医学分子生物学思考题作业答案

医学分子生物学 作 业 （供“专升本”中西医临床医学专业学生使用） 成人教育学院 医学分子生物学思考题 1、述 DNA的 右 手 双 螺 旋 模 型 结 构 要 点 。 （1）两 股 反 向 平 行 的 DNA 链 绕 成 同 轴 右 手 双 螺 旋 ，双 螺 旋 表 面 有 大 沟 和 小 沟 。 （2）脱 氧 核 糖 和 磷 酸 通 过 3，5-磷 酸 二 酯 键 相 连 ，构 成 DNA 主 链 ，位 于 双 螺 旋 的 外 表 面 ，糖 基 平 面 与 螺 旋 轴 平 行 ；碱 基 则 位 于 双 螺 旋 的 内 部 ，碱 基 平 面 与 螺 旋 轴 垂 直 。 （3）两 股 DNA 链 通 过 Watson-Crick 碱 基 对 结 合 ，即 A 与 T 通 过 两 个 氢 键 结 合 ，G 与 C 通 过 三 个 氢 键 结 合 ，称 为 碱 基 互 补 原 则 。这 样 ，一 股 DNA 的 碱 基 序 列 决 定 了 另 一 股 DNA 的 碱 基 序 列 ，两 股 DNA 链 互 相 称 为 互 补 链 。 （4）双 螺 旋 直 径 为 2cm 2、真 核 生 物 基 因 组 结 构 与 功 能 的 特 点 。 1真 核 生 物 基 因 组 DNA 是 线 性 分 子 ，其 末 端 序 列 特 殊 ，由 寡 核 苷 酸 短 串 联 重 复 序 列 构 成 ，称 为 端 粒 。 2真 核 生 物 基 因 组 DNA 有 多 个 复 制 起 点 。 3 真 核 生 物 有 完 整 的 细 胞 核 ， 核 DNA 与 组 蛋 白 、 非 组 蛋 白 及 RNA 形 成 染 色 体 结 构 。 4每 一 种 真 核 生 物 的 染 色 体 数 目 都 是 一 定 的 ，除 了 配 子 （精 子 和 卵 子 ）是 单 倍 体 以 外 ，体 细 胞 一 般 是 二 倍 体 。 5真 核 生 物 基 因 组 序 列 中 仅 有 不 到 10%是 编 码 序 列 。编 码 序 列 在 基 因 组 序 列 中 的 比 例 是 真 核 生 物 、 原 核 生 物 和 病 毒 基 因 组 的 重 要 区 别 ， 而 且 在 一 定 程 度 上 是 生 物 进 化 的 标 尺 。 6真 核 生 物 基 因 组 含 大 量 重 复 序 列 ，包 括 高 度 重 复 序 列 和 中 度 重 复 序 列 。 7真 核 生 物 基 冈 是 断 裂 基 因 ，即 基 因 是 不 连 续 的 ，由 外 显 子 和 内 含 子 交 替 构 成 。 8真 核 生 物 基 因 的 转 录 产 物 是 单 顺 反 子 mRNA。 9真 核 生 物 基 因 组 中 存 在 各 种 基 因 家 族 ，基 因 家 族 成 员 可 以 串 联 在 一 起 ，也 可 以 相 距 很 远 ，但 即 使 串 联 在 一 起 的 基 因 也 是 分 别 表 达 的 。 3、论 述 参 与 DNA 复 制 的 酶 和 蛋 白 质 及 其 作 用 。 原 核 生 物 DNA 的 复 制 过 程 需 要 30 多 种 酶 和 蛋 白 质 参 加 。主 要 有 DNA 聚 合 酶 、解 旋 酶 、拓 扑 异 构 酶 、引 物 酶 和 DNA 连 接 酶 等 ： （1）DNA 聚 合 酶 DNA 聚 酶 的 作 用 是 催 化 dNTP 按 5 3方 向 合 成 DNA。反 应 只 消 耗 dNTP，但 还 有 两 种 成 分 必 不 可 少 ：模 板 ：DNA 聚 合 酶 催 化 的 反 应 是 DNA 的 复 制 ，即 合 成 单 链 DNA 的 互 补 链 ，所 以 必 须 为 其 提 供 单 链 DNA，这 就 是 模 板 ；引 物 ：有 了 底 物 和 模 板 ，DNA聚 合 酶 还 是 不 能 合 成 DNA，因 为 它 不 能 从 无 到 有 合 成 DNA 链 ，只 能 把 脱 氧 核 苷 酸 连 接 在 已 有 核 酸 的 3-羟 基 上 ，而 且 该 核 酸 的 序 列 必 须 与 DNA 模 板 的 3端 序 列 互 补 ，并 形 成 结 合 ，这 已 有 的 核 酸 就 是 引 物 。 （2）解 链 、解 旋 酶 类 DNA 具 有 超 螺 旋 、双 螺 旋 等 结 构 ，在 复 制 时 ，作 为 模 板 的 亲 代 DNA 分 子 需 松 弛 螺 旋 ， 解 开 双 链 ，暴 露 碱 基 ，才 能 按 碱 基 互 补 原 则 合 成 子 代 DNA。参 与 亲 代 DNA 双 链 解 链 、并 将 基 维 持 在 解 链 状 态 的 酶 和 蛋 白 质 主 要 有 解 旋 酶 、拓 扑 异 构 酶 和 单 链 DNA 结 合 蛋 白 。 （3）引 物 酶 DNA 复 制 需 要 RNA 引 物 ，RNA 引 物 由 引 物 酶 催 化 合 成 。 （4）连 接 酶 环 状 DNA 或 冈 崎 片 段 合 成 之 后 都 留 下 切 口 ，需 要 一 种 酶 ，能 催 化 切 口 处 的 5 磷 酸 基 与 3 羟 基 连 接 形 成 磷 酸 二 酯 键 ，这 种 酶 就 是 DNA 连 接 酶 。 4、转 录 与 复 制 的 不 同 点 。 目 的 不 同 ，所 使 用 的 酶 、原 料 及 其 它 辅 助 因 子 不 同 ，转 录 是 合 成 RNA，复 制 是 合 成 DNA； 方 式 不 同 ：转 录 是 不 对 称 的 ，只 在 双 链 DNA 的 一 条 链 上 进 行 ，只 以 DNA 的 一 条 链 为 模 板 ，复 制 为 半 不 连 续 的 ，分 别 以 DNA 的 两 条 链 为 模 板 ，在 DNA 的 两 条 链 上 进 行 ； 复 制 需 要 引 物 ，转 录 不 需 要 引 物 ； 复 制 过 程 存 在 校 正 机 制 ，转 录 过 程 则 没 有 ； 转 录 产 物 需 要 加 工 ，复 制 产 物 不 需 要 加 工 ； 复 制 与 转 录 都 经 历 起 始 、延 长 、终 止 阶 段 ，都 以 DNA 为 模 板 ，新 链 按 碱 基 互 补 原 则 ，5 3方 向 合 成 5、大 肠 杆 菌 乳 糖 操 纵 子 转 录 起 始 的 复 合 调 控 。 是 通 过 乳 糖 操 纵 子 的 阻 抑 调 控 和 乳 糖 操 纵 子 的 激 活 调 控 进 行 复 合 调 控 的 。 在 没 有 乳 糖 存 在 时 ，阻 抑 蛋 白 与 操 纵 基 因 结 合 ，阻 挡 RNA 聚 合 酶 沿 DNA 移 动 ，阻 抑 转 录 。当 有 乳 糖 存 在 时 ，乳 糖 的 异 构 体 乳 糖 与 阻 抑 蛋 白 结 合 ，使 阻 抑 蛋 白 的 构 象 发 生 改 变 ， 不 与 操 纵 基 因 结 合 ，失 去 阻 抑 作 用 ，RNA 聚 合 酶 可 以 操 纵 转 录 结 构 基 因 。 乳 糖 操 纵 子 的 激 活 调 控 ，在 既 存 在 乳 糖 又 缺 乏 葡 萄 糖 时 ，cAMP 浓 度 高 ，cAMP- CAP 复 合 物 浓 度 高 ， 与 CAP 位 点 的 结 合 效 应 强 ， 对 乳 糖 操 纵 子 的 调 控 效 应 强 ； 当 存 在 葡 萄 糖 时 ， cAMP 浓 度 低 ，cAMP-CAP 复 合 物 浓 度 低 ，与 CAP 位 点 的 结 合 效 应 弱 ，对 乳 糖 操 纵 子 的 调 控 效 应 弱 。 6、以 色 氨 酸 操 纵 子 为 例 论 述 原 核 生 物 转 录 终 止 的 调 控 及 其 意 义 。 1.色 氨 酸 操 纵 子 的 阻 抑 调 控 ：色 氨 酸 操 纵 子 的 阻 抑 蛋 白 是 一 个 同 二 聚 体 。当 培 养 基 中 有 大 最 色 氨 酸 时 ，阻 抑 蛋 白 与 色 氨 酸 结 合 而 改 变 构 象 ，形 成 活 性 阻 抑 物 ，与 操 纵 基 因 结 合 ，阻 抑 结 构 基 因 转 录 ，最 终 降 低 色 氨 酸 的 合 成 速 度 ；当 培 养 基 中 没 有 色 氨 酸 时 ，游 离 的 阻 抑 蛋 白 不 与 操 纵 基 因 结 合 ，结 构 基 因 表 达 催 化 合 成 色 氨 酸 的 酶 ，最 终 提 高 色 氨 酸 的 合 成 速 度 2.色 氨 酸 操 纵 子 的 衰 减 调 控 色 氨 酸 操 纵 子 的 前 导 序 列 位 于 结 构 基 因 trpE 与 操 纵 基 因 trp0 之 间 ，含 162nt，包 括 四 段 特 殊 序 列 ：序 列 l 是 编 码 序 列 ，编 码 一 个 称 为 前 导 肽 的 14 肽 的 第 10、1l 位 氨 基 酸 是 两 个 连 续 的 色 氨 酸 ；序 列 2 和 序 列 3 存 在 互 补 序 列 ，可 以 形 成 茎 环 结 构 ；序 列 3 和 序 列 4 也 存 在 互 补 序 列 ，可 以 形 成 茎 环 结 构 ，该 茎 环 结 构 之 后 有 一 段 连 续 的 U 序 列 ，所 以 是 一 个 典 刑 的 不 依 赖 p 因 子 的 终 止 子 结 构 ，称 为 衰 减 子 。 当 色 氨 酸 缺 乏 时 ，色 氨 酰 tRNA 供 给 不 足 ，翻 译 前 导 肽 的 核 糖 体 停 滞 于 序 列 l 的 色 氮 酸 密 码 子 位 点 ，序 列 2 与 序 列 3 形 成 茎 环 结 构 ，使 序 列 3 不 能 与 序 列 4 形 成 衰 减 子 结 构 ，后 面 的 结 构 基 因 可 以 完 全 转 录 ：当 色 氨 酸 充 足 时 ，色 氨 酰 tRNA 供 给 充 足 ，核 糖 体 快 速 翻 译 序 列 1 合 成 前 导 肽 ，并 对 序 列 2 形 成 约 束 ，使 序 列 3 不 能 与 序 列 2 形 成 茎 环 结 构 ， 转 而 与 序 列 4 形 成 转 录 终 止 子 结 构 衰 减 子 ，使 RNA 聚 合 酶 停 滞 于 序 列 4 之 后 ，不 能 转 录 下 游 的 结 构 基 因 。从 衰 减 机 制 的 分 析 来 看 ，它 不 仅 能 够 把 几 种 水 平 如 DNA 和 RNA 的 构 象 变 化 、mRNA 上 内 部 终 止 (衰 减 )子 的 重 建 以 及 核 糖 体 上 tRNA 对 终 止 密 码 的 识 别 等 统 一 起 来 ， 严 格 控 制 表 达 ， 而 且 衰 减 子 还 可 依 细 胞 内 某 一 氨 基 酸 水 平 的 高 低 而 行 止 。 所 以 它 是 一 种 应 答 灵 敏 、 调 节 灵 活 的 多 重 调 控 方 式 就 像 在 色 氨 酸 操 纵 子 中 ，阻 遏 作 用 与 衰 减 机 制 一 起 协 同 控 制 其 基 因 表 达 ，显 然 比 单 一 的 阻 遏 负 调 控 系 统 更 为 有 效 。 一 方 面 ，当 有 活 性 的 阻 遏 物 向 无 活 性 阻 遏 物 的 转 变 速 度 极 低 时 衰 减 系 统 能 更 迅 速 地 作 出 反 应 ， 使 色 氨 酸 从 较 高 浓 度 快 速 下 降 到 中 等 浓 度 ； 另 一 方 面 ，若 外 源 色 氨 酸 浓 度 实 在 太 低 ，细 菌 本 身 又 没 有 其 他 的 内 源 性 色 氨 酸 合 成 体 系 ，以 致 细 菌 难 以 支 持 自 身 的 生 长 时 ，就 需 要 有 衰 减 体 系 加 以 调 节 通 过 不 终 止 mRNA 的 合 成 来 增 加 Trp 酶 的 合 成 从 而 提 高 内 源 色 氨 酸 的 浓 度 。 7、重 组 DNA 技 术 的 基 本 过 程 。 (1)获 取 目 的 DNA：用 限 制 酶 从 特 定 位 点 精 确 切 割 DNA,获 得 待 克 隆 的 目 的 DNA； (2)选 择 载 体 ：载 体 是 一 种 能 自 我 复 制 的 小 分 子 DNA，比 如 质 粒 或 病 毒 DNA： (3)构 建 重 组 DNA：用 连 接 酶 将 目 的 DNA 与 载 体 通 过 共 价 键 连 接 ，形 成 重 组 DNA； (4)将 重 组 DNA 导 入 合 适 的 细 胞 ，该 细 胞 称 为 重 组 DNA 的 宿 主 细 胞 ； (5)筛 选 和 鉴 定 含 重 组 DNA 的 宿 主 细 胞 8、双 脱 氧 法 （末 端 终 止 法 ）进 行 DNA 测 序 的 原 理 。 首 先 ，利 用 聚 丙 烯 酰 胺 凝 胶 电 泳 可 以 区 分 长 度 只 差 一 个 核 苷 酸 的 DNA 分 子 ；然 后 利 用 DNA 聚 合 酶 不 能 够 区 分 dNTP 和 ddNTP 的 特 性 ，使 ddNTP 参 入 到 寡 核 苷 酸 链 的 3-末 端 。因 为 ddNTP 3不 是 - OH，不 能 与 下 一 个 核 苷 酸 聚 合 延 伸 ，从 而 终 止 DNA 链 的 增 长 。 9、PCR 的 原 理 。 PCR 技 术 的 基 本 原 理 类 似 于 DNA 的 天 然 复 制 过 程 ， 其 特 异 性 依 赖 于 与 靶 序 列 两 端 互 补 的 寡 核 苷 酸 引 物 。 PCR 由 变 性 -退 火 - 延 伸 三 个 基 本 反 应 步 骤 构 成 ： 模 板 DNA 的 变 性 ： 模 板 DNA 经 加 热 至 93左 右 一 定 时 间 后 ， 使 模 板 DNA 双 链 或 经 PCR 扩 增 形 成 的 双 链 DNA解 离 ，使 之 成 为 单 链 ，以 便 它 与 引 物 结 合 ，为 下 轮 反 应 作 准 备 ；模 板 DNA 与 引 物 的 退 火 (复 性 )：模 板 DNA 经 加 热 变 性 成 单 链 后 ，温 度 降 至 55左 右 ，引 物 与 模 板 DNA 单 链 的 互 补 序 列 配 对 结 合 ；延 伸 ：DNA 模 板 将 反 应 体 系 温 度 升 高 ，DNA 聚 合 酶 遵 循 碱 基 互 补 原 则 按 引 物 5 3方 向 合 成 目 的 DNA 模 板 新 的 互 补 链