生物化学习题基因信息传递Word文档下载推荐.docx

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由于DNA双链的合成延伸均为5′→3′的方向，因此复制是以半不连续的方式进行，即其中一条链相对地连续合成，称之为领头链，另一条链的合成是不连续的，称为随后链。

在DNA复制叉上进行的基本活动包括双链的解开；

RNA引物的合成；

DNA链的延长；

切除RNA引物，填补缺口，连接相邻的DNA片段。

（二）逆向转录

在逆转录酶作用下，以RNA为模板，按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA，这与通常转录过程中遗传信息流从DNA到RNA的方向相反，故称为逆向转录。

逆转录酶需要以RNA（或DNA）为模板，以四种dNTP为原料，要求短链RNA（或DNA）作为引物，此外还需要适当浓度的二价阳离子Mg2+和Mn2+，沿5′→3′方向合成DNA，形成RNA-DNA杂交分子（或DNA双链分子）。

逆转录酶是一种多功能酶，它除了具有以RNA为模板的DNA聚合酶和以DNA为模板的DNA聚合酶活性外还兼有RNaseH、DNA内切酶、DNA拓扑异构酶、DNA解链酶和tRNA结合的活性。

几乎所有真核生物的mRNA分子的3′末端都有一段多聚腺苷酸。

当加入寡聚dT作引物时，mRNA就可以成为逆转录酶的模板，在体外合成与其互补的DNA，称为cDNA。

（三）DNA突变

DNA突变是指DNA的碱基顺序发生突然而永久性地变化，从而影响DNA的复制，并使DNA的转录和翻译也跟着改变，表现出异常的遗传特征。

DNA的突变可以有几种形式：

（1）一个或几个碱基对被置换；

（2）插入一个或几个碱基对；

（3）一个或多个碱基对缺失。

置换和插入的变化是可逆的，缺失则是不可逆的。

最常见的突变形式是碱基对的置换。

嘌呤碱之间或嘧啶碱之间的置换称为转换，嘌呤和嘧啶之间的置换称为颠换。

突变有自发突变和诱发突变。

在DNA的合成中，自发突变的机率很低，大约每109个碱基对发生一次突变；

各种RNA肿瘤病毒具有很高的自发突变频率。

诱发突变可以由物理因素或化学因素引起，物理因素如电离辐射和紫外光等均可以诱发突变。

化学因素的诱变，如脱氨剂和烷化试剂均可诱发突变。

亚硝酸为强脱氨剂，可使腺嘌呤转变为次黄嘌呤，鸟嘌呤转变为黄嘌呤，胞嘧啶转变为尿嘧啶，而导致碱基配对错误。

烷化剂如硫酸二甲酯（DMS）可使鸟嘌呤的N7位氮原子甲基化，使之成为带一个正电荷的季铵基团，减弱N9位上的N-糖苷键，至使脱氧核糖苷键不稳定，发生水解而丢失嘌呤碱，以后可被其它碱基取代，或引起DNA的链断裂。

（四）DNA损伤与修复

某些物理化学因子，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，都能引起生物突变和致死。

因为它们均能作用于DNA，造成其结构和功能的破坏。

但细胞内具有一系列起修复作用的酶系统，可以除去DNA上的损伤，恢复DNA的正常双螺旋结构。

目前已经知道有四种修复系统：

光复活，切除修复，重组修复和诱导修复。

后三种机制不需要光照，因此又称为暗修复。

1．光复活

光复活的机制是可见光（最有效波长为400nm左右）激活了光复活酶，它能分解由于紫外线照射而形成的嘧啶二聚体。

光复活作用是一种高度专一的修复方式。

2．切除修复

又称为复制前修复。

所谓切除修复，即是在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除掉，并以完整的那一条链为模板，合成出切去的部分，然后使DNA恢复正常结构的过程。

这是比较普遍的一种修复机制，它对多种损伤均能起修复作用。

参与切除修复的酶主要有：

特异的核酸内切酶、外切酶、聚合酶和连接酶。

3．重组修复

遗传信息有缺损的子代DNA分子可通过遗传重组而加以弥补，即从完整的母链上将相应核苷酸序列片段移至子链缺口处，然后用再合成的序列来补上母链的空缺。

此过程称为重组修复，因为发生在复制之后，又称为复制后修复。

参与重组修复的酶系统包括与重组有关的主要酶类以及修复合成的酶类。

重组基因recA编码的蛋白质，具有交换DNA链的活力。

recA蛋白被认为在DNA重组和重组修复中均起着关键的作用。

recB和recC基因分别编码核酸外切酶V的两个亚基，该酶亦为重组和重组修复所必需。

修复合成时需要DNA聚合酶和连接酶。

4．诱导修复

许多能造成DNA损伤或抑制复制的处理均能引起一系列复杂的诱导效应，称为应急反应（SOSresponse）。

SOS反应包括诱导出现的DNA损伤修复效应、诱变效应、细胞分裂的抑制以及溶原性细菌释放噬菌体等等。

（五）RNA的生物合成

以DNA的一条链为模板在RNA聚合酶催化下，以四种核糖核苷磷酸为底物按照碱基配对原则，形成3′→5′磷酸二酯键，合成一条与DNA链的一定区段互补的RNA链的过程称为转录。

RNA的转录起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一位点处终止。

在生物体内，DNA的二条链中仅有一条链可作为转录的模板，这称为转录的不对称性。

用作模板的链称为反义链，另一条链称为有义链，因为有义链的脱氧核苷酸序列正好与转录出的RNA的核苷酸序列相同（只是T与U的区别），所以也称编码链。

但各个基因的有义链不一定位于同一条DNA链。

RNA的合成沿5′→3′方向进行（DNA模板链方向为3′→5′），5′未端为核糖核苷三磷酸，即5′位保留PPP。

在真核生物细胞里，转录是在细胞核内进行的。

合成的RNA包括mRNA、rRNA和tRNA的前体。

rRNA的合成发生在核仁内，而合成mRNA和tRNA的酶则定位在核质中。

另外叶绿体和线粒体也进行转录。

原核细胞中转录酶类存在于细胞液中。

1．RNA聚合酶

原核细胞大肠杆菌的RNA聚合酶研究的较深入。

这个酶的全酶由5种亚基（α2ββ′δω）组成，还含有2个Zn原子。

在RNA合成起始之后，δ因子便与全酶分离。

不含δ因子的酶仍有催化活性，称为核心酶。

δ亚基具有与启动子结合的功能，β亚基催化效率很低，而且可以利用别的DNA的任何部位作模板合成RNA。

加入δ因子后，则具有了选择起始部位的作用，δ因子可能与核心酶结合，改变其构象，从而使它能特异地识别DNA模板链上的起始信号。

真核细胞的细胞核内有RNA聚合酶I、II和III，通常由4～6种亚基组成，并含有Zn2+。

RNA聚合酶I存在于核仁中，主要催化rRNA前体的转录。

RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ存在于核质中，分别催化mRNA前体和小分子量RNA的转录。

此外线粒体和叶绿体也含有RNA聚合酶，其特性类似原核细胞的RNA聚合酶。

2．RNA的转录过程

RNA转录过程为起始位点的识别、起始、延伸、终止。

起始位点的识别：

RNA聚合酶先与DNA模板上的特殊启动子部位结合，σ因子起着识别DNA分子上的起始信号的作用。

在σ亚基作用下帮助全酶迅速找到启动子，并与之结合生成较松弛的封闭型启动子复合物。

这时酶与DNA外部结合，识别部位大约在启动子的-35位点处。

接着是DNA构象改变活化，得到开放型的启动子复合物，此时酶与启动子紧密结合，在-10位点处解开DNA双链，识别其中的模板链。

由于该部位富含A-T碱基对，故有利于DNA解链。

开放型复合物一旦形成，DNA就继续解链，酶移动到起始位点。

3．起始：

在起始位点的全酶结合第一个核苷三磷酸。

第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。

形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷酸掺入的位置称为转录起始点。

这时σ亚基被释放脱离核心酶。

4．延伸：

从起始到延伸的转变过程，包括σ因子由缔合向解离的转变。

DNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNA的结合松弛，核心酶可沿模板移动，并按模板序列选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的RNA链的3′-OH端，催化形成磷酸二酯键。

转录延伸方向是沿DNA模板链的3′→5′方向按碱基酸对原则生成5′→3′的RNA产物。

RNA链延伸时，RNA聚合酶继续解开一段DNA双链，长度约17个碱基对，使模板链暴露出来。

新合成的RNA链与模板形成RNA-DNA的杂交区，当新生的RNA链离开模板DNA后，两条DNA链则重新形成双股螺旋结构。

4．终止在DNA分子上有终止转录的特殊碱基顺序称为终止子（terminators），它具有使RNA聚合酶停止合成RNA和释放RNA链的作用。

这些终止信号有的能被RNA聚合酶自身识别，而有的则需要有ρ因子的帮助。

ρ因子是一个四聚体蛋白质，它能与RNA聚合酶结合但不是酶的组分。

它的作用是阻RNA聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的RNA链。

对于不依赖于ρ因子的终止子序列的分析，发现有两个明显的特征：

即在DNA上有一个15～20个核苷酸的二重对称区，位于RNA链结束之前，形成富含G-C的发夹结构。

接着有一串大约6个A的碱基序列它们转录的RNA链的末端为一连串的U。

寡聚U可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。

在真核细胞内，RNA的合成要比原核细胞中的复杂得多。

（六）转录后加工

在转录中新合成的RNA往往是较大的前体分子，需要经过进一步的加工修饰，才转变为具有生物学活性的、成熟的RNA分子，这一过程称为转录后加工。

主要包括剪接、剪切和化学修饰。

1．mRNA的加工在原核生物中转录翻译相随进行，多基因的mRNA生成后，绝大部分直接作为模板去翻译各个基因所编码的蛋白质，不再需要加工。

但真核生物里转录和翻译的时间和空间都不相同，mRNA的合成是在细胞核内，而蛋白质的翻译是在胞质中进行，而且许多真核生物的基因是不连续的。

不连续基因中的插入序列，称为内含子；

被内含子隔开的基因序列称为外显子。

一个基因的外显子和内含子都转录在一条很大的原初转录本RNA分子中,故称为核内不均一RNA（hnRNA）。

它们首先降解为分子较小的RNA，再经其它修饰转化为mRNA。

真核细胞mRNA的加工包括：

（1）hnRNA被剪接，除去由内含子转录来的序列，将外显子的转录序列连接起来。

（2）在3′末端连接上一段约有20～200个腺苷酸的多聚腺苷酸（polyA）的“尾巴”结构。

不同mRNA的长度有很大差异。

（3）在5′末端连接上一个“帽子”结构m7GpppmNP。

（4）在内部少数腺苷酸的腺嘌呤6位氨基发生甲基化（m6A）.

2．tRNA的加工原核生物的tRNA基因的转录单元大多数是多基因的。

不但相同或不同的tRNA的几个基因可转录在一条RNA中，有的tRNA还与rRNA组成转录单元，因此tRNA前体的加工过程包括剪切、剪接，在3′-末端添加CCAOH、以及核苷酸修饰转化为成熟的tRNA。

tRNA中含有许多稀有碱基，所有这些碱基均是在转录后由四种常见碱基经修饰酶催化，发生脱氨、甲基化、羟基化等化学修饰而生成的。

3．rRNA的加工原核细胞首先生成的是30S前体rRNA，经核糖核酸酶作用，逐步裂解为16S、23S和5S的rRNA，其裂解过程可归纳如下：

17.5S→16SrRNA

30S25S→23SrRNA

小碎片→5SrRNA

原核生物16SrRNA和23SrRNA含有较多的甲基化修饰成分，特别是2-甲基核糖。

一般5SrRNA中无修饰成分。

在真核细胞中rRNA的转录后加工与原核细胞类似，但更为复杂。

rRNA在核仁中合成，生成一个更大35～45S前体rRNA。

前体分裂而转变为28S、18S和5.8S的rRNA分子。

真核生物5SrRNA前体是由独立于上述三种rRNA之外的基因转录的。

真核生物rRNA中与含有较多的甲基化成分。

有关RNA剪接、剪切机制的研究不仅发现了RNA分子本身具有催化功能，这种具有剪接功能的RNA催化剂命名为核酶。

目前已发现的具有催化功能的RNA有磷酸二酯酶（核糖核酸酶）、磷酸单酯酶、核苷酸转移酶、磷酸转移酶、RNA限制性内切酶、tRNA5′端成熟酶、α-1,4-葡聚糖分支酶和肽基转移酶等。

目前研究表明核酶催化rRNA、tRNA、mRNA的剪接机理是不相同的。

RNA内含子有四种类型，即Ⅰ型自我拼接内含子、Ⅱ型自我拼接内含子、核mRNA内含子和核tRNA内含子。

（七）RNA的复制

大多数生物的遗传信息贮藏的DNA中，遗传信息按中心法则由DNA转录成RNA，再由RNA翻译成蛋白质的。

对RNA病毒的研究表明，某些RNA病毒是以RNA作模板复制出病毒RNA分子。

Qβ噬菌体RNA的复制可分为两个阶段：

（1）当Qβ噬菌体侵染大肠杆菌细胞后，其单链RNA充当mRNA，利用宿主细胞中的核糖体合成噬菌体外壳蛋白质和复制酶β亚基；

（2）当复制酶的β亚基和宿主细胞原有的α、γ、δ亚基自动装配成RNA复制酶以后，就进行RNA复制。

以侵染的噬菌体RNA作模板，通过RNA复制酶合成互补的RNA链。

常把具有mRNA功能的链称为正链，与它互补的链称为负链。

在噬菌体特异的复制酶装配好后不久酶就吸附到正链RNA的3′末端，以它为模板合成出负链，至合成结束，然后负链从正链模板上释放出来。

同一个酶又吸附到负链RNA的3′末端，合成出病毒正链RNA，正链RNA与外壳蛋白装配成噬菌体颗粒，所以正链和负链的合成方向都是由5′→3′。

（八）基因工程的操作技术

1．目的基因

体外操作DNA的主要步骤之一是提取载体DNA和所需要的外源目的基因。

在细胞中DNA并非以游离态分子存在，而是和RNA及蛋白质结合在一起形成复合体。

DNA纯化的基本步骤是：

（1）从破坏的细胞壁和膜里释放出可溶性的DNA；

（2）通过变性或蛋白质分解，使DNA和蛋白质的复合体解离；

（3）将DNA从其它大分子中分离出来；

（4）DNA浓度和纯度的光学测定。

2．载体

外源DNA片段（目的基因）要进入受体细胞，必须有一个适当的运载工具将带入细胞内，并载着外源DNA一起进行复制与表达，这种运载工具称为载体。

载体必须具备下列条件：

（1）在受体细胞中，载体可以独立地进行复制。

所以载体本身必须是一个复制单位，称复制子（replicon），具有复制起点。

而且插入外源DNA后不会影响载体本身复制的能力。

（2）易于鉴定、筛选。

也就是说，容易将带有外源DNA的重组体与不带外源DNA的载体区别开来。

（3）易于引入受体细胞。

常用的载体主要有以下几类：

细菌和酵母的质粒，λ噬菌体和M13以及病毒。

3．连接

外源DNA与载体DNA之间可以通过多种方式相连接，主要有以下几种

（1）粘性末端连接；

（2）平头末端连接；

（3）接头连接等。

4．转化

任何外源DNA重组到载体上，然后转入受体细胞中复制繁殖，这一过程称为DNA的克隆。

外源DNA进入受体细胞并使它获得新遗传特性的过程称为转化。

转化作用是将外源DNA引入细胞的过程。

5．筛选由于细胞转化的频率较低，所以从大量的宿主细胞中筛选出带有重组体的细胞并不是很容易的，当前，在实验室中，常用的筛选手段有以下几种：

（1）插入失活；

（2）菌落原位杂交；

（3）免疫学方法．此外，对重组体转化的鉴定还可以采用表现型的鉴定；

对重组质粒纯化并重新转化；

限制性酶切图谱的绘制；

重组质粒上的基因定位等更深入的方法。

[测试题]

一、名词解释

1．半保留复制（semiconservativereplication）

2．不对称转录（asymmetrictrancription）

3．逆转录（reversetranscription）

4．冈崎片段（Okazakifragment）

5．复制叉（replicationfork）

6．领头链（leadingstrand）

7．随后链（laggingstrand）

8．有意义链（sensestrand）

9．光复活（photoreactivation）

10．重组修复（recombinationrepair）

11．内含子（intron）

12．外显子（exon）

13．基因载体（genonicvector）

14．质粒（plasmid）

15．密码子（codon）

16．反义密码子（synonymouscodon）

17．反密码子（anticodon）

18．移码突变（frameshiftmutant）

19．信号肽（signalpeptide）

20．简并密码（degeneratecode）

21．核糖体（ribosome）

22．多核糖体（polysome）

23．氨酰基部位（aminoacylsite）

24．肽酰基部位（peptidysite）

25．肽基转移酶（peptidyltransferase）

26．氨酰-tRNA合成酶（aminoacy-tRNAsynthetase）

27．蛋白质折叠（proteinfolding）

28．核蛋白体循环（polyribosome）

29．锌指（zinefinger）

二、填空题

30．DNA复制是定点双向进行的，股的合成是，并且合成方向和复制叉移动方向相同；

股的合成是的，合成方向与复制叉移动的方向相反。

每个冈崎片段是借助于连在它的末端上的一小段而合成的；

所有冈崎片段链的增长都是按方向进行。

31．大肠杆菌RNA聚合酶全酶由组成；

核心酶的组成是。

参与识别起始信号的是因子。

32．基因有两条链，作为模板指导转录的那条链称链。

33．以RNA为模板合成DNA称，由酶催化。

34．基因突变形式分为：

，，和四类。

35．前导链的合成是的，其合成方向与复制叉移动方向；

随后链的合成是的，其合成方向与复制叉移动方向。

36．引物酶与转录中的RNA聚合酶之间的差别在于它对不敏感，并可以作为底物。

37．DNA聚合酶I的催化功能有、、、和。

38．大肠杆菌DNA聚合酶Ⅲ的活性使之具有功能，极大地提高了DNA复制的保真度。

39．大肠杆菌中已发现种DNA聚合酶，其中负责DNA复制，负责DNA损伤修复。

40．DNA切除修复需要的酶有、、和。

41．在DNA复制中，可防止单链模板重新缔合和核酸酶的攻击。

42．DNA合成时，先由引物酶合成，再由在其3′端合成DNA链，然后由切除引物并填补空隙，最后由连接成完整的链。

43．蛋白质的生物合成是以______作为模板，______作为运输氨基酸的工具，_____作为合成的场所。

44．细胞内多肽链合成的方向是从_____端到______端，而阅读mRNA的方向是从____端到____端。

45．核糖体上能够结合tRNA的部位有_____部位，______部位。

46．蛋白质的生物合成通常以_______作为起始密码子，以______，______，和______作为终止密码子。

47．肽链延伸包括进位_____和_____三个步骤周而复始的进行。

48．乳糖操纵子的控制区启动子上游有_____结合位点，当此位点与_____结合时，转录可增强一千倍左右。

三、选择题

A型题

49．遗传密码的简并性是指

A．一个密码适用于一个以上的氨基酸

B．一个氨基酸可被多个密码编码

C．密码与反密码可以发生不稳定配对

D．密码的阅读不能重复和停顿

E．密码具有通用特点

50．原核生物肽链延长需要的能量来源是

A．ATPB．CTPC．UTPD．GTPE．ADP

51．有关密码子的的叙述哪项是正确的?

A．DNA链中相邻的三个核苷酸组成

B．tRNA链中相邻的三个核苷酸组成

C.rRNA链中相邻的三个核苷酸组成

D．mRNA链中相邻的三个核苷酸组成

E．多肽链中相邻的三个氨基酸组成

52．链霉素的抗菌作用，是抑制了细菌的

A．二氢叶酸还原酶B．嘧啶核苷酸的代谢C.基因的表达

D．核蛋白体大亚基E．核蛋白体小亚基

53．真核生物起始氨基酰—tRNA是

A．丙氨酰—tRNAB．精氨酰—TrnaC．蛋氨酰—tRNA

D．甲酰蛋氨酰‘tRNAE．赖氨酰—tRNA

54．原核生物起始氨基酰—tRNA是

A．丙氨酰—tRNAB．精氨酰—tRNAC．蛋氨酰—tRNA

D．甲酰蛋氨酰—tRNAE．赖氨酰—tRNA

55.真核生物蛋白质合成的起始阶段合成

A．40S起始复合物B．50S起始复合物C．60S起始复合物

D．70S起始复合物E．80S起始复合物

56．氨基酸和tRNA结合的结合键是

A．肽键B．磷酸二酯键C．酯键．D.氢键E．糖苷

57．AUG是编码蛋氨酸的密码子，还可以作为肽链的

A．起始因子B．延长因子C.释放因子

D．起始密码子E．终止密码子

58．能终止多肽链延伸的密码子是

A．AUGAGUAGGB．UAGUGAUAAC..AUGAGUAUU

D．UAGIJGAUGG．E．GAUGUAGAA

59．有关肽链延伸的描述哪项是错误的?

A.活化的氨基酸进入A位，

B．P位上的肽酰基退位到A位生成肽键

C.核蛋白体向mRNA3，端移动‘个密码的距离

D．肽链从N端向C端延伸

E.ATP在此阶段提供能量

60．肽链的延伸与下列哪种物质无关?

A．转肽酶’B．mRNAC.N—甲酰蛋氨酰—tRNA

D．氨基酰—tRNAE．GTP

61．谁能识别蛋白质合成的终止密码子?

A.tRNAB.起始因子C．转肽酶D．延长因子E．释放因子

62．核蛋白体，mRNA和甲酰蛋氨酸-tRNA共同构成

A．翻译起始复合物B.核糖核