山东中医药大学专升本分子生物学期末考试复习题

山东中医药大学专升本分子生物学期末考试复习题同学们，分子生物学是现代生命科学的核心基础学科，其理论与技术已深度渗透到医药学研究的各个领域，对于我们中医药专业的学生而言，掌握分子生物学的基本概念、原理及研究方法，将为理解中医药的现代科学内涵、开展中医药研究奠定坚实基础。临近期末，这份复习题旨在帮助大家梳理核心知识点，巩固学习成果，希望能对大家的复习有所助益。请大家在复习过程中，注重理解，勤于思考，将知识点融会贯通。一、名词解释1.基因：基因是遗传的基本单位，是一段具有特定核苷酸序列的DNA（部分病毒为RNA）片段，它携带着合成具有生物功能的多肽链或RNA分子所必需的全部遗传信息。2.基因组：指一个细胞或一种生物体的整套遗传物质，包括全部的基因和非编码序列。不同生物的基因组在大小、结构和组织形式上存在差异。3.半保留复制：DNA复制的一种方式。在复制过程中，DNA双螺旋解开成为两条单链，每条单链均作为模板指导合成与其互补的新链，新合成的子代DNA分子中，一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。4.冈崎片段：在DNA复制过程中，由于DNA聚合酶只能沿5'→3'方向合成DNA链，因此在随从链（滞后链）上，DNA合成是不连续的，先合成许多小的DNA片段，这些片段称为冈崎片段。随后，这些片段会被连接酶连接成完整的DNA链。5.启动子：是位于结构基因上游，能够被RNA聚合酶识别、结合并起始转录的一段DNA序列。启动子包含了转录起始点、RNA聚合酶结合位点以及一些调控转录起始频率的元件。6.转录：以DNA的一条链为模板，在RNA聚合酶的催化下，按照碱基互补配对原则合成RNA的过程，称为转录。转录是基因表达的第一步，是将遗传信息从DNA传递到RNA的过程。7.翻译：也称为蛋白质生物合成，是指以mRNA为模板，在核糖体、tRNA、多种酶和蛋白质因子的参与下，将mRNA中由核苷酸序列编码的遗传信息解读为蛋白质中氨基酸序列的过程。8.密码子：mRNA分子上从5'端到3'端方向，每三个相邻的核苷酸组成一个三联体，代表一种氨基酸或起始、终止信号，这种三联体称为密码子或遗传密码。9.信号肽：某些新合成的蛋白质N端存在的一段短肽序列，能够引导蛋白质在细胞内被运输到特定的靶部位（如内质网、线粒体等），完成分选后通常会被信号肽酶切除。10.基因表达调控：指细胞或生物体在接受内外环境信号刺激时，通过一系列特定的机制，调节基因转录和翻译的过程，从而控制基因产物的种类、数量和活性，以适应环境变化和维持细胞正常生理功能的过程。11.操纵子：原核生物基因表达调控的基本单位，由结构基因、调控序列（包括启动子、操纵基因等）和调节基因组成。调节基因编码的调控蛋白通过与操纵基因等调控序列的相互作用来控制结构基因的转录。12.顺式作用元件：指存在于基因旁侧序列中，能够影响基因表达的DNA序列。它们本身不编码蛋白质，而是通过与反式作用因子相互作用来调控基因转录，包括启动子、增强子、沉默子等。13.反式作用因子：指由某一基因表达产生的蛋白质因子（或RNA因子），它们能够通过与另一基因的顺式作用元件特异性结合，从而调控该基因的表达活性。转录因子是一类重要的反式作用因子。14.PCR（聚合酶链式反应）：一种在体外快速扩增特定DNA片段的技术。其基本原理是在模板DNA、引物、dNTP和耐热DNA聚合酶存在的条件下，通过变性、退火、延伸三个步骤的循环，使目的DNA片段得以指数级扩增。15.DNA克隆：又称基因克隆或分子克隆，是指将目的基因（或DNA片段）与合适的载体在体外连接，形成重组DNA分子，然后将其导入宿主细胞，使目的基因在宿主细胞中复制、扩增和表达的过程。二、简答题1.简述DNA双螺旋结构模型的主要特点及其生物学意义。DNA双螺旋结构模型的主要特点包括：*两条反向平行的多核苷酸链：一条链的走向为5'→3'，另一条链为3'→5'，围绕同一中心轴相互缠绕形成右手双螺旋。*碱基互补配对原则：两条链通过碱基之间的氢键相连，A（腺嘌呤）总是与T（胸腺嘧啶）配对，形成两个氢键；G（鸟嘌呤）总是与C（胞嘧啶）配对，形成三个氢键。碱基对位于螺旋内侧，磷酸和脱氧核糖骨架位于外侧。*特定的螺旋参数：螺旋直径约为2nm，每个螺旋包含约10个碱基对，螺距约为3.4nm，相邻碱基对之间的垂直距离约为0.34nm。*维持结构稳定的力：碱基堆积力（主要）、氢键（横向维系）以及离子键（中和磷酸基团的负电荷，减少链间排斥）。生物学意义：*该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，解释了遗传信息的储存方式。*碱基互补配对原则是DNA复制、转录等重要生命活动的分子基础，为遗传信息的准确传递提供了保障。*DNA双螺旋结构的阐明，标志着分子生物学时代的开始，为后续的基因工程、蛋白质工程等生物技术的发展奠定了理论基础。2.参与原核生物DNA复制的主要酶和蛋白质因子有哪些？各有何主要功能？参与原核生物DNA复制的主要酶和蛋白质因子及其功能如下：*DNA聚合酶：催化脱氧核糖核苷酸之间的磷酸二酯键形成，合成新的DNA链。原核生物主要有DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。DNA聚合酶Ⅲ是主要的复制酶，负责大片段DNA的合成；DNA聚合酶Ⅰ具有5'→3'聚合酶活性、5'→3'外切酶活性（可切除引物和突变片段）和3'→5'外切酶活性（校正功能）。*解旋酶（DnaB蛋白）：利用ATP水解释放的能量，解开DNA双螺旋结构，形成复制叉。*单链DNA结合蛋白（SSB）：结合到解开的单链DNA上，防止单链DNA重新退火形成双链，并保护单链DNA免受核酸酶的降解。*拓扑异构酶：解决DNA复制过程中产生的拓扑学张力。拓扑异构酶Ⅰ可切断一条DNA链，释放超螺旋，再连接；拓扑异构酶Ⅱ（促旋酶）可切断两条DNA链，引入负超螺旋，有助于DNA解旋。*引物酶（DnaG蛋白）：属于RNA聚合酶，能以DNA为模板，合成一段短的RNA引物，为DNA聚合酶提供3'-OH末端，启动DNA链的合成。*DNA连接酶：催化相邻DNA片段（如冈崎片段）之间的磷酸二酯键连接，形成完整的DNA链。*DnaA蛋白：识别并结合于复制起点（oriC）的特定序列，起始DNA复制的起始复合物组装。3.简述转录的基本过程（以原核生物为例）。原核生物的转录过程主要包括起始、延伸和终止三个阶段。*起始阶段：*RNA聚合酶全酶（α₂ββ'σ）识别并结合到启动子区域，形成闭合转录复合体。*RNA聚合酶使启动子区域的DNA双链局部解开，形成开放转录复合体。*在RNA聚合酶的催化下，以DNA模板链为模板，第一个NTP（通常是pppG或pppA）掺入，形成第一个磷酸二酯键，转录开始。σ因子随后从全酶上脱落，核心酶进入延伸阶段。*延伸阶段：*RNA聚合酶核心酶沿DNA模板链的3'→5'方向移动，按照碱基互补配对原则（A-U、T-A、G-C、C-G），不断催化NTP之间形成磷酸二酯键，使RNA链从5'→3'方向不断延长。*在延伸过程中，DNA双链解开的区域（转录泡）随着RNA聚合酶的移动而移动，已转录的DNA区域重新恢复双链结构。*终止阶段：*当RNA聚合酶移动到基因末端的终止子序列时，转录停止。原核生物的终止子分为依赖ρ因子的终止子和不依赖ρ因子的终止子（内在终止子）。*不依赖ρ因子的终止子通常含有一段富含G-C的反向重复序列，转录后形成发夹结构，随后是一段多聚U序列，导致RNA聚合酶和RNA链从DNA模板上释放。*依赖ρ因子的终止子需要ρ因子的参与，ρ因子具有ATP酶和解旋酶活性，能帮助RNA链从模板DNA上释放。4.真核生物mRNA的加工修饰主要包括哪些步骤？其意义是什么？真核生物mRNA的前体（hnRNA）在细胞核内需要经过一系列复杂的加工修饰才能成为成熟的mRNA，然后被转运到细胞质中进行翻译。主要加工修饰步骤包括：*5'端加帽：在hnRNA的5'端加上一个7-甲基鸟嘌呤核苷三磷酸（m⁷GpppN）的“帽子”结构。加帽过程由多种酶催化完成。*3'端加尾：在hnRNA的3'端，由多聚腺苷酸聚合酶催化，加上一段约数十至数百个腺苷酸残基的多聚腺苷酸（polyA）尾巴。加尾前，hnRNA的3'端需要被剪切到特定位置。*剪接：将hnRNA中的内含子（非编码序列）切除，同时将外显子（编码序列）连接起来，形成成熟的mRNA分子。剪接过程主要由剪接体（由snRNA和蛋白质组成）完成，遵循“GU-AG”规则等。*甲基化修饰：某些真核mRNA分子内部的特定核苷酸（如腺嘌呤的N⁶位）会发生甲基化修饰。*RNA编辑：少数mRNA在加工过程中，其核苷酸序列会发生改变，称为RNA编辑，可导致编码的氨基酸序列发生变化，增加了遗传信息的复杂性。加工修饰的意义：*5'端帽子结构：保护mRNA免受5'→3'核酸外切酶的降解，增强mRNA的稳定性；有助于mRNA从细胞核向细胞质的转运；参与翻译起始过程，被核糖体小亚基识别并结合。*3'端polyA尾巴：保护mRNA免受3'→5'核酸外切酶的降解，增加mRNA的稳定性；与mRNA的翻译效率有关；也参与mRNA从细胞核向细胞质的转运。*剪接：通过切除内含子、连接外显子，使同一前体mRNA经过不同的剪接方式产生不同的成熟mRNA，进而翻译出不同的蛋白质（选择性剪接），这是真核生物基因表达调控的重要方式之一，极大地增加了基因表达的多样性。*其他修饰：如甲基化和RNA编辑，也在维持mRNA稳定性、调控翻译效率或产生功能多样性蛋白质等方面发挥作用。5.简述原核生物与真核生物在基因表达调控上的主要异同点。基因表达调控是生物体内基因表达的开启、关闭以及表达强度控制的机制，以适应内外环境变化，维持生命活动的有序进行。原核生物与真核生物在基因表达调控上既有共性，也存在显著差异。相同点：*调控的根本目的相同：都是为了适应环境变化，保证生物的生长、发育和繁殖。*都存在转录水平的调控，且转录水平的调控是主要的调控环节。*都涉及顺式作用元件和反式作用因子的相互作用。不同点：*调控的主要环节：原核生物的基因表达调控主要发生在转录起始阶段，因为原核生物没有细胞核，转录和翻译在同一空间进行，且mRNA寿命短，转录后调控相对简单。真核生物的基因表达调控更为复杂，可发生在从DNA到蛋白质的各个阶段，包括染色质重塑、转录起始、转录后加工、mRNA转运、翻译及翻译后修饰等，但转录起始仍是最关键的调控点。*转录起始调控的机制：*原核生物：主要通过操纵子机制进行调控。调控蛋白（如阻遏蛋白、激活蛋白）与操纵基因等顺式元件结合，直接影响RNA聚合酶与启动子的结合及转录起始效率。例如乳糖操纵子、色氨酸操纵子。*真核生物：没有操纵子结构。转录起始的调控主要通过顺式作用元件（如启动子、增强子、沉默子等）与反式作用因子（转录因子）的复杂相互作用实现。转录因子分为通用转录因子和特异性转录因子，它们通过识别和结合特定的DNA序列，协同RNA聚合酶Ⅱ形成转录起始复合物，调控转录效率。*染色质结构的影响：真核生物的DNA与组蛋白等结合形成染色质。染色质的疏松（常染色质）或凝集（异染色质）状态直接影响基因的转录活性。原核生物的DNA是裸露的环状双链DNA，不存在染色质结构的调控。*转录后调控的复杂性：真核生物的转录后调控更为复杂和多样，如mRNA的加工修饰（剪接、加帽、加尾）、mRNA的稳定性调控、RNA干扰（RNAi）等机制在基因表达调控中发挥重要作用。原核生物的mRNA一般不需要复杂加工，转录后调控相对较少。*翻译水平调控：原核生物的翻译与转录偶联，翻译水平的调控也有发生，如SD序列的强弱、反义RNA调控等。真核生物的翻译水平调控机制也较多，如起始因子的磷酸化、mRNA的5'UTR和3'UTR的调控等。*调控的信号通路：真核生物由于细胞结构复杂，信号传导通路更为复杂多样，细胞间的通讯和信号传递对基因表达的调控作用更为突出。6.简述中心法则的主要内容及其发展。中心法则是描述遗传信息在生物大分子之间传递规律的基本法则，由克里克于20世纪50年代提出。主要内容：遗传信息的传递方向是从DNA流向DNA（DNA复制），从DNA流向RNA（转录），再从RNA流向蛋白质（翻译）。这揭示了遗传信息的储存、复制和表达的基本途径。发展：随着分子生物学研究的深入，中心法则得到了补充和发展：*RNA的复制：某些RNA病毒（如烟草花叶病毒）以RNA为遗传物质，它们能在宿主细胞内进行RNA的自我复制，即遗传信息从RNA流向RNA。*逆转录：某些逆转录病毒（如HIV）含有逆转录酶，能以RNA为模板合成DNA，即遗传信息从RNA流向DNA，这一过程称为逆转录。逆转录的发现是对中心法则的重要补充。*其他信息流：虽然存在DNA直接指导蛋白质合成的个别报道（如体外实验中某些情况下），但在正