4.2　課后習題詳解

1細胞的核酸有哪幾類？最初是如何被發現的？核酸的基本組分和結構是什么？怎樣知道DNA是雙螺旋結構？而RNA是單鏈多核苷酸？

答：（1）細胞的核酸分類

核酸分核糖核酸（RNA）與脫氧核糖核酸（DNA）兩類。RNA中又分mRNA、tRNA和rRNA3種。

（2）核酸的發現

核酸最早是在1868年由瑞士的一位年青科學家米歇爾（F.Miescher）發現的，他從外科繃帶的膿細胞中分離出的細胞核中提取出了一種含磷很多的酸性化合物，即核蛋白。核蛋白初步水解后可產生蛋白質和核酸。

（3）核酸的基本組分和結構

①核酸的基本組分：RNA和DNA皆含氮堿（嘌呤、嘧啶）、戊糖（核糖或脫氧核糖）和磷酸。

②核酸的結構：RNA所含的糖為D核糖，DNA所含的糖為D-2-脫氧核糖，兩者都是β構型。在某些RNA中含有少量的β-D-2-O-甲基核糖。

（3）提出DNA雙螺旋結構模型的主要依據

①X射線衍射分析，早在20世紀40年代Astbury就用X射線衍射方法研究DNA纖維的結構。后來到1952年，M.H.Wilkins等人用較好的DNA纖維樣品拍到了比較清楚的X射線衍射圖。這些衍射圖說明DNA分子可能具有螺旋結構，一些強的衍射點說明DNA分子中有3.4nm和0.34nm的周期結構。

②DNA堿基組成的定量分析，20世紀50年代初E.Chargaff等人定量測定了DNA的堿基組成，發現了Chargaff規則。

（4）提出RNA是單鏈多核苷酸的主要依據

RNA二級結構的闡明主要通過研究RNA在溶液中的性質，還有x射線衍射的研究。根據RNA的某些理化性質和X射線衍射分析，證明大多數RNA分子是一條單鏈，鏈的許多區域自身發生回折。

2什么叫遺傳信息、遺傳密碼子和反密碼子？什么叫遺傳中心法則？通過什么機制DNA的遺傳信息可傳給mRNA？mRNA又傳遞給蛋白質？

答：（1）遺傳信息、遺傳密碼子和反密碼子

①遺傳信息是指基因中堿基的排列順序。

②遺傳密碼子是指mRNA分子上三個相鄰核苷酸為一組的核苷酸三聯體，它對應于蛋白質的氨基酸序列。

③反密碼子是指tRNA分子的反密碼子環上的三聯體核苷酸殘基序列，在翻譯過程中，反密碼子與密碼子互補結合。

（2）遺傳中心法則：指遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質，即完成遺傳信息的轉錄和翻譯過程。也可以從DNA傳遞給DNA，即完成DNA的復制過程。在某些病毒中的RNA自我復制和在某些病毒中以RNA為模板逆轉錄成DNA的過程是對中心法則的補充。

（3）DNA的遺傳信息傳給mRNA的機制：

在DNA指導下mRNA的合成稱為轉錄，RNA鏈的轉錄起始于DNA模板的一個特定起點，并在另一終點處終止。轉錄的起始由DNA的啟動子控制，控制終止的部位則成為終止子。轉錄是通過DNA指導的RNA聚合酶來實現的。

（4）遺傳信息從mRNA傳遞給蛋白質的機制：

遺傳信息從mRNA傳遞給蛋白質的過程稱為翻譯。在與mRNA作用之前氨酰tRNA合成酶介導氨基酸共價地與tRNA形成氨酰-tRNA，將tRNA所結合的氨基酸攜帶到核糖體，并按mRNA的密碼序列將攜帶來的氨基酸安置在特定的位置。mRNA含有遺傳密碼的信息，用于指導特定氨基酸序列多肽鏈的合成。一個核糖體結合到一個mRNA分子合成起始序列上，并由此開始讀碼，沿著密碼序列合成一條多肽鏈。

3tRNA有多少種？它的作用和作用機制是什么？

答：（1）tRNA的種類很多，已經測出一級結構的tRNA有400多種。已知每一種氨基酸至少有一種相應的tRNA。

（2）tRNA的作用

在蛋白質合成中的作用是將遺傳密碼轉譯成相應的氨基酸，并將它的對象氨基酸攜帶到核糖體，按照mRNA的密碼序列裝配成多肽。

（3）tRNA的作用機制

①tRNA要發揮其作用，必須能識別氨基酸和遺傳密碼。

②tRNA依靠氨酰-tRNA合成酶識別它的對象氨基酸，并與之結合，然后將所結合的氨基酸攜帶到核糖體，并按mRNA的密碼序列將攜帶來的氨基酸安置在特定的位置。

③tRNA是依靠各種tRNA自身結構上的反密碼子認識遺傳密碼。不同tRNA具有不同的反密碼子，反密碼子就是tRNA識別密碼子的機構。tRNA憑特殊反密碼子，根據堿基配對規律就能正確地識別相應的密碼子。

4核酸與生物遺傳和進化是通過什么方式來體現的？

答：（1）核酸與生物遺傳分為：

①DNA與生物遺傳

DNA是染色體的主要成分，也是生物遺傳的主要物質基礎，更是基因的基礎化學物質。在遺傳過程中DNA的具體方式有：

a．DNA在細胞分裂時按照自己的結構精確復制傳給子代；

b．DNA作為模板將所儲遺傳信息傳給mRNA。

②RNA與生物遺傳

RNA的主要功能是幫助DNA表達遺傳信息，具體方式有：

a．mRNA指導核糖體合成肽鏈，將DNA上的遺傳信息轉化為合成蛋白質；

b．tRNA和rRNA參與肽鏈合成，幫助DNA表達遺傳信息；

c．多種小RNA參與DNA上基因信息表達的調控，如mRNA剪接過程，基因選擇性沉默等；

d．某些病毒采用RNA作為其遺傳信息載體。

（2）核酸與生物進化

進化論認為，生物在繁殖過程中出現變異，在生存斗爭中，不適應環境的變異被淘汰，適應環境的變異不斷積累，導致新種的形成。核酸在進化中的作用主要在于：

①DNA復制的精確性保證了物種遺傳的基本穩定，保證了物種的延續；

②DNA在復制過程中，偶爾出現的堿基突變、基因片段增加和丟失，是生物變異的原因，自然選擇提供了原材料，生物進化的過程即生物DNA不斷改變的過程。

③以RNA為遺傳物質的一些病毒因為RNA聚合酶的錯誤率相對于DNA聚合酶較高，而且有的RNA聚合酶不具有校對功能，所以RNA病毒更容易突變，這有利于病毒逃脫免疫應答。

5試總結核酸對人類的重要性。

答：核酸對人類重要性的原因如下:

（1）核酸作為遺傳物質的攜帶者，保證了人類物種的延續。

（2）核酸發生的突變，為人類進化積累資本。

（3）核酸在人類生活中的實踐意義

雖然核酸作用控制失調會對人類和生物帶來很大危害，但如用得恰當也可為人類帶來很多利益。從長遠來看，遺傳工程技術進步到一定階段時，就可能通過重組DNA來發展工、農業生產和控制病毒性疾病。

（4）核酸的水解物對人類的貢獻

我們已利用核酸的水解物，如腺苷三磷酸、肌苷酸環腺苷酸以及核酸水解后的核苷酸混合物等都已應用于醫學、工業（5-IMP用作增鮮劑）和農業（核酸水解物）等各方面。