分子生物學第三版課后題

第一章緒論1.簡述孟德爾、摩爾根和沃森等人對分子生物學發(fā)展的主要貢獻。答:孟德爾的對分子生物學的發(fā)展的主要貢獻在于他通過豌豆實驗,發(fā)現(xiàn)了遺傳規(guī)律、分離規(guī)律及自由組合規(guī)律;摩爾根的主要貢獻在于發(fā)現(xiàn)染色體的遺傳機制,創(chuàng)立染色體遺傳理論,成為現(xiàn)代實驗生物學奠基人;沃森和克里克在1953年提出DAN反向雙平行雙螺旋模型。2.寫出DNA和RNA的英文全稱。答:脫氧核糖核酸(DNA,Deoxyribonucleicacid,核糖核酸(RNA,Ribonucleicacid3.試述“有其父必有其子”的生物學本質(zhì)。答:其生物學本質(zhì)是基因遺傳。子代的性質(zhì)由遺傳所得的基因決定,而基因由于遺傳的作用,其基因的一半來自于父方,一般來自于母方。4.早期主要有哪些實驗證實DNA是遺傳物質(zhì)?寫出這些實驗的主要步驟。答:一,肺炎雙球菌感染實驗,1,R型菌落粗糙,菌體無多糖莢膜,無毒,注入小鼠體內(nèi)后,小鼠不死亡。2,S型菌落光滑,菌體有多糖莢膜,有毒,注入到小鼠體內(nèi)可以使小鼠患病死亡。3,用加熱的方法殺死S型細菌后注入到小鼠體內(nèi),小鼠不死亡;二,噬菌體侵染細菌的實驗:1,噬菌體侵染細菌的實驗過程:吸附→侵入→復(fù)制→組裝→釋放。2,DNA中P的含量多,蛋白質(zhì)中P的含量少;蛋白質(zhì)中有S而DNA中沒有S,所以用放射性同位素35S標記一部分噬菌體的蛋白質(zhì),用放射性同位素32P標記另一部分噬菌體的DNA。用35P標記蛋白質(zhì)的噬菌體侵染后,細菌體內(nèi)無放射性,即表明噬菌體的蛋白質(zhì)沒有進入細菌內(nèi)部;而用32P標記DNA的噬菌體侵染細菌后,細菌體內(nèi)有放射性,即表明噬菌體的DNA進入了細菌體內(nèi)。三,煙草TMV的重建實驗:1957年,Fraenkel-Conrat等人,將兩個不同的TMV株系(S株系和HR株系的蛋白質(zhì)和RNA分別提取出來,然后相互對換,將S株系的蛋白質(zhì)和HR株系的RNA,或反過來將HR株系的蛋白質(zhì)和S株系的RNA放在一起,重建形成兩種雜種病毒,去感染煙草葉片。5.請定義DNA重組技術(shù)和基因工程技術(shù)。答:DNA重組技術(shù):目的是將不同的DNA片段(如某個基因或基因的一部分按照人們的設(shè)計定向連接起來,然后在特定的受體細胞中與載體同時復(fù)制并得到表達,產(chǎn)生影響受體細胞的新的遺傳性狀?；蚬こ碳夹g(shù):是除了包含DNA重組技術(shù)外還包括其他可能是生物細胞基因結(jié)構(gòu)得到改造的體系,基因工程是指技術(shù)重組DNA技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計與應(yīng)用,包括上游技術(shù)和下游技術(shù)兩大組成部分。上游技術(shù)指的是基因重組、克隆和表達的設(shè)計與構(gòu)建(即重組DNA技術(shù);而下游技術(shù)則涉及到基因工程菌或細胞的大規(guī)模培養(yǎng)以及基因產(chǎn)物的分離純化過程。6.寫出分子生物學的主要研究內(nèi)容。答:1,DNA重組技術(shù);2,基因表達調(diào)控研究;3,生物大分子的結(jié)構(gòu)功能研究----結(jié)構(gòu)分子生物學;4,基因組、功能基因組與生物信息學研究。第二章染色體與DNA1.染色體具有哪些作為遺傳物質(zhì)的特征?①分子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定②能夠自我復(fù)制,使親子代之間保持連續(xù)性③能夠指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成,從而控制整個生命過程④能夠產(chǎn)生可遺傳的變異2.什么是核小體?簡述其形成過程。由DNA和組蛋白組成的染色質(zhì)纖維細絲是許多核小體連成的念珠狀結(jié)構(gòu)。核小體是由H2A,H2B,H3,H4各兩個分子生成的八聚體和由大約200bp的DNA組成的。八聚體在中間,DNA分子盤繞在外,而H1則在核小體外面。每個核小體只有一個H1。所以,核小體中組蛋白和DNA的比例是每200bpDNA有H2A,H2B,H3,H4各兩個,H1一個。用核酸酶水解核小體后產(chǎn)生只含146bp核心顆粒,包括組蛋白八聚體及與其結(jié)合的146bpDNA,該序列繞在核心外面形成1.75圈,每圈約80bp。由許多核小體構(gòu)成了連續(xù)的染色質(zhì)DNA細絲。核小體的形成是染色體中DNA壓縮的第一階段。在核小體中DNA盤繞組蛋白八聚體核心,從而使分子收縮至原尺寸的1/7。200bpDNA完全舒展時長約68nm,卻被壓縮在10nm的核小體中。核小體只是DNA壓縮的第一步。核小體長鏈200bp→核酸酶初步處理→核小體單體200bp→核酸酶繼續(xù)處理→核心顆粒146bp3.簡述真核生物染色體的組成及組裝過程真核生物染色體除了性細胞外全是二倍體,DNA以及大量蛋白質(zhì)及核膜構(gòu)成的核小體是染色體結(jié)構(gòu)的最基本單位。核小體的核心是由4種組蛋白(H2A、H2B、H3和H4構(gòu)成的扁球狀8聚體。蛋白質(zhì)包括組蛋白與非組蛋白。組蛋白是染色體的結(jié)構(gòu)蛋白,它與DNA組成核小體,含有大量賴氨酸核精氨酸。非組蛋白包括酶類與細胞分裂有關(guān)的蛋白等,他們也有可能是染色體的結(jié)構(gòu)成分由DNA和組蛋白組成的染色體纖維細絲是許多核小體連成的念珠狀結(jié)構(gòu)。1.由DNA與組蛋白包裝成核小體,在組蛋白H1的介導(dǎo)下核小體彼此連接形成直徑約10nm的核小體串珠結(jié)構(gòu),這是染色質(zhì)包裝的一級結(jié)構(gòu)。2.在有組蛋白H1存在的情況下,由直徑10nm的核小體串珠結(jié)構(gòu)螺旋盤繞,每圈6個核小體,形成外徑為30nm,內(nèi)徑10nm,螺距11nm的螺線管,這是染色質(zhì)包裝的二級結(jié)構(gòu)。3.由螺線管進一步螺旋化形成直徑為0.4μm的圓筒狀結(jié)構(gòu),稱為超螺線管,這是染色質(zhì)包裝的三級結(jié)構(gòu)。4.這種超螺線管進一步螺旋折疊,形成長2-10μm的染色單體,即染色質(zhì)包裝的四級結(jié)構(gòu)。4.簡述DNA的一,二,三級結(jié)構(gòu)的特征DNA一級結(jié)構(gòu):4種核苷酸的的連接及排列順序,表示了該DNA分子的化學結(jié)構(gòu)DNA二級結(jié)構(gòu):指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所生成的雙螺旋結(jié)構(gòu)DNA三級結(jié)構(gòu):指DNA雙螺旋進一步扭曲盤繞所形成的特定空間結(jié)構(gòu)依賴于p因子的終止子的結(jié)構(gòu)特點:1.ρ因子是一個相對分子質(zhì)量為2.0×105的六聚體蛋白,它能水解各種核苷三磷酸,實際上是一種NTP酶。2.終止過程需要消耗能量,ρ因子具有終止轉(zhuǎn)錄和核苷三磷酸酶兩種功能。10.真核生物的原始轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物必須經(jīng)過哪些加工才能成為成熟的mRNA,以用作蛋白質(zhì)合成的模版。答:1,裝上5′端帽子;2,裝上3′端多聚A尾巴;3,剪接:將mRNA前體上的居間順序切除,再將被隔開的蛋白質(zhì)編碼區(qū)連接起來。剪接過程是由細胞核小分子RNA參與完成的,被切除的居間順序形成套索形;4,修飾:mRNA分子內(nèi)的某些部位常存在N6-甲基腺苷,它是由甲基化酶催化產(chǎn)生的,也是在轉(zhuǎn)錄后加工時修飾的。11.簡述Ⅰ、Ⅱ類內(nèi)含子的剪接特點。答:Ⅰ類內(nèi)含子的剪接主要是轉(zhuǎn)酯反應(yīng),即剪接反應(yīng)實際上是發(fā)生了兩次磷酸二脂鍵的轉(zhuǎn)移。在I類內(nèi)含子的切除體系中,第一個轉(zhuǎn)酯反應(yīng)由一個游離的鳥苷或者鳥苷酸介導(dǎo),鳥苷或鳥苷酸的3’—OH作為親核基團攻擊內(nèi)含子5’端的磷酸二脂鍵,從上游切開RNA鏈。在第二個轉(zhuǎn)酯反應(yīng)中,上游外顯子的自由3’—OH作為親核基團攻擊內(nèi)含子3’位核苷酸上的磷酸二脂鍵,使內(nèi)含子被完全切開,上下游兩個外顯子通過新的磷酸二脂鍵相連。Ⅱ類內(nèi)含子主要存在于真核生物的線粒體和葉綠體rRNA基因中,在Ⅱ類內(nèi)含子切除體系中,轉(zhuǎn)酯反應(yīng)無需游離鳥苷或鳥苷酸,而是由內(nèi)含子本身的靠近3’端的腺苷酸2’—OH作為親核基團攻擊內(nèi)含子5’端的磷酸二脂鍵,從上游切開RNA鏈后形成套索結(jié)構(gòu)。再由上游外顯子的自由3’—OH作為親核基團攻擊內(nèi)含子3’位核苷酸上的磷酸二脂鍵,使得內(nèi)含子被完全切開,上下游兩個內(nèi)含子通過新的磷酸二脂鍵相連。12.什么是RNA編輯?其生物學意義是什么?答:RNA編輯是指某些RNA特別是mRNA前體經(jīng)過插入、刪除或取代一些核苷酸殘疾等操作,導(dǎo)致DNA所編碼的遺傳信息的改變,使得經(jīng)過RNA編輯的mRNA序列發(fā)生了不同于模版的DAN的變化。生物學意義:1,校正作用,有些基因在突變的途中丟失的遺傳信息可能通過RNA的編輯得以恢復(fù);2,調(diào)控翻譯,通過編輯可以構(gòu)建或去除其實密碼子和終止密碼子,是基因表達調(diào)控的一種方式;3,擴充遺傳信息,能使基因產(chǎn)物獲得心得結(jié)構(gòu)核功能,有利于生物的進化。13.核酶具有哪些結(jié)構(gòu)特點?其生物學意義是什么?答:核酶的結(jié)構(gòu)特點:核酶的錘頭結(jié)構(gòu)特點是:三個莖區(qū)形成局部的雙鏈結(jié)構(gòu);其中含13個保守的核苷酸,N代表任何核苷酸;生物學意義:1,核酶是繼反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象之后對中心法則的有一個重要的修正,說明RNA既是遺傳物質(zhì)又是酶;2,核酶的發(fā)現(xiàn)為生命起源的研究提供了新思路—--也許曾經(jīng)存在以RNA為基礎(chǔ)的原始生命。第四章生物信息的傳遞(下----從mRNA到蛋白質(zhì)1.遺傳密碼有哪些特征?答:1,密碼的連續(xù)性,密碼之間無間斷也沒有重疊;2,密碼的簡并性,許多氨基酸都有多個密碼子;3,密碼的通用性和特殊性,遺傳密碼無論在體內(nèi)還是在體外,無論是對病毒、細菌、動物還是植物而言都是通用的,但是也有少數(shù)例外;4,密碼子和反密碼子的相互作用。2.有幾種終止密碼子?它們的序列和別名分別是什么?答:3種,UAA、UAG和UGA,別名是無意義密碼。3.簡述擺動學說。答:1966年,Crick根據(jù)立體化學原理提出擺動學說,解釋了反密碼子中某些稀有成分的配對。擺動學說認為,在密碼子與反密碼子的配對中,前兩對嚴格遵守堿基配對原則,第三對堿基有一定的自由度,可以“擺動”,因而使某些tRNA可以識別1個以上的密碼子。認為除A-U、G-C配對外,還有非標準配對,I-A、I-C、I-U,并強調(diào)密碼子的5’端第1、2個堿基嚴格遵循標準配對,而第3個堿基可以非標準配對,具有一定程度的擺動靈活性。4.tRNA在組成和結(jié)構(gòu)上有哪些特點?答:1.tRNA中含有稀有堿基,除ACGU外還含有雙氫尿嘧啶、假尿嘧啶等;2.tRNA分子形成莖環(huán)節(jié)構(gòu);3.tRNA分子末端有氨基酸接納莖;4.tRNA分子序列中很有反密碼子。5,比較原核與真核的核糖體組成。答:1,真核細胞中的核糖體數(shù)量多余原核;2,真核細胞中核糖體RNA占細胞中總RNA的量少于原核;3,原核生物的核糖體通過與mRNA的相互作用,被固定在核基因組上,真核生物的核糖體則直接或間接的與細胞骨架有關(guān)聯(lián)或者與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)相連;4,原核生物核糖體由約RNA占2/3及1/3的蛋白組成,真核生物核糖體中RNA占3/5,蛋白質(zhì)占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翻譯起點上游與原核16S核糖體RNA或真核18SrRNA3′端富含嘧啶的7核苷酸序列互補的富含嘌呤的3~7個核苷酸序列(AGGAGG,是核糖體小亞基與mRNA結(jié)合并形成正確的前起始復(fù)合體的一段序列。功能:SD序列對mRNA的翻譯起重要作用。7.核糖體有哪些活性中心?答:核糖體包括多個活性中心,即mRNA結(jié)合部位、結(jié)合或接受AA-tRNA部位(A位點,結(jié)合或接受肽酰-tRNA部位(P位點,肽基轉(zhuǎn)移部位及形成肽鍵的部位(E位點,此外還有負責肽鏈延伸的各種延伸因子的結(jié)合位點。8,真核生物與原核生物在翻譯起始過程中有哪些區(qū)別?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小亞基首先與mRNA模版相結(jié)合,再與fMet-tRNA結(jié)合,最后與50S大亞基結(jié)合。而在真核生物中,40S小亞基首先與Met-tRNAMet相結(jié)合,再與模版mRNA結(jié)合,最后與60S大亞基結(jié)合生成80S.mRNA.Met-tRNAMet起始復(fù)合物。9,鏈霉素為什么能夠抑制蛋白質(zhì)的合成?答:鏈霉素是是一種氨基葡萄糖型抗生素,分子式C21H39N7O12,可以多種方式抑制原核生物核糖體,能干擾fMet-tRNA與核糖體的結(jié)合,從而阻止蛋白質(zhì)合成的正確起始,也會導(dǎo)致mRNA的錯讀。10,什么是信號肽?它在序列組成上有什么特點?有什么功能?答:絕大部分被運入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的蛋白質(zhì)都帶有一個信號肽,該序列常常位于蛋白質(zhì)的氨基端,長度一般都在13-16個殘基,有如下三個特征:1,一般帶有10-15個疏水殘基;2,在靠近該序列N端常常帶有一個或者數(shù)個帶正電荷的氨基酸;3,在其C端靠近蛋白酶切割位點處常常帶有數(shù)個極性氨基酸。功能:完整的信號肽是保證蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運的必要條件。11,簡述葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運輸機制。答:1,活性蛋白水解酶位于葉綠體基質(zhì)內(nèi);2,葉綠體膜能夠特異性的與葉綠體蛋白的前體結(jié)合;3,葉綠體蛋白質(zhì)前體內(nèi)可降解序列因植物和蛋白質(zhì)種類不同而表現(xiàn)出明顯的差異;12,蛋白質(zhì)有哪些翻譯后的加工修飾?答:1、氨基端和羧基端的修飾;2.共價修飾:磷酸化、糖基化、羥基化、二硫鍵的形成;3.亞基的聚合;4.水解斷鏈,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:蛋白質(zhì)的一個結(jié)構(gòu)域,通常為一短的氨基酸序列,它能與入核載體相互作用,使蛋白能被運進細胞核。在絕大多數(shù)多細胞真核生物中,每當細胞發(fā)生分裂時,核膜被破壞,等到細胞分類完成后,核膜被重新建成,分散在細胞內(nèi)的核蛋白必須被重新運入核內(nèi),為了核蛋白的重復(fù)定位,這些蛋白質(zhì)中的信號肽----被稱為核定位序列。第五章分子生物學研究法(上------DNA、RNA及蛋白質(zhì)操作技術(shù)2.如何理解PCR擴增的原理和過程。答:PCR擴增的原理及過程該技術(shù)模擬體內(nèi)天然DNA的復(fù)制過程,其基本原理是在模板、引物、4種dNTP和賴熱DNA聚合酶存在的條件下,特異擴增位于兩段已知序列之間的DNA區(qū)段的酶促合成反應(yīng)。每一循環(huán)包括高溫變性、低溫退火、中溫延伸三步反應(yīng)。每一循環(huán)的產(chǎn)物作為下一個循環(huán)的模板,如此循環(huán)30次,介于兩個引物之間的新生DNA片段理論上達到230拷貝(約為109個分子。PCR技術(shù)的特異性取決于引物與模板結(jié)合的特異性。PCR由變性--退火--延伸三個基本反應(yīng)步驟構(gòu)成:①模板DNA的變性:模板DNA經(jīng)加熱至93℃左右一定時間后,使模板DNA雙鏈或經(jīng)PCR擴增形成的雙鏈DNA解離,使之成為單鏈,以便它與引物結(jié)合,為下輪反應(yīng)作準備;②模板DNA與引物的退火(復(fù)性:模板DNA經(jīng)加熱變性成單鏈后,溫度降至55℃左右,引物與模板DNA單鏈的互補序列配對結(jié)合;③引物的延伸:DNA模板--引物結(jié)合物在TaqDNA聚合酶的作用下,以dNTP為反應(yīng)原料,靶序列為模板,按堿基配對與半保留復(fù)制原理,合成一條新的與模板DNA鏈互補的半保留復(fù)制鏈重復(fù)循環(huán)變性--退火--延伸三過程,就可獲得更多的“半保留復(fù)制鏈”,而且這種新鏈又可成為下次循環(huán)的模板。每完成一個循環(huán)需2~4分鐘,2~3小時就能將待擴目的基因擴增放大幾百萬倍(Plateau。到達平臺期所需循環(huán)次數(shù)取決于樣品中模板的拷貝。在此同時認識到蛋白質(zhì)是接受RNA的遺傳信息而合成的。第六章分子生物學研究法(下------基因功能研究技術(shù)第七章基因的表達與調(diào)控(上------原核基因表達調(diào)控模式1.簡述代謝物對基因表達調(diào)控的兩種方式。答:①轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(transcriptionalregulation;②轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(post-transcriptionalregulation,包括mRNA加工成熟水平上的調(diào)控(differen,tialprocessingofRNAtranscript和翻譯水平上的調(diào)控(differentialtranslationofmRNA。3.簡述乳糖操縱子的調(diào)控模型。答:A、乳糖操縱子的組成:大腸桿菌乳糖操縱子含Z、Y、A三個結(jié)構(gòu)基因,分別編碼半乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶,此外還有一個操縱序列O,一個啟動子P和一個調(diào)節(jié)基因I。B、阻遏蛋白的負性調(diào)節(jié):沒有乳糖存在時,I基因編碼的阻遏蛋白結(jié)合于操縱序列O處,乳糖操縱子處于阻