分子生物学题库

聚合到链上。BR继续在DNA上移动，RNA链从模板链被释放出来，DNA双螺旋重新形成（图A3.3）。

(4)终止：当所有编码序列被转录后，RP移到一个终止序列，即终止子。转录复合体解体，RP和新合成的RNA从DNA模板上脱落下来。 说明：

(1)核苷三磷酸聚合的方向为5’→3’。

(2)5’端的末端核苷酸总是一种核糖核苷三磷酸。

5．概括典型原核生物启动子的结构和功能，并解释什么是保守序列。

答案：5．启动子是与RNA聚合酶(RP)结合和转录起始的特殊序列。典型的原核生物启动

子大约长40个核苷酸并有两个重要的序列(图A3．4)。

(1)—35区：位于复制起点(+1)上游35个核苷酸处的6核苷酸序列，能被RNA聚合酶

全酶识别并结合。其中，σ亚基在识别中起关键作用。因为没有σ亚基的核心酶只能随机地结合到DNA上。

(2)Pribnow框或—10区：另一个位于—10处的6核苷酸序列。RP松散地结合到—35区后，它沿着DNA移动几个核苷酸使Pribnow框区域内约10bP解链，形成一个紧密结合的RP—DNA复合体。Pribnow框使RP能够识别DNA双链中的反义链，确保转录的链和方向无误。于是，RP在反义链的+1碱基的相对处插入一个核糖核苷三磷酸，起始RNA的合成。Pribnow框具有的保守序列：

5'-TATAAT-3’ 有义链 3'-ATATFA-5’ 反义链

通常简写为TATAAT。保守序列指所有启动子的该部位都有这一序列或十分相似的序列；仅在极少启动子中，Pribnow框有1个或2个核苷酸不同。与此相似，—35区有TTGACA的保守序列。 说明：

通常，实际序列与保守序列越相似，启动子越高效。因此，若突变去掉与保守序列相同的序列会降低启动子的活性(称为减效突变)。反之，增加相似性则会提高启动子活性(称为增效突变)。

6．转录如何在基因或基因组末端终止?

答案：6．RNA合成在特定的序列——终止子停止。终止子存在于DNA模板和RNA转录

产物中。检测RNA的转录产物(与反义链互补)时发现终止子含有两个特殊序列(图A3．5)：

(1)富含G-C的反向重复序列，使新合成的RNA形成稳定的茎环结构。

(2)3’端5—6个尿嘧啶残基。注意转录是在DNA上A—T碱基配对的序列内终止的。 终止子作用机制如下。

(1)当RNA核心酶(RP)到达终止子序列，移动的速度减低。因为终止子序列富含G—C，而G—C碱基对的转录速度比A—T慢得多。

(2)终止子被转录后，DNA—RNA-RP复合物内马上形成茎环结构，阻碍了RP分子继续向前移动。

(3)新合成的RNA只以5—6个弱的rU-dA键与DNA模板链相连，rU-dA碱基对的稳定性是其他rN-dN碱基对的1／200。使以弱键连接的RNA-DNA杂合区域解体，释放mRNA、DNA和RP。 说明：

(1)一些终止于需要ρ蛋白因子才能达到最高效率。这些依赖ρ因子的终止子虽然保留了茎环结构，但在mRNA尾部缺少5个或6个连续的尿嘧啶。当茎环形成并减慢RP移动速度后，ρ因子作用于转录复合物促使它解体。

(2)多核苷酸顺序中的N表示在该位点上可以是四种核苷酸的任何一种。Py表示嘧啶(胸腺嘧啶／尿嘧啶或胞嘧啶)，Pu表示嘌岭(腺嘌岭或鸟嘌吟)。

7．(1)如何区分由启动子起始转录的RNA片段与5＇端被加工过的RNA片段? (2)证明多肽是从氨基端到羧基端方向合成的。

答案：7．(1)转录中，5’核苷三磷酸聚合到RNA链的3'-OH端，这过程包括释放焦磷酸(即两个磷酸基)和形成磷酸二酯键。因此，只有5’端第一个核苷酸会有三磷酸基团。若RNA被加工，则5’端的核苷酸会被取代，剩下核苷单磷酸末端。

(2)让E.coli细胞与C标记的甲硫氨酸(或其他标记氨基酸)共培养，该氨基酸只被掺入延伸中多肽的末端。提取多肽进行检测，标记物能显示最后合成的区域。研究发现羧基端往往有很高浓度的标记，而氨基端很低。 8．比较E.coli rRNA和tRNA的转录和加工。

答案：8．E.coli有7组紧密连锁的rrn基因，可大量转录rRNA以满足细胞的需要。每个

转录单位包括一个16S、一个23S和一个5SrRNA基因。另外，还有一tRNA基因在16S和23S基因之间，一个或两个tRNA基因在5S基因外[图A3．6(a)]，剩下的大约有50个tRNA基因或单独或成串地位于基因组的其他位置上。每一转录单位复合物转录成超过5500个核苷酸的前体rRNA[图A3．6(b)]或前体tRNA，这些前体必须经过加工。加工的第一步是核酸内切酶切割前体分子。因此，前体rRNA被切割成前体16S、前体23S和前体5SrRNA以及前体tRNA[图A3．6(c)L第二步由核酸外切酶切割前体末端，形成16S、23S、5SrRNA和tRNA。独立转录的前体tRNA分子被类似地切割[图A3．6(d))。 修饰是加工中经常出现的。16S和23SrRNA的某些核苷酸被甲基化，而tRNA的修饰则更为复杂。tRNA中有10％一17％的核苷酸被修饰，如甲基化或脱氨基。有超过50种不同的修饰碱基和稀有碱基，它们都不能正常地进行碱基配对。这也是它们功能的一部分，因而形成三叶草结构的非配对环。tRNA分子都有5'CCA-OH3’端。这一序列非常重要，因为末端的A是与氨基酸结合的位点。有时，这一序列是初级转录物的一部分，有时则在完全加工后通过酶促添加。

9．区别可诱导和可阻抑的基因调控。

答案：9．在可诱导的系统中，操纵子只有在诱导物存在时才开放，没有诱导物时阻抑物

结合在操纵子上阻止结构基因的转录。存在诱导物时，它与阻抑物结合，使之变构不再与操纵子结合，从而开启操纵子。酶的诱导是分解途径特有的，诱导物就是酶的底物或者底物的类似物。

在可阻抑系统中操纵于被终产物所关闭。不存在终产物时，阻抑物不能结合到操纵子上，因此操纵子开放；存在终产物时，它结合到阻抑物上，改变后者的构象，使其能结合到操纵子上，关闭操纵子。酶阻抑是合成代谢的特点。 10．衰减作用如何调节E．coli中色氨酸操纵子的表达?

答案：10．衰减作用根据tRNATrp的数量去调节Trp操纵子的表达，而tRNATrp的数量又

取决于细胞中Trp的水平。Trp操纵子mRNA前导序列很长，包括了编码一个长14个

氨基酸的多肽所需的全部遗传信息(包括一个AUG起始密码和一个UGA终止密码)。这个多肽含有两个相亦的Trp残基，因此色氨酰—tRNA对前导肽的翻译是必不可少的。衰减作用发生的必要条件是：①翻译产生前导多肽；②转录和翻译的耦联。这样，当RNA聚合酶转录前导序列的同时核糖体就紧接着结合到新生的mRNA上翻译产生前导肽。mRNA的前导序列包括两对相似的反向重复序列(图A3．7中用l、2、3和4表示)。序列2与序列1和3部分互补，这样1+2或2+3或3+4或1+2和3+4都能通过碱基配对形成茎环结构。由序列3和4配对形成的

(a)色氨酸操纵子和前导序列的结构；(b)当色氨酸过量时，发生衰减作用，前导肽序

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列大量合成

茎环结构与Trp操纵子的终止子基本相同。和终止子一样，在其茎的3’侧具有7个连

续的U形成的尾巴。当形成这种衰减子结构时，它就能像终止子一佯使转录终止。注意到两个Trp密码位于序列1内，而且前导肽的终止密码在序列1和2之间。这样，如果色氨酸的量是充足的，那么，tRNATrp的含量也能够使前导肽的翻译进行到终止密

码UGA。结合的核糖体覆盖了1和2两个区域。这样，1和2、2和3两个序列就不能形成茎环结构，这就使3和4两个序列形成衰减子环并起到终止子的作用，导致RNA聚合酶分子脱离DNA模板。另一方面，如果色氨酸缺乏，那么存在的色氨酰-tRNA也{艮少，导致核糖体停止在两个Trp密码之前，这样核糖体仅盖住区域1，并在序列4被转录之前，序列2和序列3形成茎环结构。这种结构的形成阻止了序列3与序列4形成终止子结构。于是，出现通读，Trp操纵子的其他部分被继续转录。事实上，是mRNA上核糖体所在的位置决定mRNA的二级结构和衰减作用是否发生。

11．试证明一个基因中只有一条DNA链作为模板被转录。

答案：11．若基因两条链均被转录，而RNA聚合酶只能以5’→3’方向合成，所以两条

DNA链会以相反方向转录。两信使携带着彼此互补的反向核苷酸序列，编码不同的多肽。虽然某些DNA序列能被双向转录，但这不是常见现象。最早的明确证据是通过研究噬菌体SP8感染枯草杆菌(Bacillus subtilis)得到的。SP8的DNA很特别：一条链(‘‘重链”)富含嘌呤，另一链(“轻链”)则富含嘧啶。若把双链DNA温和加热，两条链分离(即DNA变性)，可用密度梯度离心分离两条链。

1963年，Julius Marmur和Paul Doty用SP8感染枯草杆菌细胞后提取RNA，发现它只能

与噬菌体DNA的“重链”杂交(即互补配对形成DNA-RNA杂合分子)，而不会与“轻链”

杂交。显而易见，信使只可以与一条DNA链(“重链”)互补，因而DNA双链中只有一条链作为转录的模板(图A3．8)。Marmur和Doty很幸运地选用SP8做实验，因为它的全部基因都是同一条DNA链中转录而来。而另一些噬菌体，包括T4和入噬菌体，部分基因由一条链转录而其他基因则由另一条链转录。因此若用这些噬菌体而不是SP8做实验，则不能成功地说明问题。

12．经过测序分析，欲克隆的一段DNA序列如下(只列出单链部分)：

GAATTCCGGCGGCGGGGTTTTCATTATTATGATCGTTGACATGGGACAAGGGGCTCCTATAATAGGTGCATTTGTAGGGGATGTGGCCACATGATAGCGCGTCGAGGCATTCAGGACCGATATYGTCATATTGCCAGC

ATGCTGCAGCGCGCCAACTTAGTTACAACITATACGATGAHTiAAAAAAAGAATATCAAATAGCCATCCACCCGAAAGACCACCGCAAGTATCGGTACGTCGTACCAGCACACACCACAGTCGCCAGTCTGTTACCAAATAATAAAGTTGATAATTAATTCACATCTACCTGGGTAACCCAGGTAGATGTGAAvHTiAGAATTC

这段序列被克隆到某多拷贝质粒的一个EcoRI限制性位点，请找出这段序列中所含有的以下几个功能位点： (1)两个EcoRI位点； (2)一个启动子； (3)一个转录起始位点； (4)一个转录终止子； (5)一个核糖体结合位点； (6)一个翻译起始密码子；

(7)一个翻译终止子。

另请标出相应的调控序列及编码区的氨基酸。 答案：这些序列及编码区

的氨基酸序列是：

GAATTCCGGCGGCGGGGTTTTCATTATTATGATCGTTGACATGGGACAAGGGGCTCCTATAATAGGTGCEcoRI—43—35一10ATTTGTAGGGGATGTGGCCACATGATAGCGCGTCGAGGCATTCAGGACCGATATTGTCATATTGCCAGC+lS／DMIARRGIQDRYCHIASATGCTGCAGCGCGCCAACTTAGTTACAACTTATACGATGATTTTAAAAAAAGAATATCAAATAGCCATCMLQRANLVTTYTMILKKEYQIAICACCCGAAAGACCACCGCAAGTATCGGTACGATCGTACCAGCACACACCACAGTCGCCAGTCTGTTACCHPKDHRKYRYDRTSTHHSRQSVTAAATAATAAAGTTGATAATTAATTCACATCTACCTGGGTAACCCAGGTAGATGTGAATTTTTAGAATTCK+i一一一一一一一一一一一一一一一一一><一一一一一一一一一一一一一一一一一一EcoRI 13．现分离了一DNA片段，可能含有编码多肽的基因的前几个密码子。该片段的序列组成

如下：

5'-CGCAGGATCAGTCGATGTCCTGTG—3’

3'-GCGTCCTAGTCAGCTACAGGACAC-5’

(1)哪一条链作为转录的模板链? (2)mRNA的序列组成是什么? (3)此mRNA能形成二级结构吗?

(4)翻译从哪里开始?朝哪个方向进行?

(5)此DNA最可能是从原核细胞还是从真核细胞中分离的? 答案：13．(1)若这序列含有编码多肽的基因的起点，则ATG序列会存在于其中一条链上(对应于mRNA的AUG起始密码子)；只有上链有此序列。因此，下链便是转录的模板。 (2)mRNA的序列组成是：5’?CGCAGGAUCAGUCGAUG?3’核糖体结合位点起始密码 (3)形成的茎环结构是：UCGGAACUUGA—UG—CG-CA-UC—GC6U6有此序列。因此，下链便是转

(4)翻译从AUG起始密码子开始，按5’→3’方向进行(左一右)。 (5)在起始密码子的上游9个核苷酸处有AGGA序列，与SD序列的UCCU互补，假定为核糖体结合部位，而真核细胞缺少这一部位。因此，此DNA样品是从原核细胞中提取到 14．简述互补实验怎样区别突变是发生在Lac操纵子的结构基因上还是它的调控序列上? 答案：14.在Jacob和Monod最早（1961）进行的互补实验中，他们用了新发现的F’质粒。一个带有lac操纵子F’质粒转化到一个F’的受体菌中，产生了一个稳定的部分二倍体，在其染色体和F’质粒上个带有一个lac操纵子的拷贝。（注意：这个部分二倍体的基因型用lac/F’lac表示。）通过将不同的突变型导入这两个lac操纵子拷贝来研究互补关系。 结构基因突变和调控基因突变两者之间重要的区别是。

(1)大多数结构基因的突变仅影响该基因的表达而不影响操纵子内其他基因的表达。 (2)调控基因的突变通常协同影响操纵子内所有结构基因的表达。

(3)结构基因编码能扩散的产物，故lacZ+ lacYˉ／F’lacZˉ lacy+和lacZ+ lacY+／F’lacZ+ lacYˉ都具有lac+的表型。一个基因上的缺陷能被另一个遗传元件上的野生型基因所弥补，反之亦然。这样野生型等位基因能通过顺式和反式两种作用方式表现为显性。

(4)基因调控序列仅能控制同一染色体上的结构基因的表达，即顺式作用。这样lacPlacZ

+—

／F’lacPˉlacZˉ分二倍体是野生型，而lacPlacZ／F’lacPˉlacZ+不能发酵乳糖。转录仅能被野生型

+

+

+

+

的启动子有效地起动，因此只有lacP和lacZ基因同时在同一个遗传元件上时，β—半乳糖苷酶才能被合成。因此调控序列上的突变是顺式显性作用和反式隐性作用的。 15．用含中性碳源(如甘油)的液体基本培养基培养E．coJi不能诱导lacZ操纵子。1h后在培养基中加入乳糖和再隔一段时间加入过量的葡萄糖分别会对lac操纵子的表达有什么影响?