《分子生物学》习题答案

《分子生物学》课后习题

第1章绪论

1.简述孟德尔、摩尔根和Waston等人对分子生物学发展的主要贡献。

孟德尔是遗传学的奠基人，被誉为现代遗传学之父。他通过豌豆实验，发现了遗传学三大基本规律中的两个，分别为分离规律及自由组合规律。

摩尔根发现了染色体的遗传机制，创立染色体遗传理论，是现代实验生物学奠基人。于1933年由于发现染色体在遗传中的作用，赢得了诺贝尔生理学或医学奖。

Watson于1953年和克里克发现DNA双螺旋结构_（包括中心法则），获得诺贝尔生理学或医学奖，被誉为“DNA之父”。

2.写出DNA、RNA、mRNA和siRNA的英文全名。

DNA：deoxyribonucleic acid 脱氧核糖核酸

RNA：ribonucleic acid 核糖核酸

mRNA：messenger RNA 信使RNA

tRNA：transfer RNA 转运RNA

rRNA：ribosomal RNA 核糖体RNA

siRNA：small interfering RNA 干扰小RNA

3.试述“有其父必有其子”的生物学本质。

其生物学本质是基因遗传。子代的性状由基因决定，而基因由于遗传的作用，其基因的一半来自于父方，一般来自于母方。

4.早期主要有哪些实验证实DNA是遗传物质？写出这些实验的主要步骤。

1)肺炎链球菌转化实验：外表光滑的S型肺炎链球菌（有荚膜多糖→致病性）；外表粗糙

R型肺炎链球菌（无荚膜多糖）。

①活的S型→注射→实验小鼠→小鼠死亡

②死的S型（经烧煮灭火）→注射→实验小鼠→小鼠存活

③活的 R型→注射→实验小鼠→小鼠存活

④死的S型+活的R型→实验注射→小鼠死亡

⑤分离被杀死的S型菌体的各种组分+活的R型菌体→注射→实验小鼠→小鼠死亡（内只有死的S型菌体的DNA转化R型菌体导致致病菌）

*DNA是遗传物质的载体

2)噬菌体侵染细菌实验

①细菌培养基35S标记的氨基酸+无标记噬菌体→培养1-2代→子代噬菌体几乎不含带有35S标记的蛋白质

②细菌培养基32N标记的核苷酸+无标记噬菌体→培养1-2代→子代噬菌体含有30%以上32N标记的核苷酸

*噬菌体传代过程中发挥作用的可能是DNA而不是蛋白质。

5.定义重组DNA技术。

将不同的DNA片段（如某个基因或基因的一部分）按照人们的设计定向连接起来，然后在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。

6.说出分子生物学的主要研究内容。

DNA重组技术（基因工程）；基因表达调控研究；生物大分子的结构功能研究（结构分子生物学）；基因组、功能基因组与生物信息学研究

第2章染色体与DNA

1.染色体具备哪些作为遗传物质的特征？

①分子结构相对稳定；

②能够自我复制，使亲子代之间保持连续性；

③能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程；

④能够产生可遗传的变异。

2.简述真核细胞内核小体的结构特点。

核小体是染色质的基本结构单位，它是由H2A、H2B、H3、H4各两个分子生成的八聚体和约200bp的DNA组成的。形成时八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，一个H1在核小体的外面组成真核细胞染色体的一种重复珠状结构。

3.请列举3项实验证据来说明为什么染色质中DNA与蛋白质分子是相互作用的。

①染色质DNA的Tm值比自由DNA高，说明在染色质中DNA极可能与蛋白质分子相互作用。

②在染色质状态下，由DNA聚合酶和RNA聚合酶催化的DNA复制和转录活性大大低于在自由DNA中的反应。

③DNA酶Ⅰ（DNaseⅠ）对染色质DNA的消化远远慢于对纯DNA的作用。

④用小球菌核酸酶处理染色质以后进行电泳，便可以得到一系列片段，这些被保留的DNA片段均为200bp基本单位的倍数。

4.简述组蛋白都有哪些类型的修饰，其功能分别是什么？

①甲基化：发生在组蛋白的赖氨酸（单、双、三甲基化）和精氨酸残基（单、双甲基化）上，极大的增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性。

②乙酰化：主要发生在核心组蛋白上，主要位点分布在H3、H4的N端比较保守的赖氨酸位置上。乙酰化/去乙酰化修饰影响染色质结构和基因活化，高乙酰化水平使转录活化，低乙酰化抑制转录。还参与DNA修复、拼接、复制，染色体的组装，以及细胞的信号转导，与某些疾病的形成密切相关。

③泛素化：修饰位点为高度保守的赖氨酸残基，能招募核小体到染色体，参与X染色体的失活，影响组蛋白的甲基化和基因的转录。

④ADP核糖基化

5.简述DNA的一、二、三级结构。

①DNA的一级结构即它的碱基序列，就是指4种核苷酸的连接及排列顺序，表示了该DNA分子的化学构成；

②DNA的二级结构是指两条多核苷酸反向平行盘绕所生成的双螺旋结构；

③DNA的高级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘绕所形成的更复杂的特定空间结构，包括超螺旋、线性双链中的纽结（kink）、多重螺旋等。

6.原核生物DNA具有哪些不同于真核生物DNA的特征？

①结构简练

原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，只有非常小的一部分不转录，这与真核DNA的冗余现象不同。

②存在转录单元

原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成功能单位或转录单元，它们可被一起转录为含多个mRNA的分子，叫多顺反子mRNA。

③有重叠基因

重叠基因，即同一段DNA能携带两种不同蛋白质信息。主要有以下几种情况：Ⅰ一个基因完全在另一个基因里面；Ⅱ部分重叠；Ⅲ两个基因只有一个碱基对的重叠。

7.DNA双螺旋结构模型是由谁提出的？简述其发现的主要实验依据及其在分子生物学发

展中的重要意义。

由Watson和Crick于1953年提出。

实验依据：将大肠杆菌细胞培养在用15NH4Cl作为唯一氮源的培养液里养很长时间（14代），使得细胞内所有的氮原子都以15N的形式存在（包括DNA分子里的氮原子）。这时再加入大大过量的14NH4Cl和各种14N的核苷酸分子，细菌从此开始摄入14N，因此所有既存的“老”DNA分子部分都应该是15N标记的，而新生的DNA则应该是未标记的。接下来他们让细胞们继续生长，而自己则在在不同时间提取出DNA分子,利用CsCl密度梯度离心分离，而当细胞分裂了一次的时候只有一个DNA带，这就否定了所谓的全保留机理，因为根据全保留机理，DNA复制应该通过完全复制一个“老”DNA双链分子而生成一个全新的DNA双链分子，那么当一次复制结束，应该一半DNA分子是全新（双链都完全只含14N），另一半是“全老”（双链都完全只含15N）。这样一来应该在出现在离心管的不同位置，显示出两条黑带。

通过与全14N和全15N的DNA标样在离心管中沉积的位置对比，一次复制（分裂）时的这根DNA带的密度应当介于两者之间，也就是相当于一根链是14N，另一根链是15N。而经历过大约两次复制后的DNA样品（generation＝1.9）在离心管中显示出强度相同的两条黑带，一条的密度和generation＝1时候的一样，另一条则等同于完全是14N的DNA。这样的结果跟半保留机理推测的结果完美吻合

重要意义：该模型揭示了DNA作为遗传物质的稳定性特征，最有价值的是确认了碱基配对原则，这是DNA复制、转录和反转录的分子基础，亦是遗传信息传递和表达的分子基础。该模型的提出是20世纪生命科学的重大突破之一，它奠定了生物化学和分子生物学乃至整个生命科学飞速发展的基石。

8.DNA以何种方式进行复制？如何保证DNA复制的准确性？

半保留复制。

DNA在复制的过程中碱基间的氢键首先断裂，双螺旋解旋并被分开，每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。这样新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基顺序完全一样。

9.简述原核生物DNA的复制特点。

①原核生物DNA复制叉的移动速率通常快于真核生物；

②原核生物每条染色质上只有一个复制起始点，真核生物可以有多处；

③快速生长的原核生物中复制起始点上可以连续开始新的DNA复制，表现为虽只有一个复制单元，但可有多个复制叉。而真核生物的染色体在全部完成复制之前，每个起始点上DNA的复制不能再开始。

10.什么是DNA的Tm值？他受哪些因素的影响？

T m值即DNA的解链温度，指DNA在加热变性过程中吸光度达到最大值一半时的温度。其大小主要与下列因素相关：

①DNA中的G+C的含量。G+C的含量越高，DNA的T m值也越高。

②溶液中的离子强度。在离子强度较低的介质中，DNA的T m值较低而范围宽；在较高离子强度下，T m值较高而范围窄。

③DNA的均一性。均质DNA解链温度范围较小，异质DNA解链温度范围较宽。

11.DNA复制时为什么前导链是连续复制，而后随链是以不连续的方式复制？并以大肠杆

菌为例简述后随链复制的各个步骤。

由于DNA双螺旋的两条链是反向平行的，因此在复制叉附近解开的DNA链一条是5’