PAGE分子生物學復習思考題1．寫出分子生物學廣義的與狹義的定義，現(xiàn)代分子生物學研究的主要內容，以及5個分子生物學發(fā)展的主要大事紀（年代、發(fā)明者、簡要內容）。廣義上:分子生物學包括對蛋白質和核酸等生物大分子結構與功能的研究、以及從分子水平上闡明生命的現(xiàn)象和生物學規(guī)律。狹義概念:既將分子生物學的范疇偏重于核酸（基因）的分子生物學，主要研究基因或DNA結構與功能、復制、轉錄、表達和調節(jié)控制等過程。其中也涉及到與這些過程相關的蛋白質和酶的結構與功能的研究。現(xiàn)代分子生物學研究的主要內容有：基因與基因組的結構與功能，DNA的復制、轉錄和翻譯，基因表達調控的研究，DNA重組技術，結構分子生物學等。5個分子生物學發(fā)展的主要大事紀（年代、發(fā)明者、簡要內容）:1944年,著名微生物學家Avery等人在對肺炎雙球菌的轉化實驗中證實了DNA是生物的遺傳物質。這一重大發(fā)現(xiàn)打破了長期以來，許多生物學家認為的只有象蛋白質那樣的大分子才能作為細胞遺傳物質的觀點，在遺傳學上樹立了DNA是遺傳信息載體的理論。2.1953年，是開創(chuàng)生命科學新時代具有里程碑意義的一年，Watson和Crick發(fā)表了“脫氧核糖核酸的結構”的著名論文，他們在Franklin和WilkinsX-射線衍射研究結果的基礎上，推導出DNA雙螺旋結構模型，為人類充分揭示遺傳信息的傳遞規(guī)律奠定了堅實的理論基礎。同年，Sanger歷經(jīng)8年，完成了第一個蛋白質——胰島素的氨基酸全序列分析。1954年Gamnow從理論上研究了遺傳密碼的編碼規(guī)律,Crick在前人研究工作基礎上，提出了中心法則理論，對正在興起的分子生物學研究起了重要的推動作用。1956年Volkin和Astrachan發(fā)現(xiàn)了mRNA(當時尚未用此名)。1985年,Saiki等發(fā)明了聚合酶鏈式反應(PCR)；Sinsheimer首先提出人類基因組圖譜制作計劃設想；Smith等報導了DNA測序中應用熒光標記取代同位素標記的方法；Miller等發(fā)現(xiàn)DNA結合蛋白的鋅指結構。2.作為主要遺傳物質的DNA具有哪些特性，研究DNA一級結構有什么重要意義，什么是DNA的超螺旋結構？有哪些類型？解釋DNA拓撲異構體，它們之間互變異構依賴于什么？簡述真核生物的染色體結構，它們是如何組裝的？有幾種組蛋白參與核小體的形成？作為遺傳物質的DNA具有以下特性：貯存并表達遺傳信息；②能把遺傳信息傳遞給子代；③物理和化學性質穩(wěn)定；④有遺傳變異的能力。研究DNA以及結構的意義是：DNA一級結構決定了二級結構，折疊成空間結構。這些高級結構又決定和影響著一級結構的信息功能。研究DNA的一級結構對闡明遺傳物質結構、功能以及它的表達、調控都是極其重要的。如果使這種正常的DNA分子額外地多轉幾圈或少轉幾圈，就會使雙螺旋中存在張力。當雙螺旋分子末端開放時，這種張力可通過鏈的轉動而釋放，DNA恢復正常的雙螺旋狀態(tài)。如果固定DNA分子的兩端，或者本身是共價閉合環(huán)狀DNA或與蛋白質結合的DNA分子，DNA分子兩條鏈不能自由轉動，額外的張力不能釋放，DNA分子就會發(fā)生扭曲，用以抵消張力。這種扭曲稱為超螺旋。超螺旋有正超螺旋和負超螺旋兩種形式。拓撲學是數(shù)學的一個分支，研究物體變形后仍然保留下來的結構特性。他們之間互變異構依賴于拓撲異構酶的催化。真核生物的染色體十分復雜，具有不同層次的組裝結構，染色質分為常染色質和異染色質兩種。在常染色質中DNA的壓縮比為1000—2000，相對比較伸展，主要為單拷貝基因和中等重復序列。異染色質是指在間期核中DNA折疊壓縮程度較高，以凝集狀態(tài)存在，對堿性染料著色較深的區(qū)域。在著絲粒、端粒、次縊痕以及染色體的某些節(jié)段，由較短和高度重復的DNA序列組成永久性的異染色質。另一些染色質區(qū)域隨細胞分化而進一步折疊壓縮，以封閉基因活性，稱為功能性異染色質。染色質的基本結構單位是核小體(nucleosome)。核小體是由組蛋白核心和盤繞其上的DNA構成。核心由組蛋白H2A、H2B、H3和H4各2分子組成，所以是一個八聚體。3.核酸變性后分子結構和性質發(fā)生了哪些變化，引起DNA變性的主要因素有哪些？檢測核酸變性最簡單的定性和定量方法是什么？寫出DNA復性的條件影響DNA復性速度的因素包括哪些？規(guī)定復性實驗的標準條件是什么？DNA復性程度怎樣檢測？DNA的Tm值一般與什么因素有關，什么是Cot曲線？核酸的分子雜交一般有幾種類型？它們分別用于檢測哪些物質？DNA變性后原來隱藏在雙螺旋內部的發(fā)色基團，成為單鏈而暴露出來，使DNA的物理和化學性質發(fā)生一系列的變化。這些變化包括：DNA溶液的粘度大大下降；沉淀速度增加；浮力密度上升；粘度降低；紫外吸收光譜升高；雙折射現(xiàn)象消失，比旋下降；酸堿滴定曲線改變；生物活性喪失等。引起DNA變性的主要因素有：溫度、pH值、有機溶劑等。紫外吸收光譜的變化是檢測變性最簡單的定性和定量方法。DNA的復性必須滿足二個條件：①一定的離子強度，用以削弱兩條鏈中磷酸基團之間的排斥力。②較高的溫度，用以避免隨機形成的無規(guī)則氫鍵。影響DNA復性速度的因素包括：（1）DNA分子的復雜程度。（2）DNA的濃度。（3）DNA片段的大小。（4）溫度的影響。（5）陽離子的濃度。規(guī)定復性實驗的標準條件是：400核苷酸長度，Tm=25℃的溫度，陽離子強度0.18mol/L，此時的復性速度常數(shù)к≈5×105。通過下列3種方法可以測定DNA序列復性的程度：（1）S1核酸酶水解的雙鏈DNA量。（2）減色效應，在復性過程中可跟蹤測定A260的光吸收值；（3）S1核酸酶只催化單鏈DNA的水解，不能作用于雙鏈DNA，因此將樣品限定水解后測定抗羥基磷灰石層析，羥基磷灰石是一種磷酸鈣鹽，經(jīng)過一定的處理后，具有吸附雙鏈DNA的能力，洗脫時，只允許單鏈通過，從而可以計算出剩余雙鏈DNA的量。DNA的Tm值大小一般與下列因素有關：（1）DNA的均一性。(2)G-C對含量。(3)介質中離子強度。以C/C0對COt作圖得到的復性對濃度的依賴關系的曲線稱為Cot曲線。分子雜交有多種類型，將不同來源的DNA變性后，在溶液里進行雜交，稱為溶液雜交（solutionhybridization）；用硝酸纖維素制成的濾膜，可以吸附單鏈DNA或RNA，將變性DNA或RNA吸附到濾膜上，再進行雜交，稱為濾膜雜交（filterhybridization）。濾膜雜交包括（1）Southern印跡法用于檢測DNA。（2）Northern印跡法用于檢測RNA。（3）Westhern印跡法用于檢測蛋白質。4.簡述基因的概念？什么是反向生物學？什么是順反子？現(xiàn)代分子生物學中順反子與基因是什么關系？基因（gene）是原核、真核生物以及病毒的DNA和RNA分子中具有遺傳效應的核苷酸序列是遺傳的基本單位。反向生物學是指利用重組DNA技術和離體定向誘變的方法研究已知結構的基因相應的功能，在體外使基因突變，再導入體內，檢測突變的遺傳效應，即以表型來探索基因的結構。一個順反子就是一段核苷酸序列，能編碼一條完整的多肽鏈。現(xiàn)代分子生物學文獻中，順反子和基因這兩個術語是互相通用的。一般而言，一個順反子就是一個基因，大約1500個核苷酸。它是由一群突變單位和重組單位組成的線性結構（因為任何一個基因都是突變體或重組體）。因此，順反子的概念表明了基因不是最小單位，它仍然是可分的，并非所有的DNA序列都是基因，而只有其中某些特定的多核苷酸區(qū)段才是基因的編碼區(qū)。5.名詞解釋：斷裂基因、外顯子、內含子、C值、C值矛盾、基因家族、基因簇、衛(wèi)星DNA、ORF、微衛(wèi)星DNA、反向重復序列、正鏈/負鏈RNA病毒、重疊基因、端粒酶、假基因、Alu家族、基因組學。斷裂基因：在真核生物基因組中，基因是不連續(xù)的，在基因的編碼區(qū)域內部含有大量的不編碼序列，從而打斷了對應于蛋白質的氨基酸序列。這種不連續(xù)的基因又稱斷裂基因或割裂基因。外顯子：斷裂基因中編碼的序列稱為外顯子(exon)，即基因中對應于信使RNA序列的區(qū)域。內含子：斷裂基因中不編碼的間隔序列稱為內含子(intron)，內含子是在信使RNA被轉錄后的剪接加工中去除的區(qū)域。C值：生物種的一個特征是一個單倍體基因組的全部DNA含量總是相對恒定的。通常稱為該物種的C值。C值矛盾：C-值矛盾（CValueParadox）是指真核生物中DNA含量的反常現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為：①C值不隨生物的進化程度和復雜性而增加；②關系密切的生物C值相差甚大；③高等真核生物具有比用于遺傳高得多的C值。基因家族：基因家族(genefamily)是真核生物基因組中來源相同，結構相似，功能相關的一組基因。基因簇：基因簇(genecluster)是指基因家族中的各成員緊密成簇排列成大段的串聯(lián)重復單位,定位于染色體的特殊區(qū)域。衛(wèi)星DNA：有些高度重復DNA序列的堿基組成和浮力密度與主體DNA不同，在氯化銫密度梯度離心時，可形成相對獨立于主DNA帶的衛(wèi)星帶。這些衛(wèi)星帶稱為衛(wèi)星DNA。ORF：指核苷酸序列的可閱讀框。微衛(wèi)星DNA：微衛(wèi)星DNA是由更簡單的重復單位組成的小序列，分散于基因組中，大多數(shù)重復單位是二核苷酸，也有少量三或四核苷酸的重復單位。反向重復序列：在DNA分子中核苷酸順序相同、區(qū)向相反的核苷酸序列。如：AGTTC…CGTTATAACG…GCAAT正鏈/負鏈RNA病毒：所含核酸為RNA的病毒稱為RNA病毒。如果所含單戀核酸與mRNA序列相同稱之為正鏈RNA病毒，與mRNA序列互補稱之為負鏈RNA病毒。重疊基因：基因的核苷酸序列被另外的基因以不同的方式重讀，編碼在結構、功能屬于其他種類蛋白質的基因。端粒酶：是一種含有RNA鏈的逆轉錄酶，能以其所含的RNA為模板合成DNA端粒結構。假基因：與結構基因的核苷酸順序大部分同源，但不能表達的基因。Alu家族：人類和哺乳動物基因組中存在的一大類中等重復序列，因其可被限制性核酸內切酶AluⅠ切割所以稱之為Alu家族。6.重疊基因最初是在什么生物中發(fā)現(xiàn)的？重疊基因的存在有何意義？真核生物的DNA序列可分為幾種類型？分別寫出并簡要敘述之。真核生物基因組重復序列的復性動力學曲線有什么特點？為什么說基因組中的非重復序列主要決定著基因組的復雜性？列出幾個已完成全序列測定的基因組生物種類。重疊基因是在在噬菌體φXl74基因組中發(fā)現(xiàn)的。重疊基因及基因內基因的現(xiàn)象可使原核生物利用有限的遺傳資源表達更多生物功能的能力。根據(jù)DNA復性動力學研究（復性動力學方程參見第2章），真核生物的DNA序列可以分為4種類型：1.單拷貝序列又稱非重復序列，在一個基因組中只有一個拷貝，真核生物的大多數(shù)基因都是單拷貝的。在復性動力學中對應于慢復性組分。2.輕度重復序列在一個基因組中有2～10個拷貝(有時被視為非重復序列)，如組蛋白基因和酵母tRNA基因。在復性動力學中也對應于慢復性組分。3.中度重復序列有十至幾百個拷貝，一般是不編碼的序列，例如人類基因組中的Alu序列等。中度重復序列可能在基因表達調控中起重要作用，包括DNA復制的起始、開啟或關閉基因的活性、促進或終止轉錄等。平均長度約300bp，它們在一起構成了基因序列家族與非重復序列相間排列。對應于中間復性組分。4.高度重復序列有幾百到幾百萬個拷貝，是一些重復數(shù)百次的基因，如rRNA基因和某些tRNA基因，而大多數(shù)是重復程度更高的序列，如衛(wèi)星DNA等。高度重復序列對應于快復性組分。真核生物DNA復性曲線與原核生物有很大不同，跨越了7～8個數(shù)量級。可以看出復性反應分三個組分進行（圖中箭頭所指），每個組分代表基因組中不同復雜性的序列類型。因為有研究表明，大約80％左右的mRNA是與非重復的DNA組分結合的。這也說明大多數(shù)結構基因都位于非重復的DNA序列上，所以說，基因組中的非重復序列決定基因組的復雜性。大腸桿菌、枯草桿菌、釀酒酵母、線蟲以及多種病原體，果蠅、水稻和擬南芥菜等生物種類已完成或接近完成全序列的測定。7.分別寫出病毒、原核、真核生物基因組的概念，它們各有何特點，請比較其異同。病毒基因組是指病毒的染色體DNA或RNA所含的基因。它不僅可形成單基因組，還可以形成片段基因組和單鏈二倍體基因組等。基因組都很小，所含的基因數(shù)量也少，能編碼病毒衣殼蛋白可少數(shù)酶類。按某些病毒的表達時期可分為早期基因和晚期基因，有些病毒還有不同形式的重疊基因。其基因組的復制有半保留和全保留的不同方式，以單復制子單向或雙向進行。它不具有自身的翻譯體系，基因的表達和病毒的繁殖都需依賴寄主細胞。原核生物的染色體基因組是指其環(huán)狀或線狀的雙鏈DNA分子所含有的全部基因，有的原核生物還含有染色體外的質粒基因組。其特點是它的蛋白質結構基因大都為單拷貝，功能相關的基因大多集中在一起組成操縱子，其中的結構基因為多順反子，即數(shù)個結構基因串聯(lián)在一起，受同一調節(jié)區(qū)調節(jié)。數(shù)個操縱子又由一個共同的調節(jié)基因（regulatorgene）所調控。與復制有關的酶和蛋白質基因分散排列在整個染色體的不同區(qū)域中，rRNA基因是多拷貝的，并由16S，23S，5SrRNA基因組成一個轉錄單位，其間有的還插有tRNA基因。tRNA基因有單、雙、多拷貝的形式。基因組中具有多種功能的識別區(qū)域，如復制起始區(qū)，復制終止區(qū)，轉錄啟動區(qū)，終止區(qū)等。這些區(qū)域具有特殊的序列，如反向重復序列等。真核生物基因組（eucaryoticgenome）指真核生物的核基因組,包括染色體基因組和核內的染色體外基因,以及細胞質的線粒體、葉綠體基因組等。其特點是真核生物基因組可形成單拷貝、寡拷貝、多拷貝以及斷裂基因，有的還具有轉座基因，其基因復制在細胞核中以多復制子形式進行，基因表達可在核、質中分別進行，調控機制比原核細胞復雜，功能相關的基因不構成操縱子。真核生物基因組與原核基因組相比，其區(qū)別可總結如下：①真核生物基因組遠遠大于原核生物基因組，且具有相當?shù)膹碗s度；②基因組中不編碼區(qū)域遠遠多于編碼區(qū)域；③基因組中的DNA與蛋白質結合，形成的染色體存在于細胞核內；④大部分基因有內含子，因此基因的編碼區(qū)域不連續(xù)；⑤存在著重復序列，重復次數(shù)從幾次—幾百萬次不等；⑥基因組中以多復制起點的形式復制；⑦轉錄產(chǎn)物為單順反子；⑧真核生物基因組與原核相同，也存在著可移動的因子。真核生物的不同基因組之間也具有一定的相關性，如基因特性相似，基因結構及組成類同，遺傳信息傳遞方向的普遍性，遺傳密碼的通用性等。8.寫出DNA復制的幾個概念：半保留復制及其實驗證據(jù)氯化銫密度梯度離心半不連續(xù)復制復制子半保留復制的生物學意義，細胞內染色體外遺傳因子包括哪些？原核、真核生物復制有什么不同？大腸桿菌染色體DNA復制起點是什么？什么是雙向復制？DNA復制采取哪些方式？在DNA分子上的每一條鏈都含有合成它的互補鏈所必需的全部遺傳信息。在復制過程中首先是雙鏈解旋并分開，之后以每條鏈作為模板在其上合成新的互補鏈，其結果是由一條鏈可以形成互補的兩條鏈。這樣新形成的兩條雙鏈DNA分子與原來DNA分子的堿基順序完全一樣。在此過程中，每個子代分子的一條鏈來自親代DNA，另一條鏈則是新合成的，這種方式稱為半保留復制。在DNA復制過程中每個復制叉中的前導鏈連續(xù)復制，而后隨鏈是以反方向合成不連續(xù)的短片段。最后再由連接酶連接成連續(xù)的DNA序列，這種復制方式稱為半不連續(xù)復制。半保留復制的生物學意義是，在半保留復制中堿基配對是核酸分子間傳遞遺傳信息的結構基礎。無論是復制、轉錄或逆轉錄，在形成雙鏈螺旋分子時都是通過堿基配對來完成的。這種復制機制還說明了DNA分子在代謝上的穩(wěn)定性，經(jīng)過許多代的復制，DNA多核苷酸鏈仍可保持完整，并存在于后代而不被分解。與細胞的其他成分相比這種穩(wěn)定性與它的可遺傳功能是相符合的。原核真核生物復制的不同點大腸桿菌的復制起點有OriC和OriH兩種，OriC是主要復制起點。在DNA的復制起點形成兩個復制叉分別向兩個方向同時進行復制的現(xiàn)象。DNA復制采取的方式主要有原核生物的染色體和質粒，真核生物的細胞器DNA都是環(huán)狀雙鏈分子。實驗表明，它們都在一個固定的起點開始復制，復制方向大多是雙向的，即形成兩個復制叉或生長點，分別向兩側進行復制；也有一些是單向的，只形成一個復制叉或生長點。通常兩條鏈同時進行對稱復制；也有一些不對稱的復制，一條鏈復制后再進行另一條鏈的復制。DNA在復制叉處兩條鏈解開，各自合成其互補鏈。還有些生物采取單向復制的特殊方式滾環(huán)復制。9.簡述以下DNA復制酶與蛋白質因子的體系，DNA聚合酶Ⅰ、Klenow片段、DNA聚合酶Ⅱ、DNA聚合酶Ⅲ、γ復合物、夾子裝置器、DNA連接酶、SSB、HU、DnaA、DnaB、DnaC、兩類拓撲異構酶DNA聚合酶Ⅰ是多功能酶。可催化以下幾種反應：①通過核苷酸聚合反應，使DNA鏈沿方向延長(聚合酶活性)；②由3ˊ端水解DNA鏈(核酸外切酶活性)；③由5ˊ端水解DNA鏈(核酸外切酶活性)；④由3ˊ端使DNA鏈發(fā)生焦磷酸解；⑤無機焦磷酸與脫氧核糖核苷三磷酸之間的焦磷酸基交換。焦磷酸解是聚合反應的逆反應，焦磷酸交換反應由前兩個反應連續(xù)重復多次引起。因此，DNA聚合酶I兼有聚合酶、核酸外切酶和核酸外切酶的活性。在聚合酶活性中心，與這些功能相關的結合位置分布十分精巧而靈活。DNA聚合酶Ⅱ為多亞基酶，其聚合酶亞基由一條相對分子質量為88000的多肽鏈組成。這個酶的活力比DNA聚合酶I高。NA聚合酶Ⅱ具有核酸外切酶活性，但無活性。DNA聚合酶Ⅱ也不是復制酶，而是一種修復酶。DNA聚合酶Ⅲ是由多個亞基組成的蛋白質，亞基很容易解離，全酶(holoenzyme)由α、和ψ10種亞基所組成，除合成速度比聚合酶I快外其他性質與聚合酶I基本相同。DNA聚合酶Ⅲ的其他許多性質都表明它是DNA復制酶。DNA聚合酶Ⅰ被蛋白酶切開得到的大片段稱為Klenow片段，具有催化DNA聚合作用和校對功能。聚合酶III中的γ亞基是一種依賴DNA的ATP酶，全酶中的γ復合物由6個亞基(γ2χψ)構成，主要功能是協(xié)同β亞基嵌住模板DNA，又稱夾子裝置器。DNA連接酶是指能催化鏈的兩個末端間共價連接的酶。連接反應需要能量。解開的兩條單鏈隨即被單鏈結合蛋白（SSB）覆蓋。大腸桿菌SSB蛋白由4個相同亞基組成。這類蛋白曾被稱為解鏈蛋白、熔解蛋白、螺旋去穩(wěn)定蛋白等。但實際上它不是解鏈蛋白，其功能在于穩(wěn)定已解開的單鏈，阻止復性和保護單鏈部分不被核酸酶降解。HU蛋白是細菌細胞的類組蛋白，可與DNA結合，促使雙鏈DNA彎曲。受其影響，鄰近三個成串富含AT的13bp序列被促便成為開鏈復合物，所需能量由ATP供給。DnaADnaBDnaC是大腸桿菌起點與復制起始有關的酶，其中DnaA識別起始序列，在起點特異位置識別解開雙鏈；DnaB解開DNA雙鏈；DnaC幫助DnaB結合與起始位點。拓撲異構酶I最初在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)，稱ω蛋白或切口封閉酶，是相對分子質量97000的一條多肽鏈，由基因topA編碼。它能在DNA的一股鏈上產(chǎn)生一個切口，使另一條鏈得以穿越，連接數(shù)每次改變±1（圖4－）。反應無需供給能量。拓撲異構酶Ⅰ主要消除負超螺旋，但也能引起DNA的其他拓撲結構轉變。拓撲異構酶II能使DNA的兩條鏈同時發(fā)生斷裂和再連接，當它引入超螺旋時，需要由ATP水解供給能量。細菌的Ⅱ型拓撲異構酶是一種DNA旋轉酶，它利用ATP水解提供的能量，可連續(xù)向同一個雙鏈閉環(huán)DNA分子中引入負超螺旋，從而抵消了DNA復制中產(chǎn)生的正超螺旋。10.DNA聚合酶Ⅲ具有哪三個復制特點從而使其成為DNA復制主要的酶？怎樣實現(xiàn)DNA合成的高保真性？簡述單鏈環(huán)狀ФX174噬菌體復制過程。寫出真核生物的5種主要DNA聚合酶，真核生物DNA的主要抑制劑是什么？高的保真性(fidelity)、協(xié)同性(cooperativity)和持續(xù)性(processivity)。這三個特點使得DNA聚合酶III成為DNA復制的主要的酶。實現(xiàn)DNA合成的高保真性，從熱力學角度看，堿基對的錯配使雙螺旋結構不穩(wěn)定，由此計算的堿基錯配率大約在10-2。DNA聚合酶對底物的選擇作用和核酸外切酶的校對作用分別使錯配頻率下降10-2，因而達10-6。這是體外合成DNA時所能達到的水平。在體內，DNA聚合酶和復制叉的復雜結構進一步提高了復制的準確性；另外復制的修復系統(tǒng)可識別錯配堿基以及各種損傷并修正，從而使變異率下降到更低的水平(在進化上相當?shù)乃?。ФX174噬菌體的基因組由單鏈DNA組成，稱病毒型或正鏈。感染宿主細胞后的復制分為三個階段：①以噬菌體正鏈為模板復制復制雙鏈環(huán)狀DNA分子。在ФX174感染后1min內主要是這種復制方式；②由RF型雙鏈DNA復制RF型雙鏈DNA，噬菌體基因大量表達。感染后1～20min內是此種方式，約產(chǎn)生60個RF型雙鏈DNA，RF型復制需要噬菌體基因編碼的A蛋白；③由RF型DNA分子以滾動環(huán)式復制產(chǎn)生噬菌體正鏈。ФX174噬菌體DNA的基因A在復制調控中起著關鍵的作用。真核生物有多種DNA聚合酶。從哺乳動物細胞中分離出了5種，分別為α、β、γ、δ、ε，5-氟脫氧尿苷能抑制胸腺嘧啶核苷酸的合成，是DNA合成的強烈抑制劑。11.什么是DNA的損傷?DNA結構的改變有哪兩種類型?DNA分子堿基自發(fā)性化學改變可造成哪五種因素的損傷?寫出其要點.化學因素引起的DNA損傷主要有哪幾種?寫出要點.DNA損傷指在生物體生命過程中DNA雙螺旋結構發(fā)生的任何改變。DNA結構發(fā)生的改變主要分為兩種：一是單個堿基的改變，二是雙螺旋結構的異常扭曲。堿基自發(fā)性化學改變的這類損傷包括五種因素：堿基之間的互變異構、堿基脫氨基、自發(fā)的脫嘌呤和脫嘧啶、活性氧引起的誘變及細胞代謝產(chǎn)物對DNA的損傷等。互變異構指DNA分子中的4種堿基自發(fā)地使氫原子改變位置，產(chǎn)生互變異構體，進一步使堿基配對的式發(fā)生改變，這樣在復制后的子鏈上就可能出現(xiàn)錯誤。堿基的脫氨基作用是指胞嘧啶(C)、(A)和(G)分子結構中都含有環(huán)外氨基，氨基有時會自發(fā)脫落，結果C變?yōu)?U).A變?yōu)?I)，G變?yōu)辄S嘌呤(X)，當DNA復制時，會在子鏈中產(chǎn)生錯誤而導致?lián)p傷。自發(fā)的脫嘌呤和脫嘧啶作用是指DNA分子在生理條件下可通過自發(fā)性水解，使嘌呤堿和嘧啶堿從磷酸脫氧核糖骨架上脫落下來。活性氧為氧分子電子數(shù)大于O2的O2。8-oxoG(GO)是一種氧化堿基（7，8-二氫-8-氧代鳥嘌呤），可與C、A配對，而DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ的校正活性不能校正其錯配，造成GC→TA的顛換，這種損傷可以積累。有些糖分子如葡萄糖和堿基氧化產(chǎn)物6—磷酸葡萄糖能與DNA反應，產(chǎn)生明顯的結構上以及生物學方面的變化。化學因素引起的DNA損傷主要有：烷化劑對DNA的損傷烷化劑是一類親電子的化合物，極容易與生物體中的有機物大分子的親核位點起反應。當烷化劑和DNA作用時，就可以將烷基加到核酸的堿基上去。2.堿基類似物對DNA的損傷堿基類似物是一類結構與堿基相似的人工合成化合物，由于它們的結構與堿基相似，進入細胞后能替代正常的堿基摻入到DNA鏈中，干擾DNA的正常合成。12.寫出細胞對DNA損傷的五種修復系統(tǒng)，SOS應急反應、SOS反應由什么物引起?基因突變的概念、類型.細胞對DNA損傷的修復系統(tǒng)主要有五種：即切除修復、錯配修復、直接修復、重組修復和易錯修復。許多能造成DNA損傷、或抑制DNA復制的過程能引起一系列復雜的誘導效應，這種效應稱為應急反應SOS反應包括誘導DNA損傷修復、誘變效應、細胞分裂的抑制以及溶原性細菌釋放噬菌體等，細胞癌變也與SOS反應有關。SOS反應誘導的修復系統(tǒng)包括：避免差錯的修復（errorfreerepair）和易產(chǎn)生差錯的修復（errorpronerepair）兩類。SOS反應由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起。基因突變(mutation)是在基因內的遺傳物質發(fā)生可遺傳的結構和數(shù)量的變化，通常產(chǎn)生一定的表型。廣義的突變包括染色體畸變和基因突變。其圖變得類型包括基因突變有以下多種類型：堿基對置換DNA錯配堿基在復制后被固定下來，由原來的一個堿基對被另一個堿基對所取代，又稱為點突變。堿基對置換有兩種類型：即轉換是在兩種嘧啶或兩種嘌呤之間的互換；顛換發(fā)生在嘧啶與嘌呤或嘌呤與嘧啶之間的互換。堿基替換通常僅發(fā)生在一個堿基上。插入突變有兩種方式：①拷貝或復制移動，②非拷貝移換。同義突變又稱無聲突變或中性突變。錯義突變是基因突變改變了所編碼的氨基酸的種類或位置的突變，能不同程度地影響蛋白質或酶的活性。當氨基酸密碼子變?yōu)榻K止密碼子時，稱為無義突變，它導致翻譯提前結束。移碼突變是由于一個或多個非三整倍數(shù)的核苷酸對插入或缺失，導致編碼區(qū)該位點后的三聯(lián)體密碼子閱讀框架改變，從而使后面的氨基酸都發(fā)生錯誤，使該基因產(chǎn)物完全失活；如出現(xiàn)終止密碼子則也可使翻譯提前結束。缺失突變指一個或多個堿基從一段DNA序列中被刪除，或較長核苷酸序列丟失引起的突變，這種突變難以被回復。襂漏突變是突變基因的產(chǎn)物尚有部分活性的錯義突變，是表型界于野生型與完全突變型之間的某種狀態(tài)。從突變體又恢復原先野生型表現(xiàn)型的突變過程稱為回復突變。變熱點DNA分子上任意位點發(fā)生突變的頻率并不相等，在某些位點發(fā)生突變的頻率遠遠高于其平均數(shù)，稱為突變熱點。13.寫出同源重組、Holliday模型、DNA重組有關的酶、轉座子的概念、轉座原件最初在什么生物中發(fā)現(xiàn)？轉座子如何分類？插入序列？復合型轉座子與IS元件有何異同？DNA轉作引起什么遺傳效應？逆轉錄因子？同源重組(homologousrecombination)又稱一般性重組，由兩條同源區(qū)的DNA分子，通過配對、鏈斷裂和再連接，而產(chǎn)生的片段間交換的過程。RobinHolliday于1964年提出了同源重組模型(圖6—1)。模型中，有四個關鍵步驟：①兩個同源染色體DNA排列整齊；②一個DNA的一條鏈裂斷并與另一個DNA對應的鏈連接，形成的連接分子，稱為Holliday中間體；③通過分支移動產(chǎn)生異源雙鏈DNA；④Holliday中間體切開并修復，形成兩個雙鏈重組體DNA。根據(jù)鏈裂斷切開的方式不同，得到的重組產(chǎn)物也不同。如果切開的鏈與原來斷裂的是同一條鏈(見Holliday模型左邊的產(chǎn)物)，重組體含有一段異源雙鏈區(qū)，其兩側來自同一親本DNA，稱為片段重組體。但如切開的鏈并非原來斷裂的鏈(模型右邊產(chǎn)物)，重組體異源雙鏈區(qū)的兩側來自不同親本DNA，稱為拼接重組體。與重組有關的酶研究最多的還是大腸桿菌的酶。在大腸桿菌中，RecA蛋白參與重組是最關鍵的步驟。RecA有兩個主要的功能：誘發(fā)SOS反應和促進DNA單鏈的同化。數(shù)千RecA單體協(xié)同聚集在單鏈上，形成螺旋狀纖絲（helicalfilament）。RecF、RecO和RecR蛋白調節(jié)RecA纖絲的裝配和拆卸。單鏈DNA可以由許多途徑產(chǎn)生，RecBCD酶是產(chǎn)生參與重組的DNA單鏈主要途徑。一旦Holliday中間體形成，即由RuvA和RuvB蛋白促進異源雙鏈的形成。同源重組最后由RuvC將Holliday聯(lián)結體切開，并由DNA聚合酶和DNA連接酶進行修復合成。轉座子(transposon)是在基因組中可以移動的一段DNA序列一個轉座子由基因組的一個位置轉移到另一個位置的過程稱為轉座。由轉座子引起的轉座過程有以下特征：①能從基因組的一個位點轉移到另一個位點，從一個復制子轉移到另一個復制子；②不以獨立的形式存在(如噬菌體或質粒因組內由一個部位直接轉移到另一部位；③轉座子編碼其自身的轉座酶，每次移動時攜帶轉座必需的基因一起在基因組內躍遷，所以轉座子又稱跳躍基因；④轉座的頻率很低轉座子可插入到一個結構基因或基因調節(jié)序列內，引起基因表達內容的改變，例如使該基因失活，如果是重要的基因則可能導致細胞死亡。轉座元件最初由BarbaraMcClintock于上個世紀40年代在玉米的遺傳學研究中發(fā)現(xiàn)的，當時稱為控制元件(controllingelement)。到目前為止，已對多種不同類型的轉座元件進行了鑒定。最簡單的轉座子稱為插入序列(insertionsequenceIS)，簡稱IS因子。另一類是復合轉座子，以Tn表示。根據(jù)結構不同分為兩種類型：I型：其兩個末端由相同的IS序列構成，IS序列有正向和反向兩種排列方式；Ⅱ型：其兩末端由38bp的反向重復序列組成，如TnA族轉座子。復合型轉座子具有轉位因子的三個共性：①末端反向重復序列，為轉座酶所必需；②中間的開放閱讀框架(ORF)作為標記基因；③轉位后，靶位點成為正向重復序列。其不同點是：。IS因子是一種較小的轉座因子，只含有與轉座有關的酶基因，不含抗藥性等其它基因。其本身不具有表型效應，只有當它轉座到某一基因附近或插入某一基因內部后，引起該基因失活或產(chǎn)生極性效應時，才能判斷其存在。而Tn除了有轉座酶基因外，還帶有藥物抗性基因(或其相關基因)標志，因結構較大而復雜。轉座因子首先是因其可導致突變而被認識的。當它插入靶基因后，使基因突變失活，這是轉座子的最直接效應；當轉座因子自發(fā)插入細菌的操縱子時，即可阻止它所在基因的轉錄和翻譯，并且由于轉座因子帶有終止子，其插入影響操縱子下游基因的表達，從而表現(xiàn)出極性（方向性），由此產(chǎn)生的突變只能在轉座子被切除后才能恢復；轉座因子的存在一般能引起宿主染色體DNA重組，造成染色體斷裂、重復、缺失、倒位及易位等，是基因突變和重排的重要原因；轉座因子也可通過干擾宿主基因與其調控元件之間的關系或轉座子本身的作用而影響鄰近基因的表達，從而改變宿主的表型。歸納以上，轉座子引起的遺傳學效應可有以下幾個方面：10-8-10-3頻率轉座，引起插入突變；②插入位置染色體DNA重排而出現(xiàn)新基因；③影響插入位置鄰近基因的表達，使宿主表型改變；④轉座子插入染色體后引起兩側染色體畸變。將從DNA→DNA的轉移過程稱轉座，從DNA→RNA→DNA的轉移過程叫反轉錄轉座。后者是經(jīng)RNA介導的轉座過程。經(jīng)RNA中間體介導的轉座是真核生物所特有的過程。逆轉錄病毒能夠將RNA病毒基因組中的DNA拷貝(原病毒)整合到宿主細胞染色體中。14.細菌RNA聚合酶的組成、結構、催化特點如何？真核生物的RNA聚合酶是如何區(qū)分的？有幾類？幾種不同真核生物的RNA聚合酶分別轉錄哪些RNA？已從大腸桿菌等細菌中純化了RNA聚合酶。全酶(holoenzyme)相對分子質量465000，至少由五個亞基σ亞基組成，無σ亞基的酶核心酶(coreenzyme)核心酶不具有起始聚合酶活性，只能使已經(jīng)開始合成的RNA鏈延長。即開始合成RNA鏈時必需有σ亞基參與作用，因此稱σ亞基為起始亞基。α亞基由rpoA基因編碼，它對核心酶的組裝和識別啟動子必需的。β亞基由rpoB基因編碼，是RNA聚合酶的催化中心。β亞基有兩個結構域，分別負責轉錄的起始和延伸。β'亞基是一個堿性蛋白，由rpoC基因編碼。與DNA之間借靜電引力相結合；β'亞基可結合兩個Zn2+，后者與RNA聚合酶的催化作用有關。σ亞基的功能是引導RNA聚合酶穩(wěn)定結合到啟動子上。σ因子在識別啟動子時起關鍵作用，但對延伸并不重要。它是通過將核心酶對非特異序列的親和力降低104倍，同時增加其對特異序列的親和力作為起始亞基的。許多原核生物有多種σ因子。真核生物的基因組比原核生物大，RNA聚合酶結構更復雜。相對分子質量大都在500000左右，有8～14個亞基，并含有Zn2+。利用α-鵝膏蕈堿(α-amanitine)的抑制作用將真核生物RNA聚合酶分為三類：RNA聚合酶I對鵝膏蕈堿不敏感；RNA聚合酶Ⅱ可被低濃度α-鵝膏蕈堿(10-9～10-8mol／L)抑制，RNA聚合酶Ⅲ只被高濃度α-鵝膏蕈堿(10-5～10-4mol／L)所抑制。α-鵝膏蕈堿是一種毒蕈(鬼筆鵝膏Amanitaphalloides)產(chǎn)生的八肽，對真核生物RNA聚合酶有較強的作用，但對細菌RNA聚合酶抑制作用很小。真核生物RNA聚合酶I轉錄45SrRNA前體，經(jīng)轉錄后加工產(chǎn)生5.8SrRNA、18SrRNA和28SrRNA。RNA聚合酶Ⅱ轉錄所有mRNA前體和大多數(shù)的核內小RNA(snRNA)。RNA聚合酶Ⅲ轉錄tRNA、5SrRNA、U6snRNA和不同的胞質小RNA(scRNA)等小分子轉錄物。15.名詞解釋：轉錄，轉錄單位，模板鏈，編碼鏈，轉錄泡，啟動子，上游，下游，轉錄起點，Pribnow框(box)，－35序列，轉錄因子，通用轉錄因子，CAAT框，GC框，八聚體框(octamer)，基因內啟動子終止子，終止因子，不依賴rho終止子、操縱子、激活蛋白、阻遏蛋白、上游調節(jié)元件，增強子、反式作用因子，增強子，核酶，核內小RNA(snRNA)，snRNP，剪接體，I型自我剪接，RNA的編輯。在DNA指導下RNA的合成稱為轉錄，RNA鏈的轉錄起始于DNA模板的一個特定起點，并在特定的終點處終止。此轉錄區(qū)域稱為轉錄單位。轉錄起始由DNA分子上的啟動子(promoter)控制，而控制終止的部位稱為終止子(terminator)。用于轉錄的鏈稱為模板鏈，或負鏈(-鏈)，又稱反義鏈；對應的鏈為編碼鏈，即正鏈(+鏈)又稱有義鏈。啟動子是RNA聚合酶識別、結合和開始轉錄的一段DNA序列，它含有RNA聚合酶特異性結合和轉錄起始所需的保守序列。啟動子的特性最初是通過能增加或降低基因轉錄速率的突變而鑒定的。從轉錄的近端向遠端計數(shù)，起點左側為上游(upstream)，用負的數(shù)字表示，起點前一個核苷酸為－1。起點后為下游(downstream)，用正的數(shù)字表示，按此排序。通過比較已知啟動子的結構，可找出它們的共有序列。從起點上游約－10處找到6bp的保守序列TATAAT，稱為Pribnow框(box)，或稱為－10序列，是轉錄的解旋區(qū)。頭兩個堿基（TA）和最后的T最保守的。TATAAT序列距離轉錄起點約5～8bp。在－10序列的上游又找到一個保守序列TTGACA，中心大約在－35位置，稱為識別區(qū)或－35序列。RNA聚合酶起始轉錄需要的輔助因子(蛋白質)稱為轉錄因子，其作用或是識別DNA的順式作用位點，或是識別RNA聚合酶，或是識別其他因子。作用于基本啟動子上的輔助因子稱為通用轉錄因子(GTF)，或基本轉錄因子，它們?yōu)槿魏渭毎蛐蛦幼悠鹗嫁D錄所必需．CAAT框的共有序列是GCCAATCT，與其相互作用的因子有CTF家族的成員CPl、CP2和核因子NF-1。GC框的共有序列為GGGCGG和CCGCCC，后者是前者的反向序列，識別該序列的因子為Spl。八聚體框含有8bp，共有序列為ATGCAAAT，識別因子為Oct-1和Oct-2，前者普遍存在，后者只存在于B淋巴細胞。能提供轉錄停止信號的DNA序列稱為終止子，協(xié)助RNA聚合酶識別終止信號的蛋白因子則稱為終止因子(terminationfactor)。依賴于rho(ρ)的終止子需在ρ因子存在時才發(fā)揮終止作用。依賴ρ的終止子其回文結構區(qū)不富含G-C，回文結構之后也無寡聚U。廣泛存在于噬菌體中，而在細菌染色體中少見。原核生物功能相關的基因常組織在一起構成操縱子，作為基因表達和調節(jié)的單元。上游調節(jié)因子，包括激活因子和阻遏因子，均屬于反式作用因子，它們與順式元件中的上游激活序列(元件)、應答元件、增強子(enhancer)和沉默子(silencer)等特異地結合，對真核生物的轉錄分別起促進和阻遏作用。增強子主要存在于真核生物基因組中。最早發(fā)現(xiàn)的SV40增強子位于轉錄起點上游約200bp處的超敏感位點，由兩個相同的72bp序列前后排列組成。增強子是一類順式作用元件，它能極大促進啟動子的轉錄活性。1981年CechT在研究四膜蟲(Tetrahymenathermophila)rRNA前體剪接過程中發(fā)現(xiàn)，此類剪接無需蛋白質的酶參與作用，而是自我催化完成的。Cech稱這種具有催化功能的RNA為核酶(ribozyme)。每個snRNA能與幾個或十幾個蛋白質結合，稱為snRNP（sunrps）。改變RNA編碼序列的方式稱為RNA編輯。16.原核生物轉錄調控的特點是什么？環(huán)腺苷酸(cAMP)在原核基因表達調控中有何重要作用？敘述真核生物轉錄的調控與原核相比的主要區(qū)別，蛋白質與DNA結合區(qū)域的特殊結構基序有哪幾種？原核生物不同于真核生物的基因結構，存在轉錄單元即操縱子。原核生物的轉錄受操縱子控制，任何開啟和關閉操縱子的因素都會影響基因的轉錄，從而控制基因的表達。真核生物無操縱子以及與操縱基因相臨的調節(jié)基因,但其轉錄受到與結構基因相距一定距離的特定順式作用元件的影響1如:增強子、啟動子、位點控制區(qū)(Locuscontrolregion,LCR)。1原核生物大都為單細胞生物，沒有核膜，極易受外界環(huán)境的影響，需要不斷地調控基因的表達，以適應外界環(huán)境的營養(yǎng)條件和克服不利因素，完成生長發(fā)育和繁殖的過程。原核生物基因表達調控的表達調控存在于轉錄和翻譯的起始、延伸和終止的每一步驟中。這種調控多以操縱子為單位進行，將功能相關的基因組織在一起，同時開啟或關閉基因表達，即經(jīng)濟有效，又保證其生命活動的需要。調控主要發(fā)生在轉錄水平，有正、負調控兩種機制。在轉錄水平上對基因表達的調控決定于DNA的結構、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其它小分子配基的相互作用。細菌的轉錄和翻譯過程幾乎在同一時間內相偶聯(lián)。蛋白質與DNA結合區(qū)域常見以下幾種：螺旋-轉角-螺旋結構基序(helix-turn-helix，HTH)，鋅指結構基序(zincfinger，ZF)，螺旋-突環(huán)-螺旋結構基序(helix-loop-helix,HLH)，亮氨酸拉鏈結構基序(1eucinezipperm,Zip)。17.RNA的轉錄后加工包括哪些過程才能成為成熟的RNA？簡述原核生物3類rRNA前體加工過程。hnRNA轉變成mRNA的加工過程包括哪幾步？簡述RNA剪接的4種方式。在原核生物中，rRNA的基因與某些tRNA的基因組成混合操縱子。其余tRNA基因也成簇存在，并與編碼蛋白質的基因組成操縱子。它們在形成多順反子轉錄物后，經(jīng)斷鏈成為rRNA和tRNA的前體，然后進一步加工成熟。細胞內由RNA聚合酶合成的原初轉錄物一般都需要經(jīng)過一系列的變化，包括鏈的裂解、5ˊ端與3ˊ端切除、特殊結構形成、核苷修飾、糖苷鍵的改變、剪接和編輯等過程，才能轉變?yōu)槌墒斓腞NA分子。這些過程總稱為RNA的成熟，或稱為轉錄后加工。rRNA基因原初轉錄物的沉降常數(shù)為30S，相對分子質量為2.1×106，約含6500nt，5ˊ末端為pppA。由于在原核生物中rRNA的加工一般與轉錄同時進行，因此不易得到完整的前體。從RNaseⅢ缺陷型大腸桿菌中分離到30SrRNA前體(P30)。RNaseⅢ是一種負責RNA加工的核酸內切酶，它的識別部位是特定的RNA雙螺旋區(qū)。16SrRNA和23SrRNA的兩側序列互補，形成莖環(huán)結構，RNaseⅢ在莖部有兩個切割位點只相差2bp,切割產(chǎn)生16S和23SrRNA前體P16和P23。5SrRNA前體P5在RnaseE作用下產(chǎn)生，可識別P5兩端形成的莖環(huán)結構。P5、P16和P23兩端的多余附加序列需進一步由核酸酶切除。rRNA前體需先經(jīng)甲基化修飾，再被核酸內切酶和外切酶切割。hnRNA轉變成mRNA的加工過程包括：5ˊ端形成特殊的帽子結構(m7G5ˊppp5ˊN1mpN2p-)；在鏈的3ˊ端切斷并加上多聚腺苷酸(polyA)；通過剪接除去由內含子轉錄而來的序列；鏈內部的核苷被甲基化。RNA的剪接有4種方式：I型自我剪接(groupⅠself-splicing)；Ⅱ型自我剪接(groupⅡself-splicing)；核mRNA剪接體的剪接(nuclearmRNAspliceosomal)；核tRNA的酶促剪接(nucleartRNAenzymatic)。18．簡述逆轉錄酶發(fā)現(xiàn)重要生物學意義，逆轉錄酶有哪3種酶的活力？RNA的功能多樣性表現(xiàn)在哪些方面？簡述遺傳密碼的基本特性，什么是密碼的簡并性？其生物學意義如何？簡述遺傳密碼通用性和變異性。1970年，Temin以及Baltimore在勞氏肉瘤病毒和鼠白血病病毒(MLV)中發(fā)現(xiàn)了逆轉錄酶。這一發(fā)現(xiàn)具有重要的理論與實踐意義。表明不能把“中心法則”絕對化，遺傳信息也可以從RNA傳遞到DNA，從而補充和豐富了“中心法則”的內容，同時促進了分子生物學、生物化學和病毒學的研究，為腫瘤的防治提供了新的思路。現(xiàn)在，逆轉錄酶已成為研究這些學科的有力工具。Temin和Baltimore于1975年因發(fā)現(xiàn)逆轉錄酶而獲諾貝爾生理學與醫(yī)學獎。逆轉錄酶是一種多功能酶，兼有3種酶活力：①利用RNA作模板，合成互補的DNA鏈，形成RNA-DNA雜合分子（RNA指導的DNA聚合酶活力）；②在新合成的DNA鏈上合成另一條互補的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子(DNA指導的DNA聚合酶活力)；③有核糖核酸酶H的活力，專門水解RNA-DNA雜合分子中的RNA。RNA功能多樣性主要表現(xiàn)在：RNA在遺傳信息的翻譯中起著決定性作用，RNA具有重要的催化功能，細胞內各類小RNA具有重要功能，RNA對基因表達和細胞功能具有重要調節(jié)的作用，RNA在生物進化中起著重要作用。遺傳密碼的基本特性：遺傳密碼編碼在核酸分子上，其基本單位是按照方向編碼、不重疊、無標點的三聯(lián)體密碼子，密碼的簡并性，密碼的變偶性，遺傳密碼的通用性和變異性，遺傳密碼的防錯系統(tǒng)。共有64個三聯(lián)體密碼子，除三個終止密碼外，其余61個密碼子編碼20種氨基酸，所以，許多氨基酸不只一個遺傳密碼。同一種氨基酸具有兩個或更多個密碼子的現(xiàn)象稱為密碼子的簡并性(degeneracy)。對應于同一種氨基酸的不同密碼子稱為同義密碼子(synonymouscodon)，只有色氨酸與甲硫氨酸僅有1個密碼子。密碼子簡并性具有重要的生物學意義，它可以減少有害突變。若每種氨基酸只有一個密碼子，61個密碼子中只有20個是有意義的，各對應于一種氨基酸。剩下41個密碼子都無氨基酸所對應，將導致肽鏈合成終止。由基因突變而引起肽鏈合成終止的概率也會大大增加。簡并性使得那些即使密碼子中堿基被改變，仍然能編碼原來氨基酸的可能性大為提高。密碼的簡并也使DNA分子上堿基組成有較大余地的變動，例如，細菌DNA中G+C含量變動很大，但不同G+C含量的細菌卻可以編碼出相同的多肽鏈。所以密碼簡并性在物種的穩(wěn)定上起著重要的作用。遺傳密碼的通用性指各種低等和高等生物，包括病毒、細菌及真核生物，基本上共用同一套遺傳密碼。細菌基因能在人的細胞中正確表達，從而表明了原核細胞與真核細胞的遺傳密碼是通用的。在線粒體的遺傳密碼中，有四組密碼子其氨基酸特異性只決定于三聯(lián)體的前兩位堿基，它們由1種tRNA即可識別，該tRNA反密碼子第1位為U。其余的tRNA或者識別第三位為A、C的密碼子，或者識別第三位為U、C的密碼子。說明所有的tRNA或識別兩個密碼子，或識別四個密碼子。除線粒體外，某些生物的細胞基因組密碼也出現(xiàn)一定的變異。如支原體中的UGA也被用于編碼Trp。真核生物中少數(shù)纖毛類原生動物以終止密碼子UAA和UAG編碼谷氨酰胺。19.作為蛋白質生物合成模板的mRNA有何特點？寫出原核生物與真核生物的核糖體組成。蛋白質生物合成的翻譯過程大約有多少種蛋白因子及RNA分子的參與？什么是SD序列？有什么重要性？原核生物與真核生物在蛋白質合成的起始上有何異同？簡要回答。寫出幾種延伸因子，細菌和真核生物系統(tǒng)中有何區(qū)別？寫出原核與真核細胞蛋白質合成的抑制劑。簡述GTP在翻譯過程中的重要作用。蛋白質翻譯后的修飾有哪兩個方面？什么是信號肽序列？信號肽的識別依賴于什么？信使核糖核酸具有以下特點：①其堿基組成與相應的DNA的堿基組成一致，即攜帶有來自DNA的遺傳密碼信息；②mRNA鏈的長度不一，因為其所編碼的多肽鏈長度是不同的；③在肽鏈合成時信使應與核糖體作短暫的結合；④信使的半衰期很短，因此信使的代謝速度很快。核糖體在原核細胞中可以游離形式存在，也可與mRNA結合形成串狀的多核糖體，每條mRNA鏈上可結合多至50個左右的核糖體，間隔約80nt，平均每個細胞約有2000個核糖體。真核細胞所含核糖體的數(shù)目約為106-107個，比原核細胞多得多。線粒體、葉綠體及細胞核內也有其自身的核糖體。翻譯過程需要如下因素：一些被稱作起始因子(initiationfactor，IF)的非核糖體蛋白質，參與了蛋白質合成的起始。真核生物蛋白質合成的起始需要更多的蛋白質因子eIF參與作用。當起始過程結束后，mRNA上接下來的密碼子的翻譯則由3個重復的反應完成一個氨基酸的摻入。這3個反應在原核和真核生物中相似，其中兩個需要非核糖體蛋白的延伸因子(elongationfactorEF)的參與。延伸過程的最后一步.這一過程由移位因子EF-2催化(原核中為EF-G，真核中為EF-2)，此過程需要GTP水解功能。移位的目的是使核糖體沿mRNA向下游移動，使下一個密碼子暴露出來以供繼續(xù)翻譯。GTP的水解在翻譯過程中具有重要的作用，在每摻入一個氨基酸的延伸過程中，都有兩個GTP分子發(fā)生了水解。通過EF-Tu和EF-G的作用機制可解釋GTP的水解過程，GTP的結合與水解都在這些因子上進行，它們的共同作用激活了復合物水解部位的活性。隨著GTP水解成GDP，這些因子的構象又發(fā)生了變化，與核糖體分離。當終止密碼子進入核糖體上的A位點后，即被釋放因子識別。RF-1識別UAA和UAG，RF-2識別UAA和UGA，翻譯的最后一步涉及到肽酰-tRNA中連接tRNA和C端氨基酸酯鍵的切斷，這一過程需要終止密碼子和釋放因子(releasefactors，RFs)。SD序列：存在于細菌mRNA的5’端前導序列中，位于第一個翻譯序列的起始密碼之前，是一個GGAGG富含嘌呤序列的一部分或全部，它與16SrRNA的3’末端的序列互補，是mRNA與核糖體的結合序列，對翻譯起始復合物的形成和翻譯的起始有重要作用。大腸桿菌有3個起始因子與30S小亞基結合。其中IF-3的功能是使核糖體的30S和50S亞基保持分開，其他兩個起始因子IF-1及IF-2的功能則是促進fMet-tRNAifMet及mRNA與30S小亞基的結合。如前所述，mRMA的SD序列可與小亞基上16SrRNA的3′進行堿基配對，起始密碼子AUG可與起始tRNA上的反密碼子進行配對。當30S小亞基結合上fMet-tRNAifMet以及與mRNA形成復合物后，IF-3就解離開來，以便50S大亞基與復合物的結合，后一結合使IF-1及IF-2離開核糖體，同時使結合在IF-2上的GTP水解,原核生物的起始過程需要1分子GTP水解成GDP及磷酸提供能量。真核生物蛋白質合成的起始需要更多的蛋白質因子eIF參與作用。目前至少已發(fā)現(xiàn)有9種，其中有些因子含有多達11種不同的亞基。但對它們的功能知之甚少。除了嘌呤霉素之外，還有許多抗生素及毒素可以抑制蛋白質的合成。原核細胞的翻譯抑制劑主要是氯霉素、四環(huán)素、鏈霉素，氯霉素結合于70S核糖體從而影響其功能；鏈霉素、新霉素、卡那霉素與原核細胞30S核糖體相結合，引起錯誤讀碼。真核細胞的翻譯抑制劑主要是亞胺環(huán)己酮，它結合于80S核糖體而其抑制功能，科研中常用其研究蛋白質代謝。白喉毒素(diphtheriatoxin)是由白喉棒狀桿菌所產(chǎn)生的一種蛋白質，這種毒素是由寄生于某些白喉桿菌內的溶原性噬菌體基因組編碼的，幾微克毒素足以致人于死命。它可與EF-2結合，阻止肽鏈的移位而抑制蛋白質合成。GTP的水解在翻譯過程中具有重要的作用，在每摻入一個氨基酸的延伸過程中，都有兩個GTP分子發(fā)生了水解。通過EF-Tu和EF-G的作用機制可解釋GTP的水解過程，GTP的結合與水解都在這些因子上進行，它們的共同作用激活了復合物水解部位的活性。隨著GTP水解成GDP，這些因子的構象又發(fā)生了變化，與核糖體分離。GTP及GDP與這些因子的結合與否成為調節(jié)它們與核糖體結合的開關。通過GTP的類似物GMPPCP也可以說明這一過程。GMPPCP在β和γ磷酸基團之間不含氧，而是一個亞甲基，因此難以發(fā)生類似GTP水解成GDP的過程。在延長反應中，當用GMPPCP取代GTP后，延長反應減慢，因為沒有GDP生成時，延長因子很難與核糖體發(fā)生解離。翻譯后的加工過程可以使蛋白質的組成更加多樣化，導致其結構上呈現(xiàn)出更復雜的構象變化，以適應更多生物功能的需要。加工修飾過程有兩個方面：①對氨基酸殘基的側鏈基團進行修飾；②在蛋白質成熟過程中多肽鏈上部分肽段被切除。特異的修飾和加工過程與這些蛋白質的合成部位，運送的靶部位有關。實際上，加工過程在多肽鏈合成開始時就隨之進行了。細胞質中的蛋白質從核糖體上釋放后即可行使其功能；而運送到其他細胞器中的蛋白質則在運送過程中發(fā)生著許多修飾過程。生物體中蛋白質的運輸有一個較簡單的模式。每一種需要運輸?shù)亩嚯亩己幸欢翁厥獾陌被嵝蛄校Q為信號肽序列(signalorleadersequence)，它能引導多肽鏈到不同的轉送系統(tǒng)。信號肽的識別依賴于一種核蛋白體，稱為信號識別體(signalrecognitionparticle，SRP)。SRP相對分子質量325000，由1分子長300nt的7SLRNA和6個不同的多肽組成。7SLRNA上有兩段Alu序列。SRP有兩個功能域，一個識別信號肽，另一個用以干擾進入的氨酰-RNA和肽酰移位酶反應，終止多肽鏈的延伸。20.什么是基因表達調控？有什么意義？基因表達調控主要在哪5個水平上進行？原核基因表達調控有什么特點？簡述原核基因表達調控的幾個重要概念。基因表達調控是生物體內基因表達的調節(jié)控制機制，是細胞中基因表達的過程在時間、空間上處于有序狀態(tài)，幷對環(huán)境條件的變化作出適當反應的復雜過程。基因表達的調控可在多個層次上進行，包括基因水平、轉錄水平、轉錄后水平、翻譯水平和翻譯后水平的調控。基因表達調控是生物體內細胞分化、形態(tài)發(fā)生和個體發(fā)育的分子基礎。生物體生命活動中幷不是所有的基因都同時表達，代謝過程中所需要的各種酶和蛋白質基因以及構成細胞化學成份的各種編碼基因，正常情況下是經(jīng)常表達的，而與生物發(fā)育過程有關的基因則要在特定的時空才表達，還有許多基因被暫時的或永久的關閉而不表達，只在合適的時期才表達。正是因為生物體能夠根據(jù)其本身固有的遺傳信息表達與調控，以及對環(huán)境的適應，才產(chǎn)生了各種特異功能的蛋白分子來體現(xiàn)生命現(xiàn)象和執(zhí)行生物功能，使得從低等到高等的生物界呈現(xiàn)出五彩繽紛的生命現(xiàn)象。原核生物大都為單細胞生物，沒有核膜，極易受外界環(huán)境的影響，需要不斷地調控基因的表達，以適應外界環(huán)境的營養(yǎng)條件和克服不利因素，完成生長發(fā)育和繁殖的過程。原核生物基因表達調控的表達調控存在于轉錄和翻譯的起始、延伸和終止的每一步驟中。這種調控多以操縱子為單位進行，將功能相關的基因組織在一起，同時開啟或關閉基因表達，即經(jīng)濟有效，又保證其生命活動的需要。調控主要發(fā)生在轉錄水平，有正、負調控兩種機制。在轉錄水平上對基因表達的調控決定于DNA的結構、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其它小分子配基的相互作用。細菌的轉錄和翻譯過程幾乎在同一時間內相偶聯(lián)。結構基因(structuralgene)是編碼蛋白質或RNA的基因。調節(jié)基因(regulatorgene)是編碼合成那些參與基因表達調控的RNA和蛋白質的特異DNA序列。操縱基因(operator)是操縱子中的控制基因，在操縱子上一般與啟動子相鄰，通常處于開放狀態(tài)，使RNA聚合酶通過并作于與啟動子啟動轉錄。但當它與調節(jié)基因所編碼的阻遏蛋白結合時，就從開放狀態(tài)逐漸轉變?yōu)殛P閉狀態(tài)，使不能轉錄過程不能發(fā)生。阻遏蛋白（aporepressor）是負調控系統(tǒng)中由調節(jié)基因編碼的調節(jié)蛋白，它本身或與輔阻遏物（corepressor）一起結合與操縱基因，阻遏操縱子結構基因的轉錄。阻遏蛋白可被誘導物變構失活，從而導致不可阻遏或去阻遏。21解釋名詞：順式作用組件、反式作用因子、結構基因、調節(jié)基因、操縱基因、阻遏蛋白、操縱子、輔阻遏物、正調控系統(tǒng)、負調控系統(tǒng)、組成型蛋白、調節(jié)型蛋白、IPTG、效應物、CAP、cAMP-CAP、葡萄糖效應、色氨酸操縱子、弱化系統(tǒng)、前導肽、衰減子、莖-環(huán)結構(p)ppGpp超級調控因子、細菌的應急反應甲基范德華袋順式作用組件是指對基因表達有調節(jié)活性的DNA序列，其活性只影響與其自身同處在一個DNA分子上的基因；這種DNA序列通常不編碼蛋白質，多位于基因旁側或內含子中。位于轉錄單位開始和結束位置上的啟動子和終止子，都是典型的順式作用元件。基因活性的調節(jié)主要通過反式作用因子與順式作用組件的相互作用而實現(xiàn)。基因所編碼的產(chǎn)物主要是蛋白質和各種RNA分子。一般是從其合成的場所擴散至發(fā)揮作用的地方。反式作用因子的編碼基因與其識別或結合的靶核苷酸序列不在同一個DNA分子上。RNA聚合酶是典型的反式作用因子。結構基因(structuralgene)是編碼蛋白質或RNA的基因。調節(jié)基因(regulatorgene)是編碼合成那些參與基因表達調控的RNA和蛋白質的特異DNA序列。操縱基因(operator)是操縱子中的控制基因，在操縱子上一般與啟動子相鄰，通常處于開放狀態(tài)，使RNA聚合酶通過并作于與啟動子啟動轉錄。阻遏蛋白（aporepressor）是負調控系統(tǒng)中由調節(jié)基因編碼的調節(jié)蛋白，它本身或與輔阻遏物（corepressor）一起結合與操縱基因，阻遏操縱子結構基因的轉錄。阻遏蛋白可被誘導物變構失活，從而導致不可阻遏或去阻遏。細胞內有許多種蛋白質的數(shù)量幾乎不受外界環(huán)境的影響，這些蛋白質稱為組成蛋白。調節(jié)蛋白是一類特殊的蛋白質，它們可以影響一種或多種基因的表達。有兩種類型的調節(jié)蛋白，即正調節(jié)蛋白和負調節(jié)蛋白，前者是激活蛋白，而后者屬于阻遏蛋白。輔阻遏物：有些阻遏蛋白本身不具有結合操縱基因的活性，在自然狀態(tài)下操縱子是開放的，能正常表達。當細胞中有輔阻遏物存在時，它可以結合到阻遏蛋白分子上，提高阻遏蛋白與操縱基因的親和性。色氨酸操縱子包括5個結構基因（trpA、B、C、D、E）負責色氨酸的生物合成。色氨酸的合成分5步完成。每步需要一種酶，編碼這5種酶的基因緊密連鎖在一起，被轉錄在一條多順反子mRNA分子上，分別編碼了鄰氨基苯甲酸合成酶、鄰氨基苯甲酸焦磷酸轉移酶、鄰氨基苯甲酸異構酶、色氨酸合成酶和吲哚甘油-3-磷酸合成酶，以trpE、trpD、trpC、trpB、trpA表示，TrpE是第一個被翻譯的基因，和trpE緊鄰的是啟動子區(qū)和操縱子區(qū)。在色氨酸mRNA5ˊ端trpE起始密碼子前有一段162bp的DNA序列和核糖體結合位點，稱為前導區(qū)（leader），實驗表明如果123～150位堿基序列缺失，色氨酸操縱子基因表達量可提高6倍。葡萄糖效應：是指葡萄糖對Lac，ara操縱子中結構基因轉錄的阻遏效應。這是由于在大腸桿菌的培養(yǎng)基中，當葡萄糖乳糖和阿拉伯糖同時存在時，葡萄糖將先被分解利用，它被耗盡之后乳糖或阿拉伯糖才能誘導轉錄。而且葡萄糖分解代謝產(chǎn)物又可抑制cAMP的形成，cAMP-CRP復合物不能產(chǎn)生，因而也不能進行CRP的正控制。葡萄糖代謝產(chǎn)物抑制cAMP的水平，可能是通過抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性，因此ATP不能轉化為cAMP，或者是促進二磷酸酯酶的活性，加速了cAMP轉化為AMP。細菌有時會遇到能源十分缺乏的狀況，例如當氨基酸饑餓而全面匱乏時，為了生存，在體內可立即產(chǎn)生一種應急應答反應，既合成各種RNA、蛋白質、糖和脂肪在內的幾乎全部生物化學反應過程都被停止。發(fā)出這種應急反應信號的物質是位于核糖體A位點上的未裝載氨基酸的tRNA(空載tRNA)。正調控系統(tǒng)是一種轉錄水平的調控機制。包括可誘導的正控制系統(tǒng)、可阻遏的正控制系統(tǒng)和CRP(CRPpositivecontrolsystem)正控制系統(tǒng)。負調控系統(tǒng)也是一種轉錄水平的調控機制。調節(jié)基因編碼的調節(jié)蛋白是阻遏蛋白，它本身或與輔阻遏物協(xié)同結合于操縱基因，可阻遏操縱子結構基因的轉錄。弱化作用是控制RNA聚合酶通讀弱化子能力的調控作用機制。弱化子是位于轉錄單位開始區(qū)的一種內部終止子。cAMP-CAP是一個重要的正調節(jié)物質，可以與操縱子上的啟動子區(qū)結合，啟動基因轉錄。特異性DNA序列表面（一般是與調節(jié)蛋白結合的面）的結構特點是DNA與蛋白質結合的分子基礎之一。為能進行特異性結合，調控蛋白能夠區(qū)分那些它將與之特異結合的DNA序列與非特異序列。這種區(qū)分主要靠暴露在DNA大溝表面的不同堿基基團，以及這些基因的分布位置不同、在形成氫鍵時是供體還是受體的情況不同而識別。兩者的結合主要靠氫鍵。較典型的例子是胞嘧啶C-5附近的非極性表面，此處由于胸腺嘧啶有個凸出的甲基而易于將它與胞嘧啶區(qū)分開來，有人形象的稱這個非極性表面為甲基范德華袋。22.真核基因表達調控與原核生物相比有什么異同點？真核細胞基因表達調控有哪些不同層次？真核基因表達調控的許多基本原理與原核生物相同。主要表現(xiàn)在：與原