生物化学下册课后习题答案王镜岩编著

第19章 代谢总论 ⒈怎样理解新陈代谢？

答：新陈代谢是生物体内一切化学变化的总称，是生物体表现其生命活动的重要特征之一。它是由多酶体系协同作用的化学反应网络。新陈代谢包括分解代谢和合成代谢两个方面。 新陈代谢的功能可概括为五个方而：①从周围环境中获得营养物质。②将外界引入的营养物质转变为自身需要的结构元件。③将结构元件装配成自身的大分子。④形成或分解生物体特殊功能所需的生物分子。⑤提供机体生命活动所需的一切能量。

⒉能量代谢在新陈代谢中占何等地位？

答：生物体的一切生命活动都需要能量。生物体的生长、发育，包括核酸、蛋白质的生物合成，机体运动，包括肌肉的收缩以及生物膜的传递、运输功能等等，都需要消耗能量。如果没有能量来源生命活动也就无法进行．生命也就停止。

⒊在能量储存和传递中，哪些物质起着重要作用？ 答：在能量储存和传递中， ATP（腺苷三磷酸）、GTP（鸟苷三磷酸）、UTP（尿苷三磷酸）以及CTP（胞苷三磷酸）等起着重要作用。

⒋新陈代谢有哪些调节机制？代谢调节有何生物意义？ 答：新陈代谢的调节可慨括地划分为三个不同水平：分子水平、细胞水平和整体水平。 分子水平的调节包括反应物和产物的调节（主要是浓度的调节和酶的调节）。酶的调节是最基本的代谢调节，包括酶的数量调节以及酶活性的调节等。酶的数量不只受到合成速率的调节，也受到降解速率的调节。合成速率和降解速率都备有一系列的调节机制。在酶的活性调节机制中，比较普遍的调节机制是可逆的变构调节和共价修饰两种形式。 细胞的特殊结构与酶结合在一起，使酶的作用具有严格的定位条理性，从而使代谢途径得到分隔控制。

多细胞生物还受到在整体水平上的调节。这主要包括激素的调节和神经的调节。高等真核生物由于分化出执行不同功能的各种器官，而使新陈代谢受到合理的分工安排。人类还受到高级神经活动的调节。

除上述各方面的调节作用外，还有来自基因表达的调节作用。 代谢调节的生物学意义在于代谢调节使生物机体能够适应其内、外复杂的变化环境，从而得以生存。

⒌ 从“新陈代谢总论”中建立哪些基本概念？

答：从“新陈代谢总论”中建立的基本概念主要有：代谢、分解代谢、合成代谢、递能作用、基团转移反应、氧化和还原反应、消除异构及重排反应、碳－碳键的形成与断裂反应等。

⒍ 概述代谢中的有机反应机制。 答：生物代谢中的反应大体可归纳为四类，即基团转移反应；氧化－还原反应；消除、异构化和重排反应；碳－碳键的形成或断裂反应。这些反应的具体反应机制包括以下几种：酰基转移，磷酰基转移，葡糖基基转移；氧化－还原反应；消除反应，分子内氢原子的迁移（异构化反应），分子重排反应；羟醛综合反应，克莱森酯综合反应，β-酮酸的氧化脱羧反

应。

⒎举列说明同位素示踪法和波谱法在生物化学研究中的重要作用。

答：同位素示踪法和波谱法生物化学中研究新陈代谢的两种重要方法。

同位素示踪法不改变被标记化合物的化学性质，已成为生物化学以及分子生物学的研完中一种重要的必不可少的常规先进技术。如：1945年 David Shemin和 David Rittenberg首先成功地用14C 和15N标记的乙酸和甘氨酸怔明了血红素分子中的全部碳原子和氮原子都来源于乙酸利甘氨酸； 胆固醇分子中碳原子的来源也是用同样的同位空示踪法得到闸明的。

核磁共振波谱法对于样品不加任何破坏，因此，在生物体的研究得到广泛的应用。例如 在生物化学、生理学以及医学等方面都广泛位用核磁共振波谱技术对生活状态的人体进行研究，取得了重要的研究成果，其中最为人知的实验是1986年用核磁共振波谱法对人体前臂肌肉在运动前和运动后的比较研究。

第20章 生物能学

⒈就某方面而言，热力学对生物化学工作者更为重要，为什么？

答：生物能学是深人理解生物化学特别是理解主物机体新陈代谢规律不可缺少的基本知识。它是生物化学中涉及生活细胞转移和能量利用的基本间题。生物能学完全建立在热力学的基础上，因此，从这个角度看，热力学对生物化学工作者更为重要。

⒉考虑下面提法是否正确？

①在生物圈内，能量只是从光养生物到异养生物，而物质却能在这两类生物之间循环。 ②生物机体可利用体内较热部位的热能传递到较冷的部位而做功。 ③ 当一个系统的熵值降低到最低时，该系统处于热力学平衡状态。 ④当Δ G0’值为0.0时，说明反应处于平衡状态。 ⑤ ATP水解成ADP的反应，Δ G0’约等于Δ G0。 答：①-是， ②- 非，③-非 ，④- 非，⑤-非

⒊怎样可判断一个化学反应能够自发进行？

答：一个化学反应的自由能是否降低是判断它是否可以自发进行的标准。只有自由能变化为负值的化学反应，才能自发进行。

⒋怎样判断一个化学反应进行的方向？当反应物和产物的起始浓度都为1mol时，请判断下列反应的进行方向。（参看表20-3中的数据） 。 ①磷酸肌酸+ADP Ⅼ⒜⒜⒜→ ATP+肌酸

② 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP Ⅼ⒜⒜⒜→丙酮酸+ATP ③葡萄糖6-磷酸+ADP Ⅼ⒜⒜⒜→ATP+葡萄糖

答：一个化学反应是从总能量高的体系向总能量低的体系变化，即可根据化学反应式两边体系总能量的大小来判断其方向。

根据表20-3中的数据：①-向右， ②-向右 ，③-向左。

⒌ 解释ATP的γ -磷酸基团转运到葡萄糖6-磷酸的磷酸脂键（Δ G0’=13.8kJ/mol）上,一般情况下，为什么在热力学上可行？逆反应是否可行？

答：由于ATP的γ -磷酸基团的Δ G0’=32.2kJ/mol大于葡萄糖6-磷酸的磷酸脂键的

Δ G0’=13.8kJ/mol,因此，一般情况下，ATP的γ -磷酸基团转运到葡萄糖6-磷酸的磷酸脂键上在热力学上可行的。在某些情况下，当该反应的ΔG值为正值时，该反应的逆反应可行。

⒍从ATP的结构特点说明ATP在能量传递中的作用。

答：ATP也叫做腺苷三磷酸、三磷酸腺苷、腺三磷，是高能磷酸化合物的典型代表。高能磷酸化合物的特点是：它的高能磷酸键（也即酸酐键，用“～”表示），水解时释放出的化学能是正常化学键释放化学能的2倍以上（一般在20.92 kJ/mol以上）。ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的。这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团连接处算起，依次分别称为 α、β、γ磷酸基团。ATP的结构式是：

分析ATP的结构式可以看出，腺嘌呤与核糖结合形成腺苷，腺苷通过核糖中的第5位羟基，与3个相连的磷酸基团结合，形成ATP。ATP分子既可以水解一个磷酸基团（γ磷酸基团），而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi）；又可以同时水解两个磷酸基团（β磷酸基团和γ磷酸基团），而形成一磷酸腺苷（AMP）和焦磷酸（PPi；AMP可以在腺苷酸激酶的作用下，由ATP提供一个磷酸基团而形成ADP，ADP又可以迅速地接受另外的磷酸基团而形成ATP。另外， ATP的Δ G0’值在所有含磷酸基团的化合物中处于中间位置。这使ATP有可能在磷酸基团转移中作为中间传递体而起作用。

⒎ATP水解成ADP+Pi的Δ G0’是-30.5kJ/mol， ①试计算此反应中的平衡常数。

②此反应在细胞内是否处于平衡状态？ 答：①K'eq=2.2×105 ； ②否]

⒏在细胞内是否ATP水解的Δ G0通常比Δ G0’更负？为什么？[是，Δ G'=Δ G0’+RTInK,Δ G'≈-41.84kJ/mol]

⒐利用表20-3的数据试计算：

ATP+丙酮酸Ⅼ⒜⒜⒜→磷酸烯醇式丙酮酸+ADP的反应在25℃下，其Δ G0’和K'eq值。若ATP与ADP之比为10时，求丙酮酸与磷酸烯醇式丙酮酸的平衡比。 答：Δ G0’=+31.38kJ/mol，K'eq=3.06×106，平衡比是3.82×104。

⒑假设有一个 由A向B的转化反应(A⒜→B)，它的Δ G0’=20kJ/mol请计算： ①在达到平衡时[B]/[A]的比值。

②假设A和B参加的反应与ATP水解为ADP和Pi同时进行，总反应是： A+ATP+H2O ⒜⒜⒜→B+ADP+Pi

请计算此反应达平衡时[B]/[A]的比值，假设ATP 、ADP和Pi都是1mol浓度，请问在什么时候反应才达到到平衡？

③ 已知[ATP] 、[ADP]和[Pi]在生理条件下都远非1mol浓度。当和浓度依次为[ATP] 、[ADP]和[Pi]8.05mmol,0.93mmol和8.05mmol时，求出一个与偶联反应的[B]/[A]比值。 答：① 比值=3.1×10-4 ② [B]/[A]=69.4 ③[B]/[A]=7.5×104

第21章 生物膜与物质运输

⒈试述物质的被动运输和主动运输的基本特点。研究物质运输的意义是什么？ 答：主动运输是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向高浓度的一侧进行跨膜转运的方式，需要与某种释放能量的过程相偶联。主动运输过程可分为由ATP直接提供能量和间接提供能量等基本类型。 被动运输包括简单扩散和载体介导的协助扩散，运输方向是由高浓度向低浓度，运输的动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供代谢能量。

⒉什么是Na+泵和Ca+泵，其生理作用是什么？

答：Na+/K+泵是动物细胞中由ATP驱动的将Na+ 输出到细胞外同时将K+输入细胞内的运输泵，又称Na+泵或Na+/K+交换泵。实际上是一种Na+ /K+ ATPase。Na+ /K+ ATPase是由两个大亚基(α亚基)和两个小亚基(β亚基)组成。α亚基是跨膜蛋白，在膜的内侧有ATP结合位点，细胞外侧有乌本苷(ouabain)结合位点;在α亚基上有Na+和K+结合位点。其生理意义: Na+/K+ 泵具有三个重要作用， 一是维持了细胞Na+离子的平衡，抵消了Na+离子的渗透作用;二是在建立细胞质膜两侧Na+离子浓度梯度的同时，为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力;三是Na+泵建立的细胞外电位，为神经和肌肉电脉冲传导提供了基础。

Ca2+-ATPase有10个跨膜结构域，在细胞膜内侧有两个大的细胞质环状结构，第一个环位于跨膜结构域2和3之间，第二个环位于跨膜结构域4和5之间。在第一个环上有Ca2+离子结合位点;在第二个环上有激活位点，包括ATP的结合位点。Ca2+-ATPase的氨基端和羧基端都在细胞膜的内侧，羧基端含有抑制区域。在静息状态，羧基端的抑制区域同环2的激活位点结合，使泵失去功能，这就是自我抑制。

Ca2+-ATPase泵有两种激活机制，一种是受激活的Ca2+/钙调蛋白(CaM)复合物的激活，另一种是被蛋白激酶C激活。当细胞内Ca2+浓度升高时，Ca2+同钙调蛋白结合，形成激活的Ca2+/钙调蛋白复合物，该复合物同抑制区结合，释放激活位点，泵开始工作。当细胞内Ca2+浓度下降时，CaM同抑制区脱离，抑制区又同激活位点结合，使泵处于静息状态。在另一种情况下，蛋白激酶C使抑制区磷酸化，从而失去抑制作用；当磷酸酶使抑制区脱磷酸，抑制区又同激活位点结合，起抑制作用。

Ca2+ 泵的工作原理类似于Na+/K+ ATPase。在细胞质膜的一侧有同 Ca2+结合的位点，一次可以结合两个 Ca2+， Ca2+结合后使酶激活，并结合上一分子ATP，伴随ATP的水解和酶被磷酸化，Ca2+泵构型发生改变，结合 Ca2+的一面转到细胞外侧，由于结合亲和力低Ca2+离子被释放，此时酶发生去磷酸化，构型恢复到原始的静息状态。

Ca2+ -ATPase每水解一个ATP将两个Ca2+离子从胞质溶胶输出到细胞外。

⒊试述Na+泵的生理机制。

答：Na+/K+ ATPase运输分为六个过程: ①在静息状态，Na+/K+泵的构型使得Na+ 结合位点暴露在膜内侧。当细胞内Na+浓度升高时，3个 Na+ 与该位点结合；② 由于Na+的结合，激活了ATP酶的活性， 使ATP分解， 释放ADP，α亚基被磷酸化; ③由于α亚基被磷酸化， 引起酶发生构型变化， 于是与Na+ 结合的部位转向膜外侧，并向胞外释放3个Na+ ；④膜外的两个K+同α亚基结合; ⑤ K+ 与磷酸化的Na+/K+ ATPase结合后， 促使酶去磷酸化;⑥ 去磷酸化后的酶恢复原构型， 于是将结合的K+ 释放到细胞内。每水解一个ATP， 运出3个Na+ ， 输入2个K+ 。Na+ /K+泵工作的结果，使细胞内的Na+浓度比细胞外低10～30倍，而细胞内的K+浓度比细胞外高10～30倍。由于细胞外的Na+浓度高，且Na+是带正电的，所以Na+ /K+泵使细胞外带上正电荷。

⒋什么是胞吐作用和胞吞作用？它们有何共同特点？

答：细胞膜将外来物包起来送入细胞，称胞吞作用；某些代谢废物及细胞分泌物形成小泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融合后将物质排出，称胞吐作用。它们的共同特点是物质是通过胞膜的包裹来出入细胞的。

⒌试举列说明受体介导的胞吞作用的重要性。

答：某些大分子的内吞往往首先同质膜上的受体结合，然后质膜内陷形成衣被小窝，继之形成衣被小泡，这种内吞方式称受体介导的胞吞作用。

受体介导的胞吞作用对细胞非常重要，它是一种选择浓缩机制，既可保证细胞大量地摄入特定的大分子，同时又可避免吸入细胞外大量的液体。如低密脂蛋白、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导的胞吞作用进入细胞的。

⒍生物膜运输的分子机制有几种主要假设？它们相互关系如何？

答：物质跨膜运输的分子机制大致可概括为3种主要假设模型：移动性载体模型、 孔道或通道模型和构象变化模型。

生物膜运输是生物膜研究中一个重要的而内容又非常广泛的领域，不可能用一种模型去根括迄今己知的多种运输体系的功能。这3种假设模型有许多不同点，如参与运输的实体在形态、结构以及运输方式等方面各有特点；但它们又有许多共同性和相关性，主要表现在这3种运输方式都有选择性和方向性。

第22章 糖酵解作用

⒈为什么应用蔗糖保存食品而不用葡萄糖？

答：糖酵解是生物最古老、最原始获得能量的一种方式。绝大多数微生物都具有利用糖酵解分解葡萄糖的能力，而蔗糖是一种非还原性二糖，许多微生物不能直接将其分解，因此，可利用蔗糖的高渗透压来抑制食品中细菌等有害微生物的生长。

⒉用14C标记葡萄糖的第一个碳原子，用做糖酵解底物，写出标记碳原子在酵解各步骤中的位置。

答：见P67 图22-1 糖酵解和发酵的全过程 ⒊写出从葡萄糖转变为丙酮酸的化学平衡式。

答：由葡萄糖转变为两分子丙酮酸包括能量的产生总的化学反应式为： 葡萄糖 + 2Pi + 2ADP + 2NAD+ 2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H+ +2H2O 该反应的化学平衡式为：

K/eq=[丙酮酸]2[ATP]2[NADH]2[H+]2/[葡萄糖][Pi]2[ADP]2[NAD+]2

⒋已知ATP和葡萄糖6-磷酸在pH7和25 ℃时水解的标准自由能变化Δ G0’分别为-7.3和-3.183kcal/mol（1kcal=4.184kJ），计算己糖激酶催化的葡萄糖和ATP反应的Δ G0’和K'eq。 答： Δ G0’=-17.44KJ/mol=-4.162kcal; K'eq=1.125×103

⒌由丙酮酸转变为乳酸的标准自由能变化Δ G0’=-25.10KJ/mol，计算出由葡萄糖转变为乳酸的标准自由能变化。

答：Δ G0’=-56.48KJ/mol

⒍当葡萄糖的浓度为5mmol/L，乳酸的浓度为0.05mmol/L，ATP和ADP浓度都为2mmol/L，无机磷酸(Pi)的浓度为1mmol/L时，计算该由葡萄糖转变为乳酸的自由能（Δ G0’）变化。 答：Δ G0’=-113.80KJ/mol]

⒎参考表(22-2)，计算在标准状况下当时， 磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸的平衡比。 答：3.06×10-5

⒏若以14C标记葡萄糖的C3作为酵母的底物，经发酵产生的CO2和乙醇，试问14C将在何出发现？

答：14C将在CO2 中。

⒐总结一下在糖酵解过程磷酸基团参与了哪些反应，它所参与的反应有何意义？ 答：在糖酵解过程磷酸基团参与5步反应。

（1）葡萄糖在已糖激酶的催化下，消耗一分子ATP，生成葡萄糖-6-磷酸；（2）果糖-6-磷酸在磷酸果糖激酶的催化下，消耗1分子ATP，生成果糖-1,6- 二磷酸；（3）甘油醛-3-磷酸在甘油醛-3-磷酸脱氢酶催化下，氧化为1,3二磷酸甘油酸；（4）1，3-二磷酸甘油酸在3-磷酸甘油酸激酶催化下，生成3-磷酸甘油酸和1分子的ATP；（5）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸并在丙酮酸激酶催化下，生成丙酮酸和1分子的ATP。 在磷酸基团参与的这5步反应中，前3步是将高能磷酸键转移到相应的底物上，使底物的势能提高，使后续反应成为可能；后2步是将底物上的高能磷酸键转移到ADP分子上形成ATP，将糖酵解产生有能量贮存在ATP中。

⒑为什么砷酸是糖酵解作用的毒物？氟化物和碘乙酸对糖酵解过程有什么作用？

答：砷酸盐在结构和反应方面都和无机磷酸极为相似，因此．能代替磷酸进攻硫酯中间产物的高能键．产生1-砷酸-3-磷酸甘油酸。 砷酸化合物是很不稳定的化合物。它迅速地进行水解。其结果是：砷酸盐代替磷酸与甘油醛-3-磷酸结合并氧化，生成的不是1，3-二磷酸甘油酸，而是3-磷酸甘油酸。在砷酸盐存在下，虽然酵解过程照样进行，但是却没有形成高能磷酸键。即解除了氧化和磷酸化的偶联作用。因此说砷酸是糖酵解作用的毒物。

氟化物及碘乙酸是巯基酶的不可逆抑制剂，糖代谢中甘油醛-3-磷酸脱氢酶可被其抑制，从而抑制糖酵解。

⒒总结一下参与糖酵解作用的酶有些什么特点？ 答：参与糖酵解作用的酶的催化过程表现出严格的立体专一性，其中两种激酶由底物引起酶分子的构象变化，防止了底物上高能磷酸基团向水分子的转移而且直接转移到ADP分子上。

⒓糖酵解过程有哪些金属离子参加反应，它们起什么作用？

答：糖酵解过程主要有镁离子等二价金属离子参加反应。它们的作用是与ATP或ADP分子结合，形成亲电中心，使ATP或ADP更易接受孤电子对的亲核进攻。

⒔概括除葡萄糖以外的其他单糖如何进入分解代谢的？

答：除葡萄糖以外的其他单糖如果糖、半乳糖、甘露糖等单糖都是通过转变为糖酵解的中间物之一而进入糖酵解的共同途径的。

如果糖磷酸化形成果糖-6-磷酸；半乳糖经多步反应，形成葡萄糖-6-磷酸；甘露糖经2 步反应生成果糖-6-磷酸。

第23章 柠檬酸循环

⒈从柠檬酸循环的发现历史中受到什么启发？

答：柠檬酸循环的发现历史表明，任何一项重大科学发现都绝非是一个人的成果。它凝聚着许许多多科学家的艰辛劳动和成果积累。科技工作者只有在认真总结、分析前人工作的基础上不断发现问题，解决问题，才能在科学研究上有所成就。

⒉画出柠檬酸概貌图，包括起催化作用的酶和辅助因子。 答：见P98 图 23－3 柠檬酸循环

⒊总结柠檬酸循环在机体代谢中的作用和地位。 答：柠檬酸循环是绝大多数生物体主要的分解代谢途径，也是准备提供大量自由能的重要代谢系统，在许多合成代谢中都利用柠檬酸循环的中间产物作为生物合成的前体来源，从这个意义上看，柠檬酸循环具有分解代谢和合成代谢双重性或称两用性。柠檬酸循环是新陈代谢的中心环节。它们在循环过程中产生的还原型NADH和FADH2，进一步通过电子传递链和氧化磷酸化被再氧化，所释放出的自由能形成ATP分子。柠檬酸循环的中间产物在许多生物合成中充当前体原料。

⒋用标记丙酮酸的甲基碳原子（*CH3-C-COO-）当其进入柠檬酸循环转运一周后，标记碳 ‖ O

原子的命运如何？

答：标记碳原子出现在草酰乙酸的C2和C3部位。

⒌写出由乙酰-CoA形成草酰乙酸的反应平衡式。

答：2乙酰-CoA+2NAD++FAD+3H2O⒜⒜→草酰乙酸+2CoA+NADH2+3H+

⒍在标准状况下苹果酸由NAD+氧化形成草酰乙酸的Δ G0’=+29.29kJ/mol。在生理条件下这一反应极易由苹果酸向草酰乙酸的方向进行。假定[NAD+]/[NADH]=8,PH=7，计算由苹果酸形成草酰乙酸两种化合物最低的浓度比值应是多少？ 答：（苹果酸）/（草酰乙酸）>1.75×104

⒎乙酰-CoA的乙酰基在柠檬酸循环中氧化推动力是什么？计算其数值。

答：乙酰-CoA的乙酰基在柠檬酸循环中氧化推动力是释放出的标准自由能变化Δ G0’，其数值是-41kJ/mol。

⒏如果将柠檬酸和琥珀酸加入到柠檬酸循环中，当完全氧化为CO2、形成还原型NADH和FADH2，并最后形成H2O时需经过多少次循环？

答：柠檬酸3次需经过循环，琥珀酸需经过2次循环。

⒐丙二酸对柠檬酸循环有什么作用？为什么？

答：丙二酸进入柠檬酸循环后，会引起琥珀酸、α-酮戊二酸和柠檬酸的堆积，中止柠檬酸循环反应。

这是由于丙二酸结构类似于琥珀酸，也是个二羧酸，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，可以

与琥珀酸脱氢酶的活性部位的碱性氨基酸残基结合，但由于丙二酸不能被氧化，使得循环反应不能继续进行。

第24章 生物氧化－电子传递链和氧化磷酸化作用

⒈什么是氧化-还原电势？怎样计算氧化-还原电势？

答：还原剂失掉电子的倾向（氧化剂得到电子的倾向）称为氧化-还原电势。 氧化-还原电势等于正极的电极势减去负极的电极势。

⒉将下列物质按照容易接受电子的顺序加以排列： a：α-酮戊二酸+ CO2 c：O2 b： 草酰乙酸 d：NADP+ 答：c>b>d>a

⒊在电子传递链中各个成员的排列顺序根据什么原则？ 答：电子传递链中各个成员的排列顺序根据的原则是电子从氧化还原势较低的成员传递到氧化还原势较高的成员。

⒋在一个具有全部细胞功能的哺乳动物细胞匀浆中加入下列不同的底物，当每种底物完全被氧化为CO2 和H2O时，能产生多少ATP分子？

①葡萄糖 ⑤磷酸烯醇式丙酮酸 ②丙酮酸 ⑥柠檬酸

③ 乳酸 ⑦二羟丙酮磷酸 ④果糖-1,6-二磷酸 ⑧NADH

答：根据P142 表24－5计算可得：上述8种物质完全被氧化CO2 和H2O时，能产生的ATP分子数分别为：①葡萄糖（30），②丙酮酸（12.5），③ 乳酸（15），④果糖-1,6-二磷酸（32），⑤磷酸烯醇式丙酮酸 （15），⑥柠檬酸（10），⑦二羟丙酮磷酸 （15），⑧NADH （2.5）。 ⒌在生物化学中O2形成H2O所测得的标准氧化-还原电势为0.82V，而在化学测定中测得的数值为1.23V，这种差异是怎样产生的？

答：这种差异是由于在生物化学反应中，氧的还原不完全造成的。

⒍电子传递链和氧化磷酸化之间有何关系？

答：生物氧化亦称细胞呼吸，指各类有机物质在细胞内进行氧化分解，最终产生CO2和 H2O，同时释放能量（ATP）的过程。包括TCA循环、电子传递和氧化磷酸化三个步骤，分别是在线粒体的不同部位进行的。其中电子传递链和氧化磷酸化之间关系密切，电子传递和氧化磷酸化偶联在一起。根据化学渗透学说（电化学偶联学说），在电子传递过程中所释放的能量转化成了跨膜的氢离子浓度梯度的势能，这种势能驱动氧化磷酸化反应，合成ATP。即葡萄糖等在TCA循环中产生的NADH和FADH2只有通过电子传递链，才能氧化磷酸化，将氧化产生的能量以ATP的形式贮藏起来。

⒎解释下列的化合物对电子传递和氧化呼吸链有何作用？当供给充分的底物包括异柠檬酸、Pi、ADP、O2，并分别加入下列化合物时，估计线粒体中的氧化呼吸链各个成员所处的氧化还原状态。

①DNP ⑤N3-

②鱼藤酮 ⑥CO

③抗霉素A ⑦寡霉素 ④CN- 答：DNP（二硝基苯酚，dinitrophenol）：破坏线粒体内膜两侧的电化学梯度，而使氧化与磷酸化偶联脱离，是最常见的解偶联剂；鱼藤酮：抑制NADH→CoQ的电子传递；抗霉素A：抑制Cyt b→Cyt c1的电子传递；CN- 、N3- 、CO:抑制细胞色素氧化酶→O2；寡霉素 : 与F0结合结合，阻断H+通道，从而抑制ATP合成。

当供给充分的底物包括异柠檬酸、Pi、ADP、O2，并加入DNP 时,电子传递链照常运转，但不能形成ATP；当供给充分的底物包括异柠檬酸、Pi、ADP、O2，并加入鱼藤酮时,会阻断电子从NADH到CoQ的传递，NADH处于还原状态，其后的各组分处于氧化状态；当供给充分的底物包括异柠檬酸、Pi、ADP、O2，并加入抗霉素A时,会阻断电子从Cyt b到Cyt c1的传递，Cyt b及其上游组分处于还原状态，Cyt c1及其下游组分处于氧化状态；当供给充分的底物包括异柠檬酸、Pi、ADP、O2，并加入CN- 、N3- 、CO时,会阻断电子从细胞色素氧化酶到O2的传递，Cyt c及其上游组分处于还原状态, O2处于氧化状态；当供给充分的底物包括异柠檬酸、Pi、ADP、O2，并加入寡霉素时,抑制氧的利用和ATP的形成，使电子传递链不能正常进行,各组分均处于还原状态。

⒏什么是磷/氧比（P/O比），测定磷/氧比有何意义？ 答：磷氧比(P/O ratio) 指每吸收一个氧原子所酯化的无机磷分子数，即有几个ADP变成ATP，实质是伴随ADP磷酸化所消耗的无机磷酸的分子数与消耗分子氧的氧原子数之比。 测定磷/氧比的意义在于可以知道不同呼吸链氧化磷酸化的活力。

⒐P/O比、每对电子转运质子数之比(H+/2e)、形成一分子ATP所需质子数的比例、将ATP转运到细胞溶胶所需质子数之比(~ P/H+)，它们之间是否有相关性？

答：这些比值之间是有关联的，但并不绝对。虽然电子转移伴随着ATP的合成，但不能仅以P/O比值作为ATP生成数的依据，而应考虑一对电子从NADH或FADH2传递到氧的过程中，有多少质子从线粒体基质泵出，以及有多少质子必须通过ATP合酶返回基质以用于ATP的合成，这样才能从本质上确定ATP的生成数量。目前被广泛接受的观点是：ATP、ADP和无机磷酸通过线粒体内膜的转运是由ATP-ADP载体和磷酸转位酶催化的。已知每合成1个ATP需要3个质子通过ATP合酶。与此同时，把一个ATP分子从线粒体基质转运到胞液需要消耗1个质子，所以每形成1个分子的ATP就需要4个质子的流动。因此，如果一对电子通过NADH电子传递链可泵出10个质子，则可形成2.5 个分子ATP；如果一对电子通过FADH2电子传递链有6个质子泵出，则可形成1.5个ATP分子。

⒑计算琥珀酸由FAD氧化和由NAD+氧化的 ΔG0'值（利用表24-1的数据）。设FAD/FADH2氧-还对的ΔE'0接近于0V。解释为什么在琥珀酸脱氢酶催化的反应中只有FAD能作为电子受体而不是NAD+？ 答：据表24-1的数据，琥珀酸由FAD氧化时，ΔG0'＝-nF△E/0=-2*23062*(0.815+0.18)=-45. Kcal，琥珀酸由NAD+氧化时，ΔG0'＝-nF△E/0=-2*23062*(0.815+0.32)=-52.35 Kcal，琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸生成延胡索酸，其ΔG0'＝-nF△E/0=-2*23062*(0.815+0.031)=-39.02 Kcal, 而当设FAD/FADH2氧-还对的ΔE'0接近于0V时，其ΔG0'＝-nF△E/0=-2*23062*(0.815+0.0)＝-37.59, 琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸生成延胡索酸产生的自由能略大于FAD/FADH2氧-还对氧化时产生的自由能，小于NAD+氧化时产生的自由能，因此琥珀酸在琥珀酸脱氢酶催化的反应中只有FAD能作为电子受体而不是NAD+。

⒒电子传递链产生的质子电动势为0.2V，转运2、3、4个质子，温度为25℃,所得到的有效自由能为多少？用这些能可合成多少ATP分子？

答：根据公式ΔG0'＝nF△E/0?? , 电子传递链产生的质子电动势为0.2V，转运2、3、4个质子所能得到的有效自由能分别为：38.56 KJ/mol、57.84 KJ/mol、77.11 KJ/mol。由于在生理条件下合成一分子ATP大约需要40-50 KJ/mol的自由能，因此，转运2至3个质子，可合成1个ATP分子，转运4个质子大约可合成1-2个ATP分子。

第25章 戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径

⒈向含有戊糖磷酸途径全部有关酶和辅助因子的溶液中，加入在C6上具有放射性标记的葡萄糖，请问哪些物质上会有放射性标记？ 答：核糖-5-磷酸C5出现放射性标记

⒉写出由葡萄糖-6-磷酸转变为核糖-5-磷酸，不必同时计算NADPH的化学方程式。 答：5葡萄糖-6-磷酸 ⒜⒜→核糖-5-磷酸+ADP+H+）

⒊写出葡萄糖-6-磷酸合成NADPH而不涉及戊糖的化学方程式。 答：葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+7H20 ⒜⒜→ CO2+12NADPH+12H++Pi

⒋鸡蛋清中有一种对生物素亲和力极高的抗生物素蛋白。它是含生物素酶的高度专一的抑制剂，请考虑它对下列反应有无影响：

①葡萄糖 ⒜⒜→丙酮酸 ②丙酮酸⒜⒜→葡萄糖 ③核糖-5-磷酸⒜⒜→葡萄糖 ④丙酮酸⒜⒜→草酰乙酸 答：生物素是丙酮酸羧化酶的辅基，该酶可羧化丙酮酸生成草酰乙酸并进而逐步生成葡萄糖。因此，鸡蛋清中对生物素亲和力极高的抗生物素蛋白对反应1和3无影响，对反应2和4有影响。

⒌计算从丙酮酸合成葡萄糖需提供多少高能磷酸键？ 答：需6个高能磷酸键。

⒍维持还原型谷胱苷肽[GSH]的浓度为10mmol/L，氧化型[GSSH]的浓度为1mmol/L，所需的NADPH/NADP+比例应是多少？（参看第24章氧还电势表）

答：谷胱苷肽由NADPH还原的ΔE0'=+0.09V，因此ΔG0'=-4.15kcal/mol。相应的平衡常数为1126所需的[NADPH]/[NADP+]比值等于8.9×10-2。

⒎比较柠檬酸循环途径和戊糖磷酸途径的脱羧反应机制。

答：在柠檬酸循环途径有2步脱羧反应，其机制分别是：在异柠檬酸脱氢酶催化下，异柠檬酸脱氢被氧化成草酰琥珀酸，然后脱掉CO2并加上一H+,生成α-酮戊二酸；α-酮戊二酸地α-酮戊二酸脱氢酶系催化下，脱掉CO2，生成羟丁基-TPP，羟丁基-TPP与硫辛酰胺及CoA-SH 反应，生成琥珀酰-CoA。

戊糖磷酸途径的脱羧反应发生在6-磷酸葡萄糖生成核酮糖-5-磷酸的反应中，其机制为：葡萄糖-6-磷酸脱氢酶催化下，葡萄糖-6-磷酸形成6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯，6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯在一专一内酯酶作用下水解，形成6-磷酸葡萄糖酸，6-磷酸葡萄糖酸在6-磷酸葡萄

糖酸脱氢酶作用下，形成核酮糖-5-磷酸。

⒏糖酵解 、戊糖磷酸途径和葡糖异生途径之间如何联系？

答：磷酸戊糖途径以葡萄糖-6-磷酸为起始物进入一个循环过程。该途径的第一阶段涉及氧化性脱羧反应，生成5-磷酸核酮糖和NADPH。第二阶段是非氧化性的糖磷酸酯的相互转换。由于转酮醇酶和转醛醇酶催化反应的可逆性，使磷酸戊糖途径与糖酵解以及糖的异生作用发生了密切的联系，各途径中的中间物如果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸等可以根据细胞的需要进入到对方代谢途径中去。

⒐比较糖醛酸循环和柠檬酸循环。糖醛酸的存在有何特殊意义？

答：糖醛酸途径(glucuronate pathway)是指从葡萄糖-6-磷酸或葡萄糖-1-磷酸开始，经UDP-葡萄糖醛酸生成葡萄糖醛酸和抗坏血酸的途径。柠檬酸循环（citric acid cycle）是用于乙酰CoA中的乙酰基氧化成CO2的酶促反应的循环系统，该循环的第一步是由乙酰CoA经草酰乙酸缩合形成柠檬酸。

糖醛酸的存在有何特殊意义有：在肝中糖醛酸与药物（含芳环的苯酚、苯甲酸）或含-OH、-COOH、-NH2、-SH基的异物结合成可溶于水的化合物，随尿、胆汁排出，起解毒作用；UDP糖醛酸是糖醛酸基的供体，用于合成粘多糖（硫酸软骨素、透明质酸、肝素等）；从糖醛酸可以转变成抗坏血酸（人及灵长动物不能，缺少L-古洛糖酸内酯氧化酶）；从糖醛酸可以生成5-磷酸木酮糖，可与磷酸戊糖途径连接。

⒑为什么有人不能耐受乳糖？而乳婴却靠乳汁维持生命？

答：有些人小肠中的乳糖酶活性很低或是没有，致使乳糖不能消化或是消化不完全，不能被小肠吸收。乳糖在小肠内会产生很强的渗透效应，流向大肠。在大肠内，乳糖被细菌转变为有毒物质，出现腹胀、恶心、绞痛以及腹泻等所谓乳糖不耐受症状。

由于绝大多数乳婴小肠中含有足够活性的乳糖酶，因此能消化乳糖，可能靠乳汁为生。

⒒糖蛋白中寡糖与多肽链的连接形式有几种类型？

答：糖蛋白中寡糖与多肽链的，简称糖肽键。糖肽链的类型可以概况为：

①N-糖苷键型：寡糖链（GlcNAC的β-羟基）与Asn的酰胺基、N-未端的a-氨基、Lys或Arg的W-氨基相连。

② O-糖苷键型：寡糖链（GalNAC的α-羟基）与Ser、Thr和羟基赖氨酸、羟脯氨酸的羟基相连。

③ S-糖苷键型：以半胱氨酸为连接点的糖肽键。

④ 酯糖苷键型：以天冬氨酸、谷氨酸的游离羧基为连接点。

⒓N-连寡糖和O-连寡糖的生物合成有何特点？ 答：N-连寡糖和O-连寡糖的生物合成特点分别是N-糖链的合成是和肽链的生物合成同时进行的，而O-糖链的合成是在肽链合成后，对肽链进行修饰加工时将糖基逐个连接上去的。

第26章 糖原的分解和生物合成

⒈写出糖原分子中葡萄糖残基的连接方式。

答：糖原分子中葡萄糖残基的连接方式有两种，一种是以α（1,4）糖苷键连接，另一种是在多糖分子的分支处，以α（1,6）糖苷键连接。

⒉糖原降解为游离的葡萄糖需要什么酶？

答：糖原降解为游离的葡萄糖需要的酶有：糖原磷酸化酶、糖原脱支酶、磷酸葡萄糖变位酶和葡萄糖-6-磷酸酶。

⒊糖原合成需要什么酶？

答：糖原合成需要的酶有：UDP-葡萄糖焦磷酸化酶、糖原合成酶和糖原分支酶。

⒋从“O”开始合成糖原需要什么条件？ 答：由于糖原合成酶只能催化将葡萄糖残基加到已经具有4个以上葡萄糖残基的葡聚糖分子上，因此，从“O”开始合成糖原需要有一种被叫做生糖原蛋白的“引物”存在。

⒌肾上腺素 、胰高血糖素对糖原的代谢怎样起调节作用？

答：机体血糖降低可引起胰高血糖素和肾上腺素分泌增加，此时细胞内cAMP含量增加，促使有活性的a激酶增加。a激酶一方面时糖原合酶磷酸化失去活性，一方面通过磷酸化酶b激酶使磷酸化酶变成有活性的磷酸化酶a，最终结果使糖原合成减少，糖原分解增加，使血糖升高。

当激素水平降低时，一方面由于已生成的cAMP被磷酸二酯酶分解为5、AMP，从而停止对糖原降解的刺激作用；另一方面又由于磷酸化酶a去磷酸化转变为磷酸化酶b而使糖原降解停止。

⒍血糖浓度如何维持相对稳定？ 答：维持正常的血糖浓度对于维持机体的正常生命活动，特别是脑细胞的功能具有极其重要的意义。

血糖的来源主要是糖类食物（主要是淀粉）消化吸收后进入血液，其次为肝糖原和肌糖原分解为葡萄糖（糖原为多糖，又称动物淀粉），在饥饿时主要依靠糖异生，即从非糖物质（如氨基酸、甘油、乳酸等）转变为葡萄糖。糖类食物消化后的产物葡萄糖吸收入血后，在胰岛素的作用下，一部分进入组织细胞氧化分解释放出能量，供细胞利用；剩余部分在肝脏和肌肉合成肝糖原和肌糖原贮存起来，因此，血糖不断被组织细胞利用，肝糖原和肌糖原又不断分解释放葡萄糖入血，维持血糖浓度的相对稳定。

但肝脏和肌肉贮存糖原的量有限，如果消化道不继续吸收葡萄糖入血（饥饿不进食时），血糖势必要降低。在这种情况下体内的脂肪便开始分解，成为体内能量的主要来源。脂肪分解产生的甘油经糖异生转变为葡萄糖，产生的脂肪酸可被体内大多数组织细胞（脑细胞除外）利用，这样又可节省部分葡萄糖为脑细胞利用，也可减少或不动用蛋白质。如果饥饿时间较长，不但脂肪分解，而且体内蛋白质也分解，分解产生的氨基酸也经糖异生转变为葡萄糖，以维持基本的血糖水平。通过糖原分解、糖异生及动用脂肪，即使饥饿几天后，血糖浓度也仅降低百分之几。

⒎将一肝病患者的糖原样品与正磷酸 、磷酸化酶 、脱支酶（包括转移酶）共同保温，结果得到葡萄糖-1-磷酸和葡萄糖的混合物二者的比值： 葡萄糖-1-磷酸

⒜⒜⒜⒜⒜⒜⒜ =100，试推测该患者可能缺乏哪种酶？ 葡萄糖

答：患者缺乏脱支酶。

第27章 光合磷酸化

⒈根据放氧测定绿色植物的光合作用速率当用680nm波长的光照射时比用700nm光时高，但用这两种光一起照射时给出的光合作用速率比单独使用这两种波长光中的任一种光时高。请解释。

答：这是由于放氧的光合细胞有两个光反应的参与，一个是利用700 nm 波长的光，另一个利用 680 nm 波长的光。当用这两种光一起照射时，这两种波长的光互相协作，产生“Emerson 增益效应”，使给出的光合作用速率比单独使用这两种波长光中的任一种光时高。

⒉光系统I中处于基态的P700，E0'为+0.4V，当受700nm光激发时转变为P700*，E0'为-1.0V。在此光反应中P700为捕获光能的效率是多少？ 答：在此光反应中P700为捕获光能的效率是79%。

⒊当光系统I在标准条件下吸收700nm红光时P700的标准还原电势E0'由+0.4V变为-1.2V。被吸收的光能有百分之多少以NADPH（E0'=-0.32V）形式被储存？ 答：被吸收的光能有45%以NADPH（E0'=-0.32V）形式被储存。

⒋在无ADP和Pi存在下用光照射菠菜叶绿体，然后停止光照（在暗处），加入ADP和Pi。发现在短时间内有ATP合成。请解释原因。

答：这是由于用光照射菠菜叶绿体时，质子通过叶绿体的类囊体膜，进入类囊体腔，形成跨膜pH梯度。在暗处加入ADP和Pi后，质子通过ATP合酶从膜内流向膜外，推动ADP和Pi合成ATP。

⒌如果水的光诱导氧化反应（引起放氧）的ΔG0'为-25kJ/mol。光系统Ⅱ中光产生的最初氧化剂的E0'值是多少？

答：光系统Ⅱ中光产生的最初氧化剂的E0'值是+0.88V。

⒍在充分阳光下，25℃，pH7的离体叶绿体中ATP 、ADP和Pi的稳态浓度分别为3mmol/L 、0.1mmolL和10mmol/L。 ① 在这些条件下，合成ATP反应的ΔG是多少？②在此叶绿体中光诱导的电子传递提供ATP合成所需的能量（通过质子动势），在这些条件下合成ATP所需的最小电势差（ΔE0'）是多少？假设每产生1分子ATP要求2e-通过电子传递链。

答：①在这些条件下，合成ATP反应的ΔG是50.3 kJ/mol;②在这些条件下合成ATP所需的最小电势差（ΔE0'）是0.26V。

⒎如果非循环光合电子传递导致3H+/e-的跨膜转移，循环光合电子传递导致2H+/e-的跨膜转移。问①非循环光合磷酸化的和 ②循环光合磷酸化的ATP合成效应（以合成一个ATP所需吸收的光子表示）是多少？（假设CF1CF0ATP合酶产生1ATP/3H+）。 答：① 2hv/ATP；②1.5hv/ATP。

⒏真核光养生物非循环光合电子传递中ATP/2e-的实际比值并不确定。试计算从光系统Ⅱ到光系统Ⅰ的光合电子传递中ATP/2e-的最大理论比值。假设在细胞条件下，生成ATP的ΔG为+50kJ/mol，并假设ΔE≈ΔE0'。（提示：P680+/P680电对和P700+/P700电对的ΔE0'分别

为-0.6V和+0.4V）

答：从光系统Ⅱ到光系统Ⅰ的光合电子传递中ATP/2e-的最大理论比值是3.9。

⒐如果使用碳1位上标记14C的核酮糖-5-磷酸作为暗反应底物。3-磷酸甘油酸的哪位碳将被标记？

答：碳3 将被标记。

⒑在1轮循环中将有6μmolCO2和6μmol未表标记的核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)发生反应，产生1μmol葡糖-6-磷酸，并重新生成6μmolRuBP。问： ① 在重新生成的RuBP哪两个碳原子将不被标记；

②在重新生成的RuBP中其它3个碳原子各自被标记的百分数是多少？

答：①C3和C4不被标记； ②1/6在C1，1/6在C2，3/6在C3。其余1/6被等分地标记在葡糖-6-磷酸的C3和C4上。

第28章 脂肪酸的分解代谢

⒈说明经典的Knoop对脂肪酸氧化的实验和结论。比较他的假说与现代β -氧化学说的异同。

答：Knoop 用把偶数或奇数碳的脂肪酸分子末端甲基接上苯基，用这带“示踪物”的脂肪酸喂狗，然后分析排出的尿液，示踪物苯基在体内不被代谢，而以某一特定的有机化合物被排出。Knoop的实验结论是：脂肪酸氧化每次降解下一个2碳单元的片段，氧化是从羧基端的β-位碳原子开始的，释下一个乙酸单位。

现代β -氧化学说支持Knoop的基本观点，但与现代β -氧化学说相比，Knoop的假说有以下差异：切下的两个碳原子单元是乙酰-C0A,而不是醋酸分子；反应系列中的全部中间产物是结合在辅酶A上的；降解的起始需要ATP的水解。

⒉计算一分子硬脂肪酸彻底氧化成CO2及H2O产生的ATP分子数，并计算每克硬脂肪酸彻底氧化的自由能。

答：一分子硬脂酸需要经过8轮β氧化，生成9个乙酰CoA，8个FADH2 和8NADH，9个乙酰CoA可生成ATP：10×9=90个；8个FADH2可生成ATP ：1.5×8=12个；8个NADH可生成ATP：2.5×8=20个；以上总计为122个ATP，但是硬脂酸活化为硬脂酰CoA时消耗了两个高能磷酸键，一分子硬脂肪酸净生成120个ATP。（2）120个ATP水解的标准自由能为120×（－30.54）KJ=－36.8KJ，硬脂肪酸的相对分子质量为256。故1克硬脂肪酸彻底氧化产生的自由能为－36.8/256=－13.5KJ。

⒊说明肉碱酰基转移酶在脂肪酸氧化过程中的作用。

答：脂酰-C0A不能直接进入线粒体，它必须在肉碱酰基转移酶的催化下，转化为脂酰肉碱才能穿越线粒体内膜进行氧化。因此，肉碱酰基转移酶在脂肪酸氧化过程中起着重要的作用。

⒋说明辅酶维生素B12在奇数碳原子氧化途径中的功能。

答：奇数碳原子脂肪酸的氧化中，最后一步反应L-甲基丙二酰-CoA在甲基丙二酰变位酶作用下转化为琥珀酰 - CoA，这一酶促反应需要同时有维生素B12作为辅酶存在。

⒌说明在植烷酸的氧化中，α -氧化是必然的。

答：由于在C-3位上有一甲基取代基，因此植烷酸不属于β- 氧化的底物，它必须在α- 羟化酶作用下，在α位发生羟基化并脱羧形成植烷酸后才能进行氧化，即植烷酸的氧化中，α -氧化是必然的。

⒍如若膳食中只有肉 、蛋和蔬菜，完全排除脂质，会不会发生脂肪酸缺欠症？

答：由于有些脂肪酸在机体内不能合成或合成的量不足，因此，若膳食中只有肉 、蛋和蔬菜，完全排除脂质，会发生脂肪酸缺欠症。

⒎患者体内发生脂质积聚，经检测，脂质中具有半乳糖-葡萄糖神经酰胺的结构。试问是哪一步酶反映不能正常运行？

答：这是由于欠缺α- 半乳糖苷酶，导致三已糖神经酰氨不能降解造成的。

⒏是说明“酮尿症”的生化机制。

答：酮体是乙酰乙酸、β羟丁酸及丙酮的总称。

酮体为人体利用脂肪氧化物产生的中间的代谢产物,正常人产生的酮体很快被利用,在血中含量极微,约为2.0-4.0mg/L其中乙酰乙酸\\β羟丁酸\\丙酮各种分加约占20%、78%、2%。尿中酮体（以丙酮计）约为50mg/24h。定性测试为阴性。但在饥饿、各种原因引起的糖代谢发生障碍，脂分解增加及糖尿病酸中毒时，因产生酮体速度大于组织利用速度，可出现酮血症，继而发生酮尿（ketonuria,KET）。

⒐说明无活性维生素D3和活性维生素D3的结构关系。

答：活性维生素D3是指25-羟基维生素D3和1,25-羟基维生素D3，它们是由维生素D3（无活性）羟基化而成的。

第29章 脂类的生物合成

⒈试解释“三羧酸运送系统（tricarboxylate transport system）的作用机制和功能。

答：合成脂肪酸的原料是乙酰CoA，主要来自糖的氧化分解。此外，某些氨基酸分解也可提供部分乙酰CoA。以上过程都是在线粒体内进行的，而合成脂肪酸的酶却存在于胞液中，因此乙酰CoA必须进入胞液才能用于合成脂肪酸。乙酰CoA不能自由通过线粒体内膜，需借助于柠檬酸-丙酮酸循环（citrate pyruvate cycle）将乙酰CoA从线粒体内运出到胞液中。 首先在线粒体内，乙酰CoA与草酰乙酸经柠檬酸合酶催化缩合生成柠檬酸，再由线粒体内膜上相应载体协助进入胞液。在胞液内存在的柠檬酸裂解酶可使柠檬酸裂解产生乙酰CoA及草酰乙酸，前者可用于合成脂肪酸，后者可返回线粒体补充合成柠檬酸时的消耗。但草酰乙酸也不能自由通透线粒体内膜，故必需先经苹果酸脱氢酶催化，还原成苹果酸再经线粒体内膜上的载体转运入线粒体，经氧化后补充草酰乙酸。也可在苹果酸酶作用下，氧化脱羧生成丙酮酸，同时伴有NADPH的生成。丙酮酸可经内膜载体被转运入线粒体内，此时丙酮酸可再羧化转变为草酰乙酸。每经柠檬酸-丙酮酸循环一次，可使一分子乙酰CoA由线粒体进入胞液，同时消耗两分子ATP，还为机体提供了NADPH以补充合成反应的需要。

乙酰CoA需先羧化生成丙二酰CoA后才能进入合成脂肪酸的途径。乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成过程中的限速酶。此酶是变构酶。其无活性的单体与有活性的多聚体之间可以互变。柠檬酸与异柠檬酸可促进单体聚合成多聚体，增强酶活性，而长链脂肪酸可加速解聚，从而抑制该酶活性。乙酰CoA羧化酶还可依赖于cAMP的磷酸化及去磷酸化修饰来调节酶活

性。此酶经磷酸化后活性丧失。如胰高血糖素及肾上腺素等能促进这种磷酸化作用。从而抑制脂肪酸的合成；而胰岛素则能促进酶的去磷酸化作用，故可增强乙酰CoA羧化酶活性，加速脂肪酸合成。

⒉说明真核生物体内脂肪酸合酶的结构与功能。

答：真核生物体内脂肪酸合酶是多肽紧密协同的一个整体，共同作用完成脂酰CoA和丙二酸单酰CoA合成脂肪酸的催化过程，多肽链包括一个ACP和七个酶。 ACP的作用：以硫酯键的形式把脂酰基连接在复合物上。 七个酶及其作用分别是：

（1）乙酰 CoA：ACP 转酰酶(AT)(催化脂酰基转移)

（2）丙二酸单酰CoA：ACP 转酰酶(MT)（催化丙二酰基转移） （3）β-酮酰-ACP 合酶(KS)（催化脂酰基与丙二酰基缩合） （4）β-酮酰-ACP还原酶(KR)（催化酮基还原为羟基） （5）β-羟酰-ACP 脱水酶(HD)（催化脱水） （6） 烯酰-ACP 还原酶(ER)（催化双键还原） （7） 脂酰-ACP硫酯酶 (催化释放脂肪酸)

⒊试比较脂肪酸合成与脂肪酸β-氧化的异同。

答：脂肪酸合成与脂肪酸β-氧化的差异主要表现在以下几个方面 （1）细胞定位不同：胞质中；线粒体 （2）酰基载体不同：ACP；COA

（3）发生的反应不同：缩合、还原、脱水、再还原；脱氢、水化、再脱氢、硫解 （4）参与酶类不同：2种酶系；5种 （5）辅因子不同：NADPH；FAD，NAD+ （6）ATP不同：耗7ATP；生成130ATP （7）方向不同：甲基端向羧基端；相反

⒋脂肪酸合成中的碳链延长在线粒体中和在内质网中的机制有何不同？

答：生物体内有两种不同的酶系可以催化碳链的延长，一是线粒体中的延长酶系，另一个是粗糙内质网中的延长酶系。

线粒体脂肪酸延长酶系：以乙酰CoA为C2供体，不需要酰基载体，由软脂酰CoA与乙酰CoA直接缩合。线粒体的基质中进行，只能在C12,C14,C16的基础上逐步添加C2物，生成长链脂肪酸。需acetyl CoA, NADH, NADPH。反应为?β-氧化的逆过程，只有个别反应不同，即脂酰CoA 脱氢酶不参与逆反应，合成时由烯脂酰CoA还原酶催化，需NADPH而不是FADH2。

内质网脂肪酸延长酶系：用丙二酸单酰CoA作为C2的供体，NADPH作为H的供体，中间过程和脂肪酸合成酶系的催化过程相同。

⒌乙酰-CoA羧化酶脂肪酸合成中起着作用，试述这个的机制。

答：乙酰CoA需先羧化生成丙二酰CoA后才能进入合成脂肪酸的途径。乙酰CoA羧化酶是脂肪酸合成过程中的限速酶，是脂肪酸合成的关键所在。

乙酰CoA羧化酶是变构酶。其无活性的单体与有活性的多聚体之间可以互变。柠檬酸与异柠檬酸可促进单体聚合成多聚体，增强酶活性，而长链脂肪酸可加速解聚，从而抑制该酶活性。乙酰CoA羧化酶还可依赖于cAMP的磷酸化及去磷酸化修饰来调节酶活性。此酶经磷酸

化后活性丧失。如胰高血糖素及肾上腺素等能促进这种磷酸化作用，从而抑制脂肪酸的合成；而胰岛素则能促进酶的去磷酸化作用，故可增强乙酰CoA羧化酶活性，加速脂肪酸合成。

⒍磷脂的特征是在C2位上有一不饱和脂肪酸。举一磷脂实例。它在C2位上是饱和脂肪酸，这样的结构是怎样合成的？

答：二软脂酰磷脂在C2位上有一不饱和脂肪酸。这样的结构是通过在磷脂酰胆碱的sn1和sn2上发生脂肪酸取代反应形成的。

⒎试述以CDP二脂酰甘油为起始物，3种甘油磷脂（磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油、二磷脂酰甘油）的生物合成路线。

答：CDP -二脂酰甘油在磷脂酰苷油磷酸合酶催化下，生成磷脂酰丝氨酸，磷脂酰丝氨酸在磷脂酰丝氨酸脱羧酶催化下，脱羧生成磷脂酰乙醇胺；

CDP -二脂酰甘油在磷脂酰丝氨酸合酶催化下，生成磷脂酰苷油酸，磷脂酰苷油酸在磷脂酰苷油酸磷酸酶催化下，生成磷脂酰苷油；

磷脂酰苷油在二磷脂酰苷油合酶催化下，生成二磷脂酰苷油。

⒏\"血小板活化因子(platelet activating factor,PAF)\"为何物？用二羟丙酮磷酸为原料如何实现它？

答：血小板活化因子是1- 烷基 – 2 - 乙酰基 – 苷油磷酸胆碱。

血小板活化因子的合成过程与上述磷脂合成过程类似，二羟丙酮磷酸在酰基转移酶催化下，转变生成脂酰磷酸二羟丙酮以后，由一分子长链脂肪醇取代其第一位脂酰基，其后再经还原(由NADPH供H)、转酰基等步骤合成磷脂酸的衍生物。此产物替代磷脂酸为起始物，沿甘油三酯途径合成胆碱或乙醇胺缩醛磷脂。血小板活化因子与缩醛磷脂的不同在于长链脂肪醇是饱和长链醇，第2位的脂酰基为最简单的乙酰基。

⒐试述以软脂酰-CoA和丝氨酸为起始物，鞘磷脂和葡糖-神经下酰胺的生物合成路线。 答：P277 图 29-30 。

⒑低剂量的阿司匹林（如隔日一粒）有防止心脏病突发的功能。如每日服用3-4粒，为什么反而事得其反？（揭示：TXA2生成于血小板中，PGI2生成于动脉壁上）

答：由于阿司匹林能抑制环加氧酶的活性，进而减少血栓烷如TXA2等的生成，从而可防止心脏病的突发。同时，大剂量的阿司匹林可降低动脉6一酮一前列腺素F的水平，使血管血流量增大，增加心脏的负担，因此有可能导致心脏病的突发。

⒒培养肝细胞时加入2-[14C]醋酸。14C标记在HMG-CoA什么位置上？ 答：14C标记在HMG-CoA中异戊二烯单元的C2和C4的位置上。

⒓试述Wolman's病的症候和病因。将患者的皮肤的成纤维细胞进行培养，HMG-CoA的活性变高，还是变低？在培养基中LDL-受体的数量是减？

答：Wolman's病的特征是在不同组织中胆固醇酯和三脂酰苷油的积聚。其病因是溶酶体中酸性脂肪酶的完全缺乏。

将患者的皮肤的成纤维细胞进行培养，HMG-CoA的活性变高。在培养基中LDL-受体的数量是减少的。

⒔乙酰-CoA如何转化为甲羟戊酸？试述甲羟戊酸转化为（角）鲨烯的立体化学问题。

答：乙酰-CoA在硫解酶的反向催化下形成乙酰乙酰-CoA，乙酰乙酰-CoA和乙酰-CoA在HNG-CoA合酶催化下生成3-羟-3-甲基戊二酰-CoA，3-羟-3-甲基戊二酰-CoA在3-羟-3-甲基戊二酰-CoA还原酶催化下，生成甲羟戊酸。

甲羟戊酸转化为（角）鲨烯的过程中，有14步反应涉及到立本化学问题，从理论上讲，自甲羟戊酸到（角）鲨烯，有16384种异构件出现的可能性，但在生物体内实际上只有一种途径在出现，这是由于在反应中通过顺式消除、反式消除以及异构化反应中消除等方式解决了这些立体化问题。

⒕试综述低密度脂蛋白(LDL)的大体组成，体内的运送和生物功能。

答：低密度脂蛋白(LDL)由蛋白质、三脂酰苷油、胆固醇、胆固醇酯、磷脂类以及载脂蛋白等组成，密度在1.019-1.063克/毫升之间。

在动物体内，低密度脂蛋白可随血浆转移到肝脏、肾上腺和脂肪组织。其主要功能是把胆固醇从肝脏运送到全身组织。

第30章 蛋白质降解和氨基酸的分解代谢

⒈动物体内有哪些主要的酶参加蛋白质水解反应？总结这些酶的作用特点。

答：动物体内参加蛋白质水解的酶有胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶、羧肽酶及氨肽酶等。

胃蛋白酶催化具有苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、亮氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺等肽键的断裂；胰蛋白酶水解由赖氨酸、精氨酸的羧基形成的肽键；糜蛋白酶水解含有苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等残基羧基形成的肽键；羧肽酶和氨肽酶则分别从肽段的C端和N端水解下氨基酸残基。

⒉氨基酸脱氨基后的碳链如何进入柠檬酸循环？

答：氨基酸脱氨基后的碳链分别经形成乙酰-CoA的途径、α- 酮戊二酸的途径、琥珀酰 – CoA的途径、延胡索酸途径及草酰乙酸途径进入柠檬酸循环。

⒊有一种遗传病人，在血浆中异戊酸的含量增高，可能影响了哪种氨基酸的代谢？如果这种氨基酸及其酮酸在血液中含量是正常的，可能缺乏哪一种酶？ 答：① 亮氨酸；②异亮氨酰脱氢酶。

⒋写出苯丙氨酸在排氨动物和排尿苏动物体内完全氧化的平衡式，包括全部活化和能量储存步骤。

答：苯丙氨酸+10O2+46ADP+46Pi⒜→9CO2+NH2+45ATP+AMP+PPI+45H2O

⒌组氨酸分解代谢时，下面标出的原子会出现在谷氨酸的什么位置上？

答：1为氨基氮，5为а–碳原子，6为β–碳原子，8为γ–羧基碳原子，2,3原子不参加谷氨酸。

⒍写出丙氨酸转变为乙酰乙酸和尿素的总平衡式：

答：2丙氨酸+4NAD++3ATP+4H2O⒜→乙酰乙酸+尿素+CO2+4NADH+4H++2ADP+AMP+4Pi

⒎根据化学计算，在尿素合成中消耗了4个高能磷酸键能(-P)，在此反应中天冬氨酸转变为延胡索酸，假设延胡索酸又转回天冬氨酸，尿素合成的化学计算结果如何？消耗了几个高能磷酸键？

答：延胡索酸形成天冬氨酸不影响尿素合成的化学计算，因此尿素合成的化学反应时仍为： CO2+N+H4+3ATP+3H2O+NAD++天冬氨酸⒜→尿素+2ATP+2Pi+PPi+NADH+H++草酰乙酸，因此共消耗了4个高能磷酸键。

⒏用成年大白鼠做同位素示踪实验，得到下面结果：肌酸分子中的标记原子是由下面所列的一些前体而来，从这样的实验结果设计一条肌酸合成的可能途径。

答：精氨酸和甘氨酸在左旋精氨酸－甘氨酸转脒基酶（L-AGAT）的催化下，合成胍乙酸，胍乙酸再经S-腺苷蛋氨酸－胍乙酸N-甲基转移酶（MT）的催化，甲基化形成肌酸。

⒐说明尿素形成的机制和意义。

答：尿素是通过尿素循环形成的。尿素循环亦称鸟氨酸循环，是排尿素动物在肝脏中合成尿素的一个循环机制。肝细胞胞浆中的氨基酸经转氨作用与α-酮戊二酸形成的谷氨酸，透过线粒体膜进入线粒体基质，在谷氨酸脱氢酶作用下脱氨形成游离氨。形成的氨（NH+4）与三羧酸循环产生的二氧化碳、2分子ATP，在氨基甲酰合成酶I的催化下生成氨基甲酰磷酸。氨基甲酰磷酸在线粒体的鸟氨酸转氨基甲酰酶的催化下，将氨基甲酰基转移给鸟氨酸生成瓜氨酸。瓜氨酸形成后即离开线粒体进入胞浆，在ATP的存在下，由精氨酸代琥珀酸合成酶的催化，与天冬氨酸缩合成精氨酸代琥珀酸。天冬氨酸在反应中作为氨基的供体。精氨酸代琥珀酸通过裂解酶的催化生成精氨酸和延胡索酸。精氨酸在胞浆精氨酸酶的催化下水解产生尿素和鸟氨酸。鸟氨酸可重新进入尿素循环。

蛋白质在体内分解成氨基酸,再分解产生氨,过量的氨具有神经毒性,氨的解毒是在肝内合成尿素,再随尿排出。因此，通过合成尿素可以维持正常的血氨水平。

第31章 氨基酸及其重要衍生物的生物合成

⒈那些氨基酸对人体是必需氨基酸？为什么有些氨基酸称为非必需氨基酸？

答：人体必需氨基酸共有8种:赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸。

有些氨基酸在人体中能够合成，不一定非要从外界补充，这些氨基酸叫做非必需氨基酸。

⒉写出葡萄糖合成丙氨酸的总平衡式。

答：葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD++2谷氨酸⒜⒜⒜→2丙氨酸+2α -酮戊二酸+2ATP+2NADP+H+。

⒊在氨基酸生物合成中哪些氨基酸和柠檬酸循环有联系？哪些氨基酸和糖酵解过程以及五碳糖途径有直接联系？

答：在氨基酸生物合成中，谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸、天冬氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸赖氨酸、天冬酰胺及谷氨酸和柠檬酸循环有联系。

丝氨酸、胱氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、组氨酸和糖酵解过程以及五碳糖途径有直接联系。

⒋在下面的每个转变中是哪种叶酸的中间产物参与反应？ ①甘氨酸⒜⒜⒜→丝氨酸（四氢叶酸）

② 组氨酸⒜⒜⒜→谷氨酰胺（四氢叶酸）

③高半胱氨酸⒜⒜⒜→甲硫氨酸（N5-甲基四氢叶酸）

⒌芳香族氨基酸生物合成的共同前体是什么？它们以哪种中间产物作为合成路线的分支点？

答：芳香族氨基酸生物合成的共同前体是莽草酸。它们以分支酸作为合成路线的分支点。

⒍缺乏苯丙氨酸羟化酶（苯丙氨酸单加氧酶）的病人为什么出现苯丙酮酸尿症？ 答：苯丙酮酸不能形成酪氨酸则积累，经转氨形成苯丙酮酸，随尿排出。

⒎从漂白过的面粉中有时可分离到一种甲硫氨酸衍生物甲硫氨酸亚砜亚胺（methionine sulfoximine），它的结构如下：

NH2 H ‖ ∣ O=S-CH2-CH2-C-COO- ∣ ∣ CH3 NH2

甲硫氨酸亚砜亚胺

它可引起机体抽搐，是谷氨酸合成酶的强烈抑制剂。请提出这一抑制剂可能的作用机制。 O

‖ 答：甲硫氨酸亚砜亚胺与谷氨酸的差异仅在γ 位，一个是在亚砜亚胺{CH3-S=NH}，一个是在 O

‖

羧基{-C-OH}，甲硫氨酸亚砜亚胺经酶催化转变为甲硫氨酸亚砜亚胺磷酸，后者与谷氨酰胺结合成酶结合牢固。

⒏由N2到血红素（heme）在氮的流程中有哪些中间产物？

答：N2⒜⒜→NH4+⒜⒜→谷氨酸⒜⒜→丝氨酸⒜⒜→甘氨酸⒜⒜→α- 氨基-β -酮己二酸（或称δ-氨基-γ -酮戊酸)⒜⒜→5-氨基乙酰丙酸⒜⒜→ 红血素。

第32章 生物固氮

⒈什么叫生物固氮？有何重要意义？

答：生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮气还原成氨的过程。 氮是植物生长所必需的主要营养元素。在农业生产中，氮被视为衡量土壤肥力的一个重要指标，它是农作物获得长期稳定高产的基本条件。氮气占空气体积的80％，每平方米空气柱里就有8吨氮。然而对于绝大多数的生物来说，这些分子态氮是不能被利用的，只有通过工业或生物固定转化成其他化合物，才能进入生物体系统。有些微生物利用自己独特的固氮酶系统．将从光合作用产物或其他碳水化合物得到的电子和能量传递给氮（N2），使其还原成氨，这就是生物固氮。生物固氮与工业固氮（即氮肥工业）相比，具有成本低、不消耗能源及无环境污染的特点，并在维持全球生态系统氮素平衡中起重要作用。

⒉固氮生物的种类及特点。 答：生物固氮主要包括自生固氮和共生固氮两大类。自生固氮是指有些固氮微生物在土壤或培养基中能够地完成固定大气中的分子态氮的作用，其固氮量远远低于共生固氮。共生固氮是指固氮微生物和寄生植物生活在一起，直接从寄生植物获取能源，完成固氮作用。

⒊固氮酶的结构组成、催化反应及可能过程。

答：含两种铁-硫蛋白。其一为铁蛋白，分子量较小，除蛋白质外含铁、硫原子，为电子传递体。另一为钼铁蛋白，分子量很大，除蛋白质外含钼、铁、硫原子，为活性部位。结构尚未确定。已从钼铁蛋白中分离出Fe-Mo铺因子，既怕氧又怕水，是固氮酶特有的结构成分。此外，还有Fe4S4，原子簇（图中Cys表示半胱氨酸）等。

固氮酶催化的反应是将空气中的N2还原为NH4+。其可能过程为固氮酶从还原剂如NADPH等接受电子并将电子传递给分子氮使之还原。

⒋共生固氮过程中的基因表达过程。

答：共生固氮过程中的基因表达比较复杂，涉及根瘤菌及植物本身众多基因。

（这方面的研究成果颇多，进展很快，限于篇幅，难以一一道来，请参阅相关综述文章） ⒌生物固氮的基因工程有哪些工作可做？

答：生物固氮的基因工程可做的工作主要有：使非豆科植物转变为固氮作物；提高现有固氮作物的固氮能力；培育具抗药基因的根瘤菌。

第33章 核酸的降解和核苷酸代谢

⒈解聚核酸的酶有哪几类？举例说明它们的作用方式和特异性.

答：在生物体内能催化磷酸二酯键水解而使核酸解聚的酶，称为核酸酶。其中专一作用于RNA的称为核糖核酸酶（RNase）；专一水解DNA的称为脱氧核糖核酸酶（DNase）。核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶中，能水解核酸分子内部磷酸二酯键的酶称为核酸内切酶（Endonuclease）；而能从DNA或RNA以及低聚多核苷链的一端逐个水解下单核苷酸的酶称为核酸外切酶（Exonuclease)。

如蛇毒磷酸二酯酶，可从多核苷酸链的3、端逐个水解下5、-核苷酸。

⒉比较不同生物对嘌呤分解代谢产物的差别。

答：由于不同生物体内存在的酶不一样，嘌呤分解的终产物不同：

人类和排尿酸动物（鸟类、昆虫）——尿酸为终产物；其它哺乳动物——尿囊素； 鱼类两栖类——尿囊；无脊椎动物甲壳类——NH3+CO2。

⒊生物体内嘌呤和嘧啶环是如何形成的？有哪些氨基酸直接参与核苷酸的合成？

答：生物体内嘌呤环是利用天冬氨酸、苷氨酸、谷氨酰胺、甲酸盐及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应合成的。生物体内嘧啶环是以谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖为合成原料，经过一系列酶促反应合成的。

天冬氨酸、苷氨酸、谷氨酰胺直接参与了核苷酸的合成。

⒋简要说明嘌呤和嘧啶核苷酸生物合成的反馈控制机制。

答：嘌呤核苷酸生物合成受两个终产物的反馈控制，这两个终产物分别为腺苷酸和鸟苷酸。

主要有 3 个控制点。第一个控制点在合成途径的第一步反应，即氨基被转移到 5- 磷酸核糖焦磷酸上，以形成 5- 磷酸核糖胺。此反应是由一种变构酶，即磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶所催化，它可被终产物 IMP （ inosine monophosphate ，次黄苷酸，也称肌苷酸）、 AMP 和 GMP 所抑制。因此，无论是IMP、AMP 或是 GMP 的过量积累均会导致由 PRPP （ phosphoribosyl pyrophosphate ，磷酸核糖焦磷酸）开始的合成途径中第一步反应受到抑制。另两个控制点分别位于次黄苷酸后分支途径中的第一步反应，当 GMP 过量时， GMP 可使催化该步的酶，即次黄嘌呤核苷酸脱氢酶发生变构效应，但仅抑制 GMP 的形成，而不影响 AMP 的形成。反之， AMP 的积累抑制腺苷酸琥珀酸合成酶，从而抑制其自身的形成，而不影响 GMP 的生物合成。 嘧啶核苷酸的生物合成，受到终产物反馈控制的点有三个：合成途径的第一个调节酶是氨甲酰磷酸合成酶，它受 UMP 的反馈抑制；另两个调节酶是天冬氨酸转氨甲酰酶和 CTP 合成酶，它们都受 CTP 的反馈抑制。前者被抑制将影响尿苷酸和胞苷酸的合成，后者被抑制只与胞苷酸的合成有关。

⒌说明下列抗代谢物抑制核苷酸生物合成的原理和主要作用点。

重氮丝氨酸 6-重氮-5-氧-正亮氨酸 羽田杀菌素 氨基蝶呤 氨甲蝶呤

答：重氮丝氨酸，6-重氮-5-氧-正亮氨酸：在嘌呤合成上不可逆地抑制甲酰甘氨脒核苷酸合成酶的活性，从而阻抑谷氨酰胺的酰氨基转换；羽田杀菌素：是Asp的结构类似物，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP生成；氨基蝶呤，氨甲蝶呤：氨甲蝶呤是叶酸的类似物，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制FH4参与的一碳单位的转移。

⒍分析巯基嘌呤（次黄嘌呤的类似物）和溴尿嘧啶（胸腺嘧啶的类似物）进入体内后可能的转变途径和作用机制。 答：巯基嘌呤的结构与次黄嘌呤类似，次黄嘌呤一鸟嘌呤磷酸核糖转移酶可催化巯基嘌呤与PRPP缩合形成巯基嘌呤核苷酸。因巯基嘌呤核苷酸是次黄嘌呤核苷酸（IMP）的类似物，可抑制 PRPP和 5'一磷酸核糖胺的形成（即嘌呤核苷酸从头合成途径中的前两步反应，它们受IMP的反馈抑制）。同时，巯基嘌呤核苷酸还可抑制从IMP向AMP或GMP的转变反应。 溴尿嘧啶是胸腺嘧啶的类似物，进入体内后可形成溴尿嘧啶核苷酸，取代胸腺嘧啶核苷酸进入DNA，引起基因的突变。

⒎简要说明糖 、脂肪 、氨基酸和核苷酸代谢之间的相互联系。

答：糖，脂肪、蛋白质和核酸等有机物的代谢，它们在生物体内各有独特的代谢过程和途径。但彼此之间也并非互不相干的狐立过程，实际上，各类有机物质的代谢都是错综复杂而又不协调统一的完整体系，各个代谢途径之间既相互沟通，各种中间产物也可以相互转变，因此，各个代谢过程及途径既相互依存又相互制约，使生物体内错综复杂的生物化学反应和生理活（性）动能够有条不紊，井然有序地协调进行。

（1）碳水化合物代谢和脂肪代谢之间的关系

在生物体内碳水化合物和脂类化合物之间的相互转变现象很多，例如：植物体内，特别是油料作物，叶片内进行的光合作用大量合成碳水化合物，并以糖的形式运输到种子之后，便转变成脂类化合物贮存起来。而当油料种子萌发时，其中贮存的脂肪又转变为糖转运到生长中的根和芽中去了。

转变过程为：糖经EMP过程，可生成磷酸二羟丙酮和丙酮酸等物质，磷酸-二羟丙酮可被还原成甘油、丙酮酸经氧化脱羧之后转变为乙酰COA，然后在脂肪酸合成酶系的作用下合成脂肪酸。再与甘油合成脂肪。

脂转化成糖的过程：脂肪水解的产物为甘油和脂肪酸，甘油氧化成磷酸二羟丙酮，然后合成己糖，脂肪酸经过β-氧化作用生成乙酰COA，然后通过乙醛酸循环生成琥珀酸，再被氧化成草酰乙酸，经脱羧形成丙酮酸，逆酵解途径合成糖。

（2）碳水化合物与蛋白质代谢之间的关系

碳水化合物是生物的重要碳源和能量，糖可以转变为各种AA分子的碳架，经氨基化或转氨基作用而生成相应的AA，AA合成多肽链并形成蛋白质，另一方面也可以转变为碳水化合物，蛋白质水解作用而产生氨基酸，氨基酸脱氨而产生酮酸，再转变为丙酮酸之后又可以合成糖类化合物，连接碳水化合物和蛋白南代谢之间起桥梁作用的是酮酸，它在糖 代谢过程中的糖 酵解途径和三羧酸循环中都 可以产生，也可以在AA脱氨过程中形成。

（3）脂肪代谢与蛋白质代谢之间的关系

脂肪代谢的水解产物甘油可以转变为丙酮酸，丙酮酸接受NH3生成AA，丙酮酸也可以进一步转变成草酰乙酸，α-酮戊二酸，这些酮酸接受NH3生成相应的AA，脂肪水解的另一产物脂肪酸经β-氧化生成乙酰COA、乙酰COA一方面可以进入三羧酸循环而产生酮酸，以合成AA，另一方面又可以进入乙醛酸循环产生琥珀酸来补充三羧酸循环的碳源，这在油料作物种子萌发期间嗫这明显，相反，蛋白质也可以转变为脂肪。如蛋白质的水解产物AA，经脱氨生成酮酸，生成乙酰COA，乙酰COA经缩合成脂肪酸→脂肪。

（4）核酸代谢与糖、脂、蛋白质三者之间的代谢联系 核酸在代谢过程中虽然不是重要的碳源，氮源的能源，但是在生物的遗传过程中是非常重要的物质，按“中心法则”的观点，核酸能控制蛋白质生物合成，进而影响到细胞的组成成分和代谢类型。核酸的降解产物核苷酸在代谢中有极其重要的作用。如ATP中能量和磷酸基团转移的重要物质，UTP及UDP在淀粉代谢、蔗糖代谢中是糖基转移的重要物质，CTP则参与磷酸脂的合成，AMP还可以转变为组aa，此外，在许多代谢中的重要辅酶NAD+、NADP+、FAD、HSCoA等都是腺嘌呤核苷酸衍生物。另一方面，核酸的代谢也依赖其它代谢并受其它代谢的制约。例如：核酸本身的合成需要糖代谢提供核糖，也需要蛋质代谢提供甘氨酸,天门冬氨酸和谷氨酰胺参加嘌呤和嘧啶的合成。

综上所述，可见碳水化合物、脂肪、蛋白质和核酸等物质在代谢过程中彼此都有相互密切的联系，其中糖的酵解（EMP）途径和三羧酸TCA循环更是沟通各代谢之间的重要环节，所以EMP途径和TCA循环又被称之为“中心代谢途径或称之为不定向代谢途径”。

第34章 DNA的复制和修复

⒈生物的遗传信息如何由亲代传给子代？

答：在细胞间期，DNA分子边 解旋边复制，分别以亲代DNA的两条母链为模板，以核中游离的脱氧核苷酸为原料，根据碱 基互补配对原则，合成两条子链，它们分别与相应的模板链螺旋化就形成了两个与亲代DNA 一样的子代DNA，在生物传种接代的过程中，亲代将复制出的一份DNA通过配子传给子代，从 而实现了亲子代间遗传信息的传递。接下来，在子代个体发育的过程中，将利用DNA(gene)来指导自身蛋白质的合成，从而表现出与 亲代相似的性状。

也有一些生物如某些病毒，是通过将亲代的RNA复制后传给子代的方式进行遗传信息的传递。

⒉何谓DNA的半保留复制？是否所有的DNA复制都以半保留的方式进行？（双链DNA通常都以半保留方式复制。）

答：DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制(semiconservative replication)。

并非所有的DNA复制都以半保留的方式进行，但双链DNA通常都以半保留方式复制。

⒊若使15N标记的大肠杆菌在14N培养基中生长三代，提取DNA，并用平衡沉降法测定DNA密度，其14N-DNA分子与14N-15N杂合DNA分子之比应为多少？ 答：这两者之比为1:3。

⒋比较DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ性质的异同。DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ的功能是什么？有何生物学意义？

答：在E.coli中，共发现了3种DNA聚合酶，即DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。

DNA聚合酶Ⅰ是个多功能酶，具有5’--→ 3’聚合功能；3’--→ 5’外切功能以及3’--→ 5’外切功能。DNA聚合酶Ⅱ与DNA聚合酶Ⅰ功能相似，但没有5’--→ 3’外切功能。 DNA聚合酶Ⅲ与DNA聚合酶Ⅱ功能相同，但其聚合活性比DNA聚合酶Ⅰ高1000倍，是E.coliDNA复制中的最主要酶。

DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ是在1999年才被发现的,它涉及DNA的错误倾向修复(errorprone repair)。当DNA受到较严重损伤时, 即可诱导产生这两个酶,使修复缺乏准确性(accuracy),因而出现高突变率。其生物学意义在于高突变率虽会杀死许多细胞,但至少可以克服复制障碍, 使少数突变的细胞得以存活。

⒌DNA复制的精确性、持续性和协同性是通过怎样的机制实现的？

答：DNA聚合酶Ⅲ由10个亚基组成，这些亚基将催化DNA合成、校对和夹位DNA等功能有机地组合在一起，保证了DNA复制的精确性、持续性和协同性。

⒍何谓DNA的半不连续复制？何谓冈崎片断？试述冈崎片断合成的过程？

答：DNA的双螺旋结构中的两条链是反向平行的，当复制开始解链时，亲代DNA分子中一条母链的方向为5′～3′，另一条母链的方向为3′～5′。DNA聚合酶只能催化5′～3′合成方向。在以3′～5′方向的母链为模板时，复制合成出一条5′～3′方向的前导链，前导链的前进方向与复制叉的行进方向一致，前导链的合成是连续进行的。而另一条母链仍以3′～5′方向作为模板，复制合成一条5′～3′方向的随从链，因此随从链会成方向是与复制叉的行进方向相反的。随从链的合成是不连续进行的，先合成许多片段，即冈崎片段。最后各段再连接成为一条长链。由于前导链的合成连续进行的，而随从链的合成是不连续进行的，所以从总体上看DNA的复制是半不连续复制。

DNA复制时，在滞后链上，较短的DNA片段（大约1000-2000个核苷酸）是在分段合成引物的基础上，非连续合成的，这些不连续的DNA片段最先由日本科学家冈崎在电子显微镜下发现，故称为冈崎片断(Okazaki fragment)。

引发体在滞后链上沿5'→3'方向不停的移动(这是一种相对移动，也可能是滞后链模板在移动)，在一定距离上反复合成RNA引物。DNA聚合酶Ⅲ从RNA引物的3，-OH 端合成冈崎片

段。

⒎DNA复制时双链是如何解开的？比较类型Ⅰ和类型Ⅱ拓扑异构酶的作用特点和生理功能。 答：DNA复制起始的体外实验表明需要6种蛋白,Dna A、Dna B、Dna C、组蛋白样蛋白(HU)回旋酶及单链结合蛋白(SSB)形成起始复合物。Dna A单体首先结合到复制起始点上4个含9 bp的重复顺序上。然后20～40个Dna A单体结合到复制起始点形成一个核心。在Dna A蛋白的作用下位于复制起始点右侧的3个含13 bp的重复顺序开始解链形成开放复合体。Dna B/Dna C在复制起始区充当了起始的引发体（primosome）。Dna B?Dna C复合体转变为Dna B六聚物，形成复制叉。Dna B提供解旋酶（helicase）活性，使DNA解旋，可能它识别复制叉上潜在的单链结构，从13 bp的重复顺序上取代出Dna A，并开始解螺旋。Dna B在复制起始区域以很少的量（1－2六聚物）担负着催化作用。在那儿Dna B还具有激活Dna G引发酶的能力。解旋反应还需要另外两种蛋白，旋转酶（Gyrase）和SSB（单链结合蛋白）。旋转酶也就是Top Ⅱ，其作用是解旋，即让一条链绕着另一条链旋转。若没有这步反应，解开双链就会产生DNA的扭曲。SSB可使已形成的单链处于稳定状态。 拓扑异构酶Ⅰ（Topo Ⅰ），将环状双链DNA的一条链切开一个口，切口处链的末端绕螺旋轴按照松弛超螺旋的方向转动，然后再将切口封起。拓扑酶I松弛超螺旋不需ATP参与。 拓扑异构酶Ⅱ（Topo Ⅱ），它的作用特点是切开环状双链DNA的两条链，分子中的断端经切口穿过而旋转，然后封闭切口。Topo Ⅱ在ATP参与下，将DNA分子从松弛状态转变为负超螺旋，为DNA分子解链后进行复制及转录作好准备。

⒏天然双链闭环DNA(cccDNA)的比超螺旋(δ)为-0.05，复制时解螺旋酶将双链撑开，如果反应系统中无旋转酶，当比超螺旋达到+0.05时，DNA的扭曲张力将阻止双链解开，此时已解开的双链占DNA分子的百分数是多少？

答：此时已解开的双链占DNA分子的百分数是9.52%。

⒐何谓复制体？试述其主要成分的功能。

答：与DNA复制有关的酶和蛋白质因子由30多种，他们在复制叉上形成离散的复合物，彼此配合，进行高度精确的复制，这种结构称为复制体。

复制体的主要成分有,Dna A、Dna B、Dna C、组蛋白样蛋白(HU)回旋酶、单链结合蛋白(SSB)、引物合成酶、RNA聚合酶、DNA旋转酶，Dam甲基化酶以及DNA聚合酶等。复制体在DNA复制叉上进行的基本活动包括： 双链的解开，RNA引物的合成，DNA链的延长，切除引物，填补缺口，连接相邻的DNA片断，切除和修复尿嘧啶和错配碱基。

⒑DNA的复制过程可分为哪几个阶段？其主要特点是什么？复制的起始是怎样控制的？ 答：DNA的复制过程包括复制的起始、延伸和终止三个阶段。 （1）复制的起始

引发：当DNA的双螺旋解开后，合成RNA引物。

引发体沿着模板链5’→3’方向移动（与冈崎片段合成的方向正好相反，而与复制叉移动的方向相同），移到一定位置上即可引发RNA引物的合成。 （2）DNA链的延伸

前导链只需要一个RNA引物，后随链的每一个冈崎片段都需要一个RNA引物，链的延长反应由DNA pol.Ⅲ催化。

复制体沿着复制叉方向前进合成DNA。

DNA polⅠ的5，→ 3，外切活力，切除RNA引物。

DNApolⅠ的5，→ 3，合成活性补齐缺口。

DNA ligase，动物、真核由ATP供能，原核由NAD供能。 （3）DNA合成的终止

环状DNA、线性DNA，复制叉相遇即终止。

DNA复制的主要是起始阶段的。原核生物DNA复制的与其生长环境有关，真核生物DNA复制的与细胞周期蛋白等多种蛋白质因子有关，机制十分复杂，但复制起始点必须全甲基化后复制才能发生。

⒒真核生物DNA聚合酶有哪几种?它们主要功能是什么？ 答：真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ等五种。

真核生物的DNA复制是在DNA聚合酶α与DNA聚合酶δ互配合下催化进行的，还有一些酶及蛋白质因子参与反应。DNA Polα与引发酶共同起引发作用，然后由DNA Polδ催化前导链及随从链的合成。在链的延长中，有 PCNA（增殖细胞核抗原）参与，保障连续性DNA Pol的性质与DNA Polδ有相似之处，在有些情况下，它可代替 DNA Polδ起作用，例如在DNA损伤时，催化修复合成。DNA Polγ是线粒体中DNA复制酶。

DNA Polδ及均有外切酶活性，因此也有编辑功能，校正复制中的错误。它们的5′→3′外切酶活性可能在切除引物RNA中有作用。 真核生物 DNA聚合酶的主要功能见下表： 酶活性

5′→3′聚合作用

3′→5′外切作用 α β γ δ e + - + - + + + + + +

细胞内定位功能 核 复制、引发 核 修复 线粒体 复制 核 复制 核 复制

⒓真核生物染色体DNA的端粒有何功能？它们是如何合成的？

答：真核生物线形染色体的末端具有一种特殊的结构，称为端区或端粒。端区结构中有核苷酸重复序列，一般在一条链上为TxGy，互补链为CyAx，x与y大约在1-4范围内，人的端粒区含有TTAGGG重复序列。

端区具有保护 DNA双链末端，使其免遭降解及彼此融合的功能。端区的平均长度随着细胞次数的增多及年龄的增长而变短，可导致核生物染色体稳定性下降，并导致衰老。其分子机制在于，线形DNA分子不能从末端核苷酸外合成RNA引物，如此染色体将逐代缩短。但是在生殖细胞、胚胎细胞和肿瘤细胞中，由于有端粒酶，所以并不出现这种情况。 端粒酶是一种由 RNA和蛋白质组成的酶，RNA和蛋白质都是酶活性必不可少的组分。可看作是一种反转录酶。此酶组成中的RNA可作为模板，催化合成端区的DNA片段。端粒

酶催化合成端区，在保证染色体复制的完整性上有重要意义。

⒔哪些因素能引起DNA损伤？生物机体是如何修复的？这些机制对生物机体有何意义？ 答：一些物理化学因子如紫外线、电离辐射和化学诱变剂均可引起DNA损伤，破坏其结构与功能。然而在一定条件下，生物机体能使这种损伤得到修复。

紫外线可使DNA分子中同一条链上两个相邻的胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体（TT），两个T以共价键形成环丁烷结构。CT、CC间也可形成少量二聚体（CT、CC），使复制、转录受阻。 细胞内具有一系列起修复作用的酶系统，可以除去DNA上的损伤，恢复DNA的双螺旋结构。目前已知有4种酶修复系统：光复活、切除修复、重组修复、SOS反应诱导的修复，后三种不需要光，又称为暗修复。 1.直接修复

1949年已发现光复活现象，可见光（最有效400nm）可激活光复活酶，此酶能分解由于紫外线形成的嘧啶二聚体。高等哺乳动物没有此酶。 2.切除修复

在一系列酶的作用下，将DNA分子中受损伤部分切除，并以完整的那一条链为模板，合成出切去部分，DNA恢复正常结构。 3.结构缺陷的修复：

（1）核酸内切酶识别DNA损伤部位，在其附近将其切开。 （2）核酸外切酶切除损伤的DNA。 （3）DNA聚合酶修复。 （4）DNA连接酶连接。

4.无嘌呤无嘧啶——碱基缺陷或错配——脱碱基（N-糖苷酶）：

甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤第7位氮原子烷基化，活化β-糖苷键，造成脱嘌呤作用；酸也能使DNA脱嘌呤。

DNA复制时，DNA聚合酶对dTTP和dUTP分辨力不高，有少量dUTP掺入DNA链。细胞中的尿嘧啶-N-糖苷酶可以切掉尿嘧啶。腺嘌呤脱氨形成次黄嘌呤时也可以被次黄嘌呤-N-糖苷酶切掉次黄嘌呤。对于无嘌呤无嘧啶的损伤有两种修复方法：

（1）AP核酸内切酶切开，核酸外切酶切除，DNA聚合酶修复，DNA连接酶连接。 （2）插入酶插入正确碱基。 5.重组修复

切除修复发生在DNA复制之前，而当DNA发动复制时尚未修复的损伤部位，可以先复制，再重组修复。

在重组修复过程中，DNA链的损伤并未除去。

重组修复至少需要4种酶组分。重组基因recA编码一种分子量为40000的蛋白质，它具有交换DNA链的活力。RecA蛋白被认为在DNA重组和重组修复中均起关键作用。recB、recC基因分别编码核酸外切酶V的两个亚基。此外，修复合成还需要DNA聚合酶和连接酶。 6.易错修复和应急反应（SOS反应）

诱导修复是细胞DNA受到严重损伤或DNA复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的一系列诱导性修复。

SOS反应诱导的修复系统包括避免差错的修复（无差错修复）和易错的修复。

避免差错的修复：SOS反应能诱导光复活切除修复和重组修复中某些关键酶和蛋白质的产生，从而加强光复活切除修复和重组修复的能力，这属于避免差错的修复。

易错的修复：SOS反应还能诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，它能在DNA损伤部位进行复制而避免了死亡，可是却带来了高的突变率，这属于易错的修复。

SOS反应是由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的。RecA蛋白不仅在同源重组中起重要作用，而且它也是SOS反应的最初发动因子。在有单链DNA和ATP存在时，RecA蛋白被激活而表现出蛋白水解酶的活力，它能分解λ噬菌体的阻遏蛋白和LexA蛋白。LexA蛋白（22Kd）许多基因的阻遏物，当它被RecA的蛋白水解酶分解后就可以使一系列基因得到表达其中包括紫外线损伤的修复基因uvrA、uvrB、uvrC（分别编码核酸内切酶的亚基）以及recA和lexA基因本身，还有单链结合蛋白基因ssb，与λ噬菌体DNA整合有关的基因himA、与诱变作用有关的基因umuDC，与细胞有关的基因sulA，ruv，和lon，以及一些功能不清楚的基因dinA，B，D，F等。

DNA的修复机制对保证遗传信息在传递过程中的忠实性，连续性具有重要的意义。

⒕何谓应急反应(SOS)和易错修复？它们之间是什么关系？SOS反应对生物机体有何意义？ 答：诱导修复是细胞DNA受到严重损伤或DNA复制系统受到抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的一系列诱导性修复。

SOS反应诱导的修复系统包括避免差错的修复（无差错修复）和易错的修复。

避免差错的修复：SOS反应能诱导光复活切除修复和重组修复中某些关键酶和蛋白质的产生，从而加强光复活切除修复和重组修复的能力，这属于避免差错的修复。

易错的修复：SOS反应还能诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，它能在DNA损伤部位进行复制而避免了死亡，可是却带来了高的突变率，这属于易错的修复。 易错修复是应急反应(SOS)中的一种。

SOS反应广泛存在于原核生物和真核生物，它为生物在极为不利的环境中求得生存提供了机会。

⒖何谓突变？突变与细胞癌变有何联系？

答：基因突变是指由于DNA碱基对的置换、增添或缺失而引起的基因结构的变化，亦称点突变。在自然条件下发生的突变叫自发突变，由人工利用物理因素或化学药剂诱发的突变叫诱发突变。基因突变是生物变异的主要原因，是生物进化的主要因素。在生产上人工诱变是产生生物新品种的重要方法。

根据基因结构的改变方式，基因突变可分为碱基置换突变和移码突变两种类型。 基因突变有可能破坏DNA复制和细胞的正常机制，引起细胞癌变。

⒗DNA复制时两条链发生错配的概率是否相等？两条链错配修复的概率是否相等？ 答：DNA复制时两条链发生错配的概率不相等。两条链错配修复的概率也不相等。

⒘为什么引起SOS反应的化合物通常都是致癌剂？

答：由于癌变有可能是通过SOS反应诱变造成的，因此能引起SOS反应的化合物通常都具有致癌作用。

⒙试述Ames试验的原理。

答：B．N．Ames等经十余年努力，于1975年建立并不断发展完善的沙门氏菌回复突变试验，亦称Ames试验。该法比较快速、简便、敏感、经济，且适用于测试混合物，反映多种污染物的综合效应。Ames试验的原理是：

鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）的组氨酸营养缺陷型（his－）菌株，在含微量组氨酸的培养基中，除极少数自发回复突变的细胞外，一般只能几次，形成在显微镜下才能见到的微菌落。受诱变剂作用后，大量细胞发生回复突变，自行合成组氨酸，发育成肉

眼可见的菌落。某些化学物质需经代谢活化才有致变作用，在测试系统中加入哺乳动物微粒体酶，可弥补体外试验缺乏代谢活化系统之不足。

鉴于化学物质的致突变作用与致癌作用之间密切相关，故此法现广泛应用于致癌物的筛选。 第35章 DNA的重组

⒈DNA重组有何生物学意义？是否可以说没有DNA重组就没有生物进化？ 答：DNA分子内或分子间发生遗传信息的重新组合，称为遗传重组。

DNA重组能迅速增加群体的遗传多样性，使有利突变与不利突变分开，通过优化组合积累有意义的信息。DNA重组参与许多重要的生物化学过程，为DNA损伤或自制障碍提供修复机制。某些基因的表达受DNA重组的调节。基因发育过程也受到基因加工的控制。另外，DNA重组对生物进化起着关键性作用。 可以说没有DNA重组就没有生物进化。

⒉是分析DNA复制 、修复和重组三者之间的关系。

答：DNA复制是DNA修复和重组的基础，修复保证了DNA复制的准确性，重组是修复的方式之一。

⒊DNA重组可分为哪几种类型？它们的主要特点是什么？

答：DNA重组有3种类型，分别是同源重组、特异位点重组和转座重组。

同源重组发生是依赖大范围的DNA同源序列的联会。重组过程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。其特点是：需要重组的蛋白质参与；蛋白质因子对DNA碱基序列的特异性要求不高；真核生物染色质的状态影响重组的频率。

特异位点重组的特点：重组依赖于小范围同源序列的联会，发生精确的断裂、连接，DNA分子并不对等交换。

转座重组的特点：完全不依赖于序列间的同源性而使一段DNA序列插入另一段中，但在形成重组分子时往往是依赖于DNA复制而完成重组过程。

⒋什么是同源重组？它有何功能？

答：同源重组又叫一般性重组，它是由两条同源区的DNA分子，通过配对、链的断裂和再连接，而产生片段交换的过程。

同源重组的功能是在减数中使四联体某些位置的非姊妹染色单体之间可以发生交换。

⒌简要说明Holliday模型。

答：一对同源染色体有4个染色单体，每一染色单体是一条DNA双链，所以一对同源染色体有4条DNA双链。在晚偶线期和早粗线期染色体配对时，同源非姊妹染色单体的DNA分子配合在一起；核酸内切酶识别DNA分子上的相应断裂点（breakage point），在断裂点的地方把磷酸二酯键切断，使两个非姊妹DNA分子各有一条链断裂；两断链从断裂点脱开，螺旋局部放松，单链交换准备重接；在连接酶的作用下，断裂以交替方式跟另一断裂点相互联结，形成一个交联桥（cross-bridge），这结构又称Holliday中间体（Holliday intermediate）；这交联桥不是静态的，可以靠拉链式活动沿着配对DNA分子向左右移动，其中互补碱基间形成的氢键从一条亲本链改为另一条亲本链，于是移动后在两个亲本DNA分子间留下较大片段的异源双链DNA，这种结构又称为Holliday结构；随后这交联桥的两臂环绕另外两臂旋转成为十字形，并在交联部分断开，消除交联体，恢复为两个线性DNA分子，即形成Holliday结构的异构体；断开方向或沿东西轴进行，或沿南北方向进行；如沿东西方向切断，即上连、

下连，则产生的两个异源双链的两侧基因为AB和ab，仍保持亲代类型，如沿南北方向切割，即左连、右连，则两侧基因为Ab和aB，产生两个重组类型，但不论是那种情况，即Holliday结构断裂是否导致旁侧遗传标记的重组，它们都含有一个异源双链DNA区，有关的两核苷酸区段分别来自不同的亲本，从而由原来的G-C、A-T配对变为G-A、C-T非配对。

⒍细菌基因转移有哪几种方式？它们有何生物学意义？

答：细菌的基因转移方式有转化、转导、溶原性转换、接合和原生质体融合等五种方式。 细菌可通过细胞间基因转移，并通过基因重组以适应随时改变的环境。

⒎参与同源重组主要的酶和辅助因子有哪些?简要说明其作用机制。

答：参与同源重组主要的酶和辅助因子有：Rec A蛋白、Rec BCD酶、Ruv A 蛋白、Ruv B 蛋白、Ruv C 蛋白、DNA 聚合酶和DNA连接酶。

Rec A蛋白，能促使两个同源DNA分子的碱基配对，形成杂种分子。Rec A蛋白首先与单链DNA结合（约每分子可结合５个核苷酸），形成一条DNA－蛋白质细丝（需消耗ATP）。于是Rec A蛋白即被活化而可将双螺旋解旋和分离，同时企图将它结合的单链与被解旋区域退火，如此继续下去，直到找到互补顺序。只要一旦有一小部份被真正“退火”，ATP供应的能量就会继续驱使配对反应趋于完成，其方向是５’→３’（单链部分）。当新的杂交双链形成时，Rec A蛋白即从原来的单链掉下来。

Rec BCD酶首先结合在又螺旋的游离端上，然后利用ATP供给的能量沿着双螺旋向前推进。在其行经之处，一路上解旋并又复旋。但由于解旋的速度快于复旋速度，所以解旋的双链区就越来越长。

Ruv A 蛋白识别 Holliday联结体的交叉点，Ruv A 蛋白四聚体结合其上形成四方平面的构象，使得分支点易于移动，Ruv A蛋白还帮助Ruv B 蛋白六聚体环结合在双链DNA上。Ruv B是一种解旋酶，可推动分支移动。同源重组最后由Ruv C可将Holliday联结体切开，并由DNA 聚合酶和DNA连接酶进行修复合成。

⒏何谓特异位点重组？其作用特点是什么？

答：位点专一性重组 这类重组在原核生物中最为典型。它发生在特殊的序列对之间，这种重组依赖于小范围同源序列的联会。在重组对之间的短的同源序列是供重组蛋白识别用的，它对同源性的要求不象同源性重组那么重要，蛋白质和DNA、蛋白质和蛋白质之间的作用更为关键。重组时发生精确的切割、连接反应，DNA不失去，不合成。两个DNA分子并不交换对等的部分，有时是一个DNA分子整合到另一个DNA分子中，因此又将这种形式的重组称为整合式重组(integrative recombination)。例如l噬菌体DNA通过其att位点和大肠杆菌DNA的attB位点之间专一性重组而实现整合过程。在重组部分有一段15 bp的同源序列，这一同源序列是重组的必要条件，但不是充分条件，还须位点专一性的蛋白质因子参与催化。这些蛋白质因子不能催化其他任何两条不论是同源的还是非同源序列间的重组，这就保证了l噬菌体DNA整合方式的专一性和高度保守性。这一重组不需要RecA蛋白质的参与。

⒐说明λ噬菌体DNA的整合和切除过程。

答：这是一种特异位点重组，其基本过程如下：attB由称为BOB’的序列组成，而attP由POP'组成。O是核心序列，是attB和attP所共同的。而其两侧的序列是B，B’和P，P’，被称为臂。噬菌体DNA是环状的，重组时被整合入细菌染色体中，成为线性序列。前病毒的两侧是两个新的杂种att位点，左侧称为attL，由BOP’组成，而右侧为attR，由POB’组成。可见，整合和切出并不涉及相同的一对序列：整合需要识别attP和attB，而切出要

求识别attL和attR。因此，重组位点的识别就决定了位点专一性重组的方向⒜⒜整合或切出。虽然位点专一重组是可逆的，但反应的方向取决于不同环境条件，这对决定噬菌体的生命力周期是非常性重要的。整合的。整合酶和IHF对整合和切出都是是必需的，而切出酶在控制反应方向上起重要作用⒜⒜它对切出是必须的，但能抑制整合。在切除的环化过程中如果发生错误，前噬菌体可能失去某些基因而代之以其相邻的细菌基因。因为整合位点处于细菌染色体的gal和bio基因之间，切除过程中噬菌体DNA偶尔会带走gal基因，生成λgal（或称λdb）。λgal或λbio转导（感染）新的宿主时常常把gal或bio基因带到新的宿主中去，所以把λgal或λbio这些带有某些宿主基因的噬菌体称为转导噬菌体（transducing phage）。

⒑何谓鞭毛相转变？它如何控制鞭毛基因的表达？

答：鼠伤寒沙门杆菌由鞭毛蛋白决定的H抗原有两种,分别为H1鞭毛蛋白和H2鞭毛蛋 白。在单菌落的沙门氏菌中经常出现少数呈另一H抗原的细菌,这种现象称为鞭毛相转变。 沙门氏菌H片段倒位决定鞭毛相转变 hix为反向重复序列,它们之间的H片段可在Hin控制下进行特异位点重组(倒位)。H片段上有两个启动子P,其一驱动hin基因表达,另一正向时驱动H2和rH1基因表达,反向(倒位)时H2和rH1不表达。

⒒试总结免疫球蛋白基因重组的规则。

答：免疫球蛋白由两条轻链（L链）和两条重链(H链)组成，它们分别由三个的基因族编码，其中两个编码轻链(λ链和κ链)，一个编码重链。重链基因的V-D-J重排和轻链基因的V-J重排均发生在特异位点上。免疫球蛋白基因重组的规则如下：

a） λ链的重组：每个C片段前有J跟随；只在V和J-C之间发生一次重组(V和J的重组)。 b） κ链的重组：一条κ轻链也由两部分组装而成，但在C基因的组织过程中有所不同。一组5个J片段包含500-700个碱基对并被Cκ外显子上的一个2-3kb的内显子所隔离。在鼠中，中心J片段是无功能的（ΨJ3）。一个Vκ片段可以被连接到任何一条J片段上去。 无论用的是哪个J片段，都可以成为原始可变外显子的终端部分。整合J片段左边的每个J片段都会缺失掉。而右边的J片段都会被作为可变和不可变外显子之间的内显子的一部分。 c) 重链基因V、D和J片段的重组: 重链的可变区由V和J基因及第三个D基因片段 编码；V-D-J连接由两个阶段组成，第一个阶段是D片段和一个JH片段重组，然后是一个VH片段再和DJH片段重组。这个重构导致了邻近的CH片段（包含几个外显子）的表达。重组只发生在间隔为12 bp与间隔23 bp的不同信号序列之间，称为12-23规则。

⒓免疫球蛋白基因重组过程中产生的P核苷酸和N核苷酸是如何来的？它们产生的意义和需要付出的代价是什么？

答：免疫球蛋白基因在重组过程中，RAG1/RAG2复合物切开七核苷酸与基因接头处的一 条链，形成3，－OH、5，－P未端。游离的3，－OH攻击 另一条链的酯键，在基因片段末端形成发夹结构。然后复合物进一步将发夹结构切开，单链切开的位置往往不是原来通过转酯反应连接的位置，多出的核苷酸与末端序列相同，但方向相反，称为P核苷酸。末端可以被外切酶切除一些核苷酸，也可以由脱氧核苷酸转移酶外加一此核苷酸，称为N核苷酸。 在接头处随机插入或删除核苷酸可以增加抗体基因的多样性，但如果插入或删除核苷酸数不是3的倍数，就将改变阅读框架而使基因失活。

⒔何谓转座重组？它有何生物学意义？

答：由插入序列和转座子介导的基因移位或重排称为转座重组。转座重组的生物学意义有： 可引起基因突变——插入或切离；改变染色质的结构（缺失、倒位等）；可以插入新基（ampR、

terR等）；在靶序列上引入新的转座子序列，原来序列保持不变；在靶序列上造成同向重复序列；产生新的变异，有利于进化。

⒕细菌的转座因子有几种？它们的结构有何特点？

答：微生物的某些DNA片段作为一个单位可在染色体上移动，此种移动甚至可发生在不同种细胞之间。这种可移动的DNA片段称之为转座因子。细菌的转座因子有两种类型：插入序列(insert sequence，IS)和转座子(transposon，Tn)。

插入序列不含任何宿主基因，是最简单的转座子，它们是细菌染色体或质粒DNA的正常组成部分。所有插入序列的两端都有反向重复。

转座子除编码转座功能有关的基因外还携带抗性或其它标记基因。按结构可分为组合因子和复合因子。

⒖何谓Shspiro中间体？何谓共整合体？它们之间有何关系？

答：转座酶识别转座子的末端反向重复序列并且在其3，端切开，同时在靶部位交错切开单链，它的5,端突出末端与转座子的3，端连接，形成Shspiro中间体。

在复制转座过程中，由转座酶分别切割转座子的供体和受体DNA分子，转座子的末端与受体DNA分子连接，并将转座子复制一份拷贝，由此生成的中间体即共整合体(cointegrat，)。 共整合体可以理解为是一种特殊的Shspiro中间体。

⒗为什么真核生物转座因子可分为自主因子和非自主因子？它们转座的生物效应是否相同？

答：真核生物由于有核存在，其转录和翻译在时空是的隔开的。因此，真核生物细胞内只要存在转座酶，任何序列片段只要存在该酶识别的反向重复末端均可发生转移，而无需由转移序列自身编码这些酶。因此真核生物转座因子可分为自主因子和非自主因子。 它们转座的生物效应是不同的。自主因子能自主发生转座，而非自主因子能抑制邻近基因的表达，它本身不能转座，但在自主因子存在时，可发生转座。

⒘比较玉米的Ac-Ds系统和Smp-dSmp系统的特点。

答：在Ds-Ac系统中，大部分自主因子AC的长度由含5个外显子的单个基因组成，其产物是转座酶，它的末端有11bp的IR和8bp的DR，DR是由靶位点重复而成。

各种Ds因子的长度和序列都不相同，但和Ac相关。其末端同样有11bp的IR。Ds比Ac短，其缺失的长度不同。Ac/Ds发生的转座是通过非复制机制，并且伴随着它们从供体位置的消失。

Spm和En自主因子实际上是相同的。它们仅在不到10个位置上有差异。就像其它的转座子一样，末端含有13bp的IR，此重复序列对于转座是必须的，末端缺失就会形成转座的缺陷型。与Spm相关的转座子在其它的植物中也有发现，它们的结构相似，属于同一个家族。它们末端IR都邻接着靶DNA重复而产生的3bp的DR。末端的IR称为转座的CACTA群。 这个家族所有的非自主因子（dSpm是缺陷的Spm）都和Spm因子本身的结构密切相关。它们是tnpA缺失了外显子。

Spm的插入能控制位点基因的表达，受体位点可能受到正的的或负的。一个Spm-可抑制基因座（Spm- suppressible locus）受到抑制而不能表达。一个spm- 依赖性座位（spm- dependent locus）只有在spm的帮组下才表达。当被插入的因子是一个dSpm时，对转移功能的抑制或依赖由一个自主性Spm来提供。这两个相反作用的基础是什么呢？

一个dSpm-可抑制等位基因中其外显子内插入了一个dSpm，人们对这个结构会立即产生疑

问，一个基因其外显子中插入了一个dSpm它怎么能表达！这个dSpm序列能在转录本中利用这个序列的末端被剪切掉。这个剪切事件可以使mRNA序列中留下一个变化。这样，就解释了它所编码的蛋白性质发生改变的原因。同样某些插入的Ds也可从转录本中被剪切掉。 TnpA为原称为Spm因子，它提供了抑制功能。缺陷型因子的存在可能使它所插入的基因表达减少，但并不消失。然而诱导一个具有一个有功能的tnpA基因的自发因子可能会抑制靶基因的表达。抑制作用是TnpA结合于缺陷因子中的靶位点的能力产生的，从而阻断了正在进行的转录。

一个dSpm-依赖性等位基因在其附近（而不在基因中）含有一个插入序列。这个插入序列提供了一个增强子，它可以激活位于受体座位的基因的启动子。

在dSpm因子上的抑制和依赖的存在取决于一个自主因子Spm因子tnpA基因的反式作用产物与这个因子末端的顺式作用位点间的相互作用。因此在蛋白质和此因子末端之间的单个相互作用不是抑制就是激活受体基因上游或者受体基因中的靶座位。无论靶座位点否依赖这种因子。

Spm因子从完全活化到隐蔽在此范围内以各种状态存在。隐蔽因子是沉默的，既不转座也不激活dspm因子。一个潜伏的因子可以通过和完全活化的Spm因子的相互作用而转变或恢复成活性状态。失活是由于在转录起始是附近的序列被甲基化而导致的。

⒙果蝇P因子在杂种不育中起何作用？杂种不育与物种形成有何关系？

答：在和M雌果蝇杂交中P型雄果蝇的任何一条染色体都能导致不育。重组染色体的贡献表明，在每条P型雄果蝇染色体中的各区域也都导致不育。这表明P雄果蝇具有大量的P因子（P factors），这个因子存在于很多不同的染色体位置上。这些位置在P品系的个体之间也是不同的。而在M雌果蝇的染色体上都没有这种P因子。通过对杂种不育果蝇的W突变体的DNA作图发现，不育是P因子的存在所致导的。所有的突变都是由于W位点插入了DNA片段。这个插入顺序被称为P因子（P element）。

杂种不育减少了品种间的杂交，是新种形成途径的一个步骤。 如果杂种不育系统是在某些地理位置通过转座产生的。另一些因子可能是在其它某些地理位置产生的不同系统。两个不同区域的果蝇同是两个不同的系统而将产生杂种不育。若这一表现使它们之间杂种不育那么群体将出现隔离，进一步的隔离可能还会发生，多个杂种不育系统导致它们之间不能交配而形成新种。

第36章 RNA的生物合成和加工

⒈比较四类聚合酶性质和作用的异同（四类聚合酶是：DNA指导的DNA聚合酶，DNA指导的RNA聚合酶，RNA指导的RNA聚合酶，RNA指导的DNA聚合酶）

答：DNA指导的DNA聚合酶是 以DNA为复制模板，从将DNA由5'端点开始复制到3'端的酶。DNA指导的DNA聚合酶的共同特点是：（1）需要提供合成模板；（2）不能起始新的DNA链，必须要有引物提供3'－OH；（3）合成的方向都是5'→3'（4）除聚合DNA外还有其它功能。所有原核和真核的DNA聚合酶都具有相同的合成活性，都可以在3'－OH上加核苷酸使链延伸，其速率为1000 Nt/min。加什么核苷酸是根据和模板链上的碱基互补的原则而定的。 DNA指导的RNA聚合酶（RNA polymerase）:以一条DNA链或RNA为模板催化由核苷-5′-三磷酸合成RNA的酶。RNA聚合酶（RNA polymerase）的作用是转录RNA。有的DNA指导的RNA聚合酶有比较复杂的亚基结构。

RNA指导的RNA聚合酶或RNA复制酶是在某些RNA病毒中有以病毒RNA为模板催化RNA

合成的酶。RNA复制酶催化的合成反应是以RNA为模板，由5′向3′方向进行RNA链的合成。RNA复制酶缺乏校对功能的内切酶活性，因此RNA复制的错误率较高，RNA复制酶只是特异地对病毒的RNA起作用，而宿主细胞的RNA一般并不进行复制。

RNA指导的DNA聚合酶是反转录酶，具有三种酶活性，即RNA指导的DNA聚合酶，RNA酶，DNA指导的DNA聚合酶。

⒉原核生物RNA聚合酶是如何找到启动子的？真核生物聚合酶与之相比有何异同？

答：原核生物RNA聚合酶是在δ亚基引导下识别并结合到启动子上的。不同类型的δ亚基识别不同类型的启动子。

真核生物RNA聚合酶自身不能识别和结合到启动子上，而需要在启动子上由转录因子和RNA聚合酶装配成活性转录复合物才能起始转录。

⒊何谓启动子？保守序列与共有序列的概念是否一样？Pribnow框与启动子之间是何关系？ 答：启动子是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。

保守序列与共有序列的概念的含意基本相同。保守序列间相似度高，但不一定相同，面共有序列是相同的，共有序列可理解为是一种特殊的保守序列。 Pribnow框是启动子序列的一部分。

⒋真核生物三类启动子各有何特点？

答：真核生物有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶I、II、III，分别转录rRNA、mRNA、tRNA和小分子RNA。与之对应，有三种类型的启动子。

类型I：Ⅰ类启动子负责转录编码核糖体RNA的多顺反子转录本。脊椎动物RNA聚合酶I的启动子有两部分组成，包括转录起点附近的核心启动子(core promoter) ，和起点5’上游100bp左右的上游控制元件(upstream control element,UCE)。核心启动子从-45到+20，负责转录的起始。UCE从-180延伸到-107，此区可增加核心元件的转录起始的效率。

RNA Pol Ⅰ需要2种辅助因子：UBF1（上游结合因子1）是一个单链多肽，它可以和核心区UCE的G.C丰富区结合。SL1因子， SL1含有4个蛋白，其中之一称TATA框结合蛋白（TBP）。SL1本身对这种启动子来说并非是特异的，但一旦UBF1和DNA结合了，那么SL1就可以协同结合在DNA上。当这两个因子都结合上了RNA聚合酶才能和核心启动子结合起始转录。 类型II： RNA聚合酶Ⅱ的启动子

RNA聚合酶Ⅱ的启动子有三个保守区： （1）、 TATA框（Hogness框） 中心在-25至-30，长度7bp左右。

碱基频率：T82 A97 A85 A63 （T37 ）A83 A50（T37 ）（全为A-T，少数含有一个G-C对）。 此序列功能：使DNA双链解开，并决定转录的起点位置，失去TATA框，转录将可能在许多位点上开始。

TATA框的改变或缺失，直接影响DNA与酶的结合程度，会使转录起始点偏移，因此，TATA是绝大多数真核基因正确表达所必需的。

由于RNA聚合酶分子有相对固定的空间结构，同此框的结合位点和转录反应催化位点的距离，决定了起始位点的正确选择。启动子特定序列和酶的正确结构，这两者把酶置于一种正确的构象中，决定了识别的正确性和转录起始的正确性。 （2）、 CAAT框

中心在-75处，9bp，共有序列GGT（G）CAATCT 功能：与RNA聚合酶结合。

（3）、 GC框

在CAAT框上游，序列GGGCGG，与某些转录因子结合。

CAAT和GC框均为上游序列，对转录的起始频率有较大影响。

类型III ：是由不同的转录因子以不同的方法来识别的。5S RNA和tRNA都属于RNA 聚合酶Ⅲ启动子，但它们比较特殊，位于起始位点的下游的转录区内，因此也称为下游启动子（downstream promoter）或基因内启动子（intragenenic promoter）或称为内部控制区（internal control region ,ICR）。snRNA基因的启动子和常见的启动子一样位于起始位点的上游，称为上游启动子（upstream type 0f promoter）。下游启动子又可分为1 型和2型。1型内部启动子含有两个分开的boxA（T G G C N N A G T G G）和boxC（C G G T C G A N N C C）序

列。而Ⅱ型内部启动子含有两个分开的boxA和boxB。2型内部启动子中boxA和boxB之间的距离较宽。通常有功能的此类启动子中的两个box就不能紧紧连在一起。在1型内部启动子中（5SRNA基因启动子）TFⅢA结合在C框上，使TFⅢC结合在C框下游。在Ⅱ型内部启动子中TF Ⅲ C的结合使TFⅢ B依次结合在起始位点的近上游。TF Ⅲ B结合在起始位点上并和TF Ⅲ C相连。RNA聚合酶Ⅲ的上游启动子有3个上游元件，这些元件仅在snRNA启动子中被发现，有的SnRNA是由RNA聚合酶Ⅱ转录，有的是由RNA聚合酶Ⅲ转录。这些上游元件在一定程度上和polⅡ的启动子相似。

TATA元件看来和特异的聚合酶结合上游启动子转录起始发生在起始点上游的一个很短的区域中，且含有TATA框。次近端序列元件（proximal sequence element,PSE）和八聚体（OCT）元件的存在大大增加了转录效率，结合在这些元件上的转录因子相互协同作用。TATA元件是供TBP识别的，TBP亚基本身识别DNA序列，其结合的其他蛋白有的可和RNA聚合酶Ⅲ结合，有的对RNA聚合酶Ⅱ特异，这就可以解释为什么RNA聚合酶Ⅲ和这些启动子特异结合。TBP及其结合蛋白的功能是使RNA聚合酶Ⅲ正确地结合在起始位点上。

⒌何谓终止子和终止因子？依赖于 rho 的转录终止信号是如何传递给RNA聚合酶的？ 答：提供转录终止信号的一段 DNA 序列，叫终止子。协助 RNA 聚合酶识别终止子的蛋白质辅助因子，叫终止因子。

Rho结合在新生成的RNA链上，借助消解NTP所获得的能量沿RNA链移动。RNA酶遇到终止子时发生暂停，使Rho得以追上酶，并与之相互作用，造成释放RNA。

⒍何谓时序？何为适应？分别对原核生物和真核生物的转录举例加以说明。 答：在细胞的生长、发育和分化过程中，遗传信息的表达可按一定的时间程序发生变化，而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调整，这就是时序和适应。

例子1：真核 RNA 聚合酶Ⅱ不能单独识别、结合启动子，而是先由基本转录因子 TF Ⅱ D 组成成分 TBP 识别 TATA 盒或启动元件，并有 TF Ⅱ A 参与结合，形成 TF Ⅱ D- 启动子复合物；继而在 TG Ⅱ AF 等参与下， RNA 聚合酶Ⅱ与 TF Ⅱ D 、 TF Ⅱ B 聚合，形成一个功能性的前起始复合物。在几种基本转录因子中， TF Ⅱ D 是唯一具有位点特异的 DNA 结合能力的转录因子，在上述有序的组装过程起关键性指导作用。这样形成的前起始复合物尚不稳定，也不能有效启动 mRMA 转录。然后由结合在增强子上的转录激活因子直接或间接与 TF Ⅱ D 结合，从而影响前起始复合物的形成、稳定性以及 RNA 聚合酶的活性。

例子2：在没有乳糖存在时，乳糖操纵子处于阻遏状态。此时，Ⅰ基因列在P启动序列操纵下表达的乳糖阻遏蛋白与O序列结合，故阻断转录启动。阻遏蛋白的阻遏作用并非绝对，偶有阻遏蛋白与O序列解聚。因此，每个细胞中可能会有寥寥数分子β半乳糖苷酶、透酶生成。当有乳糖存在时，乳糖操纵子即可被诱导。真正的诱导剂并非乳糖本身。乳糖经透酶

催化、转运进入细胞，再经原先存在于细胞中的少数β -半乳糖苷酶催化，转变为别乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构型变化，导致阻遏蛋白与O序列解离、发生转录，使β-半乳糖苷酶分子增加 1000倍。

⒎简要说明原核生物和真核生物转录的主要特点。 答：原核生物和真核生物转录的主要特点有： 原核生物功能相关基因常组织在一起构成操纵子，作为基因表达和调节的单位，真核生物不组成操纵子，每个基因都有自己的基本启动子和调节单元，单独进行转录，相关基因间也可进行协同调节；原核生物只有少数种类的调节单元，真核生物调节单元众多，包括组成型元件、可诱导元件以及增强子等；无论是原核还是真核生物，其转录受反式调节因子所调节；真核生物的转录调节涉及到染色质改型，原核生物不存在染色质水平的调节。

⒏转录调节因子的结构有何特点？

答：转录调节因子分类。转录因子，分为两类：①基本转录因子是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组因子，为所有mRNA转录起动共有②特异转录因子为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达，包括转录激活因子和抑制因子。

所有转录因子至少包括两个结构域：DNA结合域和转录激活域；此外，很多转录因子还包含一个介导蛋白质-蛋白质相互作用的结构域，最常见的是二聚化结构域。①DNA结合域通常由60－100个氨基酸残基组成。最常见的DNA结合域结构形式是锌指结构和碱性α螺旋。类似的碱性DNA结合域多见于碱性亮氨酸拉链和碱性螺旋-环-螺旋。②转录激活域——由30-100个氨基酸残基组成。根据氨基酸组成特点，转录激活域又有酸性激活域、谷氨酰胺富含区域及脯氨酸富含区域。③介导二聚化的结构域——二聚化作用与亮氨酸拉链、螺旋-环-螺旋结构有关。

⒐比较启动子上游元件增强子和绝缘子的作用特点。

答：增强子是远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关，可位于转录起始点的上游或下游。从功能上讲，没有增强子存在，启动子通常不能表现活性；没有启动子时，增强子也无法发挥作用。

绝缘子是一种长约几十到几百个核苷酸对的序列，通常位于启动子同邻近基因的正元件(增强子)或负元件(沉默子)之间(图5-22)。绝缘子本身对基因的表达既没有正效应，也没有负效应，其作用只是不让其他元件对基因的活化效应或失活效应发生作用。

⒑什么是染色质的结构域？它有哪些控制位点？

答：染色质上具有特定结构和功能的区域，叫染色质的结构域。它有3种类型的控制位点：基因座控制区，绝源子，基质附着位点。

⒒目前有哪些重要的RNA合成抑制剂已在临床上用作抗癌药物抗病毒药物和治疗艾滋病的药物？其作用机制是什么？

答：目前在临床上应用的RNA合成抑制剂可分为3类，一是嘌呤和嘧啶类似物，如6 – 巯基嘌呤、5 – 尿嘧啶等，它们可作为核苷酸代谢颉颃物而抑制核苷酸前体的合成；二是DNA模板功能的抑制物如烷化剂、放线菌素等，它们通过与DNA结合而改变DNA的功能；三是RNA酶抑制剂，如利福霉素、利链菌素等，它们与RNA酶结合并影响其功能。

⒓为什么RNA转录后加工比任何生物大分子合成后的加工过程都更复杂？

答：由于RNA，特别是真核生物的RNA分子在转录后必须在其头和尾部加上帽子和多聚尾巴结构；5，端往往有序列，基因往往是被内含子隔断的断裂基因，在转录后必须进行剪切、拼接和重编码。因此与其它生物大分子相比，其合成后的加工过程都更复杂。

⒔试述的snoRNA结构和作用。 答：核仁小RNA（snoRNA），是近来生物学研究的热点，由内含子编码。富含AT，有boxC和boxD结构元素。核仁小RNA有多种功能，反义snoRNA指导rRNA核糖甲基化。 核仁小RNA与其它RNA的处理和修饰有关，如核糖体和剪接体核小RNA、gRNA等。核仁小RNA是一个与特性化的非编码RNA相关的大家族。

⒕为什么真核生物要先转录内含子然后再将其切除？ 此题目本身值得商榷，理由如下：

关于内含子的功能，有2种不同看法。一种见解认为，内含子是在进化中出现和消失的，内含子如果有功能，只不过是有利于物种的进化选择。例如细菌丢失了内含子， 可以使染色体变小和复制速度加快。真核生物保留内含子，则可以产生外显子移动，有利于真核生物在适应环境改变时能合成功能上有差异而结构上只有微小差异的蛋白质。另一些学者则力图证明内含子在基因表达中有功能。例如，现在已知道某些遗传性疾病，其变异是发生在内含子而不在外显子。有些内含子在基因表达的过程中起作用，有些内含子还能为酶编码。为了更精细地研究内含子，现在对内含子的分类有两种方法。 1．按基因的类型分为四类

第I类内含子：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因。 第Ⅱ类内含子：也发现于线粒体、叶绿体，但转录产物是mRNA。

I、Ⅱ类内含子中，已发现相当一部分是属于自身剪接的内含子，由RNA分子起酶的作用而催化剪接（见下述）。

第Ⅲ类内含子：是常见的形成套索结构后剪接的内含子，大多数mRNA的基因有此类内含子。

第Ⅳ类内含子：是tRNA的基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。

2．从中断基因线性表达的方式，有人又把内含子分为翻译前、翻译绕过、翻译后删除三种： 翻译前删除内含子：就是上述典型的、常见的内含子，在RNA加工中被除去；

翻译绕过式内含子：这些内含子不被剪接删除，但一般不翻译。在特定条件下却可翻译出有功能的、在原有外显子插入了一段氨基酸序列的蛋白质； 翻译后删除内含子：这是把蛋白质翻译后加工也算人内含子的概念中来。例如图1⒈17胰岛素的C肽是不存在于有活性的胰岛素分子上的，如按这一定义，C基因也可认为是内含子。类似的翻译后加工情况，在真核生物是很常见的。

⒖RNA拼接可分为哪几种类型？其作用特点是什么？ 答：RNA拼接的类型有：

（1）类型Ⅰ自我拼接。特点是只要1价、2价阳离子和鸟苷存在即可自行发生，无需供给能量和酶的催化。

（2）类型Ⅱ自我拼接。特点是能自我拼接，但不需要鸟苷。 （3）核mRNA拼接体的拼接。特点是由内含子自我催化完成。

（4）核tRNA的酶促拼接。特点是需要内切酶和连接酶等，需要消耗能量。

⒗RNA拼接和编辑对真核生物的进化有何作用？ 答：RNA拼接和编辑是在生物进化历史是形成的，RNA拼接和编辑可消除移码突变等基因突变的危害，增加了基因产物的多样性，还可能使基因产物获得新的结构和功能，有利于生物进化。

⒘校正tRNA可以消除错义 、无义和移码突变带来的危害，但它是否会将正确的密码子翻译错误？

答：对基因或密码子反密码子上发生某种突变，能以\"代偿\"或校正原有突变所产生的不良后果的tRNA称为校正tRNA，这种tRNA上反密码子的突变称为校正突变。校正突变可为二类:一是发生在同一基因内，但不在该基因的同一部位，称为基因内突变校正(Intragenic suppression);二是发生在另一基因内，称为基因间突变校正(Intergenic suppression)。 在某些情况下，校正tRNA可能会将正确的密码子翻译错误。

⒙简要说明RNA功能的多样性。

答：RNA在遗传信息的翻译中起着决定作用；RNA具有重要的催化功能和其它持家功能；RNA转录后加工和修饰依赖于各类小RNA和其蛋白质复合物；RNA对基因表达和细胞功能有重要的调节作用；RNA在生物进化中起重要的作用。

⒚RNA复制酶如何调节病毒RNA复制与翻译 、正链与负链合成的关系？

答：又称RNA指导的RNA聚合酶，为以RNA为模板合成RNA的酶，存在于某些RNA病毒中，其底物和作用方式均与DNA指导的RNA聚合酶相似。 RNA聚合酶通常由多个亚基组成，有复杂的高级结构。RNA聚合酶是通过其高级结构的变化来调节病毒RNA复制与翻译 、正链与负链合成的。

⒛逆转录病毒前病毒的长末端重复是如何形成的？它有何意义？

答：逆转录病毒前病毒的长末端重复是在逆转录过程中，负链DNA重复合成U/3 – R/ - U5形成的。

这些长末端重复可帮助转录病毒以类似转座的方式整合进宿主DNA中。

21.为什么逆转座子只存在于真核生物中?它有何生物学意义？

答：在转座过程中需要以RNA为中间体，经逆转录再分散到基因组中的转座子，叫逆转座子。由于只有真核生物能完全满足逆转座子存在的条件（逆转录酶、整合酶，重复序列等），所以逆转座子只存在于真核生物中。

逆转座子的生物学意义：影响所在位点或邻近基因的活性；成为基因组的不稳定因素，促进基因重组；促进生物进化。

第37章 遗传密码

⒈DNA分子的哪些性质使其适宜作为遗传信息的携带物质？ 答：DNA是由4种脱氧核苷酸残基按一定顺序彼此用3’，5’-磷酸二酯键相连构成的长链。大多数DNA含有两条这样的长链，按腺膘呤与胸腺嘧啶配对、鸟膘呤与胞嘧啶配对的原则形成彼此互补的双中螺旋结构，因此，可以其中的任一条链为模版，复制出跟亲代一样的子代DNA链，将遗传信息传递给下一代；组成DNA的4种脱氧核苷酸，每3个组，可组成个密码子，足以编码存在于生物中的氨基酸；另外，相较于RNA等其它生物大分子，DNA

的理化性质比较稳定。

DNA分子的这些性质使其适宜作为遗传信息的携带物质。

⒉RNA的主要功能是什么？RNA转录后的一系列加工有何生物意义？

答：RNA的主要功能是通过转录和翻译，将生物贮藏在DNA中的遗传信息传递给蛋白质，从而实现遗传信息的生物学功能。

RNA转录后的一系列加工可使RNA转录后的初产物变成成熟的、有功能的RNA，有些加工还可改变RNA携带的遗传信息。

⒊Crick等如何证明遗传密码的基本单位是核苷酸三联体？

答：Crick等研究T4噬菌体 γⅡ位点 A和B 两个顺反子变异的影响， 这两个基因与噬菌体能否感染大肠杆菌κ菌株有关。 吖啶类染料是扁平的杂环分子，可插入DNA两碱基对之间而引起DNA插入或丢失核苷酸。 该位点缺失一个核苷酸或插入一个核苷酸的突变体 缺失两个 或 插入两个核苷酸的突变体重组得到的重组体是严重缺陷性的，不能感染大肠杆菌κ菌株，该位点缺失三个核苷酸或插入三个核苷酸的突变体能表现正常的功能，但该位点缺失四个核苷酸或插入四个核苷酸的突变体却是严重缺陷性的。据此，Crick等证明遗传密码的基本单位是核苷酸三联体。

⒋如何理解基因与蛋白质的共线性？RNA的拼接 、剪辑与再编码对共线性概念有何影响？ 答：根据“中心法则”，基因中DNA的组成顺序决定了转录后RNA的组成顺序，RNA的组成顺序决定了翻译成的蛋白质的组成顺序，这就是基因与蛋白质的共线性关系。

RNA的拼接 、剪辑与再编码可能会改变基因携带的遗传信息的表达，产生新的遗传信息，纠正译码环节的一些错误，是对基因与蛋白质的共线性关系的发展和补充。

⒌遗传密码是如何破译的？

答：第一个用实验给遗传密码以确切解答的是德国出生的美国生物化学家尼伦贝格（M.W.Nirenberg，1927—）。1961年他和另一位德国科学家马太（Heinrich Matthaei）在美国国家卫生研究院的实验室内发现了苯丙氨酸的密码是RNA上的尿嘧啶（UUU）。他们在用大肠杆菌的无细胞提取液研究蛋白质的生物合成问题时发现：当向这个提取液中加进核酸，则合成了蛋白质；当用由单一的尿嘧啶组成的核酸长链加进这个提取液中，则产生了由单一苯丙氨酸组成的多肽长链。这个结果立即震动了科学界。但是测定其他氨基酸的密码需要各种各样的碱基组合，而当时这种组合并不是很容易得到的，它需要一种多核苷酸磷酸化酶。美国另一位西班牙血统的生物化学家奥乔亚（Ochoa，Severo，1905—）于1955年发现了多核苷酸磷酸化酶（PNP酶）帮助了尼伦贝格合成了同聚核苷酸——多聚U（PolyU）（奥乔亚因发现此酶而获得1959年诺贝尔生理学或医学奖）。当他将多聚U作为模板加入到无细胞体系中时，那就是只有加有标记苯丙氨酸所产生的那一试管蛋白质沉淀具有放射性。而加其他标记氨基酸的各管则均无放射性进入沉淀。于是，第一个密码便被破译出来，即UUU是苯丙氨酸的密码子。用同样的方式以其他多聚核苷酸作为模板，又测出CCC是脯氨酸的密码子，AAA是赖氨酸的密码子。多聚G的氨基酸密码子当时用此法测定时遇到困难，未能测出。

在取得第一阶段突破性成果之后，尼伦贝格用混合的核苷酸制备人工合成的mRNA模板，分别测试其作用。

用2种或3种不同的核苷酸制备mRNA模板时，PNP酶合成的产物都是杂聚物，其中核苷酸的顺序是随机的，无法预测。但各种三联体出现的相对几率则是可以推算出来的。在测定了

各种标记氨基酸参入蛋白质的量之后，将其相对参入量和三联体出现的几率加以比较，即可知道每种三联体相对应的是那一种氨基酸。 此法的应用有局限性，密码子中不同核苷酸的比例固然可以推测出来，但是它们的排序却不能确定；尽管如此编码的范围还是大大缩小了。后来又发现有些密码子具有重复性，即一种氨基酸可以有多种密码子，但是每一种密码子只编码一种氨基酸。 为了搞清密码子中核苷酸顺序，尼伦贝格巧妙地设计了第三阶段的实验。他采用的是核糖体结合法新技术，并加入的模板一律改为具有一定顺序的单个三联体。实验仍在无细胞体系中进行。他们的小组合成了全部种单个的、顺序固定的三联体密码。实验结果能使50种密码子所对应的氨基酸能确定下来。实验中发现，有三个密码子并不编码任何氨基酸，后来知道它们是终止信号。还知道甲硫氨酸的密码子可兼作起始信号。完整的密码子表，到1963年由与尼伦贝格共获1968年诺贝尔生理学或医学奖的霍拉纳（Khorana，Har Gobind，1922—）利用其他技术加以确定的。

⒍何谓密码的简并行和变偶性？二者有何关系？ 答：同一种氨基酸有两个或多个密码子的现象，叫密码的简并性。tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对时，密码子第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定的变动，这种现象，叫变偶性。

变偶性可理解为是对密码的简并性的一种修正。

⒎为什么只要32种tRNA就能识别通用遗传密码中61个编码氨基酸的密码子？而在线粒体中只要22种tRNA就能识别全部氨基酸的密码子？

答：由于密码子变偶性的存在，只要32种tRNA就能识别通用遗传密码中61个编码氨基酸的密码子。

在线粒体中只要22种tRNA就能识别全部氨基酸的密码子，这是由于密码的通用性和变异性造成的。

⒏何谓密码的通用性和变异性？试分析线粒体遗传密码的特点。

答：密码的通用性是指不同的生物密码子基本相同，即共用一套密码子。密码的变异性是指线粒体DNA(mtDNA),还有原核生物支原体等少数生物基因密码有一定变异。

哺乳动物mtDNA的遗传密码与通用遗传密码有以下区别：UGA不是终止信号，而是色氨酸的密码；多肽内部的甲硫氨酸由AUG和AUA两个密码子编码，起始甲硫氨酸由AUG，AUA，AUU和AUC四个密码子编码；AGA，AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，线粒体密码系统中有4个终止密码子（UAA，UAG，AGA，AGG）；有4组密码子其氨基酸特异性只决定于三联体的前两位碱基，它们由一种tRNA即可识别；线粒体密码子特殊的变偶规则使它只要22种tRNA就可识别全部的氨基酸。

⒐为什么遗传密码的编排具有防错的效果？

答：在遗传密码表中，氨基酸的极性通常由密码子的第二位碱基决定，简并性由第三位碱基决定。这种分相使得密码子中一个碱基被更换，其结果或是仍然编码欺上相同的氨基酸，或是以理化性质最接近的氨基酸取代。从而将基因突变的危害降至最低程度，即这样的编排有一定的防错效果。

⒑举例说明遗传密码的翻译受上下文的影响。

答：在有些情况下，密码子的含义可随上下文的不同而改变。如在大肠杆菌中，有时缬氨酸

密码子GUG和亮氨酸密码子UUC也可被用作起始密码子，当其位于特殊mRNA翻译的起始位置时，可被起始tRNA所识别。

第38章 蛋白质合成及转运

⒈mRNA的概念是如何形成的？如何证实的？ 答：（一）信使RNA概念的提出

信使RNA(messenger RNA, mRNA)的发现在分子生物学的发展中是一重大事件。由于其在细胞总RNA中所占比例很小，很难把它分离出来。mRNA的概念首先是从理论上提出来的，然后再用实验得到证实。F. Jacob和J. Monod早在1961年就提出mRNA的概念。他们认为，既然蛋白质是在胞质中合成的，而编码蛋白质的信息载体DNA却在胞核内，那么必定有一种中间物质用来传递DNA上的信息。他们在研究大肠杆菌中与乳糖代谢有关酶类的生物合成时发现，诱导物如异丙基硫代半乳糖苷(β-isopropylthiogalaotoside， IPTG)的加入，可以立刻使酶蛋白的合成速度增加上千倍。而诱导物一旦消失，又可使酶蛋白的合成立刻停止。这个实验结果给人的启示是：蛋白质合成的模板是一种不稳定的物质，其半衰期很短。他们对这种信使物质的性质作了如下的预言： a．信使是一种多核苷酸；

b．信使的碱基组成应与相应的DNA的碱基组成相一致；

c．信使的长度应是不同的，因为由它们所编码的多肽链的长度是不同的； d．在多肽合成时信使应与核糖体作短暂的结合；

e.信使的半衰期很短，所以信使的合成速度应该是很快的。

所以，这样的信使可能是一种RNA。但是当时已发现的两种RNA（rRNA、tRNA）都不具备这些特性。各种生物的核糖体RNA的大小差异不大，碱基组成的变化也不大。tRNA除了有与rRNA相同的问题以外，它们的分子也太小。所以这两种RNA都不能胜任信使的功能。可喜的是当时已有人提出过，细胞内有可能存在第三种RNA。在被噬菌体T2感染后的大肠杆菌中，有人发现有一种新的RNA，它的代谢速度极快，分子大小也参差不齐，碱基组成又与T2DNA相一致。这些特征都符合信使分子的要求。 (二)信使RNA的实验证明 信使RNA的概念提出后，还必须要用实验来证明这种概念是否正确。为此，S.Brenner，F. Jacob和M. Monocl等人设计了一组实验。用噬菌体T2感染大肠杆菌后，发现几乎所有在细胞内合成的蛋白质都不再是细胞本身的蛋白质，而是噬菌体所编码的蛋白质；这些蛋白质的合成速度与细胞总RNA的合成速度无关；T2感染后不久，细胞中出现了少量半衰期很短的RNA，它们的碱基组成与DNA是一致的。上述这些特性都与他们预言的信使分子特性十分符合。 那么噬菌体的感染又是怎样将细胞内蛋白质合成的方向改变了呢?当时曾提出了两种假设。一种认为T2的感染引起了一类新的核糖体的合成，不同的核糖体控制不同的蛋白质的合成；另一种假设认为核糖体并不具有这种特异性，它的功能只不过是从mRNA接受遗传信息而已。Brenner，Jacob，Meselson等人支持后一种看法。于是他们又设计了一组实验来解决这个问题。

他们将大肠杆菌接种在含有重标记(15N和13C)的培养基上，再用T2感染。感染后立刻将细菌转移到含有轻同位素(14N和12 C)的培养基上。再将T2感染前与感染后的细菌破碎，分离出核糖体，用密度梯度超离心技术将带有重同位素的核糖体与带有轻同位素的核糖体分开。他们还用32P或用14C-尿苷去标记RNA，并用35S-甲硫氨酸去标记新合成的蛋白质。这些实验表明：

a．T2感染后并无轻标记核糖体出现，说明在T2感染后并未引起新核糖体的合成。

b．T2感染后，诱发了新的RNA的合成。大多数放射性标记的RNA出现在重标记核糖体中。这种新合成的RNA代谢速度极快。

c．35S标记的蛋白质只暂时出现在重标记核糖体中，说明新合成的蛋白质是在早就存在的核糖体中合成的。

以后，S. spiegelman又用分子杂交技术证明：经T2感染后的新合成的RNA可以与T2DNA相杂交，但细胞内的其他RNA则不能与T2DNA杂交。

⒉核糖体的基本结构与功能有哪些？

答：核糖体有的游离在胞质中,称为游离核糖体(free ribosome)。 有的附着在内质网表面,参与构成RER,称为固着核糖体或膜旁核糖体（fixed Ribosome）。

无论哪种核糖体,在执行功能时,即进行蛋白质合成时,常3-5个或几十个甚至更多聚集并与mRNA结合在一起,由mRNA分子与小亚基凹沟处结合,再与大亚基结合,形成一串,称为多聚核糖体(游离多聚核糖体及固着多聚核糖体),Polyribosome或Polysome。

核糖体是由大、小二个亚基组成的不规则颗粒。大亚基侧面观是低面向上的倒圆锥形,底面不是平的,边缘有三个突起,为一凹陷,似沙发的靠背和扶手。 小亚基是略带弧形的长条,一面稍凹陷,一面稍外突,约1/3处有一细缢痕,将其分成大小两个不等部份。 小亚基趴在大亚基上,似沙发上趴了一只小猴。大小亚基凹陷部位彼此对应相结合,就形成了一个内部空间。此部位可容纳mRNA、tRNA及进行氨基酸结合等反应。

此外,在大亚基内有一垂直的通道为管,所合成的多肽链由此排放,以免受蛋白酶的分解。 一般真核细胞中,106-107个/细胞,原核细胞中15-18× 103个/细胞,蛋白质合成旺盛的细胞可达1×1012个/细胞。

核糖体是蛋白质合成的场所。单个核糖体上存在四个活性部位,在蛋白质合成中各有专一的识别作用：A部位，氨基酸部位或受位:主要在大亚基上,是接受氨酰基-tRNA的部位；P部位，肽基部位或供位:主要在小亚基上,是释放tRNA的部位；肽基转移酶部位(肽合成酶),简称T因子，位于大亚基上,催化氨基酸间形成肽键,使肽链延长；GTP酶部位，即转位酶,简称G因子,对GTP具有活性,催化肽键从供体部位→受体部位。

另外,核糖体上还有许多与起始因子、延长因子、释放因子以及各种酶相结合的位点。

⒊假定以下列mRNA片断为模板，合成的多肽有何氨基酸序列: 5'GGUUUCAUGGACGAAUAAGUGAUAAUAU3'

答：根据不同的阅读框，该mRNA片断合成的多肽氨基酸序列有: 1 GGU UUC AUG GAC GAA UAA GUG AUA AUA 27 1 Gly Phe Met Asp Glu End Val Ile Ile

2 GUU UCA UGG ACG AAU AAG UGA UAA UAU 28 1 Val Ser Trp Thr Asn Lys End End Tyr

3 UUU CAU GGA CGA AUA AGU GAU AAU 26 0 Phe His Gly Arg Ile Ser Asp Asn 7

⒋按下列单链：

5'TCGTCGACGATGATCATCGGCTACTCG3' 试写出

① DNA复制时，另一种单链的序列；

② 转录成的mRNA序列； ③合成的多肽序列。

答：① DNA复制时，另一种单链的序列：CGAGTAGCCGATGATCATCGTCGACGA ② 转录成的mRNA序列：UCGUCGACGAUGAUCAUCGGCUACUCG ③合成的多肽序列：

1 UCG UCG ACG AUG AUC AUC GGC UAC UCG 27 1 S S T M I I G Y S

若按第2阅读框翻译，中间有终止密码子，故不可能按这种方式合成多肽。 3 GUC GAC GAU GAU CAU CGG CUA CUC 26 0 V D D D H R L L 7

⒌试设想一下，在转译过程中，在哪些环节上保证了所合成的多肽的正确无误？ 答：转译又称“翻译”。即以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。转译的过程是：细胞核中DNA的某一区段转录出来的mRNA从核孔穿出来进入细胞质中，与核糖体结合起来进行蛋白质的合成。

在转译过程中，在这些环节上保证了所合成的多肽的正确无误：每一氨酰-tRNA合成酶识别一个特定的氨基酸和与此氨基酸对应的tRNA；氨酰-tRNA合成酶纠正酰化的错误；起始tRNA 识别翻译的起始点；tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对，确保合成氨基酸顺序的正确性。

⒍氨酰-tRNA合成酶有何功能？

答：氨酰-tRNA合成酶的功能是将正确的氨基酸装载到相应的tRNA分子上。

⒎tRNA有何功能？

答：在蛋白质生物合成过程中，tRNA主要起转运氨基酸的作用。

⒏嘌呤霉素如何抑制蛋白质合成？

答：嘌呤霉素(puromycin;PM ) 是一种蛋白质合成抑制剂,它具有与tRNA分子末端类似的结构, 能够同氨基酸结合，代替氨酰化的tRNA同核糖体的A位点结合，并掺入到生长的肽链中。虽然嘌呤霉素能够同A位点结合,但是不能参与随后的任何反应, 因而导致蛋白质合成的终止并释放出C-末端含有嘌呤霉素的不成熟的多肽。

⒐在蛋白质定向输送时，多肽本身有何作用？

答：在蛋白质定向输送时，每一需要运输的多肽都含有一段氨基酸序列，称为信号肽序列，引导多肽至不同的转动系统。

⒑蛋白质的糖基化如何完成？

答：蛋白质的糖基化是使多肽链变成糖蛋白。糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种： a，O-连接的糖基化（O-linked glycosylation）：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行O-连接的糖基化。 B，N-连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。内质网上进行的为N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖(nucleotide sugar)，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。

糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（dolichol phosphate）分子上，装配成寡糖

链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上。

⒒高尔基体的功能是什么？ 答：高尔基体普遍存在于植物细胞和动物细胞中，细胞中的高尔基体与细胞分泌物形成有关，高尔基体本身没有合成蛋白质的功能，但可以对蛋白质进行加工和转运，因此有人把它比喻成蛋白质的 \"加工厂\"。植物细胞是，高尔基体与细胞壁的形成有关。

第39章 细胞代谢与基因表达

⒈构成生命活动基础的物质代谢、能量代谢和信息代谢三者之间有何关系？

答：细胞代谢是一切生命活动的基础。细胞代谢包括物质代谢、能量代谢和信息代谢三个方面。任何物质变化总有能量变化，而能量变化又总伴随着它们组成成分相对无序和有序的变更。信息可以作为系统组织程度的量度，信息就是负熵。活细胞不断与环境交换物质，摄取能量，输入负熵，从而得以构建和维持其复杂的组织结构，一旦这种关系破坏，细胞就解体了。

⒉哪些化合物可以认为是联系糖、脂类、蛋白质和核酸代谢的重要环节？为什么？

答：葡萄糖-6-磷酸、丙酮酸和乙酰辅酶A是联系糖、脂类、蛋白质和核酸代谢的重要环节。 因为它们是糖、脂类、蛋白质和核酸代谢交叉点上关键的中间代谢产物。

⒊细胞代谢的基本要略是什么？

答：细胞代谢途径是由一系列的酶促反应驱动；代谢的总轮廓特征为：分解代谢汇聚到少数几个终产物，各成代谢分叉产生许多产物；细胞代谢的基本要略在于形成 ATP 、还原力和构造单元，以用于生物合成。分解代谢产生能量和构造材料，再由 ATP 、 NADPH 和构造单元合成各类生物分子，并进而装配成生物不同层次的结构。

⒋什么叫前馈？什么叫反馈？举例说明代谢的前馈调解和反馈调节。

答：前馈是指干扰信号在作用于受控部分，引起输出变量改变的同时，还可直接通过感受装置作用于控制部分；即在未引起负反馈调节之前，同时又经另一快捷途径发出干扰信号直接作用于控制部分，及时受控部分的活动。例如，在一定条件下，机体的某些活动发生得特别快，以致神经系统来不及将外周得反馈信号传送至大脑，或大脑发出的信息不能及时地返回外周以控制运动。在这种情况下，大脑可通过前馈机制经另一快捷途径向受控部分发出前馈信号，引起必需的肌肉收缩，而后将来自收缩部分的感觉神经信号传递至大脑，并对收缩是否合理做出判断。 反馈（feedback）：是指由受控部分发出的反馈信息返回到控制部分，不断纠正和调整控制部分对受控制部分的影响，这种模式称为反馈。血液中某些代谢产物浓度升高（或降低）作用于内分泌细胞的相应受体，导致激素分泌水平的上升（或下降），靶细胞受体识别激素后发生的变化作为反馈信息使代谢产物的浓度降低（或升高），以重新建立“稳态”。例如，血糖浓度与胰岛素分泌水平之间的关系就属于简单负反馈。

⒌什么是级联反应？有何意义?以宁雪机制为例说明其调剂作用。

答：级联反应是指第一级反应中被激活的蛋白质,本身就是催化下一级反应的蛋白酶,这样就起着逐级放大的作用。 例如在凝血级联系统中，血管损伤可刺激激肽原转化为激肽释放酶，然后依次激活凝血因子

Ⅻ、Ⅺ、Ⅸ、Ⅹ、凝血酶原、血纤蛋白原等，促使血纤维凝块。

⒍细胞膜结构在代谢调解中起何作用？

答：细胞具有精细的结构。各类酶在细胞中有各自的空间分布，因而使不同代谢途径分别在细胞的不同部位进行。细胞膜结构对代谢的作用主要有：控制跨膜离子浓度梯度和电位梯度；控制物质运输；对代谢途径的分隔作用；与酶的可逆结合影响酶的性质和活性。

⒎根据所学的知识分析线粒体内代谢途径的调节机制。

答：线粒体由两层膜包被,外膜平滑,内膜向内折叠形成嵴,两层膜之间有腔,线粒体是基质。基质内含有数百种酶，包括丙酮酸氧化脱羧、脂肪酸β-氧化、氨基酸分解以及与三羧酸循环所需的酶类等,内膜上具有呼吸链酶系及ATP酶复合体。线粒体是细胞内氧化磷酸化和形成ATP的主要场所。

线粒体内代谢途径的机制十分复杂，但总的说来是将不同酶系分隔在一定的空间内，然后通过某些物质的跨膜交流及相应的反馈反应来各代谢途径。

⒏门空离子通道有哪几种？它们在神经电兴奋的传导中各起何作用？

答：门空离子通道有门空离子通道有电位门控离子通道和配体门控离子通道。 电位门控离子通道在膜去极化时打开，因而产生动作电位。 配体门控离子通道由神经递质打开，使化学信号转变为电信号。

⒐何谓信号转导系统？它如何将膜受体接受到的化学信号传递给胞内？ 答：将细胞膜外信息传递到膜内的系统，叫信号转导系统。

信号转导系统通过G蛋白耦联受体介导的信号转导（受体-G蛋白-效应器-第二信使），离子通道受体介导的信号转导以及酶耦联受体介导的信号转导等方式将膜受体接受到的化学信号传递给胞内。

⒑简要说明一氧化氮作为信号分子的调节作用。

答：NO是非极性小分子，容易穿过质膜，从产生的细胞扩散到邻近细胞中，与鸟苷酸环化酶的血红素结合，并激活酶产生cGMP。NO通过cGMP的蛋白激酶途径，对免疫反应、胚胎发育、心血管系统及神经信号传递等过程发挥重要的调节作用。

⒒细胞增值信号如何调节细胞和基因表达？与细胞癌变有何关系？ 答：细胞周期的时间控制是由蛋白激酶系统对细胞内外信号作出反应，以改变其活性而实现的。在精确的时间间隔内由蛋白激酶系统使特异的蛋白质磷酸化，从而协调细胞代谢活性和基因表达，以产生有序的细胞周期。

正常情况下，细胞受各种生长因子的调节，使休止细胞进入。一旦控制细胞增殖的基因发生突变，产生不正常的增殖信号或对增殖信号作出不正确的反应，都可能引发细胞癌变。

⒓何谓操纵子？根据操纵子模型说明酶的诱导和阻遏。

答：操纵子是指原核生物基因表达的协调单位，包括结构基因、调节基因及由调节基因产物所识别的控制序列（启动子、操纵基因）。

根据操纵子对调节基因表达的小分子所作出反应的特点，分为可诱导（inducible）和可阻遏（repressible）两类。

例如在细菌的培养基中只有在加入代谢的诱导物之后，细菌才产生一种酶。这就是可诱导的操纵子；如在培养基中加入足量的某些合成物的成分，就可以阻遏合成时所需的一系列酶的产生，这就是可阻遏操纵子。

⒔为什么说在酶诱导中的调节蛋白起负调节作用，而在降解物阻遏中的调节蛋白起正调节作用？

答：酶的诱导和阻遏是在调节基因产物阻遏蛋白（调节蛋白）的作用下，通过操纵基因控制结构基因或基因组的转录而发生的。由于经济的原则，细菌通常并不合成那些在代谢上无用的酶，因此一些分解代谢的酶类只在有关的底物或底物类似物存在时才被诱导合成；而一些合成代谢的酶类在产物或产物类似物足够量存在时，其合成被阻遏。在酶诱导时，阻遏蛋白与诱导物相结合，因而失去封闭操纵基因的能力。 对代谢降解物敏感的操纵子受到降解物的阻遏，有关的调节蛋白起正调节作用。当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，通常优先利用葡萄糖，只有葡萄糖耗尽后，细菌经过一段停滞期，在乳糖诱导下才能利用乳糖，这种现象称为葡萄糖效应或降解物阻遏。

⒕何谓衰减子？说明它的作用机制和生物学意义。

答：在色氨酸操纵子中存在一种转录水平上调节基因表达的衰减作用（ attenuation ），用以终止和减弱转录。这种调节作用称为衰减子（ attenuator ），是一种位于结构基因上游前导区的终止子。

衰减子的作用机制是前导区编码 mRNA 的前导序列，该序列可合成一段小肽（前导肽），它在翻译水平上控制前导区转录的终止。

衰减子控制转录起始后是否继续下去，是比之阻遏作用是更为精细的调节。

⒖将细菌从贫瘠培养基中转移到丰富培养基中其代谢会发生什么变化？

答：将细菌从贫瘠培养基中转移到丰富培养基中，其代谢会加强，生长速度加快。

⒗何谓反义RNA？它的发现有何理论意义和实践意义？

答：反义RNA是指可与mRNA或有义DNA链互补导致正常翻译终止的RNA分子。

由于通过反义RNA与正链RNA 形成双链RNA ，可特异性地抑制靶基因；通过人为地引入与内源靶基因具有相同序列的双链RNA(有义RNA 和反义RNA) ,可诱导内源靶基因的mRNA 降解,达到阻止基因表达的目的。因此，反义RNA的发现，为人为精细基因的表达提供了一条新的途径。

⒘说明真核生物基因表达调节机制的主要特点。 答：真核生物基因表达调节机制的主要特点是：真核生物细胞基因的表达可随细胞内外环境条件的改变和时间程序面在不同表达水平上加以精确调节。基因表达是有多个层面上进行的多级：

（1） 转录前水平的调节 ：染色体丢失；基因扩增；基因重排；染色体 DNA 的修饰和异染色质化。

（2）转录活性的调节：染色质的活化；启动子和增强子的顺式作用元件；调节转录的反式作用因子。

（3） 转录后水平的调节：戴帽；加尾；甲基化修饰；拼接。

（4）翻译水平的调节：对可溶性蛋白质因子的修饰；对 mRNA 稳定性的调节；. 反义 RNA 对翻译水平的。

（5） 翻译后水平的调节：切割；化学修饰；连接。

⒙真核生物转录前水平的基因调节主要有哪些方式？ 答：真核生物转录前水平的基因调节主要有染色体丢失、基因扩增、基因重排、染色体 DNA 的修饰和异染色质化等方式。

⒚比较真核生物和原核生物转录水平与翻译水平的调节的异同点。 答：原核生物的基因组和染色体结构都比真核生物简单，转录和翻译在同一时间和空间内发生，基因表达的主要发生在转录水平。原核生物通过由结构基因、调节基因及由调节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。真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隔开，且在转录和翻译后都有复杂的信息加工过程，其基因表达的可以发生在各种不同的水平上。

真核生物不组成操纵子，不形成多顺反子mRNA。真核生物在转录水平上的调节包括染色质的活化和基因的活化，基因转录受顺式作用元件，包括启动子、增强子及其应答元件的控制；也受反式作用因子如基本转录因子、上游转录因子和转录调节因子等的调节。真核生物翻译水平的调节主要是控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。

⒛结合DNA的反式激活因子结构有何特点？

答：结合DNA的反式激活因子，除特异结合DNA的结构域外，通常都另外还有一个或多个结构域，用于转录的活化或与其它调节蛋白相互作用。常见的活化结构域有酸性活化结构域、富含谷胺酰胺结构域以及富含脯胺酸结构域。

21.真核生物转录后和翻译后均存在复杂的信息加工，试分析其生物学意义。

答：真核生物转录和翻译的位置被核膜隔开，转录和翻译后的信息加工较为复杂。其生物学意义有：

RNA转录后的一系列加工可使RNA转录后的初产物变成成熟的、有功能的RNA，有些加工还可改变RNA携带的遗传信息，有利于生物的进化，是对“中心法则”的校正和补充。 蛋白质的翻译后修饰和加工，是指在肽链合成完成后进行的化学反应，如磷酸化、羟基化、糖基化、二硫键形成，以及最近发现的蛋白质自剪接等等，可能有一百种以上。翻译后修饰和加工使得蛋白质的组成更加多样化，蛋白质结构呈现更大的复杂化，从面增加生物适应环境变化的能力。对蛋白质的正常生理功能是必需的，它们的变化往往和疾病的发生有关。

第40章 基因工程及蛋白质工程

⒈DNA分子克隆包括哪些步骤？有何应用价值？

答：DNA分子克隆是指将DNA的性酶切片段插入克隆载体，导入宿主细胞，经无性繁殖，以获得相同的DNA扩增分子。DNA分子克隆包括切割DNA分子、将外源DNA导入载体、将外源DNA导入宿主细胞以及宿主细胞的无性繁殖等步骤。

克隆得到的DNA可以应用于生物学研究的很多方面，包括对特异DNA的碱基顺序的分析和处理，以及生物技术工业中有价值蛋白质的大量生产等等。

⒉大肠杆菌pBR322质粒含有10个HinfⅠ的酶切位点，当以此酶部分水解时可得到多少种片段？ 答：91种。

⒊克隆载体的必要条件是哪些？ 答：克隆载体应具备的必要条件:

① 具有复制子，在宿主细胞内可自主地复制， 并携带重组DNA分子一同扩增；

② 有单一性内切酶的酶切位点或多克隆位点 (multiple cloning site，MCS)，MCS是人工合成的一段含有多个不同的单一性内切酶切点的 DNA序列，它有利于外源基因插入该区域；

③ 有选择性遗传标记，如抗药基因、酶基因、 营养缺陷体及噬菌斑形成能力等，便于筛选出阳性重组体；

④ 拷贝数高(10—200个／每个细胞)，易于分离； ⑤ 生物安全性好。

⒋比较柯斯质粒和γ噬菌体为载体进行DNA克隆的异同。 答：柯斯质粒具有λ噬菌体的特性，即在克隆了外源片段后可在体外被包装成噬菌体颗粒，高效地感染对λ噬菌体敏感的大肠杆菌细胞。进入寄主的柯斯质粒DNA分子，按照λ噬菌体DNA的方式环化， 但无法按噬菌体的方式生活，更无法形成子代噬菌体颗粒。 柯斯质粒在寄主细胞内如质粒一样进行复制，携带有抗性基因和克隆位点，并具氯霉素扩增效应。

柯斯质粒具有高容量的克隆能力，柯斯质粒本身一般只有5～7kb左右，而它克隆外源DNA片段的极限值竟高达45kb，远远超过质粒载体及λ噬菌体载体的克隆能力（9-23kb）。同时，由于包装，柯斯质粒载体的克隆能力还存在一个最低极限值。例如， 5 kb大小的柯斯质粒载体，插入的外源片段至少不能小于30 kb。

⒌如何进行单链DNA的克隆？

答：可用M13载体进行单链DNA的克隆。具体步骤包括单链DNA模板的制备，载体DNA的制备，体外连接与包装，重组噬菌体感染大肠杆菌，单链DNA克隆的鉴定与扩增等。

⒍有哪些方法可以使外源DNA与载体DNA相连接？比较它们的优点。

答：外源DNA片段与载体DNA分子的连接，即DNA分子的体外重组，主要依赖于性内切核酸酶及DNA连接酶的作用。

外源DNA片段与载体DNA分子的连接有多种。一种是用用两种不同的酶同时酶解一种特定的DNA分子，产生具有两种不同末端（粘性末端与另种粘性末端、粘性末端与平齐末端）的DNA片段，那么可实现外源DNA片段定向插入载体分子。另一种是非互补粘性末端DNA分子的连接，即在一定的反应条件下，可用T4 DNA连接酶将平齐末端的DNA片段有效地连接起来；对于非互补粘性末端DNA分子，在用特异作用干单链DNA的S1核酸酶处理，使其变成平齐末端后，也可用 T4 DNA连接酶进行有效的连接。其三，可采用附加衔接物（linker，是一种人工合成的双链DNA短片段，其上具有一个或数个在将与其连接的载体DNA上不存在的酶识别位点，可按平齐末端连接法给平齐末端片段加上相同识别位点的衔接物，再用在衔接物中具有识别位点的合适酶切割，用常规方法连接）的方法，提高平齐末端间的连接作用效率。其四，可利用接头进行DNA平齐末端门的连接。接头（adaptor）是一种具有粘性末端的短核昔酸双链，它与平齐末端连接后，不用经过切割即可与载体相连。 这些方法是在不同的情况下发挥作用的，谈其所谓的“优点”有些牵强。应根据具体研究对象的特点和研究目的，灵活选用。

⒎将重组DNA导入细胞内有哪些方法？它们的原理是什么？

答：根据重组DNA时所采用的载体性质不同，导入重组DNA分子有转化、转染、感染和注射等不同手段。

：①转化，用质粒作载体所常用的方法。②转染，用噬菌体DNA作载体所用的方法，这里所用的噬菌体DNA并没有包上它的外壳。③转导，用噬菌体作载体所用的方法，这里所用的噬菌体DNA被包上了它的外壳，不过这外壳并不是在噬菌体感染过程中包上，而是在离体情况下包上的，所以称为离体包装。④注射，如果宿主是比较大的动植物细胞则可以用注射方法把重组DNA分子导入。

⒏基因文库和cDNA文库有何不同？为什么要建立cDNA文库？

答：基因文库是指整套由基因组DNA片段插入克隆载体获得的分子克隆之总和。cDNA文库是指细胞全部mRNA逆转录成cDNA并被克隆的总和。cDNA组成特点是其中不含有内含子和其他序列。

真核生物的基因是断裂的，需经RNA转录后加工过程才使编码序列拼接在一起；真核生物的基因不能直接在原核生物中表达，只有加工成熟的mRNA经逆转录合成的cDNA接上原核生物表达控制元件，才能在原核生物中表达；另外，真核生物细胞中只有一小部分mRNA进行表达，mRNA的稳定性差。因此，需要构建cDNA文库，用于基因表达等方面的研究。

⒐建立人胚cDNA文库，以致人胚低丰度mRNA为28 000种，占总mRNA的40%，为使低丰度cDNA存在的概率大于99%，此文库应包含多少克隆？ 答：3.2×105。

⒑原位杂交的原理是什么？有何用途？

答：将标记的核酸探针与细胞或组织中的核酸进行杂交，称为原位杂交。

利用原位杂交，可在光镜或电镜下观察目的 mRNA或DAN 的存在与定位；可在原位研究细胞合成某种多肽或蛋白质的基因表达。

⒒何谓差别杂交和扣除杂交？举例说明用以分离基因的过程。

答：差别杂交（differential hybridization）又叫差别筛选（differentual screening），适用于分离经特殊处理而被诱发表达的mRNA之cDNA克隆。为了增加这种方法的有效性，后来又发展出了扣除杂交技术。扣除杂交（subtractive hybridization）又叫扣除cDNA克隆（subtractive cDNA cloning），它是通过构建扣除文库（subtractive library）得以实现的。

差别杂交的技术基础需要有两种不同的细胞群体：在一个细胞群体中目的基因正常表达，在另一个细胞群体中目的基因不表达。在这种情况下便可制备到两种不同mRNA提取物。其一是含有一定比例的目的基因mRNA种的总mRNA群体，其二是不含有目的基因mRNA种的总mRNA群体。通过这两种总mRNA（或是它们的cRNA拷贝）为探针的平行杂交，对由表达目的的基因的细胞总mRNA构建的克隆库进行筛选。当使用存在目的基因的mRNA探针时，所有包含着重组体的菌落都呈阳性反应，在X光底片上呈现黑色斑点；而使用不存在目的基因的mRNA探针时，除了含有目的基因的菌落外，其余的所有菌落都呈阳性反应，在X光底片上呈现黑色斑点。比较这两种底片并对照原平板，便可以挑选出含目的基因的菌落，供作进一步研究使用。

扣除杂交是用一般细胞的mRNA与特殊细胞的cDNA杂交，先扣除一般共有的cDNA，再交剩下特异的cDNA进行克隆。

下面以T 细胞受体（T-cell receptor，TCR；有时亦称之为T细胞抗原受体）编码工因的

分离为例子，说明扣除杂交筛选法的基本原理与简要过程。 TCR基因只能在T细胞中表达，而不能在B细胞中表达。从T细胞mRNA制备来的单链cDNA，同大大超量的B细胞的mRNA在有利于发生DNA-RNA杂交的条件下保温，所有的能够在T和B两类细胞中同时表达的T细胞基因的cDNA分子（约占98%），都能与B细胞的mRNA退火形成DNA-RNA杂交分子，而不能在B细胞中表达的、T细胞特有的cDNA（约占2%），由于B细胞中没有相应的mRNA，仍然处于单链的状态。将此种杂交混合物通过羟基磷灰石柱（hydroxylapatite column），于是DNA-RNA杂交杂分便结合在柱上，而游离的单链cDNA则过柱流出。如此回收入到的T细胞特异的cDNA被转变为双链cDNA之后，与适当的λ噬菌体载体重组并转染给大肠杆菌寄主细胞，这样便得到了T细胞持cDNA高度富集的扣除文库。然后再按照同样方法制备扣除的cDNA探针，即被B细胞mRNA杂交扣除了的T细胞特异的cDNA探针，筛选文库，结果成功地分离到了T细胞的TCR基因。

⒓说明聚合酶链式反应(PCR)的原理和用途。

答：聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，为最常用的分子生物学技术之一。典型的PCR由（1）高温变性模板；（2）引物与模板退火；（3）引物沿模板延伸三步反应组成一个循环，通过多次循环反应，使目的DNA得以迅速扩增。其主要步骤是：将待扩增的模板DNA置高温下（通常为93℃-94℃）使其变性解成单链；人工合成的两个寡核苷酸引物在其合适的复性温度下分别与目的基因两侧的两条单链互补结合，两个引物在模板上结合的位置决定了扩增片段的长短；耐热的DNA聚合酶（Taq酶）在72℃将单核苷酸从引物的3’端开始掺入，以目的基因为模板从5’→3’方向延伸，合成DNA的新互补链。

PCR能快速特异扩增任何已知目的基因或DNA片段，并能轻易在皮克（pg）水平起始DNA混合物中的目的基因扩增达到纳克、微克、毫克级的特异性DNA片段。因此，PCR技术一经问世就被迅速而广泛地用于分子生物学的各个领域。它不仅可以用于基因的分离、克隆和核苷酸序列分析，还可以用于突变体和重组体的构建，基因表达的研究，基因多态性的分析，遗传病和传染病的诊断，肿瘤机制的探索，法医鉴定等诸多方面。通常，PCR在分子克隆和DNA分析中有着以下多种用途： (1) 生成双链DNA中的特异序列作为探针； (2) 由少量mRNA生成 cDNA文库； (3) 从cDNA中克隆某些基因；

(4) 生成大量DNA以进行序列测定； (5) 突变的分析； (6) 染色体步移；

(7) RAPD、AFLP、RFLP等DNA多态性分析等。

⒔基因定位诱变的主要方法有哪几种？它们的原理是什么？

答：基因定位诱变的主要方法有酶切诱变、寡核苷酸指导的诱变和PCR诱变。 酶切诱变：利用基因的酶切位点，在切点处改造基因序列。

寡核苷酸指导的诱变：利用克隆技术将人工合成的寡核苷酸片段插入到目的基因的序列中。 PCR诱变：通过PCR引物在扩增片段的两端引入各种变异，嵌套式PCR还可以在基因内部或在一次PCR中同时在多处引入变异。

⒕比较两种DNA快速测序的方法，包括方法的原理和优缺点。 答：目前应用的两种快速序列测定技术是Sanger等（1977）提出的双脱氧法（酶法）及Maxam

和Gilbert(1977)提出的化学降解法。虽然其原理大相径庭，但这两种方法都是同样生成互相的若干组带放射性标记的寡核苷酸，每组寡核苷酸都有固定的起点，但却随机终止于特定的一种或者多种残基上。由于DNA上的每一个碱基出现在可变终止端的机会均等，因些上述每一组产物都是一些寡核苷酸混合物，这些寡核苷酸的长度由某一种特定碱基在原DNA全片段上的位置所决定。然后在可以区分长度仅差一个核苷酸的不同DNA分子的条件下，对各组寡核苷酸进行电泳分析，只要把几组寡核苷酸加样于测序凝胶中若干个相邻的泳道这上，即可从凝胶的放射自影片上直接读出DNA上的核苷酸顺序。 Sanger法DNA测序

Sanger 法测序的原理就是利用一种DNA聚合酶来延伸结合在待定序列模板上的引物。直到掺入一种链终止核苷酸为止。每一次序列测定由一套四个单独的反应构成，每个反应含有所有四种脱氧核苷酸三磷酸(dNTP)，并混入限量的一种不同的双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)。由于ddNTP缺乏延伸所需要的3-OH基团，使延长的寡聚核苷酸选择性地在G、A、T或C处终止。终止点由反应中相应的双脱氧而定。每一种dNTPs和ddNTPs的相对浓度可以调整，使反应得到一组长几百至几千碱基的链终止产物。它们具有共同的起始点，但终止在不同的的核苷酸上，可通过高分辨率变性凝胶电泳分离大小不同的片段，凝胶处理后可用X-光胶片放射自显影或非同位素标记进行检测。 Sanger 法测序快速、省事，不需要比强很高的32P-dNTP,但有时会出现一些不够清晰的结果。 Maxam－Gilbert DNA化学降解法

化学降解法的原理是首先标记双链DNA的5’端，然后加入二甲基亚砜并加热到90°C，使双链DNA分子变成单链。通过凝胶电泳分离两条链，其中一条链含有更多的嘌呤成为重链，另一条链为轻链。纯化两条链，分成四份，分别利用不同的降解试剂进行降解（哌啶,氮杂环己烷），产生了一系列的降解片段。可以通过电泳分离显示出来。 化学降解法可以提供比较清晰的结果，但步骤繁琐，许多药品有剧毒。

⒖基因表达的主要控制元件有哪些？真核生物和原核生物有何差别？

答：基因表达的主要控制元件有启动子、核糖体结合位点、转录终止信号等。 启动子：原核启动子约55bp,分为起始点（start site）、结合部位、识别部位。起始点：转录起始部位以+1表示，转录的第1个核苷酸常为嘌呤---G,A。结合部位：约6bp组成,是高度保守区,共有序列为5'-TATAAT-3' ,位于起始点上游-10。因Tm低,DNA易解开双链，为RNA聚合酶提供场所。识别部位：约6bp组成,在-35处,为高度保守区,序列5'-TTGACA-3', s因子识别此部位。

真核启动子于-25处含AT富集区, 共有序列为TATAA（TATA box），-70处含共有序列CAAT ,还含许多其它box ,例如 GC box,E-box等。含增强子(enhancer)和静息子(silencer) RNA polⅠ和 RNA polⅢ与聚合酶Ⅱ所识别的启动子差异较大。

核糖体结合位点：在大肠杆菌等原核生物mRNA的核糖体结合位点上，含有一个转译起始密码子及同16S核糖体RNA 3，末端碱基互补的序列，即SD序列，而真核基因则缺乏此序列。

转录终止信号：在一个基因的3’端或是一个操纵子的3，端往往还有一特定的核苷酸序列，它有终止转录的功能，这一DNA序列称为转录终止子(terminator)。原核生物终止信号在结构上有一些共同的特点，即有一段富含A/T的区域和一段富含G／C的区域，G／C富含区域又具有回文对称结构，这段终止子转录后形成的RNA具有茎环结构。根据转录终止作用类型，终止子可分为两种，一种只取决于DNA的碱基顺序；另一种需要终止蛋白质(p因子)的参与。

真核生物转录终止序列，在3'端之后有共同序列AATAAA及多个GT序列，mRNA在转录终

止序列处被切断。

⒗分析融合蛋白表达和非融合蛋白表达的利弊。 答：融合蛋白表达和非融合蛋白表达的利弊：外源基因的活性蛋白质第一个氨基酸可能不是蛋氨酸，在表达时需要加上蛋氨酸的密码子，有时外加的蛋氨酸会影响产物活性；蛋白质的N端序列对其合成和折叠有较大影响，将外源基因编码序列与宿主细胞高表达基因N端序列融合，以融合蛋白形式表达可以提高表达水平；外源蛋白在宿主体内往往不够稳定，易被宿主细胞蛋白酶降解，含有宿主蛋白N端序列的融合蛋白则比较稳定；融合蛋白不影响某些表位结构，而易进行抗体工程；与某些特定多肽和蛋白质融合易于分离纯化和检测。

⒘酵母的克隆载体有哪几种？它们的基本特点是什么？

答：酵母菌载体 (Yeast vector) 依其能否复制可分为结合载体和复制载体。它们的基本特点是：

结合载体（Integrating vector）：载体没有复制序列，必须嵌入酵母菌的染色体内才能随着细胞时。一般用作制备基因文库用。 复制载体（Replicating vector）：载体有与复制相关的序列，依其复制序列种类可分为： (1) 2 μ 质粒：从酵母菌天然的质粒上截取一段包含复制序列的 2μ DNA。 其优点是非常稳定，可确保细胞时，质粒的性状可移交到子代中不遗失。

(2) ARS 质粒：从酵母菌的染色体中截取一段ARS 片段。ARS是表示Autonomously replicating sequence。ARS 质粒的稳定性较差，质体常被分解而无法代代相传。但是若加入一段着丝粒序列（centromere sequence ），变成CEN 质粒，就可使质粒稳定性提高，但CEN 质粒的拷贝数较低，一般为单拷贝。

(3)酵母人工染色体(YAC ，yeast artificial chromosome)，这种载体除了上述ARS, CEN序列外，两端再加上端粒序列，形成彷彿就是染色体般的外观，故名之。

其特性是容量 (capacity) 超大，可承载 0.2 - 2.0 Mb DNA的长度。多被用于构建基因组文库用。

⒙如何将外源基因导入植物细胞并使之表达？

答：外源基因导入植物细胞并使之表达的方法，分为载体法和直接法两类。载体法是目前最常用的一种方法，最初的载体是土壤农杆菌中的原质粒，在原质粒上有一段DNA，即T-DNA，在土壤农杆菌浸染植物细胞时，T-DNA能够插入植物细胞的基因组中，且能稳定地遗传给其后分离出来的细胞，载体法的优点是操作简便，遗传表达比较稳定，但这些载体仅适用于双子叶植物基因。直接法是将目的基因直接导人受体的细胞中，它包括以原生质为受体的化学转化法，如PEG(聚二乙醇)它以聚二乙醇为融合剂将异源原生质融合在一起，即原生质融合法。磷酸钙-PEG，改良的原生质融合法。电击穿孔法，就是通过很高的电压，迅速将细胞膜的一部分打开，使外源DNA进入原生质体中。显微注射法，就是直接用注射针位射到细胞里。

⒚什么是基因治疗？常用的载体有哪几种？

答：所谓基因治疗（gene therapy）是指向受体细胞中引入具有正常功能的基因，以纠正或补偿基因的缺陷，也可以是利用引入基因以杀死体内的病原体或恶性细胞。

基因治疗中的载体有病毒载体和非病毒载体。其中常用的病毒载体有：反转录病毒载体、腺病毒载体、腺病毒伴随病毒载体和疱疹病毒载体等；常用的非病毒载体有：裸DNA、脂质体/DNA复合物、多聚物/DNA复合物等。

⒛什么是蛋白质工程？举例说明蛋白质工程的意义。

答：蛋白质工程，就是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。 蛋白质工程也具有广泛的应用前景

比如在医学上，用人工手段去改造某些致癌基因的产物——蛋白质，使它失去致癌作用，从而开辟治疗癌症的新途径。我国的蛋白质工程具有国际先进水平，这些工程包括重组人胰岛素和溶血栓药物，重组人尿激酶等。

在食品工业、日用品工业方面，用经过改造的稳定性好的酶，可由价格便宜的棕榈油生产出价格昂贵的可可脂，从而创造很高的经济效益。荷兰一家公司设计了一种能和漂白剂一同起作用的去污酶，并且通过对这种酶上的两个氨基酸的修改，使这种酶具有较高抵抗力，在洗涤过程中不受破坏。因此，通过蛋白质工程可实现常规酶工程手段不能实现的目标。 对动植物体内参与重要生命活动的酶加以修饰和改造，是蛋白质工程未来发展的一个重要目标。有朝一日，人们一定能够通过蛋白质工程来设计、控制那些与DNA相互作用的蛋白质，到那时，人为控制遗传、改造生命就不再是天方夜谭了。

21.叙述DNA改组的步骤和原理。

答：DNA改组是指DNA分子的体外重组，是基因在分子水平上进行有性重组(sexual recombination)。通过改变单个基因(或基因家族， gene family)原有的核苷酸序列，创造新基因，并赋予表达产物以新功能。 DNA改组的步骤和原理：

（1）错误倾向PCR：通过改变传统PCR反应体系中某些组分的浓度,或使用低保真度的DNA聚合酶等,使碱基在一定程度上随机错误引入而创造序列多样性文库。

（2）自身引物PCR：DNA片段重叠部分两互补链的3‘端彼此配对，各作为引物，以互补链为模板向前延伸，然后以同样的方式与互补链配对延伸，直至合成全长的基因。

（3）重组合PCR：用基因5、和3、端引物将上述经重组合的全长基因扩增出来，即可用于表达和选择。

22.提出你对基因工程未来发展的看法。

答：基因工程开辟了生物学研究的新纪元，带动了生物技术产业的兴起。概括地讲，基因工程未来发展是前途光明，道路曲折。