西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷类别：网教(网教/成教) 专业：生物教育 2017 年 12 月课程名称【编号】：分子生物学【0462】 A 卷大作业 满分：100 分一、 研究 DNA 的一级结构有何生物学意义?（20 分）二、 试比较真核生物基因组与原核基因组的主要区别？（20 分）三、 什么是密码的简并性?有何生物学意义? （20 分）四、 试以乳糖操纵子为例，说明操纵子学说的建立对分子生物学研究有何重要意义? （20 分）五、 DNA 作为遗传物质是如何证明的？（20 分）一． 答： DNA 的一级结构，是 DNA 分子内碱基的排列顺序，指 DNA 分子中的核苷酸排列顺序，就是指 4 种脱氧核苷酸的链接及排列顺序，表示了该 DNA 分子的化学构成。4 种核苷酸千变万化的序列排列即反映了生物界物种的多样性。为了阐明生物的遗传信息，首先要测定生物基因组的序列。迄今已经测定基因组序列的生物数以百计。DNA 分子以密码子的方式蕴藏了所有生物的遗传信息，任何一段 DNA 序列都可以反映出它的高度个体性或种族特异性。   核苷酸相互连接形成长的多核苷酸链。两个核苷酸之间的连接通常是通过磷酸二酯键（phosphodiester bond），该键将一个核苷酸的磷酸基团与另一个核苷酸的脱氧核糖连接。由四种脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接而成的长链高分子多聚体为 DNA 分子的一级结构。DNA 分子中第一个核苷酸的 3'-羟基与第二个核苷酸的 5'-磷酸基脱水形成 3',5'-磷酸二酯键,第二个核苷酸的 3'-羟基又与第三个核苷酸的磷酸基脱水形成 3',5'-磷酸二酯键，依此类推，形成线性多聚体。DNA 分子中第一个核苷酸的 5'-磷酸与最末一个核苷酸的 3'-羟基都未参与形成 3',5'-磷酸二酯键，故分别称为 5'-磷酸端(或 5'-端)和 3'羟基端(或 3'-端)。   生物的绝大部分遗传信息储存于 DNA 序列中，核苷酸的不同排列顺序决定了生物的多样化,任何一段 DNA 序列都可以反映出它的高度个体性或种族特异性。 研究 DNA 的一级结构有助于了解 DNA 的生物学功能。 DNA 一级结构决定了二级结构，折叠成空间结构。这些高级结构又决定和影响着一级结构的信息功能。研究 DNA 的一级结构对阐明遗传物质结构、功能以及它的表达、调控都是极其重要的。二．1.真核生物基因组指一个物种的单倍体染色体组(1n)所含有的一整套基因。还包括叶绿体、线粒体的基因组。原核生物一般只有一个环状的 DNA 分子，其上所含有的基因为一个基因组。 2.原核生物的染色体分子量较小，基因组含有大量单一顺序（unique-sequences），DNA 仅有少量的重复顺序和基因。真核生物基因组存在大量的非编码序列。包括：.内含子和外显子、.基因家族和假基因、重复 DNA 序列。真核生物的基因组的重复顺序不但大量，而且存在复杂谱系。 3.原核生物的细胞中除了主染色体以外，还含有各种质粒和转座因子。质粒常为双链环状DNA，可独立复制，有的既可以游离于细胞质中，也可以整合到染色体上。转座因子一般都是整合在基因组中。 真核生物除了核染色体以外，还存在细胞器 DNA，如线粒体和叶绿体的 DNA，为双链环状，可自主复制。有的真核细胞中也存在质粒，如酵母和植物。 4.原核生物的 DNA 位于细胞的中央，称为类核（nucleoid）。 真核生物有细胞核，DNA序列压缩为染色体存在于细胞核中。 - 1 - 5.真核基因组都是由 DNA 序列组成，原核基因组还有可能由 RNA 组成，如 RNA 病毒。三．1.同一种氨基酸具有两个或更多个密码子的现象称为密码子的简并性（degeneracy）。对应于同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码子（synonymous codon），只有色氨酸与甲硫氨酸仅有 1 个密码子。2.密码子简并性具有重要的生物学意义，它可以减少有害突变。若每种氨基酸只有一个密码子，61 个密码子中只有 20 个是有意义的，各对应于一种氨基酸。剩下 41 个密码子都无氨基酸所对应，将导致肽链合成终止。由基因突变而引起肽链合成终止的概率也会大大增加。简并性使得那些即使密码子中碱基被改变，仍然能编码原来氨基酸的可能性大为提高。密码的简并也使 DNA 分子上碱基组成有较大余地的变动，例如细菌 DNA 中G+C 含量变动很大，但不同 G+C 含量的细菌却可以编码出相同的多肽链。所以遗传密码的简并性在物种的稳定上起着重要的作用。四．1.结构基因的直接产物 mRNA 是一种将基因信息直接传达给蛋白质的一种寿命很短的中间产物。 mRNA 一合成，就脱离 DNA 而和核糖体结合，并在核糖体上被翻译成多肽；与此同时，mRNA 也就破坏了。多肽合成后就脱离核糖体，而核糖体可被反复使用； 2.mRNA 的合成是从 DNA 链的固定点即操纵基因开始的，并按一定方向进行的；操纵基因控制着邻接的几个结构基因群（操纵子）的转录起始，因而操纵子是一个与转录有关的单位； 3.还有一种功能与结构基因和操纵基因不同的调节基因，它能产生胞质性阻遏物，这种阻遏物对特 定的操纵基因具有亲和性，发生能进行可逆的结合；当它和操纵基因结合时，整个操纵子的转录便停止，为操纵子内各个基因所支配的蛋白质的合成也因之停止； 4.阻遏物（R）具有与低分子的为效应物（F）相结合的性质，这种反应为 R＋FR′＋F′。对于诱导酶来说，R 能和操纵基因结合，从而停止操纵子的转录。属于一种效应物的诱导物可使阻遏物失活，从而使转录恢复。对于阻遏酶来说，发生变化的阻遏物（R′）具有活性，在没有效应物存在时，操纵子能进行转录，当存在效应物时，转录则受到阻遏。这个学说后来作了部分修正，但基本原则未变。由于这个研究，Jacob 和 Monod 以及巴斯德研究所的 A．Lwoff 共同获得了 1965 年诺贝尔医学生理学奖。五． DNA 是遗传物质的概念起源于 1944 年 Avery 等人首次证明 DNA 是细菌遗传性状的转化因子。他们从有荚膜、菌落光滑的Ⅲ型肺炎球菌（Ⅲ S）细胞中提取出纯化的DNA，加热灭活后再加入到无荚膜、菌落粗糙的Ⅱ型细菌（Ⅱ R）培养物中，结果发现前者的 DNA 能使一部分Ⅱ R 型细胞获得合成Ⅲ S 型细胞特有的荚膜多糖的能力。而蛋白质及多糖类物质没有这种转化能力。若将 DNA 事先用脱氧核糖核酸酶降解，也就失去了转化能力。这一实验不可能是表型改变，也不可能是恢复突变，因为Ⅱ R 型菌产生的是Ⅲ S 型的荚膜。它有力地证明 DNA 是转化物质。已经转化了的细菌，其后代仍保留合成Ⅲ型荚膜的能力，说明此性状可以遗传给后代。   1952 年 Hershey 和 Chase 等利用大肠杆菌噬菌体实验证实了 DNA 是遗传物质的本质。在噬菌体中，DNA 是惟一含磷的物质，而蛋白质是惟一含硫的物质。利用含 P 或 S 的放射性培养基培养噬菌体，得到了放射性标记噬菌体。使标记|的噬菌体吸附细菌，几分钟后离心除去未吸附的噬菌体。然后利用捣碎机捣碎使噬菌体和细菌分开。离心后细菌在沉淀中，而噬菌体在上清液中。这时发现放射性的硫有 80%在上清液中，只有 20%在沉淀中，而磷的情况则相反。说明在噬菌体感染的过程中，DNA 进入了细菌体内，而蛋白质留在细菌体外。证明具有遗传作用的是 DNA 而不是蛋白质。- 2 -