《分子生物学》习题答案

《分子生物学》课后习题第1章绪论1.简述孟德尔、摩尔根和Waston等人对分子生物学发展的主要贡献。孟德尔是遗传学的奠基人，被誉为现代遗传学之父。他通过豌豆实验，发现了遗传学三大基本规律中的两个，分别为分离规律及自由组合规律。摩尔根发现了染色体的遗传机制，创立染色体遗传理论，是现代实验生物学奠基人。于1933年由于发现染色体在遗传中的作用，赢得了诺贝尔生理学或医学奖。Watson于1953年和克里克发现DNA双螺旋结构_（包括中心法则），获得诺贝尔生理学或医学奖，被誉为“DNA之父”。2.写出DNA、RNA、mRNA和siRNA的英文全名。DNA：deoxyribonucleicacid脱氧核糖核酸RNA：ribonucleicacid核糖核酸mRNA：messengerRNA信使RNAtRNA：transferRNA转运RNArRNA：ribosomalRNA核糖体RNAsiRNA：smallinterferingRNA干扰小RNA3.试述“有其父必有其子”的生物学本质。其生物学本质是基因遗传。子代的性状由基因决定，而基因由于遗传的作用，其基因的一半来自于父方，一般来自于母方。4.早期主要有哪些实验证实DNA是遗传物质？写出这些实验的主要步骤。1)肺炎链球菌转化实验：外表光滑的S型肺炎链球菌（有荚膜多糖→致病性）；外表粗糙R型肺炎链球菌（无荚膜多糖）。①活的S型→注射→实验小鼠→小鼠死亡②死的S型（经烧煮灭火）→注射→实验小鼠→小鼠存活③活的R型→注射→实验小鼠→小鼠存活④死的S型+活的R型→实验注射→小鼠死亡⑤分离被杀死的S型菌体的各种组分+活的R型菌体→注射→实验小鼠→小鼠死亡（内只有死的S型菌体的DNA转化R型菌体导致致病菌）*DNA是遗传物质的载体2)噬菌体侵染细菌实验①细菌培养基35S标记的氨基酸+无标记噬菌体→培养1-2代→子代噬菌体几乎不含带有35S标记的蛋白质②细菌培养基32N标记的核苷酸+无标记噬菌体→培养1-2代→子代噬菌体含有30%以上32N标记的核苷酸*噬菌体传代过程中发挥作用的可能是DNA而不是蛋白质。5.定义重组DNA技术。将不同的DNA片段（如某个基因或基因的一部分）按照人们的设计定向连接起来，然后在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。6.说出分子生物学的主要研究内容。DNA重组技术（基因工程）；基因表达调控研究；生物大分子的结构功能研究（结构分子生物学）；基因组、功能基因组与生物信息学研究第2章染色体与DNA1.染色体具备哪些作为遗传物质的特征？①分子结构相对稳定；②能够自我复制，使亲子代之间保持连续性；③能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程；④能够产生可遗传的变异。2.简述真核细胞内核小体的结构特点。核小体是染色质的基本结构单位，它是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和约200bp的DNA组成的。形成时八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，一个H1在核小体的外面组成真核细胞染色体的一种重复珠状结构。3.请列举3项实验证据来说明为什么染色质中DNA与蛋白质分子是相互作用的。①染色质DNA的Tm值比自由DNA高，说明在染色质中DNA极可能与蛋白质分子相互作用。②在染色质状态下，由DNA聚合酶和RNA聚合酶催化的DNA复制和转录活性大大低于在自由DNA中的反应。③DNA酶Ⅰ（DNaseⅠ）对染色质DNA的消化远远慢于对纯DNA的作用。④用小球菌核酸酶处理染色质以后进行电泳，便可以得到一系列片段，这些被保留的DNA片段均为200bp基本单位的倍数。4.简述组蛋白都有哪些类型的修饰，其功能分别是什么？①甲基化：发生在组蛋白的赖氨酸（单、双、三甲基化）和精氨酸残基（单、双甲基化）上，极大的增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性。②乙酰化：主要发生在核心组蛋白上，主要位点分布在H3、H4的N端比较保守的赖氨酸位置上。乙酰化/去乙酰化修饰影响染色质结构和基因活化，高乙酰化水平使转录活化，低乙酰化抑制转录。还参与DNA修复、拼接、复制，染色体的组装，以及细胞的信号转导，与某些疾病的形成密切相关。③泛素化：修饰位点为高度保守的赖氨酸残基，能招募核小体到染色体，参与X染色体的失活，影响组蛋白的甲基化和基因的转录。④ADP核糖基化5.简述DNA的一、二、三级结构。①DNA的一级结构即它的碱基序列，就是指4种核苷酸的连接及排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成；②DNA的二级结构是指两条多核苷酸反向平行盘绕所生成的双螺旋结构；③DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的更复杂的特定空间结构，包括超螺旋、线性双链中的纽结（kink）、多重螺旋等。6.原核生物DNA具有哪些不同于真核生物DNA的特征？①结构简练原核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有重叠基因重叠基因，即同一段DNA能携带两种不同蛋白质信息。主要有以下几种情况：Ⅰ一个基因完全在另一个基因里面；Ⅱ部分重叠；Ⅲ两个基因只有一个碱基对的重叠。7.DNA双螺旋结构模型是由谁提出的？简述其发现的主要实验依据及其在分子生物学发展中的重要意义。由Watson和Crick于1953年提出。实验依据：将大肠杆菌细胞培养在用15NH4Cl作为唯一氮源的培养液里养很长时间（14代），使得细胞内所有的氮原子都以15N的形式存在（包括DNA分子里的氮原子）。这时再加入大大过量的14NH4Cl和各种14N的核苷酸分子，细菌从此开始摄入14N，因此所有既存的“老”DNA分子部分都应该是15N标记的，而新生的DNA则应该是未标记的。接下来他们让细胞们继续生长，而自己则在在不同时间提取出DNA分子,利用CsCl密度梯度离心分离，而当细胞分裂了一次的时候只有一个DNA带，这就否定了所谓的全保留机理，因为根据全保留机理，DNA复制应该通过完全复制一个“老”DNA双链分子而生成一个全新的DNA双链分子，那么当一次复制结束，应该一半DNA分子是全新（双链都完全只含14N），另一半是“全老”（双链都完全只含15N）。这样一来应该在出现在离心管的不同位置，显示出两条黑带。通过与全14N和全15N的DNA标样在离心管中沉积的位置对比，一次复制（分裂）时的这根DNA带的密度应当介于两者之间，也就是相当于一根链是14N，另一根链是15N。而经历过大约两次复制后的DNA样品（generation＝1.9）在离心管中显示出强度相同的两条黑带，一条的密度和generation＝1时候的一样，另一条则等同于完全是14N的DNA。这样的结果跟半保留机理推测的结果完美吻合重要意义：该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是20世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。8.DNA以何种方式进行复制？如何保证DNA复制的准确性？半保留复制。DNA在复制的过程中碱基间的氢键首先断裂，双螺旋解旋并被分开，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。9.简述原核生物DNA的复制特点。①原核生物DNA复制叉的移动速率通常快于真核生物；②原核生物每条染色质上只有一个复制起始点，真核生物可以有多处；③快速生长的原核生物中复制起始点上可以连续开始新的DNA复制，表现为虽只有一个复制单元，但可有多个复制叉。而真核生物的染色体在全部完成复制之前，每个起始点上DNA的复制不能再开始。10.什么是DNA的Tm值？他受哪些因素的影响？Tm值即DNA的解链温度，指DNA在加热变性过程中吸光度达到最大值一半时的温度。其大小主要与下列因素相关：①DNA中的G+C的含量。G+C的含量越高，DNA的Tm值也越高。②溶液中的离子强度。在离子强度较低的介质中，DNA的Tm值较低而范围宽；在较高离子强度下，Tm值较高而范围窄。③DNA的均一性。均质DNA解链温度范围较小，异质DNA解链温度范围较宽。11.DNA复制时为什么前导链是连续复制，而后随链是以不连续的方式复制？并以大肠杆菌为例简述后随链复制的各个步骤。由于DNA双螺旋的两条链是反向平行的，因此在复制叉附近解开的DNA链一条是5’→3’方向，另一条是3’→5’方向，两个模板极性不同，而所有已知的DNA聚合酶的合成方向都是5’→3’，不是3’→5’。前导链DNA的合成以5’→3’方向，随着亲代双链DNA的解开而连续进行复制；后随链在合成的过程中，一段亲本DNA单链首先暴露出来，然后以与复制叉移动相反的方向按照5’→3’方向合成一系列的冈崎片段，然后再把它们连接成完整的后随链。大肠杆菌后随链的合成分段进行，形成中间产物冈崎片段，再通过共价连接成一条连续完整的新DNA链。分成4个步骤：①首先引物酶合成约10核苷酸大小的新引物。两个引物间的距离为1000~2000个核苷酸；②DNA聚合酶Ⅲ以5’→3’方向延伸该引物，直到遇见邻接引物的5’端。这个新合成的DNA片段就是冈崎片段；③DNA聚合酶Ⅰ具有5’→3’外切酶的活性，被用来去除引物；④DNA连接酶连接相邻的冈崎片段使之成为一条完整的子代链。12.真核生物DNA的复制在哪些水平上受到调控？①细胞生活周期水平调控也称为限制点调控，即决定细胞停留在G1期还是进入S期。②染色体水平调控决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期起始复制。③复制子水平调控决定复制的起始与否。13.细胞通过哪几种修复系统对DNA损伤进行修复？①错配修复，恢复错配；②碱基切除修复，切除突变的碱基序列；③核苷酸切除修复，切除突变的核苷酸序列；④重组修复，复制后的修复，重新启动停滞的复制叉；⑤DNA直接修复，修复嘧啶二聚体和甲基化的DNA；⑥SOS反应，DNA的修复，产生变异。14.什么是转座子？可分为哪些种类？转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和移位的基本单位。转座子可分为两大类：插入序列（IS因子）和复合型转座子。15.什么是SNP？SNP作为第三代遗传标记的优点是什么？SNP指基因组DNA序列中由于单个核苷酸（A、T、C和G）的突变而引起的多态性。①SNP数量多，分布广泛。据估计，人类30亿碱基中共有300万以上的SNPs；②SNP具有更高的遗传稳定性；③SNP具有代表性，更易于基因分型；④SNP适于快速、规模化筛查。。第3章生物信息的传递（上）--从DNA到RNA1.什么是编码链？什么是模板链？与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链；另一条根据碱基互补原则指导mRNA合成的DNA链称为模板链。2.简述RNA的种类及其生物学作用。mRNA：信使RNA，编码特定蛋白质序列；tRNA：转运RNA，特异性解读mRNA中的遗传信息、将其转化成相应氨基酸后加入多肽链中；rRNA：核糖体RNA，直接参与核糖体中蛋白质的合成。①作为细胞内蛋白质生物合成的主要参与者；②部分RNA可以作为核酶在细胞中催化一些重要的反应，主要作用于初始转录产物的剪接加工；③参与基因表达的调控，与生物的生长发育密切相关；④在某些病毒中，RNA是遗传物质。3.RNA的结构有哪些特点？①RNA含有核糖和嘧啶，通常是单链线性分子；②RNA链自身折叠形成局部双螺旋；③RNA可折叠形成复杂的三级结构。4.简述RNA转录的概念及其基本过程。RNA转录是以DNA中的一条单链为模板，游离碱基为原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。其基本过程为：模板识别-转录开始-转录延伸-转录终止5.请比较复制与转录的异同点。相同点：都以DNA为模板；遵循碱基互补配对原则；都在细胞核内进行。不同点：转录以DNA单链为模板而复制以双链为模板；转录用的无引物而复制以一段特异