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1、分子生物学复习思考题 (2004.10.)1 写出分子生物学广义的与狭义的定义，现代分子生物学研究的主要内容，以及5个分子生物学发展的主要大事纪（年代、发明者、简要内容）。广义上:分子生物学包括对蛋白质和核酸等生物大分子结构与功能的研究、以及从分子水平上阐明生命的现象和生物学规律。 狭义概念:既将分子生物学的范畴偏重于核酸（基因）的分子生物学，主要研究基因或DNA结构与功能、复制、转录、表达和调节控制等过程。其中也涉及到与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。现代分子生物学研究的主要内容有：基因与基因组的结构与功能，DNA的复制、转录和翻译，基因表达调控的研究，DNA重组技术，结构分子生
2、物学等。5个分子生物学发展的主要大事纪（年代、发明者、简要内容）:1. 1944年,著名微生物学家Avery 等人在对肺炎双球菌的转化实验中证实了DNA是生物的遗传物质。这一重大发现打破了长期以来，许多生物学家认为的只有象蛋白质那样的大分子才能作为细胞遗传物质的观点，在遗传学上树立了DNA是遗传信息载体的理论。2. 2.1953年，是开创生命科学新时代具有里程碑意义的一年，Watson和Crick发表了“脱氧核糖核酸的结构”的著名论文，他们在Franklin和Wilkins X-射线衍射研究结果的基础上，推导出DNA双螺旋结构模型，为人类充分揭示遗传信息的传递规律奠定了坚实的理论基础。同年，S
3、anger历经8年，完成了第一个蛋白质胰岛素的氨基酸全序列分析。3. 1954年Gamnow从理论上研究了遗传密码的编码规律, Crick在前人研究工作基础上，提出了中心法则理论，对正在兴起的分子生物学研究起了重要的推动作用。4. 1956年Volkin和Astrachan发现了mRNA(当时尚未用此名)。5. 1985年,Saiki等发明了聚合酶链式反应(PCR)；Sinsheimer首先提出人类基因组图谱制作计划设想；Smith等报导了DNA测序中应用荧光标记取代同位素标记的方法；Miller等发现DNA结合蛋白的锌指结构。2. 作为主要遗传物质的DNA具有哪些特性，研究DNA一级结构有什
4、么重要意义，什么是DNA的超螺旋结构？有哪些类型？解释DNA拓扑异构体，它们之间互变异构依赖于什么？简述真核生物的染色体结构，它们是如何组装的？有几种组蛋白参与核小体的形成？作为遗传物质的DNA具有以下特性： 贮存并表达遗传信息； 能把遗传信息传递给子代； 物理和化学性质稳定； 有遗传变异的能力。研究DNA以及结构的意义是：DNA一级结构决定了二级结构，折叠成空间结构。这些高级结构又决定和影响着一级结构的信息功能。研究DNA的一级结构对阐明遗传物质结构、功能以及它的表达、调控都是极其重要的。如果使这种正常的DNA分子额外地多转几圈或少转几圈，就会使双螺旋中存在张力。当双螺旋分子末端开放时，这种
5、张力可通过链的转动而释放，DNA恢复正常的双螺旋状态。如果固定DNA分子的两端，或者本身是共价闭合环状DNA或与蛋白质结合的DNA分子，DNA分子两条链不能自由转动，额外的张力不能释放，DNA分子就会发生扭曲，用以抵消张力。这种扭曲称为超螺旋。超螺旋有正超螺旋和负超螺旋两种形式。拓扑学是数学的一个分支，研究物体变形后仍然保留下来的结构特性。他们之间互变异构依赖于拓扑异构酶的催化。真核生物的染色体十分复杂，具有不同层次的组装结构，染色质分为常染色质和异染色质两种。在常染色质中DNA的压缩比为1 0002 000，相对比较伸展，主要为单拷贝基因和中等重复序列。异染色质是指在间期核中DNA折叠压缩程
6、度较高，以凝集状态存在，对碱性染料着色较深的区域。在着丝粒、端粒、次缢痕以及染色体的某些节段，由较短和高度重复的DNA序列组成永久性的异染色质。另一些染色质区域随细胞分化而进一步折叠压缩，以封闭基因活性，称为功能性异染色质。染色质的基本结构单位是核小体(nucleosome)。核小体是由组蛋白核心和盘绕其上的DNA构成。核心由组蛋白H2A、H2B、H3和H4各2分子组成，所以是一个八聚体。3. 核酸变性后分子结构和性质发生了哪些变化，引起DNA变性的主要因素有哪些？l 检测核酸变性最简单的定性和定量方法是什么？ 写出DNA复性的条件l 影响DNA复性速度的因素包括哪些？l 规定复性实验的标准条
7、件是什么？DNA复性程度怎样检测？l DNA的Tm值一般与什么因素有关，什么是Cot曲线？l 核酸的分子杂交一般有几种类型？它们分别用于检测哪些物质？DNA变性后原来隐藏在双螺旋内部的发色基团，成为单链而暴露出来，使DNA的物理和化学性质发生一系列的变化。这些变化包括：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；紫外吸收光谱升高；双折射现象消失，比旋下降；酸碱滴定曲线改变；生物活性丧失等。引起DNA变性的主要因素有：温度、pH值、有机溶剂等。紫外吸收光谱的变化是检测变性最简单的定性和定量方法。DNA的复性必须满足二个条件：一定的离子强度，用以削弱两条链中磷酸基团之间的排斥力
8、。较高的温度，用以避免随机形成的无规则氢键。影响DNA复性速度的因素包括：（1）DNA分子的复杂程度。（2）DNA的浓度。（3）DNA片段的大小。（4）温度的影响。（5）阳离子的浓度。规定复性实验的标准条件是：400核苷酸长度，Tm = 25的温度，阳离子强度0.18mol/L，此时的复性速度常数5105。通过下列3种方法可以测定DNA序列复性的程度：（1）S1核酸酶水解的双链DNA量。（2）减色效应，在复性过程中可跟踪测定A260的光吸收值；（3）S1核酸酶只催化单链DNA的水解，不能作用于双链DNA，因此将样品限定水解后测定抗羟基磷灰石层析，羟基磷灰石是一种磷酸钙盐，经过一定的处理后，具有
9、吸附双链DNA的能力，洗脱时，只允许单链通过，从而可以计算出剩余双链DNA的量。DNA的Tm值大小一般与下列因素有关：（1）DNA的均一性。(2)G-C对含量。(3)介质中离子强度。以C/C0对COt作图得到的复性对浓度的依赖关系的曲线称为Cot曲线。分子杂交有多种类型，将不同来源的DNA变性后，在溶液里进行杂交，称为溶液杂交（solution hybridization）；用硝酸纤维素制成的滤膜，可以吸附单链DNA或RNA，将变性DNA或RNA吸附到滤膜上，再进行杂交，称为滤膜杂交（filter hybridization）。滤膜杂交包括（1）Southern印迹法用于检测DNA。（2）No
10、rthern印迹法用于检测RNA。（3）Westhern印迹法用于检测蛋白质。4. 简述基因的概念？什么是反向生物学？什么是顺反子？现代分子生物学中顺反子与基因是什么关系？ 基因（gene）是原核、真核生物以及病毒的DNA和RNA分子中具有遗传效应的核苷酸序列是遗传的基本单位。反向生物学是指利用重组DNA技术和离体定向诱变的方法研究已知结构的基因相应的功能，在体外使基因突变，再导入体内，检测突变的遗传效应，即以表型来探索基因的结构。一个顺反子就是一段核苷酸序列，能编码一条完整的多肽链。现代分子生物学文献中，顺反子和基因这两个术语是互相通用的。一般而言，一个顺反子就是一个基因，大约1500个核苷
11、酸。它是由一群突变单位和重组单位组成的线性结构（因为任何一个基因都是突变体或重组体）。因此，顺反子的概念表明了基因不是最小单位，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区段才是基因的编码区。5. 名词解释：断裂基因、外显子、内含子、C值、C值矛盾、基因家族、基因簇、卫星DNA、ORF、微卫星DNA、反向重复序列、正链/负链RNA病毒、重叠基因、端粒酶、假基因、Alu家族、基因组学。断裂基因：在真核生物基因组中，基因是不连续的，在基因的编码区域内部含有大量的不编码序列，从而打断了对应于蛋白质的氨基酸序列。这种不连续的基因又称断裂基因或割裂基因。外显子：断裂基因中
12、编码的序列称为外显子(exon)，即基因中对应于信使RNA序列的区域。内含子：断裂基因中不编码的间隔序列称为内含子(intron)，内含子是在信使RNA被转录后的剪接加工中去除的区域。C值：生物种的一个特征是一个单倍体基因组的全部DNA含量总是相对恒定的。通常称为该物种的C值。C值矛盾：C-值矛盾（C Value Paradox）是指真核生物中DNA含量的反常现象。主要表现为： C值不随生物的进化程度和复杂性而增加； 关系密切的生物C值相差甚大； 高等真核生物具有比用于遗传高得多的C值。基因家族：基因家族(gene family)是真核生物基因组中来源相同，结构相似，功能相关的一组基因。基因簇
13、：基因簇(gene cluster)是指基因家族中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。卫星DNA：有些高度重复DNA序列的碱基组成和浮力密度与主体DNA不同，在氯化铯密度梯度离心时，可形成相对独立于主DNA带的卫星带。这些卫星带称为卫星DNA。ORF：指核苷酸序列的可阅读框。微卫星DNA：微卫星DNA是由更简单的重复单位组成的小序列，分散于基因组中，大多数重复单位是二核苷酸，也有少量三或四核苷酸的重复单位。反向重复序列：在DNA分子中核苷酸顺序相同、区向相反的核苷酸序列。如： AGTTCCGTTA TAACGGCAAT正链/负链RNA病毒：所含核酸为RNA的病毒称
14、为RNA病毒。如果所含单恋核酸与mRNA序列相同称之为正链RNA病毒，与mRNA序列互补称之为负链RNA病毒。重叠基因：基因的核苷酸序列被另外的基因以不同的方式重读，编码在结构、功能属于其他种类蛋白质的基因。端粒酶：是一种含有RNA链的逆转录酶，能以其所含的RNA为模板合成DNA端粒结构。假基因：与结构基因的核苷酸顺序大部分同源，但不能表达的基因。Alu家族：人类和哺乳动物基因组中存在的一大类中等重复序列，因其可被限制性核酸内切酶Alu切割所以称之为Alu家族。6. 重叠基因最初是在什么生物中发现的？重叠基因的存在有何意义？真核生物的DNA序列可分为几种类型？分别写出并简要叙述之。真核生物基因
15、组重复序列的复性动力学曲线有什么特点？为什么说基因组中的非重复序列主要决定着基因组的复杂性？列出几个已完成全序列测定的基因组生物种类。 重叠基因是在在噬菌体Xl74基因组中发现的。重叠基因及基因内基因的现象可使原核生物利用有限的遗传资源表达更多生物功能的能力。 根据DNA复性动力学研究（复性动力学方程参见第2章），真核生物的DNA序列可以分为4种类型： 1. 单拷贝序列 又称非重复序列，在一个基因组中只有一个拷贝，真核生物的大多数基因都是单拷贝的。在复性动力学中对应于慢复性组分。 2. 轻度重复序列 在一个基因组中有210个拷贝(有时被视为非重复序列)，如组蛋白基因和酵母tRNA基因。在复性动
16、力学中也对应于慢复性组分。3. 中度重复序列 有十至几百个拷贝，一般是不编码的序列，例如人类基因组中的Alu序列等。中度重复序列可能在基因表达调控中起重要作用，包括DNA复制的起始、开启或关闭基因的活性、促进或终止转录等。平均长度约300bp，它们在一起构成了基因序列家族与非重复序列相间排列。对应于中间复性组分。4. 高度重复序列 有几百到几百万个拷贝，是一些重复数百次的基因，如rRNA基因和某些tRNA基因，而大多数是重复程度更高的序列，如卫星DNA等。高度重复序列对应于快复性组分。真核生物DNA复性曲线与原核生物有很大不同，跨越了78个数量级。可以看出复性反应分三个组分进行（图中箭头所指）
17、，每个组分代表基因组中不同复杂性的序列类型。因为有研究表明，大约80左右的mRNA是与非重复的DNA组分结合的。这也说明大多数结构基因都位于非重复的DNA序列上，所以说，基因组中的非重复序列决定基因组的复杂性。大肠杆菌、枯草杆菌、酿酒酵母、线虫以及多种病原体，果蝇、水稻和拟南芥菜等生物种类已完成或接近完成全序列的测定。7. 分别写出病毒、原核、真核生物基因组的概念，它们各有何特点，请比较其异同。病毒基因组是指病毒的染色体DNA或RNA所含的基因。它不仅可形成单基因组，还可以形成片段基因组和单链二倍体基因组等。基因组都很小，所含的基因数量也少，能编码病毒衣壳蛋白可少数酶类。按某些病毒的表达时期可
18、分为早期基因和晚期基因，有些病毒还有不同形式的重叠基因。其基因组的复制有半保留和全保留的不同方式，以单复制子单向或双向进行。它不具有自身的翻译体系，基因的表达和病毒的繁殖都需依赖寄主细胞。原核生物的染色体基因组是指其环状或线状的双链DNA分子所含有的全部基因，有的原核生物还含有染色体外的质粒基因组。 其特点是它的蛋白质结构基因大都为单拷贝，功能相关的基因大多集中在一起组成操纵子，其中的结构基因为多顺反子，即数个结构基因串联在一起，受同一调节区调节。数个操纵子又由一个共同的调节基因（regulator gene）所调控。与复制有关的酶和蛋白质基因分散排列在整个染色体的不同区域中，rRNA基因是多
19、拷贝的，并由16S，23S，5S rRNA基因组成一个转录单位，其间有的还插有tRNA基因。tRNA基因有单、双、多拷贝的形式。基因组中具有多种功能的识别区域，如复制起始区，复制终止区，转录启动区，终止区等。这些区域具有特殊的序列，如反向重复序列等。真核生物基因组（eucaryotic genome）指真核生物的核基因组,包括染色体基因组和核内的染色体外基因,以及细胞质的线粒体、叶绿体基因组等。其特点是真核生物基因组可形成单拷贝、寡拷贝、多拷贝以及断裂基因，有的还具有转座基因，其基因复制在细胞核中以多复制子形式进行，基因表达可在核、质中分别进行，调控机制比原核细胞复杂，功能相关的基因不构成操纵
20、子。真核生物基因组与原核基因组相比，其区别可总结如下：真核生物基因组远远大于原核生物基因组，且具有相当的复杂度； 基因组中不编码区域远远多于编码区域； 基因组中的 DNA与蛋白质结合，形成的染色体存在于细胞核内； 大部分基因有内含子，因此基因的编码区域不连续； 存在着重复序列，重复次数从几次几百万次不等； 基因组中以多复制起点的形式复制； 转录产物为单顺反子； 真核生物基因组与原核相同，也存在着可移动的因子。真核生物的不同基因组之间也具有一定的相关性，如基因特性相似，基因结构及组成类同，遗传信息传递方向的普遍性，遗传密码的通用性等。8.写出DNA复制的几个概念：半保留复制及其实验证据 氯化铯密
21、度梯度离心 半不连续复制 复制子 半保留复制的生物学意义，细胞内染色体外遗传因子包括哪些？原核、真核生物复制有什么不同？大肠杆菌染色体DNA复制起点是什么？ 什么是双向复制？ DNA复制采取哪些方式？ 在 DNA分子上的每一条链都含有合成它的互补链所必需的全部遗传信息。在复制过程中首先是双链解旋并分开，之后以每条链作为模板在其上合成新的互补链，其结果是由一条链可以形成互补的两条链。这样新形成的两条双链DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。在此过程中，每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种方式称为半保留复制。在DNA复制过程中每个复制叉中的前导链连续复制，而后随链
22、是以反方向合成不连续的短片段。最后再由连接酶连接成连续的DNA序列，这种复制方式称为半不连续复制。半保留复制的生物学意义是，在半保留复制中碱基配对是核酸分子间传递遗传信息的结构基础。无论是复制、转录或逆转录，在形成双链螺旋分子时都是通过碱基配对来完成的。这种复制机制还说明了DNA分子在代谢上的稳定性，经过许多代的复制，DNA多核苷酸链仍可保持完整，并存在于后代而不被分解。与细胞的其他成分相比这种稳定性与它的可遗传功能是相符合的。原核真核生物复制的不同点大肠杆菌的复制起点有OriC和OriH两种，OriC是主要复制起点。在DNA的复制起点形成两个复制叉分别向两个方向同时进行复制的现象。DNA复制
23、采取的方式主要有 原核生物的染色体和质粒，真核生物的细胞器DNA都是环状双链分子。实验表明，它们都在一个固定的起点开始复制，复制方向大多是双向的，即形成两个复制叉或生长点，分别向两侧进行复制；也有一些是单向的，只形成一个复制叉或生长点。通常两条链同时进行对称复制；也有一些不对称的复制，一条链复制后再进行另一条链的复制。DNA在复制叉处两条链解开，各自合成其互补链。还有些生物采取单向复制的特殊方式滚环复制。9. 简述以下DNA复制酶与蛋白质因子的体系，DNA聚合酶、Klenow片段、DNA聚合酶、DNA聚合酶、复合物、 夹子装置器、DNA连接酶、SSB、HU、DnaA 、DnaB 、DnaC 、
24、 两类拓扑异构酶 DNA聚合酶是多功能酶。可催化以下几种反应： 通过核苷酸聚合反应，使DNA链沿3 5方向延长(聚合酶活性)；由3端水解DNA链(3 5核酸外切酶活性)；由5端水解DNA链(3 5核酸外切酶活性)；由3端使DNA链发生焦磷酸解；无机焦磷酸与脱氧核糖核苷三磷酸之间的焦磷酸基交换。焦磷酸解是聚合反应的逆反应，焦磷酸交换反应由前两个反应连续重复多次引起。因此，DNA聚合酶I兼有聚合酶、3 5核酸外切酶和5 3核酸外切酶的活性。在聚合酶活性中心，与这些功能相关的结合位置分布十分精巧而灵活。DNA聚合酶为多亚基酶，其聚合酶亚基由一条相对分子质量为88 000的多肽链组成。这个酶的活力比D
25、NA聚合酶I高。NA聚合酶具有3 5核酸外切酶活性，但无5 3活性。DNA聚合酶也不是复制酶，而是一种修复酶。DNA聚合酶是由多个亚基组成的蛋白质，亚基很容易解离，全酶(holoenzyme)由、 和10种亚基所组成，除合成速度比聚合酶I快外其他性质与聚合酶I基本相同。DNA聚合酶的其他许多性质都表明它是DNA复制酶。DNA聚合酶被蛋白酶切开得到的大片段称为Klenow片段，具有催化DNA聚合作用和3 5校对功能。聚合酶III中的亚基是一种依赖DNA的ATP酶，全酶中的复合物由6个亚基(2)构成，主要功能是协同亚基嵌住模板DNA，又称夹子装置器。DNA连接酶是指能催化链的两个末端间共价连接的酶
26、。连接反应需要能量。 解开的两条单链随即被单链结合蛋白（SSB）覆盖。大肠杆菌SSB蛋白由4个相同亚基组成。这类蛋白曾被称为解链蛋白、熔解蛋白、螺旋去稳定蛋白等。但实际上它不是解链蛋白，其功能在于稳定已解开的单链，阻止复性和保护单链部分不被核酸酶降解。HU蛋白是细菌细胞的类组蛋白，可与DNA结合，促使双链DNA弯曲。受其影响，邻近三个成串富含AT的13 bp序列被促便成为开链复合物，所需能量由ATP供给。DnaA DnaB DnaC是大肠杆菌起点与复制起始有关的酶，其中DnaA识别起始序列，在起点特异位置识别解开双链；DnaB解开DNA双链；DnaC帮助DnaB结合与起始位点。 拓扑异构酶I最
27、初在大肠杆菌中发现，称蛋白或切口封闭酶，是相对分子质量97 000的一条多肽链，由基因top A编码。它能在DNA的一股链上产生一个切口，使另一条链得以穿越，连接数每次改变1（图4）。反应无需供给能量。拓扑异构酶主要消除负超螺旋，但也能引起DNA的其他拓扑结构转变。拓扑异构酶II能使DNA的两条链同时发生断裂和再连接，当它引入超螺旋时，需要由ATP水解供给能量。细菌的型拓扑异构酶是一种DNA旋转酶，它利用ATP水解提供的能量，可连续向同一个双链闭环DNA分子中引入负超螺旋，从而抵消了DNA复制中产生的正超螺旋。10. DNA聚合酶 具有哪三个复制特点从而使其成为DNA复制主要的酶 ？怎样实现D
28、NA合成的高保真性？简述单链环状X174噬菌体复制过程。写出真核生物的5种主要DNA聚合酶，真核生物DNA的主要抑制剂是什么？高的保真性(fidelity)、协同性(cooperativity)和持续性(processivity)。这三个特点使得DNA聚合酶III成为DNA复制的主要的酶。实现DNA合成的高保真性，从热力学角度看，碱基对的错配使双螺旋结构不稳定，由此计算的碱基错配率大约在10-2。DNA聚合酶对底物的选择作用和3 5核酸外切酶的校对作用分别使错配频率下降10-2，因而达10-6。这是体外合成DNA时所能达到的水平。在体内，DNA聚合酶和复制叉的复杂结构进一步提高了复制的准确性；
29、另外复制的修复系统可识别错配碱基以及各种损伤并修正，从而使变异率下降到更低的水平(在进化上相当的水平)。X174噬菌体的基因组由单链DNA组成，称病毒型或正链。感染宿主细胞后的复制分为三个阶段：以噬菌体正链为模板复制复制双链环状DNA分子。在X174感染后1min内主要是这种复制方式；由RF型双链DNA复制RF型双链DNA，噬菌体基因大量表达。感染后120min内是此种方式，约产生60个RF型双链DNA，RF型复制需要噬菌体基因编码的A蛋白；由RF型DNA分子以滚动环式复制产生噬菌体正链。X174噬菌体DNA的基因A在复制调控中起着关键的作用。真核生物有多种DNA聚合酶。从哺乳动物细胞中分离出
30、了5种，分别为、，5-氟脱氧尿苷能抑制胸腺嘧啶核苷酸的合成，是DNA合成的强烈抑制剂。 11.什么是DNA的损伤? DNA结构的改变有哪两种类型? DNA分子碱基自发性化学改变可造成哪五种因素的损伤?写出其要点.化学因素引起的DNA损伤主要有哪几种? 写出要点.DNA损伤指在生物体生命过程中DNA双螺旋结构发生的任何改变。DNA结构发生的改变主要分为两种：一是单个碱基的改变，二是双螺旋结构的异常扭曲。碱基自发性化学改变的这类损伤包括五种因素：碱基之间的互变异构、碱基脱氨基、自发的脱嘌呤和脱嘧啶、活性氧引起的诱变及细胞代谢产物对DNA的损伤等。互变异构指DNA分子中的4种碱基自发地使氢原子改变位
31、置，产生互变异构体，进一步使碱基配对的式发生改变，这样在复制后的子链上就可能出现错误。碱基的脱氨基作用是指胞嘧啶(C)、(A)和(G)分子结构中都含有环外氨基，氨基有时会自发脱落，结果C变为(U).A变为(I)，G变为黄嘌呤(X)，当DNA复制时，会在子链中产生错误而导致损伤。自发的脱嘌呤和脱嘧啶作用是指DNA分子在生理条件下可通过自发性水解，使嘌呤碱和嘧啶碱从磷酸脱氧核糖骨架上脱落下来。活性氧为氧分子电子数大于O2的O2。8-oxoG (GO) 是一种氧化碱基（7，8-二氢-8-氧代鸟嘌呤），可与C、A配对，而DNA聚合酶、的校正活性不能校正其错配，造成GCTA的颠换，这种损伤可以积累。有些
32、糖分子如葡萄糖和碱基氧化产物6磷酸葡萄糖能与DNA反应，产生明显的结构上以及生物学方面的变化。化学因素引起的DNA损伤主要有：1. 烷化剂对DNA的损伤 烷化剂是一类亲电子的化合物，极容易与生物体中的有机物大分子的亲核位点起反应。当烷化剂和DNA作用时，就可以将烷基加到核酸的碱基上去。2. 2. 碱基类似物对DNA的损伤 碱基类似物是一类结构与碱基相似的人工合成化合物，由于它们的结构与碱基相似，进入细胞后能替代正常的碱基掺入到DNA链中，干扰DNA的正常合成。12 .写出细胞对DNA损伤的五种修复系统，SOS应急反应、 SOS反应由什么物引起? 基因突变的概念、类型. 细胞对DNA损伤的修复系
33、统主要有五种：即切除修复、错配修复、直接修复、重组修复和易错修复。许多能造成DNA损伤、或抑制DNA复制的过程能引起一系列复杂的诱导效应，这种效应称为应急反应（SOS response）SOS反应包括诱导DNA损伤修复、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等，细胞癌变也与SOS反应有关。SOS反应诱导的修复系统包括：避免差错的修复（error free repair）和易产生差错的修复（error prone repair）两类。SOS反应由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起。基因突变(mutation)是在基因内的遗传物质发生可遗传的结构和数量的变化，通常产生一定的表型。广
34、义的突变包括染色体畸变和基因突变。其图变得类型包括基因突变有以下多种类型：碱基对置换DNA错配碱基在复制后被固定下来，由原来的一个碱基对被另一个碱基对所取代，又称为点突变。碱基对置换有两种类型：即转换 是在两种嘧啶或两种嘌呤之间的互换；颠换发生在嘧啶与嘌呤或嘌呤与嘧啶之间的互换。碱基替换通常仅发生在一个碱基上。插入突变有两种方式：拷贝或复制移动，非拷贝移换。同义突变又称无声突变或中性突变。错义突变是基因突变改变了所编码的氨基酸的种类或位置的突变，能不同程度地影响蛋白质或酶的活性。当氨基酸密码子变为终止密码子时，称为无义突变，它导致翻译提前结束。移码突变是由于一个或多个非三整倍数的核苷酸对插入或
35、缺失，导致编码区该位点后的三联体密码子阅读框架改变，从而使后面的氨基酸都发生错误，使该基因产物完全失活；如出现终止密码子则也可使翻译提前结束。缺失突变指一个或多个碱基从一段DNA序列中被删除，或较长核苷酸序列丢失引起的突变，这种突变难以被回复。襂漏突变是突变基因的产物尚有部分活性的错义突变，是表型界于野生型与完全突变型之间的某种状态。从突变体又恢复原先野生型表现型的突变过程称为回复突变。变热点DNA分子上任意位点发生突变的频率并不相等，在某些位点发生突变的频率远远高于其平均数，称为突变热点。 13.写出同源重组、Holliday模型、DNA重组有关的酶、转座子的概念、转座原件最初在什么生物中发
36、现 ？转座子如何分类？插入序列？复合型转座子与IS元件有何异同？DNA转作引起什么遗传效应？逆转录因子？同源重组(homologous recombination)又称一般性重组，由两条同源区的DNA分子，通过配对、链断裂和再连接，而产生的片段间交换的过程。Robin Holliday于1964年提出了同源重组模型(图61)。模型中，有四个关键步骤：两个同源染色体DNA排列整齐；一个DNA的一条链裂断并与另一个DNA对应的链连接，形成的连接分子，称为Holliday中间体；通过分支移动产生异源双链DNA；Holliday中间体切开并修复，形成两个双链重组体DNA。根据链裂断切开的方式不同，得到
37、的重组产物也不同。如果切开的链与原来断裂的是同一条链(见Holliday模型左边的产物)，重组体含有一段异源双链区，其两侧来自同一亲本DNA，称为片段重组体。但如切开的链并非原来断裂的链(模型右边产物)，重组体异源双链区的两侧来自不同亲本DNA，称为拼接重组体。与重组有关的酶研究最多的还是大肠杆菌的酶。在大肠杆菌中，Rec A蛋白参与重组是最关键的步骤。Rec A有两个主要的功能：诱发 SOS反应和促进DNA单链的同化。数千Rec A单体协同聚集在单链上，形成螺旋状纤丝（helical filament）。Rec F、Rec O和 Rec R蛋白调节 Rec A纤丝的装配和拆卸。单链 DNA可
38、以由许多途径产生，Rec BCD酶是产生参与重组的 DNA单链主要途径。一旦 Holliday中间体形成，即由 Ruv A和 Ruv B蛋白促进异源双链的形成。同源重组最后由 Ruv C将 Holliday联结体切开，并由 DNA聚合酶和 DNA连接酶进行修复合成。转座子(transposon)是在基因组中可以移动的一段DNA序列一个转座子由基因组的一个位置转移到另一个位置的过程称为转座。由转座子引起的转座过程有以下特征：能从基因组的一个位点转移到另一个位点，从一个复制子转移到另一个复制子；不以独立的形式存在(如噬菌体或质粒DNA)，而是在基因组内由一个部位直接转移到另一部位；转座子编码其自身
39、的转座酶，每次移动时携带转座必需的基因一起在基因组内跃迁，所以转座子又称跳跃基因；转座的频率很低，且插入是随机的，不依赖于转座子(供体)和靶位点(受体)之间的任何序列同源性；转座子可插入到一个结构基因或基因调节序列内，引起基因表达内容的改变，例如使该基因失活，如果是重要的基因则可能导致细胞死亡。转座元件最初由Barbara McClintock于上个世纪40年代在玉米的遗传学研究中发现的，当时称为控制元件(controlling element)。到目前为止，已对多种不同类型的转座元件进行了鉴定。最简单的转座子称为插入序列(insertion sequence IS)，简称IS因子。另一类是复
40、合转座子，以Tn表示。根据结构不同分为两种类型：I型：其两个末端由相同的IS序列构成，IS序列有正向和反向两种排列方式；型：其两末端由38 bp的反向重复序列组成，如TnA族转座子。复合型转座子具有转位因子的三个共性：末端反向重复序列，为转座酶所必需；中间的开放阅读框架(ORF)作为标记基因；转位后，靶位点成为正向重复序列。其不同点是：。IS因子是一种较小的转座因子，只含有与转座有关的酶基因，不含抗药性等其它基因。其本身不具有表型效应，只有当它转座到某一基因附近或插入某一基因内部后，引起该基因失活或产生极性效应时，才能判断其存在。而Tn除了有转座酶基因外，还带有药物抗性基因(或其相关基因)标志
41、，因结构较大而复杂。转座因子首先是因其可导致突变而被认识的。当它插入靶基因后，使基因突变失活，这是转座子的最直接效应；当转座因子自发插入细菌的操纵子时，即可阻止它所在基因的转录和翻译，并且由于转座因子带有终止子，其插入影响操纵子下游基因的表达，从而表现出极性（方向性），由此产生的突变只能在转座子被切除后才能恢复；转座因子的存在一般能引起宿主染色体DNA重组，造成染色体断裂、重复、缺失、倒位及易位等，是基因突变和重排的重要原因；转座因子也可通过干扰宿主基因与其调控元件之间的关系或转座子本身的作用而影响邻近基因的表达，从而改变宿主的表型。归纳以上，转座子引起的遗传学效应可有以下几个方面： 10-8
42、-10-3 频率转座，引起插入突变； 插入位置染色体DNA重排而出现新基因； 影响插入位置邻近基因的表达，使宿主表型改变； 转座子插入染色体后引起两侧染色体畸变。将从DNADNA的转移过程称转座，从DNARNADNA的转移过程叫反转录转座。后者是经RNA介导的转座过程。经RNA中间体介导的转座是真核生物所特有的过程。逆转录病毒能够将RNA病毒基因组中的DNA拷贝(原病毒)整合到宿主细胞染色体中。14.细菌RNA聚合酶的组成、结构、催化特点如何？真核生物的RNA聚合酶是如何区分的？有几类？几种不同真核生物的RNA聚合酶分别转录哪些RNA？ 已从大肠杆菌等细菌中纯化了RNA聚合酶。全酶(holoe
43、nzyme)相对分子质量465 000，至少由五个亚基(2)和亚基组成，无亚基的酶称为 核心酶(core enzyme) 核心酶不具有起始聚合酶活性，只能使已经开始合成的RNA链延长。即开始合成RNA链时必需有亚基参与作用，因此称亚基为起始亚基。亚基由rpoA基因编码，它对核心酶的组装和识别启动子必需的。亚基由rpo B基因编码，是RNA聚合酶的催化中心。亚基有两个结构域，分别负责转录的起始和延伸。亚基是一个碱性蛋白，由rpoC基因编码。与DNA之间借静电引力相结合；亚基可结合两个Zn2+，后者与RNA聚合酶的催化作用有关。亚基的功能是引导RNA聚合酶稳定结合到启动子上。因子在识别启动子时起关
44、键作用，但对延伸并不重要。它是通过将核心酶对非特异序列的亲和力降低104倍，同时增加其对特异序列的亲和力作为起始亚基的。许多原核生物有多种因子。真核生物的基因组比原核生物大，RNA聚合酶结构更复杂。相对分子质量大都在500 000左右，有814个亚基，并含有Zn2+。利用-鹅膏蕈碱(-amanitine)的抑制作用将真核生物RNA聚合酶分为三类：RNA聚合酶I对鹅膏蕈碱不敏感；RNA聚合酶可被低浓度-鹅膏蕈碱(10-910-8molL)抑制，RNA聚合酶只被高浓度-鹅膏蕈碱(10-510-4molL)所抑制。-鹅膏蕈碱是一种毒蕈(鬼笔鹅膏Amanita phalloides)产生的八肽，对真核
45、生物RNA聚合酶有较强的作用，但对细菌RNA聚合酶抑制作用很小。 真核生物RNA聚合酶I转录45S rRNA前体，经转录后加工产生5.8S rRNA、18S rRNA和28S rRNA。RNA聚合酶转录所有mRNA前体和大多数的核内小RNA(snRNA)。RNA聚合酶转录tRNA、5S rRNA、U6snRNA和不同的胞质小RNA(sc RNA)等小分子转录物。15. 名词解释：转录，转录单位，模板链，编码链，转录泡，启动子，上游，下游，转录起点，Pribnow框(box)，35序列，转录因子，通用转录因子，CAAT框，GC框，八聚体框(octamer)， 基因内启动子终止子，终止因子，不依赖
46、rho终止子、操纵子、激活蛋白、阻遏蛋白、上游调节元件，增强子、反式作用因子，增强子，核酶，核内小RNA(snRNA) ，snRNP，剪接体，I型自我剪接，RNA的编辑。在DNA指导下RNA的合成称为转录，RNA链的转录起始于DNA模板的一个特定起点，并在特定的终点处终止。此转录区域称为转录单位。转录起始由DNA分子上的启动子(promoter)控制，而控制终止的部位称为终止子(terminator)。用于转录的链称为模板链，或负链(-链)，又称反义链；对应的链为编码链，即正链(+链)又称有义链。启动子是RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列，它含有RNA聚合酶特异性结合和转录起始所
47、需的保守序列。启动子的特性最初是通过能增加或降低基因转录速率的突变而鉴定的。从转录的近端向远端计数，起点左侧为上游(up stream)，用负的数字表示，起点前一个核苷酸为1。起点后为下游(down stream)，用正的数字表示，按此排序。通过比较已知启动子的结构，可找出它们的共有序列。从起点上游约10处找到6 bp的保守序列TATAAT，称为Pribnow框(box)，或称为10序列，是转录的解旋区。头两个碱基（TA）和最后的T最保守的。TATAAT序列距离转录起点约58bp。在10序列的上游又找到一个保守序列TTGACA，中心大约在35位置，称为识别区或35序列。RNA聚合酶起始转录需要
48、的辅助因子(蛋白质)称为转录因子，其作用或是识别DNA的顺式作用位点，或是识别RNA聚合酶，或是识别其他因子。作用于基本启动子上的辅助因子称为通用转录因子(GTF)，或基本转录因子，它们为任何细胞型启动子起始转录所必需CAAT框的共有序列是GCCAATCT，与其相互作用的因子有CTF家族的成员CPl、CP2和核因子NF-1。GC框的共有序列为GGGCGG和CCGCCC，后者是前者的反向序列，识别该序列的因子为Spl。八聚体框含有8 bp，共有序列为ATGCAAAT，识别因子为Oct-1和Oct-2，前者普遍存在，后者只存在于B淋巴细胞。能提供转录停止信号的DNA序列称为终止子，协助RNA聚合酶识别终止信号的蛋白因子则称为终止因子(te