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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流王镜岩生物化学第三版课后答案3.精品文档.第36章 RNA的生物合成和加工比较四类聚合酶性质和作用的异同（四类聚合酶是：DNA指导的DNA聚合酶，DNA指导的RNA聚合酶，RNA指导的RNA聚合酶，RNA指导的DNA聚合酶）答：DNA指导的DNA聚合酶是 以DNA为复制模板，从将DNA由5端点开始复制到3端的酶。DNA指导的DNA聚合酶的共同特点是：（1）需要提供合成模板；（2）不能起始新的DNA链，必须要有引物提供3OH；（3）合成的方向都是53（4）除聚合DNA外还有其它功能。所有原核和真核的DNA聚合酶都具有相同的合成活性，都可以在3O
2、H上加核苷酸使链延伸，其速率为1000 Nt/min。加什么核苷酸是根据和模板链上的碱基互补的原则而定的。 DNA指导的RNA聚合酶（RNA polymerase）:以一条DNA链或RNA为模板催化由核苷-5-三磷酸合成RNA的酶。RNA聚合酶（RNA polymerase）的作用是转录RNA。有的DNA指导的RNA聚合酶有比较复杂的亚基结构。RNA指导的RNA聚合酶或RNA复制酶是在某些RNA病毒中有以病毒RNA为模板催化RNA合成的酶。RNA复制酶催化的合成反应是以RNA为模板，由5向3方向进行RNA链的合成。RNA复制酶缺乏校对功能的内切酶活性，因此RNA复制的错误率较高，RNA复制酶只
3、是特异地对病毒的RNA起作用，而宿主细胞的RNA一般并不进行复制。RNA指导的DNA聚合酶是反转录酶，具有三种酶活性，即RNA指导的DNA聚合酶，RNA酶，DNA指导的DNA聚合酶。原核生物RNA聚合酶是如何找到启动子的？真核生物聚合酶与之相比有何异同？答：原核生物RNA聚合酶是在亚基引导下识别并结合到启动子上的。不同类型的亚基识别不同类型的启动子。真核生物RNA聚合酶自身不能识别和结合到启动子上，而需要在启动子上由转录因子和RNA聚合酶装配成活性转录复合物才能起始转录。何谓启动子？保守序列与共有序列的概念是否一样？Pribnow框与启动子之间是何关系？答：启动子是指RNA聚合酶识别、结合和开
4、始转录的一段DNA序列。保守序列与共有序列的概念的含意基本相同。保守序列间相似度高，但不一定相同，面共有序列是相同的，共有序列可理解为是一种特殊的保守序列。Pribnow框是启动子序列的一部分。真核生物三类启动子各有何特点？答：真核生物有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶I、II、III，分别转录rRNA、mRNA、tRNA和小分子RNA。与之对应，有三种类型的启动子。类型I：类启动子负责转录编码核糖体RNA的多顺反子转录本。脊椎动物RNA聚合酶I的启动子有两部分组成，包括转录起点附近的核心启动子(core promoter) ，和起点5上游100bp左右的上游控制元件(upstream cont
5、rol element,UCE)。核心启动子从-45到+20，负责转录的起始。UCE从-180延伸到-107，此区可增加核心元件的转录起始的效率。RNA Pol 需要2种辅助因子：UBF1（上游结合因子1）是一个单链多肽，它可以和核心区UCE的G.C丰富区结合。SL1因子， SL1含有4个蛋白，其中之一称TATA框结合蛋白（TBP）。SL1本身对这种启动子来说并非是特异的，但一旦UBF1和DNA结合了，那么SL1就可以协同结合在DNA上。当这两个因子都结合上了RNA聚合酶才能和核心启动子结合起始转录。类型II： RNA聚合酶的启动子RNA聚合酶的启动子有三个保守区：（1）、 TATA框（Hog
6、ness框）中心在-25至-30，长度7bp左右。碱基频率：T82 A97 A85 A63 （T37 ）A83 A50（T37 ）（全为A-T，少数含有一个G-C对）。此序列功能：使DNA双链解开，并决定转录的起点位置，失去TATA框，转录将可能在许多位点上开始。TATA框的改变或缺失，直接影响DNA与酶的结合程度，会使转录起始点偏移，因此，TATA是绝大多数真核基因正确表达所必需的。由于RNA聚合酶分子有相对固定的空间结构，同此框的结合位点和转录反应催化位点的距离，决定了起始位点的正确选择。启动子特定序列和酶的正确结构，这两者把酶置于一种正确的构象中，决定了识别的正确性和转录起始的正确性。（
7、2）、 CAAT框中心在-75处，9bp，共有序列GGT（G）CAATCT功能：与RNA聚合酶结合。（3）、 GC框在CAAT框上游，序列GGGCGG，与某些转录因子结合。CAAT和GC框均为上游序列，对转录的起始频率有较大影响。类型III ：是由不同的转录因子以不同的方法来识别的。5S RNA和tRNA都属于RNA 聚合酶启动子，但它们比较特殊，位于起始位点的下游的转录区内，因此也称为下游启动子（downstream promoter）或基因内启动子（intragenenic promoter）或称为内部控制区（internal control region ,ICR）。snRNA基因的启动
8、子和常见的启动子一样位于起始位点的上游，称为上游启动子（upstream type 0f promoter）。下游启动子又可分为1 型和2型。1型内部启动子含有两个分开的boxA（T G G C N N A G T G G）和boxC（C G G T C G A N N C C）序列。而型内部启动子含有两个分开的boxA和boxB。2型内部启动子中boxA和boxB之间的距离较宽。通常有功能的此类启动子中的两个box就不能紧紧连在一起。在1型内部启动子中（5SRNA基因启动子）TFA结合在C框上，使TFC结合在C框下游。在型内部启动子中TF C的结合使TF B依次结合在起始位点的近上游。TF
9、B结合在起始位点上并和TF C相连。RNA聚合酶的上游启动子有3个上游元件，这些元件仅在snRNA启动子中被发现，有的SnRNA是由RNA聚合酶转录，有的是由RNA聚合酶转录。这些上游元件在一定程度上和pol的启动子相似。TATA元件看来和特异的聚合酶结合上游启动子转录起始发生在起始点上游的一个很短的区域中，且含有TATA框。次近端序列元件（proximal sequence element,PSE）和八聚体（OCT）元件的存在大大增加了转录效率，结合在这些元件上的转录因子相互协同作用。TATA元件是供TBP识别的，TBP亚基本身识别DNA序列，其结合的其他蛋白有的可和RNA聚合酶结合，有的对
10、RNA聚合酶特异，这就可以解释为什么RNA聚合酶和这些启动子特异结合。TBP及其结合蛋白的功能是使RNA聚合酶正确地结合在起始位点上。何谓终止子和终止因子？依赖于 rho 的转录终止信号是如何传递给RNA聚合酶的？答：提供转录终止信号的一段 DNA 序列，叫终止子。协助 RNA 聚合酶识别终止子的蛋白质辅助因子，叫终止因子。Rho结合在新生成的RNA链上，借助消解NTP所获得的能量沿RNA链移动。RNA酶遇到终止子时发生暂停，使Rho得以追上酶，并与之相互作用，造成释放RNA。何谓时序调控？何为适应调控？分别对原核生物和真核生物的转录调控举例加以说明。答：在细胞的生长、发育和分化过程中，遗传信
11、息的表达可按一定的时间程序发生变化，而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调整，这就是时序调控和适应调控。例子1：真核 RNA 聚合酶不能单独识别、结合启动子，而是先由基本转录因子 TF D 组成成分 TBP 识别 TATA 盒或启动元件，并有 TF A 参与结合，形成 TF D- 启动子复合物；继而在 TG AF 等参与下， RNA 聚合酶与 TF D 、 TF B 聚合，形成一个功能性的前起始复合物。在几种基本转录因子中， TF D 是唯一具有位点特异的 DNA 结合能力的转录因子，在上述有序的组装过程起关键性指导作用。这样形成的前起始复合物尚不稳定，也不能有效启动 mRMA 转录。然后由结
12、合在增强子上的转录激活因子直接或间接与 TF D 结合，从而影响前起始复合物的形成、稳定性以及 RNA 聚合酶的活性。例子2：在没有乳糖存在时，乳糖操纵子处于阻遏状态。此时，基因列在P启动序列操纵下表达的乳糖阻遏蛋白与O序列结合，故阻断转录启动。阻遏蛋白的阻遏作用并非绝对，偶有阻遏蛋白与O序列解聚。因此，每个细胞中可能会有寥寥数分子半乳糖苷酶、透酶生成。当有乳糖存在时，乳糖操纵子即可被诱导。真正的诱导剂并非乳糖本身。乳糖经透酶催化、转运进入细胞，再经原先存在于细胞中的少数 -半乳糖苷酶催化，转变为别乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构型变化，导致阻遏蛋白与O序列解离、发生转录，使
13、-半乳糖苷酶分子增加 1000倍。简要说明原核生物和真核生物转录调控的主要特点。答：原核生物和真核生物转录调控的主要特点有：原核生物功能相关基因常组织在一起构成操纵子，作为基因表达和调节的单位，真核生物不组成操纵子，每个基因都有自己的基本启动子和调节单元，单独进行转录，相关基因间也可进行协同调节；原核生物只有少数种类的调节单元，真核生物调节单元众多，包括组成型元件、可诱导元件以及增强子等；无论是原核还是真核生物，其转录受反式调节因子所调节；真核生物的转录调节涉及到染色质改型，原核生物不存在染色质水平的调节。转录调节因子的结构有何特点？答：转录调节因子分类。转录因子，分为两类：基本转录因子是RN
14、A聚合酶结合启动子所必需的一组因子，为所有mRNA转录起动共有特异转录因子为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达，包括转录激活因子和抑制因子。所有转录因子至少包括两个结构域：DNA结合域和转录激活域；此外，很多转录因子还包含一个介导蛋白质-蛋白质相互作用的结构域，最常见的是二聚化结构域。DNA结合域通常由60100个氨基酸残基组成。最常见的DNA结合域结构形式是锌指结构和碱性螺旋。类似的碱性DNA结合域多见于碱性亮氨酸拉链和碱性螺旋-环-螺旋。转录激活域由30-100个氨基酸残基组成。根据氨基酸组成特点，转录激活域又有酸性激活域、谷氨酰胺富含区域及脯氨酸富含区域。介导二聚化的结
15、构域二聚化作用与亮氨酸拉链、螺旋-环-螺旋结构有关。比较启动子上游元件增强子和绝缘子的作用特点。答：增强子是远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关，可位于转录起始点的上游或下游。从功能上讲，没有增强子存在，启动子通常不能表现活性；没有启动子时，增强子也无法发挥作用。绝缘子是一种长约几十到几百个核苷酸对的调控序列，通常位于启动子同邻近基因的正调控元件(增强子)或负调控元件(沉默子)之间(图5-22)。绝缘子本身对基因的表达既没有正效应，也没有负效应，其作用只是不让其他调控元件对基因的活化效应或失活效应发生作用。什么是染
16、色质的结构域？它有哪些控制位点？答：染色质上具有特定结构和功能的区域，叫染色质的结构域。它有3种类型的控制位点：基因座控制区，绝源子，基质附着位点。目前有哪些重要的RNA合成抑制剂已在临床上用作抗癌药物抗病毒药物和治疗艾滋病的药物？其作用机制是什么？答：目前在临床上应用的RNA合成抑制剂可分为3类，一是嘌呤和嘧啶类似物，如6 巯基嘌呤、5 尿嘧啶等，它们可作为核苷酸代谢颉颃物而抑制核苷酸前体的合成；二是DNA模板功能的抑制物如烷化剂、放线菌素等，它们通过与DNA结合而改变DNA的功能；三是RNA酶抑制剂，如利福霉素、利链菌素等，它们与RNA酶结合并影响其功能。为什么RNA转录后加工比任何生物大
17、分子合成后的加工过程都更复杂？ 答：由于RNA，特别是真核生物的RNA分子在转录后必须在其头和尾部加上帽子和多聚尾巴结构；5，端往往有调控序列，基因往往是被内含子隔断的断裂基因，在转录后必须进行剪切、拼接和重编码。因此与其它生物大分子相比，其合成后的加工过程都更复杂。试述的snoRNA结构和作用。 答：核仁小RNA（snoRNA），是近来生物学研究的热点，由内含子编码。富含AT，有boxC和boxD结构元素。核仁小RNA有多种功能，反义snoRNA指导rRNA核糖甲基化。核仁小RNA与其它RNA的处理和修饰有关，如核糖体和剪接体核小RNA、gRNA等。核仁小RNA是一个与特性化的非编码RNA相
18、关的大家族。为什么真核生物要先转录内含子然后再将其切除？此题目本身值得商榷，理由如下：关于内含子的功能，有2种不同看法。一种见解认为，内含子是在进化中出现和消失的，内含子如果有功能，只不过是有利于物种的进化选择。例如细菌丢失了内含子， 可以使染色体变小和复制速度加快。真核生物保留内含子，则可以产生外显子移动，有利于真核生物在适应环境改变时能合成功能上有差异而结构上只有微小差异的蛋白质。另一些学者则力图证明内含子在基因表达中有调控功能。例如，现在已知道某些遗传性疾病，其变异是发生在内含子而不在外显子。有些内含子在调控基因表达的过程中起作用，有些内含子还能为酶编码。为了更精细地研究内含子，现在对内
19、含子的分类有两种方法。1按基因的类型分为四类第I类内含子：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因。第类内含子：也发现于线粒体、叶绿体，但转录产物是mRNA。I、类内含子中，已发现相当一部分是属于自身剪接的内含子，由RNA分子起酶的作用而催化剪接（见下述）。第类内含子：是常见的形成套索结构后剪接的内含子，大多数mRNA的基因有此类内含子。第类内含子：是tRNA的基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。2从中断基因线性表达的方式，有人又把内含子分为翻译前、翻译绕过、翻译后删除三种：翻译前删除内含子：就是上述典型的、常见的内含子，在RNA加工中被除去；翻译绕过式内含子
20、：这些内含子不被剪接删除，但一般不翻译。在特定条件下却可翻译出有调控功能的、在原有外显子插入了一段氨基酸序列的蛋白质；翻译后删除内含子：这是把蛋白质翻译后加工也算人内含子的概念中来。例如图117胰岛素的C肽是不存在于有活性的胰岛素分子上的，如按这一定义，C基因也可认为是内含子。类似的翻译后加工情况，在真核生物是很常见的。RNA拼接可分为哪几种类型？其作用特点是什么？答：RNA拼接的类型有：（1）类型自我拼接。特点是只要1价、2价阳离子和鸟苷存在即可自行发生，无需供给能量和酶的催化。（2）类型自我拼接。特点是能自我拼接，但不需要鸟苷。（3）核mRNA拼接体的拼接。特点是由内含子自我催化完成。（4
21、）核tRNA的酶促拼接。特点是需要内切酶和连接酶等，需要消耗能量。RNA拼接和编辑对真核生物的进化有何作用？答：RNA拼接和编辑是在生物进化历史是形成的，RNA拼接和编辑可消除移码突变等基因突变的危害，增加了基因产物的多样性，还可能使基因产物获得新的结构和功能，有利于生物进化。校正tRNA可以消除错义 、无义和移码突变带来的危害，但它是否会将正确的密码子翻译错误？答：对基因或密码子反密码子上发生某种突变，能以代偿或校正原有突变所产生的不良后果的tRNA称为校正tRNA，这种tRNA上反密码子的突变称为校正突变。校正突变可为二类:一是发生在同一基因内，但不在该基因的同一部位，称为基因内突变校正(
22、Intragenic suppression);二是发生在另一基因内，称为基因间突变校正(Intergenic suppression)。在某些情况下，校正tRNA可能会将正确的密码子翻译错误。简要说明RNA功能的多样性。答：RNA在遗传信息的翻译中起着决定作用；RNA具有重要的催化功能和其它持家功能；RNA转录后加工和修饰依赖于各类小RNA和其蛋白质复合物；RNA对基因表达和细胞功能有重要的调节作用；RNA在生物进化中起重要的作用。RNA复制酶如何调节病毒RNA复制与翻译 、正链与负链合成的关系？答：又称RNA指导的RNA聚合酶，为以RNA为模板合成RNA的酶，存在于某些RNA病毒中，其底物
23、和作用方式均与DNA指导的RNA聚合酶相似。RNA聚合酶通常由多个亚基组成，有复杂的高级结构。RNA聚合酶是通过其高级结构的变化来调节病毒RNA复制与翻译 、正链与负链合成的。逆转录病毒前病毒的长末端重复是如何形成的？它有何意义？答：逆转录病毒前病毒的长末端重复是在逆转录过程中，负链DNA重复合成U/3 R/ - U5形成的。 这些长末端重复可帮助转录病毒以类似转座的方式整合进宿主DNA中。21.为什么逆转座子只存在于真核生物中?它有何生物学意义？答：在转座过程中需要以RNA为中间体，经逆转录再分散到基因组中的转座子，叫逆转座子。由于只有真核生物能完全满足逆转座子存在的条件（逆转录酶、整合酶，
24、重复序列等），所以逆转座子只存在于真核生物中。逆转座子的生物学意义：影响所在位点或邻近基因的活性；成为基因组的不稳定因素，促进基因重组；促进生物进化。第37章 遗传密码DNA分子的哪些性质使其适宜作为遗传信息的携带物质？答：DNA是由4种脱氧核苷酸残基按一定顺序彼此用3，5-磷酸二酯键相连构成的长链。大多数DNA含有两条这样的长链，按腺膘呤与胸腺嘧啶配对、鸟膘呤与胞嘧啶配对的原则形成彼此互补的双中螺旋结构，因此，可以其中的任一条链为模版，复制出跟亲代一样的子代DNA链，将遗传信息传递给下一代；组成DNA的4种脱氧核苷酸，每3个组，可组成64个密码子，足以编码存在于生物中的氨基酸；另外，相较于R
25、NA等其它生物大分子，DNA的理化性质比较稳定。DNA分子的这些性质使其适宜作为遗传信息的携带物质。RNA的主要功能是什么？RNA转录后的一系列加工有何生物意义？答：RNA的主要功能是通过转录和翻译，将生物贮藏在DNA中的遗传信息传递给蛋白质，从而实现遗传信息的生物学功能。RNA转录后的一系列加工可使RNA转录后的初产物变成成熟的、有功能的RNA，有些加工还可改变RNA携带的遗传信息。Crick等如何证明遗传密码的基本单位是核苷酸三联体？答：Crick等研究T4噬菌体 位点 A和B 两个顺反子变异的影响， 这两个基因与噬菌体能否感染大肠杆菌菌株有关。 吖啶类染料是扁平的杂环分子，可插入DNA两
26、碱基对之间而引起DNA插入或丢失核苷酸。 该位点缺失一个核苷酸或插入一个核苷酸的突变体 缺失两个 或 插入两个核苷酸的突变体重组得到的重组体是严重缺陷性的，不能感染大肠杆菌菌株，该位点缺失三个核苷酸或插入三个核苷酸的突变体能表现正常的功能，但该位点缺失四个核苷酸或插入四个核苷酸的突变体却是严重缺陷性的。据此，Crick等证明遗传密码的基本单位是核苷酸三联体。如何理解基因与蛋白质的共线性？RNA的拼接 、剪辑与再编码对共线性概念有何影响？答：根据“中心法则”，基因中DNA的组成顺序决定了转录后RNA的组成顺序，RNA的组成顺序决定了翻译成的蛋白质的组成顺序，这就是基因与蛋白质的共线性关系。RNA
27、的拼接 、剪辑与再编码可能会改变基因携带的遗传信息的表达，产生新的遗传信息，纠正译码环节的一些错误，是对基因与蛋白质的共线性关系的发展和补充。遗传密码是如何破译的？ 答：第一个用实验给遗传密码以确切解答的是德国出生的美国生物化学家尼伦贝格（M.W.Nirenberg，1927）。1961年他和另一位德国科学家马太（Heinrich Matthaei）在美国国家卫生研究院的实验室内发现了苯丙氨酸的密码是RNA上的尿嘧啶（UUU）。他们在用大肠杆菌的无细胞提取液研究蛋白质的生物合成问题时发现：当向这个提取液中加进核酸，则合成了蛋白质；当用由单一的尿嘧啶组成的核酸长链加进这个提取液中，则产生了由单一
28、苯丙氨酸组成的多肽长链。这个结果立即震动了科学界。但是测定其他氨基酸的密码需要各种各样的碱基组合，而当时这种组合并不是很容易得到的，它需要一种多核苷酸磷酸化酶。美国另一位西班牙血统的生物化学家奥乔亚（Ochoa，Severo，1905）于1955年发现了多核苷酸磷酸化酶（PNP酶）帮助了尼伦贝格合成了同聚核苷酸多聚U（PolyU）（奥乔亚因发现此酶而获得1959年诺贝尔生理学或医学奖）。当他将多聚U作为模板加入到无细胞体系中时，那就是只有加有标记苯丙氨酸所产生的那一试管蛋白质沉淀具有放射性。而加其他标记氨基酸的各管则均无放射性进入沉淀。于是，第一个密码便被破译出来，即UUU是苯丙氨酸的密码子。
29、用同样的方式以其他多聚核苷酸作为模板，又测出CCC是脯氨酸的密码子，AAA是赖氨酸的密码子。多聚G的氨基酸密码子当时用此法测定时遇到困难，未能测出。在取得第一阶段突破性成果之后，尼伦贝格用混合的核苷酸制备人工合成的mRNA模板，分别测试其作用。用2种或3种不同的核苷酸制备mRNA模板时，PNP酶合成的产物都是杂聚物，其中核苷酸的顺序是随机的，无法预测。但各种三联体出现的相对几率则是可以推算出来的。在测定了各种标记氨基酸参入蛋白质的量之后，将其相对参入量和三联体出现的几率加以比较，即可知道每种三联体相对应的是那一种氨基酸。此法的应用有局限性，密码子中不同核苷酸的比例固然可以推测出来，但是它们的排
30、序却不能确定；尽管如此编码的范围还是大大缩小了。后来又发现有些密码子具有重复性，即一种氨基酸可以有多种密码子，但是每一种密码子只编码一种氨基酸。为了搞清密码子中核苷酸顺序，尼伦贝格巧妙地设计了第三阶段的实验。他采用的是核糖体结合法新技术，并加入的模板一律改为具有一定顺序的单个三联体。实验仍在无细胞体系中进行。他们的小组合成了全部64种单个的、顺序固定的三联体密码。实验结果能使50种密码子所对应的氨基酸能确定下来。实验中发现，有三个密码子并不编码任何氨基酸，后来知道它们是终止信号。还知道甲硫氨酸的密码子可兼作起始信号。完整的密码子表，到1963年由与尼伦贝格共获1968年诺贝尔生理学或医学奖的霍
31、拉纳（Khorana，Har Gobind，1922）利用其他技术加以确定的。何谓密码的简并行和变偶性？二者有何关系？答：同一种氨基酸有两个或多个密码子的现象，叫密码的简并性。tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对时，密码子第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定的变动，这种现象，叫变偶性。变偶性可理解为是对密码的简并性的一种修正。为什么只要32种tRNA就能识别通用遗传密码中61个编码氨基酸的密码子？而在线粒体中只要22种tRNA就能识别全部氨基酸的密码子？答：由于密码子变偶性的存在，只要32种tRNA就能识别通用遗传密码中61个编码氨基酸的密码子。在线粒体中只要22种tRNA
32、就能识别全部氨基酸的密码子，这是由于密码的通用性和变异性造成的。何谓密码的通用性和变异性？试分析线粒体遗传密码的特点。答：密码的通用性是指不同的生物密码子基本相同，即共用一套密码子。密码的变异性是指线粒体DNA(mtDNA),还有原核生物支原体等少数生物基因密码有一定变异。哺乳动物mtDNA的遗传密码与通用遗传密码有以下区别：UGA不是终止信号，而是色氨酸的密码；多肽内部的甲硫氨酸由AUG和AUA两个密码子编码，起始甲硫氨酸由AUG，AUA，AUU和AUC四个密码子编码；AGA，AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，线粒体密码系统中有4个终止密码子（UAA，UAG，AGA，AGG）；有4组
33、密码子其氨基酸特异性只决定于三联体的前两位碱基，它们由一种tRNA即可识别；线粒体密码子特殊的变偶规则使它只要22种tRNA就可识别全部的氨基酸。为什么遗传密码的编排具有防错的效果？答：在遗传密码表中，氨基酸的极性通常由密码子的第二位碱基决定，简并性由第三位碱基决定。这种分相使得密码子中一个碱基被更换，其结果或是仍然编码欺上相同的氨基酸，或是以理化性质最接近的氨基酸取代。从而将基因突变的危害降至最低程度，即这样的编排有一定的防错效果。举例说明遗传密码的翻译受上下文的影响。答：在有些情况下，密码子的含义可随上下文的不同而改变。如在大肠杆菌中，有时缬氨酸密码子GUG和亮氨酸密码子UUC也可被用作起
34、始密码子，当其位于特殊mRNA翻译的起始位置时，可被起始tRNA所识别。第38章 蛋白质合成及转运mRNA的概念是如何形成的？如何证实的？答：（一）信使RNA概念的提出信使RNA(messenger RNA, mRNA)的发现在分子生物学的发展中是一重大事件。由于其在细胞总RNA中所占比例很小，很难把它分离出来。mRNA的概念首先是从理论上提出来的，然后再用实验得到证实。F. Jacob和J. Monod早在1961年就提出mRNA的概念。他们认为，既然蛋白质是在胞质中合成的，而编码蛋白质的信息载体DNA却在胞核内，那么必定有一种中间物质用来传递DNA上的信息。他们在研究大肠杆菌中与乳糖代谢有
35、关酶类的生物合成时发现，诱导物如异丙基硫代半乳糖苷(-isopropylthiogalaotoside， IPTG)的加入，可以立刻使酶蛋白的合成速度增加上千倍。而诱导物一旦消失，又可使酶蛋白的合成立刻停止。这个实验结果给人的启示是：蛋白质合成的模板是一种不稳定的物质，其半衰期很短。他们对这种信使物质的性质作了如下的预言：a信使是一种多核苷酸；b信使的碱基组成应与相应的DNA的碱基组成相一致；c信使的长度应是不同的，因为由它们所编码的多肽链的长度是不同的；d在多肽合成时信使应与核糖体作短暂的结合；e.信使的半衰期很短，所以信使的合成速度应该是很快的。所以，这样的信使可能是一种RNA。但是当时已
36、发现的两种RNA（rRNA、tRNA）都不具备这些特性。各种生物的核糖体RNA的大小差异不大，碱基组成的变化也不大。tRNA除了有与rRNA相同的问题以外，它们的分子也太小。所以这两种RNA都不能胜任信使的功能。可喜的是当时已有人提出过，细胞内有可能存在第三种RNA。在被噬菌体T2感染后的大肠杆菌中，有人发现有一种新的RNA，它的代谢速度极快，分子大小也参差不齐，碱基组成又与T2DNA相一致。这些特征都符合信使分子的要求。(二)信使RNA的实验证明 信使RNA的概念提出后，还必须要用实验来证明这种概念是否正确。为此，S.Brenner，F. Jacob和M. Monocl等人设计了一组实验。用
37、噬菌体T2感染大肠杆菌后，发现几乎所有在细胞内合成的蛋白质都不再是细胞本身的蛋白质，而是噬菌体所编码的蛋白质；这些蛋白质的合成速度与细胞总RNA的合成速度无关；T2感染后不久，细胞中出现了少量半衰期很短的RNA，它们的碱基组成与DNA是一致的。上述这些特性都与他们预言的信使分子特性十分符合。那么噬菌体的感染又是怎样将细胞内蛋白质合成的方向改变了呢?当时曾提出了两种假设。一种认为T2的感染引起了一类新的核糖体的合成，不同的核糖体控制不同的蛋白质的合成；另一种假设认为核糖体并不具有这种特异性，它的功能只不过是从mRNA接受遗传信息而已。Brenner，Jacob，Meselson等人支持后一种看法
38、。于是他们又设计了一组实验来解决这个问题。他们将大肠杆菌接种在含有重标记(15N和13C)的培养基上，再用T2感染。感染后立刻将细菌转移到含有轻同位素(14N和12 C)的培养基上。再将T2感染前与感染后的细菌破碎，分离出核糖体，用密度梯度超离心技术将带有重同位素的核糖体与带有轻同位素的核糖体分开。他们还用32P或用14C-尿苷去标记RNA，并用35S-甲硫氨酸去标记新合成的蛋白质。这些实验表明：aT2感染后并无轻标记核糖体出现，说明在T2感染后并未引起新核糖体的合成。bT2感染后，诱发了新的RNA的合成。大多数放射性标记的RNA出现在重标记核糖体中。这种新合成的RNA代谢速度极快。c35S标
39、记的蛋白质只暂时出现在重标记核糖体中，说明新合成的蛋白质是在早就存在的核糖体中合成的。以后，S. spiegelman又用分子杂交技术证明：经T2感染后的新合成的RNA可以与T2DNA相杂交，但细胞内的其他RNA则不能与T2DNA杂交。核糖体的基本结构与功能有哪些？答：核糖体有的游离在胞质中,称为游离核糖体(free ribosome)。 有的附着在内质网表面,参与构成RER,称为固着核糖体或膜旁核糖体（fixed Ribosome）。无论哪种核糖体,在执行功能时,即进行蛋白质合成时,常3-5个或几十个甚至更多聚集并与mRNA结合在一起,由mRNA分子与小亚基凹沟处结合,再与大亚基结合,形成一
40、串,称为多聚核糖体(游离多聚核糖体及固着多聚核糖体),Polyribosome或Polysome。核糖体是由大、小二个亚基组成的不规则颗粒。大亚基侧面观是低面向上的倒圆锥形,底面不是平的,边缘有三个突起,中央为一凹陷,似沙发的靠背和扶手。 小亚基是略带弧形的长条,一面稍凹陷,一面稍外突,约1/3处有一细缢痕,将其分成大小两个不等部份。 小亚基趴在大亚基上,似沙发上趴了一只小猴。大小亚基凹陷部位彼此对应相结合,就形成了一个内部空间。此部位可容纳mRNA、tRNA及进行氨基酸结合等反应。 此外,在大亚基内有一垂直的通道为中央管,所合成的多肽链由此排放,以免受蛋白酶的分解。 一般真核细胞中,106-
41、107个/细胞,原核细胞中15-18 103个/细胞,蛋白质合成旺盛的细胞可达11012个/细胞。核糖体是蛋白质合成的场所。单个核糖体上存在四个活性部位,在蛋白质合成中各有专一的识别作用：A部位，氨基酸部位或受位:主要在大亚基上,是接受氨酰基-tRNA的部位；P部位，肽基部位或供位:主要在小亚基上,是释放tRNA的部位；肽基转移酶部位(肽合成酶),简称T因子，位于大亚基上,催化氨基酸间形成肽键,使肽链延长；GTP酶部位，即转位酶,简称G因子,对GTP具有活性,催化肽键从供体部位受体部位。 另外,核糖体上还有许多与起始因子、延长因子、释放因子以及各种酶相结合的位点。假定以下列mRNA片断为模板，
42、合成的多肽有何氨基酸序列: 5GGUUUCAUGGACGAAUAAGUGAUAAUAU3答：根据不同的阅读框，该mRNA片断合成的多肽氨基酸序列有: 1 GGU UUC AUG GAC GAA UAA GUG AUA AUA 271 Gly Phe Met Asp Glu End Val Ile Ile 2 GUU UCA UGG ACG AAU AAG UGA UAA UAU 281 Val Ser Trp Thr Asn Lys End End Tyr 3 UUU CAU GGA CGA AUA AGU GAU AAU 260 Phe His Gly Arg Ile Ser Asp Asn
43、 7按下列单链： 5TCGTCGACGATGATCATCGGCTACTCG3试写出 DNA复制时，另一种单链的序列； 转录成的mRNA序列；合成的多肽序列。答： DNA复制时，另一种单链的序列：CGAGTAGCCGATGATCATCGTCGACGA 转录成的mRNA序列：UCGUCGACGAUGAUCAUCGGCUACUCG合成的多肽序列：1 UCG UCG ACG AUG AUC AUC GGC UAC UCG 271 S S T M I I G Y S 若按第2阅读框翻译，中间有终止密码子，故不可能按这种方式合成多肽。3 GUC GAC GAU GAU CAU CGG CUA CUC 26
44、0 V D D D H R L L 7试设想一下，在转译过程中，在哪些环节上保证了所合成的多肽的正确无误？答：转译又称“翻译”。即以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。转译的过程是：细胞核中DNA的某一区段转录出来的mRNA从核孔穿出来进入细胞质中，与核糖体结合起来进行蛋白质的合成。在转译过程中，在这些环节上保证了所合成的多肽的正确无误：每一氨酰-tRNA合成酶识别一个特定的氨基酸和与此氨基酸对应的tRNA；氨酰-tRNA合成酶纠正酰化的错误；起始tRNA 识别翻译的起始点；tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对，确保合成氨基酸顺序的正确性。氨酰-tRNA合成酶有何功
45、能？答：氨酰-tRNA合成酶的功能是将正确的氨基酸装载到相应的tRNA分子上。tRNA有何功能？答：在蛋白质生物合成过程中，tRNA主要起转运氨基酸的作用。嘌呤霉素如何抑制蛋白质合成？答：嘌呤霉素(puromycin;PM ) 是一种蛋白质合成抑制剂,它具有与tRNA分子末端类似的结构, 能够同氨基酸结合，代替氨酰化的tRNA同核糖体的A位点结合，并掺入到生长的肽链中。虽然嘌呤霉素能够同A位点结合,但是不能参与随后的任何反应, 因而导致蛋白质合成的终止并释放出C-末端含有嘌呤霉素的不成熟的多肽。在蛋白质定向输送时，多肽本身有何作用？答：在蛋白质定向输送时，每一需要运输的多肽都含有一段氨基酸序列
46、，称为信号肽序列，引导多肽至不同的转动系统。蛋白质的糖基化如何完成？答：蛋白质的糖基化是使多肽链变成糖蛋白。糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：a，O-连接的糖基化（O-linked glycosylation）：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行O-连接的糖基化。B，N-连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。内质网上进行的为N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖(nucleotide sugar)，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被
47、糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（dolichol phosphate）分子上，装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上。高尔基体的功能是什么？答：高尔基体普遍存在于植物细胞和动物细胞中，细胞中的高尔基体与细胞分泌物形成有关，高尔基体本身没有合成蛋白质的功能，但可以对蛋白质进行加工和转运，因此有人把它比喻成蛋白质的 加工厂。植物细胞分裂是，高尔基体与细胞壁的形成有关。第39章 细胞代谢与基因表达调控构成生命活动基础的物质代谢、能量代谢和信息代谢三者之间有何关系？答：细胞代谢是一切生命活动的基础。细胞代谢包括物质代谢、能量代谢和信息代谢三个方面。任何物质变化总有能量变化，而能量变化又总伴随着它们组成成分相对无序和有序的变更。信息可以作为系统组织程度的量度，信息就是负熵。活细胞不断与环境交换物质，摄取能量，输入负熵，从而得以构建和维持其复杂的组织结构，一旦这种关系破坏，细胞就解体了。哪些化合物可以认为是联系糖、脂类、蛋白质和核酸代谢的重要环节？为什么？答：葡萄糖-6-磷酸、丙酮酸和乙酰辅酶A是联系糖