分子生物學與基因工程原理

1、分子生物學與基因工程原理復習資料1 一、名詞解釋.分子生物學：是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的形態(tài)、結構特征及其重要性、規(guī)律性和相互關系的科學；是人類從分子水平上真正揭開生物世界的奧秘，由被動地適應自然界轉向主動地改造和重組自然界的基礎學科。2 .染色體：是細胞在有絲分裂時遺傳物質(zhì)存在的特定形式，是間期細胞染色質(zhì)結構緊密包裝的結果。3 .DNA多態(tài)性：是指DNA序列中發(fā)生變異而導致的個體間核甘酸序列的差異，主要包括單核甘酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)和串聯(lián)重復序列多態(tài)性(tandemrepeatspolymorphism兩類。4 .DNA的半保留復

2、制：DNA復制過程中，由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA,另一條鏈則是新合成的，這種復制方式稱半保留復制。5 .岡崎片段：在DNA復制過程中，前導鏈能連續(xù)合成，而滯后鏈只能是斷續(xù)的合成白3,的多個短片段，這些不連續(xù)的小片段稱為岡崎片段。6 .SNP：singlenucleotidepolymorphism單核甘酸多樣,性，是基因組DNA序列中單個核甘酸的突變引起的多態(tài)性。7 .基因”的分子生物學定義：產(chǎn)生一條多肽鏈或功能RNA所必需的全部核甘酸序列。8 .獲得性遺傳：是有機體在生長發(fā)育過程中由于環(huán)境的影響而不是基因突變所形成的新的遺傳性狀。9 .DNA

3、甲基化：是基因的表觀修飾方式之一，指生物體在(DNAmethyltransferaseDNMT)的催化下，以S-腺甘甲硫氨酸(SAM)為甲基供體，將甲基轉移到特定的堿基上的過程。.CDNA文庫：以mRNA為模板，經(jīng)反轉錄酶催化，體外合成cDNA,與適當?shù)妮d體(常用噬菌體或質(zhì)粒載體)連接后轉化受體菌，則每個細菌含有一段cDNA,并能繁殖擴增。這樣包含著細胞全部mRNA信息的cDNA克隆集合稱為該組織細胞cDNA文庫。10 .基因組：是指一個細胞或者生物體所攜帶的全部遺傳信息。生物個體的所有細胞的基因組是固定的。11 .蛋白質(zhì)組學：指在大規(guī)模水平上研究蛋白質(zhì)的特征，包括蛋白質(zhì)的表達水平，翻譯后的修

4、飾，蛋白與蛋白相互作用等，獲得蛋白質(zhì)水平上的關于疾病發(fā)生，細胞代謝等過程的整體而全面的認識。12 .轉錄組：廣義上指某一生理條件或環(huán)境下，一個細胞、組織或生物體內(nèi)所有轉錄產(chǎn)物的總和，包括信使RNA、核糖體RNA、轉運RNA及非編碼RNA;狹義上指細胞中轉錄出來的所有mRNA的總和。13 .基因定點突變技術：通過改變基因特定位點核甘酸序列來改變所編碼的氨基酸序列的一種技術。14 .RNA干涉(RNAi):是指由雙鏈小RNA誘發(fā)的、高效、特異性地降解細胞內(nèi)同源mRNA,從而阻斷靶基因表達，使細胞出現(xiàn)靶基因缺失的表型的一種現(xiàn)象?；颍菏侵赣呻p鏈RNA誘發(fā)的、同源mRNA高效特異性降解的技術。15 .基

5、因表達調(diào)控：基因表達是受內(nèi)源及外源信號調(diào)控的，對基因表達過程的調(diào)節(jié)就稱為基因表達調(diào)控。16 .操縱子：指原核生物中由一個或多個相關基因以及轉錄翻譯調(diào)控原件組成的基因表達單元。17 .基因沉默：是指真核生物中由雙鏈RNA誘導的識別和清除細胞中非正常RNA的一種機制。19比較基因組學(ComparativeGenomics)是基于基因組圖譜和測序基礎上，對已知基因和基因組結構進行比較，了解基因的功能、表達機理和物種進化的學科。20.基因工程：用人工的方法把不同生物的遺傳物質(zhì)(基因)分離出來，在體外進行剪切、拼接、重組，形成基因重組體，然后再把重組體引入宿主細胞或個體中以得到高效表達，最終獲得人們所

6、需要的基因產(chǎn)物。1 二、簡述題.真核細胞DNA的復制在哪些水平受到調(diào)控？真核細胞的DNA有3個水平的調(diào)控：(1)細胞生活周期水平調(diào)控：也成為限制點調(diào)控，即決定細胞停留在G1期還是進入S期。外部因素和細胞因子參與調(diào)控。(2)染色體水平調(diào)控：決定不同染色體或同一染色體不同部位的復制子按一定順序在S期起始復制。(3)復制子水平調(diào)控：決定復制的起始與否。復制子水平調(diào)控從單細胞生物到高等生物是高度保守的。2 .細胞通過哪幾種修復系統(tǒng)對DNA損傷進行修復？(1)錯配修復；(2)切除修復；(3)重組修復；(4) DNA的直接修復；(5) SOS反應。3.簡述RNA的功能。(1)作為信息分子，RNA擔負著貯藏

7、及轉移遺傳信息的功能，起著遺傳信息由DNA到蛋白質(zhì)的中間傳遞體的核心作用。(2)作為功能分子：細胞內(nèi)蛋白質(zhì)生物合成的主要參與者；部分RNA作為核酶在細胞中催化一些重要的反應，作用于初始轉錄產(chǎn)物的剪接加工；參與基因表達的調(diào)控，與生物的生長發(fā)育有關；在某些病毒中，RNA是遺傳物質(zhì)。4 .試述RNA編輯的概念及其生物學意義。RNA編輯是指轉錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的突變、插入或丟失等現(xiàn)象。RNA編輯的生物學意義：(1)矯正作用：在突變過程中丟失的遺傳信息通過RNA編輯得以修復。(2)調(diào)控翻譯：構建或去除起始密碼子和終止密碼子，進行基因表達調(diào)控。(3)擴充遺傳信息：能使基因產(chǎn)物獲得新的結構和功能，

8、有利于生物的進化。5 .試述DNA甲基化的主要形式及其生理作用。DNA甲基化的主要形式有：5-甲基胞喀噬、6-甲基腺喋吟、7-甲基鳥喋吟。DNA甲基化能引起染色質(zhì)結構、DNA構象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達，參與調(diào)控許多重要生物生物學現(xiàn)象和發(fā)育過程。一般來說，DNA甲基化會抑制基因表達。6 .試述cDNA文庫的構建過程。cDNA文庫的構建過程：(1)總RNA的提?。?2) mRNA的純化；(3) cDNA的合成；(4) cDNA文庫的構建；(5)基因文庫的篩選。7 .試述原位雜交技術的基本原理。原位雜交(Insituhybridization,ISH)是用

9、標記的探針，經(jīng)放射自顯影或非放射檢測體系，在組織、細胞、問期核及染色體上對核酸進行定位和相對定量研究的一種手段。原位雜交技術的基本原理：是利用核酸分子單鏈之間有互補的堿基序列，將有放射性或非放射性的外源核酸(即探針)與組織、細胞或染色體上待測DNA或RNA互補配對，結合成專一的核酸雜交分子，經(jīng)一定的檢測手段將待測核酸在組織、細胞或染色體上的位置顯示出來。8 .試述基因芯片技術對分子生物學研究的意義?；蛐酒夹g對分子生物學研究的意義：(1)基因芯片技術可以同時將大量探針固定于支持物上，一次性對樣品大量序列進行檢測和分析，解決了傳統(tǒng)核酸分子雜交如Southern和Northern印跡雜交技術操作

10、繁雜，自動化程度低，操作序列數(shù)量少，檢測效率低等不足之處。(2)通過設計不同的探針陣列，使用特定的分析方法可使該技術具有多種不同的應用價值，如基因表達譜測定、突變檢測、多態(tài)性分析、基因組文庫作圖及雜交測序等。9 .對基因表達調(diào)控的影響因素中，原核生物與真核生物存在那些差異。對基因表達調(diào)控的影響因素中，原核生物與真核生物存在差異：(1)原核生物中，對基因表達調(diào)控的主要影響因素是營養(yǎng)狀況(nutritionstatus)和環(huán)境因素(environmentalfactoi);(2)真核生物中，對基因表達調(diào)控的主要影響因素激素水平(hormonelevel)和發(fā)育階段(developmentalsta

11、ge,營養(yǎng)狀況和環(huán)境因素的影響較小。10 .簡述操縱子學說。操縱子學說：操縱子是基因表達的協(xié)調(diào)單位，由啟動子、操縱基因及其所控制的一組功能上相關的結構基因所組成。操縱基因受一種叫作阻遏蛋白的蛋白質(zhì)的調(diào)控。當環(huán)境中沒有乳糖時，阻遏蛋白結合在操縱基因上，乳糖操縱子關閉。當環(huán)境中存在乳糖時，乳糖起誘導作用，與阻遏蛋白結合，使之從操縱基因上脫落下來。操縱基因開啟，相鄰的結構基因表達，細菌就能分解利用乳糖。11 .簡述siRNA介導的基因沉默的機理及siRNA的生物學意義。siRNA介導的沉默機理：基因沉默發(fā)生在轉錄后水平的mRNA的降解，以及染色體水平上形成異染色質(zhì)，阻抑基因表達。siRNA(RNAi

12、)的生物學意義：(1)在轉錄水平、轉錄后水平參與基因的表達調(diào)控；(2)維護基因組的穩(wěn)定；(3)保護基因組免受外源核酸侵入。12 .理想的基因工程載體應具備哪些特征？理想的基因工程載體應具備以下特征：1能在宿主細胞內(nèi)進行獨立和穩(wěn)定的DNA復制。在外源DNA插入其DNA之后，仍能保持穩(wěn)定的復制狀態(tài)和遺傳特性。2易于從宿主細胞中分離，并進行純化。3在DNA序列中有適當?shù)南拗菩詢?nèi)切酶單一酶切位點?？稍谶@些位點上插入外源DNA,但不影響載體自身DNA復制。4具有能夠直接觀察的表型特征(有報告基因)，在插入外緣DNA后，這些特征可以作為重組DNA選擇的標志。13 .簡述基因工程操作基本過程?；蚬こ滩僮骰?/p>

13、本過程：(1)目的基因的獲得與序列分析(2)目的基因與載體的連接(重組與克隆)(3)重組DNA向受體的轉化(4)重組體的篩選與外源基因的鑒定五、論述題1.闡述蛋白質(zhì)生物合成的主要過程蛋白質(zhì)的生物合成主要包括：(1)氨基酸的活化：氨基酸與tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的作用下與生成氨基酰-tRNA0(2)翻譯的開始：核糖體與mRNA結合并與氨基酰-tRNA生成起始復合物。(3)肽鏈的延伸：核糖體沿mRNA5向3'移動，開始從N端到C端的多肽合成。肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個氨基酸就是一個循環(huán)，每個循環(huán)包括：AA-tRNA與核糖體結合、肽鍵的生成和移位。(4)肽鏈的終止與釋放：核糖體

14、從mRNA上解離，準備新一輪合成反應。(5)蛋白質(zhì)前體加工：新生蛋白質(zhì)經(jīng)蛋白酶切后變成有功能的成熟蛋白質(zhì)。2 .試述RNA-seq技術原理及其應用。RNA-seq技術：利用高通量測序技術對轉錄組進行序列分析，對測序得到的大量原始讀長(reads)進行過濾、組裝及生物信息學分析的過程，稱為RNA-Seq。RNA-seq技術原理：將細胞中的所有轉錄產(chǎn)物反轉錄為cDNA文庫，然后將cDNA文庫中的DNA隨機剪切為小片段，在cDNA兩端加上接頭利用新一代高通量測序儀測序，直到獲得足夠的序列，所得序列通過比對(有參考基因組)或從頭組裝(denovoassembling)化參考基因組)形成全基因組范圍的轉

15、錄譜。RNA-seq技術的應用：(1)繪制全基因組范圍轉錄譜；(2)轉錄本結構研究；(3)轉錄物SNP檢測；(4)非編碼區(qū)域功能鑒定；(5)低豐度轉錄物研究。3 .試述基因定點突變的技術原理及其操作過程?；蚨c突變技術原理：用含有突變堿基的寡核甘酸片段作引物，在聚合酶的作用下啟動DNA分子進行復制。過程：(1)將待突變基因克隆到突變載體上；(2)制備含突變基因的單鏈模板；(3)引物與模板退火，突變寡核甘酸引物與待突變的核甘酸形成一小段堿基錯配的異源雙鏈的DNA;(4)合成突變鏈：在DNA聚合酶催化下，引物以單鏈DNA為模板合成全長互補鏈，由連接酶封閉缺口，產(chǎn)牛異源雙鏈DNA分子；(5)轉化和

16、篩選異源雙鏈DNA分子突變體；(6)對突變體基因進行序列分析。4 .試述酵母雙雜交系統(tǒng)的基本原理及其應用酵母雙雜交系統(tǒng)(Yeasttwo-hybridsystem的原理：利用真核生物轉錄調(diào)控因子的組件式結構特征，這些蛋白如GAL4、GCN1等都含有兩個或兩個以上相互獨立的結構域：DNA結合結構域(DNA-bindingdomain,BD)和轉錄激活結構域(transcription-activatingdomain,AD)。單獨的BD能與特定基因的啟動區(qū)結合，但不能激活基因的轉錄，而由不同轉錄調(diào)控因子的BD和AD所形成的雜合蛋白能激活基因轉錄。酵母雙雜交系統(tǒng)的應用：(1)真核生物基因組編碼的蛋

17、白質(zhì)之間的互作。(2)發(fā)現(xiàn)新的蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)的新功能；(3)在細胞體內(nèi)研究抗原和抗體的相互作用；(4)篩選藥物作用位點及藥物對蛋白相互作用影響；(5)建立基因組蛋白連鎖圖。5 .實驗設計：假設某哺乳動物基因可能編碼了脂肪酸脫氫酶，請在酵母細胞中設計實驗研究該基因的功能。將該哺乳動物可能編碼脂肪酸脫氫酶的基因克隆于酵母表達載體上，轉入野生型酵母細胞；誘導該基因表達，然后用氣相色譜和質(zhì)譜技術分析細胞的脂肪酸組成。由于野生型酵母細胞中18碳不飽和脂肪酸主要是C18：1,沒有含兩個或多個雙鍵的不飽和脂肪酸。如果在轉入目的基因的野生型酵母細胞中檢測到C18：2或C18:3不飽和脂肪酸，就證明該基因具有脂肪酸脫氫酶的功能。6 .試述大腸桿菌乳糖操縱子模型的主要內(nèi)容。大腸桿菌乳糖操縱子模