现代分子生物学课后习题集及答案(朱玉贤_第三版)

现代分子生物学课后习题及答案（共10章）

第一章绪论

1. 你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎么理解的？

2. 分子生物学研究内容有哪些方面？

3. 分子生物学发展前景如何？

4. 人类基因组计划完成的社会意义和科学意义是什么？

答案：

1. 分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最

快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。狭义：偏重于核酸的分子生物学，主

要研究基因或 DNA 的复制、转录、达和调节控制等过程，其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的

机会，也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。所谓在分子水平上研究生命的本质

主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明，从而为利用和改

造生物奠定理论基础和提供新的手段。这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在

遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。这些生

物大分子均具有较大的分子量，由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息，

并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统，由此构成生物的多样化和生物个体精

确的生长发育和代谢调节控制系统。阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生物学

的主要任务。

2. 分子生物学主要包含以下三部分研究内容：A.核酸的分子生物学，核酸的分子生物学研究核酸的结构及其功能。由于核酸的主要作用是携带和传递遗传信息，因此分子遗传学（moleculargenetics）是其主要组成部分。由于 50 年代以来的迅速发展，该领域已形成了比较完整的理论体系和研究技术，是目前分子生物学内容最丰富的一个领域。研究内容包括核

酸/基因组的结构、遗传信息的复制、转录与翻译，核酸存储的信息修复与突变，基因达调控和基因工程技术的发展和应用等。遗传信息传递的中心法则（centraldogma）是其理论

体系的核心。

B.蛋白质的分子生物学蛋白质的分子生物学研究执行各种生命功能的主要大分子──蛋白

质的结构与功能。尽管人类对蛋白质的研究比对核酸研究的历史要长得多，但由于其研究难

度较大，与核酸分子生物学相比发展较慢。近年来虽然在认识蛋白质的结构及其与功能关系

方面取得了一些进展，但是对其基本规律的认识尚缺乏突破性的进展。

3. 21 世纪是生命科学世纪，生物经济时代，分子生物学将取得突飞猛进的发展，结构基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、生物信息学、信号跨膜转导成为新的热门领域，将在农业、工业、医药卫生领域带来新的变革。

4. 社会意义：

人类基因组计划与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划并称为人类科学史上的三大工程，具有

重大科学意义、经济效益和社会效益。

1）.极大地促进生命科学领域一系列基础研究的发展，阐明基因的结构与功能关系、生命的

起源和进化、细胞发育、生产、分化的分子机理，疾病发生的机理等，为人类自身疾病的诊

断和治疗提供依据，为医药产业带来翻天覆地的变化；

2）.促进生命科学与信息科学、材料科学和与高新技术产业相结合，刺激相关学科与技术领

域的发展，带动起一批新兴的高技术产业；

3）.基因组研究中发展起来的技术、数据库及生物学资源，还将推动对农业、畜牧业（转基

因动、植物）、能源、环境等相关产业的发展，改变人类社会生产、生活和环境的面貌，把

人类带入更佳的生存状态。科学意义：

1）.确定人类基因组中约 5 万个编码基因的序列基因在基因组中的物理位置，研究基因的产物及其功能

2）.了解转录和剪接调控元件的结构和位置，从整个基因组结构的宏观水平上了解基因转录

与转录后调节

3）.从总体上了解染色体结构，了解各种不同序列在形成染色体结构、DNA 复制、基因转录

及达调控中的影响与作用

4）.研究空间结构对基因调节的作用

5）.发现与 DNA 复制、重组等有关的序列

6）.研究 DNA 突变、重排和染色体断裂等，了解疾病的分子机制，为疾病的诊断、预防和

治疗提供理论依据

7）.确定人类基因组中转座子，逆转座子和病毒残余序列，研究其周围序列的性质

8）.研究染色体和个体之间的多态性

第二章核酸结构与功能

四、简答题

1．碱基对间在生化和信息方面有什么区别？

2．在何种情况下有可能预测某一给定的核苷酸链中"G"的百分含量？

3．真核基因组的哪些参数影响 C t

0 1/2

值？

4．哪些条件可促使 DNA 复性（退火）？

5．为什么 DNA 双螺旋中维持特定的沟很重要？

6．大肠杆菌染色体的分子质量大约是 2.5×10 9Da，核苷酸的平均分子质量是 330Da，两个邻近核苷酸对之间的距离是 0.34nm，双螺旋每一转的高度（即螺距）是 3.4nm，请问：

（ 1）该分子有多长？

（ 2）该 DNA 有多少转？

7．曾经有一段时间认为，DNA 无论来源如何，都是 4 个核苷酸的规则重复排列（如

ATCG、ATCG、ATCG、ATCG），所以 DNA 缺乏作为遗传物质的特异性。第一个直接推

翻该四核苷酸定理的证据是什么？

8．为什么在 DNA 中通常只发现 A-T 和 C-G 碱基配对？

9．为什么只有 DNA 适合作为遗传物质？

答案：

四、简答

1. 答：从化学角度看，不同的核苷酸仅是含氮碱基的差别。

从信息方面看，储存在 DNA 中的信息是指碱基的顺序，而碱基不参与核苷酸之间的共价连接，因此储存在 DNA 的信息不会影响分子结构，来自突变或重组的信息改变也不会破坏分子。

2. 答：由于在 DNA 分子中互补碱基的含量相同的，因此只有在双链中 G+C 的百分比可知时，G%=（G+C）%/2

3. 答：C t

0 1/2

值受基因组大小和基因组中重复 DNA 的类型和总数影响。

4. 答：降低温度、pH 和增加盐浓度。

5. 答：形成沟状结构是 DNA 与蛋白质相互作用所必需。

6. 答：1 碱基=330Da，1 碱基对=660Da

碱基对=2.5×10 9/660=3.8×10 6 kb

染色体 DNA 的长度=3.8×10 6/0.34=1.3×10 6nm=1.3mm

答：转数=3.8×10 6×0.34/3.4=3.8×105

7. 答：在 1949-1951 年间，E Chargaff 发现：

（ 1）不同来源的 DNA 的碱基组成变化极大

（ 2）A 和 T、C 和 G 的总量几乎是相等的（即 Chargaff 规则）

（ 3）虽然（A+G）/（C+T）=1，但（A+T）/（G+C）的比值在各种生物之间变化极大

8. 答：（1）C-A 配对过于庞大而不能存在于双螺旋中；G-T 碱基对太小，核苷酸间的空间

空隙太大无法形成氢键。

（ 2）A 和 T 通常形成两个氢键，而 C 和 G 可形成三个氢键。正常情况下，可形成两个氢键的碱基不与可形成三个氢键的碱基配对。

9. 答：是磷酸二酯键连接的简单核苷酸多聚体，其双链结构保证了依赖于模板合成的准确性，DNA 的以遗传密码的形式编码多肽和蛋白质，其编码形式多样而复杂

第三章基因与基因组结构

四、简答

1. 答：基因组的大小是指在基因组中 DNA 的总量。复杂性是指基因组中所有单一序列的总

长度。

（ 1）基因组的大小是 4000 bp

（ 2）基因组的复杂性是 450 bp

2. 答：第一种是，一个原初产物含有一个以上的多聚腺苷化位点，能产生具不同 3'端的mRNA。

第二种是，如果一个原初转录产物含有几个外显子，发生不同的剪接，产生多种 mRNA。

3. 答：在转录起始位点上游的 3.1-3.8kb 处有一增强子。

4.答：已加工过的假基因具有明显的 RNA 加工反应的印迹。如缺少内含子，有些在 3'端已

经经过加工。

推测已加工过的假基因是在基因转录成前体 mRNA、RNA 加工后，又经反转录形成 DNA，

再将反转录出的 DNA 重新整合进基因组。

5. 答：rRNA 的非转录间隔区位于串联转录单位之间，而转录间隔区位于转录单位的 18S RNA 基因与 28S RNA 基因之间。

6. 答：一般来说只有蛋白质才能被输入。但在锥虫粒体基因组中没有发现 tRNA

7. 答：细胞器蛋白质合成对抗生素的敏感性与原核生物相似。此外，细胞器核糖体蛋白和RNA 聚合酶亚基也与大肠杆菌中的同源

8. 答： rho-酵母粒体基因组具有大量的缺失和重复。剩余的 DNA 通过扩增形成多贝。

9. 答：因为粒体 DNA 复制过程中存在更多的错配，并且其修复机制的效率更低。

10. 答：粒体内发现的 COX II 假基因含有一内含子，而核基因组内的 COX II 基因已缺失了内含子。

11. 答：C 值矛盾是真核生物单倍体组 DNA 总量与编码基因信息 DNA 总量差异大。对高等

真核生物而言，生物体基因组的大小与其复杂性没有直接关系。亲缘关系相近的生物 DNA

含量可能差异很大。如一些两栖动物比其它两栖动物的 DNA 相差 100 倍。

12. 答：大部分基因含有内含子。

13. 答：外显子发生突变使功能丧失而个体被淘汰，因此外显子受选择压力的作用。

14. 答：产生串联的 DNA 序列。

15. 答：如卫星 DNA 的同源性是通过固定的交换来维持，它们通过不均等交换导致其中一个

重复单元的增加和另一个单元的消失。

16. 答：粒体和叶绿体。因为这两种细胞器具有不同于细胞质的独特的胞内环境。

17. 答：在哺乳动中，粒体 DNA 的突变率比细胞核 DNA 的突变率高，但在植物中，粒体 DNA 的突变率比细胞核 DNA 的突变率低。粒体采用不同于细胞核的 DNA 聚合酶和DNA 修复体系。

18. 答：基因组小，基因直接相连甚至重叠，仅出现一个启动子，一些基因甚至不包括终止

密码。

19. 答：（1）粒体与叶绿体具有自身的基因组，并独立核基因组进行复制；

（ 2）类似于原核 DNA，粒体与叶绿体基因组不组装为核销小体结构；

（ 3）粒体基因利用甲酰甲硫氨酸作为起始氨基酸；

（ 4）一些抑制细菌蛋白质翻译成的物质也抑制粒体中蛋白质的翻译过程。

第 4 章 DNA 复制

四、简答题

1．描述 Meselson-Stahl 实验，说明这一实验加深我们对遗传理解的重要性。

答：Meselson-Stahl 实验证实了 DNA 的半保留复制。证实了两个假说：

（ 1）复制需要两条 DNA 的分离（解链/变性）

（ 2）通过以亲本链作为模板，新合成的 DNA 链存在于两个复制体中。

2．请列举可以在性染色体的末端建立性复制的三种方式。

答：（1）染色体末端的短重复序列使端粒酶引发非精确复制。

（ 2）末端蛋白与模板链的 5'端共价结合提供核苷酸游离的 3'端

（ 3）通过滚环复制，DNA 双链环化后被切开，产生延伸的 3'-OH 端

3．为什么一些细菌完成分裂的时间比细菌基因组的复制所需的时间要少？为什么在选择营

养条件下，E.coli 中可以存在多叉的染色体或多达 4 个以上的开环染色体贝，而正常情况下染色体是单贝的？

答：单贝复制由细胞中复制起点的浓度控制的。

在适宜的培养条件下，细胞呈快速生长，稀释起始阻遏物的浓度，使复制连续进行。

4．在 DNA 聚合酶 III 催化新链合成以前发生了什么反应？

答：DnaA（与每 9 个碱基重复结合，然后使 13 个碱基解链）、DnaB(解旋酶)和 DnaC（先

于聚合酶 III 与原核复制起点相互作用。后随链复制需要引发体完成的多重复制起始，引发

体由 DnaG 引发酶与多种蛋白质因子组成。

5．DNA 复制起始过程如何受 DNA 甲基化状态影响？

答：亲本 DNA 通常发生种属特异的甲基化。在复制之后，两模板-复制体双链 DNA 是半甲

基化的。半甲基化 DNA 对膜受体比对 DnaA 有更高的亲和力，半甲基化 DNA 不能复制，从

而防止了成熟前复制。

6．请指出在 oriC 或 X 型起点起始的 DNA 复制之间存在的重要差异。

答：oriC 起点起始的 DNA 复制引发体只含有 DnaG。

X 型起点起始的 DNA 复制需要额外的蛋白质—Pri 蛋白的参与。Pri 蛋白在引物合成位点装

配引发体。

7．大肠杆菌被 T2 噬菌体感染，当它的 DNA 复制开始后提取噬菌体的 DNA，发现一些

RNA 与 DNA 紧紧结合在一起，为什么？

答：该 DNA 为双链并且正在进行复制。RNA 片段是后随链复制的短的 RNA 引物。

8．DNA 连接酶对于 DNA 的复制是很重要的，但 RNA 的合成一般却不需要连接酶。解释这

个现象的原因。

答：DNA 复制时，后随链的合成需要连接酶将一个冈崎片段的 5'端与另一冈崎片段的 3'端连接起来。而 RNA 合成时，是从转录起点开始原 5'3'一直合成的，因此不需 DNA 连接酶。9．曾经认为 DNA 的复制是全保留复制，每个双螺旋分子都作为新的子代双螺旋分子的模板。如果真是这样，在 Meselson 和 Stahl 的实验中他们将得到什么结果？

答：复制一代后，一半为重链，一半为轻链；复制两代后，1/4 为重链，3/4 为轻链。

10．描述 Matthew 和 Franklin 所做的证明 DNA 半保留复制的实验。

答：（1）将大肠杆菌在 15N 培养基中培养多代，得到的 DNA 两条链都被标记，形成重链。（ 2）细胞移到 14N 培养基中培养，提取 DNA；

（ 3）将 DNA 进行氯化铯密度梯度离心，；

（ 4）经过一定时间后，DNA 在离心管聚集成带，每个带的密度均与该点的氯化铯溶液的密度相同；

（ 5）照相决定每条带的位置和所含的 DNA 量。

1）经 15N 培养基，所有 DNA 都聚集在一条重密度带；

2）经 14N 培养基一代后，所有的 DNA 形成一条中间密度带；

3）经 14N 继续培养基一代，DNA 一半是中间密度带，另一半是轻密度带；

4）最后，他们证明第一代的分子是双链，且为半保留复制。

11．解释在 DNA 复制过程中，后随链是怎样合成的。

答：DNA 聚合酶只能朝 5'3'方向合成 DNA，后随链不能像前导链一样一直进行合成。后

随链是以大量独立片段（冈崎片段）合成的，每个片段都以 5'3'方向合成，这些片段最后

由连接酶连接在一起。每个片段独立引发、聚合、连接。

12．描述滚环复制过程及其特征。

答：仅是特定环状 DNA 分子的复制方式。

（ 1）复制过程：

1）环状双链 DNA 的+链被内切酶切开；

2）以-链为模板，DNA 聚合酶以+链的 3'端作为引物合成新的+链，原来的+链 DNA 分子

的 5'端与-链分离；

3）+链的 3'端继续延长；

4）引发酶以离开的+链为模板合成 RNA 引物，DNA 聚合酶以+链为模板合成新的-链；

5）通常滚环复制的产物是一多聚物，其中大量单位基因组头尾相连。

（ 2）复制过程的特征：

1）复制是单方向不对称的；

2）产物是单链 DNA，但可通过互补链的合成转变为双链；

3）子代 DNA 分子可能是共价连接的连环分子；

4）连环分子随后被切成与单个基因组相对应的片段。

四、简答题

1．描述 Meselson-Stahl 实验，说明这一实验加深我们对遗传理解的重要性。

2．请列举可以在性染色体的末端建立性复制的三种方式。

3．为什么一些细菌完成分裂的时间比细菌基因组的复制所需的时间要少？为什么在选择营

养条件下，E.coli 中可以存在多叉的染色体或多达 4 个以上的开环染色体贝，而正常情况下染色体是单贝的？

4．在 DNA 聚合酶 III 催化新链合成以前发生了什么反应？

5．DNA 复制起始过程如何受 DNA 甲基化状态影响？

6．请指出在 oriC 或 X 型起点起始的 DNA 复制之间存在的重要差异。

7．大肠杆菌被 T2 噬菌体感染，当它的 DNA 复制开始后提取噬菌体的 DNA，发现一些

RNA 与 DNA 紧紧结合在一起，为什么？

8．DNA 连接酶对于 DNA 的复制是很重要的，但 RNA 的合成一般却不需要连接酶。解释这

个现象的原因。

9．曾经认为 DNA 的复制是全保留复制，每个双螺旋分子都作为新的子代双螺旋分子的模板。如果真是这样，在 Meselson 和 Stahl 的实验中他们将得到什么结果？

10．描述 Matthew 和 Franklin 所做的证明 DNA 半保留复制的实验。

11．解释在 DNA 复制过程中，后随链是怎样合成的。

12．描述滚环复制过程及其特征。

答案

四、简答

1. 答：Meselson-Stahl 实验证实了 DNA 的半保留复制。证实了两个假说：

（ 1）复制需要两条 DNA 的分离（解链/变性）

（ 2）通过以亲本链作为模板，新合成的 DNA 链存在于两个复制体中。

2. 答：（1）染色体末端的短重复序列使端粒酶引发非精确复制。

（ 2）末端蛋白与模板链的 5'端共价结合提供核苷酸游离的 3'端

（ 3）通过滚环复制，DNA 双链环化后被切开，产生延伸的 3'-OH 端

3. 答：单贝复制由细胞中复制起点的浓度控制的。

在适宜的培养条件下，细胞呈快速生长，稀释起始阻遏物的浓度，使复制连续进行。

4. 答：DnaA（与每 9 个碱基重复结合，然后使 13 个碱基解链）、DnaB(解旋酶)和 DnaC （先于聚合酶 III 与原核复制起点相互作用。后随链复制需要引发体完成的多重复制起始，引发体由 DnaG 引发酶与多种蛋白质因子组成。

5. 答：亲本 DNA 通常发生种属特异的甲基化。在复制之后，两模板-复制体双链 DNA 是半

甲基化的。半甲基化 DNA 对膜受体比对 DnaA 有更高的亲和力，半甲基化 DNA 不能复制，

从而防止了成熟前复制。

6. 答：oriC 起点起始的 DNA 复制引发体只含有 DnaG。

X 型起点起始的 DNA 复制需要额外的蛋白质—Pri 蛋白的参与。Pri 蛋白在引物合成位点装配引发体。

7. 答：该 DNA 为双链并且正在进行复制。RNA 片段是后随链复制的短的 RNA 引物。

8. 答：DNA 复制时，后随链的合成需要连接酶将一个冈崎片段的 5'端与另一冈崎片段的 3'端连接起来。而 RNA 合成时，是从转录起点开始原 5'3'一直合成的，因此不需 DNA 连接酶。

9. 答：复制一代后，一半为重链，一半为轻链；复制两代后，1/4 为重链，3/4 为轻链。

10. 答：（1）将大肠杆菌在 15N 培养基中培养多代，得到的 DNA 两条链都被标记，形成重链。

（ 2）细胞移到 14N 培养基中培养，提取 DNA；

（ 3）将 DNA 进行氯化铯密度梯度离心，；

（ 4）经过一定时间后，DNA 在离心管聚集成带，每个带的密度均与该点的氯化铯溶液的密度相同；

（ 5）照相决定每条带的位置和所含的 DNA 量。

1）经 15N 培养基，所有 DNA 都聚集在一条重密度带；

2）经 14N 培养基一代后，所有的 DNA 形成一条中间密度带；

3）经 14N 继续培养基一代，DNA 一半是中间密度带，另一半是轻密度带；

4）最后，他们证明第一代的分子是双链，且为半保留复制。

11. 答：DNA 聚合酶只能朝 5'3'方向合成 DNA，后随链不能像前导链一样一直进行合成。

后随链是以大量独立片段（冈崎片段）合成的，每个片段都以 5'3'方向合成，这些片段最

后由连接酶连接在一起。每个片段独立引发、聚合、连接。

12. 答：仅是特定环状 DNA 分子的复制方式。

（ 1）复制过程：

1）环状双链 DNA 的+链被内切酶切开；

2）以-链为模板，DNA 聚合酶以+链的 3'端作为引物合成新的+链，原来的+链 DNA 分子

的 5'端与-链分离；

3）+链的 3'端继续延长；

4）引发酶以离开的+链为模板合成 RNA 引物，DNA 聚合酶以+链为模板合成新的-链；

5）通常滚环复制的产物是一多聚物，其中大量单位基因组头尾相连。

（ 2）复制过程的特征：

1）复制是单方向不对称的；

2）产物是单链 DNA，但可通过互补链的合成转变为双链；

3）子代 DNA 分子可能是共价连接的连环分子；

4）连环分子随后被切成与单个基因组相对应的片段。

第五章 DNA 损伤与修复

二、简答题

1.诱变剂的作用机制？

2、突变类型及其遗传效应？

3.典型的 DNA 重组实验通常包括哪些步骤？

4.为什么在 DNA 中通常只发现 A—T 和 C—G 碱基配对?

5.什么是增效与减效突变？

6.噬菌体整合到宿主基因组后 4-6 个宿主 DNA 的核苷酸被复制，这是为什么?这与转座子插入新位点有何相似之处?另外，两个核苷酸从 5'U3 的 5'和 3'被切除，这意味着遗传信息从反

转录病毒中被丢失吗?

7.列出病毒和非病毒超家族反转录转座子之间的 4 种差异.

8.描述两种转座子引起基因组重排的方式。

9.IS 元件整合到靶位点时会发生什么?

10.一个复合转座子和一个 IS 元件之间的关系是什么?。

11.列出一个转座子插入到一个新位点所要求的步骤.

12.当(1)DNA 在两个定向重复之间(2)DNA 在两个反向重复之间发生重组的效应各是什么?

13.在什么过程中会形成一个共整合体?它的结构是什么?

14.Tn10 元件只有在自己的转座酶基因具有活性时发生转座(与利用基因组中 Tn10 元件达的转座酶的情况正好相反)，这种偏爱的原因是什么?

15.跳跃复制的结果是什么?

16.重复序列并不是在选择压力下存在，因此能快速积累突变。这些特性明重复序列相互

间应存在很大的不同，但事实并不是这样的。请举例说明。

17. 检体 DNA 的突变率与细胞核 DNA 突变率有什么不同?为什么?

18.简述大肠杆菌的插入序列，并指出它们对自发突变的重要性。

19.分析比较细菌转座子的结构与特点。

三、分析题

1. 面抗原的变异和哺乳动物免疫多样性都是 DNA 重排的结果。锥虫通过 DNA 重排选择

达所携带的一千多个不同的 VSG 基因中的一个。而哺乳动物细胞则通过 DNA 重排产生

成百上千个不同的抗体，包括与 VSG 蛋白反应的抗体，尽管抗体在数量上的优势，锥虫仍

然能够成功地逃避宿主的免疫系统，为什么?

2.分析比较细菌转座子的结构与特点。

答案：

一、名词解释

1、错义突变：DNA 分子中碱基对的取代，使得 mRNA 的某一密码子发生变化，由它所编码

的氨基酸就变成另一种的氨基酸，使得多肽链中的氨基酸顺序也相应的发生改变的突变。

2、无义突变：由于碱基对的取代，使原来可以翻译某种氨基酸的密码子变成了终止密码子

的突变。

3、同义突变：碱基对的取代并不都是引起错义突变和翻译终止，有时虽然有碱基被取代，

但在蛋白质水平上没有引起变化，氨基酸没有被取代，这是因为突变后的密码子和原来的密

码子代同一个氨基酸的突变。

4、移码突变：在编码序列中，单个碱基、数个碱基的缺失或插入以及片段的缺失或插入等

均可以使突变位点之后的三联体密码阅读框发生改变，不能编码原来的蛋白质的突变。

5、DNA 的体外重组：DNA 的体外重组是指含有特异目的基因的 DNA 片段与载体 DNA 在

试管内连接的过程。常用的方法：1. 粘性末端连接法；2. 平末端连接法；3. 结尾法；4. 人工接头法（linker）。

6、限制性核酸内切酶（restriction endonuclease, 内切酶）：是一类特异性地水解双链（ds）的 DNA 的磷酸二酯酶。分、II、Ш型。内切酶的用途： 1.制作 DNA 物理图谱； 2.DNA 限制性片段长度多态性分析（RFLPS）。 3.基因克隆及亚克隆； 4.DNA 杂交与序列分析；

5.基因组同源性研究；

6.基因突变和化学修饰的研究。

7、C-值：通常是指一种生物单倍体基因组 DNA 的总量。

8、基因家族：真核生物中许多相关的基因常按功能成套组合，被称为基因家族。

9、转座子：是存在于染色体 DNA 上可自主复制和位移的基本单位。

二、简答题

1.诱变剂的作用机制？

答：1、碱基的类似物诱发突变 2、改变 DNA 的化学结构 3、结合到 DNA 分子上诱发移码突

变 4、紫外及其他射引起的 DNA 分子的变化

2、突变类型及其遗传效应？

答：1、突变类型：

A.

B.

C.

D.

点突变 NA 大分子上一个碱基的变异。分为转换和颠换。

缺失：一个碱基或一段核苷酸链从 DNA 大分子上消失。

插入：一个原来没有的碱基或一段原来没有的核苷酸链插入到 DNA 大分子中间。

倒位 NA 链内重组，使其中一段方向倒置。

2、突变的遗传效应：

A.遗传密码的改变：错义突变、无义突变、同义突变、移码突变

B.对 mRNA 剪接的影响：一是使原来的剪接位点消失；二是产生新的剪接位点。

C.蛋白质肽链中的片段缺失：

3.典型的 DNA 重组实验通常包括哪些步骤？

a、提取供体生物的目的基因（或称外源基因），酶接连接到另一 DNA 分子上（克隆载体），

形成一个新的重组 DNA 分子。

b、将这个重组 DNA 分子转入受体细胞并在受体细胞中复制保存，这个过程称为转化。

c、对那些吸收了重组 DNA 的受体细胞进行筛选和鉴定。

d、对含有重组 DNA 的细胞进行大量培养，检测外援基因是否达。

4.为什么在 DNA 中通常只发现 A—T 和 C—G 碱基配对?

答： (1)C—A 配对过于庞大而不能存在于双螺旋中； G—T 碱基对则太小，核苷酸间的空

隙太大无法形成氢键。 (2)A 和 T 通常有两个氢键，而 C 和 G 有三个。正常情况下，可形成两个氢键的碱基不能与可形成三个氢键的碱基配对。

5.什么是增效与减效突变？

答：顺式作用的启动子等调控序列的突变不是阻碍相对应的转录单元转录所必需的。然而，转录启动的效率可能会因此而下降，相邻基因的转录会减弱，这样的突变称为减效突变。若

改变启动子序列的突变能提高转录启动的效率，则这样的突变称为增效突变。

6.噬菌体整合到宿主基因组后 4-6 个宿主 DNA 的核苷酸被复制，这是为什么?这与转座子插

入新位点有何相似之处?另外，两个核苷酸从 5'U3 的 5'和 3'被切除，这意味着遗传信息从反转录病毒中被丢失吗?

答：由于反转录病毒整合酶(reboviral integase)在整合位点切开一个交错切口造成靶位点重复。插入之后，填补切口产生重复序列。转座酶在靶位点产生同向重复序列。病毒基因组每

侧两个核苷酸的缺失并不会导致类似基因组另一端的序列的其他贝的丢失。

7.列出病毒和非病毒超家族反转录转座子之间的 4 种差异.

答：病毒超家族成员含有长末端重复序列 LTR、编码反转录酶或整合酶的可读框以及内含子，但非病毒反转录转座子并不含有这些序列。同样，病毒反转录转座子的整合会在靶位点

产生一段 4-6 个核苷酸，的短重复序列，而非病毒反转录转座子则产生 7-21 个核苷酸重复序列。

8.描述两种转座子引起基因组重排的方式。

答：转座子转座时能够导致宿主序列的缺失、重复或插入。另外，转座子通过宿主重组系

统导致基因组重排。

9.IS 元件整合到靶位点时会发生什么?

答：由于在转座子插入之前已产生一个交错切口，而且这一交错切口在转座子插入后被填补，因此导致靶位点序列重复。

10.一个复合转座子和一个 IS 元件之间的关系是什么?。

答：复合转座子在两个末端有 IS 序列

11.列出一个转座子插入到一个新位点所要求的步骤.

答：首先，在靶位点处产生一个交错切口，切出转座子。接着，转座子与靶位点连接。最后，填补插入位点两侧的单链区。

12.当(1)DNA 在两个定向重复之间(2)DNA 在两个反向重复之间发生重组的效应各是什么? 答：同向重复序列之间的重组会导致重复序列之间 DNA 序列发生缺失。反向重复序列之间

的重组则会使重复序列之间的 DNA 序列发生倒位。

13.在什么过程中会形成一个共整合体?它的结构是什么?

答：在复制转座中会形成共整合体(cointegrant)，其中含有两个方向相同的转座子贝，并

由原有复制子隔开。

14.Tn10 元件只有在自己的转座酶基因具有活性时发生转座(与利用基因组中 Tn10 元件达的转座酶的情况正好相反)，这种偏爱的原因是什么?

答：转座酶一旦合成就立即与 DNA 牢固结合，以免扩散到基因组的其他元件中。有假说认

为游离的转座酶半衰期很短，但若与 DNA 结合后较为稳定。因为未结合状态是不稳定的，

所以游离的转座酶不会扩散到其他位点。

15.跳跃复制的结果是什么?

答：跳跃复制产生串联的 DNA 序列。比如说，小鼠 27bp 的重复序列跳跃复制产生 54bp 的重复序列，它由两个串联的 27bp 的重复序列所组成。

16.重复序列并不是在选择压力下存在，因此能快速积累突变。这些特性明重复序列相互

间应存在很大的不同，但事实并不是这样的。请举例说明。

答：如卫星 DNA 的同源性是通过固定的交换来维持的，它通过不均等交换导致其中一个重

复单元的增加和另一个的消失。

17. 检体 DNA 的突变率与细胞核 DNA 突变率有什么不同?为什么?

答：在哺乳动物中，粒体 DNA 的突变率比核 DNA 的突变率高。但在植物中，粒体DNA 的突变率比核 DNA 的突变率低。出现这种差异的可能原因是粒体采用不同于细胞核

的 DNA 聚合酶和 DNA 修复体系。

18.简述大肠杆菌的插入序列，并指出它们对自发突变的重要性。

答：插入序列(IS)是可以转座的遗传元件，它们只插入自我复制的 DNA。中，如细菌和噬

菌体的染色体及质粒。大肠杆菌中，有几种不同的 IS 元件，长度都是 0.7—1.5kb. 每种都有特定核苷酸序列，有的编码转座酶，负责启动特定 IS 的转座。一般来说，每个 IS 的两端都有一对短的反向重复，长约 9-41bp(图 A8.1)，转座酶似乎就是通过识别这些反向重复序列起始转座的;也就是说，特异的转座酶和反向重复序列对转座都很重要。转座的另一个性质是

每个 IS 的两端都与宿主 DNA 的短正向重复序列(3—13bp)相连；这是宿主 DNA 上的靶位点，在转座过程中该位点被复制。转座时，IS 向基因组中新的位置随机地移动。通常，它插入一

个结构基因产生突变型，有时是因为编码序列受到阻断，有时则因为 IS 元件含有多种转录或翻译的终止信号。另外,IS 赐可插入操纵子的操纵基因-启动子区域，导致整个操纵子被

关闭，但偶尔操纵子的达也会变为组成型。当 IS 含有一个正确定向的启动子时，可以转录细菌操纵子.因为这个启动子不受调节细菌操纵子的正常调控蛋白调控，产生的效果类似

于操纵基因组成型突变。所以，IS 元件的转座是自发突变的一个重要来源。必须意识到这些

突变不能被碱基类似物或移码突变诱变剂诱导和回复。大肠杆菌中有几种不同的 IS 元件，

贝数在 1—5。

19.分析比较细菌转座子的结构与特点。

答： 1974 年，随着发现与抗生素抗性有关的基因可以在质粒与细菌的染色体之间转移，科

学家发现了转座子。转座子比 IS 元件大很多(一般为 2—20kb)，它们至少含有一个基因，给宿主带来可遗传的标记，一般是对一种或多种抗生素的抗性。这是一种非常有用的性质，因

为每种质粒可以用一种转座子"标记"，这样通过对药物的抗性型可以简单地检测质粒的

存在和转移；同样，可以轻易地观察到转座。转座子 Tn5(图 A8.2)长 5.7kb，是一种结构最简单的转座子;它由三个成分组装而成：一个长中心区(2—7kb)，含有卡那霉素的抗性基因，两

端为一对 IS 元件，每个长 1.5kb，方向相反。其他的转座．子两端为不同的 IS 元件，有时两个 IS 同向。这些转座子的转座类似 IS 元件，转座过程中宿主的一个序列或 DNA 靶位点被复制。发生转座首先是因为任意一个 IS 序列或两个 IS 序列同时起作用，编码一个转座酶(在某些元件中，如 Tn5，一个 IS 只有部分功能，不能编码一个有活性的转座酶);其次，转座子两端通常有一对与 IS 特异相应的反向重复序列：无论 IS 元件是正向还是反向的，这些末端重复序列都存在。还有一种可能性：任一对 IS 元件可以相互作用使它们之间的任意序列转座，这样任一个基因都可以在两端连上两个同样的 IS 元件成为转座子;这个性质已被用构建重组DNA 分子。 Tn5 因为其组件的组成被称为集成转座子。其他转座子，如复杂的转座子的结

构是不同的；它们两端不是一对 IS 而是一对反向重复，编码转座所需蛋白的基因位于转座

子的中心区。

三、分析题

1. 面抗原的变异和哺乳动物免疫多样性都是 DNA 重排的结果。锥虫通过 DNA 重排选择达所携带的一千多个不同的 VSG 基因中的一个。而哺乳动物细胞则通过 DNA 重排产生

成百上千个不同的抗体，包括与 VSG 蛋白反应的抗体，尽管抗体在数量上的优势，锥虫仍

然能够成功地逃避宿主的免疫系统，为什么?

答：锥虫因为细胞分裂周期短而取胜。当锥虫感染哺乳动物时，它在血流中以快速的倍增

时间复制。在感染开始后不久，识别锥虫 VSG 的 B 细胞从休眠状态被激活并开始膨大，而

哺乳动物细胞的分裂比锥虫慢得多。当 B 细胞膨大到足以杀死锥虫时，一些锥虫的 VSG 已

经发生了改变，使 B 细胞不再能识别它。这样就起始了新一轮的感染，直到免疫系统能识别

它时就已改变成能逃得过免疫系统的变体，于是又开始了新的循环。

2.分析比较细菌转座子的结构与特点。

答： 1974 年，随着发现与抗生素抗性有关的基因可以在质粒与细菌的染色体之间转移，科

学家发现了转座子。转座子比 IS 元件大很多(一般为 2—20kb)，它们至少含有一个基因，给宿主带来可遗传的标记，一般是对一种或多种抗生素的抗性。这是一种非常有用的性质，

因为每种质粒可以用一种转座子"标记"，这样通过对药物的抗性型可以简单地检测质粒

的存在和转移；同样，可以轻易地观察到转座。转座子 Tn5(图 A8.2)长 5.7kb，是一种结构最简单的转座子;它由三个成分组装而成：一个长中心区(2—7kb)，含有卡那霉素的抗性基因，

两端为一对 IS 元件，每个长 1.5kb，方向相反。其他的转座．子两端为不同的 IS 元件，有时两个 IS 同向。这些转座子的转座类似 IS 元件，转座过程中宿主的一个序列或 DNA 靶位点被复制。发生转座首先是因为任意一个 IS 序列或两个 IS 序列同时起作用，编码一个转座酶(在某些元件中，如 Tn5，一个 IS 只有部分功能，不能编码一个有活性的转座酶);其次，转座子两端通常有一对与 IS 特异相应的反向重复序列：无论 IS 元件是正向还是反向的，这些末端

重复序列都存在。还有一种可能性：任一对 IS 元件可以相互作用使它们之间的任意序列转座，这样任一个基因都可以在两端连上两个同样的 IS 元件成为转座子;这个性质已被用构建

重组 DNA 分子。 Tn5 因为其组件的组成被称为集成转座子。其他转座子，如复杂的转座子

的结构是不同的；它们两端不是一对 IS 而是一对反向重复，编码转座所需蛋白的基因位于

转座子的中心区。

第六章 RNA 的转录与转录后加工

二、简答题

1. 简述转录的基本过程?

2.简述原核和真核细胞在蛋白质翻译过程中的差异.

3.试比较原核和真核细胞的 mRNA 的异同.

4.分别说出 5 种以上 RNA 的功能？

5.简述遗传密码的性质

6.简述 tRNA 的二级结构特征并指明作用与作用机制。

7.简述增强子的作用特点。

8. 列举一个已知的 DNA 序列编码一种以上蛋白质的三种方法。

9.在体内，rRNA 和 tRNA 都具有代谢的稳定性，而 mRNA 的寿命却很短，原因何在？

10.为什么真核生物核糖体 RNA 基因具有很多贝?

11.为什么说信使 RNA 的命名源自对真核基因达的研究，比说源自对原核基因达的研究更为恰当?

12.说明为什么 mRNA 仅占细胞 RNA 总量的一小部分(3％一 5％)。

13.为何 rRNA 和 tRNA 分子比 mRNA 稳定?

14.简要说明证明信使的存在及其本质为 RNA 的证据。

15.列举 4 种天然存在的具有催化活性的 RNA。

16.I 型内含子发生改变后，可以产生其他酶的活性吗?如果可以，是哪些活性?这意味着 I 型内含子的催化中心有什么特点？

17.某些自剪接的内含子具有可读框，它们编码何种蛋白?这与内含子的移动有什么关系?

18.转录涉及模板链和编码链的分离，解释在转录中单链 DNA 是怎样被保护的。

19.哪三个序列对原核生物 mRNA 的精确转录是必不可少的?

20.反转录病毒怎样获得像 onc 基因这样的细胞基因?获得此类基因会对反转录病毒基因产生

影响吗?一个反转录病毒怎样才会丢失如 pol 和 env 这样的重要的基因而复制?

21.转录如何在基因或基因组末端终止?

22.(1)如何区分由启动子起始转录的 RNA 片段与 5'端被加工过的 RNA 片段； (2)证明多肽是从氨基端到羧基端方向合成的。

23.被加工的假基因与其他假基因有哪些不同?它是如何产生的?

24.非转录间隔区与转录间隔区分别位于 rRNA 重复的什么位置?转录间隔区与内含子有何区别?

三、分析题

1.试证明一个基因中只有一条 DNA 链作为模板被转录。

2.有一个被认为是 mRNA 的核苦酸序列，长 300 个碱基，你怎样才能： (1)证明此 RNA 是mRNA 而不是 tRNA 或 rRNA。 (2)确定它是真核还是原核 mRNA。

3.如果两个 RNA 分子具有适当的序列以及配对恰当，就可以利用它们构建锤头型核酶。其中，"底物链"必须含有 5'—GUN—3'(N 代任一种核苷酸)序列，而"酶链"则必须具有

核酶催化中心的序列，同时与底物链配对。这样，酶链在 N 核昔酸的 3'端对底物链进行切割。提供适当的酶链，可以降解细胞中不能被锤头型核酶切割的 RNA，这为把酶链作为阻断某

些基因达的治疗试剂提供了可能。例如，一些研究小组正在设计可以切割 HIV RNA 的酶链，将如何设计这种核酶的酶链?如何选择 HIV RNA 中的靶序列?该酶链应具有什么特点?

另外，以 RNA 作为药物，将会碰到什么问题?

答案：

一、名词解释

1、基因诊断：以 DNA 或 RNA 为诊断材料，通过检查基因的存在、结构缺陷或达异常，

对人体的状态和疾病作出诊断的方法和过程。

2、RFLP：即限制性片段长度多态性，个体之间 DNA 的核苷酸序列存在差异，称为 DNA 多

态性。若因此而改变了限制性内切酶的酶切位点则可导致相应的限制性片段的长度和数量发

生变化，称为 RFLP。

3、启动子——是 DNA 分子可以与 RNA 聚合酶特异结合的部位，也就是使转录开始的部位。

在基因达的调控中，转录的起始是个关键。常常某个基因是否应当达决定于在特定的启动子起始过程。

4. 信号肽：在蛋白质合成过程中 N 端有 15~36 个氨基酸残基的肽段，引导蛋白质的跨膜。

5. 核受体——细胞内受体分布于胞浆或核内，本质上都是配体调控的转录因子，均在核内启

动信号转导并影响基因转录，统称核受体。

6.hnRNA——核不均一 RNA，即 mRNA 的前体，经过 5'加帽和 3'酶切加多聚 A，再经过

RNA 的剪接，将外显子连接成开放阅读框，通过核孔进入细胞质就可以作为蛋白质合成的

模板了。

7、基因治疗：一般是指将限定的遗传物质转入患者特定的靶细胞，以最终达到预防或改变

特殊疾病状态为目的治疗方法。

8、反义 RNA：碱基序列正好与有意义的 mRNA 互补的 RNA 称为反义 RNA。可以作为一种

调控特定基因达的手段。

9、核酶：是一种可以催化 RNA 切割和 RNA 剪接反应的由 RNA 组成的酶，可以作为基因

达和病毒复制的抑制剂。

10、三链 DNA：当某一 DNA 或 RNA 寡核苷酸与 DNA 高嘌呤区可结合形成三链，能特异地

结合在 DNA 的大沟中，并与富含嘌呤链上的碱基形成氢键。

11、SSCP：单链构象多态性检测是一种基于 DNA 构象差别来检测点突变的方法。相同长度

的单链 DNA，如果碱基序列不同，形成的构象就不同，这样就形成了单链构象多态性。

12、管家基因：在生物体生命的全过程都是必须的，且在一个生物个体的几乎所有细胞中持

续达的基因。

13. 增强子(enhancer)：远离转录起始点（１～３０ kb）、决定基因的时间、空间特异性达、增强启动子转录活性的 DNA 序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关。增强子也是

由若干功能组件——增强体（enhanson）组成，是特异转录因子结合 DNA 的核心序列。

14. 基础转录装置（basical transcriptional apparatus）：在 TFⅡA～F 等参与下，RNA 聚合酶Ⅱ

与 TFⅡD、TFⅡB 等聚合，形成一个功能性的前起始复合物 PIC，可以开始转录但其速率低，

因此称为基础转录装置。

18. 重叠基因（overlapping gene）: 是一种转录单位，一个基因可决定多种 mRNA 和蛋白质。它们可以有 2 个启动子，2 个终止子，几个外显子。转录时，可能使用 2 个启动子中的 1 个或 2 个，也可能使用 2 个终止子中的 1 个或 2 个，或用不同的剪切方式对转录的初级产物进行加工，产生多种 mRNA 中的一种。如 Bcl-X 基因。

19.假基因(pseudogene)：在多基因家族中，不产生有功能基因产物的基因。即序列与有功能

的基因相似，但或者不能转录，或者转录后生成无功能的基因产物。用示。造成原因是

基因在进化过程中，发生突变所致（如缺失、倒位、点突变等）。假基因往往缺少正常基因

的内含子，两侧有顺向重复序列。

20.RNA 干扰：siRNA 是一类长 21—25 个核苷酸的双链 RNA，产生于病毒感染或其他双链

RNA 诱导以后，其功能是引起特异的靶 mRNA 降解，以维持基因组稳定，保护基因组免受

外源核酸入侵和调控基因达等，这一细胞反应过程叫做 RNA 干扰（RNAi）。

21.酵母双杂交：酵母双杂交是一种新的遗传体系，它是以酵母菌的基因分析为基础，用它

在体内研究蛋白质与蛋白质相互作用的实验方法。双杂交系统是在酵母菌体内用于研究蛋白

质相互作用的实验方法，能用于鉴定已知蛋白质之间的相互作用，可对蛋白质的作用部位及

关键片段做准确定位，可以从 cDNA 文库中筛选出与所研究蛋白质相互作用的蛋白质及其编

码基因。并逐渐推广应用到其他一些研究领域如：细胞周期调控，转录调节和信号传导等。

22.转录因子：转录调节因子由某一基因达后，通过与特异的顺式作用元件相互作用

（DNA-蛋白质相互作用）反式激活另一基因的转录，故称反式作用因子（trans-acting factor）。

23.转录因子的结构：DNA 结合域(DNA binding domain)、转录激活域(activation domain)、蛋白质－蛋白质相互作用结构域（如二聚化结构域）。（1）DNA 结构域：通常由６０～１０

０个氨基酸残基组成。A、指(zinc finger)结构。B、碱性螺旋－环－螺旋(basic helix-loop- hlix，bHLH)。C、碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper，bZIP)。（2）转录激活域：由３

０～１００个氨基酸残基组成。转录激活域又有酸性激活域(acidic activation domain)、谷氨酰胺富含域(glutamine-rich domain)及脯氨酸富含域(proline-rich domain)。（3）二聚化结构域：

二聚化作用与 bZIP 的亮氨酸拉链、bHLH 的螺旋－环－螺旋结构有关。

24.衰减子（attenuator）：细菌 E.coli 的 trp 操纵子中第一个结构基因与启动序列 P 之间有一

衰减子区域。Trp 操纵子的序列 1 中有两个色氨酸密码子，当色氨酸浓度很高时，核蛋白体

（核糖体）很快通过编码序列 1，并封闭序列 2，这种与转录偶联进行的翻译过程导致序列

3、4 形成一个不依赖（rho）因子的终止结构---衰减子。(转录衰减是原核生物特有的调控

机制)。

25.内含子(intron)：指基因组中的非编码序列。

26.密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为密码的简并性

27.弱化子：在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录作用的核苷酸序列。

28.魔斑：当细菌生长过程中，遇到氨基酸全面缺乏时，细菌将会产生一个应急反应，停止

全部基因的达。产生这一应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷五磷酸（pppGpp）。PpGpp 与 pppGpp 的作用不只是一个或几个操纵子，而是影响一大批，所以称

他们是超级调控子或称为魔斑。

29.上游启动子元件：是指对启动子的活性起到一种调节作用的 DNA 序列，-10 区的

TATA、-35 区的 TGACA 及增强子，弱化子等。

30.DNA 探针：是带有标记的一段已知序列 DNA，用以检测未知序列、筛选目的基因等方面

广泛应用。

二、简答题

1. 简述转录的基本过程?

答案要点：转录的基本过程包括：模板的识别；转录起始；通过启动子；转录的延伸和终

止。要求叙述各过程设计到的因子。

2.简述原核和真核细胞在蛋白质翻译过程中的差异.

答案要点：1、起始因子不同；

3、翻译过程（肽链延伸）因子不同；

4、终止因子不同。

要求详述其差异。

3.试比较原核和真核细胞的 mRNA 的异同.

答案要点：A.真核生物 5'端有帽子结构大部分成熟没 mRNA 还同时具有 3'多聚 A 尾巴，原

核一般没有；B.原核的没 mRNA 可以编码几个多肽真核只能编码一个。C.原核生物以 AUG

作为起始密码有时以 GUG，UUG 作为起始密码，真核几乎永远以 AUG 作为起始密码。D.

原核生物 mRNA 半衰期短，真核长。E.原核生物以多顺反子的形式存在，真核以单顺反子形

式存在。

4.分别说出 5 种以上 RNA 的功能？

转运 RNA tRNA

核蛋白体 RNA rRNA

信使 RNA mRNA

不均一核 RNA hnRNA

小核 RNA

小胞浆 RNA

snRNA

scRNA/7SL-RNA

反义 RNA anRNA/micRNA

核酶

Ribozyme RNA

转运氨基酸

核蛋白体组成成

蛋白质合成模板

成熟 mRNA 的前体

参与 hnRNA 的剪接

蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组成成分

对基因的达起调节作用

有酶活性的 RNA

5.简述遗传密码的性质

答案要点：简并性；通用性；特殊性

6.简述 tRNA 的二级结构特征并指明作用与作用机制。

答案要点：1. tRNA 携带 AA，是一种酶促反应，也称 AA 的活化 2、氨基酰是 tRNA 是 AA 参与蛋白合成的活化形式。 AA 的活化：氨基酸+ATP-E 氨基酸-AMP-E+PPi 3、每活化

一分子 AA 需消耗 ATP 的 2 个高能磷酸键。 AA 的转移：氨基酸+ AMP-E+ tRNA 氨基酸- tRNA+AMP+E 4、氨基酰 tRNA 合成酶是高度专一性，既能高度特异性识别 AA，又能高度

特异性识别相应，这两点是保证翻译准确进行的基本条件之一。 5.氨基酰 AMP-E 复合体：

作为中间产物，利于酶分别对 AA 和 tRNA 两种底物特异辨认，如有错配，合成酶有校正活

性，水解磷酸酯键，与正确底物结合。

7. 增强子的作用特点

答案要点：①增强子提高同一条 DNA 链上基因转录效率，可以远距离作用(1－

4kb、30kb)，在基因的上游或下游都能起作用。②增强子作用与其序列的正反方向无关。③

增强子与启动子在结构、功能上密切联系，要有启动子才能发挥作用,但对启动子没有严格

的专一性，同一增强子可以影响不同类型启动子的转录。④增强子的作用机理虽然还不明确，

但必须与特定的蛋白质因结合后才能发挥增强转录的作用。增强子一般具有组织或细胞特异

性，是由这些细胞或组织中具有的特异性蛋白质因子所决定的。

8. 列举一个已知的 DNA 序列编码一种以上蛋白质的三种方法。

答案：给定的一段 DNA 序列可以以下述方式编码两种或两种以上的蛋白质： (1)可读框中在核糖体结合位点之后含有多重起始位点； (2)以一两个碱基的移码方式出现重叠的可读框；

(3)不同的剪接方式，例如，选择不同的外显子组合成不同的 mRNA。

9.在体内，rRNA 和 tRNA 都具有代谢的稳定性，而 mRNA 的寿命却很短，原因何在？

答案：在不同的营养状态或细胞分化期间，mRNA 的(种类和数量)变化很大；rRNA 和

tRNA 则无此特性。

10.为什么真核生物核糖体 RNA 基因具有很多贝?

答案：因为 rRNA 需要的量很大，并且没有翻译扩增作用。

11.为什么说信使 RNA 的命名源自对真核基因达的研究，比说源自对原核基因达的研究更为恰当?

答案：真核基因达过程是被区室化的。 mRNA 的合成与成熟是在细胞核中完成的，翻译则发生在细胞质中，转录"信息"被传递到细胞核外的核糖体中。由于真核细胞 mRNA 的

半衰期比原核细胞 mRNA 长而且可以通过多种实验方法干扰转录"信息"的传递，因此可

分离出真核细胞的 mRNA。

12.说明为什么 mRNA 仅占细胞 RNA 总量的一小部分(3％一 5％)。

答： mRNA 只占总 RNA 的 3％一 5％，这主要是有以下两个原因：①由于需要大量的核糖体和稳定的 tRNA 群，因此 mRNA 合成量比其他 RNA 的量要少；②由于对内切酶与外切核

酸酶敏感，mRNA 容易自发地降解，所以在原核细胞中 mRNA 的半衰期只有 2 一 15 分钟，

真核细胞中也只有 4—24 小时。

13.为何 rRNA 和 tRNA 分子比 mRNA 稳定?

答： mRNA 游离存在于细胞之中，并且被特异的单链 RNA 核酸酶所降解。tRNA 和 rRNA

是部分双链的，所以能够免遭核酸酶的攻击。另外，rRNA 不是游离存在的，通常同蛋白质

结合形成核糖体。

14.简要说明证明信使的存在及其本质为 RNA 的证据。

答： (1)科学家观察到生物，尤其是真核生物中，染色体 DNA 只存在于核中，而蛋白质合成则完全在细胞质中进行。因此，提出一定存在某种化合物(信使)在核与细胞质之间传递遗传信息。1957 年，E11iot Volkin 和 Lazlrus Astrachan 注意到用噬菌体 T2 感染 E.coli 细胞后

细菌的 RNA 和蛋白质合成迅速停止，而 T2 的 RNA 和蛋白质迅速合成。此外，这一 RNA 的

碱基比例与 T2 DNA 碱基比例一致，而不是细菌 DNA.他们的发现第一次证明了信使为

RNA。 (2) 1961 年 Bernard Hall 和 So1 Spiegelman 用杂交实验更令人信服地证明了 mRNA 假

说。他们用噬菌体 T2 感染 E.coli 后，马上分离出现的 RNA(假定为信使)，再将 E.coli 和噬

菌体 T2DNA 温热变性，成为单链 DNA，把 RNA 和单链 DNA 混合后缓慢冷,发现：①双链

DNA 分子重新形成；②当单链的 DNA 和 RNA 的碱基互补时，形成 DNA-RNA 杂合双链分

子。他们发现噬菌体 T2 感染后出现的 RNA 不能与 E.coli 的 DNA 杂交，但至少能与 T2 双链 DNA 中的一条链互补。

15.列举 4 种天然存在的具有催化活性的 RNA。

答： I 型内含子、II 型内含子、RnaseP、锤头型核酶。

16.I 型内含子发生改变后，可以产生其他酶的活性吗?如果可以，是哪些活性?这意味着 I 型内含子的催化中心有什么特点？

答：可以。这些活性包括：RNA 聚合酶、内切核酸酶、磷酸酶、连接酶的活性。将 I 型内含

子转变成这些酶的能力明它能结合于 RNA 的糖—磷酸骨架并能催化在它前后的几个不同

反应。例如，连接是剪切的相反反应。

17.某些自剪接的内含子具有可读框，它们编码何种蛋白?这与内含子的移动有什么关系?

答：编码的蛋白有：反转录酶、内切核酸酶、成熟酶。这些蛋白产生内含子的一个 DNA

贝并在染色体一个新位点上打开双链以便插入内含子。

18.转录涉及模板链和编码链的分离，解释在转录中单链 DNA 是怎样被保护的。

答：转录过程中控板与编码链分离时，聚合酶覆盖了整个转录泡——从解旋位点到螺旋重

新形成位点，因此单链的 DNA 被保护起来。与复制不同，转录不需要单链结合蛋白的参与。19.哪三个序列对原核生物 mRNA 的精确转录是必不可少的?

答： -35(RNA 聚合酶结合位点)、-10(RNA 荣合酶起始位点)启动子序列和终止子；

20.反转录病毒怎样获得像 onc 基因这样的细胞基因?获得此类基因会对反转录病毒基因产生

影响吗?一个反转录病毒怎样才会丢失如 pol 和 env 这样的重要的基因而复制?

答：当整合的原病毒和邻近细胞基因之间出现缺失，反转录病毒可获得细胞基因。原病毒

启动子起始的转录产生一个融合 mRNA，剪接之后被包装进病毒颗粒。当病毒获得宿主

DNA 时可丢失诸如 pol 或 env 等反转录病毒基因，但这样的病毒不能自身进行复制，必须依

赖于野生型病毒的辅助。

21.转录如何在基因或基因组末端终止?

答： RNA 合成在一段特定的序列——终止子停止，终止子存在于 DNA 模板和 RNA 转录

产物中。检测 RNA 的转录产物(它与反义链互补)时发现终止子含有两个特殊序列(图 A7.5)：(1)富含 G-C 的反向重复序列，使新合成的 RNA 形成稳定的茎环结构。 (2)3'端 5—6 个尿嘧啶残基。注意转录是在 DNA 上 A-T 碱基配对的序列内终止的。终止子作用机理如下： (1) 当 RNA 核心酶(RP)达终止子序列，移动的速度减低。因为终止子序列富含 G-C，而 G-C 碱

基对的转录速度比 A-T 慢得多。 (2)终止子被转录后，DNA-RNA-RP 复合物内马上形成茎环

结构，阻碍了 RP 分子继续向前移动。 (3)新合成的 RNA 只以 5—6 个弱的 rU-dN 键与 DNA 模板链相连，rU—dA 碱基对的稳定性是其他 rN-dN 碱基对的二百分之一，使以弱键连接的RNA—DNA 杂合。区域解体，释放 mRNA，DNA 和 RP。

22.(1)如何区分由启动子起始转录的 RNA 片段与 5'端被加工过的 RNA 片段； (2)证明多肽是从氨基端到羧基端方向合成的。

答： (1)转录中，5'核苷三磷酸聚合到 RNA 链的 3'-0H 端，这过程包括释放焦磷酸（即两个磷酸基)和形成磷酸二酯键。因此，只有 5'端第一个核苷酸会有三磷酸基团。若 RNA 被加工，则 5'端的核苷酸会被取代，剩下核苷单磷酸末端。 (2)让 E.coli 细胞与 14C 标记的甲硫氨酸

(或其他标记氨基酸)共培养，—该氨基酸只被掺人延伸中多肽的末端。提取多肽进行检测，

标记物能显示最后合成的区域。研究发现羧基端往往有很高浓度的标记，而氨基端很低。

23.被加工的假基因与其他假基因有哪些不同?它是如何产生的?

答：已加工过的假基因有明显的 RNA 加工反应的印迹，这明它们在某种程度上经过

RNA 阶段。例如；有些已加工过的假基因缺少内含子，而有些在 3'末端已经经过加工。推

测已加工过的假基因是在基因转录成前体 mRNA、RNA 加工、后来又由反转录酶反转录成

DNA 的过程中产生的。反转录出的 DNA 重新整合进基因组中。

24.非转录间隔区与转录间隔区分别位于 rRNA 重复的什么位置?转录间隔区与内含子有何区

别?

答： rRNA 的非转录间隔区位于串联转录单位之间，而转录间隔区位于转录单位的

18SrRNA 基因和 28SrRNA 基因之间。内含子位于基因的编码区域。相反，转录间隔区不间

断基因，而是存在于一个转录单位的基因之间。内含子通过剪接加工过程而去除，转录间隔

区通过一系列细胞内溶核切除过程而去除。

三、分析题

1.试证明一个基因中只有一条 DNA 链作为模板被转录。

答：若基因两条链均被转录，而 RNA 聚合酶只能以 5' 3'方向合成，所以两条 DNA 链会以

相反方向转录。两信使携带着彼此互补的反向核苷酸序列，编码不同的多肽。虽然某些

DNA 顺序能被双方向转录，但这不是常见现象。最早的明确证据是通过研究噬菌体 SP8 感

染枯草杆菌(Bacillus subtilis)得到的。 SP8 的 DNA 很特别：一条链(重链)富含嘌呤，另一链

(轻链)则富含嘧啶。若把双链 DNA 温和加热，两条链分离(即 DNA 变性)，可用密度梯度离

心分离两条链。 1963 年，Julius Marmur 和 Paul Doty 用 SP8 感染枯草杆菌细胞后提取RNA，发现它只能与噬菌体 DNA 的"重"链杂交(即互补配对形成 DNA-RNA 杂合分子)。

而不会与轻链杂交。显而易见，信使只可以与一条 DNA 链(重链)互补，因而 DNA 双链中只

有一条链作为转录的模板(图 A7.8)。 Marmur 和 Doty 很幸运地选用 SP8 做实验，因为它的全部基因都是同一条 DNA 链中转录而来。而另一些噬菌体，包括 T4 和噬菌体，部分基因

由一条链转录而其他基因则由另一条链转录；因此若用这些噬菌体而不是 SP8 做实验，则不

能成功地说明问题。

2.有一个被认为是 mRNA 的核苦酸序列，长 300 个碱基，你怎样才能： (1)证明此 RNA 是mRNA 而不是 tRNA 或 rRNA。 (2)确定它是真核还是原核 mRNA。

答：根据序列组成进行判断： (1)此序列太长不可能是 tRNA。如果它是 rRNA，应该含有许

多特殊元件，如：假尿嘧啶和 5—甲基胞嘧啶；同时应具有可以形成发夹环的反向重复序列。如果是 mRNA 则应有 AUG 起始密码子、一段相应的氨基酸密码子和一个相应的终止

密码子构成的可读框。 (2)所有的真核生物 mRNA 在 5'端都含有一个 7—甲基鸟苷，而且大

多数还在 3'端有一个长的 po1yA 尾巴。这些都是原核生物 mRNA 所不具有的，但是原核生

物 mRNA 靠近 5'端有 l—个核糖体结合序列(SD 序列)。

3.如果两个 RNA 分子具有适当的序列以及配对恰当，就可以利用它们构建锤头型核酶。其中，"底物链"必须含有 5'—GUN—3'(N 代任一种核苷酸)序列，而"酶链"则必须具有

核酶催化中心的序列，同时与底物链配对。这样，酶链在 N 核昔酸的 3'端对底物链进行切割。提供适当的酶链，可以降解细胞中不能被锤头型核酶切割的 RNA，这为把酶链作为阻断某

些基因达的治疗试剂提供了可能。例如，一些研究小组正在设计可以切割 HIV RNA 的酶链，将如何设计这种核酶的酶链?如何选择 HIV RNA 中的靶序列?该酶链应具有什么特点?

另外，以 RNA 作为药物，将会碰到什么问题?

答：首先，目标 RNA 必须具有 5'-GUN-3'序列。这一序列不能位于参与形成其他 RNA 结

构 (比如说茎—环结构)的区域中，因为这些结构会妨碍 RNA 与起核酶作用的 RNA 链的配对。酶链必须与目标 RNA 配对，但不能与其它细胞内任何 RNA 配对，否则 RNA 会被不正确切

除。在目前来说将一种 RNA 送到目标细胞中还是一件困难的事，但可以通过加上一个编码

酶链的基因并将基因送进细胞中，让胞内的 RNA 聚合酶制造出 RNA，或者以化学方法合成

酶链并导人细胞中。

第七章蛋白质的生物合成——翻译

(二)问答题

1．参与蛋白质生物合成体系的组分有哪些?它们具有什么功能?

2．遗传密码是如何破译的?

3．遗传密码有什么特点?

4．简述三种 RNA 在蛋白质生物合成中的作用。

5．简述核糖体的活性中心的二位点模型及三位点模型的内容。

6．氨基酸在蛋白质合成过程中是怎样被活化的?

7．简述蛋白质生物合成过程。

8．蛋白质合成中如何保证其翻译的正确性?

9．原核细胞和真核细胞在合成蛋白质的起始过程有什么区别。

10．蛋白质合成后的加工修饰有哪些内容?

11．蛋白质的高级结构是怎样形成的?

12．真核细胞与原核细胞核糖体组成有什么不同?如何证明核糖体是蛋白质的合成场所?

13. 已知一种突变的噬菌体蛋白是由于单个核苷酸插入引起的移码突变的，将正常的蛋白质

和突变体蛋白质用胰蛋白酶消化后，进行指纹图分析。结果发现只有一个肽段的差异，测得

其基酸顺序如下：正常肽段 Met-Val-Cys-Val-Arg

突变体肽段 Met-Ala-Met-Arg

（ 1）什么核苷酸插入到什么地方导致了氨基酸顺序的改变？

（ 2）推导出编码正常肽段和突变体肽段的核苷酸序列.

提示：有关氨基酸的简并密码分别为

Val： GUU GUC GUA GUG

Cys： UGU UGC

Arg： CGU CGC CGA CG AGA AGG

Ala： GCU GCC GCA CGC

14. 试列比较核酸与蛋白质的结构。

15. 试比较原核生物与真核生物的翻译。

二、参考答案

(一)名词解释

1．翻译(translation)：以 mRNA 为模板，氨酰-tRNA 为原料直接供体，在多种蛋白质因

子和酶的参与下，在核糖体上将 mRNA 分子上的核苷酸顺序达为有特定氨基酸顺序的蛋

白质的过程。

2．密码子(codon)：mRNA 中碱基顺序与蛋白质中氨基酸顺序的对应关系是通过密码实

现的， mRNA 中每三个相邻的碱基决定一个氨基酸，这三个相邻的碱基称为一个密码子。3．密码的简并性(degeneracy)：—个氨基酸具有两个以上密码子的现象。

4．同义密码子(synonym codon)：为同—种氨基酸编码的各个密码子，称为同义密码了。5．变偶假说(wobble hypothesis)：指反密码子的前两个碱基(3'-端)按照标准与密码子的

前两个碱基(5'-端)配对，而反密码子中的第三个碱墓则有某种程度的变动，使其有可能与几

种不同的碱基配对。

6．移码突变(frame-shift mutation)：在 mRNA 中，若插入或删去一个核苷酸，就会使读

码发错误，称为移码，由于移码而造成的突变、称移码突变。

7，同功受体(isoacceptor)：转运同一种氨基酸的几种 tRNA 称为同功受体。

8．反密码子(anticodon)：指 tRNA 反密码子环中的三个核苷酸的序列，在蛋白质合成过

程中通过碱基配对，识别并结合到 mRNA 的特殊密码上。

9．多核糖体(polysome)：mRNA 同时与若干个核糖体结合形成的念珠状结构，称为多核

糖体。

(二)问答题

1．A.mRNA：蛋白质合成的模板；B.tRNA：蛋白质合成的氨基酸运载工具；C.核糖体：

蛋白质合成的场所；D.辅助因子：(a)起始因子—--参与蛋白质合成起始复合物形成；(b)延长因子—--肽链的延伸作用；(c)释放因子一--终止肽链合成并从核糖体上释放出来。

2．提示：三个突破性工作 (1)体外翻译系统的建立；(2)核糖体结合技术；(3)核酸的人

工合成。

3．(1)密码无标点：从起始密码始到终止密码止，需连续阅读，不可中断。增加或删除

某个核苷酸会发生移码突变。

(2)密码不重叠：组成一个密码的三个核苷酸只代一个氨基酸，只使用一次，不重叠

使用。

(3)密码的简并性：在密码子中，除 Met、Trp 各对应一个密码外，其余氨基酸均有两

个以上的密码，对保持生物遗传的稳定性具有重要意义。

(4)变偶假说：密码的专一性主要由头两位碱基决定，第三位碱基重要性不大，因此在

与反密码子的相互作用中具有一定的灵活性。

(5)通用性及例外：地球上的一切生物都使用同一套遗传密码，但近年来已发现某些个

别例外现象，如某些哺乳动物粒体中的 UGA 不是终止密码而是色氨酸密码子。

(6)起始密码子 AUG，同时也代 Met，终止密码子 UAA、UAG、UGA 使用频率不同。4．(1)mRNA：DNA 的遗传信息通过转录作用传递给 mRNA，mRNA 作为蛋白质合成模

板，传递遗传信息，指导蛋白质合成。

(2)tRNA：蛋白质合成中氨基酸运载工具，tRNA 的反密码子与 mRNA 上的密码子相互

作用，使分子中的遗传信息转换成蛋白质的氨基酸顺序是遗传信息的转换器。

(3)rRNA 核糖体的组分，在形成核糖体的结构和功能上起重要作用，它与核糖体中蛋白

质以及其它辅助因子一起提供了翻译过程所需的全部酶活性。

5．(1)二位点模型 A 位：氨酰-tRNA 进入并结合的部位；P 位：起始氨酰-tRNA 或正

在延伸的肽基-tRNA 结合部位，也是无载的 tRNA 从核糖体上离开的部位。(2)三位点模型

大肠杆菌上的 70S 核糖体上除 A 位和 P 位外，还存在第三个结合 tRNA 的位点，称为 E 位，它特异地结合无负载的 tRNA 及无负载的 tRNA 最后从核糖体上离开的位点。

6．催化氨基酸活化的酶称氨酰-tRNA 合成酶，形成氨酰-tRNA，反应分两步进行：

(1)活化需 Mg 2+和 Mn 2+，由 ATP 供能，由合成酶催化，生成氨基酸-AMP-酶复合物。，

(2)转移在合成酶催化下将氨基酸从氨基酸—AMP—酶复合物上转移到相应的 tRNA 上，

形成氨酰-tRNA。

7．蛋白质合成可分四个步骤，以大肠杆菌为例：

(1)氨基酸的活化：游离的氨基酸必须经过活化以获得能量才能参与蛋白质合成，由氨

酰-tRNA 合成酶催化，消耗 1 分子 ATP，形成氨酰-tRNA。

(2)肽链合成的起始：由起始因子参与，mRNA 与 30S 小亚基、50S 大亚基及起始甲酰甲

硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAt)形成 70S 起始复合物，整个过程需 GTP 水解提供能量。

(3)肽链的延长：起始复合物形成后肽链即开始延长。首先氨酰-tRNA 结合到核糖体的 A

位，然后，由肽酰转移酶催化与 P 位的起始氨基酸或肽酰基形成肽键，tRNA f 或空载 tRNA 仍留在 P 位．最后核糖体沿 mRNA5'3'方向移动一个密码子距离，A 位上的延长一个氨基

酸单位的肽酰-tRNA 转移到 P 位，全部过程需延伸因子 EF-Tu、EF-Ts，能量由 GTP 提供。(4)肽链合成终止，当核糖体移至终止密码 UAA、UAG 或 UGA 时，终止因子 RF-

1、RF-2 识别终止密码，并使肽酰转移酶活性转为水解作用，将 P 位肽酰-tRNA 水解，释放

肽链，合成终止。

8．提示：(1)氨基酸与 tRNA 的专一结合，保证了 tRNA 携带正确的氨基酸；(2)携带氨

基酸的 tRNA 对 mRNA 的识别，mRNA 上的密码子与 tRNA 上的反密码子的相互识别，保证

了遗传信息准确无误地转译；(3)起始因子及延长因子的作用，起始因子保证了只有起始氨

酰-tRNA 能进入核糖体 P 位与起始密码子结合，延伸因子的高度专一性，保证了起始 tRNA 携带的 fMet 不进入肽链内部；(4)核糖体三位点模型的 E 位与 A 位的相互影响，可以防止不正确的氨酰-tRNA 进入 A 位，从而提高翻译的正确性；(5)校正作用：氨酰-tRNA 合成酶和tRNA 的校正作用；对占据核糖体 A 位的氨酰-tRNA 的校对；变异校对即基因内校对与基因

间校对等多种校正作用可以保证翻译的正确。

9．(1)起始因子不同：原核为 IF-1，IF-2，IF-2，真核起始因子达十几种。

(2)起始氨酰-tRNA 不同：原核为 fMet-tRNA f，真核 Met-tRNAi

(3)核糖体不同：原核为 70S 核粒体，可分为 30S 和 50S 两种亚基，真核为 80S 核糖体，

分 40S 和 60S 两种亚基

10．提示：(1)水解修饰；(2)肽键中氨基酸残基侧链的修饰；(3)二硫键的形成；(4)辅基

的连接及亚基的聚合。

11．提示：蛋白质的高级结构是由氨基酸的顺序决定的，不同的蛋白质有不同的氨基酸

顺序，各自按一定的方式折叠而成该蛋白质的高级结构。折叠是在自然条件下自发进行的，

在生理条件下，它是热力学上最稳定的形式，同时离不开环境因素对它的影响。对于具有四

级结构的蛋白质，其亚基可以由一个基因编码的相同肽链组成，也可以由不同肽链组成，不

同肽链可以通过一条肽链加工剪切形成，或由几个不同单顺反子 mRNA 翻译，或由多顺反

子 mRNA 翻译合成。

12．原核细胞：70S 核糖体由 30S 和 50S 两个亚基组成；真核细胞：80S 核糖体由 40S 和 60S 两个亚基组成。利用放射性同位素标记法，通过核糖体的分离证明之。

13. 提示：(1)在正常肽段的第一个 Val 的密码 GUA 的 G 后插入了一个 C ；(2) 正常肽段的核

苷酸序列为：AUG GUA UGC GU CG；突变体肽段的核苷酸序列为：AUG GCU AUG

CGU 。

14.核酸与蛋白质的结构比较如下：

核酸（Nucleic acids）

蛋白质

（Proteins）

DNA

RNA

核苷酸序列

一级结构

氨基酸排列顺序

AGTTCT 或 AGUUCU 的排列顺序

Primary structure

肽键

，，

3 ，5 - 磷酸二酯键

有规则重复的构象

双螺旋

配对（茎-环结（-helix ，－

构） sheet，-turn）

二级结构

Secondarystructure

主要是氢键，碱

基堆积力

（同左）

氢键

一条肽链的空间构

象

三级结构

超螺旋

RNA 空间构象

Tertiary structure

范德华力氢键

疏水作用盐桥二

硫键等

四级结构

Quaternarystructure

多条肽链

（或不同蛋白）

15.原核生物与真核生物的翻译比较如下：仅述真核生物的，原核生物与此相反。

（ 1）.起始 Met 不需甲酰化；（2）.无 SD 序列，但需要一个扫描过程；（3）.tRNA 先于mRNA 与核糖体小亚基结合；（4）.起始因子比较多；（5）.只一个终止释放因子。

(三)填空题

1．mRNA 氨酰-tRNA 核糖体

2．64 61 UAA UAG UGA

3．tRNA f tRNAi tRNAm

4．核糖体粒体叶绿体

5．不稳定稳定

6．UAA UAG UAA UGA RF

7．氨基酸 tRNA

8．甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酰-tRNA

9．小 16SrRNA

10．4 1

11．肽键肽酰-tRNA

12．终止因子终止密码子肽基转移酶水解作用

13．30S 50S 40S 60S

14. Ser Thr Tyr

(四)选择题

1．D. 2．C. 3．D. 4．A. 5．D. 6．C. 7．B. 8．C. 9．A. 10．D. 11．A.D.E. 12．A.B.E. 13．C.D.E. 14．A.B.C.E. 15．B.C.D.E. 16．A.B.C.E. 17．A.B.C.E. 18. A. 19. B.20. D.

(五)是非题

1．× 2． 3．× 4．× 5． 6．× 7． 8． 9．× 10． 11．× 12． 13．× 14．15．× 16.

第八章原核生物的基因达调控

一、简答题

1、影响大肠杆菌系统外源基因达的因素？

2、大肠杆菌系统达外源基因必须具备的条件？

3、乳糖操纵子的作用机制？

4、正调控和负调控的主要不同是什么？

5、区别(1)启动子增效突变与启动子减效突变；(2)上游序列和下游序列。

6、解释为什么操纵子和启动子是反式隐性、顺式显性的，而编码阻碍蛋白的基因既是反式

显性又是顺式显性。

7、哪三个序列对原核生物 mRNA 的精确转录是必不可少的?

8、解释为什么操纵子和启动子是反式隐性、顺式显性的，而编码阻碍蛋白的基因既是反式

显性又是顺式显性。

9、什么是安慰诱导物?

10、葡萄糖是如何影响涉及糖代谢的操纵子(葡萄糖敏感型操纵子)的达?

11、在大多数细菌操纵子中，结构基因通常紧靠在一起并由单个操纵序列—启动子区调控，

而在一些例子中结构基因分散在染色体上。请问这些基因是如何以简单的方式达到协同调节

的。

12、讨论原核生物基因达的聚合作用反应定向的重要性。假如核糖体从 3'端到 5'端读它的

模板 mRNA 的话，那么将会发生什么情况?

13、概括细菌细胞内的转录过程。

二、分析题

1、请解释酵母的交配型系统为什么可以作为 DNA 重组、染色质结构对基因达的调控、染

色体结构域的保持、转录元件间的蛋白互作、基因达的细胞类型特异性以及信号传递激活

基因的例子。

2、用含中性碳源(例如甘油)的液体基本培养基培养 E.coli 不能诱导 lacZ 操纵子.一小时后在

培养基中加入乳糖和再隔一段时间加入过量的葡萄糖分别会对 lac 操纵子的达有什么影响?

3、当 lacZ-或 lacY-突变体生长在含乳糖的培养基上时，lac 操纵子中剩余的基因没有被诱导，解释是何原因。

4、蜜二糖是 lac 操纵子的弱诱导物，它通常在自己的透性酶作用下进入细胞。但如果细胞在42℃下生长，透性酶失去活性，则蜜二糖只有在 lacY 透性酶存在的情况下才能进入细胞。

这样，42℃下 lacY-和 lacZ-的突变株不能在以蜜二糖为惟一碳源的培养基上生长。如何通过

这种特性分离 lac 操纵子的组成型突变?

三、问答题

1、阐述原核生物的转录终止。 (1)转录终止的两种主要的机制是什么? (2)描述翻译怎样能调

节转录终止。 (3)为什么在细菌转录终止中很少涉及到 Rho 因子? (4)怎样能阻止转录的终止?

2、概括典型原核生物启动子的结构和功能，并解释什么是保守序列。

3、区别可诱导和可阻遏的基因调控。

4、衰减作用如何调控 E.coli 中色氨酸操纵子的达?

答案：

一、简答题

1、影响大肠杆菌系统外源基因达的因素？

答：1、启动子的强弱；2、基因的剂量；3、影响 RNA 转录和翻译效率的因素：SD 序列、mRNA；4、外源基因密码子的选择；5、达产物的大小；6、达产物的稳定性。

2、大肠杆菌系统达外源基因必须具备的条件？

答：A、要求外源基因的编码区不能含有内含子；B、达的外源片段要位于大肠杆菌启动

子的下游，并形成正确的阅读框架；C、转录出的 mRNA 必须有与大肠杆菌 16S rRNA3，末

端相匹配的 SD 序列，才能被有效的翻译成蛋白质。D、蛋白产物必须稳定，不易被细胞内

蛋白酶快速降解，且对宿主无害。

3、乳糖操纵子的作用机制？

答：A、乳糖操纵子的组成：大肠杆菌乳糖操纵子含 Z、Y、A 三个结构基因，分别编码半

乳糖苷酶、透酶和半乳糖苷乙酰转移酶，此外还有一个操纵序列 O，一个启动子 P 和一个调节基因 I。B、阻遏蛋白的负性调节：没有乳糖存在时，I 基因编码的阻遏蛋白结合于操纵序列 O 处，乳糖操纵子处于阻遏状态，不能合成分解乳糖的三种酶；有乳糖存在时，乳糖作为诱导物诱导阻遏蛋白变构，不能结合于操纵序列，乳糖操纵子被诱导开放合成分解乳糖的三

种酶。所以，乳糖操纵子的这种调控机制为可诱导的负调控。C、CAP 的正性调节：在启动

子上游有 CAP 结合位点，当大肠杆菌从以葡萄糖为碳源的环境转变为以乳糖为碳源的环境时，cAMP 浓度升高，与 CAP 结合，使 CAP 发生变构，CAP 结合于乳糖操纵子启动序列附

近的 CAP 结合位点，激活 RNA 聚合酶活性，促进结构基因转录，调节蛋白结合于操纵子后

促进结构基因的转录，对乳糖操纵子实行正调控，加速合成分解乳糖的三种酶。D、协调调节：乳糖操纵子中的 I 基因编码的阻遏蛋白的负调控与 CAP 的正调控两种机制，互相协调、互相制约。

4、正调控和负调控的主要不同是什么？

答：负调控时，调节基因的蛋白质产物是基因活性的一种阻遏物，而在正调控时，调节基

因的产物是一种激活物。

5、区别(1)启动子增效突变与启动子减效突变；(2)上游序列和下游序列。

答： (1)启动子内部的突变会增强或降低转录水平。 (2)同启动子有关，下游序列同转录．的方向一致；上游序列同转录方向相反。

6、解释为什么操纵子和启动子是反式隐性、顺式显性的，而编码阻碍蛋白的基因既是反式

显性又是顺式显性。

答：操纵基因和启动子突变只影响顺式基因的达(反式隐性的)，这是因为它们是调控序列，仅仅调节相同 DNA 分子上的相邻基因的达。阻遏物基因编码可以扩散的基因产物，因此既能影响顺式又能影响反式基因的达。

7、哪三个序列对原核生物 mRNA 的精确转录是必不可少的?

答： -35(RNA 聚合酶结合位点)、-10(RNA 荣合酶起始位点)启动子序列和终止子；

8、解释为什么操纵子和启动子是反式隐性、顺式显性的，而编码阻碍蛋白的基因既是反式

显性又是顺式显性。

答：操纵基因和启动子突变只影响顺式基因的达(反式隐性的)，这是因为它们是调控序列，仅仅调节相同 DNA 分子上的相邻基因的达。阻遏物基因编码可以扩散的基因产物，因此既能影响顺式又能影响反式基因的达。

9、什么是安慰诱导物?

答：安慰诱导物是一种与天然诱导物结构相似的化合物，它虽然能诱导操纵子达，但是它不能被操纵子基因产生的酶分解。在 lac 操纵子中异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)是乳糖的类似物能代替异乳糖作为诱导物，但不能作为 -半乳糖苷酶的底物进入代谢途径。

10、葡萄糖是如何影响涉及糖代谢的操纵子(葡萄糖敏感型操纵子)的达?

答：在缺乏葡萄糖时，cAMP 的水平升高，CAP 蛋白同每一个葡萄糖敏感操纵子中启动子

内的 CAP 位点结合，转录作用协同起始。如果有葡萄糖，cAMP 的．水平下降，CAP 蛋白

不再结合，转录的速率协同下降。

11、在大多数细菌操纵子中，结构基因通常紧靠在一起并由单个操纵序列—启动子区调控，

而在一些例子中结构基因分散在染色体上。请问这些基因是如何以简单的方式达到协同调节的。

答：每一个结构基因都有它自己的启动子和通用的操纵基因序列。

12、讨论原核生物基因达的聚合作用反应定向的重要性。假如核糖体从 3'端到 5'端读它的模板 mRNA 的话，那么将会发生什么情况?

答：原核基因达在空间和时间上是复杂和高度精细的过程。为了保持反应的自由碰撞，转录和翻坪的定向是相当重要的。同时发生在两条链的 5' 3'方向的环状 DNA 的复制开始

减慢，最后停止在特殊的终止序列上。翻译过程中，核糖体总是追赶着 RNA 聚合酶。由于mRNA 是单链分子而且容易被降解，因此翻译不可能发生在 3' 5'的方向。

13、概括细菌细胞内的转录过程。

答：转录是通过 RNA 聚合酶(RP)的作用，以一条 DNA 链为模板产生一条单链 RNA 的过

程。步骤如下： (1)与 RP 全酶的结合：一个 RP 全酶分子与待转录的 DNA 编码序列上游的

启动子序列松弛地结合。(2)起始： RP 往下游移动了几个核苷酸到达启动子的另一段短序列———Pribnow 框，紧密地与 DNA 结合。 DNA 上的启动子区域解链，RNA 便从 Pribnow

框下游的几个核苷酸处开始合成，通常是 DNA 的反义链作为模板。合成几个核苷酸后，

因子被释放并被循环使用，以下的步骤不再需要因子(3)延伸：四核心酶沿着 DNA 模板移

动，使 DNA 解链，与 DNA 模板的下一碱基互补的核苷三磷酸聚合到链上。RP 继续在 DNA

上移动，RNA 链从模板链被释放出来，DNA 双螺旋重新形成(4)终止：当所有编码序列被转

录后，RP 移到一个终止序列，即终止子。转录复合体解体，RP 和新合成的 RNA 从 DNA 模

板脱落下来。

二、分析题

1、请解释酵母的交配型系统为什么可以作为 DNA 重组、染色质结构对基因达的调控、染

色体结构域的保持、转录元件间的蛋白互作、基因达的细胞类型特异性以及信号传递激活

基因的例子。

答：交配型体系通过 DNA 重排把交配型基因从沉默基因座(HMT 和 HML)转移到达基因

座(MAT)。沉默基因座由 HMT 和 HML 的染色体结构控制而没有转录活性。 E 和 I 沉默子区

域是产生不活动染色体结构的分界。一些转录因子的活性受到蛋白—蛋白相互作用的调节，

如 PRTF 转录因子。PRTF 能单独激活"-特异基因，与 -蛋白结合时能激活。-特异基因。

当 2 出现时，它抑制 -特异基因。细胞类型特异达基因的达以 HO 基因为例，它具有

一个复杂的启动子，该启动子只在单倍体细胞中有活性，在双倍体细胞中没有活性。HO 启

动子还受到细胞周期的调节，它只在 G1 期的后期有活性。最后，交配型体系还采用一种信

号传递级联作用来控制基因的达。交配型外激素与细胞面受体的结合激活了一系列将信

号传递到核内并改变基因达的蛋白激酶。

2、用含中性碳源(例如甘油)的液体基本培养基培养 E.coli 不能诱导 lacZ 操纵子.一小时后在

培养基中加入乳糖和再隔一段时间加入过量的葡萄糖分别会对 lac 操纵子的达有什么影响?

答：在最初的一小时内没有诱导物（乳糖)的存在，所以 lac 操纵于是关闭的。加入乳糖后，因为没有葡萄糖，lac 操纵子经诱导达，使乳糖能够被利用，一段时间后加入的大量葡萄

糖导致分解代谢阻遏使 lac 操纵子重新关闭。

3、当 lacZ-或 lacY-突变体生长在含乳糖的培养基上时，lac 操纵子中剩余的基因没有被诱导，解释是何原因。

答： (1)异乳糖是乳糖操纵子的天然诱导物，它是乳糖经过末诱导细胞中的少量 -半乳糖苷

酶代谢产生的。在 lac 突变中完全不存在 -半乳糖苷酶，乳糖不能被代谢，在 lacZ-中完全没

有透性酶，因此乳糖不能进入细胞。这样，两种突变体中都不能产生异乳糖，因此操纵子中

的其余基因都不能被培养基中的乳糖诱导达。但是其它的基因能被像 IPTG 这样的安慰诱

导物诱导，因为 IPTG 既能作为诱导物，又不需透性酶的帮助就能进入细胞。

4、蜜二糖是 lac 操纵子的弱诱导物，它通常在自己的透性酶作用下进入细胞。但如果细胞在42℃下生长，透性酶失去活性，则蜜二糖只有在 lacY 透性酶存在的情况下才能进入细胞。

这样，42℃下 lacY-和 lacZ-的突变株不能在以蜜二糖为惟一碳源的培养基上生长。如何通过

这种特性分离 lac 操纵子的组成型突变?

答： 42℃时，一个 lac+诱导型菌株不能生长在含蜜二糖的培养基上。因为乳糖透性酶不能

被诱导产生(细胞内既没有乳糖，也没有蜜二糖)。任何组成型的 lacOC 和 lacI-突变都能生长，原因是乳糖操纵子是永久性达的，所以蜜二糖就能够被乳糖透性酶运入到细胞内。

三、问答题

1、阐述原核生物的转录终止。 (1)转录终止的两种主要的机制是什么? (2)描述翻译怎样能调

节转录终止。 (3)为什么在细菌转录终止中很少涉及到 Rho 因子? (4)怎样能阻止转录的终止? 答：原核生物中的转录终止作用概要如下： (1)原核生物中两种不同的转录终止机制：①

在某一位点不需要其他因子协助仅依赖于内在终止子的终止机制；②依赖于肋因子的终止

机制。 (2)翻译可通过弱化作用调节转录终止，例如发生在氨基酸生物合成基因的达中。

前导肽的翻译可以调节结构基因下游的转录。这种调节的重要性充分体现在氨基酸的生物合

成中(例如色氨酸)。原核细胞中转录和翻译是同时发生的，正在翻译的核糖体就像在追赶正

在转录的 RNA 聚合酶。具有所需氨酰 tRNA 时，核糖体可将前导序列翻译成前导肽，而在

前导开放读码框的终止密码子处终止翻译。新生的 mRNA 自由形成 3-4 茎环(完全配对)终止

结构，所以阻碍了 DNA 指导的 RNA 聚合酶的前进，结构基因的下游转录终止，即发生弱化

现象。若某种氨基酸短缺，则会导致相应的氨酰 tRNA 短缺，核糖体终止在前导可读框中

所短缺的氨基酸密码子上。 2-3 茎环形成抗终止子，这一茎环不是聚合酶的终止信号，它可

以防止 3-4 茎环的形成，使结构基因的转录进行下去。 (3)在原核生物中、转录与翻译是同

时进行的，意味着核糖体追赶着 DNA 指导的 RNA 聚合酶。Rho 因子是一个依赖于 RNA 的

ATP 水解酶，能够在转录过程中将在转录泡中的 RNA-DNA 杂合体分开。因此它顺着转录的

方向(5'3')追赶 DNA 指导的 RNA 聚合酶。若核糖体正好妨碍了它的前进，则依赖于肋

因子的终止反应不会发生。（4)最为常见的机制是抗终止(参见噬菌体遗传学)。抗终止于是

一种能识别终止序列上游抗终止序列(例如噬菌体的 nut 位点)的蛋白质，它帮助抗终止子

所利用的底物(如噬菌体基因达中的 Nus 蛋白)与依赖 DNA 的 RNA 聚合酶的相互作用，

通读下游的终止子序列。

2、概括典型原核生物启动子的结构和功能，并解释什么是保守序列。

答：启动于是与 RP 结合和转录起始的特殊序列。典型的原核生物启动子大约长 40 个核苷酸并有两个重要的序列(图 A7.4) (1)-35 区位于复制起点(+1)上游 35 个核苷酸处的 6 核苷酸

序列，能被 RNA 聚合酶全酶识别并结合。其中亚基在识别中起关键作用。因为没有亚

基的核心酶只能随机地结合到 DNA 上。 (2)Pribnow 或-10 区另一个位于-10 处的 6 核苷酸序

列。 RP 松散地结合到-35 区后，它沿着 DNA 移动几个核苷酸使 Pribnow 框区域内约 10bp 解链，形成一个紧密结合的 RP-DNA 复合体。 Pribnow．框使 RP 能够识别 DNA 双链中的

反义链，确保转录的链和方向无误。于是，RP 在反义链的+1 碱基的相对处插入一个核糖核

苷三磷酸，起始 RNA 的合成。Pribnow 框具有的保守序列: 5'-TATAAT-3' 有义链 3'- ATATTA-5' 反义链通常简写为 TATAAT。保守序列指所有启动子的该部位都有这一序列或

十分相似的序列 3 仅在极少启动子中，Pribnow 框有 1 个或 2 个核苷酸不同。与此相似，-35 区有 nGAcA 的保守序列。

3、区别可诱导和可阻遏的基因调控。

答：在可诱导的系统中，操纵子只有在诱导物存在时才开放，没有诱导物时阻碍物结合在

操纵子上阻止结构基因的转录。存在诱导物时，它与阻遏物结合，使之变构不再与操纵子结

合，打开操纵子。酶的诱导是分解途径特有的，诱导物就是酶的底物或者底物的类似物。在

可阻碍系统中操纵子被终产物所关闭。不存在终产物时，阻碍物不能结合到操纵子上，因此

操纵子开放；存在终产物时，它结合到阻碍物上，改变后者的构象，使其能结合到操纵子上，

关闭操纵子。酶阻碍是合成代谢的特点。

4、衰减作用如何调控 E.coli 中色氨酸操纵子的达?

答：衰减作用根据 tRNATrp 的数量去调节 Trp 操纵子的达，而 tRNATrp 的数量又取决于

细胞中 Trp 的水平.Trp 操纵子 mRNA 前导序列很长，包括了编码一个长 14 个氨基酸的多肽

所需的全部遗传信息(包括一个 AUG 起始密码和一个 UGA 终止密码)。这个多肽含有两个相

邻的 Trp 残基，因此色氨酰-tRNA 对前导肽的翻译是必不可少的。衰减作用发生的必要条件

是：(1)翻译产生前导多肽；(2)转录和翻译的偶联。这样，当 RNA 聚合酶转录前导序列的同

时核糖体就紧接着结合到新生的 mRNA 上翻译产生前导肽。mRNA 的前导序列包括两对相

似的反向重复序列(图 A7.7 中用 1，2，3 和 4 示 )。序列 2 与序列 1 和 3 部分互补，这样

1+2 或 2+3 或 3+4 或 1+2 和 3+4 都能通过碱基配对形成茎环结构。由序列 3 和 4 配对形成的

茎环结构与 Trp 操纵子的终止子基本相同。和终止子一样，在其茎的 3'一侧具有 7 个连续的

U 形成的尾巴。当形成这种衰减子结构时，它就能像终止子一样使转录终止。注意到两个

Trp 密码位于序列 1 内，而且前导肽的终止密码在序列 l 和 2 之间。这样，如果色氨酸的量

是

充足的，那么，tRNATrp 的含量也能够使前导肽的翻译进行到终止密码 UGA。结合的核糖

体覆盖了 l 和 2 两个区域，这样 1 和 2、2 和 3 两个序列就不能形成茎环结构，这就使 3，4

两个序列形成衰减子环并起到终止子的作用，导致 RNA 聚合酶分子脱离 DNA 模板。另一方

面，如果色氨酸缺乏，那么存在的色氨酰-tRNA 也很少，导致核糖体停止在两个 Trp 密码之前，这样核糖体仅盖住区域 l，并在序列 4 被转录之前，序列 2 和序列 3 形成茎环结构。这

个结构的形成阻止了序列 3 与序列 4 形成终止子结构。于是，出现通读，切操纵子的其他部

分被继续转录。事实上，是 mRNA 上核糖体所在的位置决定 mRNA 的二级结构和衰减作用

是否发生。

第九章真核生物的基因达调控

一、名词解释

1.操纵子

2. 顺式作用元件

3. 反式作用因子

4、启动子

5、增强子

6、基因达

二、简答题

1、真核细胞达外源基因的条件？

2、简述真核生物转录水平的调控机制？