1、南开大学分子生物学真题 2009 年及答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释与翻译(总题数：10，分数：40.00)1.Molecular biology（分数：4.00）_2.Stem cell（分数：4.00）_3.Apoptosis（分数：4.00）_4.Microarray（分数：4.00）_5.Reporter gene（分数：4.00）_6.Promoter（分数：4.00）_7.Motif（分数：4.00）_8.ubiquitin（分数：4.00）_9.Transfection（分数：4.00）_10.RNA editing（分数：4.00）_二、简答题
2、(总题数：5，分数：50.00)11.设计 PCR 引物的基本原则?（分数：10.00）_12.何谓 RNAi 和 microRNA?两者在概念和应用上有何区别?（分数：10.00）_13.何谓蛋白质组学?在技术上有何特点?（分数：10.00）_14.举例说明研究蛋白质间相互作用的实验方法及其作用原理?研究蛋白质间相互作用(protein-protein interaction)的方法有很多，可分为体内和体外两大类，这里只列举部分方法。（分数：10.00）_15.举出 4 种常用的分子生物学基本实验技术，并说明其作用?分子生物学实验技术有很多，这里列出五种供参考。（分数：10.00）_三、论述
3、题(总题数：4，分数：60.00)16.如何克隆一个基因?然后如何研究该基因的基本功能?（分数：15.00）_17.蛋白质可以有哪些修饰?其作用是什么?新生肽链需经一系列后期加工才能形成有活性蛋白质，如 N 端起始氨基酸的切除和二硫键的形成。但蛋白质修饰更侧重于指代新生蛋白在氨基酸残基上形成的共价修饰。这一直是科学上的重要话题，至今文献报道已有超过 200 种修饰。新生蛋白的共价修饰不仅是蛋白质最终获得正确结构和功能的必备步骤，对蛋白质的共价修饰也是基因表达调控的重要过程。（分数：15.00）_18.试比较真核生物和原核生物的特点?（分数：15.00）_19.请提出一套实验设计方案，研究癌症发
4、生的分子机制?（分数：15.00）_南开大学分子生物学真题 2009 年答案解析(总分：150.00，做题时间：90 分钟)一、名词解释与翻译(总题数：10，分数：40.00)1.Molecular biology（分数：4.00）_正确答案：(即分子生物学，是从分子水平研究生物大分子的结构与功能，从而阐明生命现象本质的科学。通过研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。自 20世纪 50 年代以来，分子生物学是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质核酸体系(中心是分子遗传学)和蛋白质脂质体系(即生物膜)。现代化学和物理学理论、技术
5、和方法的应用动了生物大分子结构功能的研究，从而出现了近 30 年来分子生物学的蓬勃发展。)解析：2.Stem cell（分数：4.00）_正确答案：(即于细胞，是一类具有自我复制能力(self-renewing)的多潜能细胞，由于未究分分化，在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞。根据干细胞所处的发育阶段可分为胚胎干细胞(embryonic stem cell，ES 细胞)和成体干细胞。(someatic stem cell)。根据干细胞的发育潜能分为三类：全能干细胞(totipotent stem cell)、多能干细胞(pluripotent stem cell)和单能干细胞(unipot
6、ent stem cell)。干细胞具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称为“万用细胞”。)解析：3.Apoptosis（分数：4.00）_正确答案：(细胞凋亡，是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主程序性死亡。细胞凋亡与被动的细胞坏死不同，细胞凋亡是一个主动的过程。它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，并不是病理条件下自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。)解析：4.Microarray（分数：4.00）_正确答案：(即微阵列，按特定的排列方式，将大量基因探针/基因片段固定在硅片、玻片和塑料片上，通过计算机处理、高效、大规模获取相关生物信息
7、的生物技术。目前，该技术已用于基因表达谱分析、新基因发现、基因突变、基因多态性分析、药物筛选和基因测序及疾病的诊断。)解析：5.Reporter gene（分数：4.00）_正确答案：(报告基因。一种编码可被检测的蛋白质或酶的基因，即表达产物非常容易被鉴定的基因。把它的编码序列和基因表达调节序列相融合形成嵌合基因，或与其他目的基因相融合，在调控序列控制下进行表达，利用它的表达产物来标定目的基因的表达调控，筛选得到转化体。作为报告基因，在遗传选择和筛选检测方面必须具有以下条件：已被克隆和全序列已测定；表达产物在受体细胞中本不存在，即无背景，在被转染的细胞中无相似的内源性表达产物；其表达产物能进行
8、定量测定。)解析：6.Promoter（分数：4.00）_正确答案：(即启动子，能被 RNA 聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段 DNA 序列，是基因(gene)的一个组成部分，控制基因表达(转录)的起始时间和表达的程度。转录因子可与启动子结合调节转录，启动子部分发生改变(突变)将导致基因表达的调节障碍。)解析：7.Motif（分数：4.00）_正确答案：(即模体，指蛋白质分子结构中介于二级结构与三级结构之间的一个结构层次，又称超二级结构(super-secondary structure)。在蛋白质(特别是球蛋白)中，经常可以看到由若干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形成的有规
9、则、在空间上能辨认的二级结构组合体。)解析：8.ubiquitin（分数：4.00）_正确答案：(即泛素，又叫泛蛋白。一种 76 个氨基酸残基的高度保守的热稳定的小分子蛋白质，最初从牛胸腺分离，随后发现存在于所研究的所有组织的细胞中，包括动物、酵母、细菌和高等植物。泛素因其广泛存在于核内和胞质中的分布特性而得名。它与蛋白质发生依赖于 ATP 的反应，结果是其末端与蛋白质的赖氨酸氨基综合。它的主要功能是标记需要分解掉的蛋白质，使其被水解。)解析：9.Transfection（分数：4.00）_正确答案：(转染，指真核细胞由于外源 DNA 掺入而获得新的遗传标志时过程。常埁转染技术可分为两大类，一
10、类是瞬时转染，一类是稳定转染(永久转染)，前者外源 DNA 不整合到宿主染色体中，因此一个宿主细胞中可存在多个拷贝数，产生高水平的表达，但通常只持续几天，多用于启动子和其他调控元件的分析。后者也称稳定转染，外源 DNA 既可以整合到宿主染色体中，也可能作为一种游离体(episome)存在。转染技术的选择对转染结果影响也很大，许多转染方法需要优化条件，如 DNA 与转染试剂比例、细胞数量、培养及检测时间等。)解析：10.RNA editing（分数：4.00）_正确答案：(RNA 编辑，RNA 编辑是指在 mRNA 水平上改变遗传信息的过程。基因转录产生的 mRNA 分子中，由于核苷酸的缺失，插
11、入或置换，基因转录物的序列不与基因编码序列互补，使翻译生成的蛋白质的氨基酸组成，不同于基因序列中的编码信息现象。)解析：二、简答题(总题数：5，分数：50.00)11.设计 PCR 引物的基本原则?（分数：10.00）_正确答案：(1)一对引物，与 3端互补。(2)长度：1530 个核苷酸。(3)碱基分布随机。(4)引物内、引物间尽量避免互补序列。(5)引物与非特异扩增区无同源性。(6)3端必须互补，5端可游离(可添加酶切位点或保护碱基)。)解析：12.何谓 RNAi 和 microRNA?两者在概念和应用上有何区别?（分数：10.00）_正确答案：(RNAi 即 RNA 干扰(RNA int
12、erference)，指利用双链小 RNA 高效、特异性降解细胞内同源 mRNA从而阻断靶基因表达，使细胞出现靶基因缺失的表型的技术。与基因敲除不同，RNA 干扰导致的基因活性下调一般是不完全的，所以又称为 knock-down。microRNA 一般在生物体内行使基因调控功能。产生于细胞内的非编码茎环结构被 Dicer 剪接成 21-22nt的短链，形成成熟的 microRNA。成熟的 microRNA 与 microRNP 核蛋白复合体结合，识别靶基因 mRNA 并与之结合互补成双链分子，最终造成双链分子降解，从而阻碍靶基因 mRNA 的翻译。在动物中，成熟的单链microRNA 与蛋白复
13、合物 microRNP 结合引导复合物通过部分互补结合到 mRNA 的 3UTR 区，阻止翻译。区别：RNAi 技术是基于外源的双链小 RNA 分子对靶标 mRNA 进行降解，而 microRNA 是内源产生的，围绕microRNA 的技术一般也是基于对内源 microRNA 能的调控来实现对靶标基因 mRNA 的调节。)解析：13.何谓蛋白质组学?在技术上有何特点?（分数：10.00）_正确答案：(1)蛋白质组(proteome)是指一种基因组所表达的全套蛋白质，包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质。蛋白质组本质上指的是在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰
14、，蛋白屯蛋白相互作用，由此获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识。基于蛋白质组的研究学科就是蛋白质组学(proteomics)。(2)蛋白质组学注重研究参与特定生理或病理状态的所有的蛋白质种类及其周围环境(分子)的关系。因此蛋白质组学的研究手段通常是高通量快速的自动化系统配合相应分析软件和数据库，研究者可以在最短的时间内处理最多的数据。核心技术是双向电泳和质谱。)解析：14.举例说明研究蛋白质间相互作用的实验方法及其作用原理?研究蛋白质间相互作用(protein-protein interaction)的方法有很多，可分为体内和体外两大类，这里只列举部分方法。（分数：
15、10.00）_正确答案：(1)体内(in vivo)研究方法：1)酵母双杂交体系。利用真核生物转录调控因子的组件式结构特征，将 DNA 结合结构域(BD)与转录激活结构域(AD)分开融合到两个不同的蛋白上，当两个蛋白发生相互作用，BD 和 AD 起作用，激活下游报告基因转录。该技术可用于筛选与靶蛋白相互作用的未知蛋白。2)荧光共振能量转移(FRET)。当供体荧光分子荧光光谱与受体荧光分子的激发光谱相重叠时，供体荧光分子的激发能诱发受体分子发出荧光，同时供体荧光分子自身的荧光强度衰减，这种现象称为荧光共振能量转移。FRET 程度与供、受体分子的空间距离紧密相关，随着距离延长而减弱。利用这项技术可
16、以检测细胞内两个蛋白间是否有相互作用。(2)体外(in vitro)研究方法：1)Far Western 印迹技术。一种基于 western blotting 的一种分子生物学方法。使用常规放射自显影技术，而不是抗体标记，可以检测能够与目标蛋白结合的非抗体蛋白质。2)GST 融合蛋白沉降技术。利用 GST 对谷胱甘肽偶联的琼脂糖球珠的亲和性，从混合样品中纯化得到相互作用蛋白。可用于确定探针蛋白与未知蛋白的相互作用，也可用于证明探针蛋白与已知蛋白的相互作用。3)蛋白质芯片技术。大规模筛选蛋白互作的技术。4)免疫共沉淀技术(Co-IP)。利用抗原抗体结合特性而发展的一门技术。抗体将相应特定分子沉淀
17、的同时，与该分子特异性结合的其他分子也会被带着一起沉淀出来的技术。这种技术常用于验证蛋白质之间相互特异性结合。)解析：15.举出 4 种常用的分子生物学基本实验技术，并说明其作用?分子生物学实验技术有很多，这里列出五种供参考。（分数：10.00）_正确答案：(1)凝胶电泳，以 DNA 样品检测或鉴定为例，最常用的方法就是通过凝胶电泳观察条带。利用琼脂糖或聚丙烯酰胺配制成一定浓度的凝胶，将 DNA 样品分孔道点入后，在电流作用下 DNA 由负极向正极移动。不同大小的 DNA 移动速度不同，用溴化乙锭(EB)染色之后放置在紫外光下观察，与标准样品(marker)比较后便可以十分敏感而方便地检测出凝
18、胶介质中 DNA 的谱带部位。此法可用于 PCR 产物和酶切产物等 DNA 样品的鉴定，也可用于 DNA 纯化。(2)Northern blotting 杂交技术，这是较为传统的实验方法。用 DNA 探针检测特异序列的 RNA。首先从待研究组织或细胞中提取全 RNA，在变性琼脂糖凝胶电泳中分离，再把 RNA 条带转移到纤维膜上，进行一定处理后用 32P 探针与膜杂交，放射自显影检测特定 RNA 条带。此方法主要检测特异 mRNA 分子大小及表达量，以分析细胞生长发育过程中特定基因的作用。(3)PCR，全称为 polymerase chain reaction，即聚合酶链式反应。这是现代分子生物
19、学中基因扩增最常用技术之一。利用两种寡核苷酸引物分别与特异性 DNA 区段的正链和负链末端互补，经过模板 DNA 变性，模板 DNA引物的配对，在 DNA 聚合酶作用下发生引物延伸反应，3 个反应阶段后生成新的子代 DNA 双链。多次循环后可得到大量目标 DNA 片段。PCR 技术具有操作简便、省时、灵敏度高对原始材料的质和量要求低的特点，使得 PCR 技术一经问世就被迅速而广泛地用于各个领域，如基因克隆、疾病诊断、新子鉴定等。(4)酵母双杂交体系。利用真核生物转录调控因子的组件式结构特征，将 DNA 结合结构域(BD)与转录激活结构域(AD)分开融合到两个不同的蛋白上，当两个蛋白发生相互作用
20、，BD 和 AD 起作用，激活下游报告基因转录。该技术可用于筛选与靶蛋白相互作用的未知蛋白。(5)染色体步移法。与目标克隆基因连锁近遗传标志出发，以其为探针在基因组文库中筛选片段，阳性克隆末端的限制性片段进而被用做探针从基因组中筛选重叠区域。反复操作后即可实现在染色体上“步移”到目标基因的准确位点。这项技术称为染色体步移技术。染色体步移技术可以实现从已知最近位点(EST或其他连锁基因)克隆基因，获取新物种中基因的非保守区域从而获得完整的基因序列，或鉴定插入位点。)解析：三、论述题(总题数：4，分数：60.00)16.如何克隆一个基因?然后如何研究该基因的基本功能?（分数：15.00）_正确答案
21、：(1)基因克隆：1)选取感兴趣的基因高表达的组织或细胞，提取 RNA，随机引物进行反转录得到 cDNA，依据感兴趣基因两端的序列设计引物(两端有酶切位点)，用反转录所得 cDNA 作模板进行 PCR，扩增感兴趣目的基因，对纯化的 PCR 产物及选好的合适克隆载体进行酶切，凝胶电泳回收，连接，转化入宿主细胞(一般为大肠杆菌)，在抗性平板上筛选，挑取克隆进行鉴定(提取质粒酶切验证或用针对 cDNA 设计的 PCR 引物进行菌落 PCR 筛选)。将正确的菌体克隆中的质粒提取纯化，记得到感兴趣基因的克隆。2)用 1)鉴定正确的质粒转化表达型宿主细胞，诱导表达大量目的基因产物(如多数质粒载体都可用 I
22、PTG诱导)，SDS-PAGE 鉴定目的蛋白是否已表达且大小符合预期，大量表达，收集宿主菌体，超声破碎细胞，用层析等方法纯化蛋白，即得大量目的蛋白。(2)功能研究：体外，以所获目的蛋白为诱饵进行酵母双杂交，了解此蛋白质与已知功能的蛋白间的相互作用情况，初步预测了解其功能；利用纯化的蛋白制备抗体，对不周组织活细胞进行 Western Blot实验，观察其表达特异性；可进行转基因实验进行过表达或 RNAi，从上调和下调两个角度了解此蛋白在活体的功能。)解析：17.蛋白质可以有哪些修饰?其作用是什么?新生肽链需经一系列后期加工才能形成有活性蛋白质，如 N 端起始氨基酸的切除和二硫键的形成。但蛋白质修
23、饰更侧重于指代新生蛋白在氨基酸残基上形成的共价修饰。这一直是科学上的重要话题，至今文献报道已有超过 200 种修饰。新生蛋白的共价修饰不仅是蛋白质最终获得正确结构和功能的必备步骤，对蛋白质的共价修饰也是基因表达调控的重要过程。（分数：15.00）_正确答案：(1)糖基化。包括 N糖基化和 O糖基化，影响肽链的折叠和蛋白质的分选定位。(2)磷酸化。在多肽链丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的羟基上，参与细胞信号转导和基因表达调控。(3)甲基化。影响组蛋白与蛋白质和其他分子的相互作用。(4)羟基化。胶原蛋白前 链上的脯氨酸和赖氨酸残基产生羟脯氨酸和羟赖氨酸，从而加强张力强度稳定蛋白质。(5)乙酰化。防止肽链降
24、解。(6)羧基化。在谷氨酸位点上的羧基化可以引进钙离结合位点。(7)碘化。酪氨酸位点上的碘化是甲状腺合成通路中的重要反应。(8)泛素化。细胞内一些短周期蛋白被泛素化后以被降解。(9)ADP核糖化。调节某些酶的生物活性。)解析：18.试比较真核生物和原核生物的特点?（分数：15.00）_正确答案：(1)细胞整体结构。真核生物细胞内存在多种膜包被细胞器，而原核生物细胞器较少。原核细胞无真核生物的典型核结构。(2)染色体特点。1)原核染色体结构特点：DNA 裸露，无核小体结构；DNA 为环状，分子较小，集中分布在拟核区域；DNA由环或结构域组成，并且这些结构的末端与细胞膜间存在联系蛋白从而被固定在膜
25、上，单个结构是单独的负超螺旋，环形结构由于大量的 DNA 结合蛋白存在相互作用而被进一步束缚，这类蛋白被称为类组蛋白，具有压缩 DNA 作用；以操纵子模型为核心。2)真核染色体结构特点：DNA 与组蛋白结合，形成核小体结构；DNA 为较大的线性分子，在核内组装；真核生物染色质结构主要包含 200bp DNA 与由 4 种组蛋白分子构成的八聚体核心，DNA 与八聚体紧密结合形成核小体。核小体结构进一步压缩成直径 30nm 的纤丝，再进一步组装成高度有序的左手螺旋式螺线管结构。高级结构形成核基质；无操纵子结构。(3)复制。真核原核生物 DNA 复制过程都是半保留、半不连续复制形式，都涉及到 DNA
26、 聚合酶、连接酶等多种酶和蛋白因子的参与。但区别也有很多：原核生物基因组有一个复制子，真核生物有多个；原核的复制速度比真核的快；原核生物的复制引物是由引物酶催化合成的，真核生物的引物由 DNA 聚合酶 催化合成；真核生物端粒 DNA 合成由端粒酶催化完成，原核生物无此类结构。(4)基因表达与调控：原核生物在细胞结构、基因组和染色体结构上相比真核生物更为简单，原核生物细胞内基因的转录和翻译在同一时间空间内进行，基因的表达调控主要在转录水平进行，属于瞬时调控或可逆调控。原核生物通过由结构基因、调节基因及由调控基因产物所识别的控制序列(启动子、操纵基因)等所组成的操纵子对基因的表达进行调节。(5)真
27、核生物有细胞核结构，转录和翻译过程在时间和空间上都被分割开，而且转录和翻译都有复杂的信息加工过程，其基因表达调控发生在各个阶段的不同水平上。)解析：19.请提出一套实验设计方案，研究癌症发生的分子机制?（分数：15.00）_正确答案：(1)通过筛选找到一系列与癌症发生有关的基因，具体方法有基因表达谱分析、RT-PCR 等。(2)对候选基因逐个进行进一步研究，鉴定其属于原癌基因还是抑癌基因。1)检测该基因所表达蛋白在肿瘤组织中和正常细胞中的表达量。如果和正常组织相比，在癌细胞中该蛋白表达量很低甚至没有，该基因很可能是肿瘤抑制基因(tumor uppressor gene)。如果相比之下癌组织中该蛋白高表达，则该基因是癌基因(oncogence)。2)进一步实验：敲除该基因在正常细胞系中的表达或抑制该基因表达，观察细胞转化的效果，与肿瘤组织进行比较分析。如果该基因被抑制后，细胞分裂性增强，可初步确定该基因为肿瘤抑制基因。若减弱分裂则确定是癌基因。(3)对已分析的各个基因上下游通路的关系通过遗传学手段予以研究。综合以上手段，可得出关于癌症发生的初步分子机制。)解析：
