分子生物学习题与答案

第0章绪论一、名词解释1.分子生物学2.单克隆抗体二、填空1．分子生物学的研究内容主要包含（）、（）、（）三部分。三、是非题1、20世纪60年代，Nirenberg建立了大肠杆菌无细胞蛋白合成体系。研究结果发现poly(U)指导了多聚苯丙氨酸的合成，poly(G)指导甘氨酸的合成。（×）四、简答题1.分子生物学的概念是什么？2.你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎么理解的？3.分子生物学研究内容有哪些方面？4.分子生物学发展前景如何？5.人类基因组计划完成的社会意义和科学意义是什么？6．简述分子生物学发展史中的三大理论发现和三大技术发明。7.简述分子生物学的发展历程。8.二十一世纪生物学的新热点及领域是什么？9.21世纪是生命科学的世纪。20世纪后叶分子生物学的突破性成就，使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化。试阐述分子生物学研究领域的三大基本原则，三大支撑学科和研究的三大主要领域？答案：一、名词解释1.分子生物学：分子生物学就是研究生物大分子之间相互关系和作用的一门学科，而生物大分子主要是指基因和蛋白质两大类；分子生物学以遗传学、生物化学、细胞生物学等学科为基础，从分子水平上对生物体的多种生命现象进行研究。2.单克隆抗体：只针对单一抗原决定簇起作用的抗体。二、填空1.结构分子生物学，基因表达与调控，DNA重组技术三、是非题四、简答题1.分子生物学的概念是什么？答案：有人把它定义得很广：从分子的形式来研究生物现象的学科。但是这个定义使分子生物学难以和生物化学区分开来。另一个定义要严格一些，因此更加有用：从分子水平来研究基因结构和功能。从分子角度来解释基因的结构和活性是本书的主要内容。2.你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎么理解的？分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。狭义：偏重于核酸的分子生物学，主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程，其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。这些生物大分子均具有较大的分子量，由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息，并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统，由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生物学的主要任务。3.分子生物学主要包含以下三部分研究内容：A.核酸的分子生物学，核酸的分子生物学研究核酸的结构及其功能。由于核酸的主要作用是携带和传递遗传信息，因此分子遗传学（moleculargenetics）是其主要组成部分。由于50年代以来的迅速发展，该领域已形成了比较完整的理论体系和研究技术，是目前分子生物学内容最丰富的一个领域。研究内容包括核酸/基因组的结构、遗传信息的复制、转录与翻译，核酸存储的信息修复与突变，基因表达调控和基因工程技术的发展和应用等。遗传信息传递的中心法则（centraldogma）是其理论体系的核心。B.蛋白质的分子生物学蛋白质的分子生物学研究执行各种生命功能的主要大分子──蛋白质的结构与功能。尽管人类对蛋白质的研究比对核酸研究的历史要长得多，但由于其研究难度较大，与核酸分子生物学相比发展较慢。近年来虽然在认识蛋白质的结构及其与功能关系方面取得了一些进展，但是对其基本规律的认识尚缺乏突破性的进展。4.分子生物学发展前景如何？21世纪是生命科学世纪，生物经济时代，分子生物学将取得突飞猛进的发展，结构基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、生物信息学、信号跨膜转导成为新的热门领域，将在农业、工业、医药卫生领域带来新的变革。5.社会意义：人类基因组计划与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划并称为人类科学史上的三大工程，具有重大科学意义、经济效益和社会效益。1）.极大地促进生命科学领域一系列基础研究的发展，阐明基因的结构与功能关系、生命的起源和进化、细胞发育、生产、分化的分子机理，疾病发生的机理等，为人类自身疾病的诊断和治疗提供依据，为医药产业带来翻天覆地的变化；2）.促进生命科学与信息科学、材料科学和与高新技术产业相结合，刺激相关学科与技术领域的发展，带动起一批新兴的高技术产业；3）.基因组研究中发展起来的技术、数据库及生物学资源，还将推动对农业、畜牧业（转基因动、植物）、能源、环境等相关产业的发展，改变人类社会生产、生活和环境的面貌，把人类带入更佳的生存状态。科学意义：1）.确定人类基因组中约5万个编码基因的序列基因在基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能2）.了解转录和剪接调控元件的结构和位置，从整个基因组结构的宏观水平上了解基因转录与转录后调节3）.从总体上了解染色体结构，了解各种不同序列在形成染色体结构、DNA复制、基因转录及表达调控中的影响与作用4）.研究空间结构对基因调节的作用5）.发现与DNA复制、重组等有关的序列6）.研究DNA突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，为疾病的诊断、预防和治疗提供理论依据7）.确定人类基因组中转座子，逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质8）.研究染色体和个体之间的多态性6．三大理论发现DNA是遗传物质DNA双螺旋结构中心法则三大技术发明限制性内切酶载体逆转录酶7.简述分子生物学的发展历程。答案：从1847年施旺和施莱登提出细胞学说——证明动植物是由细胞组成的，到今天人们对生物大分子——细胞的化学组成确有了深刻地认识。孟德尔的遗传规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识，而Morgan的基因学说则进一步将“性状”与“基因”相偶联，成为现代遗传学的奠基石。随着核酸化学研究的进展，Watson和Crick又提出了脱氧核糖核酸的双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。在蛋白质化学方面，继Sumner在1936年证实酶是蛋白质之后，Sanger利用纸电泳及层析技术于1953年首次阐明胰岛素的一级结构，开创了蛋白质序列分析的先河。而Kendrew和Perutz利用X射线衍射技术解析了肌红蛋白及血红蛋白的三维结构，论证了这些蛋白质在输送分子氧过程中的特殊作用，成为研究生物大分子空间立体构型的先驱。20世纪40年代被认为是分子生物学的孕育时期。1941年，曾在摩尔根实验室工作过的美国遗传学家比德尔同美国生物化学家塔特姆合作，把生物化学引进了遗传学，推导出“一个基因一种酶”的新概念（后来有所修改），40年代中期被普遍承认，从而建立了生物化学、遗传学。有两项研究成果促进了分子生物学的发展。一项是由德国移居美国的物理学家M.德尔布吕克和其同事们在1946年发现不同种的噬菌体在一定条件下能进行基因交换重组。另一项是，1946～1947年，美国微生物学家J.莱德伯格同E.L.塔特姆合作，以大肠杆菌为材料，也发现了基因分离和重组现象。这两项突破以及他们对噬菌体和大肠杆菌的一些基本研究，对分子生物学的发展起了十分重要的作用。1944年，美国细菌学家O.T.埃弗里发现DNA是不同种的肺炎双球菌之间的转化因子。第一次证明DNA携带着遗传信息。这一十分重要的成果却引起很大争论，一方面受传统思想的影响，很多人怀疑他所分离出的DNA不纯，可能还是混杂的蛋白质在起作用；但是这一成就无疑地也刺激了人们对DNA化学组成和晶体结构的研究。1953年4月25日在英国的《自然》杂志上刊登了美国的J.D.沃森和英国的F.H.C.克里克在英国剑桥大学合作的结果──DNA双螺旋结构的分子模型。这一成就后来被誉为20世纪以来生物学方面最伟大的发现，也被认为是分子生物学诞生的标志。50年代在蛋白质的结构分析方面也取得了重要成果。英国生物化学家F.桑格第一次分析出含有51个氨基酸的胰岛素的氨基酸顺序。这一成果对准确地研究蛋白质本身结构和功能之间的关系，以及蛋白质的人工合成和蛋白质的生物合成都是必要的基础。到1973年已有300多种蛋白质的氨基酸被分析清楚。1977年F.桑格又建立了DNA碱基顺序的分析方法并完成了分析φχ174噬菌体DNA的全部约5400个碱基的顺序，促进了基因调节控制的研究。至于蛋白质晶体结构分析，则建立在英国的布口刺格父子及他们的学生创立并发展的X射线晶体衍射技术的基础上。该实验室的M.F.佩鲁茨自30年代末开始，就系统地研究了血红蛋白的结构。1969年完成了全部64种密码的破译。至此，基因控制蛋白质合成之谜得到了初步解答。遗传密码的破译，被认为是分子遗传学发展史上最辉煌的成果之一。1961年法国细胞遗传学家F.雅各布和J.莫诺德共同合作，提出了乳糖操纵子理论，以后被证实为在原核细胞中基因控制的普遍方式。美国分子生物学家H.M.特明和D.巴尔的摩长期从事肿瘤病毒研究的基础上，于1970年分别独立地发现鸡肉瘤病毒和白血病病毒都是RNA病毒。在此基础上他们发现了依赖于RNA的DNA聚合酶即反转录酶。反转录酶能使RNA链上的遗传密码反转录给DNA。这一发现不仅对某些肿瘤的病因作了分子生物学的阐明，而且动摇了中心法则的不可逆性，成为中心法则的重要补充。真核细胞内的调控机制要复杂得多，也是当前生物学家重点探索的问题之一。在此基础之上，分子生物学发展的速度越来越快。8.二十一世纪生物学的新热点及领域是什么？答案：结构生物学是当前分子生物学中的一个重要前沿学科，它是在分子层次上从结构角度特别是从三维结构的角度来研究和阐明当前生物学中各个前沿领域的重要学科问题，是一个包括生物学、物理学、化学和计算数学等多学科交叉的，以结构（特别是三维结构）测定为手段，以结构与功能关系研究为内容，以阐明生物学功能机制为目的的前沿学科。这门学科的核心内容是蛋白质及其复合物、组装体和由此形成的细胞各类组分的三维结构、运动和相互作用，以及它们与正常生物学功能和异常病理现象的关系。分子发育生物学也是当前分子生物学中的一个重要前沿学科。人类基因组计划，被称为“21世纪生命科学的敲门砖”。“人类基因组计划”以及“后基因组计划”的全面展开将进入从分子水平阐明生命活动本质的辉煌时代。目前正迅速发展的生物信息学，被称为“21世纪生命科学迅速发展的推动力”。尤应指出，建立在生物信息基础上的生物工程制药产业，在21世纪将逐步成为最为重要的新兴产业；从单基因病和多基因病研究现状可以看出，这两种疾病的诊断和治疗在21世纪将取得不同程度的重大进展；遗传信息的进化将成为分子生物学的中心内容”的观点认为，随着人类基因组和许多模式生物基因组序列的测定，通过比较研究，人类将在基因组上读到生物进化的历史，使人类对生物进化的认识从表面深入到本质；研究发育生物学的时机已经成熟。在21世纪，遗传信息的进化研究成果，将成为解决发育问题的基础，发育问题这一难题可望获得突破性进展；在21世纪，生物技术产业化的趋势将不断加剧。基因工程技术、转基因技术和基因治疗技术等将对21世纪的产业结构产生深远的影响。当前，生命科学基础研究中最活跃的前沿主要包括：分子生物学、细胞生物学、神经生物学、生态学，并由这些活跃的前沿引伸出诸如：基因组学、蛋白质组学、人类基因组计划、后人类基因组计划、克隆羊、克隆鱼、“脑的十年”、生物的多样性等时髦的名词和热门话题。相应的应用研究或技术研究也正趋成熟并逐渐普及，如生物工程，即基因工程、蛋白质工程、发酵工程、酶工程、细胞工程、胚胎工程等。由于生命科学与人类生存、人们健康、社会发展密切相关，必将成为21世纪全球关注的领域。9.21世纪是生命科学的世纪。20世纪后叶分子生物学的突破性成就，使生命科学在自然科学中的位置起了革命性的变化。试阐述分子