《分子生物学》习题答案.pdf

分子生物学课后习题 第 1章 绪 论 1. 简述孟德尔、摩尔根和 Waston 等人对分子生物学发展的主要贡献。 孟德尔是遗传学的奠基人，被誉为现代遗传学之父。他通过豌豆实验，发现了遗传学三 大基本规律中的两个，分别为分离规律及自由组合规律。 摩尔根发现了染色体的遗传机制，创立染色体遗传理论， 是现代实验生物学奠基人。 于 1933 年由于发现染色体在遗传中的作用，赢得了诺贝尔生理学或医学奖。 Watson 于 1953 年和克里克发现 DNA 双螺旋结构 _（包括中心法则），获得诺贝尔生理 学或医学奖，被誉为 “DNA 之父 ”。 2. 写出 DNA、 RNA、 mRNA 和 siRNA 的英文全名。 DNA： deoxyribonucleic acid 脱氧核糖核酸 RNA： ribonucleic acid 核糖核酸 mRNA： messenger RNA 信使 RNA tRNA： transfer RNA 转运 RNA rRNA： ribosomal RNA 核糖体 RNA siRNA： small interfering RNA 干扰 小 RNA 3. 试述“有其父必有其子”的生物学本质。 其生物学本质是基因遗传。子代的性状由 基因决定，而基因由于遗传的作用，其基因的 一半来自于父方，一般来自于母方。 4. 早期主要有哪些实验证实 DNA 是遗传物质？写出这些实验的主要步骤。 1) 肺炎链球菌转化实验：外表光滑的 S 型肺炎链球菌（有荚膜多糖 致病性） ； 外表粗糙 R 型肺炎链球菌（无荚膜多糖） 。 活的 S 型 注射 实验小鼠 小鼠死亡 死的 S 型（经烧煮灭火） 注射 实验小鼠 小鼠存活 活的 R 型 注射 实验小鼠 小鼠存活 死的 S 型 +活的 R 型 实验注射 小鼠死亡 分离被杀死的 S 型菌体的各种组分 +活的 R 型菌体 注射 实验小鼠 小鼠死亡（内 只有死的 S 型菌体的 DNA 转 化 R 型菌体导致致病菌） *DNA 是遗传物质的载体 2) 噬菌体侵染细菌实验 细菌培养基 35S 标记的氨基酸 +无标记噬菌体 培养 1-2 代 子代噬菌体几乎不含 带有 35S 标记的蛋白质 细菌培养基 32N 标记的核苷酸 +无标记噬菌体 培养 1-2 代 子代噬菌体含有 30% 以上 32N 标记的核苷酸 *噬菌体传代过程中发挥作用的可能是 DNA 而不是蛋白质。 5. 定义重组 DNA 技术。 将不同的 DNA 片段（如某个基因或基因的一部分）按照人们的设计定向 连接起来，然 后在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。 6. 说出分子生物学的主要研究内容。 DNA 重组技术 （基因工程）； 基因表达调控研究； 生物大分子的结构功能研究 （ 结构分 子生物学 ） ； 基因组、功能基因组与生物信息学研究 第 2章 染色体与 DNA 1. 染色体具备哪些作为遗传物质的特征？ 分子结构相对稳定； 能够自我复制，使亲子代之间保持连续性； 能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程； 能够产生可遗传的变异。 2. 简述真核细胞内核小体的结构特点。 核小体是染色质的基本结构单位，它 是由 H2A、 H2B、 H3、 H4 各两个分子生成的八聚体 和 约 200bp 的 DNA 组成的。形成 时八聚体在中间， DNA 分子盘绕在外 ，一个 H1在核小体 的外面 组成真核细胞染色体的一种重复珠状结构。 3. 请列举 3 项实验证据来说明为什么染色质中 DNA 与蛋白质分子是相互作用的。 染色质 DNA 的 Tm 值比自由 DNA 高，说明在染色质中 DNA 极可能与蛋白质分子相 互作用。 在染色质状态下，由 DNA 聚合酶和 RNA 聚合酶催化的 DNA 复制和转录活性大大低 于在自由 DNA 中的反应。 DNA 酶（ DNase）对染 色质 DNA 的消化远远慢于对纯 DNA 的作用。 用小球菌核酸酶处理染色质以后进行电泳，便可以得到一系列片段，这些被保留的 DNA 片段均为 200bp 基本单位的倍数。 4. 简述组蛋白都有哪些类型的修饰，其功能分别是什么？ 甲基化：发生在组蛋白的赖氨酸（单、双、三甲基化） 和精氨酸残基（单、双甲基化） 上，极大的增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性。 乙酰化 ：主要发生在核心组蛋白上，主要位点分布在 H3、 H4的 N 端比较 保守的赖氨 酸位置上。乙酰化 /去乙酰化修饰影响染色质结构和基因活化，高乙酰化水平使转录活化， 低乙酰化抑制转录。还参与 DNA 修复、拼接、复制，染色体的组装，以及细胞的信号转导， 与某些疾病的形成密切相关。 泛素化 ：修饰位点为高度保守的赖氨酸残基，能招募核小体到染色体，参与 X 染色体 的失活，影响组蛋白的甲基化和基因的转录。 ADP 核糖基化 5. 简述 DNA 的一、二、三级结构。 DNA 的一级结构即它的碱基序列，就是指 4 种核苷酸的连接及排列顺序，表示了该 DNA 分子的化学构成； DNA 的二级结构是指两条多核苷酸反向平行盘 绕所生成的双螺旋结构； DNA 的高级结构是指 DNA 双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的更复杂的特定空间结构， 包括超螺旋、线性双链中的纽结（ kink）、多重螺旋等。 6. 原核生物 DNA 具有哪些不同于真核生物 DNA 的特征？ 结构简练 原核 DNA 分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有非常小的一部分不转录，这与真 核 DNA 的冗余现象不同。 存在转录单元 原核生物 DNA 序列中功能相关的 RNA 和蛋白质基因，往往丛集在基因组的一个或几 个特定部位，形成功能单位或转录单元，它们可被一起转录为含多个 mRNA 的分子，叫多 顺反子 mRNA。 有重叠 基因 重叠基因，即同一段 DNA 能携带两种不同蛋白质信息。主要有以下几种情况 ： 一个 基因完全在另一个基因里面 ； 部分重叠 ； 两个基因只有一个碱基对 的 重叠 。 7. DNA 双螺旋结构模型是由谁提出的？简述其发现的主要实验依据及其在分子生物学发 展中的重要意义。 由 Watson 和 Crick 于 1953 年提出。 实验依据：将大肠杆菌细胞培养在用 15NH4Cl 作为唯一氮源的培养液里养很长时间（ 14 代），使得细胞内所有的氮原子都以 15N 的形式存在（包括 DNA 分子里的氮原子）。这时再 加入大大过量的 14NH4Cl 和各种 14N 的核苷酸分子，细菌从此开始摄入 14N，因此所有既存的 “老 ”DNA 分子部分都应该是 15N 标记的， 而新生的 DNA 则应该是未标记的。接下来他们让 细胞们继续生长，而自己则在在不同时间提取出 DNA 分子 ,利用 CsCl 密度梯度离心分离， 而当细胞分裂了一次的时候只有一个 DNA 带，这就否定了所谓的全保留机理，因为根据全 保留机理， DNA 复制应该通过完全复制一个 “老 ”DNA 双链分子而生成一个全新的 DNA 双链 分子，那么当一次复制结束，应该一半 DNA 分子是全新（双链都完全只含 14N）， 另一半是 “全老 ”（双链都完全只含 15N）。 这样一来应该在出现在离心管的不同位置，显示出两条黑带。 通过与全 14N 和全 15N 的 DNA 标样在离心管中沉积的位置对比，一次复制（分裂）时 的这根 DNA 带的密度应当介于两者之间，也就是相当于一根链是 14N，另一根链是 15N。而 经历过大约两次复制后的 DNA 样品（ generation 1.9）在离心管中显示出强度相同的两条 黑带，一条的密度和 generation 1 时候的一样，另一条则等同于完全是 14N 的 DNA。这 样的结果跟半保留机理推测的结果完美吻合 重要意义： 该模型揭示了 DNA 作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的 是确认了碱基 配对原则，这是 DNA 复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基 础。该模型的提出是 20 世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃 至整个生命科学飞速发展的基石 。 8. DNA 以何种方式进行复制 ？如何保证 DNA 复制的准确性？ 半 保留复制 。 DNA 在复制的过程中碱基间的氢键首先断裂，双螺旋解旋并被分开，每条链分别作为 模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个 DNA 分子与原来 DNA 分子的碱基 顺序完全一样。 9. 简述原核生物 DNA 的复制特点。 原核生物 DNA 复制叉的移动速率通常快于真核生物； 原核生物 每条染色质上 只有一个 复制 起始点，真核生物 可以有多处； 快速生长的原核生物中复制起始点上可以连续开始新的 DNA 复制，表现为虽只有一 个复制单元，但可有多个复制叉。而真核生物的染色体在全部完成复制之前，每个起始点上 DNA 的复制不能再开始。 10. 什么是 DNA 的 Tm 值？他受哪些因素的影响？ Tm值即 DNA 的解链温度，指 DNA 在加热变性过程中吸光度达到最大值一半时的温度。 其大小主要与下列因素相关： DNA 中的 G+C 的含量。 G+C 的含量越高， DNA 的 Tm值也越 高 。 溶液中的离子强度。在离子强度较低的介质中， DNA 的 Tm值 较低而范围宽；在较高 离子强度下， Tm值 较高而范围窄。 DNA 的均一性。均质 DNA 解链温度范围较小，异质 DNA 解链温度范围较宽。 11. DNA 复制时为什么前导链是连续复制，而后随链是以不连续的方式复制？并以大肠杆 菌为例简述后随链复制的各个步骤。 由于 DNA 双螺旋的两条链是反向平行的，因此 在复制叉附近解开的 DNA 链一条是 5 3方向，另一条是 3 5方向，两个模板极性不同，而所有已知的 DNA 聚合酶的合成方 向都是 5 3，不是 3 5。 前导链 DNA 的合成以 5 3方向，随着亲代双链 DNA 的解开 而连续进行复制；后随链在合成的过程中，一段亲本 DNA 单链首先暴露出来，然后以与复 制叉移动相反的方向按照 5 3方向合成一系列的冈崎片段，然后再把它们连接成完整的后 随链。 大肠杆菌后随链的合成 分段进行，形成中间产物冈崎片段，再通过共价连接成一条连续 完整的新 DNA 链。分成 4 个步骤： 首先引物酶合成约 10 核苷酸大小的新引物。两个引物间的距离为 10002000 个核苷 酸； DNA 聚合酶以 5 3方向延伸该引物，直到遇见邻接引物的 5端。这个新合成 的 DNA 片段就是冈崎片段； DNA 聚合酶具有 5 3外切酶的活性，被用来去除引物； DNA 连接酶连接相邻的冈崎片段使之成为一条完整的子代链。 12. 真核生物 DNA 的复制在哪些水平上受到调控？ 细胞生活周期水平调控 也称为限制点调控，即决定细胞停留在 G1期还是进入 S期。 染色体水平调控 决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在 S 期起始复制。 复制子水平调控 决定复制的起始与否。 13. 细胞通过哪几种修复系统对 DNA 损伤进行修复？ 错配修复 ，恢复错配； 碱基切除修复， 切除突变的碱基 序列； 核苷酸切除修复，切除突变的核苷酸序列； 重组修复， 复制后的修复，重新启动停滞的复制叉 ； DNA 直接修复， 修复嘧啶二聚体和甲基化的 DNA； SOS 反应， DNA 的修复， 产生变异。 14. 什么是转座子？可分为哪些种类？ 转座子是存在于染色体 DNA 上可自主复制和移位的基本单位。 转座子可分为两大类：插入序列 （ IS 因子） 和复合型转座子。 15. 什么是 SNP？ SNP 作为第三代遗传标记的优点是什么？ SNP 指基因组 DNA 序列中由于单个核苷酸（ A、 T、 C 和 G）的突变而引起的多态性。 SNP 数量多，分布广泛。据估计，人类 30 亿碱基中共有 300 万以上的 SNPs； SNP 具有更高的遗传稳定性 ； SNP 具有代表性，更易于基因分型 ； SNP 适于快速、规模化筛查。 。 第 3章 生物信息的传递（上） -从 DNA 到 RNA 1. 什么是编码链？什么是模板链？ 与 mRNA 序列 相同的那条 DNA 链称为编码链；另一条根据碱基互补原则指导 mRNA 合成的 DNA 链称为模板链。 2. 简述 RNA 的种类及其生物学作用。 mRNA：信使 RNA，编码特定蛋白质序列； tRNA：转运 RNA，特异性解读 mRNA 中的 遗传信息 、将其转化成相应氨基酸后加入多肽链中； rRNA：核糖体 RNA，直接参与核糖体 中蛋白质的合成。 作为细胞内蛋白质生物合成的主要参与者； 部分 RNA 可以作为核酶在细胞中催化一些重要的反应，主要作用于初始转录产物的 剪接加工； 参与基因表达的调控，与生物的生长发育密切相关； 在某些病毒中， RNA 是遗传物质。 3. RNA 的结构有哪些特点？ RNA 含有核糖和嘧啶，通常是单链线性分子 ； RNA 链自身折叠形成局部双螺旋； RNA 可折叠形成复杂的三级结构。 4. 简述 RNA 转录的概念及其基本过程。 RNA 转录 是 以 DNA 中的一条单链为模板，游离碱基为原料，在 RNA 聚合酶催化下合 成 RNA 链的过程。 其基本过程为：模板识别 -转录开始 -转录延伸 -转录终止 5. 请比较复制与转录的异同点。 相同点：都以 DNA 为模板 ； 遵循碱基互补配对原则 ； 都在细胞核内进行 。 不同点： 转录以 DNA 单链为 模板 而复制以双链为模板 ； 转录用的无引物而复制以一段 特异的 RNA 为引物 ； 转录和复制体系中所用的酶体系不同 ； 转录和复制的配对的碱基不完 全一样 ,转录中 A 对 U,而复制中 A 对 T。 6. 大肠杆菌的 RNA 聚合酶有哪些组成成分？各个亚基的作用如何？ 大肠杆菌 RNA 聚合 酶由 2 个亚基、 1 个亚基、 1 个 亚基和一个 亚基组成核心酶， 加上 1 个 亚基后组成聚合酶全酶。 亚基负责核心酶的组装和启动子识别；亚基负责 结合核苷酸； 亚基负责结合模板； 和 共同形成 RNA 合成的催化中心； 亚基功能未知； 亚基用于识别不同的启动子。 7. 什么是闭合复合物、开链复合物以及三元复合物？ 模板 的识别阶段， 在 RNA 聚合酶与启动子 相互作用的过程中，聚合酶首先与启动子区 闭合双链 DNA 可逆性结合形成 二元闭合 复合物 ； 闭合 复合物形成后，此时， DNA 链仍然处于双链状态，伴随着 解链 化， 闭合 复合物转 化为 二元开链 放复合物 ； 开链 复合物与最初的两个 NTP 相结合并在这两个核苷酸之间形成磷酸二脂键后即转变 成包括 RNA 聚合酶、 DNA 和新生 RNA 的三元复合物。 8. 简述 因子的作用。 因子 的作用是负责模板链的选择和转录的开始，它是酶的别构效应物，使酶专一性 识别模板上的启动子； 因子 可以极大的提高 RNA 聚合酶对启动子区 DNA 序列的亲和力，还降低了它对非 专一位点的亲和力。 9. 什么是 Pribnow box？它的保守序列是什么？ 原核生物 RNA 聚合酶的紧密结合点， 中央大约位于转录起始位点上游 10bp 处的 TATA 区，所以又称 作 -10 区。它的保守序列是 TATAAT。 10. 什么是上升突变？什么是下降突变？ 细菌中常见的两种启动子突变。 上升突变是增加 Pribnow 区共同序列的同一性。例如：在乳糖操纵子的启动子中，将其 Pribnow 区从 TATGTT 变成 TATATT，就会提高启动子的效率，提高乳糖操纵子基因的转录 水平。 下降突变 是降低其结构基因的转录水平。例如：把 Pribnow 区从 TATAAT 变成 AATAAT。 11. 简述原核生物和真核生物 mRNA 的区别。 原核生物 mRNA 的半衰期 很短，一般为几分钟，最长只有数小时。真核生物 mRNA 的半寿期较长，如胚胎中的 mRNA 可达数日 ； 原核生物 mRNA 常以多顺反子的形式存在 。 真核生物 mRNA 一般以单顺反子的形式 存在 ； 原核生物 mRNA 的 5端无帽子结构， 3端没有或只有较短的 poly A 结构 。真核生物 mRNA 的 5端存在帽子结构，绝大多数具有多（ A） 尾巴。 12. 真核和原核生物基因转录有哪些差异？ 真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的。由于转录时内含子和外显子 是一起转录的，因而转录产生的信使 RNA 必须经过加工，将内含子转录部分剪切掉 ，将外 显子转录部分拼接起来，才能成为有功能的成熟的信使 RNA。而原核生物的基因由于不含 有外显子和内含子，因此，转录产生的信使 RNA 不需要剪切、拼接等加工过程。 原核生物基因的转录和翻译通常是在同一时间同一地点进行的，即在转录未完成之前 翻译便开始进行。真核生物由于有细胞核，核膜将核质与细胞质分隔开来，因此，转录是在 细胞核中进行的，翻译则是在细胞质中进行的。 可见 ,真核生物基因的转录和翻译具有时间和空间上的分隔 .上述真核生物基因转录后的 剪切、拼接和转移等过程 ,都需要有调控序列的调控 ,这种调控作用是原核生物所没 有的 . 13. 大肠杆菌的终止子有哪两大类？请分别介绍一下它们的结构特点。 大肠杆菌中的终止子分为 不依赖 于 因子和依赖于因子两大类。 不依赖 因子的终止（内在终止子）有两个明显的结构特点：终止位点上游一般存在 一个富含 GC 碱基的二重对称区，由这段 DNA 转录产生的 RNA 容易形成发夹结构。在终 止位点前面有一段由 48 个 A 组成的序列，所以转录产物的 3端为寡 U，这种结构特征的 存在决定了转录的终止。 依赖 于 因子的终止 具有以下结构特点： 转录的 RNA 也具有发夹结构 但发夹结构 后无 poly(U)。 形成的发夹结构较疏松 茎环上不富含 GC。 终止需要 因子的参与。 与不依赖于 因子的终止一样 终止信号存在于新生的 RNA 链上而非 DNA 链上过程。 14. 真核生物的初级转录产物必须经过 哪些加工才能成为成熟的 mRNA，以用作蛋白质合成 的模板。 5端连接“帽子”结构； 3端添加 polyA“尾巴”； hnRNA 被剪接，把内含子（ DNA 上非编码序列）转录序列剪掉，把外显子（ DNA 上 的编码序列）转录序列拼接上（真核生物一般为不连续基因）； 分子内部的核苷酸甲基化修饰。 15. 简述、类自剪接内含子的剪接特点。 类自剪接内含子 的剪接主要是转酯反应 ，即剪接反应实际上是发生了两次磷酸二酯键 的转移。在 类自剪接内含子 切除体系中，第一个转酯反应由一个游离的鸟苷或鸟苷酸 （ GMP、 GDP 或 GTP）介导，鸟苷或鸟苷酸的 3-OH 作为亲核基团攻击内含子 5端的磷酸 二酯键，从上游切开 RNA 链。在第二个 转酯反应中 ，上游外显子的自由 3-OH 作为亲核基 团攻击内含子 3位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上、下游两个外显子通过 新的磷酸二酯键相连。 类自剪接内含子 主要存在于真核生物的线粒体和叶绿体 rRNA 基因中。在 类自剪接 内含子 切除体系中 ，转酯反应无须 游离鸟苷酸或鸟苷，而是由内含子本身的靠近 3端的腺苷 酸 2-OH 作为亲核基团攻击内含子 5端的磷酸二酯键，从上游切开 RNA 链后形成套索状结 构。再由上游外显子的自由 3-OH 作为亲核基因攻击内含子 3位核苷酸上的磷酸二酯键， 使内含子被完全切开，上、下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。 16. 什么是套索状结构？哪些类型 RNA 的剪接中会形成该结构？ 套索状结构是在真核生物 RNA 前体加工过程中，切除内含子时，通过 2,5-磷酸二酯键 形成的一种带尾巴的环形中间结构。 主要在前体 mRNA 的剪接过程中会形成该结构。 17. 什么是 RNA 编辑？其生物学意义是什么？ RNA 编辑是 某些 RNA， 特别是 mRNA 前体 的一种加工方式，如 插入、删除或取代一些 核苷酸 残基 ，导致 DNA 所编码的遗传信息的改变，使得经过 RNA 编辑的 mRNA 序列发生 了不同于 模板 DAN 的变化。 RNA 编辑具有以下 3 个重要的生物学意义： 校正作用，有些基因在突变的途中丢失的遗传信息可能通过 RNA 的编辑得以恢复； 调控翻译，通过编辑可以构建或去除 起始 密码子和终止密码子，是基因表达调控的一 种方式； 扩充遗传信息 ， 能使基因产物获得 新的 结构 和 功能 ，有利于生物的进化。 18. 核酶具有哪些结构特点？根据其催化功能的不同可分为哪两大类？其生物学意义是什 么？ 核酶的催化功能与其空间结构有密切关系，目前已知有多种特殊结构的核酶，如 RNaseP 的 RNA 亚基（ M1RNA）、锤头型核酶、发夹型丁型肝炎 病毒 RNA、类自剪接内含子和 类自剪接内含子等。具有自我剪切能力的 RNA 大多数都能形成锤头结构。该结构由 3 个茎 （、）构成，茎 区 是由互补碱基构成的局部双链结构，包围着一个由 1113 个保守 核苷酸 构成的催化中心。 根据其催化功能的不同可分为剪切型核酶和剪接型核酶 两大类。 生物学意义： 核酶是继反转录现象之后对中心法则的有一个重要的修正，说明 RNA 既是遗传物质 又是酶； 核酶的发现为生命起源的研究提供了新思路 ， 也许曾经存在以 RNA 为基础的原始生 命 。 第 4章 生物信息的传递（下） -从 mRNA 到蛋白质 1. 遗传密码是怎样被破译的？ 以均聚物、随机共聚物和特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。 核糖体结合技术。 2. 遗传密码有哪些特性？简述密码的简并性生物体的生物学意义。 密码子的连续性，密码间无间断也没有重叠，即起始密码子决定了所有后续密码子的 位 置；密码子的简并性，即由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象； 密码子的通用 性与特殊性，即遗传密码无论在体内还是体外，也无论是对病毒、细菌、动物还是植物而言 都是通用的，但也发现极少数例外；密码子与反密码子的相互作用，摆动假说。 密码的简并性减少了变异对于生物的影响。 3. 有几种终止密码子？它们的序列和别名是什么？ 3 种， UAA、 UGA 和 UAG， 其中 UAA 叫赭石密码， UAG 叫琥珀密码， UGA 叫蛋白石密 码。 4. tRNA 在组成 和结构上有哪些特点？ 所有的 tRNA 都具有共同的特征：存在经过特殊的修饰碱基， tRNA 的 3端都以 CCA- OH 结束，该位点是 tRNA 与相应氨基酸结合的位点 ； tRNA 的稀有碱基含量非常丰富， 除 AUGC 外还含有双氢尿嘧啶、假尿嘧啶等 ； tRNA 分子形成 三叶草型二级结构； 所有的 tRNA 都能够与核糖体的 A 位点和 P 位点结合 ； tRNA 的三级结构呈 L 型折叠 。 5. 简述摆动学说。 在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自 由度，可以“摆动”，因而使某些 tRNA 可以识别 1 个以上的密码子。一个 tRNA 究竟能识别 多少个密码子是由反密码子的第一位碱基的性质决定的，反密码子 第一位为 A 或 C 时只能 识别 1 种密码子，为 G 或 U 时可以识别 2 种密码子，为 I 时可识别 3 种密码子。如果有几 个密码子同时编码 一个氨基酸，凡是第一、二位碱基不同的密码子都对应于各自独立的 tRNA。 6. tRNA 是如何转运活化的氨基酸至 mRNA 模板上的？ 活化的氨基酸在消耗 ATP 的情况下结合到 tRNA 上，生成有蛋白质合成活性的 AA-tRNA。 同时， AA-tRNA 的生成还牵涉到信息传递的问题，因为只有 tRNA 上的反密码子能与 mRNA 上的密码子相互识别并配对，而氨基酸本身不能识别密码子，只有结合到 tRNA 上生成 AA- tRNA，才能被带到 mRNA-核糖体复合物上，插入到正在合成的多肽链的适当位置上。 7. 原核与真核生物的核糖体组成有哪些异同点？ 真核细胞中的核糖体数量多余原核； 真核细胞中核糖体 RNA 占细胞中总 RNA 的量少于原核； 原核生物的核糖体通过与 mRNA 的相互作用，被固定在核基因组上，真核生物的核 糖体则直接或间接的与细胞骨架有关联或者与内质网膜结构相连； 原核生物核糖体由约 RNA 占 2/3 及 1/3 的蛋白组成，真核生物核糖体中 RNA 占 3/5， 蛋白质占 2/5。 8. 什么是 SD 序列？其功能是什么？ SD 序列是指几乎所有原核生物 mRNA 上都有的一段富含嘌呤的 5-AGGAGGU-3序列 区域，它是与 30S 亚基上 16S rRNA 3末端的富嘧啶区序列 5-GAUCACCUCCUUA-3相互补 的区域。 SD 序列对 mRNA 的翻译起重要作用。 9. 核糖体有哪些活性中心？ 核糖体包括多个活性中心，即 mRNA 结合部位、结合或接受 AA-tRNA 部位 （ A 位） ， 结合或接受肽酰 -tRNA 部位 （ P 位） ，肽基转移部位及形成肽键的部位 （转肽 酶中心 ） ，此外 还有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。 10. 真核生物与原核生物在翻译的起始过程中有哪些区别？ 真核生物翻译的起始机制与原核生物基本相同，其差异主要是真核生物核糖体较大，有 较多的起始因子参与，其 mRNA 具有 m7GpppNp 帽子结构， Met-tRNAMet不甲酰化， mRNA 分子 5端的“帽子”和 3端的多（ A）都参与形成翻译起始复合物。 11. 链霉素为什么能够抑制蛋白质的合成？ 链霉素是一种碱性三糖，可以多种方式抑制原核生物核糖体，能干扰 fMet-tRNA 与 核 糖体的结合，从而阻止蛋白质合成的正确起始，也会导致 mRNA 的错读。 12. 哪些种类抗生素只能特异性地作用于原核生物核糖体？哪些只作用于真核生物核糖体？ 哪些既 能抑制原核生物核糖体，也能抑制真核生物核糖体？ 原核生物 氯霉素、四环素、红霉素、青霉素、卡那霉素 真核生物 白喉霉素、放线菌酮 原核生物和真核生物 潮霉素、嘌呤霉素、链霉素、蓖麻毒素 13. 什么是分子伴侣？有哪些重要功能？ 分子伴侣是能够在细胞内辅助新生肽链正确折叠的一类蛋白质。其在新生肽链折叠中防 止或消除肽链的错误折叠，增加功能性蛋白质折叠产率。 14. 什么是信号肽？它在序列组成上有哪些特点？有什么功能？ 在起始密码子之后，有一段编码疏水性氨基酸序列的 RNA 区域，这个氨基酸序列就被 称为信号肽。 它在序列上有 3 个特点：一般带有 1015 个疏水氨基酸；在靠近该序列 N 端常常 有 1 个或数个带正电荷的氨基酸；在其 C 末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性 氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。 信号肽在决定蛋白质的特定去向上起着指导作用，完整的信号肽是保证蛋白质运转的必 要条件。 15. 简述叶绿体蛋白质的跨膜转运机制。 叶绿体多肽在胞质中的游离核糖体上合成后脱离核糖体并折叠成具有三级结构的蛋白 质分子，多肽上某些特定位点结合于只有叶绿体膜上才有的特异受体位点。叶绿体定位信号 肽一般有 两个部分：第一部分决定该蛋白质能否进入叶绿体基质，第二部分决定该蛋白能否 进入类囊体。叶绿体蛋白质运转过程有如下特点： 活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内； 叶绿体膜能够特异性的与叶绿体蛋白的前体结合； 叶绿体 蛋白质前体内可降解序列因植物和蛋白质种类不同而表现出明显的差异 。 16. 蛋白质有哪些翻译后的加工修饰？其作用机制和生物学功能是什么？ 泛素化修饰，泛素分子在泛素激活酶、结合酶、连接酶等的作用下，对靶蛋白 进行特 异性修饰，在该过程中，泛素 C 端甘氨酸残基通过酰胺酸与底物蛋白的赖氨酸残基的 氨基 结合 。 泛素化修饰 在蛋白质的定位、代谢、功能、调节和降解中都起着十分重要的作用，能 参与细胞周期、增殖、凋亡、分化、转移、基因表达、转录调节、信号传递、损伤修复、炎 症免疫等几乎一切生命活动的调控，在肿瘤、心血管等疾病发病中起着十分重要的 作用。 SUMO 化修饰（小泛素化修饰），小泛素相关修饰物经由一系列酶介导的生化级联反应 共价结合于底物蛋白的赖氨酸残基上。 SUMO 化修饰阻碍泛素对底物蛋白的共价修饰，提高 了底物蛋白的稳定性；影响蛋白质亚细胞定位；广泛参与细胞内蛋白质与蛋白质相互作用、 DNA 结合、信号转导、核质转运、转录因子激活等 重要过程。 17. 什么是核定位 信号序列？其主要功能是什么？ 核定位信号序列是一段具有一个带正电荷的 肽核心，能与入核载体相互作用，将蛋白质 运进细胞核的信号序列。 18. 什么是出核信号序列？其序列组成有哪些特点？主要功能是什么？ 出核信号序列是由疏水性氨基酸尤其是亮氨酸和异亮氨酸富集的区域构成，其保守序列 氨基酸的排序为 X1-3 X2-3 X ,其中，代表疏水性氨基酸 L、 I、 F 或 M，而 X 代表任意 氨基酸 。 其主要功能为被出核因子 CRM1 识别并结合，从而携带该蛋白出核。 第 5章 分子生物学研究法 1. 试述 PCR 扩增的原理和步骤。 DNA 在高温时也可以发生变性解链，当温度降低后又可以复性成为双链。因此，通过温 度变化控制 DNA 的变性和复性，并设计引物做启动子，加入 DNA 聚合酶、 dNTP 就可以完成 特定基因的体外复制。 变性，将 DNA 在临近沸点的温度下加热使变性，双链打开； 退火，引物与模版的相结合； 链的延伸， DNA 合成。 2. 说说荧光染料 SYBR Green 和 TaqMan 荧光探针的主要不同点。 荧光染料 SYBR Green 是非序列特异性结合的，而 TaqMan 荧光探针 仅能与目的 DNA 序列特异结合； 3. 说出 基因组 DNA 文库和 cDNA 文库的主要区别。 基因组 DNA 是把某种生物的基因组 DNA 切成适当大小，分别与载体结合，导入 微生物细 胞形成克隆。 应用：主要用于基因组作图、测序和克隆序列的对比。 cDNA文库是以 mRNA为模版反转录而成的序列，与适当的载体（常用噬菌体或质粒 载体） 连接后转化受体菌，则每个细菌含有一段 cDNA，并能繁殖扩增。 应用：筛选目的基因、大规模测序、金银芯片杂交等功能基因组学的研究。 4. cDNA 合成时的方向性是如何实现的？ 加上含有另一个酶切位点的黏性接头（如 EcoR ），与 cDNA 相连接后用 Xho 酶切， 使 cDNA 双链 5 端和 3 端分别具有 EcoR 和 Xho 黏端，这样就保证它与载体相连时 有方向性。 5. 在基因操作实践中有哪些检测核酸和蛋白质相对分子质量的方法？ 核酸凝胶电泳、蛋白质 SDS-PAGE 第 7章 原核基因表达调控 1. 简述代谢物对基因表达调控的两种方式。 转录水平上的调控； 转录后水平上的调控，包括 mRNA 加工成熟水平上的调控和翻译水平上的调控。 2. 简述乳糖操纵子的调控模型。 lacZ、 lacY、 lacA 基因的产物由同一条多顺反子的 mRNA 分子所编码； 该 mRNA 分子的启动区 （ P）位于阻遏基因（ lacI）与操纵区（ O）之间，不能单独起 始半乳糖苷酶和透过酶基因的高效表达； 操纵区是 DNA 上的一段序列（仅为 26bp），是阻遏物的结合位点； 当阻遏物与操纵区相结合时， lac mRNA 的转录起始受到抑制； 诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵区相结合，从而激发 lac mRNA 的合成。这就是说，有诱导物存在时，操纵区没有被阻遏物占据，所以启动子能 够顺利起始 mRNA 的转录。 3. 什么是葡萄糖效应？ 有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等 诱导物，与其相对应的操纵子也不会启动，产生出代谢这些糖的酶来。 4. 什么是弱化作用？ 当培养基中色氨酸的浓度很低时，负载有色氨酸的 tRNATrp 也就少，这样翻译通过两 个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢，当 4 区被转录完成时，核糖体才进行到 1 区（或停留 在两个相邻的 Trp 密码子处），这时的前导区结构是 2-3 配对，不形成 3-4 配对的终止结构， 所以转录可继续进行，直到将 trp 操纵子中的结构基因全部转录 ； 当培养基中色氨酸浓度较高时，核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在 4 区 被转录之前就到达 2 区，使 2-3 区不能配对， 3-4 区自由配对形成 茎 -环终止子结构，转录 被终止， trp 操纵子被关闭。 5. 简述抗终止子的调控机理。 抗终止因子 在 RNA 聚合酶到达终止子 之前与 RNA 聚合酶结合，因为在终止子上游存在 抗终止作用的信号序列，只有与抗终止因子相结合的 RNA 聚合酶才能顺利通过具有茎 -环结 构的终止子，使转录继续进行。 6. 简述反义 RNA 的调控机理。 细菌响应环境压力（氧化压力、渗透压、温度等）的改变，会产生一些非编码的小 RNA 分 子，能与 mRNA 中的特定序列配对并改变所配对分子 mRNA 的构象，导致翻译过程被开启或 关闭，也可能导致目标 mRNA 分子的快速降解。 7. 简述原核基因转录后调控的不同方式。 翻译起始的调控 ； mRNA 稳定性对转录水平的影响 ； 调节 蛋白 的调控作用 ； 反 义 RNA 的调节作用 ； 稀有密码子对翻译的影响 ； 重叠基因对翻译的影响 ； 翻译的阻遏 ； 魔斑核苷酸水平对翻译的影响 。 第 8章 真核基因表达调控 1. 基因家族的分类及其主要表达调控模式。 简单多基因家族 。基因一般以串连方式前后相连。 复杂多基因家族 。 一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并 作为独立的转录单位，可能存在具有不同专一性的组蛋白亚类和发育调控机制。 发育调控的复杂多基因家族 。 每个基因家族中，基因排列的顺序就是他们在发育阶段 的表达顺序。 2. 何为外显子、内含子及其结构特点和可变调控。 大多数真核基因都是由蛋白质编码序列和非蛋白质编码序列组成的，编码序列称为外显 子 ，非编码序列称为内含子。 结构特点：一个结构基因中编码某一蛋白质不同区域的各个外显子并不连续排列在一起， 而是常常被长度不等的内含子所隔离，形成镶嵌排列的断裂方式。 可变调控：不少真核基因的原始转录产物可通过不同剪接方式，产生不同的 mRNA，并 翻译成不同的蛋白质。另外，一些核基因由于转录是选择了不同的启动子或者在转录产物上 选择了不同的 PolyA 位点而使转录产物产生不同的二级结构，因而影响剪接过程，最终产生 不同 的 mRNA 分子。 3. DNA 甲基化对基因表达的调控机制。 大量研究表明， DNA 甲基化能关闭某些基因达的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活 化和表达。 三种调控机制： DNA 甲基化导致了某些区域 DNA 构象变化，从而影响了蛋白质和 DNA 的相互作用，抑制了转录因子与启动区 DNA 的结合效率 ； 促进阻遏蛋白的阻遏作用 ； DNA 的甲基化还提高了该位点的突变频率。 4. 简述真核 生物转录元件组成及其分类。 启动子，转录模版， RAN 聚合酶 基础转录所需的蛋白质因子（ TF ）， RNA 聚合酶 ， 增强子，反式作用因子 5. 简述增强子的作用机理。 增强子是指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的 DNA 序列。可能有 3 中作用机制： 影响 模板 附近的 DNA 双螺旋结构，导致 DNA 双螺旋弯折或在反式 作用 因子的参与下， 以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子 与 启动子之间 “ 成环 ” 连接，活化基因转录 ； 将 模板 固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有利于 DNA 拓扑异构酶改变 DNA 双螺旋结构的张力，促进 RNA 聚合酶 在 DNA 链上的结合和滑动 ； 增强子区可以作为反式作用因子或 RNA 聚合酶 进入染色质结构的 “ 入口 ” 。 6. 简述反式作用因子的结构特点及其对基因表达的调控。 反式作用因子是能直接或间接的识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控 靶基因转录效率的蛋白质。这些因子有两种独立的活性 :特异地与 DNA 结合位点相结合，然 后激活转录。两种活性可以独立分配给特定的蛋白结构域，分别称作 DNA 结合结构域和激活 结构域。 7. 如何确定拟南芥基因组 T-DNA 插入的位点？ 8. 如何确定影响某表型的相关基因？ 9. 如何通过实验的方法分析 CTD 上 S2和 S5不同磷酸化模式的功能？ 10. 如何鉴定 activation tagging 的转基因植物中是哪个基因表达上调而导致所观测的表型？ 11. 举例说明蛋白质磷酸化如何影响基因表达。 蛋白质磷酸化主要影响细胞信号转导进而影响基因表达。举例：在糖原代谢过程中，激 素与其受体在肌细胞外表面相结合，诱发细胞质 cAMP 的合成并活化 A 激酶，后者再将活化 磷酸基团传递给无活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最终将糖原磷酸化，进入 糖酵 解途径并提供 ATP（ cAMP 介导的蛋白质磷酸化过程） 。 12. 简述组蛋白乙酰化和去乙酰化影响基因转录的机制。 组蛋白乙酰转移酶和去乙酰化酶通过是组蛋白乙酰化和去乙酰化对基因表达产生影响。 组蛋白 N 端尾部上赖氨酸残基的乙酰化中和了尾部的正电荷，降低了它与组蛋白的亲 和性，导致核小体构象发生有利于转录调节蛋白与染色质结合的变化，从而提高了基因转录 的活性。核心组蛋白 H2A,H2B,H3,H4 通过组蛋白尾部选择性乙酰化影响核小体的浓缩水平 和可接近性。由于乙酰化的组蛋白抑制了核小体的浓缩，使转录因子更容易与基因组的这一 部分相接触，有利于提高基因的转录活性。 13. 简述激素影响基因表达的基本模式。 许多类固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮质激素和雄激素）以及一些代谢性 激素（如胰岛素）的调控作用都是通过起始基因转 录而实现的。 靶细胞具有专一的细胞质受体，可与激素形成复合物，导致三维结构甚至化学性质的变 化。经修饰的受体与激素复合物通过核膜进入细胞核与染色质的特定区域结合导致基因转录 的起始或关闭。靶细胞内含有大量激素受体蛋白，而非靶细胞中没有或很少有这类受体，这 是激素调节转录组织特异性的根本原因。 14. 简述分子伴侣的分类及其影响基因表达的机理。 分子伴侣 是一类序列上没有相关性担忧共同功能的保守性蛋白质，它们在细胞内能帮助 其他多肽进行正确的折叠、组装、运转和降解。 目前认为分子伴侣至少有两类：热休克蛋白家族和伴侣素。把能与某 个（类）专一蛋白 因子结合，从而控制基因特意表达的 DNA 上游序列称为应答元件，如热休克应答元件，这些 应答元件与细胞内转移的转录因子相互作用，协调相关基因的转录。