分子生物学题库

4．DNA复制中，假定都从5’→3’同样方向读序时，新合成DNA链中的核苷酸序列同模板链一样。

答案：4．错误。尽管子链与亲本链因为碱基互补配对联系起来，但子链上核苷酸序列与亲链有很大不同。

5．DNA的5’→3’合成意味着当在裸露3'-OH的基团中添加dNTP时，除去无机焦磷酸DNA链就会伸长。 答案：5.正确

6．在先导链上DNA沿5’一3’方向合成，在后随链上则沿3’→5’方向合成。

答案：6．错误。所有DNA合成均沿5’→3’方向。后随链上的DNA以短片段合成，然后连接起来，所以后随链沿3’→ 5’方向增长。

7．如果DNA沿3’→5’合成，那它则需以5’三磷酸或3’脱氧核苷三磷酸为末端的链作为前体。

答案：7.正确 8．大肠杆菌DNA聚合酶缺失3’→5’校正外切核酸酶活性时会降低DNA合成的速率但不影响它的可靠性。

答案：8．错误。缺乏3’→5’的校正外切核酸酶活性，DNA合成将更易出错。

9．DNA的复制需要DNA聚合酶和RNA聚合酶。 答案：9.正确

10．复制叉上的单链结合蛋白通过覆盖碱基使DNA的两条单链分开，这样就避免了碱基配对。

答案：10．错误。单链结合蛋白通过与磷酸骨架结合使DNA单链相互分开，它们离开暴露的碱基，所以那些碱基可以作为DNA合成的模板。 11．只要子链和亲本链中的一条或两条被甲基化，大肠杆菌中的错配校正系统就可以把它们区别开来，但如果两条链都没有甲基化则不行。

答案：11．错误。依靠甲基化的修复系统依赖于亲本链上的甲基，这些甲基在子链上是缺失的，以便识别两条链。

12．大肠杆菌、酵母和真核生物病毒DNA的新一轮复制是在一个特定的位点起始的，这个位点由几个短的序列构成，可用于结合起始蛋白复合体。 答案：12.正确

13．拓扑异构酶Ⅰ之所以不需要ATP来断裂和重接DNA链，是因为磷酸二酯键的能量被暂时储存在酶活性位点的磷酸酪氨酸连接处。 答案：13.正确

14．酵母中的拓扑异构酶Ⅱ突变体能够进行DNA复制，但是在有丝分裂过程中它们的染色体不能分开。 答案：14.正确

15．靠依赖于DNA的DNA聚合酶Ⅰ所进行的DNA复制要求有作为一个引发物的游离3'-OH的存在。游离的3’—OH可以通过以下三种途径获得：合成一个RNA引物、DNA自我引发或者一个末端蛋白通过磷酸二酯键共价结合到一个核苷酸上。 答案：15.正确

16．当DNA两条链的复制同时发生时，它是由一个酶复合物，即DNA聚合酶Ⅲ负责的。真核生物的复制利用三个独立作用的DNA聚合酶，Poiα的一个拷贝(为了起始)和Polδ的两个拷贝(DNA多聚体化，当MFl将RNA引发体移去之后填入)。 答案：16.正确

17．从oriλ开始的噬菌体复制的起始是被两个噬菌体蛋白O和P所控制的。在E．coli中O

和P是DnaA和DnaC蛋白的类似物。基于这种比较，O蛋白代表一个解旋酶，而P蛋白调节解旋酶和引发酶结合。 答案：17.错误 四、简答题

1．描述Meselson-Stahl实验，说明这一实验加深我们对遗传理解的重要性。

答案：1．在1958年，Meselson-Stahl实验证实了复制是半保留的。事实上，这一实验证实了两种假说：①复制需要两条DNA链的分离(即解链，变性)；②通过以亲本作为模板，新合成的DNA链存在于两个复制体中。采用密度梯度离心可以区分C和N标记的DNA

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链(重链)与C和N标记的DNA链(轻链)。第一代合成的DNA分子的密度都介于重链与轻链之间。这一发现证实了复制忠实性的机制，对于认识遗传的本质是相当重要的。 2．请列举可以在线性染色体的末端建立线性复制的三种方式。 答案2．通过以下方式可以在线性染色体的末端建立线性复制。

(1)染色体末端的短重复序列使RNA聚合酶(端粒酶)引发非精确复制。 (2)末端蛋白与模板链的5’端共价结合提供核苷酸游离的3’端。

(3)通常，通过滚环复制，DNA双链环化后被切开，产生可被延伸的游离3'-OH端。： 3．为什么一些细菌完成分裂的时间比细菌基因组的复制所需的时间要少?为什么在选择营养条件下，E.coli中可以存在多叉的染色体或多达4个以上的开环染色体拷贝，而正常情况下染色体是单拷贝的?

答案：3．单拷贝复制是由每个细胞中复制起点的浓度控制的。在适宜的营养条件下，细胞呈现快速生长，这样会稀释起始阻抑物的浓度，使复制连续进行。这使细胞在分裂周期结束之前起动复制。

4．在DNA聚合酶UI催化新链合成以前发生了什么反应?

答案：4．DnaA(与每9个碱基重复结合，然后使13个碱基解链)、DnaB(解旋酶)和DnaC先于聚合酶Ⅲ与原核复制起点相互作用。由于复制是半保留的，后随链复制需要由引发体完成的多重复制起始，引发体由DnaG引发酶与依赖该系统的多种蛋白因子组成。 5．DNA复制起始过程如何受DNA甲基化状态影响?

答案：5．亲本DNA通常发生种属特异的甲基化。在复制之后，两个模板—复制体双链体是半甲基化的。因为半甲基化DNA对膜结合受体比对DnaA有更高的亲和力，半甲基化DNA不能复制，从而防止了成熟前复制(prematurereplication)。 6．请指出在oriC或ΦX型起点起始的DNA复制之间存在的重要差异。

答案：6．从ΦX型起点开始复制需要额外的蛋白质——Pri蛋白的参与。Pri蛋白指导在引物合成位点(即引发体装配位点——-pas)合成引发体。oriC型起点的引发体只含有DnaG引发酶。

7．大肠杆菌被T2噬菌体感染，当它的DNA复制开始后提取噬菌体的DNA，发现一些RNA与DNA紧紧结合在一起，为什么? 答案：7．该DNA为双链并且正在进行复制。这些RNA片段是后随链复制的短引物序列。 8．DNA连接酶对于DNA的复制是很重要的，但RNA的合成一般却不需要连接酶。解释这个现象的原因。

答案：8．在DNA复制时，连接酶对于后随链的合成是重要的，因为它能将冈崎片段的

5’端与它前面的另一条链的3’端连接起来。RNA的合成既能以DNA为模板(RNA聚合酶活性)，又能以RNA为模板(RNA复制酶活性)；相应的，先导链的合成沿着5’→3’方向进行，不需要连接酶。

9．曾经认为DNA的复制是全保留复制，每个双螺旋分子都作为新的子代双螺旋分子的模板。

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如果真是这样，在Meselson和Stahl的实验中他们将得到什么结果?

答案：复制一代后，一半为“重链”，一半为“轻链”。两代后，l／4为“重链”，3／4为“轻链”(图A2．1)。

10．描述Matthew和Franklin所做的证明DNA半保留复制的实验。

答案：10．实验结果示于图A2．2。(1)将大肠杆菌在15N培养基中经多代培养，得到的

DNA两条链都被标记，形成“重链”。

(2)细胞移到14N中，这样新产生的链都被标记为“轻链”。

(3)选择不同时间，从N培养基中取出细胞，提取DNA。

(4)将DNA溶解在氯化铯溶液中，100000g离心。这就是现在的密度梯度离心。 (5)经过若干小时的离心，达到平衡，此时扩散力恰好与离心力平衡。这样，DNA在离心管聚集成带，每条带的密度均与该点的氯化铯溶液的密度相同。 (6)照相决定每条带的位置和所含的DNA量。Matthew和Franklin发现：

a．经N培养基培养，所有的DNA都聚集在一条“重带”。 b．在14N培养基中培养一代后，所有的DNA形成一条中间密度的带，位于纯14N-DNA和纯15N-DNA形成的带之间。如果认为复制是半保留的，每一个子代分子中含有一条旧的“重带”和一条新的“轻带”，那么与这个实验结果相符。 c．在N中继续培养一代，子代DNA中的一半是中间密度，另一半则是“轻带”，该结果又可由DNA的半保留复制预测到。在以后的样品中，中间密度的DNA的比例恰如预期一样逐渐减少。

d．最后，他们有力地证明第一代的分子是双链且为半保留复制。他们成功地用加热将来自第一代杂交DNA分子变性，分成两条单链后离心，发现有一条“重带”和一

条“轻带”。

11．解释在DNA复制过程中，后随链是怎样合成的。

答案：11．因为DNA聚合酶只能朝着5’→3’的方向合成DNA，后随链不能像前导链那样总是朝着同一方向合成。后随链是以大量独立片段的形式(冈崎片段)合成的，每个片段都是以5’→3’方向合成，这些片段最后连在一起形成一连续的多核苷酸链。每个片段都独立地被引发、聚合和连接(图A2．3)。

(a)DNA引发酶识别模板链上一个短的引发序列并合成一短的RNA引物(A)，DNA聚合酶Ⅲ把核苷酸加在引物(B)的3’端；(b)DNA聚合酶] Ⅲ继续催化核苷酸(C)的聚合反应至到达先前合成片段的引物；(c)DN缧合酶Ⅰ识别引物的5’游离末端并利用其外切核酸酶的活性将引物消化掉。同时利用它的聚合酶活性以相应的脱氧核糖核苷酸(E)填补缺口。最后还在糖—磷酸主链上留下一个缺口，这个缺口由DNA连接酶填上并在(E)的3’端和前一片段(F)的5’端之间形成一个磷酸二酯键。同时复制叉前移，DNA引发酶在下一引发序列(G)上成另一引物

12．描述滚环复制过程及其特征。

答案：12．仅是特定的环状DNA分子能以滚环方式进行复制。这个过程存在于某些噬菌体(包括入噬菌体)的营养复制过程和接合质粒的转移复制过程中。滚环复制的发生如图A2．4所示。这个过程的特征是。

(1)虽然是半保留复制，但它却是单方向和不对称的。

(2)产物是单链DNA，但可通过互补链的合成转变成双链。

(3)子代分子可能是连环的，即对应于每个单位基因组的相同DNA分子头尾相接。 (4)连环DNA随后被切成与每一单基因组相对应的小片段。 (5)(—)链通常保持环状，因而保留有一套完整的遗传信息。

图A2，4DNA的滚环复制示意图(a)环状分子的一条链(+链)被核酸内切酶切开；(b)5’端作

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为一条单链破切掉，一条新的链(+链)以另—完整的(—)链为模板被合成；(c)当(+)链被切除的同时，其3’端继续延长；(d)尾巴可能因--条新的(—)链朝被切除的(+)链的反方向的合成而变成双链；(e)通常滚环复制的产物是一个多聚物，其中大量单位长度基因组头尾相连

五、问答题

1．E．coliOHl57生长得特别快。在正常(较差的环境)条件下，这些菌60—70min后分裂表明复制和细胞的分裂是连续的过程，一个仅在另一个完成后才起始。假如有机会生长在一个多汁暖和的牛肉饼上，加倍的时间接近20min，这比复制过程所需的标准时间快l倍。请解释原因。详细描述原核生物中DNA的复制过程(如结构和功能特征及一系列过程)。涉及多基因组拷贝的复制却没有发生碰撞，其复制机制如何?

答案：1．这种情况在现有循环完成之前需要新一轮的复制起始，产生多个相互连接的复制子。这将缩短二分裂到胞质分裂所需时间。例如，大肠杆菌细胞大约需要20min(复制需要40min)。在恶劣条件下，二分裂需要60—70min。多个基因组拷贝复制不会发生碰撞的主要原因在于复制过程是从5’→3’进行，大肠杆菌是环状基因组。DNA修饰和聚合的方向对于防止复制、转录和翻译机制之间的相互碰撞同样也很关键。 2．图Q2．2中的DNA片段两端为双链，中间为单链，上面一条链的极性已标出。5'3一PHO一图《22．2—个具有单链缺口的双链DNA分子

(1)下面一条链中所示的磷酸所连的是片段的5’端还是3’端?

(2)你能设想在细胞中这个缺口怎样在DNA修复过程中被修复的?

(3)如果缺口在含有脱氧核苷三磷酸和DNA聚合酶的无细胞系统中被修复，那么底部那条链将包括几个片段? 答案：2.(1)所示磷酸(P)是在它所连片段的5’端。 (2)切口会通过连续DNA修复合成填上，从底部链所示的一OH开始，沿5’→3’方向进行，直到到达相邻片段的磷酸基团部位。

(3)在缺少DNA连接酶时，缺口填上后，底部链中的两个片段仍不能相连。

3．除了聚合作用外，DNA聚合酶I还具有3’→5’校正核酸外切酶的活性，在把错配碱基从新合成DNA链末端切去的校正过程中发挥作用。为了鉴定这种活性，你制备了人工合成的poly(A)链和poly(T)链作为底物，其中poly(T)链上含一32P标记的dT残基，同时其3’

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端还连了几个H标记的dC残基，如图Q2．3所示。分别统计在没有任何dTTP存在，DNA不可能合成以及有dTTP存在，DNA可以合成的两种情况下，标记dT和dC残基的丢失，结果如图Q2．4所示。

(1)为什么要用不同的同位素来标记T、C残基?

(2)为什么在dTTP不存在情况下，切除T残基比切除C残基需要更长的时间?

(3)为什么在dTTP存在的情况下，没有一个T残基被切除，而无论是否有dTTP，C残基都被切除?

(4)若是加入了dCTP和dTTP，图0．2．4中的结果会改变吗?：1啊扣

答案：3．(1)把T、C核苷酸进行不同的标记，可以很容易衡量它们从多聚体上的丢失。高能32p和相当低能的3H的放射衰变可以用液体闪烁计数器来区别(本来可用单一同位素来测量，然后把释放出的核苷酸层析分离，但过程更长)。

(2)因为DNA聚合酶Ⅰ是外切核酸酶(也就是说，它从链的末端切去核苷酸)，T核苷酸由于滞后只有在所有C核苷酸被切去后才释放。