分子生物学复习题有详细答案

绪论思考题：（P9）1. 从广义和狭义上写出分子生物学的定义？广义上讲的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。狭义的概念，即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。其中也涉及与这些过程相关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。 2、现代分子生物学研究的主要内容有哪几个方面？什么是反向生物学？什么是后基因组时代？ 研究内容： DNA 的复制、转录和翻译；基因表达调控的研究；DNA 重组技术和结构分子生物学。 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结构。 后基因组时代：研究细胞全部基因的表达图式和全部蛋白质图式，人类基因组研究由结构向功能转移。3、写出三个分子生物写学展的主要大事件（年代、发明者、简要内容）1953 年 Watson 和 Click 发表了“脱氧核糖核苷酸的结构”的著名论文，提出了 DNA 的双螺旋结构模型。19721973 年，重组 DNA 时代的到来。H.Boyer 和 P.Berg 等发展了重组 DNA技术，并完成了第一个细菌基因的克隆，开创了基因工程新纪元。19902003 年美、日、英、法、俄、中六国完成人类基因组计划。解读人类遗传密码。4、21 世纪分子生物学的发展趋势是怎样的？随着基因组计划的完成，人类已经掌握了模式生物的所有遗传密码。又迎来了后基因组时代，人类基因组的研究重点由结构向功能转移。相关学说理论相应诞生，如功能基因组学、蛋白质组学和生物信息学。生命科学又进入了一个全新的时代。第四章思考题：（P130）1、基因的概念如何？基因的研究分为几个发展阶段？概念：基因是原核、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，是遗传的基本单位和突变单位以及控制形状的功能单位。发展阶段： 20 世纪 50 年代以前，主要从细胞的染色体水平上进行研究，属 1于基因的染色体遗传学阶段。20 世纪 50 年代以后，主要从 DNA 大分子水平上进行研究，属于 2分子的生物学阶段。近 20 年来，直接从克隆目的基因出发，研究基因的功能及其表型 3之间的关系，反向生物学阶段。5、什么是 C 值和 C 值矛盾？主要表现有哪些？C 值：真核生物单倍体基因组所包含的全部 DNA 量成为该物种的 C 值。C 值矛盾（悖理）：指真核生物中 DNA 含量的反常现象。主要表现： C 值不随生物的进化程度和复杂性增加 1关系密切的生物 C 值相差甚大 2真和生物 DNA 的量远远大于编码蛋白质等物质所需的量 36、断裂基因、外显子和内含子的概念是什么？它们的关系如何？断裂基因：基因内部插入了不编码序列，使一个完整的基因分隔成不连续的若干区段，这样的基因叫做不连续基因或断裂基因。外显子：真核生物不连续基因中有编码功能的区段称为外显子。内含子：无编码功能的区段称为内含子。关系： 真核生物基因组中的不连续基因无论存在于何种组织，表达或不表 1达，其序列都保持不变，但内部的外显子和内含子数目、位置及长度却是可变的。内含子与外显子之间的连接位点：共同保守序列、无序列同源性和 2互补性7、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？&X174 噬菌体；重叠基因存在意义：提高基因利用率。 8、分别写出病毒、原核、真核生物基因组的概念，请比较它们各自的特点及其异同。病毒基因组：病毒中所含的一整套基因,包括构成基因和基因之间区域的所有DNA。基因组特点： 与细菌相比较，病毒的基因组很小，含遗传信息少，只能编 1辑少数蛋白质。基因组可由 DNA 或 RNA 组成，但每种病毒只含一种核酸。核酸 2的结构可以是单链或双链、闭合环状或线状分子。病毒基因组通常有重叠。重叠基因使用共同的核苷酸序列，但 3转录的 mRNA 有不同可读框。有些基因又相同可读框，但起始密码子或终止密码子不同。病毒基因组的大部分序列用来编码蛋白质，基因之间的间隔序 4列非常短。非编码区占很小部分病毒基因组中在功能上相关的基因一般集中成簇，在特定的部 5位构成一个相对的功能单元或转录单元。转录产物一般为多顺反子 mRNA，之后加工成各蛋白质的 mRNA。噬菌体的基因是连续的。 6原核生物基因组：原核生物染色体、质粒中所含有的一整套基因。特点： 基因通常仅由一条环形或线形双链 DNA 分子组成。 1只有一个复制起始点。 2有操纵子结构数个相关的结构基因串联在一起，受统一调控区调节， 3合成多顺反子 mRNA。编码蛋白质的结构基因为单拷贝的，但 rRNA 基因一般为多拷贝的。 4非编码 DNA 所占比例很少，类似于病毒基因。 5基因组 DNA 具有多种调控区。如复制起始区、复制终止区、转录启动 6子、转录终止区等特殊序列，以及还有重复序列，比病毒基因组复杂。与真核生物基因类似，也具有可移动的 DNA 序列组分。 7真核生物基因组：真核生物的单倍染色体组、细胞器中所含的一整套基因。特点： 真核基因组的分子质量大。相当的复杂度。 1线状染色体，每条染色体多个复制起点。 2细胞核 DNA 与蛋白质稳定的结合，形成染色质的复杂高级结构。 3基因表达中，转录和翻译在时间和空间上被分隔，不偶联。 4大量重复序列，且单位长度不一，重复程度各异。 5基因一般以点拷贝形式存在，转录产物为单顺反子 mRNA。 6存在着可移动的 DNA 序列。 7绝大多数真核生物基因都含有内含子，基因编码区是不连续排列的。 8异同：红色标记相同点；绿色为不同点 9、简要叙述真核生物的 DNA 序列的几种类型。单拷贝的 DNA 序列 1低度重复的 DNA 序列，有 210 个拷贝数； 2中度重复的 DNA 序列，有几十至数十万个拷贝数 3高度重复 DNA，重复次数上万至数百次。 410、内含子有什么功能？其存在有何意义？促进重组。 1增加基因组的复杂性。 2含有可读框 3基因组中外显子和内含子是相对的，有些内含子具有编码序列，能产生 4蛋白质或功能 RNA.含有部分剪接信号 5产生核仁小 RNA. 6内含子对基因表达有影响。 7存在意义：有利于变异与进化，增加重组机率，提高进化率。14、人类基因组研究哪些内容？研究人类基因组有何重大意义？研究内容： 对人类全基因组作图，或染色体作图（包括遗传连锁作图和 1物理作图） ，也就是对基因组进行标记和划分，为基因或特定DNA 序列在染色体上的位置提供标志。进一步还包括绘制转录图谱。对基因组 DNA 进行裂解切割和基因克隆。把几百甚至几千碱 2基长度的 DNA 片段按已知的标识进行有序的排列。测定基因组的全部 DNA 序列。对全部 DNA 进行序列分析，按其 3在染色体上的位置进行排列，得到在染色体上 DNA 序列的全部。基因的鉴定，即确定每个基因的结构，分离和鉴定具有重要功 4能以及与重大疾病相关的基因。建立基因的信息系统、基因信息的储存、处理以及开发相应的 5软件。重大意义：16、什么是功能基因组学？基因芯片？蛋白质组学？生物信息学？功能基因组学：是指利用结构基因组学提供的信息，以大规模实验方法及统计与计算分析，全面系统地分析全部基因功能的学科。基因芯片： 是利用原位合成法或将已合成好的一系列寡核苷酸探针分子以预先设定的排列方式固定在固相支持界面表面（硅片、玻片、尼龙膜等） ，形成形成高密度寡核苷酸阵列，与样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。蛋白质组学：指研究某一基因组在某一特定细胞、特定时间内所表达的全部蛋白质的集合体，以及所有蛋白修饰后的各种形态。生物信息学：17、分子生物学信息数据库主要有哪 4 大类？基因组数据库； 1核算和蛋白质一级结构序列数据库； 2生物大分子三围构象数据库； 3由以上三类数据库和文献资料为基础构建的二次数据库。 418、名词解释：基因家族 基因簇 假基因 HGP STS SAGE BAC YAC ORF 基因家族：是真核生物基因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：基因家族中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，他们属于同一个祖先的基因扩增产物。基因簇中也包含没有生物功能的假基因。通常，基因簇内各序列的同源性大于基因族间的各序列的同源性。 假基因：在多基因家族中，有些成员的 DNA 序列结构与有功能的基因相似，但不表达产生有功能的基因产物，这些基因称假基因。 HGP: Human genome project 人类基因组计划。STS: Sequence-tagged site 序列标签位点。为一段 300500bp 的已知序列，在染色体上有一定的位置。SAGE: serial analysis of gene expression 基因表达系统分析 原理是 cDNA3端有一段 911bp 的短序列包含了能代表该转录本的足够信息，能够区分该基因组中 95的基因，这段特定序列称为 SAGE标签。显示所代表基因是否被表达，及表达程度。BAC: bacterial artificial chromosome 细菌人工染色体YAC: yeast artificial chromosome 酵母人工染色体ORF:可读框第六章 DNA 的损伤、修复和基因突变思考题：（P186）1、 什么是 DNA 的损伤？DNA 的结构的改变有哪两种类型？其危害有哪些？。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 的结构发生的改变主要有两种类型：单个基因的改变；双螺旋结构的异常扭曲。危害： 单个碱基改变只影响 DNA 序列而不影响整体构象，当 DNA 双螺旋被 1分开时并不影响转录或复制过程，而是通过序列的变化改变子代的遗传信息。双螺旋结构的异常扭曲对 DNA 复制或转录可产生生理性伤害。 22、DNA 分子碱基自发性化学改变可造成哪几种损伤？互变异构移位 1脱氨基作用 2DNA 聚合酶的打滑 3活性氧引起的诱变 4碱基丢失 53、化学因素引起的 DNA 损伤主要有哪几种？写出要点？烷化剂对 DNA 的损伤：烷化剂是一类亲电子的化合物，很容易与生物体中 1大分子的亲核位点起反应。碱基烷基化、碱基脱落、断裂、交联（具体见课件）碱基类似物对 DNA 的损伤：人工可以合成一些碱基类似物用作促突变剂或 2抗癌药物，如 5-溴尿嘧啶（5-BU） 、5-氟尿嘧啶（5-FU） 、2-氨基腺嘌呤（2-AP）等。4、什么事 DNA 的修复？细胞对 DNA 损伤的几种修复系统是什么？DNA 修复： 是指针对已发生的缺陷而进行的补救机制。是指生物体细胞在长期进化过程中形成的一种保护功能。修复系统： 切除修复（excision repair）：碱基切除修复和核苷酸 1片段切除修复错配修复：（mismatch repair）校正活性所漏校的碱基使 2复制的保真性提高 1001000 倍直接修复：(direct repair)是把被损伤的碱基回复到原来 3状态的一种修复。 重组修复：(recombination repair)机体细胞对在复制起始 4时尚未修复的 DNA 损伤部位可以先复制，再修复，这种方式为易错修复: (error prone repair) SOS 反应诱导的修复系统 5中的易产生差错的修复。易产生差错的修复是由于SOS 反应能诱导产生缺乏校对功能的 DNA 聚合酶，使之在 DNA 链的损伤部位即使出现不配对碱基，复制也能继续进行，从而增加细胞存活的机会。同时，这个过程带来高突变率。 5、什么是 SOS 反应？SOS 反应由什么物质引起的？意义如何？SOS 反应：许多能造成 DNA 损伤或抑制 DNA 修复的过程能引起一系列复杂的诱导效 应，这种诱导效应称为应急效应（SOS response） 。引起物：SOS 反应由 RecA 蛋白和 LexA 阻遏物相互作用引起。意义： DNA 的修复 1导致变异 2在 DNA 复制受到阻碍的情况下避免因细胞分裂而产生不含 DNA 细胞，或者使细胞有更多重组和修复的机会。6、基因突变的概念如何？简要写明基因突变的几种类型。什么是突变热点？基因突变：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。类型： 碱基替换（点突变）：DNA 错配碱基在复制后被固定下来，由原来 1的一个碱基对被另一个碱基对所取代。包括转换（嘌与嘌、嘧与嘧）和颠换（嘌与嘧，嘧与嘌）两种类型。插入突变：基因的序列中插入了一个碱基或一段外来 DNA 导致的突 2变。两种方式：拷贝或复制移动，指一个位点上的序列被复制后插入到令一个位点；非拷贝移换，DNA 序列从一个位点直接移动到另一个位点。同义突变：基因突变改变了密码子的组成，但由于密码子的简并性 3而未改变所编码氨基酸的突变。又称无声突变或中性突变。错义突变：基因突变改变了所编码的氨基酸的种类或位置的突变， 4能不同程度的影响蛋白质和酶的活性。无义突变：基因突变使氨基酸的密码子变成终止密码子时，导致翻 5译提前结束。移码突变：是由一个或多个非三正倍数的核苷酸对插入的缺失，导 6致编码区该位点后的三联体密码子可读框改变，从而使错误的氨基酸都发生错误，使基因产物完全失活。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 7苷酸序列丢失引起的突变，这种突变难以回复。渗漏突变：是突变基因的产物尚有部分活性的错义突变，是表型介 8于野生型与完全突变型之间的某种状态。回复突变：从突变体又恢复原野生型的突变过程。 9突变热点：DNA 分子上任意位点发生的频率并不相等，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。7、导致 DNA 分子发生诱变的诱变剂主要有哪些？碱基类似物 1碱基的修饰剂 2嵌入染料 3紫外线和电离辐射 48、名词解释：MRS SSB MEC MRS: Mismatch Repair Systerm 错配修复系统（组成及作用见课件）SSB:MEC: Mismatch correct enzyme 错配矫正酶（组成及应用见课件）第七章 DNA 的重组与转座复习题（P212）1、简述 DNA 重组的概念与意义。概念：DNA 分子内或分子间发生遗传信息的重新组合，称为遗传重组，或基因重排。意义：迅速增加群体的遗传多样性；使有利突变与不利突变分开：通过优化组合积累有意义的遗传信息；参与许多重要的生物学过程，为 DNA 损伤或复制障碍提供了修复机制；某些基因的表达受到 DNA 重组的调节。2、DNA 重组包括哪些过程？与 DNA 重组有关的酶主要有哪些？DNA 重组 Holliday 模型的四个关键步骤：两个同源染色体 DNA 排列整齐；一个 DNA 的一条链断裂并与另一个 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（hetero duplex)DNA；Holliday 中间体切开并修复，形成两个双链重组体 DNA。主要的酶：RecA 蛋白催化双链和单链 DNA 的反应阶段RecBCD（外切核酸酶）具有 ATP 解旋酶（再旋）活性、可被ATP 增强的内切核酸酶活性、依赖于 ATP 的外切核酸酶活性、原核同源重组的其它蛋白a、 RuvA 识别 Holliday 结构的连接点，4 聚体b、 RuvB 为分枝迁移提供动力（ATPase 1020bp/s） ，6 聚体c、 RuvC 核酸内切酶-专一性识别 Holliday 结构的连接点,体外切断连接点以拆分重组体,识别不对称的四核苷酸5A/TTTG/C.d、 DNA 聚合酶和 DNA 连接酶进行修复合成3、什么是同源重组？什么是 Holiday 模型？什么是特异位点重组？同源重组：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。Holiday 模型：同源重组的分子模型。Holiday 中间体：同源重组中连接两个 DNA 双链的交换中间物,含有 4 股 DNA 链，在连接处为了转换配对所形成交叉链的连接点,这种结构称 Holiday中间体特异位点重组：是由整合酶催化在两个 DNA 序列的特异位点间发生的整合。但位点不一定是同源性的，不依赖于 DNA 序列的同源性，而依赖于能与某些酶特异结合的 DNA 序列。4、细菌基因转移的机制有哪些？接合作用(conjugation）：细菌细胞相互接触时遗传信息可由一个细胞转移到另一个细胞，称为转化(transformation)：细菌品系由于吸收了外援 DNA（转化因子）而发生遗传性状改变的现象。转导（transduction）：是通过噬菌体将细菌基因从供体转移到受体细胞的过程。两种类型：普遍性转导、局限性转导细胞融合（cell fusion）：细胞质膜融合导致基因转移和重组。5、简述转座子的概念，转座子如何分类？什么是插入序列（IS）？转座子：基因组中可移动的一段 DNA 序列。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）转座：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。分类：由转座子的构成分插入序列（IS）和复合型转座子（Tn）插入序列（IS）：最简单，是细菌染色体、质粒和某些噬菌体的正常组分长度 7501550bp特点：a）只有转座酶基因,两端 IR 为转座酶的识别位点（反向重复序列）b）插入靶位点后会出现靶位点的正向重复（59bp）c)比较小，0.75-1.5kb6、复合型转座子（Tn）与 IS 元件有什么异同点？共同特征：a）两端有 1525bp 的 Inverted repeat ,IR 反向重复序列。为转座酶所必需b）具有编码转座酶（transposase）的基因c)转座后两端有正向重复序列不同点：Tn 转座子中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，因结构较大而复杂。7、简述复制型转座与非复制型转座的机制。复制型转座：转座子元件被复制并被移动到受体位点，最终转座过程扩增了转座子的拷贝（供、受点）特征：1）转座后原来位置上的转座因子保持不变；2）在新的位置上的转座因子的两侧出现顺向重复序列3）转座过程中有一共合体(cointegrate非复制型：又称保留性转座。转座元件直接由一个部位转移到另一个部位，在原来的部位没有保留。主要是利用供体和靶 DNA 序列的直接连接，只需要转座酶。非复制型转座过程:（1）转座酶使转座子从供体 DNA 中释放出来；转座酶使受体 DNA 靶位点形成交错切口；（2）转座子插入交错切口(转座酶-转酯反应) ，（3）连接并修复缺口单链，受体 DNA 产生同向重复序列。8、转座子转座的特征有哪些方面？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。 不依赖供体序列与靶位点间序列的同源性,即不依赖于 recA. 转座后靶序列重复 转座插入的靶位点并非完全随机（插入专一型）. 转座具有排他性(转座免疫性).如 Tn3 对排斥类转座因子的插入 转座具有极性效应:结构基因功能丧失,表达水平下降. 活化临近的沉默基因. 区域性优先. 9、DNA 转座引起了什么遗传学效应?1、可引起基因突变插入或切离；2、插入位置染色体 DNA 重排可以产生新基因；3、转座产生染色体畸变（缺失、倒位等）4、产生新的变异，有利于进化。10、 什么是逆转录转座子？逆转录子对基因组功能有哪些重要的影响？逆转录转座：从 DNA 到 RNA 再到 DNA 的转移过程称为反转座或逆转录转座。逆转录子：一类移动因子在转座过程中需要以 RNA 为中间体，经过逆转录过程再分散到基因组中，称为。影响： 对基因表达的影响（启动基因表达、编码有关逆转录酶，影响基因 1表达等）逆转录子介导基因的重排 2生物进化中