分子生物学复习加习题答案

分子生物学复习资料

复习一

一、广义的分子生物学（ Molecular Biology ）：蛋白质及核酸等生物大分子结构和功能的研究都属于分子生物学的范畴，即从分子水平阐明生命现象和生物学规律。

二、狭义的分子生物学（ Molecular Biology ）：偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调控等过程，当然也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究基因的分子生物学

三、分子生物学的三大原则 答：（1）构成生物大分子的单体是相同的：共同的核酸语言、共同的蛋白质语言；

（2）生物遗传信息表达的中心法则相同

（3）生物大分子单体的排列（核苷酸、氨基酸）的不同 →不同的高级结构→不同的生物大分子之间的相互作用 →不同的物种特性 四、分子生物学研究的三大领域

答：1、基因的分子生物学（狭义的分子生物学）： 基因的概念、结构、复制、表达、重组、交换。

2、结构生物学：生物大分子的结构与功能、 生物大分子之间的互作。

3、生物技术理论与应用：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程。 五、研究分四个方面：

答：1、DNA重组技术：大量表达某些多肽；改善基因结构，使特殊经济价值和功能得以上千倍提高；用于基础研究；2、基因表达调控研究；3、生物大分子的结构功能研究；4、基因组、功能基因组与生物信息学研究

复习三

一、 遗传物质必须具有的特性,DNA作为遗传物质具有哪些特性？

答：1、贮存并表达遗传信息：各异的碱基序列储存大量的遗传信息

2、能把信息传递给子代碱基互补是其复制、转录表达遗传信息的基础

3、物理和化学性质稳定：生理状态下物理、化学性质稳定

4、具有遗传变化的能力：有突变和修复能力，可稳定遗传是生物进化的基础 二、双螺旋模型参数 答：（1）直径20?；（2）螺距为34?（任一条链绕轴一周所升降的距离）；（3）每圈有10个核苷酸（碱基）；（4）两个碱基之间的垂直距离是3.4?。螺旋转角是36度；

（5）有大沟和小沟：配对碱基并不充满双螺旋空间，且碱基对占据的空间不对称。 三、维持稳定性的因素 答：（1）氢键 (Hydrogen bond 4~6 kc / mol) （2）磷酸酯键 (phosphoester bond 80~90 kc / mol) （3）0.2 mol / L Na+ 生理盐条件 （4）碱基堆积力 (非特异性结合力)

（5）范德华力（Van de waals force） （6）疏水作用力 (Hydrophobic interaction) 四、DNA分子的变性

答：变性（denaturation 或融解 melting）：DNA双螺旋区的氢键断裂，使双螺旋的两条链完全分开变成单链，这一链分离的过程叫做变性。 导致一些理化性质发生剧烈变化：（1）熔液黏度降低； （2）沉降速度加大；（3）浮力密度上升； （4）此外吸收值升高（A260nm），即增色效应。 五、增色效应 ：指在DNA变性的过程中，它在260nm的吸收值先是缓慢上升，达到某一温度时及骤然上升。 六、熔解曲线：缓慢而均匀地增加DNA溶液的温度（现可做到0.1 ℃／分）可根据各点的A260值绘制成DNA

的熔解曲线。 七、Tm=℃ of Ct= C0/2 = OD增加值的中点温度(一般为85-95℃) 或DNA双螺旋结构失去一半时的温度

八、DNA分子的复性 （anneal or renaturation） 答：变性DNA在适当条件下，两条彼此分开的链又可以重新地合成双螺旋结构的过程（退火）

九、影响DNA复性过程的因素 ： 答：（1）阳离子浓度：0.18 ~ 0.2M Na+ 可消除polydNt 间的静电斥力。

（2）复性反应的温度：低于Tm值 25℃左右 (60-65℃)。

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复习二

一、蛋白质组（proteome）：意指“一种基因组所表达的全套蛋白质”,即包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质。

二、全同等位基因：在同一基因座位(locus)中，同一突变位点（site）向不同方向发生突变所形成的等位基因( homoallele ）

三、非全同等位基因：在同一基因座位（locus）中，不同突变位点（site）发生突变所形成的等位基因。( heteroallele )

四、Gene (cistron) is the segment of DNA involved in producing a polypeptide chain as well as a functional RNA

（3）S.S, DNA 的初始浓度C0。

（4）S.S. DNA分子的长度（片段的大小）： S.S. DNA愈长 → 分子扩散愈慢 → 复性愈慢 S.S. DNA愈短 → 分子扩散愈快 → 复性愈快

（5）DNA 分子中, dNt 的排列状况 (随机排列, 重复排列) 。 十、拓扑异构体：只在连接数上有差别的同种DAN分子称为这种DNA的拓扑异构体。

十一、 拓扑异构酶（topoisomerase ）：催化DNA由一种拓扑异 构体转变成另一种拓扑异构体的酶类。

复习四

一、基因组（genome）:是指细胞或生物体的全套遗传物质，即生物体维持配子或配子体正常功能的全套染色体。

二、C值（C-value）：C- value is the quantity of DNA in the genome (per haploid set of chromosomes). 【在真核生物中，每种生物的单倍体基因组的DNA总量总是恒定的，称为C-值】

三、什么C值矛盾（C-value paradox C-悖理）：主要体现在那些方面？

答：C值矛盾（C-value paradox C-悖理）：形态学的复杂程度与C-值的不一致称为C－矛盾 （1）：物种之间－－形态学的复杂性和C－值的复杂性不成正相关。

a、生物进化程度与C－值的矛盾：两栖类与哺乳类之间； b、亲缘关系相近的生物C-值相差较大。 （2）： 与预期的编码蛋白质的基因的数量相比，基因组的DNA含量过多。

四、持家基因（housekeeping gene）：有些基因是在所有的细胞类型中都表达的，即这些基因的功能为所有细

胞所必须（或称组成型基因 constitutive gene）。 五、奢侈基因（luxury gene）：仅在某种特定类型的细胞中表达的基因。

六、大肠杆菌在实际工作中的重要性，并简述它的基因结构特点

答：1、大肠杆菌在实际工作中的重要性 （1）、在实验室中容易操作； （2）、生长迅速，要求营养物质简单，能进行很多生理生化过程； （3）、其有性生殖的存在使得遗传学的研究成为可能(遗传杂交、遗传性状、存在性状）； （4）、能够供应细菌病毒的生长，使病毒的本性即病毒扩增的深入研究成为可能。 2、E.coli的基因结构的特点 （1）、功能相关的几个结构基因以操纵元（operon）的

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形式存在；

（2）、包括功能相关的RNA基因也串联在一起(rrn操纵元)； （3）、蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在； （4）、RNA基因多拷贝。 七、为什么ΦX174噬菌体基因排列更加体现经济原则 答：（1）、11个蛋白质基因，只转录成三个mRNA； （2）、DNA分子绝大部分用来编码蛋白质，不翻译部分只占4％； （3）、最显著的特点是有重叠基因（overlapping genes 或嵌套基因 nested genes）。 八、原核细胞DNA结构特点

答：1、结构简单：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。

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，形成一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。

3、重叠基因：已经发现一些细菌和动物病毒中有重叠基因，既同一段DNA能够携带两种不同的蛋白质信息。 九、组蛋白的特性

答：1、进化上的极端保守：不同生物，组蛋白氨基酸组成十分相似，特别是H3，H4。H3，H4在氨基酸组成上的极端保守性表明，他们可能对稳定真核生物的染色体结构起到重要的作用。

2、无组织特异性：到目前为止，仅发现鸟类、鱼类及两栖类红细胞染色体不含H1而带有H5，精细胞的组蛋白是鱼精蛋白这两个例外。

3、肽链上氨基酸分布的不对称性：碱性氨基酸集中分布在N端的半条链上，大部分疏水氨基酸基团都分布在C端。

4、组蛋白的修饰作用：包括甲基化、乙基化、磷酸化及ADP核糖基化等。修饰作用只发生在细胞周期的特定时问和组蛋白的特定位点上。

5、富含赖氨酸的组蛋白H5：除了富含赖赖氨酸以外，还富含丙氨酸、丝氨酸及精氨酸。从鸟类、两栖类及鱼类红细胞分离的几都具有种特异性。 十、卫星DNA（Satellite DNA）

答：将DNA切成数百个碱基对的片段进行超速离心时，由于富含AT的简单高度重复序列区段浮力密度较小，因而很容易和总体DNA分开，即常会在主要的DNA带的上面有一个次要的带相伴随。 十一、真核生物DNA序列可分为

答：高度重复序列、中度重复序列、 低重复序列、单拷贝序列。

十二、基因家族（Gene family）：真核生物的基因组中许多来源相同，结构相似、功能相关的一组基因。

十三、基因簇（gene cluster）：基因家族的各成员紧密成簇，排列成大段的串联重复单位，定位于染色体的特殊区域。

十四、假基因（ Pseudogenes ）：与正常基因结构相似，但没有正常功能的DNA序列。

十五、割裂基因（splitting gene）不连续基因（discontinuous gene）、断裂基因（interrupted gene） 答：编码某一RNA的基因中有些序列并不出现在成熟的RNA序列中，成熟RNA的序列在基因中被其他的序列隔开。

十六、Exon (外显子、外元)：原初转录物中通过RNA拼接反应而保留于成熟RNA中的序列或基因中与成熟RNA序列相对应的DNA序列。 十七、Intron (内含子、内元)：原初转录物中通过RNA拼接反应而被去除的RNA序列或基因中与这种RNA序列相对应的DNA序列。 十八、R－环（R-loop）：mRNA与编码单链DNA杂交时，不互补的intron部分形成的环。 十九、真核生物基因组结构特点 答：（1）基因组庞大，一般远大于原核生物； （2）基因组存在大量的重复序列；

（3）基因组的大部分为非编码序列（90％），与原核生物、细菌、病毒不同； （4）转录产物为单顺贩子；

（5）真核基因是断裂基因，有内含子结构；

（6）基因组存在大量的顺式作用元件（启动子、沉默子、增强子等）；

（7）基因组存在大量的DNA多态性；

DNA多态性是指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism, SNP)和串联重复序列多态性。

（8）真核基因组具有端粒结构。

端粒具有保护线性DNA的完整复制、保护染色体末端和决定细胞的寿命等功能。 二十、DNA复制：亲代双链DNA分子在DNA聚合酶的作用下，分别以各单链 DNA分子为模板，聚合与自身碱基可以互补配对的游离的dNTP, 合成出两条与亲代DNA分子完全相同的子代DNA分子的过程。

二十一、复制子（Replicon）：又称复制单位 或复制

元。DNA中含有一定复制起点和复制终点的复制单位1.3万 ～ 90万不等。

二十二、复制体 （Replisome：复制叉处的许多酶和蛋白组成的复合体，协同动作合成DNA。

二十三、DNA的半保留复制（Semi-Conservation Replication）：复制过程中各以双螺旋DNA的其中一条链为模板合成其互补链，新生的互补链与母链构成子代DNA分子。

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二十四、如何设计试验证实 DNA复制为半保留复制 答：N标记实验：（1）细胞生长在N标记培养基中；

（2）转入正常N源培养基中； （3）分离各代DNA；

（4）分析各代DNA的浮力密度。

结果分析：经CsCl密度梯度离心后，得到具有三种浮力密度的DNA，即N－DNA、N－N14－DNA、

15151515N14－DNA，由此可以说明DNA复制为半保留复制。

二十五、复制叉（Replication fork）：染色体中参与

复制的活性区域，即复制正在发生的位点。 二十六、复制眼（replication eye）：电子显微镜下观察正在复制的DNA，复制的区域形如一只眼睛。 二十七、 环状DNA复制方式：大多数以对称方式进行－－即两条链同时复制；也有一定时期内DNA只复制一条链的情况

（1）θ 复制（又称从新起始、复制叉式） （2）D 环复制（又称置换式） （3）滚环式复制（共价延伸方式）：由于复制时产生的滚环结构形状象σ，又称σ复制（病毒、细菌因子）

复习五

一、DNApolⅠ和 DNApol Ⅲ的主要特性和功能 答：1、DNA聚合酶活性：两者都有条件－－模板、引物，DNApolⅠ－－主要用于DNA 的修复和RNA引物的替换；DNApol Ⅲ－－DNA链的延长；聚合方向：5’－3’ 2、3’－5’外切核酸酶活性：校对功能(proofreading)； 3、5’－3’外切核酸酶活性；

4、子链DNA延伸方向只能是5’－3’。 二、先导链（leading strand）：DNA复制时，与复制叉向前移动的方向一致，以3’→5’链为模板，按5’→3’方向连续合成的一条链。 三、后随链（lagging strand）：后随链按Okazaki 片段不连续复制。

四、冈崎片段(Okazaki fragment): DNA复制不连续合成链中形成的短DNA片段。

五、RNA可能提供了DNA先导链复制的3’端请设计实验证明？

答：1、实验证据Ⅰ：M13phage（M13噬菌体） 的DNA复制显示出对转录抑制剂的敏感性。 宿主：大肠杆菌[Rif型] ；

对象：S.S. DNA virus RF（M13型）

s实验过程：

（1）[Rif] +利福平 → +M13培养，但无M13 RF； （2）[Rif] + M13 → 培养 → +利福平，有M13RF。 结论：M13 RF的形成需要 RNA polymerase（RNA聚合酶）发动合成一段RNA分子作为引物 （RNA提供复制的3‘端），RF启动后，利福平的抑制无效。 2、研究发现：细菌中先导链的合成受利福平的抑制，后随链的合成不受利福平限制。

（1）原因：先导链的起始需要 RNApol的转录激活，而后随链的起始由引发酶合成引物，而引发酶不受利福平的抑制。

（2）DNA复制的转录激活：DNA复制起始时通过RNA聚合酶的转录过程而解开局部的双链。 总结：DNA先导链的合成需要 RNApol的转录激活，但RNApol受到利福平的抑制，无法发动合成一段RNA分子作为引物，来完成DNA的复制，因而说明RNA可能提供了DNA先导链复制的3’端。

六、请简述DAN复制时先导链和后随链发生哪些事件？

答：共7件事分别是：

（1）DNA在旋转酶的作用下，改变双螺旋构象； （2）然后在螺旋酶的作用下解开双链；

（3）结合蛋白（SSB）结合到单链DNA上；

（4）在单链结合蛋白和DNA聚合酶III的作用下合成先导链，方向与复制叉推进的方向一致；

（5）在后随链上，DnaA 、DnaB－DnaC六聚体等引发体成分在引发酶的作用下，合成引物RNA，RNA引物与DNA单链结合，在DNA聚合酶III的作用下合成DNA，产生冈崎片段；

（6）接着，RNA水解酶降解RNA引物，并由DNA聚合酶Ⅰ将缺口补齐；

（7）再由DNA连接酶将两个冈崎片段连在一起形成大分子DNA，由此后随链合成。

ss

七、Splitting gene 存在的生物学意义

答：（1）校正作用（因突变引起的错误）； （2）调控翻译（构建起始和终止密码子）； （3）扩充翻译信息。

复习六

一、如何保证DNA复制忠实性 答：（1）DNApol的3’?5’外切酶活性。

（2）DNApol只能从引物的3’ 端延伸DNA（需要RNA引物）：a、碱基配对协同性导致最初几个碱基错配率高，且不易校正；b、RNA引物最终被降解而避免错误。

（3）后随链的不连续合成，因其有利于错配碱基的校正。

二、原核生物和真核生物DNA复制的比较 答：（1）复制子的大小:

原核生物 > 哺乳动物 > 昆虫、酵母 （2）冈崎片段(Okazaki fragments): 原核生物 > 真核生物

（3）复制速度（Rate of replication）: 原核生物 > 真核生物

三、原核生物和真核生物DNA复制异同点 答：1、相同点：（1）半保留复制； （2）半不连续复制；

（3）DNA解旋酶，单链结合蛋白SSB （4）RNA 引物（RNA primer） （5）校正阅读（Proofreading） 2、不同点：

（1）复制起点（单、多）； （2）复制子（大小、多少）；

（3）复制起始的许可因子的控制（复制周期的重叠与否）；

（4）复制叉移动的速度 (900/50 nt/S)； （5）冈崎片段的大小； （6）端粒和端粒酶；

（7）DNA聚合酶（DNA Polymerases）。

四、 线状 DNA的复制5’末端短缩的解决模式 答：（1）、从开始就采取环化的形式——λ噬菌体； （2）、像T7噬菌体一样采取连环分子的形式，利用自身线性DNA末端的重复序列，通过末端互补形成连环分子； （3）、最直接的办法——引入蛋白质直接从末端起始复制。如腺病毒－2、脊髓灰质炎病毒； （4）、痘病病毒的末端由发夹结构连接，复制完成后错切连接。

五、DNA损伤的修复 答：（1）光修复：复制前，不容易出错。

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（2）切除修复（注意）：复制前进行，不易出错； （3）重组修复（注意）：后复制修复、E.coli的挽回系统； （4）SOS修复：SOS修复过程有非常高的突变频率(易出错)。

复习七

一、转座子(元)或转座元件(transposon or transposable element): 基因组上不必借助于宿主基因就可以自主复制和移动的DNA片段，它们可以直接从基因组的一个位点移到另一个位点（供体和受体）。 二、转座重组的特点 答：（1）不依赖供体序列与靶位点间序列的同源性； （2）转座不是简单的转移，涉及转座子的复制； （3）转座插入的靶位点并非完全随机（插入专一型）； （4）某些转座因子（Tn3）对同类转座因子的插入具有排他性（免疫性）；

（5）靶序列在转座因子两侧会形成正向重复；

（6）转座因子的切除与转座将产生复杂的遗传学效

复习八 应。

三、转座作用的遗传效应 一、终止子（terminator）：在转录的过程中，提供转答：（1）转座引起插入突变 录终止信号的DNA序列。真正起终止作用的是（2）转座产生新的基因：如抗药性基因 RNA序列——与启动子不同。 （3）转座产生染色体畸变 二、增强子的特点: （4）转座引起的生物进化 答：（1）远距离效应；（2）无方向性； 四、转录(transcription):是指以DNA为模板，在依赖（3）顺式调节；（4）具有组织特异性； 于DNA的RNA聚合酶催化下，以4种rNTP（ATP 、（5）无物种和基因特异性；（6）有相位性（构象）； CTP、GTP和UTP）为原料，合成RNA的过程。 （ 7 ）可对外部信号产生反应。 （1）有义链(sense strand) [又称编码链coding strand]： 三、不依赖 ρ 因子的终止子结构特征 : 指不作模板的DNA单链； 答：1、是形成一个发夹结构

（2）反义链(antisense strand)[又称模板链 template （1）茎…. 7~20 bp的IR序列形成（富含G/C） srand]：指作为模板进行RNA转录的链 （2）环….中间不重复序列形成 五、各亚基的特点和功能 （3）发夹结构的突变可阻止转录的终止 答：1、σ因子：（1）σ因子可重复使用； 2、是6 ~ 8 个连续的U串（发夹结构末端） （2）修饰RNApol构型； 四、依赖 ρ因子的终止子结构特征 （3）使Holo Enzyme 识别启动子的Sextama Box(－ 答：（1）结构：IR序列中的 G／C 对含量较少，发

35区), 并通过σ与模板链结合； 夹结构末端没有固定特征； （4）不同的σ因子识别不同的启动子。 （2）靠与ρ的共同作用而实现终止。 2、α因子：（1）核心酶的组建因子； 五、不依赖ρ因子的终止子终止转录机制 （2）促使RNApol 与DNA模板链结合； 答：（1）新生RNA链发夹结构形成 → 与RNApol（3）前端α因子——使模板DNA双链解链为单链；发生作用 → 阻止RNA链的释放 →（2）； （4）尾端α因子——使解链的单链DNA重新聚合为（2）RNApol暂停为终止提供了机会，6 ~ 8个连续的双链。 U串可能为RNApol与模板的解离提供了信号 ，RNA－3、β因子 DNA之间的 rU－dA 结合力较弱； （1）促进RNApol＋NTP → RNA elongation； 于是： RNA－DNA解离，三元复合体解体，RNApol（2）完成NMP之间的磷酸酯键的连接； 解离，转录终止。 （3）Editing 功能（排斥与模板链不互补的碱基）； （3）真正的终止点不固定，在 U串中的任何一处； （4）与Rho （ρ）因子竞争RNA 3’－end； （4）IR序列和U串同等重要：IR中的G／C对含量的（5）构成Holoenzyme 后，β因子含有两个位点： 减少，U串的缩短或缺失。

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I site（initiation site . Rifs）: 该位点专一性地结

合ATP或者GTP（需要高浓度的ATP或GTP）； E site（elongation site RifR）:对NTP非专一性地结合（催化作用和Editing）。

4、β’ 因子：参与RNA非模板链（sense strand）的结合 （充当SSB）。

六、由于各亚基的功能，使全酶本身含有五个功能位点 答：（1）有义DNA链结合位点（ β’亚基提供）；

（2）DNA/RNA杂交链结合位点（β亚基提供）； （3）双链DNA解链位点（前端 α亚基提供）； （4）单链DNA重旋位点（后端α亚基提供）； （5）σ因子作用位点。

七、启动子(promoter)：是指DNA分子上被RNA聚合酶识别并结合形成起始转录复合物的区域 ，它还包括一些调节蛋白因子的结合位点。（用于调控基因转录的频率与效率）

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