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第4章 DNA复制
一、填空题
1．在DNA合成中负责复制和修复的酶是       。
2．染色体中参与复制的活性区呈Y开结构，称为     。
3．在DNA复制和修复过程中，修补DNA螺旋上缺口的酶称为   
4．在DNA复制过程中，连续合成的子链称为  ，另一条非连续合成的子链称为     。
5．如果DNA聚合酶把一个不正确的核苷酸加到3′端，一个含3′→5′活性的独立催化区会将这个错配碱基切去。这个催化区称为     酶。
6．DNA后随链合成的起始要一段短的     ，它是由     以核糖核苷酸为底物合成的。
7．复制叉上DNA双螺旋的解旋作用由  催化的，它利用来源于ATP水解产生的能量沿DNA链单向移动。
8．帮助DNA解旋的     与单链DNA结合，使碱基仍可参与模板反应。
9．DNA引发酶分子与DNA解旋酶直接结合形成一个    单位，它可在复制叉上沿后随链下移，随着后随链的延伸合成RNA引物。
10．如果DNA聚合酶出现错误，会产生一对错配碱基，这种错误可以被一个通过甲基化作用来区别新链和旧链的判别的      系统进行校正。
11．对酵母、细菌以及几种生活在真核生物细胞中的病毒来说，都可以在DNA独特序列的    处观察到复制泡的形成。
12．     可被看成一种可形成暂时单链缺口（I型）或暂时双链缺口（II型）的可逆核酸酶。
13．拓扑异构酶通过在DNA上形成缺口    超螺旋结构。
14．真核生物中有五种DNA聚合酶，它们是A.   ；B.   ；C.    ；D.   ；E.    ；
15有真核DNA聚合酶   和  显示 3'→5' 外切核酸酶活性。
16. 原核生物DNA复制的主要酶是___________,真核生物中DNA复制的主要酶是____________.
17、大肠杆菌RNA聚合酶的______为α2ββ’。
18、噬菌体λ的复制原点结构含　　　 　 、　　　　　　　　　 1 和 三种独特序列。
19、在DNA复制中，在dUTPase突变菌株中，冈崎片段变　　　　。在尿嘧啶-N-糖苷酶突变菌株中，冈崎片段变　　　 。
20. DNA拓扑异构酶是与__________有关的酶.旋
二、选择题（单选或多选）
1．DNA的复制（     ）。
A．包括一个双螺旋中两条子链的合成       B．遵循新的子链与其亲本链相配对的原则
C．依赖于物种特异的遗传密码             D．是碱基错配最主要的来源
E．是一个描述基因表达的过程
2．一个复制子是（  ）。
A．细胞分裂期间复制产物被分离之后的DNA片段 
B．复制的DNA片段和在此过程中所需的酶和蛋白质
C．任何自发复制的DNA序列（它与复制起点相连）
D．任何给定的复制机制的产物（如单环）  
E．复制起点和复制叉之间的DNA片段
3．真核生物复制子有下列特征，它们（   ）。
A．比原核生物复制子短得多，因为有末端序列的存在 
B．比原核生物复制子长得多，因为有较大的基因组
C．通常是双向复制且能融合
D．全部立即启动，以确保染色体的S期完成复制
E．不是全部立即启动，在任何给定的时间只有大约15%具有活性
4．下述特征是所有（原核生物、真核生物和病毒）复制起始位点都共有的是（  ）。
A．起始位点是包括多个短重复序列的独特DNA片段
B．起始位点是形成稳定二级结构的回文序列
C．多聚体DNA结合蛋白专一性识别这些短的重复序列
D．起始位点旁侧序列是A-T丰富的，能使DNA螺旋解开
E．起始位点旁侧序是G-C丰富的，能稳定起始复合物
5．下列关于DNA复制的说法正确的有（   ）。
A．按全保留机制进行
B．按3′→5′方向进行
C．需要4种dNMP的参与
D．需要DNA连接酶的作用
E．涉及RNA引物的形成F．需要DNA聚合酶I
6．滚环复制（     ）
A．是细胞DNA的主要复制方式      B．可以使复制子大量扩增
C．产生的复制子总是双链环状拷贝   D．是噬菌体DNA在细菌中最通常的一种复制方式
E．复制子中编码切口蛋白的基因的表达是自动调节的
7．标出下列所有正确的答案。（      ）
A．转录是以半保留的方式获得两条相同的DNA链的过程
B．DNA依赖的DNA聚合酶是负责DNA复制的多亚基酶
C．细菌转录物（mRNA）是多基因的
D．σ因子指导真核生物的hnRNA到mRNA的转录后修饰
E．促旋酶（拓扑异构酶II）决定靠切开模板链而进行的复制的起始和终止
8．哺乳动物线粒体和植物叶绿体基因组是靠D环复制的。下面哪一种叙述准确地描述了这个过程？（      ）
A．两条链都是从oriD开始复制的，这是一个独特的二级结构，由DNA聚合酶复合体识别
B．两条链的复制都是从两个独立的起点同时起始的
C．两条链的复制都是从两个独立的起点先后起始的
D．复制的起始是由一条或两条（链）替代环促使的
E．ter基因座延迟一条链的复制完成直到两个复制过程同步
 9．DNA多聚体的形成要求有模板和一个自由3′-OH端的存在。这个末端的形成是靠（ ）。
A．在起点或冈崎片段起始位点（3′-GTC）上的一个RNA引发体的合成
B．随着链替换切开双链DNA的一条链
C．自由的脱氧核糖核苷酸和模板一起随机按Watson-Crick原则进行配对
D．靠在3′端形成环（自我引发）      
E．一种末端核苷酸结合蛋白结合到模板的3′端
10．对于一个特定的起点，引发体的组成包括（      ）。
A．在起始位点与DnaG引发酶相互作用的一个寡聚酶
B．一个防止DNA降解的单链结合蛋白
C．DnaB解旋酶和附加的DnaC、DnaT、PriA等蛋白
D．DnaB、单链结合蛋白、DnaC、DnaT、PriA蛋白和DnaG引发酶
E．DnaB解旋酶、DnaG引发酶和DNA聚合酶III
11．在原核生物复制子中以下哪种酶除去RNA引发体并加入脱氧核糖核苷酸？（      ）
A．DNA聚合酶III B．DNA聚合酶II C．DNA聚合酶I D．外切核酸酶MFI E．DNA连接酶
12．使DNA超螺旋结构松驰的酶是（   ）。A．引发酶B．解旋酶C．拓扑异构酶D．端粒酶E．连接酶
13．从一个复制起点可分出几个复制叉？（     ）
A．1 B．2 C．3 D．4 E．4个以上
14、DNA 的复制是----- ------。
A 半保留复制 B 全保留复制 C 不保留复制 D 不确定性复制。
15、研究表明：在DNA复制中，新生链是分别复制的，一条是连续的，另一条是------------。
A 也是连续的 B 不连续的 C 确定的 D不确定的
16、大肠杆菌基因组DNA有--------------个复制子。
A 3 B 4 C 2 D 1
17、DNA复制时需要的RNA引物是由　　　 催化合成的。
　　　　　A、DNA聚合酶　　 B、RNA引物酶　 C、引发酶　　D、RNA合成酶
答　　案：　 C、引发酶。
18、几乎所有生物DNA都含有负超螺旋，的含有百分数为　　　　 。
　　　　　　　A、1%　　B、5%　　 C、10%　　D、12%
考查点 ：　DNA超螺旋。
课本内容：　DNA拓扑异构酶I对单链DNA的亲和力比双链要高得多。这正是它识别负超螺旋DNA的分子基础。因为负超螺旋DNA常会有一定程度的单链区。负超螺旋程度越高，DNA拓扑异构酶工作越快。生物体内的负超螺旋稳定在5%左右，低了不行，高了也不行。
19．DNA复制时，下列哪一种酶是不需要的？
A．DNA指导的DNA聚合酶 B．拓扑异构酶
C．DNA连接酶 D．解链酶 E．限制性内切酶
20．端粒酶与真核生物线形DNA末端的复制有关，它有一种:
A. RNA polymerase B. reverse transcriptase
C. nuclease D. ribonuclease
21．真核生物复制起始点的特征为:
A.富含GC区 B.富含AT区 C.Z-DNA D.无明显特征
三、判断题
1．大肠杆菌中，复制叉以每秒500bp的速度向前移动，复制叉前的DNA以大约定3000r/min的速度旋转。( ) （如果复制叉以每秒500个核苷酸的速度向前移动，那么它前面的DNA 必须以500/10.5=48周/秒的速度旋转，即2880r/min）
2．所谓半保留复制就是以DNA亲本链作为合成新子链DNA的模板，这样产生的新的双链DNA分子由一条旧链和一条新链组成。( )
3．“模板”或“反义” DNA链可定义为：模板链是被RNA聚合酶识别并合成一个互补的mRNA，这一mRNA是蛋白质合成的模板。( )
4．DNA复制中，假定都从5'→3'同样方向读序时，新合成DNA链中的核苷酸序列同模板链一样。 ( ) （尽管子链与亲本链因为碱基互补配对联系起来，但子链核苷酸序列与亲链又很大不同）
5．DNA的5′→3′合成意味着当在裸露3′→OH的基团中添加dNTP时，除去无机焦磷酸DNA链就会伸长。( )
6．在先导链上DNA沿5′→3′方向合成，在后随链上则沿3′→5′方向合成。( )
7．如果DNA沿3'→5'合成，那它则需以5'三磷酸或3'脱氧核苷三磷酸为末端的链作为前体。( )
8．大肠杆菌DNA聚合酶缺失3′→5′校正外切核酸酶活性时会降低DNA合成的速率但不影响它的可靠性。( )
9．DNA的复制需要DNA聚合酶和RNA聚合酶。( )
10．复制叉上的单链结合蛋白通过覆盖碱基使DNA的两条单链分开，这样就避免了碱基配对。( ) （单链结合蛋白与磷酸骨架结合，离开暴露碱基）
11．只要子链和亲本链中的一条或两条被甲基化，大肠杆菌中的错配校正系统就可以把它们区别开来，但如果两条链都没有甲基化则不行。( ) （亲本链甲基化，子链没有甲基化）
12．大肠杆菌、酵母和真核生物病毒DNA的新一轮复制是在一个特定的位点起始的，这个位点由几个短的序列构成，可用于结合起始蛋白复合体。( )
13．拓扑异构酶I之所以不需要ATP来断裂和重接DNA链，是因为磷酸二酯键的能量被暂储存在酶活性位点的磷酸酪氨酸连接处。( )
14．酵母中的拓扑异构酶II突变体能够进行DNA复制，但是在有丝分列过程中它们的染色体不能分开。( )
15．拓扑异构酶I和II可以使DNA产生正向超螺旋。（ ）
16．拓扑异构酶I解旋需要ATP酶。（ ）
17．RNA聚合酶I合成DNA复制的RNA引物。（ ）
18．当DNA两条链的复制同时发生时，它是由一个酶复合物，即DNA聚合酶III负责的。真核生物的复制利用三个独立作用的DNA聚合酶，Polα的一个拷贝（为了起始）和Polδ的两个拷贝（DNA多聚体化，当MF1将RNA引发体移去之后填入）。( )
19．从oriλ开始的噬菌体复制的起始是被两个噬菌体蛋白O和P所控制的。在E.coli中O和P是DnaA和DnaC蛋白的类似物。基于这种比较，O蛋白代表一个解旋酶，而P蛋白调节解旋酶和引发酶结合。( )
20．线粒体DNA的复制需要使用DNA引物。（ ）
21．在真核生物染色体DNA复制期间，会形成链状DNA。（ ）
22．滚环复制是原核生物DNA复制的一种特殊形式。　　　（　 ）
考查点 ：　DNA复制的特殊形式。
课本内容：　在复制时，以某种方式切断其中的一条链，其5’端与特殊蛋白相连而在3’端不断地右DNA聚合酶催化以未切断的一条链为模板，加上新的核苷酸。由于3’端不断延长，而5’端不断地甩出复制的DNA，好像中间的一个环在不断地滚动一样，因而称滚环复制。
　　滚环复制在某些噬菌体DNA的复制、细菌交配和真核生物的基因扩增中占有重要位置。
相关内容：　θ复制。
23．大肠杆菌双向复制原点OriC只是一个点。（ ）
24．大肠杆菌在DNA复制时，引物的形成是由DNA聚合酶催化合成的。（ ）
25．半保留复制是指有50%的基因是新合成的，另50%的基因是上一代的。（ ）
四、名词解释
1．Palindrome
2．Okazaki fragment
3．Rolling-circle replication

五、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．请列举可以在线性染色体的末端建立线性复制的三种方式。
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拷贝，而正常情况下染色体是单拷贝的？
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ΦX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。
13．简述E.Coli DNA复制起始的主要步骤。
14．比较原核生物和真核生物DNA复制的不同点。
15．保证DNA复制忠实性和蛋白质翻译忠实性的因素分别有哪些？

答案
一、填空
1. DNA聚合酶 2. DNA复制叉 3. DNA连接酶 4. 先导链 后随链 5. 校正核酸外切 6. RNA引物 DNA引发酶 7. DNA解旋酶 8. 单链结合蛋白（SSB） 9. 引发体 10. 错配校正（错配修复） 11. 复制起点 12. DNA拓扑酶 13. 松弛 14.αβγδε 15. δε
16.DNA 聚合酶III、DNA聚合酶α 17.核心酶
18.四个高度保守的19bp组成的正向重复序列，称ori重复序列；约40bp富含A/T（80%）的序列；28bp的回文序列，中间4bp为不对称部分。
19.大一些，小一些。20.超螺旋DNA解旋
二、选择
1.BD 2.C 3.C 4.ACD 5.DEF 6.BDE 7.BC 8.CD 9.ABDE 10.AC
11.C 12.C 13.B 14.A 15.B 16.D 17.C 18.B 19.E 20.B 21.B
三、判断
√√√×√　　×√×√× ×√√√× ××√×√ ×××××
四、名词解释
1．Palindrome回文序列：DNA片段上的一段所具有的反向互补序列，常是限制性酶切位点。
2．Okazaki fragment冈崎片段： 1968年日本科学家冈崎等人首先提出。在DNA复制过程中，随从链的合成是不连续进行的，先合成许多1000-2000bp的短片段，最后各段再连接成为一条长链。这些首先合成的短片段即称为冈崎片段。
3．Rolling-circle replication滚环复制：复制环状DNA的一种模式，在该模式中，DNA聚合酶结合在一个缺口链的3ˊ端，绕环合成与模板链互补的DNA。
五、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．请列举可以在线性染色体的末端建立线性复制的三种方式。
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拷贝，而正常情况下染色体是单拷贝的？
答：单拷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ΦX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。
ΦX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。

13．简述E.Coli DNA复制起始的主要步骤。
考查点 ：　复制的起始。
答　　案：　大肠杆菌DNA复制起始的步骤如下：
⑴转录激活　由RNA聚合酶发动的转录作用主要从16Kda基因的启动子（Pz）以及asnC的启动子（P1）开始，由右至左进入oriC。这些转录物在oriC内大约有20个终止点簇。其中大部分位于oriC的左半边。
⑵起始复合物的形成　　需要负超螺旋的oriC、ATP、DnaA、HU蛋白、TopI。DnaA结合于R1—R4位点；HU蛋白识别并刺激oriC复制而抑制其它潜在的复制原点上的复制；TopI也是oriC特异性复制所必需。ATP是必需的但不被水解。
⑶预引发体的形成　　 其前提条件是DnaA已经结合于R1—R4位点。DnaB-DnaC六聚体与oriC结合预引发体。
⑷RFI*的形成　　 在DnaB的螺旋酶活性和DNA旋转酶的拓扑异构酶活性作用下，以水解ATP为能源，促进大范围的解链（SSB与单链DNA结合），在oriC区域负超螺旋提高10-15倍，形成一个具有很高迁移率的复制形式，称RFI*。
⑸引发体的形成　　高度解链的模板与蛋白质的复合体促进DNA引发酶加入进来形成引发体，然后合成引物RNA。
⑹DNA的合成　　　由DNA聚合酶Ⅲ全酶担任，其中α-亚基为聚合酶，ε-亚基为3’→5’外切核酸酶，β-亚基保证全酶作用的进行性，τ-亚基和γ-亚基复合体则保证了β-亚基作用的发挥。

14．比较原核生物和真核生物DNA复制的不同点。
1） 原核生物基因组DNA有1个复制子，真核生物有多个复制子
2） 原核生物比真核生物DNA复制速度快
3） 原核生物引物由引发酶催化合成的，真核生物引物由DNA聚合酶α催化合成的
4） 原核生物与真核生物DNA聚合酶不同
5） 真核生物端粒DNA的合成由端粒酶催化合成的，原核生物不存在这种情况。

15．保证DNA复制忠实性和蛋白质翻译忠实性的因素分别有哪些？
答：DNA复制的保真性：
(1)．遵守严格的碱基配对规律；
(2)．DNA聚合酶在复制时对碱基的正确选择；
(3). DNA聚合酶本身具有校对作用;
(4)．DNA合成起始时及冈崎片段合成开始时都有RNA。
肽链合成的忠实性
(1).氨基酸与tRNA的特异结合
氨酰-tRNA合成酶对AA和tRNA有底物专一性
氨酰-tRNA合成酶能识别和水解不恰当的产物
(2).延伸因子和GTP酶的活性对忠实性的影响
提供了密码子与反密码子相互作用的时机
(3).错误的AA可由终止肽链合成来消除
(4).能量上的昂贵