1、中国科学院硕士分子遗传学-试题 2 及答案解析(总分：68.00，做题时间：90 分钟)一、论述题(总题数：10，分数：68.00)1.请说明三种最主要的真核生物核基因转录的前体 mRNA 的转录后修饰加工与涉及到的最主要酶类或作用因子。（分数：10.00）_2.微卫星 DNA(microsatellite)（分数：2.00）_3.Alu 序列（分数：2.00）_4.一双链 DNA 分子如下所示，在体内它编码五个氨基酸残基的多肽：FAC ATG ATC ATT TCA CGG AAT TTC TAG CAT GTAATG TAC TAG TAA AGT GCC TTA AAG ATC GTA
2、CAT(1)哪条链是转录的模板链?(2)写出该五个氨基酸残基的多肽。（分数：10.00）_5.rRNA; hnRNA（分数：2.00）_6.请说明 EF-G 因子在蛋白质生物合成中的作用。（分数：10.00）_7.以乳糖操纵子(lac operon)为例，说明什么是顺式作用要素(cisacting element)?什么是反式作用因子(transacting factor)?它们各自如何发挥作用?（分数：10.00）_8.依赖于 DNA 的 DNA 聚合酶所催化的反应的忠实性要比依赖于 RNA 的 DNA 聚合酶所催化的反应的忠实性要高得多。请说明其机理。（分数：10.00）_9.intron
3、; exon（分数：2.00）_10.大肠杆菌有几种 DNA 聚合酶(DNA polymerase)?试简述其主要特征及主要功能。（分数：10.00）_中国科学院硕士分子遗传学-试题 2 答案解析(总分：68.00，做题时间：90 分钟)一、论述题(总题数：10，分数：68.00)1.请说明三种最主要的真核生物核基因转录的前体 mRNA 的转录后修饰加工与涉及到的最主要酶类或作用因子。（分数：10.00）_正确答案：(真核基因转录的前体 mRNA(hnRNA)的转录后修饰加工主要有以下形式：15帽子结构。在 mRNA 的 5端都具有一个称为“帽子”的特殊结构，这就是在 5端的鸟嘌呤的 N-7位
4、上被甲基化成 7-甲基鸟苷(m 7G)。不同的真核生物的 mRNA 具有不同的帽子，同一种真核生物也常具有不同的帽子。N7-甲基鸟嘌呤核苷酸部分称为帽子 0，其符号为 m2GpppX。单细胞的真核生物(如酵母)只具有帽子 0。如果在原来转录物的第一个核苷酸的 2-O 位上产生甲基化，则构成帽子 1(包括帽子 0 部分)，其符号为 m2 GpppXm。这是除了单细胞真核生物外的其余真核生物的主要帽子形式。在高等真核生物中，如果第一个核苷酸是 A 的话，则在 A 的 N-6 位上还有一个甲基。在有些真核生物中，第二个核苷酸(可以为 A、G、C、U 中的任何一个)的 2-O 位上还可以再产生甲基化，
5、构成帽子 2(包括帽子 1 部分)，其符号为 m7 GpppXmpYm。帽子 2 一般只占戴帽子 mRNA 的 10%15%以下。mRNA 的 5帽子结构是由一系列的酶促反应生成的。在这些反应中，甲基供体都为 S-腺苷甲硫氨酸(SAM)，失去甲基后变为 S-腺苷高半胱氨酸(SAH)。反应(2)中的 RNA 鸟苷酸基转移酶常被称为戴帽酶(capping enzyme)。2多聚(A)尾巴。大多数的真核 mRNA 都具有 3末端的多聚(A)尾巴。具有这种特征的 mRNA 表示为poly(A)+；不具这一特征的则写作 poly(A)-。多聚(A)尾巴大约为 200b。多聚(A)尾巴不是由 DNA 编码
6、的，而是在一个 300kDa 的 RNA 末端腺苷酸转移酶催化之下，以 ATP 为前体，一个一个地聚合到 mRNA 的 3末端。其反应如下：多聚核糖核苷酸 )解析：2.微卫星 DNA(microsatellite)（分数：2.00）_正确答案：(微卫星 DNA(microsatellite)：微卫星 DNA 是指以少数几个核苷酸(多数为 24 个)为单位多次串联重复的 DNA 序列，人们也称之为简单序列重复、短串联重复或简单序列长度多态性。)解析：3.Alu 序列（分数：2.00）_正确答案：(Alu 序列：在大多数哺乳动物高丰度的短散布重复序列家族中都含有 Alu 序列，Alu 族序列成员众
7、多，大约有 300 000 个。每个长度约 300bp，在其第 170 位附近都有 AGCT 这样的序列，可以被限制性内切酶 Alu I 所切割(AGCT)，故称这些重复序列为 Alu 序列。无论从 Alu 族序列的长度还是从其重复频率上看，Alu 族序列都更像高度重复序列，然而它们不同于高度重复序列的串联集中分布，而是广泛散布在非重复序列之间。)解析：4.一双链 DNA 分子如下所示，在体内它编码五个氨基酸残基的多肽：FAC ATG ATC ATT TCA CGG AAT TTC TAG CAT GTAATG TAC TAG TAA AGT GCC TTA AAG ATC GTA CAT(1
8、)哪条链是转录的模板链?(2)写出该五个氨基酸残基的多肽。（分数：10.00）_正确答案：(上边的链是转录的模板链，即(2)转录后形成以下一段 RNA，其碱基组成为)解析：5.rRNA; hnRNA（分数：2.00）_正确答案：(rRNA：核糖体 RNA。它是组成核糖体的主要成分，rRNA 一般与核糖体蛋白结合在一起，形成核糖体。rRNA 是单链，它包含不等量的 A 和 U，以及 G 与 C，有广泛的双链区域，在那里，碱基由氢键相连，表现为发夹式螺旋。rRNA 主要有 5S、16S、23S、5.8S、18S 等几种。hnRNA：核内不均一 RNA。编码序列不连续的间断基因为断裂基因。不连续的断
9、裂基因的表达程序是：先转录为初级转录物，即 hnRNA，也就是带有内含子产物的前体 mRNA，在 hnRNA 进入细胞质时，内含子转录产物被切割，只有外显子转录的区段重新连接起来，成为成熟的 mRNA。)解析：6.请说明 EF-G 因子在蛋白质生物合成中的作用。（分数：10.00）_正确答案：(当完整的核糖体在起始密码子形成以后，P 位已被携带(甲酰)甲硫氨酸的起始 tRNA 所充满，而 A 位仍然空着。如果不考虑密码子和反密码子配对的话，则除起始 tRNA 之外的任何一种 tRNA 都可以进入 A 位。然而，tRNA 进入 A 位不是自发进行的，而是需要延伸因子 EF。延伸因子有三种：一种是
10、热不稳定的，叫做 EF-Tu；一种是热稳定的，叫做 EF-TS；第三种是依赖于 GTP 的延伸因子 EF-G，又称转位因子。EF-Tu 首先与 GTP 结合，然后与氨酰 tRNA 结合形成三元复合物。这样的三元复合物才能够进入核糖体的A 位。其中 GTP 的存在是氨酰 tRNA 能够进入 A 位的先决条件之一，但并不需要 GTP 的水解。一旦进入 A位以后，GTP 立即水解成 GDP，EF-Tu、GDP 这个二元复合物就与氨酰 tRNA 解离而释放出来。只有这时，肽基转移酶才能把位于 P 位的甲酰甲硫氨酰基或肽基转移到 A 位的氨酰 tRNA 氨基上并形成第一个肽键或新的肽键。这一步的关键是
11、GTP 的水解和 EF-TuGDP 的释放。现在已有充足的证据说明 GTP 的存在及其水解释放与氨酰 tRNA 进入 A 位点和肽键形成的关系。人们使用一个不能被水解的 GTP 同系物 GMP-PCP，其中 C 代表连接 和 磷原子的亚甲基而不是 GTP 中的氧原子。利用这种同系物照样能够形成三元复合物，然后进入 A 位，但是肽键不能形成。这就说明三元复合物的形成及其进入 A 位点所需的是 GTP 的存在而不是它的水解。GTP 水解后，EF-TuGDP 就不能有效地与氨酰tRNA 结合，这说明鸟嘌呤核苷酸控制着 EF-Tu 的分子构象。对于肽键的形成，不但需要 GTP 水解，而且需要 EF-T
12、uGDP 的释放。人们用黄霉素抑制 EF-Tu 的功能。当 EF-Tu 与黄霉素结合以后，照样能够形成三元复合物并使氨酰 tRNA 进入 A 位，GTP 也照常水解，但 EF-TuGDP 不能从核糖体释放下来。其继续存在妨碍了肽-tRNA 和氨酰 tRNA 之间肽键的生成。其结果是蛋白质合成停滞不前。当肽键在 A 位上形成之后，也只有在这个时候，转位因子 EF-G 和 GTP 才能够结合上来。EF-G 与 GTP 可能形成很松弛的复合物，也可能二者在肽键形成之后直接结合到核糖体上来。同样，这种结合需要的是 GTP的存在而不是 GTP 的水解。因为 GMP-PCP 照样能促进这种结合。然后，由核
13、糖体中具有 GTP 酶活性的某种蛋白质将 GTP 水解，在 A 位生成的肽-tRNA 才能转移到 P 位，同时将原来 P 位上空载的 tRNA 逐出核糖体，mRNA 也移动了一个密码子。在转位以后，EF-G 和 GDP 必须释放出来，下一个氨酰 tRNA 的三元复合物才能进入 A 位。有一种抗生素叫甾酸霉素能够使核糖体停在转位后的状态。这是因为甾酸霉素稳定了 EF-GGDP 与核糖体的复合物，使下一个氨基酸不能加到肽链上来。由上可知，只有 EF-Tu 离开核糖体以后，EF-G 和 GTP 才能结合上来。同样，只有 EF-G 离开核糖体后，新的氨酰 tRNA 三元复合物才能进入 A 位。现在还不
14、知道延伸因子互相排斥的现象是否由于这些因子对核糖体上互相重叠的结合位点的竞争而引起的。人们已知一种药物硫链丝菌素能抑制两种延长因子的结合。然而有一点是必需的，那就是 P 位点和 A 位点的状态。只有当 P 位点被肽-tRNA 占据而 A 位点空着时，氨酰tRNA 三元复合物才能进入 A 位点；只有当肽键生成后，肽基转移到 A 位的氨酰 tRNA 上，P 位 tRNA 空载，EF-G 和 GTP 才能结合到核糖体上来。加上鸟嘌呤核苷酸控制着这两种延伸因子构象，从而改变了它们对于核糖体的亲和力，使一种因子与核糖体的结合与释放有序地进行。这样，两种延伸因子就能交替地与核糖体发生相互作用，使肽键合成和
15、转位作用有条不紊地进行。)解析：7.以乳糖操纵子(lac operon)为例，说明什么是顺式作用要素(cisacting element)?什么是反式作用因子(transacting factor)?它们各自如何发挥作用?（分数：10.00）_正确答案：(顺式作用要素是指 DNA 分子上对基因表达有调节活性的某些特定的调控序列，其活性仅影响与其自身处于同一 DNA 分子上的基因，这种 DNA 序列多位于基因旁侧或内含子中，不编码蛋白质。真核生物的顺式作用元件可分为启动子、增强子以及沉默子(沉默基因)。顺式作用元件可以通过改变模板的总体结构，或将模板固定在细胞核内特定的位置，促进 RNA 聚合酶
16、在 DNA 链上的结合和滑动，有的还可以为RNA 聚合酶或其他一些反式作用因子进入染色质提供一种“进入位置”。反式作用因子是指不同染色体上基因座编码的、能直接或间接地识别或结合在各顺式作用元件 812bp 核心序列上并参与调控靶基因转录效率的结合蛋白。这类 DNA 结合蛋白与不同识别序列之间在空间结构上相互作用，以及蛋白质与蛋白质之间的相互作用，构成了复杂的基因转录调控机制的基础。)解析：8.依赖于 DNA 的 DNA 聚合酶所催化的反应的忠实性要比依赖于 RNA 的 DNA 聚合酶所催化的反应的忠实性要高得多。请说明其机理。（分数：10.00）_正确答案：(DNA 聚合酶的种类很多，它们在细
17、胞 DNA 复制过程中起着重要的作用。DNA 聚合酶有 DNA 聚合酶、三类，这些酶的共同特点在于它们都能够把脱氧核糖核苷酸连续地加到双链 DNA 分子引物链的 3-OH 末端，催化核苷酸的聚合作用，这些酶作用时需要以 DNA 作模板，合成产物的序列与模板互补，所以这些酶又称为依赖于 DNA 的 DNA 聚合酶。反转录酶是以 RNA 为模板，按 RNA 中的核苷酸顺序合成 DNA，是与一般转录过程中遗传信息流从 DNA 到RNA 的方向相反，所以又可称为依赖于 RNA 的 DNA 聚合酶。它最早在致瘤 RNA 病毒中首先发现，最普遍使用的则是来源于鸟类骨髓母细胞瘤病毒的反转录酶。依赖于 DNA
18、 的 DNA 聚合酶所催化的反应的忠实性要比依赖于 RNA 的 DNA 聚合酶所催化的反应的忠实性要高得多。其主要原因是依赖于 DNA 的 DNA 聚合酶具有 35外切活性。35外切活性可以删除引物 3末端错误插入的核苷酸，称为校正阅读。这一功能对于提高 DNA 合成的真实性起着重要作用。缺失 35外切活性的大肠杆菌聚合酶催化 DNA 合成时出现错误几率增高550 倍。因此，35外切活性可以使 DNA 真实性提高 12 个数量级。大肠杆菌 DNA 聚合酶与 DNA 结合可有二种状态：一种是聚合状态，即引物 3末端在酶的聚合活性附近；另一种是删辑状态，引物 3末端位于 35外切活性位点，当酶处于
19、删辑状态时，引物 3末端拆开至少 4bp，3端才能结合到 35外切活性位点。引物 3末端局部融开结合到外切活性位点而被水解。错配对的末端核苷酸更容易融开，即使在 0也被水解。因此 DNA 聚合酶的聚合状态与删辑状态之间的转换是酶与模板一引物相互作用的结果。Klenow 片段的两个结构域中，大结构域的直径约 2.22.4nm的带正电荷的深沟，DNA 结合在这个活性部位里并穿过，较小的结构域可能是底物 dNTP 结合区域。当 DNA结合到酶深沟内，柔性很大的蛋白质的次结构域就可以合拢起来。DNA 复制时 DNA 只能在沟内向前或向后穿滑过去。DNA 模板一引物的 3末端如果含有错配对，末端融化而
20、DNA 外形变形，使它不容易滑过直径2.22.4nm 的沟，造成阻塞，延长同 35外切活性的校正接触，将导致错配对碱基切除。)解析：9.intron; exon（分数：2.00）_正确答案：(exon：外显子。原初转录物通过 RNA 拼接反应而保留于成熟 RNA 中的序列或基因中与成熟RNA 相对应的 DNA 序列。intron：内含子。在原初转录物中通过 RNA 拼接反应而被去除的 RNA 序列或基因中与这种 RNA 序列相应的DNA 序列。)解析：10.大肠杆菌有几种 DNA 聚合酶(DNA polymerase)?试简述其主要特征及主要功能。（分数：10.00）_正确答案：(在大肠杆菌中，相继发现了三种 DNA 聚合酶，其中以 DNA 聚合酶为主要的聚合酶。三种DNA 聚合酶的特性及主要功能如下表所示：)解析：
