[1166]《分子生物学》大作业

1166分子生物学大作业1.广义分子生物学：广义的分子生物学概念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。例如，蛋白质的结构、运动和功能，酶的作用机理和动力学，膜蛋白结构与功能和跨膜运输等。2.狭义分子生物学：是研究核酸、蛋白质等生物大分子的结构与功能，并从分子水平阐明蛋白质与核酸、蛋白质与蛋白质之间相互作用的关系及其基因表达调控机理的学科。3.基因：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。包括编码蛋白质和tRNA、rRNA的结构基因，以及具有调节控制作用的调控基因。基因可以通过复制、转录和决定翻译的蛋白质的生物合成，以及不同水平的调控机制，来实现对遗传性状发育的控制。基因还可以发生突变和重组，导致产生有利、中性、有害或致死的变异。4.基因组：基因组是指细胞或生物体中，一套完整单体的遗传物质的总和；或指原核生物染色体、质粒、真核生物的单倍染色体组、细胞器、病毒中所含有的一整套基因。5.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，从而隔断了对应于蛋白质的氨基酸序列。这一发现大大地改变了以往人们对基因结构的认识。这种不连续的基因又称断裂基因或割裂基因。6.外显子：基因中编码的序列称为外显子。7.内含子是在信使RNA被转录后的剪接加工中去除的区域。8.C值与C值矛盾：C值指生物单倍体基因组中的DNA含量，以pg表示（1pg=10-12g）。C值矛盾（C value paradox）是指真核生物中DNA含量的反常现象。9.半保留复制：在DNA复制程程中，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。10.半不连续复制-半不连续复制是指DNA复制时,前导链上DNA的合成是连续的,后随链上是不连续的,故称为半不连续复制。11.转座子是在基因组中可以移动的一段DNA序列。12.超螺旋结构：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，是双螺旋的螺旋。1.分子生物学的发展趋势是什么?答案：当前，人类基因组研究的重点正在由结构向功能转移，一个以基因组功能研究为主要研究内容的后基因组”（Post-genome）时代已经到来。它的主要任务是研究细胞全部基因的表达图式和全部蛋白图式，或者说是从基因组到蛋白质组”。由此，分子生物学研究的重点又回到了蛋白质上来，生物信息学也应运而生。1）功能基因组学；（2）蛋白质组学；（3）生物信息学2.现代分子生物学研究的主要内容有哪几方面?答案：按照狭义分子生物学的定义，可以将现代分子的研究内容概括为五大方面：（1）基因与基因组的结构与功能；（2）DNA的复制、转录和翻译；（3）基因表达调控的研究；（4）DNA重组技术；（5）结构分子生物学。3.研究DNA的一级结构有什么重要的生物学意义?答案：所谓DNA的一级结构就是指DNA分子中的核苷酸排列顺序。生物的遗传信息通过核苷酸不同的排列顺序储存在DNA分子中，DNA分子4种核苷酸千变万化的序列排列即反映了生物界物种的多样性。为了阐明生物的遗传信息，首先要测定生物基因组的序列。迄今已经测定基因组序列的生物数以百计。DNA分子的一级结构是DNA分子内碱基的排列顺序，DNA分子以密码子的方式蕴藏了所有生物的遗传信息，任何一段DNA序列都可以反映出它的高度个体性或种族特异性。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。4. RNA的功能主要是参与蛋白质的生物合成，起着遗传信息由DNA到蛋白质的中间传递体核心功能，此外它的功能多样性还表现在哪些方面?答案：20世纪80年代对RNA的研究揭示了RNA功能的多样性，发现它不仅仅作为遗传信息由DNA到蛋白质的中间传递体的核心功能，还有以下5种功能：控制蛋白质的生物合成；作用于RNA转录后的加工与修饰；参与基因表达的调控；具有生物催化剂的功能；遗传信息的加工与进化。RNA所具有的诸多功能都与生物机体的生长发育密切相关，它的核心作用是基因表达的信息加工和调节。5.实施基因工程（DNA重组技术）的重要理论基础之一是什么?答案：从细菌到哺乳动物的全部生命有机体，它们的基因都是由DNA构成的。在分子水平上，由于所有生物DNA基本结构都一致，这是它们作为生物体的共性，又由于它们DNA序列上的不同，就形成了千差万别的生物界。因此，来自两种生命形态的基因（DNA）可以相互融合重组，可见，基因的DNA共性是实施基因工程（DNA重组）的重要理论基础之一。1.怎样证明DNA是遗传物质?答案：DNA是遗传物质的概念起源于1944年Avery等人首次证明DNA是细菌遗传性状的转化因子。他们从有荚膜、菌落光滑的型肺炎球菌（S）细胞中提取出纯化的DNA，加热灭活后再加入到无荚膜、菌落粗糙的型细菌（R）培养物中，结果发现前者的DNA能使一部分R型细胞获得合成S型细胞特有的荚膜多糖的能力。而蛋白质及多糖类物质没有这种转化能力。若将DNA事先用脱氧核糖核酸酶降解，也就失去了转化能力。这一实验不可能是表型改变，也不可能是恢复突变，因为R型菌产生的是S型的荚膜。它有力地证明DNA是转化物质。已经转化了的细菌，其后代仍保留合成型荚膜的能力，说明此性状可以遗传给后代。1952年Hershey和Chase等利用大肠杆菌噬菌体实验证实了DNA是遗传物质的本质。在噬菌体中，DNA是惟一含磷的物质，而蛋白质是惟一含硫的物质。利用含P或S的放射性培养基培养噬菌体，得到了放射性标记噬菌体。使标记|的噬菌体吸附细菌，几分钟后离心除去未吸附的噬菌体。然后利用捣碎机捣碎使噬菌体和细菌分开。离心后细菌在沉淀中，而噬菌体在上清液中。这时发现放射性的硫有80%在上清液中，只有20%在沉淀中，而磷的情况则相反。说明在噬菌体感染的过程中，DNA进入了细菌体内，而蛋白质留在细菌体外。证明具有遗传作用的是DNA而不是蛋白质。2.作为主要遗传物质的DNA具有哪些特性?答案：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。3.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。答案：基因组是指细胞或生物体中，一套完整单体的遗传物质的总和；或指原核生物染色体、质粒、真核生物的单倍染色体组、细胞器、病毒中所含有的一整套基因。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，重复次数从几次到几百万次不等；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。4.真核生物的DNA序列可分为几种类型?根据DNA复性动力学研究真核生物的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rRNA基因。在复性动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。5.基因的主要编码产物是什么？答案：是多肽链，另外还包括许多编码RNA的基因，例如rRNA基因、tRNA基因以及其他小分子RNA基因等都是基因编码的产物。1.DNA重组包括哪几个过程?答案：Holliday于1964年提出了同源重组模型。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DNA；Ho11iday中间体切开并修复，形成两个双链重组体DNA。根据链断裂切开的方式不同，得到的重组产物也不同。2.由转座子引起的转座过程有什么特征?答案：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。3.DNA转座引起了什么遗传学效应?答案：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：以10-810-3的频率转座，引起插入突变；在插入位置染色体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。4.原核、真核生物复制有什么不同点?答案：真核生物DNA的复制与原核生物DNA的复制有很多不同，如真核生物每条染色体上可以有多处复制起始点，而原核生物只有一个起始点；真核生物的染色体在全部完成复制之前不能再开始，而在快速生长的原核生物中，复制起始点上可以连续开始新的DNA复制，表现为虽然只有一个复制单元，但可有多个复制叉。真核生物DNA复制叉的移动速度是大肠杆菌的1/20。在真核生物中有5种DNA聚合酶，分别称为DNA、。5.几种不同真核生物的RNA聚合酶分别转录哪些RNA?答案：真核生物RNA聚合酶转录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（scRNA）。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。6.什么是密码的简并性?其生物学意义如何?答案：同一种氨基酸具有两个或更多个密码子的现象称为密码子的简并性（degeneracy）。对应于同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码子（synonymous codon），只有色氨酸与甲硫氨酸仅有1个密码子。密码子简并性具有重要的生物学意义，它可以减少有害突变。若每种氨基酸只有一个密码子，61个密码子中只有20个是有意义的，各对应于一种氨基酸。剩下41个密码子都无氨基酸所对应，将导致肽链合成终止。由基因突变而引起肽链合成终止的概率也会大大增加。简并性使得那些即使密码子中碱基被改变，仍然能编码原来氨基酸的可能性大为提高。密码的简并也使DNA分子上碱基组成有较大余地的变动，例如细菌DNA中G+C含量变动很大，但不同G+C含量的细菌却可以编码出相同的多肽链。所以遗传密码的简并性在物种的稳定上起着重要的作用。1.基因与多肽链有什么关系?答案：多肽链是基因的编码产物，基因的碱基序列与蛋白质分子中氨基酸的序列之间的对应关系是通过遗传密码实现的。2. hnRNA转变成mRNA的加工过程包括哪几步?答案：hnRNA转变成mRNA的加工过程包括：5端形成特殊的帽子结构（m7G5ppp5N1mpN2p-）；在链的3端切断并加上多聚腺苷酸（polyA）；通过剪接除去由内含子转录而来的序列；链内部的核苷被甲基化。3. 作为蛋白质生物合成模板的mRNA有何特点?答案：信使核糖核酸具有以下特点：其碱基组成与相应的DNA的碱基组成一致，即携带有来自DNA的遗传密码信息；mRNA链的长度不一，因为其所编码的多肽链长度是不同的；在肽链合成时mRNA应与核糖体作短暂的结合；mRNA的半衰期很短，因此mRNA的代谢速度很快。4.原核基因表达调控有什么特点?答案：原核生物大都为单细胞生物，没有核膜，极易受外界环境的影响，需要不断地调控基因的表达，以适应外界环境的营养条件和克服不利因素，完成生长发育和繁殖的过程。原核生物基因的表达调控存在于转录和翻译的起始、延伸和终止的每一步骤中。这种调控多以操纵子为单位进行，将功能相关的基因组织在一起，同时开启或关闭基因表达，既经济有效，又保证其生命活动的需要。调控主要发生在转录水平，有正、负调控两种机制。在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其他小分子配基的相互作用。细菌的转录和翻译过程几乎在同一时间内相偶联。5. 真核基因表达调控与原核生物相比有什么异同点?答案：真核基因表达调控的许多基本原理与原核生物基因（以下称原核基困）相同。主要表现在：与原核基因的调控一样，真核基因表达调控也有转录水平调控和转录后的调控，并且也以转录水平调控为最重要；在真核结构基因的上游和下游（甚至内部）也存在着许多特异的调控成分，并依靠特异蛋白因子与这些调控成分的结合与否调控基因的转录。在真核基因表达调控中至少有4个带普遍性的与原核基因表达调控不同的方面，现归纳如下：原核细胞的染色质是裸露的DNA，而真核细胞染色质则是由DNA与组蛋白紧密结合形成的核小体。在原核细胞中染色质结构对基因的表达没有明显的调控作用，而