4.2　课后习题详解

1细胞的核酸有哪几类？最初是如何被发现的？核酸的基本组分和结构是什么？怎样知道DNA是双螺旋结构？而RNA是单链多核苷酸？

答：（1）细胞的核酸分类

核酸分核糖核酸（RNA）与脱氧核糖核酸（DNA）两类。RNA中又分mRNA、tRNA和rRNA3种。

（2）核酸的发现

核酸最早是在1868年由瑞士的一位年青科学家米歇尔（F.Miescher）发现的，他从外科绷带的脓细胞中分离出的细胞核中提取出了一种含磷很多的酸性化合物，即核蛋白。核蛋白初步水解后可产生蛋白质和核酸。

（3）核酸的基本组分和结构

①核酸的基本组分：RNA和DNA皆含氮碱（嘌呤、嘧啶）、戊糖（核糖或脱氧核糖）和磷酸。

②核酸的结构：RNA所含的糖为D核糖，DNA所含的糖为D-2-脱氧核糖，两者都是β构型。在某些RNA中含有少量的β-D-2-O-甲基核糖。

（3）提出DNA双螺旋结构模型的主要依据

①X射线衍射分析，早在20世纪40年代Astbury就用X射线衍射方法研究DNA纤维的结构。后来到1952年，M.H.Wilkins等人用较好的DNA纤维样品拍到了比较清楚的X射线衍射图。这些衍射图说明DNA分子可能具有螺旋结构，一些强的衍射点说明DNA分子中有3.4nm和0.34nm的周期结构。

②DNA碱基组成的定量分析，20世纪50年代初E.Chargaff等人定量测定了DNA的碱基组成，发现了Chargaff规则。

（4）提出RNA是单链多核苷酸的主要依据

RNA二级结构的阐明主要通过研究RNA在溶液中的性质，还有x射线衍射的研究。根据RNA的某些理化性质和X射线衍射分析，证明大多数RNA分子是一条单链，链的许多区域自身发生回折。

2什么叫遗传信息、遗传密码子和反密码子？什么叫遗传中心法则？通过什么机制DNA的遗传信息可传给mRNA？mRNA又传递给蛋白质？

答：（1）遗传信息、遗传密码子和反密码子

①遗传信息是指基因中碱基的排列顺序。

②遗传密码子是指mRNA分子上三个相邻核苷酸为一组的核苷酸三联体，它对应于蛋白质的氨基酸序列。

③反密码子是指tRNA分子的反密码子环上的三联体核苷酸残基序列，在翻译过程中，反密码子与密码子互补结合。

（2）遗传中心法则：指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译过程。也可以从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制过程。在某些病毒中的RNA自我复制和在某些病毒中以RNA为模板逆转录成DNA的过程是对中心法则的补充。

（3）DNA的遗传信息传给mRNA的机制：

在DNA指导下mRNA的合成称为转录，RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定起点，并在另一终点处终止。转录的起始由DNA的启动子控制，控制终止的部位则成为终止子。转录是通过DNA指导的RNA聚合酶来实现的。

（4）遗传信息从mRNA传递给蛋白质的机制：

遗传信息从mRNA传递给蛋白质的过程称为翻译。在与mRNA作用之前氨酰tRNA合成酶介导氨基酸共价地与tRNA形成氨酰-tRNA，将tRNA所结合的氨基酸携带到核糖体，并按mRNA的密码序列将携带来的氨基酸安置在特定的位置。mRNA含有遗传密码的信息，用于指导特定氨基酸序列多肽链的合成。一个核糖体结合到一个mRNA分子合成起始序列上，并由此开始读码，沿着密码序列合成一条多肽链。

3tRNA有多少种？它的作用和作用机制是什么？

答：（1）tRNA的种类很多，已经测出一级结构的tRNA有400多种。已知每一种氨基酸至少有一种相应的tRNA。

（2）tRNA的作用

在蛋白质合成中的作用是将遗传密码转译成相应的氨基酸，并将它的对象氨基酸携带到核糖体，按照mRNA的密码序列装配成多肽。

（3）tRNA的作用机制

①tRNA要发挥其作用，必须能识别氨基酸和遗传密码。

②tRNA依靠氨酰-tRNA合成酶识别它的对象氨基酸，并与之结合，然后将所结合的氨基酸携带到核糖体，并按mRNA的密码序列将携带来的氨基酸安置在特定的位置。

③tRNA是依靠各种tRNA自身结构上的反密码子认识遗传密码。不同tRNA具有不同的反密码子，反密码子就是tRNA识别密码子的机构。tRNA凭特殊反密码子，根据碱基配对规律就能正确地识别相应的密码子。

4核酸与生物遗传和进化是通过什么方式来体现的？

答：（1）核酸与生物遗传分为：

①DNA与生物遗传

DNA是染色体的主要成分，也是生物遗传的主要物质基础，更是基因的基础化学物质。在遗传过程中DNA的具体方式有：

a．DNA在细胞分裂时按照自己的结构精确复制传给子代；

b．DNA作为模板将所储遗传信息传给mRNA。

②RNA与生物遗传

RNA的主要功能是帮助DNA表达遗传信息，具体方式有：

a．mRNA指导核糖体合成肽链，将DNA上的遗传信息转化为合成蛋白质；

b．tRNA和rRNA参与肽链合成，帮助DNA表达遗传信息；

c．多种小RNA参与DNA上基因信息表达的调控，如mRNA剪接过程，基因选择性沉默等；

d．某些病毒采用RNA作为其遗传信息载体。

（2）核酸与生物进化

进化论认为，生物在繁殖过程中出现变异，在生存斗争中，不适应环境的变异被淘汰，适应环境的变异不断积累，导致新种的形成。核酸在进化中的作用主要在于：

①DNA复制的精确性保证了物种遗传的基本稳定，保证了物种的延续；

②DNA在复制过程中，偶尔出现的碱基突变、基因片段增加和丢失，是生物变异的原因，自然选择提供了原材料，生物进化的过程即生物DNA不断改变的过程。

③以RNA为遗传物质的一些病毒因为RNA聚合酶的错误率相对于DNA聚合酶较高，而且有的RNA聚合酶不具有校对功能，所以RNA病毒更容易突变，这有利于病毒逃脱免疫应答。

5试总结核酸对人类的重要性。

答：核酸对人类重要性的原因如下:

（1）核酸作为遗传物质的携带者，保证了人类物种的延续。

（2）核酸发生的突变，为人类进化积累资本。

（3）核酸在人类生活中的实践意义

虽然核酸作用控制失调会对人类和生物带来很大危害，但如用得恰当也可为人类带来很多利益。从长远来看，遗传工程技术进步到一定阶段时，就可能通过重组DNA来发展工、农业生产和控制病毒性疾病。

（4）核酸的水解物对人类的贡献

我们已利用核酸的水解物，如腺苷三磷酸、肌苷酸环腺苷酸以及核酸水解后的核苷酸混合物等都已应用于医学、工业（5-IMP用作增鲜剂）和农业（核酸水解物）等各方面。