中科院遗传与发育所生物化学真题及答案03-08.pdf

生物化学真题及答案生物化学真题及答案 03 08 2003 年年 一 简要解释下列名词 每词 5 分 共 30 分 1 寡糖与多糖 寡糖是由 2 20 个单糖通过糖苷键连接而成的糖类物质 有的结构非常复杂 多糖是由多个单糖分子缩合脱水而形成的 由于构成它的单糖的种类 数量以及连接方式的 不同 多糖的结构极其复杂而且数量 种类庞大 多糖是重要的能量贮存形式 2 端粒酶 染色体端粒不是由染色体 DNA 复制时连接合成的 而是由端粒酶合成后添加 到染色体的末端的 体细胞内没有端粒酶的活性 端粒与细胞的寿命有关 3 酮体 指脂肪酸在肝中分解氧化产生特有的中间代谢产物 包括乙酰乙酸 羟基丁酸 丙酮 3 种 脂代谢 4 生糖氨基酸与生酮氨基酸 凡能形成丙酮酸 酮戊二酸 琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸 都称为生糖氨基酸 有些氨基酸如苯丙氨酸 酪氨酸 亮氨酸 色氨酸 在分解过程中转变 为乙酰乙酸 CoA 而乙酰乙酸 CoA 在动物的肝脏中可变为乙酰乙酸和 羟基丁酸 因此这 5 种氨基酸称为生酮氨基酸 有的氨基酸如苯丙氨酸和酪氨酸 既可生成酮体又可生成糖 称为生酮和生糖氨基酸 蛋白质降解和氨基酸的分解代谢 5 终止子和终止因子 转录的终止控制元件为终止子 是基因末端一段特殊的序列 它使 RNA 聚合酶在模板上的移动减慢 停止 RNA 合成 终止子的辅助因子为终止因子 大肠杆 菌有两类终止子 依赖于 rho 因子的终止子和不依赖 rho 的终止子 终止子还可用于控制下 游基因的表达 6 分子伴侣 molecular chaperone 是一个协助新合成的多肽链正确折叠和转运的蛋白 质家族 它们能够抑制新生肽链的不恰当的聚集 排除与其它蛋白质的不合理结合 协助多 肽链的正确折叠和跨膜转运 协助寡聚蛋白的组装 二 以下问答题任选 7 题回答 每题 10 分 共 70 分 1 简述关于生物膜运输的分子机制的几种主要假设以及他们间的相互关系 移动性载体模型 mobile carrier model 运输体或其结合被运输物质的部位在运输过程中 由于通过膜的来回穿梭运动 或由于通过膜平面的旋转运动改变它在膜内的定向 可以使物 质从膜的一侧运至另一侧 孔道或通道模型 pore or channel model 运输蛋白在膜内有较确定的方向 并且形成一个对 被运输物具有立体构型的亲水性孔道 孔道在识别被运输物作出反应时才瞬时打开 让被运 输物质通过膜 构象变化假设 conformational change model 物质的跨膜运输具有主动的选择性和方向性 运输的这种专一性与运输过程中运输蛋白的构象变化相关 对一个多聚体蛋白来说 由于亚 单位之间相互位置的变化所导致的亚单位重排 运输物质与运输蛋白的结合以及代谢 能量 状态等都可导致蛋白质的构象变化 这三种假设模型有共同点 就是三种模型都是被运输的物质与膜上的特异蛋白结合 才能引 起物质的运输 而且在运输过程中 一般这种特异性的运输过程中都需要消耗能量 生化下 21 章 P60 生物膜运输的分子机制 2 蛋白质磷酸化和去磷酸化的生物学意义是什么 蛋白质的磷酸化和去磷酸化过程是生物体内存在的一种普遍的调节方式 几乎涉及所有的生 理及病理过程 如代谢调控 细胞的增殖及生物发育 转录调控 基因表达 肌肉收缩 神 经递质的合成与翻译 甚至癌变等 并在细胞信号的传递过程中占有极其重要的位置 真核 细胞中 1 3 到 1 2 的蛋白质可以磷酸化 在各个信号系统中 一个共同的环节就是由蛋白激 酶和蛋白磷酸酶催化的蛋白质的磷酸化与脱酸化反应 磷酸化主要是转移 ATP 上的磷酸在 Mg2 参与下转移到 Ser Thr 上形成 P O 键 生化上第 10 章 P424 3 请解释酶促反应的前馈和反馈 feedforward 和 feedback 及其意义 前馈是在代谢途径中前面的底物对其后某一催化反应的调节酶起到调节的作用 激活酶的活 性是正前馈 反之 抑之酶的活性为负前馈 前馈调节意义 常用于调节某一反应物的量保 持在体内一个安全的水平 当某一反应物积累太多 如一些对机体积累的用过的 无意义的 蛋白 摄入的有害物质 可能影响生物体液浓度 渗透压的不平衡 这时正前馈调节 可以 提高酶的活性 加快反应物的代谢 解决高浓度反应所产生的可能危害 恢复体内的代谢平 衡 反馈是指代谢反应产物使代谢过程中酶速度的改变 加快酶促反应的是正反馈 如果抑制反 应为负反馈 正反馈意义常出现在信号传递和级联放大 以及快速解除底物对机体产生的影 响 如某人体吸入的底物 会对机体产生不良的影响 可由某种酶代谢转化为无害物质基础 代谢当产生此无害物质时可由其产物激活酶进一步加快代谢 快速解除该物质的影响 有利 有生物代谢快速做出利己的反应 负反馈意义是调节体内代谢产物水平稳定的有效途径 当 机内某代谢产物需求量达到满足量时 其产物的量可进一步抑制酶的活性 如别构调节等 降低产物的生成速度 当产物被消耗后 浓度下降 对酶的抑制解除 反应速度可恢复 负 反馈调节是生物体代谢过程中维持各种代谢产物平衡的一个重要机制 生化下 39 章 P544 酶促反应的前馈和反馈 4 什么机制保证了 DNA 复制的准确性 DNA 的半保留复制机证保证了 DNA 复制的准确性 半保留复制是 DNA 在复制时 DNA 双链解开 利用 DNA 自身的特点 依据碱基互补配对原则 对两条链同时合成其互补链 形成的新 DNA 分子中 其中各有一条链来自亲代 这样保证了 DNA 信息的准确复制 而 且 DNA 在复制的过程中 DNA 聚合酶有核酸内切酶活性 可对自身对错误碱基因的混入有 切除重亲添加的机制 此外复制中还有突变修复系统中各酶系的修复 1 DNA 双螺旋结构的稳定性 核酸的碱基部分处理疏水环境中 不会受到活性水溶性物质 的攻击 从而保证了遗传信息的稳定 dNTP 比 NTP 还原性更高 保证了其聚合物与组蛋白 等物质的结合 而使 DNA 更稳定 不易被 DNase 降解 2 dNTP 与模板之间以 A T G C 配对 形成大量氢键 氢键的形成有方向性 并放出大量 自由能来保证配对的准确性 3 DNA 聚合酶有外切酶活性 对聚合中的错误可及时校正 3 5 外切酶活性切除错配 核苷酸 5 3 外切酶活性对损伤的 DNA 和 RNA 引物进行切除 4 DNA 的错配修复系统能够区别 新链 与 旧链 将 新链 上的错配碱基切除 并 重新合成正确的碱基 5 神经和肌肉等细胞活动的直接供能者是 ATP 然而 ATP 在细胞中含量很低 在哺乳动 物肌肉中仅 3 8mmol kg 问 是否存在其它的贮能物质 又是怎样 运作 的呢 有 很多 磷酸肌酸 其含量远超过 ATP 是细胞内首先供应 ADP 使之再合成 ATP 的能源物质 人和高等动物体内最重要的储能物质是糖元 肌糖元和肝糖元 可分解为萄葡糖 经糖酵解 途径生成三磷酸甘油醛 并释放能量 补充 ATP 此步是在无氧的条件下即可进行 此后进 一步反应 在无氧条件下可生成乳酸 并释少量能量 或在有氧的条件下进行三羧酸循环 最终生成 CO2和 H2O 并释放大量能量 储能量最多的是脂肪 可以经糖异生途径生成糖 或进行氧化生成乙酰 CoA 进入三羧酸循 环 释放能量 合成 ATP 生化下 P40 6 为什么 C4 植物即使在大气 CO2 浓度很低时其光合效率仍很高 C4 途径是作为 CO2的收集 浓缩和转运的系统 并需要消耗能量 将 CO2从氧含量较丰富 的叶片表面转动到内部的细胞 这里 O2浓度较低 与 CO2竞争核桐糖二磷酸羧化酶 加氧酶 rubisco 反应的能力较弱 在这个富集过程中 有丰富的 CO2被转移进来与 rubisco 反应 从而排除了外界 CO2浓度高低对光合作用的影响 具体反应过程为邻近气隙的叶肉细胞在 富含 O2的叶片表面吸引 CO2 并用它与羧化磷酸烯醇式丙酮酸 PEP 在 PEP 羧化酶催化 下生成草酰乙酸 OAA 然后被 NADPH 和苹果酸脱氢酶作用下还原为苹果酸或通过转氨 作用生成天冬氨酸 这些携带 CO2的载体通过胞间连丝被转动到邻近的维管束鞘细胞 在 这里脱羧生成丙酮酸并释放 CO2 7 逆转座子广泛存在于真核生物基因组中 简述它的生物学意义并说明原因 2006 年 2 8 DNA 重组中同源重组是最基本的重组方式 它的过程是什么 有什么意义 同源重组是最基本的重组方式 它通过链的断裂和再连接 在两个 DNA 分子同源序列间进 行单链或双链片段的交换 Hollidy 模型是较好的解释同源重组的模型 关键步骤有四个 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 形成连接分子 称为 Hollidy 中间体 通过分支移动产生异源双链 DNA Hollidy 中间体切开并修复 形成两个双链重组体 DNA 意义 打破基因原来的连锁关系 产生更多子代配子类型 可引起不等交换引起的插入或缺 失突变加速进化 增加物种的遗传多样性 可以整合外源基因 获得有利性状 增加适应性 生化下 P438 2004 年年 注意 1 答题必须简明扼要 如有必要 可以图示辅助说明 2 答题时可以不必抄题 但需注明题目序号 3 所有答题不要写在试卷上 请全部书写在答题纸上 选答题 请在下列七题中任选五题 总分为 100 分 若多答 按其中得分最低的五题记入总 分 一 分离纯化蛋白质是根据蛋白质的哪些性质进行的 举例说明 3 种层析的操作 解释溶液 的盐离子浓度 PH 值等变化 及其原理 20 分 分离纯化蛋白主要是根据蛋白质溶解度的差异 电荷性质的差异 分子大小的差异 吸附性 质及与配体亲合力的差异等 凝胶过滤层析 当不同分子大小的蛋白质流经凝胶层析柱时 比凝胶孔径大的分子不能进入 凝胶孔隙内部 只能穿过凝胶颗粒之间的间隙 很快流出层析柱 比网孔小的分子能不同程 序地自由出入凝胶珠的内外 这样由于不同大小的分子所经的路径不同而得到分离 大分子 物质先被洗脱出来 小分子物质后被洗脱出来 聚焦层析 是根据蛋白质的等电点差异分离蛋白质 当用特种多缓冲液填充在柱中形成的特 种多缓冲交换剂 会在层析柱中形成自上到下的连续的 pH 梯度 同时将蛋白质样品加在柱 上端也会随着缓冲液的展开按各自的等电点聚焦在相应的 pH值区段 并在展开过程中随 pH 梯度下移 蛋白质混合物的各组分先后从柱中流出 达到分离纯化的目的 生化上 P301 311 离子交换层析 是一种用离子交换树脂作支持剂的层析法 离子交换树脂是具有酸性或碱性 基因的高分子化合物 分离蛋白质常用纤维素离子材料 可以在不同酸碱性条件下交换吸附 不同的蛋白质 然后改变 pH 值和盐离子浓度 洗脱回收目的蛋白 生化上 P152 亲和层析 2008 名词 3 二 试举一例说明激素介导的信号转导的生理意义和作用机制 20 分 肾上腺素 是在应激状态 内脏神经刺激和低血糖等情况下 释放入血液循环 促进糖原分 解并升高血糖 促进脂肪分解 引起心跳加快 这种快速应激反应可以机体瞬间准备大量能 量用于应对内部或外部的突发情况做准备 肾上腺素作用机制采用腺苷酸环化酶途径 激素与受体结合后 首先活化 G 蛋白 通过 G 蛋白与激素受体的偶联 将信息传递给腺苷酸环化酶 然化活化了的环化酶再触发一系列由 cAMP 倡导的级联放大反应 凡有 cAMP 的细胞都有一类能催化蛋白质产生磷酸化反应的 酶 称为蛋白激酶 cAMP 通过蛋白激酶发挥它的作用 实际上 G 蛋白参与许多信号传导 过程 信号传导过程在细胞膜上发生 这种作用反应快 通过生成 cAMP 而立刻作用于机 体组织 三 简述两类真核细胞蛋白质降解的机制以及它们的生物学意义 20 分 细胞中蛋白降解主要有两条途径 1 不依赖 ATP 的溶酶体途径 没有选择性 主要降解外源 蛋白 膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白 2 依赖 ATP 的泛素途径 在细胞质中进行 主要降解 异常用蛋白和短寿命蛋白 泛素是一种高保守的小分子蛋白 作用过程为某些具有泛素化功 能的蛋白 可与其指定类型的蛋白发生互作 识别 然后将泛素小分子标记在待降解蛋白上 这个过程叫泛素化 被泛素化的蛋白可进于溶酶体途径被降解为氨基酸 小肽和泛素 此途 径在含溶酶体的红细胞中尤为重要 四 基因 HOR 的转录受激素 X 的正调控 试设计实验分析鉴定其顺式作用元件 cis elements 反式因子 trans factors 及其调控模式 20 分 1 首先你要克隆 HOR 基因的启动子 构建克隆载体回收质粒 并测序获得启动子序列 2 获得高表达 HOR 时该组织的总蛋白 3 使用 DNaseI 足迹试验 或染色体免疫共沉淀法来鉴定蛋白与启动子区顺式作用元件的互 作 从而得到顺式作用元件序列 4 利用得到的顺式作元件序列 采用 DNA 亲和层析法 来分离上游的调控转录因子 5 分离到的特定转录因子 可以鉴定其理化性质 或用酶切和质谱来鉴定其序列进一步研 究其功能 6 从获得的序列为出发点 利用网络资源查找相关元件和因子的功能研究 进一步确定其 激素 X 通过何种转录因子的途径 正调控基因 HOR 的 附 DNaseI 足迹实验 蛋白质结合在 DNA 片段上 能保护结合部位不被 DNase 破坏 DNA 分子经酶切作用后遗留下该片段 亦称 足迹 进而可以确定它的序列 在电泳凝胶的放 射性自显影图片上 相应于蛋白质结合的部位没有放射性标记条带 DNase I 足迹试验是一 种鉴别 RNA 聚合酶等蛋白质在 DNA 上结合位点的方法 它不仅能找到与特异性 DNA 结合 的目标蛋白 而且能告知目标蛋白结合在哪些碱基部位 足迹试验的方法较多 常用的有 DNase I 足迹试验和硫酸二甲酯足迹试验 dimethylsulfate DMS 两者原理基本相同 DNase I 足迹试验的实验流程如下 待检双链 DNA 分子用 P 同位素作末端标记 通常只 标记一端 蛋白质与 DNA 混合 等两者结合后 加入适量的 DNase I 消化 DNA 分子 控制酶的用量 使之达到每个 DNA 分子只发生一次磷酸二酯键断裂 并列设置未加蛋白质 的对照 从 DNA 上除去蛋白质 将变性的 DNA 加样在测序凝胶中作电泳和放射性自显 影 与对照组相比后解读出足迹部位的核苷酸序列 足迹试验特异性好 定位精确 使用广 泛 DNA 亲和层析 将特异的或非特异的 DNA 分子固定在支持物 如纤维素 凝胶粒等 上 用作亲和层析介质 能够纯化天然形态的 DNA 结合蛋白 或分析该蛋白质的 DNA 结合区 域的方法 五 在应用重组 DNA 技术表达某些蛋白时 经常在表达的蛋白末端加上一段氨基酸序列作 为标签 tag 说明标签序列在生物学研究中的应用 20 分 1 分离标记 可以对表达的含标签的融合蛋白 利用对标签有专一抗性的抗体或有亲和的 材料对蛋白进行特异性结合并分离纯化蛋白 2 转基因检测的标记 可能某些基因在生物体内本身存在 过表达基因时为确定是否该基 因过真正过表达 需要检测该基因的表达产物 用标签来区别过表达的基因与生物体原 本自己表达的该基因 3 检测位点 如无目的蛋白抗体 可用标签的抗体来检测目的蛋白的表达 六 举 2 3 例说明组蛋白翻译后修饰的机制及其生物学意义 20 分 许多真核生物的新生豚都要经过翻译后加工或修饰 这种加工修饰可以发生在正延伸着的肽 链中和翻译后 1 切除加工 典型的情况包括切除 N 端蛋氨酸 信号肽序列和切除部分肽段 将无活性的 前体转变成活性形式 一些酶的前体 称为前体酶 或酶原 或无活性的多肽前体 称 为前体蛋白 只有切除特定的肽段后才能从无活性形成转变成活性形式 2 糖基化 真核生物中糖基化修饰很普遍 通常情况下 分泌蛋白的寡糖链较复杂 而内 质网膜蛋白含有较高的甘露糖 影响肽链的折叠以及蛋白质的分泌和定位 3 羟基化 在结缔组织的胶原蛋白和弹性蛋白中 pro 和 lys 是经过羟基化的 在乙酰胆碱 酯酶 降解神经递质乙酰胆碱 和补体系统 参与免疫反应的一系列血清蛋白 都发现 有 4 羟辅氨酸 谷氨酸的羧化 可在一些凝血因子等蛋白质中引进钙离子结合位点 4 磷酸化 蛋白磷酸化参与代谢调控和信号转导以及蛋白与蛋白之间的相互 5 亲脂修饰 最常见的亲脂修饰是酰化和异戊二烯化 豆蔻酰化是最常见的酰化形式之一 蛋白抽亲脂修饰后可以改变膜结合能力和特定的蛋白与蛋白之间的作用 乙酰化可以防 止肽链降解 6 甲基化 通过甲基转移酶进行 在 2 3 二磷酸核酮糖羧化酶 钙调蛋白 组氨酸 某些 核糖体蛋白的细胞色素 C 中都有甲基化的赖氨酸残基 影响组蛋白等蛋白质和其它分子 的相互作用 7 二硫键形成 二硫键通常只发现于分泌蛋白 如胰岛素 和某些膜蛋白中 在细胞质中 由于有各种还原性物质 如谷胱甘肽和硫氧还蛋白 所以细胞质蛋白没有二硫键 8 泛素化 将特定蛋白标记上泛素分子 是调节细胞内蛋白降解的信号 七 简述 miRNA microRNA 和 siRNA 的结构和功能 20 分 2007 年名词 4 5 2005 1 在研究蛋白与蛋白间相互作用时 酵母双杂交和免疫共沉淀是较常用的方法 请简述这 两种方法的原理 15 分 见 2008 年第五题 2 说明产生自由基的常见途径 并写出两个抗氧化保护酶 10 分 自由基也称游离基 是指含有奇数价电子并因此在一个轨道上具有一个不成对电子的原子或 原子团 具有顺磁性 反应性强 寿命短 一般是由反应均裂获得 常见有途径有辐射诱导 包括可见光 紫外线和电离辐射 高能光子和高能粒子 热诱导 提高温度也可使共价键 均裂产生自由基 凡是能够单电子氧化还原的金属离子都可以与过氧化氢反应使其发生裂 解 产生自由基因 生化 P96 97 重要的抗氧保护酶 1 超氧化物歧化 superoxide dismutase SOD 是体内催化下列歧化反应的一种抗氧化保护 酶 属于金属酶类 其活性中心所含金属离子可为 Cu Zu Mn Fe 广泛存在于各种生物 中 2 过氧化氢酶 catalase 人和动物体内此酶以肝和红细胞中最为丰富 并集中在过氧化 物酶体中 谷胱甘肽过氧化物酶是人体内清除 H2O2的最重要的酶 此外 还有维生素 E 也是人体中最重要的自由基清除剂 生化 P101 102 3 SDS Sodium Dodecyl Sulfate 是生化中常用试剂 请说明它在聚丙烯凝胶电泳测定蛋白质 分子量中的作用以及它在碱裂解法提取 pUC18 质粒 DNA 中的作用 10 分 在聚丙烯凝胶电泳测定蛋白质分子量中 SDS 可以断烈分子内和分子间氧键 破坏蛋白质 的二 三级结构 与蛋白质按一定比例结合 形成保持原有分子大小为特征的负离子团块 从而降低或消除了蛋白质分子之间天然的电荷差异 因此 蛋白质的迁移速度取决于分子大 小 SDS 在碱裂解法提取 pUC18 质粒 DNA 中 SDS 可与基因组线性 DNA 大分子 RNA 和蛋 白质结合 生成沉淀 而环状的质粒仍保持溶解状态 从而使质粒得到分离 4 请设计实验 纯化在大肠杆菌中表达的 Taq DNA polymerase Taq DNA 聚合酶 并鉴定其 纯度和生物学活性 20 分 1 离心富集菌体 2 采用缓冲液重悬菌液 3 冻熔法裂解菌体 或加入裂解液裂解菌体 4 裂解产物可以采用盐析法分离蛋白 还需进行透析纯化 也可采用加热变性法沉淀蛋白 和其它杂质 而Taq酶具有热稳定性仍溶于缓冲液 此外还可以采用亲和层析法如DNA 纤维素材料亲合 DNA 分离 Taq 酶 5 采用 SDS PAGE 鉴定 Taq 酶的纯度 与分子标准对照 6 采用PCR方法鉴定酶活力 与商品酶作对照 秦川 et al 2008 5 现在 在药店购买抗生素时 一般要求出示医生处方 以避免抗生素的滥用 请说明细 菌产生对抗生素耐药性的生物化学机制 15 分 细菌细胞里有一种复合型转座因子 两端有反向重复序列 中间含有抗生素的抗性的基因 不同细菌不含有 或含有不同的抗性基因 这些抗性基因 在自然情况下可以通过整合入噬 菌体基因组中或是接合的质粒中传播到其它细菌细胞 这是细菌产生抗药性的重要来源 其 它是自身基因的突变和重组也可能导到抗药性的出现 这些情况发生的频率是很低的 而在 有抗生素选择的情况下 没有抗性的细菌会被很快杀死 而如果存有对此抗生素有抗性的细 胞个体时 此时该细胞在人体内不但不会被杀死 反而会因为其它无抗性的细菌被杀死后 获得了更广阔的生存和繁殖空间 使自身大量繁殖 这样更利于这种含有抗性的细菌进一步 传播 从而使下次再用同类型抗生素时也无法治疗此类细菌性感染 这在医疗上是很严重的 问题 所以抗生素要抗医生处方使用 如果滥用可能会导致细胞的各种抗药性菌株被筛选并 成为主流菌株 可能将来有些很常见的细菌的感染而无药可救 6 随着石油能源的减少 可再生能源的利用越来越重要 利用发酵工程产生的乙醇是一种 可能的石油替代产品 请说明酵母在无氧条件下 将丙酮酸转化为乙醇的生化反应过程 包 括中间产物和所需要的酶和辅酶 15 分 丙酮酸在丙酮酸脱羧酶催化丙酮酸脱羧生成乙醛 乙醛被 NADH H 还原生成乙醇 7 在高等生物蛋白组学研究中发现 逆境条件下某蛋白 A 含量远远高于它在正常条件下的 含量 但是在 mRNA 水平上检测表明在逆境条件和正常条件下此基因的表达水平基本一致 请根据你所学的知识说明其可能的表达调控机制 15 分 见 2008 年第四题 mRNA 水平上检测水平基本一致 只能说明转录水平上相似 从 mRNA 到蛋白质还要经历 很多步的调节 转录后水平的调节 包括 mRNA 的修饰 选择性剪切 加帽子结构和尾巴 还有碱基修饰 等 这些结构的差别可能导到 mRNA 的稳定性 还有密码子的偏好性 也会影响蛋白表达 水平 此外还有可能有内源的 microRNA 或外源的 siRNA 对 mRNA 进行沉默 来改变最终 用于翻译的 mRNA 量 翻译水平的调节 mRNA 的运输 从细胞核运送到细胞质才能进行翻译 翻译的起始 有 些阻谒物可以结合在 mRNA 的 5 端影响翻译的效率 mRNA 的稳定性 也对翻译的蛋白量 有影响 起始因子的磷酸化 也可影响翻译的产物量 翻译后水平的调节 蛋白质的切割 如 去除 Met 端多作的氨基酸 二硫键的形成 特定 氨基酸的修饰 切除非功能分段 其它特定的化学修饰 如糖基化 磷酸化 亲脂修饰 甲 基化等 这些修饰对蛋白终产物的产量和蛋白质的生命周期都有调节作用 来改变蛋白含量 2006 1 试举 5 例说明绿色荧光蛋白 Green fluorescent protein GFP 在生物化学研究中的应用 15 见 2008 年第三题 2 请说明真核生物中逆转座子 retrotransposon 的结构特征和生物学意义 1 逆转座子也叫 反转录转座子 是指通过 RNA 为中介 反转录成 DNA 后进行转座的可动 元件 分为两类 一类是病毒超家族 这类反转录转座子编码反转录酶或整合酶 能自主地 进行转录 其转座的机制同反转录病毒相似 但不能像反转录病毒那样以独立感染的方向进 行传播 特征结构为两端有长末端重复序列 LTR 另一类是非病毒超家族 自身没有编 码转座酶或整合酶的能力 而在细胞内己有的酶系作用下进行转座 所有反转录转座子都有 一个共同的特点 即在其插入位点上产生短的正向重复序列 生物学意义 1 影响所在位点或邻近基因的活性 2 成为基因组的不稳定因素 3 促进生 物进化 3 某一蛋白样品在 SDS PAGE 上经考马斯亮蓝染色呈现单一的条带 是否可以认为此蛋 白样品只包含一种蛋白 如何进一步鉴定这个蛋白的纯度 15 不可以 可以采用等电聚胶电泳 可以按蛋白质的等电点 pI 值 不同将不同蛋白质分开 现在有 较成型的蛋白双向电泳胶条 先按让蛋白样品在存在 pH 梯度的胶条上预电泳聚焦 使蛋白 质先按 pH 值的不同在水平方向的胶条上分开 再在垂直方向进行 SDS PAGE 按蛋白的分子 量进行电泳 可得到二维的蛋白质图 4 试简述免疫共沉淀 immunoprecipitation 的原理及应用 1 见 2008 年第五题 5 转基因食品 GM food 正逐渐地被摆上餐桌 请根据你的生化知识谈一谈你对转基因食品 安全性的认识 10 从基因角度上讲 转基因食品是比较安全的 因为转基因那些转入的基因也都是自然存在的 基因 人类只是通过技术手段 让目标特种快速获得较高的目的性状 加速了育种效率和育 种周期 有效的解决目前日益增长的人口问题和粮食危机 但从长期适应角度和选择标记基因上 转基因食品也存在一定风险 因为转基因食品中有些 基因是自然进化上无法获得的 也是人类未曾世代长期食用的 转基因食品人类开始食用才 十几年 虽然未报道过严重问题 但是否绝对安全 还是需要一个长期研究的过程 还有在 转基因过程中常使用标记基因 如抗生素 抗除草剂等选择标记基因 这些基因产物如果不 能有效去除 人类长期食用还是存在一定风险的 6 请详细说明真核生物基因表达在不同水平上的调节机制 5 见 2008 年第四题 7 中国科学家 2005 年在生命科学研究领域获得了大丰收 在 Cell Science 和 Nature 上发 表了多篇原创性文章 通讯地址为国内 请说出其中两篇的主要内容和主要作者或主要作者 单位 10 2005 年是中国生命科学研究的爆发的一年 这一年内 中国大陆的科学家有 9 篇真正的原 创性文章发表在代表国际最高水平的 细胞 Cell 自然 Nature 和 科学 Science CNS 杂志上 这一爆炸式地增长表明中国的生命科学正在大步前进 括号内标注中文 姓名的作者为文章的通讯作者 1 Jiang H Guo W Liang X and Rao Y 饶毅 2005 Both the Establishment and the Maintenance of Neuronal Polarity Require Active Mechanisms Critical Roles of GSK 3 and Its Upstream Regulators Cell Vol 120 123 135 14 January 2005 这是中国大陆 25 年来第一篇被 Cell 接受的文章 中国科学院神经所的蒋辉博士在文中报道 GSK 蛋白质的活性对确定神经细胞极性起关键作用 开拓了治疗神经损伤的新途径 脑神 经复杂的信息传导有赖神经细胞的特殊结构 神经细胞通常有两种结构 接收讯号的树突 发送讯号的轴突 他们的研究揭示了神经细胞的这两个基本极性是如何形成的 GSK 蛋白 激酶在发育过程中的分布有极性 在轴突中的活性比树突中要低 如果其活性太高 神经细 胞会没有轴突 太低则会把树突变成轴突 它的活性由上游分子来调控 多个分子形成通路 控制着神经细胞的极性 还发现 确定神经细胞极性的 GSK 还维持着极性 如果用药物改 变 GSK 活性 就可以把树突变成轴突 这表明 可以通过药物来增加轴突数量 这可能成 为神经元损伤修复和退行性神经系统疾病治疗的新突破口 通讯作者饶毅博士现任职于华盛 顿大学医学院 圣路易斯 密苏里 解剖学与神经生物学系 2 Guan J Xu Z Gao H He S Ma G Sun T Wang L Zhang Z Lena I Kitchen I Elde R Zimmer A He C Pei G Bao L and Zhang X 2005 Interaction with vesicle luminal protachykinin regulates surface expression of opioid receptors and opioid analgesia Cell Vol 122 619 631 26 August 2005 张旭研究员毕业于第四军医大学 1994 年在瑞典的卡罗琳斯卡医学院获得博士学位 1999 年开始进入中科院上海生命科学院神经科学研究所 一直从事神经传递机制的研究 该文章 报道了调控阿片类物质镇痛作用的新机制 传统理论认为 存在于脊髓中的 P 物质作用仅 是致痛 其实它干的 坏事 远不止此 该文认为 人体内的阿片受体在感受痛觉的神经元表 面严阵以待 专门执行麻醉剂的镇痛指令 其中 mu 的受体发挥镇痛作用 而 P 物质却 带领 delta 受体找到前者 降低镇痛作用 同时增加人体对镇痛剂的耐药性 因此 P 物质 可以称为是是调控吗啡镇痛的 关键人物 没有了P物质 添乱的delta阿片受体就没了 领 路者 找不到 mu 阿片受体 自然也就无法影响药效 无法产生耐药性等副作用 研究人 员在小鼠身上做实验 去除其体内的 P 物质基因 使其无法分泌 P 物质 结果欣喜发现 小鼠对吗啡不再产生耐受 注射次数再多 药效也没有下降 此次发现 P 物质是直接调 控阿片系统镇痛功能和吗啡耐受的罪魁祸首 将为今后开发药效强 副作用小的新型镇痛药 提供全新理论基础 3 Sun F Huo X Zhai Y Wang A Xu J Su D Bartlam M Rao Z 饶 子和 Crystal Structure of Mitochondrial Respiratory Membrane Protein Complex II Cell Vol 121 1043 1057 1 July 2005 中国科学院生物物理研究所所长 清华大学生命科学与医学研究院副院长饶子和院士领导的 清华大学 中科院生物物理研究所结构生物学联合研究小组 经过 3 年努力 率先在世界 上解析了线粒体膜蛋白复合物 II 的精细结构 填补了线粒体结构生物学和细胞生物学领域 的空白 成为线粒体呼吸链研究领域的一个新的里程碑 这一结构的解析 为研究人类很多 与线粒体相关的疑难疾病提供了真实可用的模型 4 Guo J and Guo A 郭爱克 Crossmodal Interactions Between Olfactory and Visual Learning in Drosophila Science 8 July 2005 Vol 309 no 5732 pp 307 310 国际权威学术期刊 Science 以 4 页的篇幅发表了题为 果蝇跨模态学习的相互作用 的 研究论文 这项科学研究是由中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所郭建增博士和 中科院上海生科院神经科学研究所 中科院生物物理研究所郭爱克院士共同完成的 这一最 新发现首次表明 在一定的时间和空间条件下 果蝇在视觉和嗅觉不同模态之间 具有学习 与记忆的协同双赢和相互传递的功能 专家认为 该机制将对研究人及高等动物的认知行为 有借鉴作用 该项科学研究以果蝇为模式动物 在精巧的飞行模拟器 标有两个高低不同 位置 输入浓度不同气味的圆筒内 同时完成对果蝇视嗅双模态的实验 研究者 嫁接 了嗅 觉气味调控系统 率先在视觉飞行模拟器上 实现对个体果蝇的嗅觉操作式条件化的实验突 破 Science 杂志审稿人认为 这些发现新颖而有趣 实验设计完成得巧妙 简洁而逻辑 清晰 实验完成的彻底 甚至感觉到它超出了对该项研究所能的预期 值得一提的是 2001 年 中科院神经科学研究所唐世明和郭爱克在 科学 上 曾发表 果 蝇面临视觉冲突线索时的选择行为 的科学论文 它曾是中国神经科学工作者 以完整的国 内研究工作 在 科学 杂志上实现的 零 的突破 5 Li Y Jia Y Cui K Li N Zheng Z Wang Y 王以政 and Yuan X 袁小兵 Essential role of TRPC channels in the guidance of nerve growth cones by brain derived neurotrophic factor Nature 434 894 898 14 April 2005 中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所研究员袁小兵博士 博士毕业于神经所的 PI 和王以政博士领导的研究组经过两年多的合作研究发现 神经纤维最前端生长锥的细胞 膜上有一类称为 TRPC 的阳离子通道起着传递 方向指令 的关键作用 阐明发育过程中神经 纤维生长方向是如何被调控的 是当前神经生物学关注的关键问题之一 6 Liu J 刘金华 Xiao H Lei F Zhu Q Qin K Zhang X Zhang X Zhao D Wang G Feng Y Ma J Liu W Wang J Gao GF Highly Pathogenic H5N1 Influenza Virus Infection in Migratory Birds Science 19 August 2005 Vol 309 no 5738 p 1206 中国农大刘金华教授关于禽流感的研究论文 高致病性禽流感 H5N1 对候鸟的感染 课题 组对今年上半年在我国青海湖发生的候鸟感染 H5N1 高致病禽流感的病毒特性进行了基因 组序列的分析与研究 结果表明 其血凝素裂解位点符合高致病性禽流感病毒的特征 病毒 聚合酶蛋白基因的某一点的氨基酸发生了重要突变 该论文是我国科学家在禽流感病毒研究 领域取得的重要研究成果 7 Sheng Ding Xiaohui Wu 吴晓晖 吴晓晖 Gang Li Min Han Yuan Zhuang and Tian Xu 许田许田 Efficient Transposition of the piggyBac PB Transposon in Mammalian cells and Mice Cell Vol 122 473 483 12 August 2005 这是一篇从诞生开始就被注定引用率极高的具有里程碑意义的文章这是一篇从诞生开始就被注定引用率极高的具有里程碑意义的文章 要解读这本包罗生老病死等浩瀚奥秘的要解读这本包罗生老病死等浩瀚奥秘的 天书天书 必须寻找到一种工具 能够高效制造 大面积基因突变和培育转基因动物 传统的单个基因研究的方法极其缓慢 已难以适应快 速发展的基因组学的研究 如今 这个 必须寻找到一种工具 能够高效制造 大面积基因突变和培育转基因动物 传统的单个基因研究的方法极其缓慢 已难以适应快 速发展的基因组学的研究 如今 这个 神奇工具神奇工具 被中国科研人员发现 上海复旦大学发 育生物学研究所的科研人员将一种源于飞 被中国科研人员发现 上海复旦大学发 育生物学研究所的科研人员将一种源于飞蛾的蛾的 PB PiggyBac 转座子 转座子 Transposon 用于小 鼠和人类细胞的基因功能研究 用于小 鼠和人类细胞的基因功能研究 在世界上首次创立了一个高效实用的哺乳动物转座因子系 统 为大规模研究哺乳动物基因功能提供了崭新途径 在世界上首次创立了一个高效实用的哺乳动物转座因子系 统 为大规模研究哺乳动物基因功能提供了崭新途径 8 Jiuhong Kang Yufeng Shi Bin Xiang Bin Qu Wenjuan Su Min Zhu Min Zhang Guobin Bao Feifei Wang Xiaoqing Zhang Rongxi Yang Fengjuan Fan Xiaoqing Chen Gang Pei and Lan Ma 马兰 A Nuclear Function of Arrestin1 in GPCR Signaling Regulation of Histone Acetylation and Gene Transcription Cell Vol 123 833 847 2 December 2005 复旦大学上海医学院长江特聘教授马兰博士的最新 Cell 文章 深入揭示了药物成瘾的 分子神经学机制 以往马兰实验室和裴钢实验室已揭示 阿片受体作为 G 蛋白偶联受体大 家族的重要成员之一 可以诱导 arrestin 1 抑制因子 蛋白从胞浆向细胞核内转位 然 而并不知道 arrestin 1 进入核以后如何发挥作用 此次研究发现 arrestin 1 进入细胞 核后 有选择性富集于一些具有特殊启动子的基因前 如 P27 C fos 从而增强组蛋白乙 酰化转移酶 P300 最终促进这些基因的转录 这一研究首次证明了 arrestin 1 扮演了 GPCR 信号从胞浆到细胞核的浆 核信使 cytoplasm nucleus messenger 同时阐明了 GPCR 信号从胞膜 胞浆 胞核的信号传递的机制 9 Huijian Wu Yupeng Chen Jing Liang Bin Shi Ge Wu Ying Zhang Dan Wang Ruifang Li Xia Yi Hua Zhang Luyang Sunand Yongfeng Shang 尚 永 丰 Hypomethylation linked activation of PAX2 mediates tamoxifen stimulated endometrial carcinogenesis Nature 438 981 987 15 December 2005 北京大学基础医学院生物化学与分子生物学系长江特聘教授尚永丰博士所领导的课题组对 雌激素和三苯氧胺诱发子宫内膜癌的分子机理研究取得突破性进展 2007 一 名词解释 1 Alternative splicing 可变剪切 同一个 miRNA 前体分子 可以在不同的剪切位点发生剪 接瓜 生成不同的 mRNA 分子 最终产生不同的蛋白质分子 这也许是生物进化过程中增 加遗传信息的复杂性 经济而有效地利用遗传信息以有利于生存的一种途径 选择性剪接可 能有其时间和空间的专一性 2 Nonsense mediated decay 无义介导的 mRNA 降解 nonsense mediated mRNA decay NMD 能够选择性降解含有翻译提前终止密码子 premature translation termination condon PTC 的 mRNA 从而防止对机体有害的截短蛋白 truncated proteins 的产生 它是真核生物中 广泛存在的一种高度保守的有效的监督机制 NMD 与肿瘤发生发展过程中的基因突变有密 切关系 3 RNA editing RNA 编辑 这是在生成 mRNA 分子后 通过核苷酸的插入 缺失或转换 改变来自 DNA 模板的遗传信息 翻译生成不同于模板 DNA 所规定的氨基酸序列 也就是 合成了不同于基因编码序列的蛋白质分子 4 miRNA MicroRNA miRNA 是一类由内源基因编码的长度约为 22 个核苷酸的非编码单 链 RNA 分子 可与 RNA 介导的沉默复合物结合 RISC 结合 介导与其序列大部分互补或 完全互补的靶基因降解的作用 参与动植物中转录后水平的基因表达调控 5 siRNA Small interfering RNA siRNA 是一种小 RNA 分子 21 25 核苷酸 由 RNAase 家族中 Dicer 酶对外源的双链 RNA 进行特异性加工而成 主要介导转录后水平的基因沉 默 PTGS 二 简述真核生物中分泌型蛋白质的转运途径和主要的生理功能 分泌型蛋白质转运途径 首先在粗面内质网上 由 mRNA 和 2 个核糖体亚基组成复合物 经翻译得到蛋白原 经过内质 网的运输 同时 对蛋白质进行多种修饰和加工 到高尔基体后 对蛋白质进行最后的糖基化修 饰 并形成膜泡 向细胞膜运输 至膜表面后 膜泡与细胞膜融合 将蛋白质分泌到胞外 主要的生理功能有 1 执行抗体功能 如 IgA 等分泌型抗体 在支气管的黏液层 执行抗体功能 2 激素功能 如 人生长激素 为蛋白质类激素 由垂体分泌 3 消化酶 如 胰腺的外分泌部 分泌胰蛋白酶原 当运到小肠内后被激活 表现分解蛋白质的活 性 三 真核生物中转座子的两大类型 各自的转座方式及生物学意义 1 复制转座 replicative transposition 转座因子在转座期间先复制一份拷贝 而后拷贝转座 到新的位置 在原先的位置上仍然保留原来的转座因子 复制转座有转座酶 transposase 和 解离酶 resolvase 的参与 转座酶作用于原来的转座因子的末端 解离酶则作用于复制的拷 贝 TnA 是复制转座的例子 2 非复制转座 non replicative transposition 转座因子直接从原来位置上转座插入新的位 置 并留在插入位置上 这种转座只需转座酶的作用 非复制转座的结果是在原来的位置上 丢失了转座因子 而在插入位置上增加了转座因子 这可造成表型的变化 意义 目前转座子元件是植物分子生物学操作和植物基因工程中分离克隆基因和研究 基因功能最有力的工具之一 其中的一大类 反转录转座子具有分布广 异源转座高和受组 织培养诱导激活等优势 因此它的发现和利用又为转座子标签的应用提供了更广阔的前景 此外通过对现有转座元件的改造以及转座元件作为载体改造的工具 也将大大加速植物基因 和功能序列的分离与研究 如利用转座子元件构建启动子捕捉载体 效率比 T DNA 标签高 转座子可以改变其附近基因的调控 创造新基因 引起 DNA 断裂和基因组信息量的增加 为生物的进化提供了多样的原料 四 免疫共沉淀和酵母双杂交实验的原理及各自的优缺点 免疫共沉淀含原理免疫共沉淀含原理是 当细胞在非变性条件下被裂解时 完整细胞内存在的许多蛋白质 蛋 白质间的相互作用被保留了下来 如果用蛋白质 X 的抗体免疫沉淀 X 那么与 X 在体内结 合的蛋白质 Y 也能沉淀下来 这种方法常用于测定两种目标蛋白质是否在体内结合 也可 用于确定一种特定蛋白质的新的作用搭档 免疫共沉淀优点免疫共沉淀优点 1 相互作用的蛋白质都是经翻译后修饰的 处于天然状态 2 蛋白的相互作用是在自然状态下进行的 可以避免人为的影响 3 可以分离得到天然状态的相互作用蛋白复合物 免疫共沉淀缺点免疫共沉淀缺点 1 可能检测不到低亲和力和瞬间的蛋白质 蛋白质相互作用 2 两种蛋白质的结合可能不是直接结合 而可能有第三者在中间起桥梁作用 3 必须在实验前预测目的蛋白是什么 以选择最后检测的抗体 所以 若预测不正确 实验就得不到结果 方法本身具有冒险性 酵母双杂交原理酵母双杂交原理 二个结构域不但可在其连接区适当部位打开 仍具有各自的功能 而且 不同两结构域可重建发挥转录激活作用 酵母双杂交系统利用杂交基因通过激活报道基因的 表达探测蛋白 蛋白的相互作用 主要有二类载体 a 含 DNA binding domain 的载体 b 含 DNA activating domain 的载体 上述二类载体在构建融合基因时 测试蛋白基因与结构域 基因必须在阅读框内融合 融合基因在报告株中表达 其表达产物只有定位于核内才能驱 动报告基因的转录 例如 GAL4 bd 具有核定位序列 nuclear localization sequenc e 而 GAL4 ad 没有 因此 在 GAL4 ad 氨基端或羧基端应克隆来自 SV40 的 T 抗原的一段序列 作为核定位的序列 目前研究中常用 binding d