明RNA部分降解，可能的原因是污染了RNase或操作剧烈。
②对于RNA纯制品，其可能是蛋白污染所致，可以增加酚抽提；说明去盐不充分，可以再次沉淀和70%乙醇洗涤。