微生物遗传学习题及答案(第二章)

遗传的物质基础
1、解词
多组分基因组（segmented genome）：在一些RNA病毒中，RNA分子的容量有限，如果要增加遗传信息量，则需将病毒的基因组分段保存在2个或多个RNA片段中，以在病毒粒子中形成2个或多个RNA分子，此类病毒中的这些遗传物质称为多组分基因组。

多分体：在不同病毒粒子中含有不同的RNA片段，只有几种含有基因组中不同RNA 片段的病毒粒子同时存在时才能表现有效的侵染，在某些植物RNA病毒中存在这种多分体现象。

类病毒：一种小分子单链环状RNA分子，无蛋白质外壳保护，结构和化学组成比普通病毒简单，不需要辅助病毒便可侵入敏感的宿主细胞内进行自我复制，并使宿主致病或死亡。

朊病毒（Protein infection,Prion）：一类侵染动物并在寄主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水蛋白质，这类蛋白质能与寄主脑组织中的核酸相互作用，使脑组织海绵状损伤，引起动物的亚急性海绵样脑病。

重叠基因：具有部分公用核苷酸序列的基因，即同一段DNA携带了两种或两种以上不同蛋白质的编码信息。

重叠的部分可在调控区或结构基因区，常见于病毒和噬菌体基因组中。

串珠结构：60bp的间隔线状DNA双链作为连接丝，将许多核小体串联起来并盘绕形成的染色质纤维细丝，呈念珠状，即为染色质的串珠结构。

核小体（nucleosome）：由H2A、H2B、H3、H4四种组蛋白各以两个分子组成的八聚体核心和一分子组蛋白H1以及大约200bp的DNA缠绕而组成，直径一般为10nm。

2、问题
Ⅰ、简述病毒、原核生物和真核生物遗传物质的特点。

病毒：核酸类型有DNA和RNA之分；核酸分子有单链和双链之分；空间结构有开放型和闭合型之分；基因组有多组份型和单组份型；有多分体现象；能够指导蛋白质合成；能够产生可遗传变异。

原核生物：原核微生物遗传物质分子量较病毒大而比真核微生物小，DNA与微量的组蛋白相结合，形成超螺旋脚手架结构；某些细菌只有一条环状双链DNA，某些拥有两个环状DNA，有些则一条环状、一条线状DNA；能够指导蛋白质合成；能够产生可遗传变异；一般情况下，一个细菌细胞只有一套基因组，其DNA含量在细胞间期十分稳定；能够自我复制，使亲子代之间保持连续性；基因组在DNA上一般是连续排列。

真核生物：真核微生物遗传物质主要存在于细胞核，细胞核有核膜包裹，核内存在多条线状dsDNA；DNA和组蛋白组成核小体，线状DNA双链缠绕在核小体上形成串珠状染色质；每一染色体只含有一条线状双链DNA；分子结构相对稳定，能够自我复制，使亲子代之间保持连续性；能够指导蛋白质合成；能够产生可遗传变异；基因组含有大量的重复序列。

Ⅱ、原核生物和真核生物染色体外遗传物质。

答：染色体外遗传物质是细胞的非固定成分，也能影响细胞的代谢活动，但它们不是细胞生存必不可少的组成部分，包括附加体和共生体。

含有DNA的细胞质颗粒，即附加体，既能以完全自主的状态存在，也能组入到染色体上，成为染色体的一部分。

进入细胞，与细胞建立起特殊的共生关系的一类物质即共生体。

原核生物的染色体外遗传物质：附加体如R质粒（抗性因子，使E. coli.抗一定浓度的抗菌素）、F因子（决定性别，有F因子的E. coli.为雄性------供体）等；共生体如
果蝇的σ因子（含有σ因子的果蝇对CO2很敏感）、草履虫的卡巴粒等。

真核生物的染色体外遗传物质：即细胞质基因组，包括各种细胞器基因组如线粒体、叶绿体、动粒、中心粒、膜体系等基因组，和细胞器基因组如细胞共生体基因组、细胞质粒基因组。

Ⅲ、原核生物和真核生物的基因结构特点。

答：原核生物基因组结构特点：①基因组很小，大多只有一条染色体；②结构简炼，基因组的序列大部分是用来编码蛋白质的；③存在转录单元多顺反子；④有重叠基因，包括基因内基因、部分重叠基因、一个碱基重叠；⑤基因是连续的，基本不存在内含子成分，因此在转录后不需要剪接加工，并且，决大多数区域都无重复序列；
⑥在转录调控中存在操纵子结构
真核生物基因组结构特点：①基因分布在多个染色体上，基因组庞大，远大于原核生物；②存在大量的重复序列；③大部分为非编码序列，占整个基因组序列的90%以上；④转录产物为单顺反子；⑤基因不连续，是断裂基因，有内含子结构；⑥存在大量的顺式作用元件；⑦复制起点多，缺少明显的操纵子结构；⑧具有端粒结构；
⑨基因组转录后的绝大部分前体RNA必须经过剪接过程才能形成成熟的mRNA；⑩转录和翻译在时空上都是分离的。

Ⅳ、原核生物和真核生物基因表达的特点。

答：原核生物基因表达调控的特点：
（1）其表达调控存在于转录和翻译的起始、延伸和终止的每一步骤中；
（2）调控多以操纵子为单位进行，将功能相关的基因组织在一起，同时开启或关闭基因表达，既经济有效，又保证其生命活动的需要；
（3）调控主要发生在转录水平，根据操纵子对调节蛋白（阻遏蛋白或激活蛋白）的应答可分为正转录调控（启动或增强基因表达活性）和负转录调控（关闭或降低基因表达活性），根据操纵子对某些能调节它们的小分子的应答可分为可诱导调节和可阻遏调节；
（4）转录水平上的调控决定于DNA的结构、RNA聚合酶的功能、蛋白因子及其小分子配基的相互作用；
（5）细菌的转录与翻译过程几乎在同一时间内相偶联。

真核生物基因表达调控的特点：翻译过程包括氨基酸的活化、翻译的起始、肽链的延伸、肽链的终止、蛋白质的前体加工等步骤，其中与基础代谢和细胞组成有关的基因呈低水平、组成型表达，其他基因的表达量与细胞类型和发育周期有关，但是即使在诱导条件下，真核细胞基因的表达水平差异一般只在2-10倍之间，而在原核生物中，在诱导和非诱导两种条件下基因表达可达1000倍。

Ⅴ、不同类型的生物基因组的大小范围、碱基对的长度。

Ⅵ、各种生物的DNA分子的A+G/T+C=1说明什么？而G+C/A+T并不恒量说明什么？
答：在DNA中，A、G、C、T分别代表脱氧核苷酸中腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶四个碱基，一般在真核生物dsDNA中，碱基互补配对，A=T、G=C，A+G/T+C=1说明该生物的DNA分子中嘌呤数等于嘧啶数，以对应碱基互补配对原则；而由于两种嘌呤或两种嘧啶的比例不确定，它们的数目由基因的类型而定，因此G+C/A+T 并不恒等于1。

Ⅶ、根据下表数据说明：
微生物
枯草杆菌E.coli
DNA RN
A
A+T/G+C
1.36
1,00
A+U/G+C
1.30
0.96
A+G/U+C
1.02
0.82
1）RNA 和DNA的结构关系，RNA是从一条链转录呢，还是从两条链转录？
2）RNA是否全部形成双链？
答：1）dsDNA中，由于A=T、G=C，转录时A=U，因此两条链转录后必有A+U/G+C =A+T/G+C且A+G/U+C=1，而所给数字显然不符，所以只能从单链转录。

2）若RNA全部形成双链，根据上题则A+G/U+C=1，所以RNA不可全部形成双链。

Ⅷ、如果细菌环状染色体的复制是双向的，并且从固定的复制起点开始，每个复制叉以16um/min的速度移动，细菌染色体长1280um,完成整个染色体复制所需的时间是多少？当细菌在营养丰富的培养基中没分裂1次，也就是说第一轮复制尚未完成就开始第二轮复制，此时染色体有几个复制叉？
答：通常细菌的DNA分子都是作为单个复制子完成复制，一个复制子只含一个复制起点，复制叉从复制起点开始沿着DNA链连续移动，一般是以双向等速方式进行复制，而双向复制在起始点处产生两个复制叉，所以该细菌完成整个染色体复制所需的时间为1280 um /（2×16um/min）=40min。

根据上述分析，此时存在两个复制子，因此有四个复制叉。