现代分子生物学（第6版）习题及解答 第3章-思考题解析

第3章思考题解析

1.什么是编码链？什么是模版链？

答：与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链(或有意义链)；另一条

根据碱基互补原则指导mRNA合成DNA链称为模版链(或反义链)。

2.简述RNA的种类及其生物学意义。

答：生物体内的RNA种类繁多，且分布在细胞的不同部位。

细胞内总RNA

编码RNA非编码RNA

占总量|:的2%।।占J总量的98%।।।

前mRNA(hnRNA)

非编码RNAHijrRNA前tRNAsnRNAsnoRNAscRNA(tmRNA^)

II

mRNArRNAtRNA

所有生物仅真核生物U)仅细菌

编码RNA：mRNA(hnRNA)：mRNA是合成蛋白质的模板，由模扳链

DNA所转录；真核生物的基因转录时，包括内含子和外显子的整个基因均

被转录，形成分子大小极不相同的核内不均一RNA(heterogeneousnuclear

RNA,hnRNA)ohnRNA通过剪接和加工，转化为成熟的mRNA,原核生物

mRNA一般不需要剪接和加工。

非编码RNA：以RNA形式直接发挥作用的RNA,称非编码RNA

(non-codingRNA,ncRNA)0

tRNA是mRNA上碱基序列(即遗传密码子)的识别者和氨基酸的转运

者，能特异性解读mRNA中的遗传信息、将其转化成相应氨基酸后加入多

肽链中。

rRNA直接参与核糖体中蛋白质合成。

细胞核小分子RNA(smallnuclearRNA,snRNA)主要存在于细胞核中，

少数穿梭于核质之间，或存在于细胞质中。snRNA存在广泛，但含量不高，

只占细胞RNA总量的().1%〜1%,分子大小多为58〜30()b。snRNA均以核

糖核酸蛋白(ribonuclearprotein,RNP)的形式存在。参与hnRNA的剪接和

加工过程等。

核仁小分子RNA(smallnucleolarRAN,snoRNA)广泛分布于核仁区，

大小一般为几十到几百个核甘酸，主要参与rRNA前体的加工。

ScRNA(SmallCytoplasmicRNA)小胞质RNA,分布在细胞质，主要在

蛋白质合成过程中起作用。

tmRNA(Transfer-messengerRNA),是细菌和部分细胞器中特有的一类

双功能RNA,即有tRNA的功能，又有mRNA的功能，翻译时既可以转运

氨基酸，又可作合成肽链的模版。

3.简述原核和真核生物RNA结构特征。

答：(1)原核生物mRNA的半衰期短。细菌基因的转录与翻译是紧密相联

的，基因转录一旦开始，核糖体就结合到新生mRNA链的5,端，启动蛋白

质合成，而此时该mRNA的3,端还远远没有转录完全。mRNA的降解紧

随着蛋白质翻译过程发生。真核生物mRNA的合成和蛋白质的合成发生在

不同的空间和时间范畴内，因此其mRNA的半哀期通常比原核生物更长，

具体取决于细胞类型、mRNA的序列特征及调控需求。

(2)许多原核生物mRNA可能以多顺反子的形式存在，而真核生物

mRNA一般以单顺反子形式存在。

(3)原核生物mRNA的夕端无帽子结构，3,端没有或只有较短的多

(A)结构。原核生物起始密码子AUG上游7〜12个核甘酸处有一被称为

SD序列(Shine-Dalgarnosequence)的保守区，因为该序列与16SrRNA3'

端反向互补，所以被认为在核糖体与mRNA的结合过程中起作用。真核生

物mRNA的5,端存在“帽子”结构。

(4)一般来说，原核生物mRNA的3,端不具有poly(A)尾。绝大多数

真核生物mRNA的3,端具有poly（A）尾。

4.简述RNA转录的概念及其基本过程。

答：RNA转录：以DNA为模板，游离碱基为原料，在依赖于DNA的RNA

聚合酶催化下，以4种NTPs（ATP、CTP、GTP、UTP）为原料，合成RNA

的过程。无论是原核还是真核细胞，RNA链的合成都具有以下几个特点：

RNA是按方向合成的，以DNA双链中的反义链（模板链）为模板，

在RNA聚合酶催化下，以4种核甘三磷酸（NTPs）为原料，根据碱基配对

原则（A-U、T-A、G-C）,各核甘酸间通过形成磷酸二酯键相连，不需要引

物参与，合成的RNA带有与DNA编码链（有义链）相同的序列（A-U）。

转录的基本过程包括模板识别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和

终止。

5.请说出转录与复制的异同点。

答：相同点：（1）都以DNA链作为模板；（2）合成的方向均为5，T3，；（3）

聚合反应均是通过核甘酸之间形成的315。璘酸二酯键，使核甘酸链延长；

（4）都遵循碱基互补配对原则；（5）都需要酶的参与。

不同点：（1）与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶具有从头起始转录的能

力，所以它在催化RNA合成时不需要引物。（2）RNA聚合酶在添加几个

核甘酸后，便将正在延长的链从模板上置换下来，RNA产物不与模板DNA

链保持碱基互补状态。（3）转录具有选择性，RNA转录则是选择性地复制

基因组的特定部分，可以产生几个到上千个相同的拷贝。（4）与DNA复制

的精确度相比，转录中每添加10000个核甘酸会发生一次错误，表明转录过

程缺乏严谨的矫正机制C

复制和转录中的一些不同点如下表:

复制转录

模板两条链均复制模板链转录

原料dNTPCdATP,dTTP,dGTP,dCTP)NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)

酶DNA聚合酶RNA聚合酶

产物子代双链DNAmRNA,tRNA,rRNA等RNA

配对A-T,G-CA-U,G-C

引物RNA引物无

6.大肠杆菌的RNA聚合酶由哪些组成成分？各个亚基的作用是什么？

答：大肠杆菌的RNA聚合酶是由2个a亚基、一个。亚基、一个伊亚基和

一个3亚基组成的核心酶，加上一个。亚基后则成为聚合酶全酶。

a亚基与核心酶的组装及启动子的识别布•关，并参与RNA聚合酶和部

分调节因子的相互作用；亚基和0'亚基组成了聚合酶的催化中心，亚基

能与模版DNA、新生RNA链及核甘酸底物相结合。。因子的作用在于帮助

转录起始，因此也称为起始亚基，一旦转录开始，它就脱离了起始复合物，

而由核心酶负责RNA链的延伸。3亚基促正核心酶的组装，可作为卜亚基

的分子伴侣。

7.什么是封闭复合物、开放复合物以及三元复合物？

答：转录过程中的模版的识别阶段，聚合酶与启动子可逆性结合形成封闭性

复合物；封闭性复合物形成后，此时，DNA链仍然处于双链状态，伴随着

DNA构象的重大变化，封闭性复合物转化为开放复合物，聚合酶全酶所结

合的DNA序列中有一小段双链被解开；开放复合物与最初的两个NTP相结

合并在这两个核甘酸之间形成磷酸二脂键后即转变成包括RNA聚合酶、

DNA和新牛RNA的二元复合物.

8.简述。因子的作用。

答：。因子的作用是负责模版链的选择和转录的起始，它是酶的别构效应物,

使酶专一性识别模版上的启动子；o因子可以极大的提高RNA聚合酶对启

动子区DNA序列的亲和力；。因子还能使RNA聚合酶与模版DNA上非特

异性位点的结合常数降低。

9.什么是Pribnowbox?它的保守序列是什么?

答：Pribnowbox属于启动子的结构。1975年，PribnowfllSchaller设计了一

个实验，把RNA聚合酶全酶与模板DNA结合后，用DNaseI水解DMA,

然后用酚抽提，沉淀纯化DNA后得到一个被RNA聚合酶保护的DNA片

段，有41〜44个核甘酸对。在启动子被保护区内有一个由5个核甘酸组成

的共同序列，是RNA聚合酶的紧密结合点，现在称为Pribnow区（Pribnow

box）,这个区的中央大约位于起点上游lObp处，所以又称为TO区。它的保

守序歹|J是TATAAT,

10.说出真核和原核基因转录的异同。

答：相同点：RNA按方向合成，以DNA双链中的反义链（模板链）为

模板，在RNA聚合酶催化下，以4种核甘三磷酸（NTPs）为原料，根据碱基

配对原则，各核甘酸间通过形成磷酸二酯键相连，不需要引物的参与，合成

的RNA带有与DNA编码链相同的序列（A-U）。转录的基本过程包括模板识

别、转录起始、通过启动子及转录的延伸和终止。

不同点：（1）只有一种RNA聚合酶参与所有类型的原核生物基因转录,

而真核生物有3种以上的RNA聚合酶来侦责不同类型的基因转录，合成

不同类型的、在细胞核内有不同定位的RNAo

（2）转录产物有差别。原核生物的初始转录产物大多数是编码序列，

与蛋白质的氨基酸序列呈线性关系；而真核生物的初始转录产物很大，含有

内含子序列，成熟的mRNA只占初始转录产物的一小部分。

（3）原核生物的初始转录几乎不需要剪接加工，就可直接作为成熟的

mRNA进一步行使翻译模板的功能：直核牛物转录产物需要经过剪接、修饰

等转录后加工成熟过程才能成为成熟的mRNA。

（4）在原核生物细胞中，转录和翻译不仅发生在同一个细胞空间里，

而且这两个过程几乎是同步进行的，蛋白质合成往往在mRNA刚开始转录

时就被引发。真核生物mRNA的合成和蛋白质的合成则发生在不同的空间

和时间范畴内。

11.大肠杆菌的终止子有哪两大类？请分别介绍一下它们的结构特点。

答：大肠杆菌的终止子可以分为不依赖于P因子和依赖于P因子两大类。

不依赖于P因子的终止子结构特点：位于终止位点上游一般存在一个富

含GC碱基的二重对称区，由这段DNA转录产生的RNA容易形成发夹式

结构；在终止位点前面有一端由4〜8个A组成的序列，所以转录产物的3,

端为寡聚U。

依赖于p因子的终止子的结构特点：IR序列中的G/C对含量较少；发

夹结构末端没有固定特征；依靠与p因子的共同作用而实现终止。

12.真核生物的原始转录产物必须经过哪些加工过程才能成为成熟的mRNA?

答：加工包括：（1）5,端连接“帽子”结构；（2）3,端添加polyA“尾巴”；（3）

hnRNA被剪接，把内含子（DNA上非编码序列）转录序列剪掉，把外显子

（DNA上的编码序列）转录序列拼接上（真核生物一般为不连续基因）；（4）

对分子内的核甘酸进行甲基化、去氨基化、硫代、乙酰化、磷酸化等化学修

饰。

13.简述I、II类内含子的剪接特点。

答：I类自剪接内含子I类内含子的剪接发生了两次磷酸二酯键的转

移，即两次转酯反应（trans-esterification）o在I类自剪接内含子切除体系中，

第一个转酯反应由一个游离的鸟昔或鸟甘酸（GMP、GDP或GTP）介导，

鸟昔或鸟甘酸的3-OH作为亲核基团攻击内含子5,端的磷酸二酯键，从上游

切开RNA链。在第二个转酯反应中，上游外显子的自由3，-OH作为亲核基

团攻击内含子3的核甘酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两

个外显子通过新的磷酸二酯键相连。I类内含子释放出线性内含子，而不是

一个套索结构。I类自剪接内含子通常比II类内含子小，有一个保守的二

级结构，包括容纳鸟苜或鸟甘酸结合的口袋以及一段与5,剪接位点序列配

对的“内在指导序列“，以确定鸟背亲核攻击的精确位置

II类自剪接内含子这类内含子主要存在于真核生物的线粒体和叶绿

体rRNA基因中。在II类内含子切除体系中，也发生两次转酯反应，但转

酯反应无需游离鸟甘酸或鸟甘，而是由内含子自身靠近3,端的腺昔酸2「OH

作为亲核基团攻击内含子5,端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链后形成

套索状结构。再由上游外显子的自由3，-OH作为亲核基团攻击内含子3,位核

昔酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷

酸二酯键相连。

14.什么是套索结构？哪些类型RNA的剪接中会形成该结构？

答：套索结构是在真核生物RNA前体加工过程中，切除内含子时，通过7,