分子生物学的概念.doc

1. 分子生物学的概念：广义：蛋白质和核酸 狭义：偏重于核酸（基因）；主要研究基因或DNA2. 用你现有的知识解释DNA为什么是遗传信息的载体。（分子生物学发展过程中几个重要的实验-名称、原理）解释分子生物学是如何建立的？(不要求生物简史)3. 举例说明诺贝尔奖获得者的伟大科学发现。（选择、是非题） 第一、二章：DNA的结构1.名词解释：基因组（genome）：是指细胞或生物体的全套遗传物质，即生物体维持配子或配子体正常功能的全套染色体所含的全部基因（DNA）。引申人的基因组的全长大约是3109对碱基，编码3-4万个蛋白质分子 大肠杆菌的基因组约为4.6106人类与E.coli编码基因数目的比较研究 E.coli. 4 X 106bp DAN 约编码3000种基因 人类29 X 108 bp 的DNA 是大肠杆菌的700多倍C-值 ：通常是指一种生物单倍体基因组DNA的总量。 C值矛盾 ：形态学的复杂程度与C-值的不一致。割裂基因 ：编码某一DNA的基因中有些序列并不出现在成熟的DNA序列中，成熟RNA的序列在基因中被其他基因隔开。Intron 内含子 ：DNA与成熟RNA之间的非对应区域。非编码序列。Exon 外显子 ：编码序列。持家基因 ：在所有细胞类型中都必须表达，即这些基因的功能为所有细胞所必须。奢侈基因：仅在某种特定类型的细胞中表达的基因。（了解）卫星DNA：将DNA切成数百个碱基对的片段进行超速离心时，由于富含AT的简单高度重复序列区段浮力密度较小，因而很容易和总体DNA分开，即常会在主要的DNA带的上面有一个次要的带相伴随。2. 简答题1、何为C值矛盾，其表现在哪些方面。答：C值矛盾是指形态学的复杂程度与C-值的不一致。表现在：低等真核生物中与形态学复杂程度相关，但高等真核生物中变化很大。 与预期的编码蛋白质的基因的数量相比，基因组的DNA含量过多2、E.coli的基因结构有何特点？（掌握）功能相关的几个结构基因以操纵元（operon）的形式存在，其中保括共同的调节基因，启动子（promoter）、操纵子（opertor），在基因转录时协同合作。包括功能相关的RNA基因也串联在一起。蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在。RNA基因多拷贝。3、以E.coli为例说明原核生物基因组织的特点。答：(1)染色体DNA 对数生长期的E.coli （24个类核）丰富的基因组DNA 类核中，染色体DNA成分占80，其余为RNA和蛋白质4.6 x 106bp的基因组DNA 与多种DNA结合蛋白质组装成E.coli的染色体基因组DNA为双链环状，总长度为11001400m，1400个基因都已定位（2）质粒DNA 细菌中另一类遗传物质环状DNA，存在于染色体之外，能自我复制。质粒也携带许多基因，如：抗生素抗性基因。4、真核、原核生物的结构基因的主要组织特点。第三章DNA的复制 最多出选择题生物界DNA复制的特点。单链DNA的复制：噬菌体M13的复制机制。 DNA的反转录合成及意义，反转录酶，线形DNA复制末端问题的解决，端粒及端粒酶。RNA的复制。第四章RNA的生物合成转录1.名词解释：转录：以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚合酶的催化下，以4种rRNA为原料合成RNA的过程。（课件：转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除了TU之外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。）启动子 ：指DNA分子上被RNA聚合酶识别并结合形成转录复合物的区域，它包括了一些调节因子的结合位点。转录终止子 ：在转录过程中，提供转录终止信号的RNA序列真正起终止作用的RNA序列。2.简答题1、说明RNApol全酶各个亚基的主要功能。（选择、是非）答：因子：可重复使用；主要用于修饰RNApol构型；使全酶识别启动子Sextama Box（-35区），并通过与模板链特异性结合；不同因子识别不同的启动子。因子：属于核心酶的组件因子，促使RNApol与DNA模板链结合。 前端因子使模板DNA双链解链为单链尾端因子使解链的单链DNA重聚为双链因子：促进RNApol+NTPRNA elongation完成NTP之间的磷酸酯键的连接，与p因子竞争3-end。其中因子有两个位点：I site ，转移性结合ATP 或GTP；E site，对NTP非专一性结合。因子：参与RNA非模板链结合。2、以E.coli为例，说出Prok.启动子结构及各部分功能。答：启动子 ：指DNA分子上被RNA聚合酶识别并结合形成转录复合物的区域，它包括了一些调节因子的结合位点。启动子由两部分组成：上游部分CAP、AMP结合位点 下游部分RNApol进入位点绝大部分启动子都存在这两段共同序列：-10bp处的TATA区和-35bp处的TTGACA区补：对比真核生物的启动子：真核基因启动子是RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件。由上游启动子和核心启动子组成。3、以Prok.为例简述转录起始过程。答：全酶与启动子结合，封闭型启动子复合物形成（R位点被因子发现并结合）开放型启动子复合物的形成。（RNApol适合位点到达-10序列区，富含AT序列Prinbonow框，“烷解”形成12-17bp的泡状物，同时酶分子同-10序列转移，并与之牢固结合形成二元闭合复合物（包括全酶和DNA。）在开放型启动子复合物中，RNApolI位点和E位点的核苷酸单体形成一个磷酸二酯键（亚基），形成三元复合物（包括全酶、DNA和新生的RNA）。因子解离核心酶与DNA亲和力起始过程结束核心酶移动进入延伸过程4、终止子和终止密码子有何区别？答：终止子是指在转录的过程中，提供转录终止信号的RNA序列 终止密码子：UAA、UGA、UAG。mRNA上的三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这个氨基酸能使翻译终止，这2个核苷酸就叫终止密码子。5、试述Prok.中转录终止子的类型及终止机制。答：原核生物中转录终止子的类型有（1） 内在终止子（不依赖 因子的终止子）形成一个发夹结构，在发夹结构末端有6-8个连续的U串。（2） 依赖因子的终止子。同样有发夹结构，但发夹结构没有固定特征(不稳定)，没有U串。其终止机制如下：（1） 不依赖因子的终止子新生RNA链发夹结构形成与RNApol发生作用阻止RNA链的释放造成高度言宕（典型的有60秒左右）RNA暂停为终止提供了机会，6-8个连续的6 8个连续的U串可能为RNApol与模板的解离提供了信号，RNADNA之间的 rUdA 结合力较弱 ，于是RNADNA解离 三元复合体解体RNApol解离转录终止。真正的终止点不固定，在 U串中的任何一处IR序列和U串同等重要DNA上与U串对应的为富含AT的区域 说明：AT富含区在转录的终止和起始中均起重要的作用（2） 依赖因子的终止子 通读（read through）：在依赖 因子的转录终止过程中， RNApol 转录了 IR 序列之后，虽发生一定时间的延宕，但如果没有 因子存在，则RNApol 会继续转录因子 a、 活性形式为六聚体促进转录终止的活性，NTPase 活性b、 RNA长度大于50nt时，依赖RNA的NTPase活性最大 说明：因子识别和结合的是RNA因子对终止子的作用 a、因子与RNA结合（终止子上游的某一处，RNA的5端 ） b、因子沿RNA从53移动（NTP水解供能）c、因子与 RNApol 相互作用而造成转录的终止终止反应还需要 RNA 与 DNA 的相互作用，即 ： 需要一定的RNA序列 Prok.依赖因子的终止子为基因表达调控提供了一种方式 ，因为原核生物中转录和翻译偶联。补：原核生物转录的基本过程：（真核-P74图3-8）模板识别主要是RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。 转录起始见上面3. 转录的延伸酶与产物RNA不解离；底物NTP不断加到DNA链结构的3-OH端；形成一个磷酸二酯键后，核心酶向前滑动；延伸位点不断接受新的NTP、RNA链不断延伸；始终保持三元复合物的结构。 转录的终止见上面5。在真核生物中涉及到RNA转录的酶的种类?分类依据?转录产物?在细胞核中的位置不同，负责转录的基因不同，对a-鹅膏覃碱的敏感性也不同。 酶 细胞内定位 转录产物 对a-鹅膏覃碱的敏感程度RNA聚合酶 核仁 rRNA 不敏感RNA聚合酶 核质 hnRNA 敏感RNA聚合酶 核质 t RNA 存在物种特异性第五章蛋白质的生物合成（RNA的翻译）1.名词解释翻译是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的最终目的。单顺反子mRNA：一个编码基因转录生成一个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。S-D序列 ：同工tRNA ：代表相同氨基酸的tRNA称为同工tRNA同义密码子：对应于同一氨基酸的密码子信号肽：该序列常位于蛋白质的氨基末端，长度一般在13-36个残基之间。有以下特点：一般带有10-15个疏水氨基酸；在靠近该序列N端常常有1个或数个带正电荷的氨基酸；在其C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。2.简答题1、说出Prok.蛋白质翻译过程中的起始因子、延伸因子、终止因子及各自功能。P122答：翻译起始因子有3个：IF-1、IF-2、IF-3。翻译延伸因子有3个：EF-Tu、EF-Ts、EF-G。翻译终止因子RF1、RF2、RF3。（识别终止子）：RF1识别UAA、UAG,RF2识别UAA、UGA,RF3促进识别2、简述Prok.延伸过程中的主要事件 答：后续AA-tRNA与核糖体结合肽键的生成移位3、以Prok.为例，说明蛋白质翻译终止的机制补：RNA翻译的基本过程： 氨基酸的活化 肽链的起始核糖体与m RNA结合，并与氨基酸-t RNA形成起始复合物 肽链的延伸核糖体沿m RNA5-3移动，导致N端C端点多肽合成 肽链的终止核糖体从m RNA解离 折叠和加工以上步骤需要消耗能量：3种RNA以及其在翻译中的功能： 信使RNA (m RNA) 蛋白质合成的模板 转移RNA（t RNA） 模板和氨基酸间的接合体 核糖体 蛋白质合成的场所第六章原核生物的基因表达1.名词解释：操纵子：能被调控蛋白特异结合的一段DNA序列诱导物：凡能引起诱导发生的分子称为诱导剂阻遏物：能导致阻遏发生的分子称为阻遏剂弱化子：在trp mRNA 5端trpE基因的起始密码前有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区，这个区域就是弱化子。正控制：负控制：简答题：1.请说明乳糖操纵元的调节机制。或（葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌优先利用哪一种糖，为什么？）答：大肠杆菌的乳糖操纵子的结构组成：包括3个结构基因（Z、Y、A），启动子，控制子，阻遏子。阻遏蛋白介导的负性调控： 当大肠杆菌在没有乳糖的环境中生存时，1ac操纵元处于阻遏状态。i基因在其自身的启动子Pi控制下，低水平、组成性表达产生阻遏蛋白R，每个细胞中仅维持约10个分子的阻遏蛋白。R以四聚体形式与操纵子o结合，阻碍了RNA聚合酶与启动子P1ac的结合，阻止了基因的转录起动。R的阻遏作用不是绝对的，R与o偶尔解离，使细胞中还有极低水平的半乳糖苷酶及透过酶的生成。当有乳糖存在时，乳糖受半乳糖苷酶的催化转变为别乳糖，与R结合，使R构象变化，R四聚体解聚成单体，失去与o的亲和力，与o解离，基因转录开放，半乳糖苷酶在细胞内的含量可增加1000倍。这就是乳糖对1ac操纵元的诱导作用。CAP的正性调控： CAP是代谢激活蛋白。cAMP是环化腺苷酸。 CAP分子内有DNA结合区及cAMP结合位点。当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与 CAP结合而刺激RNA转录活性；当有葡萄糖存在时，cAMP浓度降低，cAMP 与 CAP结合受阻，lac操纵子表达下降。4. 色氨酸操纵元的调节机制。 大肠杆菌的色氨酸操纵子的结构组成：包括启动子、操纵子、调节基因、衰减子色氨酸弱化子操纵子的调控机理（弱化子介导的色氨酸操纵子调控） 前导肽：包括起始密码子AUG和终止密码子UGA;如果翻译起始于AUG产生的一个含有14个氨基酸的多肽。1区 2区 3区 4区 转录的弱化理论认为m RNA转录的终止时通过前导肽基因的翻译调节的。因为在前导肽基因中有两个相邻的色氨酸密码子，所以这个前导肽的翻译必定对色氨酰转移RNA的浓度敏感。当培养基中色氨酸的浓度很低时，负载有色氨酸的色氨酰转移RNA也就少，这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢，当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区。而当培养基中色氨酸浓度高时，核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在4区被转录之前，核糖体就到达2区，这样使2-3不能配对，3-4区可以自由配对形成茎-环状终止子结构，转录停止。Trp操纵子中的结构基因被关闭而不再合成色氨酸，弱化子对RNA聚合酶的影响依赖于前导肽翻译中核糖体所处的位置。第七章真核生物的基因调控1.真核生物的基因表达：基因表达:从DNA到蛋白质的过程,就是基因转录及翻译的过程。2.真核生物基因表达的特点：时间特异性、空间特异性3.真核生物基因表达的方式：组成性表达、诱导和阻遏表达4.真核生物基因表达调控的基本原理：基因表达的多级调控基因转录激活调节基本要素5.比较原核生物和真核生物的基因调控机制原核和真核生物基因表达的差异： 真核 原核DNA与蛋白质结合成染色体 裸