分子生物学的概念.doc

1. 分子生物学的概念：广义：蛋白质和核酸
狭义：偏重于核酸（基因）；主要研究基因或DNA
2. 用你现有的知识解释DNA为什么是遗传信息的载体。（分子生物学发展过程中几个重要的实验-名称、原理）解释分子生物学是如何建立的？(不要求生物简史)
3. 举例说明诺贝尔奖获得者的伟大科学发现。▲（选择、是非题）

第一、二章：DNA的结构
1.名词解释：
▲基因组（genome）：是指细胞或生物体的全套遗传物质，即生物体维持配子或配子体正常功能的全套染色体所含的全部基因（DNA）。
▲引申——人的基因组的全长大约是3×109对碱基，编码3-4万个蛋白质分子
大肠杆菌的基因组约为4.6×106

人类与E.coli编码基因数目的比较研究
E.coli. 4 X 106bp DAN 约编码3000种基因
人类29 X 108 bp 的DNA 是大肠杆菌的700多倍

C-值 ：通常是指一种生物单倍体基因组DNA的总量。
C－值矛盾 ：形态学的复杂程度与C-值的不一致。
割裂基因 ：编码某一DNA的基因中有些序列并不出现在成熟的DNA序列中，成熟RNA的序列在基因中被其他基因隔开。
Intron 内含子 ：DNA与成熟RNA之间的非对应区域。—非编码序列。
Exon 外显子 ：—编码序列。
持家基因 ：在所有细胞类型中都必须表达，即这些基因的功能为所有细胞所必须。
奢侈基因：仅在某种特定类型的细胞中表达的基因。（了解）
卫星DNA：将DNA切成数百个碱基对的片段进行超速离心时，由于富含AT的简单高度重复序列区段浮力密度较小，因而很容易和总体DNA分开，即常会在主要的DNA带的上面有一个次要的带相伴随。

2. 简答题
1、何为C值矛盾，其表现在哪些方面。▲
答：C－值矛盾是指形态学的复杂程度与C-值的不一致。
表现在：①低等真核生物中与形态学复杂程度相关，但高等真核生物中变化很大。
②与预期的编码蛋白质的基因的数量相比，基因组的DNA含量过多

2、E.coli的基因结构有何特点？（掌握）
⑴功能相关的几个结构基因以操纵元（operon）的形式存在，其中保括共同的调节基因，启动子（promoter）、操纵子（opertor），在基因转录时协同合作。
⑵包括功能相关的RNA基因也串联在一起。
⑶蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在。
⑷RNA基因多拷贝。

3、以E.coli为例说明原核生物基因组织的特点。
答：(1)染色体DNA
对数生长期的E.coli （2～4个类核）－－丰富的基因组DNA
①类核中，染色体DNA成分占80％，其余为RNA和蛋白质
②4.6 x 106bp的基因组DNA 与多种DNA结合蛋白质组装成E.coli的染色体
③基因组DNA为双链环状，总长度为1100～1400μm，1400个基因都已定位
（2）质粒DNA
细菌中另一类遗传物质环状DNA，存在于染色体之外，能自我复制。质粒也携带许多基因，如：抗生素抗性基因。

4、真核、原核生物的结构基因的主要组织特点。

第三章．DNA的复制 ——最多出选择题
生物界DNA复制的特点。单链DNA的复制：噬菌体M13的复制机制。
DNA的反转录合成及意义，反转录酶，线形DNA复制末端问题的解决，端粒及端粒酶。RNA的复制。

第四章．RNA的生物合成——转录
1.名词解释：
转录：以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA聚合酶的催化下，以4种rRNA为原料合成RNA的过程。（课件：转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除了T→U之外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。）
启动子 ：指DNA分子上被RNA聚合酶识别并结合形成转录复合物的区域，它包括了一些调节因子的结合位点。
转录终止子 ：在转录过程中，提供转录终止信号的RNA序列真正起终止作用的RNA序列。

2.简答题
1、说明RNApol全酶各个亚基的主要功能。▲（选择、是非）
答：
①δ因子：可重复使用；主要用于修饰RNApol构型使全酶识别启动子Sextama Box（-35区），并通过δ与模板链特异性结合；不同δ因子识别不同的启动子。
②α因子：属于核心酶的组件因子，促使RNApol与DNA模板链结合。
前端α因子→使模板DNA双链解链为单链
尾端α因子→使解链的单链DNA重聚为双链
③β因子：促进RNApol+NTP→RNA elongation完成NTP之间的磷酸酯键的连接，与p因子竞争3’-end。其中β因子有两个位点：I site ，转移性结合ATP 或GTP；E site，对NTP非专一性结合。
④β’因子：参与RNA非模板链结合。

▲2、以E.coli为例，说出Prok启动子结构及各部分功能。
答：①启动子 ：指DNA分子上被RNA聚合酶识别并结合形成转录复合物的区域，它包括了一些调节因子的结合位点。
②启动子由两部分组成：上游部分——CAP、AMP结合位点
下游部分——RNApol进入位点
绝大部分启动子都存在这两段共同序列：-10bp处的TATA区和-35bp处的TTGACA区

补：对比真核生物的启动子：真核基因启动子是RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件，至少包括一个转录起始点以及一个以上的功能组件。由上游启动子和核心启动子组成。

3、以Prok.为例简述转录起始过程。
答：①全酶与启动子结合，封闭型启动子复合物形成（R位点被δ因子发现并结合）
②开放型启动子复合物的形成。（RNApol适合位点到达-10序列区，富含AT序列Prinbonow框，“烷解”形成12-17bp的泡状物，同时酶分子同-10序列转移，并与之牢固结合形成二元闭合复合物（包括全酶和DNA。）
③在开放型启动子复合物中，RNApolI位点和E位点的核苷酸单体形成一个磷酸二酯键（β亚基），形成三元复合物（包括全酶、DNA和新生的RNA）。
④δ因子解离→核心酶与DNA亲和力
起始过程结束→核心酶移动进入延伸过程

4、终止子和终止密码子有何区别？
答：终止子是指在转录的过程中，提供转录终止信号的RNA序列
终止密码子：UAA、UGA、UAG。mRNA上的三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这个氨基酸能使翻译终止，这2个核苷酸就叫终止密码子。

5、试述Prok.中转录终止子的类型及终止机制。
答：原核生物中转录终止子的类型有（1） 内在终止子（不依赖 ρ因子的终止子）形成一个发夹结构，在发夹结构末端有6-8个连续的U串。
（2） 依赖ρ因子的终止子。同样有发夹结构，但发
夹结构没有固定特征(不稳定)，没有U串。

其终止机制如下：
（1） 不依赖ρ因子的终止子
①新生RNA链发夹结构形成→与RNApol发生作用→阻止RNA链的释放→造成高度言宕（典型的有60秒左右）
②RNA暂停为终止提供了机会，6-8个连续的6 ~ 8个连续的U串可能为RNApol与模板的解离提供了信号，RNA－DNA之间的 rU－dA 结合力较弱 ，于是RNA－DNA解离→ 三元复合体解体→RNApol解离→转录终止。
③真正的终止点不固定，在 U串中的任何一处
④IR序列和U串同等重要
⑤DNA上与U串对应的为富含A／T的区域
说明：AT富含区在转录的终止和起始中均起重要的作用
（2） 依赖ρ因子的终止子
①通读（read through）：在依赖 ρ 因子的转录终止过程中， RNApol 转录了 IR 序列之后，虽发生一定时间的延宕，但如果没有 ρ 因子存在，则RNApol 会继续转录
②ρ因子 a、 活性形式为六聚体促进转录终止的活性，NTPase 活性
b、 RNA长度大于50nt时，依赖RNA的NTPase活性最大
说明：ρ因子识别和结合的是RNA
③ρ因子对终止子的作用
a、ρ因子与RNA结合（终止子上游的某一处，RNA的5’端 ）
b、ρ因子沿RNA从5’→3’移动（NTP水解供能）
c、ρ因子与 RNApol 相互作用而造成转录的终止
④终止反应还需要 RNA 与 DNA 的相互作用，即 ： 需要一定的RNA序列
⑤Prok.依赖ρ因子的终止子为基因表达调控提供了一种方式 ，因为原核生物中转录和翻译偶联。

补：原核生物转录的基本过程：（真核-P74图3-8）
①模板识别——主要是RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。
②转录起始——见上面3.
③转录的延伸——酶与产物RNA不解离；底物NTP不断加到DNA链结构的3’-OH端；形成一个磷酸二酯键后，核心酶向前滑动；延伸位点不断接受新的NTP、RNA链不断延伸；始终保持三元复合物的结构。
④转录的终止——见上面5。

▲在真核生物中涉及到RNA转录的酶的种类?分类依据?转录产物?
在细胞核中的位置不同，负责转录的基因不同，对a-鹅膏覃碱的敏感性也不同。
酶 细胞内定位 转录产物 对a-鹅膏覃碱的敏感程度
RNA聚合酶Ⅰ 核仁 rRNA 不敏感
RNA聚合酶Ⅱ 核质 hnRNA 敏感
RNA聚合酶Ⅲ 核质 t RNA 存在物种特异性
第五章．蛋白质的生物合成（RNA的翻译）
1.名词解释
翻译是指以新生的mRNA为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的最终目的。
单顺反子mRNA：一个编码基因转录生成一个mRNA分子，经翻译生成一条多肽链。
S-D序列 ：
同工tRNA ：代表相同氨基酸的tRNA称为同工tRNA
同义密码子：对应于同一氨基酸的密码子
信号肽：该序列常位于蛋白质的氨基末端，长度一般在13-36个残基之间。有以下特点：一般带有10-15个疏水氨基酸；在靠近该序列N端常常有1个或数个带正电荷的氨基酸；在其C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。

2.简答题
1、说出Prok.蛋白质翻译过程中的起始因子、延伸因子、终止因子及各自功能。P122
答：翻译起始因子有3个：IF-1、IF-2、IF-3。
翻译延伸因子有3个：EF-Tu、EF-Ts、EF-G。
翻译终止因子RF1、RF2、RF3。（——识别终止子）：RF1识别UAA、UAG,RF2识别UAA、UGA,RF3促进识别

2、简述Prok.延伸过程中的主要事件
答：①后续AA-tRNA与核糖体结合
②肽键的生成
③移位

3、以Prok.为例，说明蛋白质翻译终止的机制

补：RNA翻译的基本过程：
① 氨基酸的活化
② 肽链的起始——核糖体与m RNA结合，并与氨基酸-t RNA形成起始复合物
③ 肽链的延伸——核糖体沿m RNA5’-3’移动，导致N端→C端点多肽合成
④ 肽链的终止——核糖体从m RNA解离
⑤ 折叠和加工
以上步骤需要消耗能量：

3种RNA以及其在翻译中的功能：
信使RNA (m RNA)—— 蛋白质合成的模板
转移RNA（t RNA）—— 模板和氨基酸间的接合体
核糖体 —— 蛋白质合成的场所

第六章．原核生物的基因表达

1.名词解释：
操纵子：能被调控蛋白特异结合的一段DNA序列
诱导物：凡能引起诱导发生的分子称为诱导剂
阻遏物：能导致阻遏发生的分子称为阻遏剂
弱化子：在trp mRNA 5’端trpE基因的起始密码前有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区，这个区域就是弱化子。
正控制：
负控制：

简答题：
1.请说明乳糖操纵元的调节机制。或（葡萄糖/乳糖共同存在时，细菌优先利用哪一种糖，为什么？）

答：
⑴大肠杆菌的乳糖操纵子的结构组成：包括3个结构基因（Z、Y、A），启动子，控制子，阻遏子。
⑵阻遏蛋白介导的负性调控：
①当大肠杆菌在没有乳糖的环境中生存时，1ac操纵元处于阻遏状态。i基因在其自身的启动子Pi控制下，低水平、组成性表达产生阻遏蛋白R，每个细胞中仅维持约10个分子的阻遏蛋白。R以四聚体形式与操纵子o结合，阻碍了RNA聚合酶与启动子P1ac的结合，阻止了基因的转录起动。R的阻遏作用不是绝对的，R与o偶尔解离，使细胞中还有极低水平的β－半乳糖苷酶及透过酶的生成。

②当有乳糖存在时，乳糖受β－半乳糖苷酶的催化转变为别乳糖，与R结合，使R构象变化，R四聚体解聚成单体，失去与o的亲和力，与o解离，基因转录开放，β－半乳糖苷酶在细胞内的含量可增加1000倍。这就是乳糖对1ac操纵元的诱导作用。
⑶CAP的正性调控：
① CAP是代谢激活蛋白。cAMP是环化腺苷酸。
② CAP分子内有DNA结合区及cAMP结合位点。
当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP与 CAP结合而刺激RNA转录活性；
当有葡萄糖存在时，cAMP浓度降低，cAMP 与 CAP结合受阻，lac操纵子表达下降。

4. 色氨酸操纵元的调节机制。
⑴大肠杆菌的色氨酸操纵子的结构组成：包括启动子、操纵子、调节基因、衰减子
⑵色氨酸弱化子操纵子的调控机理（弱化子介导的色氨酸操纵子调控）
① 前导肽：包括起始密码子AUG和终止密码子UGA;如果翻译起始于AUG产生的一个含有14个氨基酸的多肽。
1区— 2区— 3区— 4区—
② 转录的弱化理论认为m RNA转录的终止时通过前导肽基因的翻译调节的。因为在前导肽基因中有两个相邻的色氨酸密码子，所以这个前导肽的翻译必定对色氨酰转移RNA的浓度敏感。当培养基中色氨酸的浓度很低时，负载有色氨酸的色氨酰转移RNA也就少，这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢，当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区。而当培养基中色氨酸浓度高时，核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在4区被转录之前，核糖体就到达2区，这样使2-3不能配对，3-4区可以自由配对形成茎-环状终止子结构，转录停止。Trp操纵子中的结构基因被关闭而不再合成色氨酸，弱化子对RNA聚合酶的影响依赖于前导肽翻译中核糖体所处的位置。

第七章．真核生物的基因调控
1.真核生物的基因表达：基因表达:从DNA到蛋白质的过程,就是基因转录及翻译的过程。
2.真核生物基因表达的特点：时间特异性、空间特异性
3.真核生物基因表达的方式：组成性表达、诱导和阻遏表达
4.真核生物基因表达调控的基本原理：㈠基因表达的多级调控
㈡基因转录激活调节基本要素
5.比较原核生物和真核生物的基因调控机制
原核和真核生物基因表达的差异：
真核 原核
①DNA与蛋白质结合成染色体 裸露DNA
②重复基因 重叠基因
③割裂基因（有内含子） 没有内含子（普通、但不配对）
④转录后RNA加工 翻译和转录是偶联的 可调控连续
⑤增强子→表达、沉默子→不表达 衰减子表达→减弱
⑥单顺反子 多顺反子mRNA（以操纵元旦形式存在）
⑦甲基化→基因关闭
⑧磷酸化
补：分子生物学研究法：（最少列出5种）
1． 核酸的凝胶电泳
2． 核酸的分子杂交技术
3． 细菌的转化
4． DNA序列分析
5． 基因的定点诱变
6． 利用DNA与蛋白质的相互作用进行核酸研究.

什么是顺式作用元件?
真核生物启动子和增强子是由若干DAN序列元件组成的，由于它们常与特定的功能基因连锁在一起，因此被称为顺式作用元件。这些序列组成基因转录的调控区，影响基因的表达。