1、现代分子生物学 朱玉贤 课后习题答案 现代分子生物学 朱玉坚 第二章 染色体与 DNA 思考 题答案1 染色体具有哪些作为遗传物质的特征？答：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 2.什么是核小体？简述其形成过程。答： 由 DNA 和组蛋白组成的染色质纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构。 核小体是由 H2A,H2B,H3,H4 各两个分子生 成的八聚体和由大约 200bp 的 DNA 组成的。八聚体在中间，DNA 分子盘绕在外，而 H1 则在核小体外面。每个核小 体只有一个 H1。所以，核小体中组蛋白和 DN
2、A 的比例是每 200bpDNA 有 H2A,H2B,H3,H4 各两个，H1 一个。用核酸 酶水解核小体后产生只含 146bp 核心颗粒，包括组蛋白八聚体及与其结合的 146bpDNA，该序列绕在核心外面形成 1.75 圈，每圈约 80bp。由许多核小体构成了连续的染色质 DNA 细丝。 核小体的形成是染色体中 DNA 压缩的第一阶段。在核小体中 DNA 盘绕组蛋白八聚体核心，从而使分子收缩至原尺 寸的 1/7。200bpDNA 完全舒展时长约 68nm,却被压缩在 10nm 的核小体中。核小体只是 DNA 压缩的第一步。 核小体长链 200bp核酸酶初步处理核小体单体 200bp核酸酶继续
3、处理核心颗粒 146bp 3 简述真核生物染色体的组成及组装过程 除了性细胞外全是二倍体 是有 DNA 以及大量蛋白质及核膜构成核小体是染色体结构的最基本单位。核小体的核 心是由 4 种组蛋白（H2A、H2B、H3 和 H4）各两个分子构成的扁球状 8 聚体。 蛋白质包括组蛋白与非组蛋白。组蛋白是染色体的结构蛋白，它与 DNA 组成核小体，含有大量赖氨酸核精氨酸。 非组蛋白包括酶类与细胞分裂有关的蛋白等，他们也有可能是染色体的结构成分 由 DNA 和组蛋白组成的染色体纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构- 1.由 DNA 与组蛋白包装成核小体，在组 蛋白 H1 的介导下核小体彼此连接形成直径约
4、 10nm 的核小体串珠结构，这是染色质包装的一级结构。 2.在有组蛋白 H1 存在的情况下，由直径 10nm 的核小体串珠结构螺旋盘绕，每圈 6 个核小体，形成外径为 30nm， 内径 10nm，螺距 11nm 的螺线管，这是染色质包装的二级结构。 3.由螺线管进一步螺旋化形成直径为 0.4m 的圆筒状结构，称为超螺线管，这是染色质包装的三级结构。 4.这种超螺线管进一步螺旋折叠，形成长 2-10m 的染色单体，即染色质包装的四级结构。 4. 简述 DNA 的一,二,三级结构的特征 DNA 一级结构：4 种核苷酸的的连接及排列顺序，表示了该 DNA 分子的化学结构 DNA 二级结构：指两条多
5、核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构 DNA 三级结构：指 DNA 双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的特定空间结构 5.原核生物 DNA 具有哪些不同于真核生物 DNA 的特征？ 1, 结构简练 原核 DNA 分子的绝大部分是用来编码蛋白质，只有非常小的一部分不转录，这与真核 DNA 的冗余 现象不同。 2, 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，形成功能单元或转录单元，它们可被一起转录为含多个 mRNA 的分子，称为多顺反子 mRNA。 3, 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
6、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是重叠的 6 简述 DNA 双螺旋结构及其在现代分子生物学发展中的意义 DNA 的双螺旋结构分为右手螺旋 A-DNA B-DNA 左手螺旋 Z-DNA DNA 的二级结构是指两条都核苷酸链反向平行 盘绕所生成的双螺旋结构 右手螺旋-是由两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴构成的。 多核苷酸的方向是由核苷酸间的磷酸二酯键的 走向决定的 一条由 5到 3另一条由 3到 5。两链上的碱基以氢键相连，嘌呤和嘧啶碱基对层叠与双螺旋内侧，顺 着螺旋轴心从上向下看，可见碱基平面与纵轴平面垂直且螺旋的轴心方向穿过氢键的中点。核苷酸的磷酸集
7、团与脱 氧核糖在外侧，通过磷酸二酯键相连接而构成 DNA 分子的骨架。DNA 转录时其链板间与有它转录所得的 RNA 链间 形成 A-DNA 这对基因表达有重要意义 左手螺旋-是右手螺旋的一个补充。Z-DNA 调控基因转录模型中，在邻近调控系统中，与调节区相邻的转录区被 Z-DNA 抑制，只有 Z-DNA 转变为 B-DNA 后，转录才得以活化，而在远距离调控系统中，Z-DNA 可以通过改变负超螺 旋水平，决定聚合酶能否与模板链相结合而调节转录起始活性 7 DNA 复制通常采取哪些方式 1 线性 DNA 双链的复制 将线性复制子转变为环状或多聚分子 在 DNA 末端形成发夹式结构 使分子没有游
8、离末端 在某种蛋白质的介入下，在真正的末端启动复制 2 环状 DNA 双链的复制 Sita 型 滚环型 D环型 8.简述原核生物 DNA 的复制特点。 （1）复制的起始 1， DNA 双螺旋的解旋 DNA 在复制时，其双链首先解开，形成复制叉，这是一个有多种蛋白 质和酶参与的复杂过程。 (2) DNA 复制的引发 RNA 引物的合成 前导链：DNA 双链解开为单链后，由引发酶（RNA 聚合酶， Primase）在 5 3DNA 模板上合成一段 RNA 引物，再由 DNA 聚合酶从 RNA 引物 3端开始合成新的 DNA 链。然后以此为起点， 进入 DNA 复制的延伸。后随链：后随链的引发过程由
9、引发体（Primosome）来完成。引发体由 6 种蛋白组成的引发 前体（Preprimosome）和引发酶（Primase）组成。引发体催化生成滞后链的 RNA 引物短链， 再由 DNA 聚合酶 III 作 用合成后续 DNA，直至遇到下一个引物或冈崎片段为止。在滞后链上所合成的 RNA 引物非常短，一般只有 3-5 个核 苷酸。而且，在同一种生物体细胞中这些引物都具有相似的序列。 （3）复制的延伸 冈崎片段与半不连续复制 在原核生物中，DNA 新生链的合成主要由 DNA 聚合酶 III 所催化。 当冈崎片段形成后，DNA 聚合酶 I 通过其 53外切酶活性切除冈崎片段上的 RNA 引物，同
10、时，利用后一个冈 崎 片段作为引物由 53合成 DNA。最后两个冈崎片段由 DNA 连接酶将其接起来，形成完整的 DNA 滞后链。 （4） 复制的终止 DNA 复制的终止依赖与 Tus 蛋白（Terminus utilization substance，36kD）和 DNA 链上特殊的重 复序列 Ter（约 22bp） 。Tus-ter 复合体将阻止 DNA 解链，等反方向的复制叉到达后停止复制，然后两条链解开。最 后，释放子链 DNA，依靠拓扑酶将超螺旋结构引入 DNA 分子。 9 真核生物 DNA 的复制在哪些水平上受到调控大答： 1 细胞生活周期水平调控（限制点调控）即决定细胞停留在 G
11、1 期还是进入 S 期 2 染色体水平调控即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 3 复制子水平调控即决定复制的起始与否 10 细胞通过哪几种修复系统对 DNA 损伤进行修复 错配修复 切除修复 重组修复 DNA 直接修复 SOS 系统 第第三章 生物信息的传递（上） -从 DNA 到 RNA 1. 什么是编码链？什么是模版链？ 答：与 mRNA 序列相同的那条 DNA 链称为编码链（或有意义链） ；另一条根据碱基互补原则指导 mRNA 合成 DNA 链 称为模版链（或反义链） 。2. 简述 RNA 转录的概念及其基本过程。 答：RNA 转录：以 DNA 中的
12、一条单链为模板，游离碱基为原料，在 DNA 依赖的 RNA 聚合酶催化下合成 RNA 链的过 程。基本过程：模版识别 转录开始 转录延伸 转录终止。 3 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？ 答：大肠杆菌的 RNA 聚合酶由 2 个 亚基、一个 亚基、一个 亚基和一个 亚基组成的核心酶，加上一个 亚基后则 成为聚合酶全酶。 亚基肯能与核心酶的组装及启动子的识别有关，并参与 RNA 聚合酶和部分调节因子的相互作用； 亚基和 亚基组成了聚合酶的催化中心， 亚基能与模版 DNA、新生 RNA 链及核苷酸底物相结合。 4 什么是封闭复合物、开放复合物以及三元复合物？ 答：模版
13、的识别阶段，聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭性复合物；封闭性复合物形成后，此时，DNA 链仍然处于双 链状态，伴随着 DNA 构象的重大变化，封闭性复合物转化为开放复合物；开放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。 5 简述 因子的作用。 答：1， 因子的作用是负责模版链的选择和转录的起始，它是酶的别构效应物，使酶专一性识别模版上的启动子；2， 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；3， 因子还能使 RNA 聚合酶与模版 DNA 上非特异 性位点结合常数降低。6
14、6，什么是 Pribnow box？它的保守序列是什么？ 答：pribnow box 是原核生物中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。 7 7，什么是上升突变？什么是下降突变？ 答：上升突变：细菌中常见的启动自突变之一，突变导致 Pribnow 区共同序列的同一性增加；下降突变：细菌中常见的 启动子突变之一，突变导致结构基因的转录水平大大降低，如 Pribnow 区从 TATAAT 变成 AATAAT。8 8，简述原核生物和真核生物 mRNA 的区别。 答：1，原核生物 mRNA 常以多顺反子的形式存在。真核生物 m
15、RNA 一般以单顺反子的形式存在；2，原核生物 mRNA 的转录与翻译一般是偶联的，真核生物转录的 mRNA 前体则需经转录后加工，加工为成熟的 mRNA 与蛋白质结合生成 信息体后才开始工作；3，原核生物 mRNA 半寿期很短，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；4，原核与真核生物 mRNA 的结构特点也不同，原核生物的 mRNA 的 5端无帽 子结构，3端没有或只有较短的 poly A 结构。9 9，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。 答：大肠杆菌的终止子可以分为不依赖于 p 因子和依赖于 p 因子两
16、大类。不依赖于 p 因子的终止子结构特点：1，位于 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 容易形成发卡式结构。2，在终止位 点前面有一端由 4 8 个 A 组成的序列，所以转录产物的 3端为寡聚 U。依赖于 p 因子的终止子的结构特点： 1010，真核生物的原始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版。 答：1，装上 5端帽子；2，装上 3端多聚 A 尾巴；3，剪接：将 mRNA 前体上的居间顺序切除，再将被隔开的蛋白质编 码区连接起来。剪接过程是由细胞核小分子 RNA 参与完成的，被切除的居间顺序形成套索形；4，
17、修饰：mRNA 分子内 的某些部位常存在 N6-甲基腺苷，它是由甲基化酶催化产生的，也是在转录后加工时修饰的。 11，简述、类内含子的剪接特点。 答： 类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脂键的转移。 I 类内含子的切除体系中， 在 第一个转酯反应由一个游离的鸟苷或者鸟苷酸介导， 鸟苷或鸟苷酸的 3OH 作为亲核基团攻击内含子 5端的磷酸二 脂键，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 上的磷酸二脂键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷酸二脂键相连。 类内含子主要存在于真核生物的线粒体
18、和叶绿体 rRNA 基因中，在类内含子切除体系中，转酯反应无需游离鸟苷或 鸟苷酸，而是由内含子本身的靠近 3端的腺苷酸 2OH 作为亲核基团攻击内含子 5端的磷酸二脂键，从上游切开 RNA 链后形成套索结构。再由上游外显子的自由 3 OH 作为亲核基团攻击内含子 3位核苷酸上的磷酸二脂键，使 得内含子被完全切开，上下游两个内含子通过新的磷酸二脂键相连。 12，什么是 RNA 编辑？其生物学意义是什么？ 答：RNA 编辑是指某些 RNA 特别是 mRNA 前体经过插入、删除或取代一些核苷酸残疾等操作，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版
19、的 DAN 的变化。生物学意义：1，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；2，调控翻译，通过编辑可以构建或去除其实密码子 和终止密码子， 是基因表达调控的一种方式； 扩充遗传信息， 3， 能使基因产物获得心得结构核功能， 有利于生物的进化。第四章 生物信息的传递（下） -从 mRNA 到蛋白质1，遗传密码有哪些特征？答：1，密码的连续性，密码之间无间断也没有重叠；2，密码的简并性，许多氨基酸都有多个密码子；3，密码的通用性和特殊性，遗传密码无论在体内还是在体外，无论是对病毒、细菌、动物还是植物而言都是通用的，但是也有少数例外；4，密码子和反密码子的相互
20、作用。2，有几种终止密码子？它们的序列和别名分别是什么？答：3 种， UAA、UAG 和 UGA，别名是无意义密码。3，简述摆动学说。答：1966 年， Crick 根据立体化学原理提出摆动学说，解释了反密码子中某些稀有成分的配对。摆动学说认为，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。认为除 A-U、 G-C 配对外，还有非标准配对， I-A、I-C、I-U，并强调密码子的 5端第1、2 个碱基严格遵循标准配对，而第 3 个碱基可以非标准配对，具有一定程度的摆动灵活性。4，tRNA 在
21、组成和结构上有哪些特点？答：1.tRNA 中含有稀有碱基,除 ACGU 外还含有双氢尿嘧啶、假尿嘧啶等；2.tRNA 分子形成茎环节构；3.tRNA 分子末端有氨基酸接纳茎；4.tRNA 分子序列中很有反密码子。5，比较原核与真核的核糖体组成。答：1，真核细胞中的核糖体数量多余原核；2，真核细胞中核糖体 RNA 占细胞中总 RNA的量少于原核；3，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；4，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
22、 2/5。6，什么是 SD序列？其功能是什么？答：SD 序列是指信使核糖核酸(mRNA)翻译起点上游与原核 16S 核糖体 RNA 或真核 18S rRNA 3端富含嘧啶的 7 核苷酸序列互补的富含嘌呤的 37 个核苷酸序列(AGGAGG) ，是核糖体小亚基与 mRNA 结合并形成正确的前起始复合体的一段序列。功能：SD 序列对 mRNA 的翻译起重要作用。7，核糖体有哪些活性中心？答：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，结合或接受肽酰-tRNA 部位，肽基转移部位及形成肽键的部位，此外还有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。8，真核生物与原核生
23、物在翻译起始过程中有哪些区别？答：原核生物的起始 tRNA 是 fMet-tRNA，真核生物是 Met-tRNAMet。原核生物中30S 小亚基首先与 mRNA 模版相结合，再与 fMet-tRNA 结合，最后与 50S 大亚基结合。而在真核生物中，40S 小亚基首先与 Met-tRNAMet 相结合，再与模版 mRNA 结合，最后与 60S 大亚基结合生成 80S.mRNA.Met-tRNAMet 起始复合物。9，链霉素为什么能够抑制蛋白质的合成？答：链霉素是是一种氨基葡萄糖型抗生素，分子式 C21H39N7O12，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，
24、从而阻止蛋白质合成的正确起始，也会导致 mRNA 的错读。10，什么是信号肽？它在序列组成上有什么特点？有什么功能？答：绝大部分被运入内质网腔的蛋白质都带有一个信号肽，该序列常常位于蛋白质的氨基端，长度一般都在 13-16 个残基，有如下三个特征：1，一般带有 10-15 个疏水残基；2，在靠近该序列 N 端常常带有一个或者数个带正电荷的氨基酸；3，在其 C 端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸。功能：完整的信号肽是保证蛋白质转运的必要条件。11，简述叶绿体蛋白质的跨膜运输机制。答：1，活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内；2，叶绿体膜能够特异性的与叶绿体蛋白的前体结合；3，叶绿体蛋白质前体
25、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；12，蛋白质有哪些翻译后的加工修饰？答：1、氨基端和羧基端的修饰；2.共价修饰：磷酸化、糖基化、羟基化、二硫键的形成；3.亚基的聚合；4. 水解断链，切除新生肽中非功能片段。13，什么是核定位序列？其主要功能是什么？答：核定位序列：蛋白质的一个结构域，通常为一短的氨基酸序列，它能与入核载体相互作用，使蛋白能被运进细胞核。在绝大多数多细胞真核生物中，每当细胞发生分裂时，核膜被破坏，等到细胞分类完成后，核膜被重新建成，分散在细胞内的核蛋白必须被重新运入核内，为了核蛋白的重复定位，这些蛋白质中的信号肽-被称为核定位序列。第五章 分子生物学研究法（
26、上） -DNA、RNA 及蛋白质操作技术1.简述 PCR 技术。答：课本 P165.2.简述核酸的凝胶电泳。答：将某种分子放到特定的电场中，它就会以一定的速度向适当的电极移动。某物质在电场作用下的迁移速度叫作电泳的速率，它与电场强度成正比，与该分子所携带的净电荷数成正比，而与分子的磨擦系数成反比（分子大小、极性、介质的粘度系数等） 。 在生理条件下，核酸分子中的磷酸基团是离子化的，所以，DNA 和 RNA 实际上呈多聚阴离子状态（Polyanions ） 。将 DNA、RNA 放到电场中，它就会由负极正极移动。 在凝胶电泳中，一般加入溴化乙锭（EB ）-ethidium bromide 染色，
27、此时，核酸分子在紫外光下发出荧光，肉眼能看到约 50ng DNA 所形成的条带。3.什么是 south 杂交？答：指将经过电泳分离的 DNA 片断转移到一定的固相支持物的过程。第七章 基因的表达与调控（上）-原核基因表达调控模式1.简述代谢物对基因表达调控的两种方式。答： 转录水平上的调控(transcriptional regulation) ； 转录水平上的调控(post-transcriptional regulation) ，包括 mRNA 加工成熟水平上的调控(differen, tial processing of RNA transcript)和 翻译水平上的调控(differe
28、ntial translation of mRNA)。3.简述乳糖操纵子的调控模型。答：A、乳糖操纵子的组成：大肠杆菌乳糖操纵子含 Z、Y、A 三个结构基因，分别编码半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰转移酶，此外还有一个操纵序列 O，一个启动子 P 和一个调节基因 I。B、阻遏蛋白的负性调节：没有乳糖存在时，I 基因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列 O 处，乳糖操纵子处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，乳糖操纵子被诱导开放合成分解乳糖的三种酶。所以，乳糖操纵子的这种调控机制为可诱导的负调控。C、CAP 的正性调节：在启动子上游有 C
29、AP 结合位点，当大肠杆菌从以葡萄糖为碳源的环境转变为以乳糖为碳源的环境 时，cAMP 浓度升高，与 CAP 结合，使 CAP 发生变构，CAP 结合于乳糖操纵子启动序列附近的 CAP 结合位点，激活 RNA 聚合酶活性，促进结构基因转录，调节蛋白结合于操纵子后促进结构基因的转录，对乳糖操纵子实行正调控，加速合成分解乳糖的三种酶。D 、协调调节：乳糖操纵子中的 I 基因编码的阻遏蛋白的负调控与 CAP 的正调控两种机制，互相协调、互相制约。5.什么是弱化作用？答：1.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
30、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。2.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 区自由配对形成基一环终止子结构，转录被终止，trp 操纵子被关闭。 第八章 基因的表达与调控（下）-真核基因表达调控一般规律2.何为外显子，内含子及其结构特点和可变调控？答：课本 P286.3.DNA 甲基化对基因表达的调控机制。答:课本 P292.5.增强子的作用机制。答：课本 P299.
