G-C对相对含量愈高，Tm亦越高（图3-29）；14．哪些因素影响DNA复性的速度？；解答：影响复性速度的因素主要有：①复性的温度，复；15．概述分子杂交的概念和应用领域；解答：在退火条件下，不同来源的DNA互补区形成双；16．概述核酸序列测定的方法和应用领域；解答：DNA的序列测定目前多采用Sanger提出；合成，就可以得到4套分子大小不等的片段，如新合成
G-C对相对含量愈高，Tm亦越高（图3-29）。在0.15mol/L NaCl,0.015mol/L柠檬酸钠溶液(1×SSC)中，经验公式为：（G+C）% =（Tm - 69.3）× 2.44。② 溶液的离子强度。离子强度较低的介质中，Tm较低。在纯水中，DNA在室温下即可变性。分子生物学研究工作中需核酸变性时，常采用离子强度较低的溶液。③ 溶液的pH。高pH下，碱基广泛去质子而丧失形成氢键的有力，pH大于11.3时，DNA完全变性。pH低于5.0时，DNA易脱嘌呤，对单链DNA进行电泳时，常在凝胶中加入NaOH以维持变性关态。④ 变性剂。甲酰胺、尿素、甲醛等可破坏氢键，妨碍碱堆积，使Tm下降。对单链DNA进行电泳时，常使用上述变性剂。 14．哪些因素影响DNA复性的速度？ 解答：影响复性速度的因素主要有：① 复性的温度，复性时单链随机碰撞，不能形成碱基配对或只形成局部碱基配对时，在较高的温度下两链重又分离，经过多次试探性碰撞才能形成正确的互补区。所以，核酸复性时温度不宜过低，Tm-25℃是较合适的复性温度。② 单链片段的浓度，单链片段浓度越高，随机碰撞的频率越高，复性速度越快。③ 单链片段的长度，单链片段越大，扩散速度越慢，链间错配的概率也越高。因面复性速度也越慢，即DNA的核苷酸对数越多，复性的速度越慢，若以 C0为单链的初始浓度，t为复性的时间，复性达一半时的C0t值称C0t1/2，该数值越小，复性的速度越快。④ 单链片段的复杂度，在片段大小相似的情况下，片段内重复序列的重复次数越多，或者说复杂度越小，越容易形成互补区，复性的速度就越快。真核生物DNA的重复序列就是复生动力学的研究发现的，DNA的复杂度越小，复性速度越快。 15．概述分子杂交的概念和应用领域。 解答：在退火条件下，不同来源的DNA互补区形成双链，或DNA单链和RNA单链的互补区形成DNA-RNA杂合双链的过程称分子杂交。通常对天然或人工合成的DNA或RNA片段进行放射性同位素或荧光标记，做成探针，经杂交后，检测放射性同位素或荧光物质的位置，寻找与探针有互补关系的DNA或RNA。直接用探针与菌落或组织细胞中的核酸杂交，因未改变核酸所在的位置，称原位杂交技术。将核酸直接点在膜上，再与探针杂交称点杂交，使用狭缝点样器时，称狭缝印迹杂交。该技术主要用于分析基因拷贝数和转录水平的变化，亦可用于检测病原微生物和生物制品中的核酸污染状况。杂交技术较广泛的应用是将样品DNA切割成大小不等的片段，经凝胶电泳分离后，用杂交技术寻找与探针互补的DNA片段。由于凝胶机械强度差，不适合于杂交过程中较高温度和较长时间的处理，Southern 提出一种方法，将电泳分离的DNA片段从凝胶转移到适当的膜（如硝酸纤维素膜或尼龙膜）上，在进行杂交操作，称Southern印迹法，或Southern杂交技术。随后，Alwine等提出将电泳分离后的变性RNA吸印到适当的膜上再进行分子杂交的技术，被戏称为 Northern印迹法，或Northern杂交。分子杂交广泛用于测定基因拷贝数、基因定位、确定生物的遗传进化关系等。Southern杂交和Northern杂交还可用于研究基因变异，基因重排，DNA多态性分析和疾病诊断。杂交技术和PCR技术的结合，使检出含量极少的DNA成为可能。促进了杂交技术在分子生物学和医学领域的广泛应用。DNA芯片技术也是以核酸的分子杂交为基础的。 16．概述核酸序列测定的方法和应用领域。 解答：DNA的序列测定目前多采用Sanger提出的链终止法，和Gilbert提出的化学法。其中链终止法经不断改进，使用日益广泛。链终止法测序的技术基础主要有：① 用凝胶电泳分离DNA单链片段时，小片段移动，大片段移动慢，用适当的方法可分离分子大小仅差一个核苷酸的DNA片段。② 用合适的聚合酶可以在试管内合成单链DNA模板的互补链。反应体系中除单链模板外，还应包括合适的引物，4种脱氧核苷三磷酸和若干种适量的无机离子。如果在4个试管中分别进行合成反应，每个试管的反应体系能在一种核苷酸处随机中断链的
合成，就可以得到4套分子大小不等的片段，如新合成的片段序列为-CCATCGTTGA-，在A处随机中断链的合成，可得到-CCA和-CCATCGTA两种片段，在G处中断合成可得到-CCATCG和-CCATCGTTG两种片段。在C和T处中断又可以得到相应的2套片段。用同位素或荧光物质标记这4套新合成的链，在凝胶中置于4个泳道中电泳，检测这4套片段的位置，即可直接读出核苷酸的序列。 在特定碱基处中断新链合成最有效的办法，是在上述4个试管中按一定比例分别加入一种相应的2?,3?-双脱氧核苷三磷酸（ddNTP），由于ddNTP的3?位无-OH，不可能形成磷酸二酯键，故合成自然中断。如上述在A处中断的试管内，既有dATP，又有少量的ddATP，新合成的-CCA链中的A如果是ddAMP,则链的合成中断，如果是dAMP，则链仍可延伸。因此，链中有几个A，就能得到几种大小不等的以A为末端的片段。如果用放射性同位素标记新合成的链，则4个试管中新合成的链在凝胶的4个泳道电泳后，经放射自显影可检测带子的位置，由带子的位置可以直接读出核苷酸的序列。采用T7测序酶时，一次可读出400多个核苷酸的序列。近年采用4种射波长不同的荧光物质分别标记4种不同的双脱氧核苷酸，终止反应后4管反应物可在同一泳道电泳，用激光扫描收集电泳信号，经计算机处理 可将序列直接打印出来。采用毛细管电泳法测序时，这种技术一次可测定700个左右核苷酸的序列，一台仪器可以有几十根毛细管同时进行测序，且电泳时间大大缩短，自动测序技术的进步加快了核酸测序的步伐，现已完成了包括人类在内的几十个物种的基因组测序。 RNA序列测定最早采用的是类似蛋白质序列测定的片段重叠法，Holley用此法测定酵母丙氨酸tRNA序列耗时达数年之久。随后发展了与DNA测序类似的直读法，但仍不如DNA测序容易，因此，常将RNA反转录成互补DNA（cDNA），测定cDNA序列后推断RNA的序列，目前16S rRNA 1 542 b的全序列测定，23S rRNA 2 904 b的全序列测定，噬菌体MS2 RNA 3 569 b的全序列测定均已完成。
4 糖类的结构与功能 1．书写?-D-吡喃葡萄糖，L- (-)葡萄糖，?-D- (+)吡喃葡萄糖的结构式，并说明D、 L；+、-；?、?各符号代表的意义。 解答：书写单糖的结构常用D、L；d 或(+)、l或(-)；?、?表示。D-、L-是人为规定的单糖的构型。是以D-、L-甘油醛为参照物,以距醛基最远的不对称碳原子为准, 羟基在左面的为L构型, 羟基在右的为D构型。单糖由于具有不对称碳原子,可使平面偏振光的偏振面发生一定角度的旋转，这种性质称为旋光性。其旋转角度称为旋光度,偏振面向左旋转称为左旋,向右则称为右旋。d 或(+)表示单糖的右旋光性,l或(-)表示单糖的左旋光性。 2．写出下列糖的结构式：?-D-葡萄糖-1-磷酸，2-脱氧-?-D-呋喃核糖，?-D-呋喃果糖，D-甘油醛-3-磷酸，蔗糖，葡萄糖醛酸。 解答：略。 3．已知某双糖能使本尼地(Benedict)试剂中的Cu2+氧化成Cu2O的砖红色沉淀,用?-葡糖糖苷酶可将其水解为两分子?-D-吡喃葡糖糖,将此双糖甲基化后再水解将得到2,3,4,6-四氧甲基-D-吡喃葡糖糖和1,2,3,6-四氧甲基-D-吡喃葡糖糖,试写出此双糖的名称和结构式。 解答：蔗糖双糖能使本尼地(Benedict)试剂中的Cu2+氧化成Cu2O的砖红色沉淀,说明该双糖具还原性，含有半缩醛羟基。用βD葡糖苷酶可将其水解为两分子β-D-吡喃葡糖, 说明该
双糖是由β-糖苷键构成的。将此双糖甲基化后再水解将得到2,3,4,6-四氧甲基-D-吡喃葡糖糖和1,2,3,6-四氧甲基-D-吡喃葡糖, 糖基上只有自由羟基才能被甲基化，说明β-葡糖(1→4)葡糖构成的为纤维二糖。 4．根据下列单糖和单糖衍生物的结构： CH2OHCHOHHCCCOHOHOHCHOHCOHHOHHCCCHOHOHCHOCHOHCNHCOCH3HOCHHOHOHCCCHHOHHHHOCCCOHOHHCH2OH
(1)写出其构型(D或L)和名称；(2)指出它们能否还原本尼地试剂；(3) 指出哪些能发生成苷反应。 解答：(1) 构型是以D-,L-甘油醛为参照物,以距醛基最远的不对称碳原子为准, 羟基在左面的为L构型, 羟基在右的为D构型。A、B、C为D构型，D为L构型。 (2) B、C、D均有醛基具还原性，可还原本尼地试剂。A为酮糖，无还原性。 (3) 单糖的半缩醛上羟基与非糖物质(醇、酚等)的羟基形成的缩醛结构称为糖苷, B,C,D均能发生成苷反应。 5．透明质酸是细胞基质的主要成分，是一种黏性的多糖,分子量可达100?000，由两单糖衍生物的重复单位构成,请指出该重复单位中两组分的结构名称和糖苷键的结构类型。
CH2OH 解答：透明质酸的两个重复单位是由βDDD葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1,3糖苷键连接而成。 6．纤维素和淀粉都是由1→4糖苷键连接的DD葡萄糖聚合物，相对分子质量也相当，但它们在物理性质上有很大的不同，请问是什么结构特点造成它们在物理性质上的如此差别? 解释它们各自性质的生物学优点。 解答：淀粉是葡萄糖聚合物，既有α→1，4 糖苷键，也有α→1，6糖苷键，为多分支结构。直链淀粉分子的空间构象是卷曲成螺旋形的,每一回转为6个葡萄糖基,淀粉在水溶液中混悬时就形成这种螺旋圈。支链淀粉分子中除有α-(1,4)糖苷键的糖链外,还有α-(1,6)糖苷键连接的分支处,每一分支平均约含20～30个葡萄糖基,各分支也都是卷曲成螺旋。螺旋构象是碘显色反应的必要条件。碘分子进入淀粉螺旋圈内，糖游离羟基成为电子供体，碘分子成为电子受体，形成淀粉碘络合物，呈现颜色。其颜色与糖链的长度有关。当链长小于6个葡萄糖基时,不能形成一个螺旋圈,因而不能呈色。当平均长度为20个葡萄糖基时呈红色,红糊精、无色糊精也因而得名。大于60个葡萄糖基的直链淀粉呈蓝色。支链淀粉相对分子质量虽大，但分支单位的长度只有 20～30个葡萄糖基,故与碘反应呈紫红色。纤维素虽然也是由D-吡喃葡萄糖基构成，但它是以β-(1,4)糖苷键连接的一种没有分支的线性分子，它不卷曲成螺旋。纤维素分子的链与链间，能以众多氢键像麻绳样拧在一起，构成坚硬的不溶于水的纤维状高分子（也称纤维素微晶束），构成植物的细胞壁。人和哺乳动物体内没有纤维素酶
(cellulase),因此不能将纤维素水解成葡萄糖。虽然纤维素不能作为人类的营养物,但人类食品中必须含纤维素。因为它可以促进胃肠蠕动、促进消化和排便。 7．说明下列糖所含单糖的种类、糖苷键的类型及有无还原性?
（1）纤维二糖
（2）麦芽糖 （3）龙胆二糖
（4）海藻糖 （5）蔗糖
（6）乳糖 解答：（1）纤维二糖含葡萄糖，β→1，4 糖苷键，有还原性。 （2）麦芽糖含葡萄糖，α→1，4 糖苷键，有还原性。 （3）龙 胆二糖含葡萄糖，β→1，6 糖苷键，有还原性。 （4）海藻糖含葡萄糖，α→1，1 糖苷键， 无还原性。 （5）蔗糖含葡萄糖和果糖，α→1，2糖苷键，无还原性。 （6）乳糖含葡萄糖和半乳糖，α→1，4糖苷键，有还原性。 8．人的红细胞质膜上结合着一个寡糖链,对细胞的识别起重要作用。被称为抗原决定基团。根据不同的抗原组合,人的血型主要分为A型、B型、AB型和O型4类。不同血型的血液互相混合将发生凝血,危及生命。 红细胞?N?Ac?Glc??1,4Gal??1,2Fuc??1,3
X 已知4种血型的差异仅在X位组成成分的不同。请指出不同血型（A型、B型、AB型、O型）X位的糖基名称。 解答：A型X位是N-乙酰氨基-α-D-半乳糖； B型X位是α-D-半乳糖； AB型X位蒹有A型和B型的糖； O型X位是空的。 9．请写出下列结构式： (1) αDLD岩藻糖
(2)αDDD半乳糖 (3) ND乙酰氨基DαDDD葡萄糖
(4) ND乙酰氨基DαDDD半乳糖胺 解答：略。 10．随着分子生物学的飞速发展，生命的奥秘正在逐渐被揭示。大量的研究已表明，各种错综复杂的生命现象的产生和疾病的形成过程均与糖蛋白的糖链有关。请阅读相关资料，列举你感兴趣的糖的生物学功能。 解答：略。
5 脂类化合物和生物膜 1．简述脂质的结构特点和生物学作用。 解答：(1)脂质的结构特点：脂质是生物体内一大类不溶于水而易溶于非极性有机溶剂的有机化合物，大多数脂质的化学本质是脂肪酸和醇形成的酯及其衍生物。脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸，醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。脂质的元素组成主要为碳、氢、氧，此外还有氮、磷、硫等。 (2)脂质的生物学作用：脂质具有许多重要的生物功能。脂肪是生物体贮存能量的主要形式，脂肪酸是生物体的重要代谢燃料，生物体表面的脂质有防止机械损伤和防止热量散发的作用。磷脂、糖脂、固醇等是构成生物膜的重要物质，它们作为细胞表面的组成成分与细胞的识别、物种的特异性以及组织免疫性等有密切的关系。有些脂质（如萜类化合物和固醇等）还具有重要生物活性，具有维生素、激素等生物功能。脂质在生物体中还常以共价键或通过
次级键与其他生物分子结合形成各种复合物，如糖脂、脂蛋白等重要的生物大分子物质。 2．概述脂肪酸的结构和性质。 解答：(1)脂肪酸的结构：脂肪酸分子为一条长的烃链（D尾‖）和一个末端羧基（D头‖）组成的羧酸。烃链以线性为主，分枝或环状的为数甚少。根据烃链是否饱和，可将脂肪酸分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。 (2)脂肪酸的性质： ①脂肪酸的物理性质取决于脂肪酸烃链的长度和不饱和程度。烃链越长，非极性越强，溶解度也就越低。 ②脂肪酸的熔点也受脂肪酸烃链的长度和不饱和程度的影响。 ③脂肪酸中的双键极易被强氧化剂，如H2O2、超氧阴离子自由基（O_B2）、羟自由基（?OH）等所氧化，因此含不饱和脂肪酸丰富的生物膜容易发生脂质过氧化作用，从而继发引起膜蛋白氧化，严重影响膜的结构和功能。 ④脂肪酸盐属于极性脂质，具有亲水基（电离的羧基）和疏水基（长的烃链），是典型的两亲性化合物，属于离子型去污剂。 ⑤必需脂肪酸中的亚油酸和亚麻酸可直接从植物食物中获得，花生四烯酸则可由亚油酸在体内转变而来。它们是前列腺素、血栓f烷和白三烯等生物活性物质的前体。 3．概述磷脂、糖脂和固醇类的结构、性质和生物学作用 解答： Ⅰ. 磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂两类，它们主要参与细胞膜系统的组成，少量存在于其他部位。 (1)甘油磷脂的结构：甘油磷脂是由sn-甘油-3-磷酸衍生而来，分子中甘油的两个醇羟基与脂肪酸成酯，第三个醇羟基与磷酸成酯或磷酸再与其他含羟基的物质(如胆碱、乙醇胺、丝氨酸等醇类衍生物)结合成酯。 (2)甘油磷脂的理化性质： ①物理性质：甘油磷脂脂双分子层结构在水中处于热力学的稳定状态，构成生物膜的结构基本特征之一 ②化学性质：a. 水解作用：在弱碱溶液中，甘油磷脂水解产生脂肪酸的金属盐。如果用强碱水解，甘油磷脂水解生成脂肪酸盐、醇（XDOH）和磷酸甘油。b. 氧化作用：与三酰甘油相似，甘油磷脂中所含的不饱和脂肪酸在空气中能被氧化生成过氧化物，最终形成黑色过氧化物的聚合物。c. 酶解作用：甘油磷脂可被各种磷脂酶（PLA）专一水解。 (3)鞘磷脂即鞘氨醇磷脂，在高等动物的脑髓鞘和红细胞膜中特别丰富，也存在于许多植物种子中。鞘磷脂由鞘氨醇、脂肪酸和磷脂酰胆碱（少数磷脂酰乙醇胺）组成。 Ⅱ. 糖脂是指糖基通过其半缩醛羟基以糖苷键与脂质连接的化合物。糖脂可分为鞘糖脂、甘油糖脂以及由固醇衍生的糖脂，其中鞘糖脂和甘油糖脂是膜脂的主要成分。 (1)鞘糖脂是神经酰胺的1位羟基被糖基化形成的糖苷化合物。依据糖基是否含有唾液酸或硫酸基成分，鞘糖脂又可分为中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂。 ①中性鞘糖脂：又称脑苷脂，是由神经酰胺的C1上的羟基与一单糖分子（半乳糖、葡萄糖等）以糖苷键结合而成，不含唾液酸成分。中性鞘糖脂一般为白色粉状物，不溶于水、乙醚，溶于热乙醇、热丙酮、吡啶及苯等，性质稳定，不被皂化。它们不仅是血型抗原，而且与组织和器官的特异性，细胞之间的识别有关。 ②酸性鞘糖脂：糖基部分含有唾液酸或硫酸基的鞘糖脂称为酸性鞘糖脂。糖基部分含有唾液酸的鞘糖脂常称神经节苷脂，是最复杂的一类甘油鞘脂，由神经酰胺与结构复杂的寡糖结合而成，是大脑灰质细胞膜的组分之一，也存在于脾、肾及其他器官中。
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