現(xiàn)代分子生物學(xué)微生物學(xué)部分課后習(xí)題及答案

現(xiàn)代分子生物學(xué)部分課后習(xí)題及答案第一章緒論1.你對(duì)現(xiàn)代分子生物學(xué)的含義和包括的研究范圍是怎么理解的？分子生物學(xué)是從分子水平研究生命本質(zhì)的一門新興邊緣學(xué)科，它以核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)及其在遺傳信息和細(xì)胞信息傳遞中的作用為研究對(duì)象，是當(dāng)前生命科學(xué)中發(fā)展最快并正在與其它學(xué)科廣泛交叉與滲透的重要前沿領(lǐng)域。狹義：偏重于核酸的分子生物學(xué)，主要研究基因或DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、表達(dá)和調(diào)節(jié)控制等過(guò)程，其中也涉及與這些過(guò)程有關(guān)的蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)與功能的研究。分子生物學(xué)的發(fā)展為人類認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象帶來(lái)了前所未有的機(jī)會(huì)，也為人類利用和改造生物創(chuàng)造了極為廣闊的前景。所謂在分子水平上研究生命的本質(zhì)主要是指對(duì)遺傳、生殖、生長(zhǎng)和發(fā)育等生命基本特征的分子機(jī)理的闡明，從而為利用和改造生物奠定理論基礎(chǔ)和提供新的手段。這里的分子水平指的是那些攜帶遺傳信息的核酸和在遺傳信息傳遞及細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間通訊過(guò)程中發(fā)揮著重要作用的蛋白質(zhì)等生物大分子。這些生物大分子均具有較大的分子量，由簡(jiǎn)單的小分子核苷酸或氨基酸排列組合以蘊(yùn)藏各種信息，并且具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)以形成精確的相互作用系統(tǒng)，由此構(gòu)成生物的多樣化和生物個(gè)體精確的生長(zhǎng)發(fā)育和代謝調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。闡明這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系是分子生物學(xué)的主要任務(wù)。2.分子生物學(xué)發(fā)展前景如何？21世紀(jì)是生命科學(xué)世紀(jì)，生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代，分子生物學(xué)將取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)、信號(hào)跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)成為新的熱門領(lǐng)域，將在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域帶來(lái)新的變革。3.人類基因組計(jì)劃完成的社會(huì)意義和科學(xué)意義是什么？社會(huì)意義：人類基因組計(jì)劃與曼哈頓原子計(jì)劃、阿波羅登月計(jì)劃并稱為人類科學(xué)史上的三大工程，具有重大科學(xué)意義、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。（1）極大地促進(jìn)生命科學(xué)領(lǐng)域一系列基礎(chǔ)研究的發(fā)展，闡明基因的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系、生命的起源和進(jìn)化、細(xì)胞發(fā)育、生產(chǎn)、分化的分子機(jī)理，疾病發(fā)生的機(jī)理等，為人類自身疾病的診斷和治療提供依據(jù)，為醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)帶來(lái)翻天覆地的變化（2）促進(jìn)生命科學(xué)與信息科學(xué)、材料科學(xué)和與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，刺激相關(guān)學(xué)科與技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，帶動(dòng)起一批新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)（3）基因組研究中發(fā)展起來(lái)的技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)及生物學(xué)資源，還將推動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)（轉(zhuǎn)基因動(dòng)、植物）、能源、環(huán)境等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，改變?nèi)祟惿鐣?huì)生產(chǎn)、生活和環(huán)境的面貌，把人類帶入更佳的生存狀態(tài)?？茖W(xué)意義：（1）確定人類基因組中約5萬(wàn)個(gè)編碼基因的序列基因在基因組中的物理位置，研究基因的產(chǎn)物及其功能（2）了解轉(zhuǎn)錄和剪接調(diào)控元件的結(jié)構(gòu)和位置，從整個(gè)基因組結(jié)構(gòu)的宏觀水平上了解基因轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)（3）從總體上了解染色體結(jié)構(gòu)，了解各種不同序列在形成染色體結(jié)構(gòu)、DNA復(fù)制、基因轉(zhuǎn)錄及表達(dá)調(diào)控中的影響與作用（4）研究空間結(jié)構(gòu)對(duì)基因調(diào)節(jié)的作用（5）發(fā)現(xiàn)與DNA復(fù)制、重組等有關(guān)的序列（6）研究DNA突變、重排和染色體斷裂等，了解疾病的分子機(jī)制，為疾病的診斷、預(yù)防和治療提供理論依據(jù)（7）確定人類基因組中轉(zhuǎn)座子，逆轉(zhuǎn)座子和病毒殘余序列，研究其周圍序列的性質(zhì)（8）研究染色體和個(gè)體之間的多態(tài)性第二章核酸結(jié)構(gòu)與功能1．堿基對(duì)間在生化和信息方面有什么區(qū)別？從化學(xué)角度看，不同的核苷酸僅是含氮堿基的差別。從信息方面看，儲(chǔ)存在DNA中的信息是指堿基的順序，而堿基不參與核苷酸之間的共價(jià)連接，因此儲(chǔ)存在DNA的信息不會(huì)影響分子結(jié)構(gòu)，來(lái)自突變或重組的信息改變也不會(huì)破壞分子。2．真核基因組的哪些參數(shù)影響C0t1/2值？C0t1/2值受基因組大小和基因組中重復(fù)DNA的類型和總數(shù)影響。3．哪些條件可促使DNA復(fù)性（退火）？降低溫度、pH和增加鹽濃度。4．為什么DNA雙螺旋中維持特定的溝很重要？形成溝狀結(jié)構(gòu)是DNA與蛋白質(zhì)相互作用所必需。5．曾經(jīng)有一段時(shí)間認(rèn)為，DNA無(wú)論來(lái)源如何，都是4個(gè)核苷酸的規(guī)則重復(fù)排列（如ATCG、ATCG、ATCG、ATCG…），所以DNA缺乏作為遺傳物質(zhì)的特異性。第一個(gè)直接推翻該四核苷酸定理的證據(jù)是什么？在1949-1951年間，EChargaff發(fā)現(xiàn)：（1）不同來(lái)源的DNA的堿基組成變化極大（2）A和T、C和G的總量幾乎是相等的（即Chargaff規(guī)則）（3）雖然（A+G）/（C+T）=1，但（A+T）/（G+C）的比值在各種生物之間變化極大6．為什么在DNA中通常只發(fā)現(xiàn)A-T和C-G堿基配對(duì)？（1）C-A配對(duì)過(guò)于龐大而不能存在于雙螺旋中；G-T堿基對(duì)太小，核苷酸間的空間空隙太大無(wú)法形成氫鍵。（2）A和T通常形成兩個(gè)氫鍵，而C和G可形成三個(gè)氫鍵。正常情況下，可形成兩個(gè)氫鍵的堿基不與可形成三個(gè)氫鍵的堿基配對(duì)。7．為什么只有DNA適合作為遺傳物質(zhì)？是磷酸二酯鍵連接的簡(jiǎn)單核苷酸多聚體，其雙鏈結(jié)構(gòu)保證了依賴于模板合成的準(zhǔn)確性，DNA的以遺傳密碼的形式編碼多肽和蛋白質(zhì)，其編碼形式多樣而復(fù)雜第三章基因與基因組結(jié)構(gòu)1．一個(gè)基因如何產(chǎn)生兩種不同類型的mRNA分子？第一種是，一個(gè)原初產(chǎn)物含有一個(gè)以上的多聚腺苷化位點(diǎn)，能產(chǎn)生具不同3‘端的mRNA。第二種是，如果一個(gè)原初轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物含有幾個(gè)外顯子，發(fā)生不同的剪接，產(chǎn)生多種mRNA。2．被加工的假基因與其他假基因有哪些不同？它是如何產(chǎn)生的？已加工過(guò)的假基因具有明顯的RNA加工反應(yīng)的印跡。如缺少內(nèi)含子，有些在3‘端已經(jīng)經(jīng)過(guò)加工。推測(cè)已加工過(guò)的假基因是在基因轉(zhuǎn)錄成前體mRNA、RNA加工后，又經(jīng)反轉(zhuǎn)錄形成DNA，再將反轉(zhuǎn)錄出的DNA重新整合進(jìn)基因組。3．非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)與轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)分別位于rRNA重復(fù)的什么位置？轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)與內(nèi)含子有何區(qū)別？rRNA的非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)位于串聯(lián)轉(zhuǎn)錄單位之間，而轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)位于轉(zhuǎn)錄單位的18SRNA基因與28SRNA基因之間。4．請(qǐng)描述C值矛盾，并舉一個(gè)例子說(shuō)明。C值矛盾是真核生物單倍體組DNA總量與編碼基因信息DNA總量差異大。對(duì)高等真核生物而言，生物體基因組的大小與其復(fù)雜性沒(méi)有直接關(guān)系。親緣關(guān)系相近的生物DNA含量可能差異很大。如一些兩棲動(dòng)物比其它兩棲動(dòng)物的DNA相差100倍。5．在一個(gè)基因復(fù)制后，外顯子發(fā)生突變的概率比內(nèi)含子小。但是，所有DNA的突變率是相同的。請(qǐng)解釋原因。外顯子發(fā)生突變使功能喪失而個(gè)體被淘汰，因此外顯子受選擇壓力的作用。6．跳躍復(fù)制的結(jié)果是什么？產(chǎn)生串聯(lián)的DNA序列。7．20世紀(jì)70年代提出的“內(nèi)共生假說(shuō)”，現(xiàn)已被接受為一種理論。有哪些分子生物學(xué)證據(jù)有力支持了該理論？（1）線粒體與葉綠體具有自身的基因組，并獨(dú)立核基因組進(jìn)行復(fù)制；（2）類似于原核DNA，線粒體與葉綠體基因組不組裝為核銷小體結(jié)構(gòu)；（3）線粒體基因利用甲酰甲硫氨酸作為起始氨基酸；（4）一些抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)翻譯成的物質(zhì)也抑制線粒體中蛋白質(zhì)的翻譯過(guò)程。第4章DNA復(fù)制1．請(qǐng)列舉可以在線性染色體的末端建立線性復(fù)制的三種方式。（1）染色體末端的短重復(fù)序列使端粒酶引發(fā)非精確復(fù)制。（2）末端蛋白與模板鏈的5'端共價(jià)結(jié)合提供核苷酸游離的3'端（3）通過(guò)滾環(huán)復(fù)制，DNA雙鏈環(huán)化后被切開，產(chǎn)生延伸的3'-OH端2．在DNA聚合酶III催化新鏈合成以前發(fā)生了什么反應(yīng)？DnaA（與每9個(gè)堿基重復(fù)結(jié)合，然后使13個(gè)堿基解鏈）、DnaB(解旋酶)和DnaC（先于聚合酶III與原核復(fù)制起點(diǎn)相互作用。后隨鏈復(fù)制需要引發(fā)體完成的多重復(fù)制起始，引發(fā)體由DnaG引發(fā)酶與多種蛋白質(zhì)因子組成。3．DNA復(fù)制起始過(guò)程如何受DNA甲基化狀態(tài)影響？親本DNA通常發(fā)生種屬特異的甲基化。在復(fù)制之后，兩模板-復(fù)制體雙鏈DNA是半甲基化的。半甲基化DNA對(duì)膜受體比對(duì)DnaA有更高的親和力，半甲基化DNA不能復(fù)制，從而防止了成熟前復(fù)制。4．請(qǐng)指出在oriC或ΦX型起點(diǎn)起始的DNA復(fù)制之間存在的重要差異。oriC起點(diǎn)起始的DNA復(fù)制引發(fā)體只含有DnaG。ΦX型起點(diǎn)起始的DNA復(fù)制需要額外的蛋白質(zhì)—Pri蛋白的參與。Pri蛋白在引物合成位點(diǎn)裝配引發(fā)體5．描述Matthew和Franklin所做的證明DNA半保留復(fù)制的實(shí)驗(yàn)。（1）將大腸桿菌在15N培養(yǎng)基中培養(yǎng)多代，得到的DNA兩條鏈都被標(biāo)記，形成重鏈；（2）細(xì)胞移到14N培養(yǎng)基中培養(yǎng)，提取DNA；（3）將DNA進(jìn)行氯化銫密度梯度離心，；（4）經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，DNA在離心管聚集成帶，每個(gè)帶的密度均與該點(diǎn)的氯化銫溶液的密度相同；（5）照相決定每條帶的位置和所含的DNA量。6．描述滾環(huán)復(fù)制過(guò)程及其特征。復(fù)制過(guò)程：（1）環(huán)狀雙鏈DNA的+鏈被內(nèi)切酶切開；（2）以-鏈為模板，DNA聚合酶以+鏈的3'端作為引物合成新的+鏈，原來(lái)的+鏈DNA分子的5'端與-鏈分離；（3）+鏈的3'端繼續(xù)延長(zhǎng)；（4）引發(fā)酶以離開的+鏈為模板合成RNA引物，DNA聚合酶以+鏈為模板合成新的-鏈；（5）通常滾環(huán)復(fù)制的產(chǎn)物是一多聚物，其中大量單位基因組頭尾相連。特征：（1）復(fù)制是單方向不對(duì)稱的；（2）產(chǎn)物是單鏈DNA，但可通過(guò)互補(bǔ)鏈的合成轉(zhuǎn)變?yōu)殡p鏈；（3）子代DNA分子可能是共價(jià)連接的連環(huán)分子；（4）連環(huán)分子隨后被切成與單個(gè)基因組相對(duì)應(yīng)的片段。第五章DNA損傷與修復(fù)1.誘變劑的作用機(jī)制？（1）堿基的類似物誘發(fā)突變；（2）改變DNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)；（3）結(jié)合到DNA分子上誘發(fā)移碼突變；（4）紫外線及其他射線引起的DNA分子的變化2.突變類型及其遺傳效應(yīng)？突變類型：（1）點(diǎn)突變NA大分子上一個(gè)堿基的變異。分為轉(zhuǎn)換和顛換。（2）缺失：一個(gè)堿基或一段核苷酸鏈從DNA大分子上消失。（3）插入：一個(gè)原來(lái)沒(méi)有的堿基或一段原來(lái)沒(méi)有的核苷酸鏈插入到DNA大分子中間。（4）倒位NA鏈內(nèi)重組，使其中一段方向倒置。突變的遺傳效應(yīng)：（1）遺傳密碼的改變：錯(cuò)義突變、無(wú)義突變、同義突變、移碼突變（2）對(duì)mRNA剪接的影響：一是使原來(lái)的剪接位點(diǎn)消失；二是產(chǎn)生新的剪接位點(diǎn)。（3）蛋白質(zhì)肽鏈中的片段缺失：3.典型的DNA重組實(shí)驗(yàn)通常包括哪些步驟？（1）提取供體生物的目的基因（或稱外源基因），酶接連接到另一DNA分子上（克隆載體），形成一個(gè)新的重組DNA分子。（2）將這個(gè)重組DNA分子轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞并在受體細(xì)胞中復(fù)制保存，這個(gè)過(guò)程稱為轉(zhuǎn)化。（3）對(duì)那些吸收了重組DNA的受體細(xì)胞進(jìn)行篩選和鑒定。（4）對(duì)含有重組DNA的細(xì)胞進(jìn)行大量培養(yǎng)，檢測(cè)外援基因是否表達(dá)。4.什么是增效與減效突變？順式作用的啟動(dòng)子等調(diào)控序列的突變不是阻礙相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)錄單元轉(zhuǎn)錄所必需的。然而，轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)的效率可能會(huì)因此而下降，相鄰基因的轉(zhuǎn)錄會(huì)減弱，這樣的突變稱為減效突變。若改變啟動(dòng)子序列的突變能提高轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)的效率，則這樣的突變稱為增效突變。7.列出病毒和非病毒超家族反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子之間的4種差異.病毒超家族成員含有長(zhǎng)末端重復(fù)序列LTR、編碼反轉(zhuǎn)錄酶或整合酶的可讀框以及內(nèi)含子，但非病毒反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子并不含有這些序列。同樣，病毒反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的整合會(huì)在靶位點(diǎn)產(chǎn)生一段4-6個(gè)核苷酸的短重復(fù)序列，而非病毒反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子則產(chǎn)生7-21個(gè)核苷酸重復(fù)序列。8.簡(jiǎn)述大腸桿菌的插入序列，并指出它們對(duì)自發(fā)突變的重要性。插入序列(IS)是可以轉(zhuǎn)座的遺傳元件，它們只插入自我復(fù)制的DNA。中，如細(xì)菌和噬菌體的染色體及質(zhì)粒。大腸桿菌中，有幾種不同的IS元件，長(zhǎng)度都是0.7—1.5kb.每種都有特定核苷酸序列，有的編碼轉(zhuǎn)座酶，負(fù)責(zé)啟動(dòng)特定IS的轉(zhuǎn)座。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)IS的兩端都有一對(duì)短的反向重復(fù)，長(zhǎng)約9-41bp(圖A8.1)，轉(zhuǎn)座酶似乎就是通過(guò)識(shí)別這些反向重復(fù)序列起始轉(zhuǎn)座的;也就是說(shuō)，特異的轉(zhuǎn)座酶和反向重復(fù)序列對(duì)轉(zhuǎn)座都很重要。轉(zhuǎn)座的另一個(gè)性質(zhì)是每個(gè)IS的兩端都與宿主DNA的短正向重復(fù)序列(3—13bp)相連；這是宿主DNA上的靶位點(diǎn)，在轉(zhuǎn)座過(guò)程中該位點(diǎn)被復(fù)制。轉(zhuǎn)座時(shí)，IS向基因組中新的位置隨機(jī)地移動(dòng)。通常，它插入一個(gè)結(jié)構(gòu)基因產(chǎn)生突變表型，有時(shí)是因?yàn)榫幋a序列受到阻斷，有時(shí)則因?yàn)镮S元件含有多種轉(zhuǎn)錄或翻譯的終止信號(hào)。另外,IS可插入操縱子的操縱基因-啟動(dòng)子區(qū)域，導(dǎo)致整個(gè)操縱子被關(guān)閉，但偶爾操縱子的表達(dá)也會(huì)變?yōu)榻M成型。當(dāng)IS含有一個(gè)正確定向的啟動(dòng)子時(shí)，可以轉(zhuǎn)錄細(xì)菌操縱子.因?yàn)檫@個(gè)啟動(dòng)子不受調(diào)節(jié)細(xì)菌操縱子的正常調(diào)控蛋白調(diào)控，產(chǎn)生的效果類似于操縱基因組成型突變。所以，IS元件的轉(zhuǎn)座是自發(fā)突變的一個(gè)重要來(lái)源。必須意識(shí)到這些突變不能被堿基類似物或移碼突變誘變劑誘導(dǎo)和回復(fù)。大腸桿菌中有幾種不同的IS元件，拷貝數(shù)在1—5。9.分析比較細(xì)菌轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。1974年，隨著發(fā)現(xiàn)與抗生素抗性有關(guān)的基因可以在質(zhì)粒與細(xì)菌的染色體之間轉(zhuǎn)移，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座子。轉(zhuǎn)座子比IS元件大很多(一般為2—20kb)，它們至少含有一個(gè)基因，給宿主帶來(lái)可遺傳的標(biāo)記，一般是對(duì)一種或多種抗生素的抗性。這是一種非常有用的性質(zhì)，因?yàn)槊糠N質(zhì)?？梢杂靡环N轉(zhuǎn)座子“標(biāo)記”，這樣通過(guò)對(duì)藥物的抗性表型可以簡(jiǎn)單地檢測(cè)質(zhì)粒的存在和轉(zhuǎn)移；同樣，可以輕易地觀察到轉(zhuǎn)座。轉(zhuǎn)座子Tn5長(zhǎng)5.7kb，是一種結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)座子;它由三個(gè)成分組裝而成：一個(gè)長(zhǎng)中心區(qū)(2—7kb)，含有卡那霉素的抗性基因，兩端為一對(duì)IS元件，每個(gè)長(zhǎng)1.5kb，方向相反。其他的轉(zhuǎn)座子兩端為不同的IS元件，有時(shí)兩個(gè)IS同向。這些轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座類似IS元件，轉(zhuǎn)座過(guò)程中宿主的一個(gè)序列或DNA靶位點(diǎn)被復(fù)制。發(fā)生轉(zhuǎn)座首先是因?yàn)槿我庖粋€(gè)IS序列或兩個(gè)IS序列同時(shí)起作用，編碼一個(gè)轉(zhuǎn)座酶(在某些元件中，如Tn5，一個(gè)IS只有部分功能，不能編碼一個(gè)有活性的轉(zhuǎn)座酶)；其次，轉(zhuǎn)座子兩端通常有一對(duì)與IS特異相應(yīng)的反向重復(fù)序列：無(wú)論IS元件是正向還是反向的，這些末端重復(fù)序列都存在。還有一種可能性：任一對(duì)IS元件可以相互作用使它們之間的任意序列轉(zhuǎn)座，這樣任一個(gè)基因都可以在兩端連上兩個(gè)同樣的IS元件成為轉(zhuǎn)座子，這個(gè)性質(zhì)已被用構(gòu)建重組DNA分子。Tn5因?yàn)槠浣M件的組成被稱為集成轉(zhuǎn)座子。其他轉(zhuǎn)座子，如復(fù)雜的轉(zhuǎn)座子的結(jié)構(gòu)是不同的，它們兩端不是一對(duì)IS而是一對(duì)反向重復(fù)，編碼轉(zhuǎn)座所需蛋白的基因位于轉(zhuǎn)座子的中心區(qū)。10.表面抗原的變異和哺乳動(dòng)物免疫多樣性都是DNA重排的結(jié)果。錐蟲通過(guò)DNA重排選擇表達(dá)所攜帶的一千多個(gè)不同的VSG基因中的一個(gè)。而哺乳動(dòng)物細(xì)胞則通過(guò)DNA重排產(chǎn)生成百上千個(gè)不同的抗體，包括與VSG蛋白反應(yīng)的抗體，盡管抗體在數(shù)量上的優(yōu)勢(shì)，錐蟲仍然能夠成功地逃避宿主的免疫系統(tǒng)，為什么?錐蟲因?yàn)榧?xì)胞分裂周期短而取勝。當(dāng)錐蟲感染哺乳動(dòng)物時(shí)，它在血流中以快速的倍增時(shí)間復(fù)制。在感染開始后不久，識(shí)別錐蟲VSG的B細(xì)胞從休眠狀態(tài)被激活并開始膨大，而哺乳動(dòng)物細(xì)胞的分裂比錐蟲慢得多。當(dāng)B細(xì)胞膨大到足以殺死錐蟲時(shí)，一些錐蟲的VSG已經(jīng)發(fā)生了改變，使B細(xì)胞不再能識(shí)別它。這樣就起始了新一輪的感染，直到免疫系統(tǒng)能識(shí)別它時(shí)就已改變成能逃得過(guò)免疫系統(tǒng)的變體，于是又開始了新的循環(huán)。第六章RNA的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后加工1.簡(jiǎn)述tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)特征并指明作用與作用機(jī)制。（1）tRNA攜帶AA，是一種酶促反應(yīng)，也稱AA的活化（2）氨基酰是tRNA是AA參與蛋白合成的活化形式。AA的活化：氨基酸+ATP-E=氨基酸-AMP-E+PPi（3）每活化一分子AA需消耗ATP的2個(gè)高能磷酸鍵。AA的轉(zhuǎn)移：氨基酸+AMP-E+tRNA=氨基酸-tRNA+AMP+E（4）氨基酰tRNA合成酶是高度專一性，既能高度特異性識(shí)別AA，又能高度特異性識(shí)別相應(yīng)，這兩點(diǎn)是保證翻譯準(zhǔn)確進(jìn)行的基本條件之一。（5）氨基酰AMP-E復(fù)合體：作為中間產(chǎn)物，利于酶分別對(duì)AA和tRNA兩種底物特異辨認(rèn)，如有錯(cuò)配，合成酶有校正活性，水解磷酸酯鍵，與正確底物結(jié)合。2.列舉一個(gè)已知的DNA序列編碼一種以上蛋白質(zhì)的三種方法。給定的一段DNA序列可以以下述方式編碼兩種或兩種以上的蛋白質(zhì)：(1)可讀框中在核糖體結(jié)合位點(diǎn)之后含有多重起始位點(diǎn)；(2)以一兩個(gè)堿基的移碼方式出現(xiàn)重疊的可讀框；(3)不同的剪接方式，例如，選擇不同的外顯子組合成不同的mRNA。3.為什么說(shuō)信使RNA的命名源自對(duì)真核基因表達(dá)的研究，比說(shuō)源自對(duì)原核基因表達(dá)的研究更為恰當(dāng)?真核基因表達(dá)過(guò)程是被區(qū)室化的。mRNA的合成與成熟是在細(xì)胞核中完成的，翻譯則發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中，轉(zhuǎn)錄“信息”被傳遞到細(xì)胞核外的核糖體中。由于真核細(xì)胞mRNA的半衰期比原核細(xì)胞mRNA長(zhǎng)而且可以通過(guò)多種實(shí)驗(yàn)方法干擾轉(zhuǎn)錄“信息”的傳遞，因此可分離出真核細(xì)胞的mRNA。4.說(shuō)明為什么mRNA僅占細(xì)胞RNA總量的一小部分(3％一5％)。mRNA只占總RNA的3％一5％，這主要是有以下兩個(gè)原因：①由于需要大量的核糖體和穩(wěn)定的tRNA群，因此mRNA合成量比其他RNA的量要少；②由于對(duì)內(nèi)切酶與外切核酸酶敏感，mRNA容易自發(fā)地降解，所以在原核細(xì)胞中mRNA的半衰期只有2一15分鐘，真核細(xì)胞中也只有4—24小時(shí)。5.為何rRNA和tRNA分子比mRNA穩(wěn)定?mRNA游離存在于細(xì)胞之中，并且被特異的單鏈RNA核酸酶所降解。tRNA和rRNA是部分雙鏈的，所以能夠免遭核酸酶的攻擊。另外，rRNA不是游離存在的，通常同蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體。6.簡(jiǎn)要說(shuō)明證明信使的存在及其本質(zhì)為RNA的證據(jù)。(1)科學(xué)家觀察到生物，尤其是真核生物中，染色體DNA只存在于核中，而蛋白質(zhì)合成則完全在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。因此，提出一定存在某種化合物(信使)在核與細(xì)胞質(zhì)之間傳遞遺傳信息。1957年，E11iotVolkin和LazlrusAstrachan注意到用噬菌體T2感染E.coli細(xì)胞后細(xì)菌的RNA和蛋白質(zhì)合成迅速停止，而T2的RNA和蛋白質(zhì)迅速合成。此外，這一RNA的堿基比例與T2DNA堿基比例一致，而不是細(xì)菌DNA.他們的發(fā)現(xiàn)第一次證明了信使為RNA。(2)1961年BernardHall和So1Spiegelman用雜交實(shí)驗(yàn)更令人信服地證明了mRNA假說(shuō)。他們用噬菌體T2感染E.coli后，馬上分離出現(xiàn)的RNA(假定為信使)，再將E.coli和噬菌體T2DNA溫?zé)嶙冃?，成為單鏈DNA，把RNA和單鏈DNA混合后緩慢冷,發(fā)現(xiàn)：①雙鏈DNA分子重新形成；②當(dāng)單鏈的DNA和RNA的堿基互補(bǔ)時(shí)，形成DNA-RNA雜合雙鏈分子。他們發(fā)現(xiàn)噬菌體T2感染后出現(xiàn)的RNA不能與E.coli的DNA雜交，但至少能與T2雙鏈DNA中的一條鏈互補(bǔ)。7.列舉4種天然存在的具有催化活性的RNA。I型內(nèi)含子、II型內(nèi)含子、RnaseP、錘頭型核酶。8.I型內(nèi)含子發(fā)生改變后，可以產(chǎn)生其他酶的活性嗎?如果可以，是哪些活性?這意味著I型內(nèi)含子的催化中心有什么特點(diǎn)？可以。這些活性包括：RNA聚合酶、內(nèi)切核酸酶、磷酸酶、連接酶的活性。將I型內(nèi)含子轉(zhuǎn)變成這些酶的能力表明它能結(jié)合于RNA的糖—磷酸骨架并能催化在它前后的幾個(gè)不同反應(yīng)。例如，連接是剪切的相反反應(yīng)。9.轉(zhuǎn)錄涉及模板鏈和編碼鏈的分離，解釋在轉(zhuǎn)錄中單鏈DNA是怎樣被保護(hù)的。轉(zhuǎn)錄過(guò)程中控板與編碼鏈分離時(shí)，聚合酶覆蓋了整個(gè)轉(zhuǎn)錄泡——從解旋位點(diǎn)到螺旋重新形成位點(diǎn)，因此單鏈的DNA被保護(hù)起來(lái)。與復(fù)制不同，轉(zhuǎn)錄不需要單鏈結(jié)合蛋白的參與。10.反轉(zhuǎn)錄病毒怎樣獲得像onc基因這樣的細(xì)胞基因?獲得此類基因會(huì)對(duì)反轉(zhuǎn)錄病毒基因產(chǎn)生影響嗎?一個(gè)反轉(zhuǎn)錄病毒怎樣才會(huì)丟失如pol和env這樣的重要的基因而復(fù)制?當(dāng)整合的原病毒和鄰近細(xì)胞基因之間出現(xiàn)缺失，反轉(zhuǎn)錄病毒可獲得細(xì)胞基因。原病毒啟動(dòng)子起始的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生一個(gè)融合mRNA，剪接之后被包裝進(jìn)病毒顆粒。當(dāng)病毒獲得宿主DNA時(shí)可丟失諸如pol或env等反轉(zhuǎn)錄病毒基因，但這樣的病毒不能自身進(jìn)行復(fù)制，必須依賴于野生型病毒的輔助。11.(1)如何區(qū)分由啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄的RNA片段與5’端被加工過(guò)的RNA片段；(2)證明多肽是從氨基端到羧基端方向合成的。(1)轉(zhuǎn)錄中，5’核苷三磷酸聚合到RNA鏈的3’-0H端，這過(guò)程包括釋放焦磷酸（即兩個(gè)磷酸基)和形成磷酸二酯鍵。因此，只有5’端第一個(gè)核苷酸會(huì)有三磷酸基團(tuán)。若RNA被加工，則5’端的核苷酸會(huì)被取代，剩下核苷單磷酸末端。(2)讓E.coli細(xì)胞與14C標(biāo)記的甲硫氨酸(或其他標(biāo)記氨基酸)共培養(yǎng)，—該氨基酸只被摻人延伸中多肽的末端。提取多肽進(jìn)行檢測(cè)，標(biāo)記物能顯示最后合成的區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)羧基端往往有很高濃度的標(biāo)記，而氨基端很低。12.非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)與轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)分別位于rRNA重復(fù)的什么位置?轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)與內(nèi)含子有何區(qū)別?rRNA的非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)位于串聯(lián)轉(zhuǎn)錄單位之間，而轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)位于轉(zhuǎn)錄單位的18SrRNA基因和28SrRNA基因之間。內(nèi)含子位于基因的編碼區(qū)域。相反，轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)不間斷基因，而是存在于一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位的基因之間。內(nèi)含子通過(guò)剪接加工過(guò)程而去除，轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)通過(guò)一系列細(xì)胞內(nèi)溶核切除過(guò)程而去除。13.試證明一個(gè)基因中只有一條DNA鏈作為模板被轉(zhuǎn)錄。若基因兩條鏈均被轉(zhuǎn)錄，而RNA聚合酶只能以5’→3’方向合成，所以兩條DNA鏈會(huì)以相反方向轉(zhuǎn)錄。兩信使攜帶著彼此互補(bǔ)的反向核苷酸序列，編碼不同的多肽。雖然某些DNA順序能被雙方向轉(zhuǎn)錄，但這不是常見現(xiàn)象。最早的明確證據(jù)是通過(guò)研究噬菌體SP8感染枯草桿菌(Bacillussubtilis)得到的。SP8的DNA很特別：一條鏈(重鏈)富含嘌呤，另一鏈(輕鏈)則富含嘧啶。若把雙鏈DNA溫和加熱，兩條鏈分離(即DNA變性)，可用密度梯度離心分離兩條鏈。1963年，JuliusMarmur和PaulDoty用SP8感染枯草桿菌細(xì)胞后提取RNA，發(fā)現(xiàn)它只能與噬菌體DNA的“重”鏈雜交(即互補(bǔ)配對(duì)形成DNA-RNA雜合分子)。而不會(huì)與輕鏈雜交。顯而易見，信使只可以與一條DNA鏈(重鏈)互補(bǔ)，因而DNA雙鏈中只有一條鏈作為轉(zhuǎn)錄的模板。Marmur和Doty很幸運(yùn)地選用SP8做實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗娜炕蚨际峭粭lDNA鏈中轉(zhuǎn)錄而來(lái)。而另一些噬菌體，包括T4和λ噬菌體，部分基因由一條鏈轉(zhuǎn)錄而其他基因則由另一條鏈轉(zhuǎn)錄；因此若用這些噬菌體而不是SP8做實(shí)驗(yàn)，則不能成功地說(shuō)明問(wèn)題。14.有一個(gè)被認(rèn)為是mRNA的核苷酸序列，長(zhǎng)300個(gè)堿基，你怎樣才能：(1)證明此RNA是mRNA而不是tRNA或rRNA。(2)確定它是真核還是原核mRNA。根據(jù)序列組成進(jìn)行判斷：(1)此序列太長(zhǎng)不可能是tRNA。如果它是rRNA，應(yīng)該含有許多特殊元件，如：假尿嘧啶和5—甲基胞嘧啶；同時(shí)應(yīng)具有可以形成發(fā)夾環(huán)的反向重復(fù)序列。如果是mRNA則應(yīng)有AUG起始密碼子、一段相應(yīng)的氨基酸密碼子和一個(gè)相應(yīng)的終止密碼子構(gòu)成的可讀框。(2)所有的真核生物mRNA在5’端都含有一個(gè)7—甲基鳥苷，而且大多數(shù)還在3’端有一個(gè)長(zhǎng)的po1yA尾巴。這些都是原核生物mRNA所不具有的，但是原核生物mRNA靠近5’端有—個(gè)核糖體結(jié)合序列(SD序列)。第七章蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯1．參與蛋白質(zhì)生物合成體系的組分有哪些?它們具有什么功能?（1）mRNA：蛋白質(zhì)合成的模板；（2）tRNA：蛋白質(zhì)合成的氨基酸運(yùn)載工具；（3）核糖體：蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所；（4）輔助因子：a.起始因子——參與蛋白質(zhì)合成起始復(fù)合物形成；b.延長(zhǎng)因子——肽鏈的延伸作用；c.釋放因子——終止肽鏈合成并從核糖體上釋放出來(lái)。2．遺傳密碼是如何破譯的?三個(gè)突破性工作(1)體外翻譯系統(tǒng)的建立；(2)核糖體結(jié)合技術(shù)；(3)核酸的人工合成。3．蛋白質(zhì)合成中如何保證其翻譯的正確性?(1)氨基酸與tRNA的專一結(jié)合，保證了tRNA攜帶正確的氨基酸；(2)攜帶氨基酸的tRNA對(duì)mRNA的識(shí)別，mRNA上的密碼子與tRNA上的反密碼子的相互識(shí)別，保證了遺傳信息準(zhǔn)確無(wú)誤地轉(zhuǎn)譯；(3)起始因子及延長(zhǎng)因子的作用，起始因子保證了只有起始氨酰-tRNA能進(jìn)入核糖體P位與起始密碼子結(jié)合，延伸因子的高度專一性，保證了起始tRNA攜帶的fMet不進(jìn)入肽鏈內(nèi)部；(4)核糖體三位點(diǎn)模型的E位與A位的相互影響，可以防止不正確的氨酰-tRNA進(jìn)入A位，從而提高翻譯的正確性；(5)校正作用：氨酰-tRNA合成酶和tRNA的校正作用；對(duì)占據(jù)核糖體A位的氨酰-tRNA的校對(duì)；變異校對(duì)即基因內(nèi)校對(duì)與基因間校對(duì)等多種校正作用可以保證翻譯的正確。4.蛋白質(zhì)合成后的加工修飾有哪些內(nèi)容?(1)水解修飾；(2)肽鍵中氨基酸殘基側(cè)鏈的修飾；(3)二硫鍵的形成；(4)輔基的連接及亞基的聚合。5．蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)是怎樣形成的?蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)是由氨基酸的順序決定的，不同的蛋白質(zhì)有不同的氨基酸順序，各自按一定的方式折疊而成該蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)。折疊是在自然條件下自發(fā)進(jìn)行的，在生理?xiàng)l件下，它是熱力學(xué)上最穩(wěn)定的形式，同時(shí)離不開環(huán)境因素對(duì)它的影響。對(duì)于具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，其亞基可以由一個(gè)基因編碼的相同肽鏈組成，也可以由不同肽鏈組成，不同肽鏈可以通過(guò)一條肽鏈加工剪切形成，或由幾個(gè)不同單順?lè)醋觤RNA翻譯，或由多順?lè)醋觤RNA翻譯合成。第八章原核生物的基因表達(dá)調(diào)控1.影響大腸桿菌系統(tǒng)外源基因表達(dá)的因素？（1）啟動(dòng)子的強(qiáng)弱；（2）基因的劑量；（3）影響RNA轉(zhuǎn)錄和翻譯效率的因素：SD序列、mRNA；（4）外源基因密碼子的選擇；（5）表達(dá)產(chǎn)物的大小；（6）表達(dá)產(chǎn)物的穩(wěn)定性。2.大腸桿菌系統(tǒng)表達(dá)外源基因必須具備的條件？（1）要求外源基因的編碼區(qū)不能含有內(nèi)含子；（2）表達(dá)的外源片段要位于大腸桿菌啟動(dòng)子的下游，并形成正確的閱讀框架；（3）轉(zhuǎn)錄出的mRNA必須有與大腸桿菌16SrRNA3‘末端相匹配的SD序列，才能被有效的翻譯成蛋白質(zhì)；（4）蛋白產(chǎn)物必須穩(wěn)定，不易被細(xì)胞內(nèi)蛋白酶快速降解，且對(duì)宿主無(wú)害。3.乳糖操縱子的作用機(jī)制？（1）乳糖操縱子的組成：大腸桿菌乳糖操縱子含Z、Y、A三個(gè)結(jié)構(gòu)基因，分別編碼半乳糖苷酶、透過(guò)酶和半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶，此外還有一個(gè)操縱序列O，一個(gè)啟動(dòng)子P和一個(gè)調(diào)節(jié)基因I。（2）阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)：沒(méi)有乳糖存在時(shí)，I基因編碼的阻遏蛋白結(jié)合于操縱序列O處，乳糖操縱子處于阻遏狀態(tài)，不能合成分解乳糖的三種酶；有乳糖存在時(shí)，乳糖作為誘導(dǎo)物誘導(dǎo)阻遏蛋白變構(gòu)，不能結(jié)合于操縱序列，乳糖操縱子被誘導(dǎo)開放合成分解乳糖的三種酶。所以，乳糖操縱子的這種調(diào)控機(jī)制為可誘導(dǎo)的負(fù)調(diào)控。（3）CAP的正性調(diào)節(jié)：在啟動(dòng)子上游有CAP結(jié)合位點(diǎn)，當(dāng)大腸桿菌從以葡萄糖為碳源的環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀樘菫樘荚吹沫h(huán)境時(shí)，cAMP濃度升高，與CAP結(jié)合，使CAP發(fā)生變構(gòu)，CAP結(jié)合于乳糖操縱子啟動(dòng)序列附近的CAP結(jié)合位點(diǎn)，激活RNA聚合酶活性，促進(jìn)結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合于操縱子后促進(jìn)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，對(duì)乳糖操縱子實(shí)行正調(diào)控，加速合成分解乳糖的三種酶。（4）協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)：乳糖操縱子中的I基因編碼的阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控與CAP的正調(diào)控兩種機(jī)制，互相協(xié)調(diào)、互相制約。4.解釋為什么操縱子和啟動(dòng)子是反式隱性、順式顯性的，而編碼阻礙蛋白的基因既是反式顯性又是順式顯性。操縱基因和啟動(dòng)子突變只影響順式基因的表達(dá)(反式隱性的)，這是因?yàn)樗鼈兪钦{(diào)控序列，僅僅調(diào)節(jié)相同DNA分子上的相鄰基因的表達(dá)。阻遏物基因編碼可以擴(kuò)散的基因產(chǎn)物，因此既能影響順式又能影響反式基因的表達(dá)。5.什么是安慰誘導(dǎo)物?安慰誘導(dǎo)物是一種與天然誘導(dǎo)物結(jié)構(gòu)相似的化合物，它雖然能誘導(dǎo)操縱子表達(dá)，但是它不能被操縱子基因產(chǎn)生的酶分解。在lac操縱子中異丙基硫代半乳糖苷(IPTG)是乳糖的類似物能代替異乳糖作為誘導(dǎo)物，但不能作為β-半乳糖苷酶的底物進(jìn)入代謝途徑。6.概括細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄過(guò)程。答：轉(zhuǎn)錄是通過(guò)RNA聚合酶(RP)的作用，以一條DNA鏈為模板產(chǎn)生一條單鏈RNA的過(guò)程。步驟如下：(1)與RP全酶的結(jié)合：一個(gè)RP全酶分子與待轉(zhuǎn)錄的DNA編碼序列上游的啟動(dòng)子序列松弛地結(jié)合。(2)起始：RP往下游移動(dòng)了幾個(gè)核苷酸到達(dá)啟動(dòng)子的另一段短序列——Pribnow框，緊密地與DNA結(jié)合。DNA上的啟動(dòng)子區(qū)域解鏈，RNA便從Pribnow框下游的幾個(gè)核苷酸處開始合成，通常是DNA的反義鏈作為模板。合成幾個(gè)核苷酸后，σ因子被釋放并被循環(huán)使用，以下的步驟不再需要σ因子(3)延伸：四核心酶沿著DNA模板移動(dòng)，使DNA解鏈，與DNA模板的下一堿基互補(bǔ)的核苷三磷酸聚合到鏈上。RP繼續(xù)在DNA上移動(dòng)，RNA鏈從模板鏈被釋放出來(lái)，DNA雙螺旋重新形成(4)終止：當(dāng)所有編碼序列被轉(zhuǎn)錄后，RP移到一個(gè)終止序列，即終止子。轉(zhuǎn)錄復(fù)合體解體，RP和新合成的RNA從DNA模板脫落下來(lái)。7.請(qǐng)解釋酵母的交配型系統(tǒng)為什么可以作為DNA重組、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控、染色體結(jié)構(gòu)域的保持、轉(zhuǎn)錄元件間的蛋白互作、基因表達(dá)的細(xì)胞類型特異性以及信號(hào)傳遞激活基因的例子。交配型體系通過(guò)DNA重排把交配型基因從沉默基因座(HMT和HML)轉(zhuǎn)移到表達(dá)基因座(MAT)。沉默基因座由HMT和HML的染色體結(jié)構(gòu)控制而沒(méi)有轉(zhuǎn)錄活性。E和I沉默子區(qū)域是產(chǎn)生不活動(dòng)染色體結(jié)構(gòu)的分界。一些轉(zhuǎn)錄因子的活性受到蛋白—蛋白相互作用的調(diào)節(jié)，如PRTF轉(zhuǎn)錄因子。PRTF能單獨(dú)激活“α-特異基因，與α-蛋白結(jié)合時(shí)能激活。α-特異基因。當(dāng)α2出現(xiàn)時(shí)，它抑制α-特異基因。細(xì)胞類型特異表達(dá)基因的表達(dá)以HO基因?yàn)槔?，它具有一個(gè)復(fù)雜的啟動(dòng)子，該啟動(dòng)子只在單倍體細(xì)胞中有活性，在雙倍體細(xì)胞中沒(méi)有活性。HO啟動(dòng)子還受到細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)，它只在G1期的后期有活性。最后，交配型體系還采用一種信號(hào)傳遞級(jí)聯(lián)作用來(lái)控制基因的表達(dá)。交配型外激素與細(xì)胞表面受體的結(jié)合激活了一系列將信號(hào)傳遞到核內(nèi)并改變基因表達(dá)的蛋白激酶。8.當(dāng)lacZ-或lacY-突變體生長(zhǎng)在含乳糖的培養(yǎng)基上時(shí)，lac操縱子中剩余的基因沒(méi)有被誘導(dǎo)，解釋是何原因。異乳糖是乳糖操縱子的天然誘導(dǎo)物，它是乳糖經(jīng)過(guò)末誘導(dǎo)細(xì)胞中的少量β-半乳糖苷酶代謝產(chǎn)生的。在lac突變中完全不存在β-半乳糖苷酶，乳糖不能被代謝，在lacZ-中完全沒(méi)有透性酶，因此乳糖不能進(jìn)入細(xì)胞。這樣，兩種突變體中都不能產(chǎn)生異乳糖，因此操縱子中的其余基因都不能被培養(yǎng)基中的乳糖誘導(dǎo)表達(dá)。但是其它的基因能被像IPTG這樣的安慰誘導(dǎo)物誘導(dǎo)，因?yàn)镮PTG既能作為誘導(dǎo)物，又不需透性酶的幫助就能進(jìn)入細(xì)胞。9.概括典型原核生物啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)和功能，并解釋什么是保守序列。答：?jiǎn)?dòng)于是與RP結(jié)合和轉(zhuǎn)錄起始的特殊序列。典型的原核生物啟動(dòng)子大約長(zhǎng)40個(gè)核苷酸并有兩個(gè)重要的序列(1)-35區(qū)位于復(fù)制起點(diǎn)(+1)上游35個(gè)核苷酸處的6核苷酸序列，能被RNA聚合酶全酶識(shí)別并結(jié)合。其中σ亞基在識(shí)別中起關(guān)鍵作用。因?yàn)闆](méi)有σ亞基的核心酶只能隨機(jī)地結(jié)合到DNA上。(2)Pribnow或-10區(qū)另一個(gè)位于-10處的6核苷酸序列。RP松散地結(jié)合到-35區(qū)后，它沿著DNA移動(dòng)幾個(gè)核苷酸使Pribnow框區(qū)域內(nèi)約10bp解鏈，形成一個(gè)緊密結(jié)合的RP-DNA復(fù)合體。-10區(qū)使RP能夠識(shí)別DNA雙鏈中的反義鏈，確保轉(zhuǎn)錄的鏈和方向無(wú)誤。于是，RP在反義鏈的+1堿基的相對(duì)處插入一個(gè)核糖核苷三磷酸，起始RNA的合成。-10區(qū)具有的保守序列:5’-TATAAT-3’有義鏈3’-ATATTA-5’反義鏈，通常簡(jiǎn)寫為TATAAT。保守序列指所有啟動(dòng)子的該部位都有這一序列或十分相似的序列,僅在極少啟動(dòng)子中，-10區(qū)有1個(gè)或2個(gè)核苷酸不同。與此相似，-35區(qū)有nGAcA的保守序列。10.區(qū)別可誘導(dǎo)和可阻遏的基因調(diào)控。在可誘導(dǎo)的系統(tǒng)中，操縱子只有在誘導(dǎo)物存在時(shí)才開放，沒(méi)有誘導(dǎo)物時(shí)阻礙物結(jié)合在操縱子上阻止結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。存在誘導(dǎo)物時(shí)，它與阻遏物結(jié)合，使之變構(gòu)不再與操縱子結(jié)合，打開操縱子。酶的誘導(dǎo)是分解途徑特有的，誘導(dǎo)物就是酶的底物或者底物的類似物。在可阻礙系統(tǒng)中操縱子被終產(chǎn)物所關(guān)閉。不存在終產(chǎn)物時(shí)，阻礙物不能結(jié)合到操縱子上，因此操縱子開放；存在終產(chǎn)物時(shí)，它結(jié)合到阻礙物上，改變后者的構(gòu)象，使其能結(jié)合到操縱子上，關(guān)閉操縱子。酶阻礙是合成代謝的特點(diǎn)。第九章真核生物的基因表達(dá)調(diào)控1.真核細(xì)胞表達(dá)外源基因的條件？首先必須具備哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)的功能元件。要求哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)載體帶有能在真核細(xì)胞中表達(dá)外源基因的真核轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件；其次注意選擇轉(zhuǎn)染的受體細(xì)胞，不同類型的細(xì)胞具有不同的特性；最后要注意選擇適當(dāng)?shù)倪x擇標(biāo)記。2.簡(jiǎn)述真核生物轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控機(jī)制？真核生物在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控主要是通過(guò)反式作用因子、順式作用元件和RNA聚合酶的相互作用來(lái)完成的，主要是反式作用因子結(jié)合順式作用元件后影響轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成過(guò)程。（1）轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成：真核生物RNA聚合酶識(shí)別的是由通用轉(zhuǎn)錄因子與DNA形成的蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合物，只有當(dāng)一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合到DNA上，形成有功能的啟動(dòng)子，才能被RNA聚合酶所識(shí)別并結(jié)合。轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成過(guò)程為：TFⅡD結(jié)合TATA盒；RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合TFⅡD-DNA復(fù)合物形成一個(gè)閉合的復(fù)合物；其他轉(zhuǎn)錄因子與RNA聚合酶結(jié)合形成一個(gè)開放復(fù)合物。在這個(gè)過(guò)程中，反式作用因子的作用是：促進(jìn)或抑制TFⅡD與TATA盒結(jié)合；促進(jìn)或抑制RNA聚合酶與TFⅡD-DNA復(fù)合物的結(jié)合；促進(jìn)或抑制轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成。（2）反式作用因子：一般具有三個(gè)功能域（DNA識(shí)別結(jié)合域、轉(zhuǎn)錄活性域和結(jié)合其他蛋白結(jié)合域）；能識(shí)別并結(jié)合上游調(diào)控區(qū)中的順式作用元件；對(duì)基因的表達(dá)有正性或負(fù)性調(diào)控作用。（3）轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)控：1）反式作用因子的活性調(diào)節(jié)：a.表達(dá)式調(diào)節(jié)——反式作用因子合成出來(lái)就具有活性；b.共價(jià)修飾——磷酸化和去磷酸化，糖基化；c.配體結(jié)合——許多激素受體是反式作用因子；d.蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用——蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)復(fù)合物的解離與形成。2）反式作用因子與順式作用元件的結(jié)合：反式作用因子被激活后，即可識(shí)別并結(jié)合上游啟動(dòng)子元件和增強(qiáng)子中的保守性序列，對(duì)基因轉(zhuǎn)錄起調(diào)節(jié)作用。⑶反式作用因子的作用方式——成環(huán)、扭曲、滑動(dòng)、Oozing。（4）反式作用因子的組合式調(diào)控作用：每一種反式作用因子結(jié)合順式作用元件后雖然可以發(fā)揮促進(jìn)或抑制作用，但反式作用因子對(duì)基因調(diào)控不是由單一因子完成的而是幾種因子組合發(fā)揮特定的作用。4.cAMP信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑？（1）組成：胞外信息分子（主要是胰高血糖素、腎上腺素和促腎上腺皮質(zhì)激素），受體G蛋白，AC，cAMP,PKA。（2）途徑：1）信號(hào)分子與受體結(jié)合，引起受體構(gòu)象變化；2）受體活化G蛋白；3）活化后的G蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶（AC）；4）AC催化ATP生成cAMP；5）cAMP活化PKA，PKA使目標(biāo)蛋白磷酸化，調(diào)節(jié)代謝酶的活性或調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。第十章分子生物學(xué)技術(shù)1.基因敲除的基本程序？通過(guò)DNA同源重組，使得胚胎干細(xì)胞特定的內(nèi)源基因被破壞而造成功能喪失，然后通過(guò)胚胎干細(xì)胞介導(dǎo)得到該基因喪失的小鼠模型的過(guò)程稱為基因敲除。（1）打靶載體的構(gòu)建：同源序列要足夠長(zhǎng)，要含有篩選用的標(biāo)志基因。（2）胚胎干細(xì)胞的體外培養(yǎng)（3）打靶載體導(dǎo)入胚胎干細(xì)胞（4）同源重組胚胎干細(xì)胞的篩選（5）基因敲除胚胎干細(xì)胞注射入胚泡（6）胚泡植入假孕小鼠的子宮中（7）雜交育種獲得純合的基因敲除動(dòng)物2.分子克隆中常用的工具酶及良好載體的條件？常用的工具酶：（1）限制性核酸內(nèi)切酶：是細(xì)菌產(chǎn)生的一類能識(shí)別和切割雙鏈DNA分子內(nèi)特定的堿基順序的核酸水解酶。（2）DNA連接酶：將兩段DNA分子拼接起來(lái)的酶。（3）DNA聚合酶：催化單核苷酸鏈延伸。（4）逆轉(zhuǎn)錄酶：依賴于RNA的DNA聚合酶，這是一種有效的轉(zhuǎn)錄RNA成為DNA的酶，產(chǎn)物DNA又稱互補(bǔ)DNA。（5）末端脫氧核糖核酸轉(zhuǎn)移酶：將脫氧核糖核酸加到DNA的3’末端。（5）堿性磷酸酶：催化去除DNA、RNA等的5磷酸基團(tuán)。（7）依賴DNA的RNA聚合酶：識(shí)別特異性啟動(dòng)子，RNA轉(zhuǎn)錄。良好載體的條件：（1）必須有自身的復(fù)制子；（2）載體分子上必須有限制性核酸內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)，即多克隆位點(diǎn)，以供外源DNA插入；（3）載體應(yīng)具有可供選擇的遺傳標(biāo)志，以區(qū)別陽(yáng)性重組子和陰性重組子；（4）載體分子必須有足夠的容量；（5）可通過(guò)特定的方法導(dǎo)入細(xì)胞；（6）對(duì)于表達(dá)載體還應(yīng)具備宿主細(xì)胞相適應(yīng)的啟動(dòng)子、前導(dǎo)順序、增強(qiáng)子、加尾信號(hào)等DNA調(diào)控元件。3.SANGER雙脫氧鏈終止法的原理？DNA鏈中核苷酸以3’,5’-磷酸二酯鍵連接，合成DNA所用的底物是2’-脫氧核苷三磷酸。2’,3’ddNTP與普通dNTP不同，它們?cè)诿撗鹾颂堑?’位置缺少一個(gè)羥基。在DNA聚合酶作用下通過(guò)三磷酸基團(tuán)摻入到延伸的DNA鏈中，但由于沒(méi)有3’羥基，不能同后續(xù)的dNTP形成磷酸二酯鍵，因此，正在延伸的DNA鏈不能繼續(xù)延伸。在DNA合成反應(yīng)混合物的4種普通dNTP中加入少量的一種ddNTP，鏈延伸將與偶然發(fā)生但卻十分特異的鏈終止競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)物是一系列的核苷酸鏈，其長(zhǎng)度取決于引物末端到出現(xiàn)過(guò)早鏈終止位置間的距離。在4組獨(dú)立酶反應(yīng)中分別采用4種不同的ddNTP，結(jié)果將產(chǎn)生4組寡核苷酸，它們將分別終止于模板鏈的A、C、G或T位置。4.影響雜交的因素？（1）核酸分子的濃度和長(zhǎng)度：核酸濃度越大，復(fù)性速度越快。探針長(zhǎng)度應(yīng)控制在50-300個(gè)堿基對(duì)為好；（2）溫度：溫度過(guò)高不利于復(fù)性，而溫度過(guò)低，少數(shù)堿基配對(duì)形成的局部雙鏈不易解離，適宜的溫度是較TM值低25度；（3）離子強(qiáng)度：在低離子強(qiáng)度下，核酸雜交非常緩慢，隨著離子強(qiáng)度的增加，雜交反應(yīng)率增加。高濃度的鹽使堿基錯(cuò)配的雜交體更穩(wěn)定，所以進(jìn)行序列不完全同源的核酸分子雜交時(shí)必須維持雜交反應(yīng)液中的鹽濃度和洗膜液中的鹽濃度；（4）雜交液中的甲酰胺：甲酰胺能降低核酸雜交的TM值。它有以下優(yōu)點(diǎn)：在低溫下探針更穩(wěn)定；能更好地保留非共價(jià)結(jié)合的核酸；（5）核酸分子的復(fù)雜性：是指存在于反應(yīng)體系中的不同順序的總長(zhǎng)度。兩個(gè)不同基因組DNA變性后的相對(duì)雜交速率取決于樣品濃度絕對(duì)一致時(shí)的相對(duì)復(fù)雜性（即DNA中的堿基數(shù)）；（6）非特異性雜交反應(yīng)：在雜交前應(yīng)對(duì)非特異性雜交反應(yīng)位點(diǎn)進(jìn)行封閉，以減少其對(duì)探針的非特異性吸附作用。5.探針的標(biāo)記法？（1）缺口平移法：此法是利用適當(dāng)濃度的DNaseⅠ在DNA雙鏈上隨機(jī)切割單鏈，造成單鏈切口。切口處產(chǎn)生一個(gè)5’末端和3’末端，3末端就可以作為引物，在大腸桿菌DNA聚合酶Ⅰ的催化下，以互補(bǔ)的DNA單鏈為摸板，依次將dNTP連接到切口的3’末端的羥基上，合成新的DNA單鏈；同時(shí)DNA聚合酶Ⅰ的5’→3’的核酸外切酶活性在切口處將舊鏈從5’末端逐步切除，新合成鏈不斷延伸，從而使原DNA分子上的部分核苷酸殘基被標(biāo)記的核苷酸所取代。（2）隨機(jī)引物法：隨機(jī)引物是人工合成的長(zhǎng)度為6個(gè)寡核苷酸殘基的寡聚核苷酸片段的混合物。對(duì)于任何一個(gè)用作探針的DNA片段，隨機(jī)引物混合物中都會(huì)有一些六核苷酸片段可以與之結(jié)合，起到DNA合成引物的作用。將這些引物與變性的DNA單鏈結(jié)合后，以4種dNTP（其中一種是標(biāo)記物標(biāo)記的dNTP）為底物，合成與探針DNA互補(bǔ)的切帶有標(biāo)記物的DNA探針。（3）PCR標(biāo)記法：在PCR反應(yīng)底物中，將一種dNTP換成標(biāo)記物標(biāo)記的dNTP，這樣標(biāo)記的dNTP就在PCR反應(yīng)的同時(shí)摻入到新合成的DNA鏈上。（4）末端標(biāo)記法：只是將DNA片段的一端進(jìn)行標(biāo)記。6.PCR的基本原理？PCR是在試管中進(jìn)行的DNA復(fù)制反應(yīng)，基本原理是依據(jù)細(xì)胞內(nèi)DNA半保留復(fù)制的機(jī)理，以及體外DNA分子于不同溫度下雙鏈和單鏈可以互相轉(zhuǎn)變的性質(zhì)，人為地控制體外合成系統(tǒng)的溫度，以促使雙鏈DNA變成單鏈，單鏈DNA與人工合成的引物退火，然后耐熱DNA聚合酶以dNTP為原料使引物沿著單鏈模板延伸為雙鏈DNA。PCR全過(guò)程每一步的轉(zhuǎn)換是通過(guò)溫度的改變來(lái)控制的。需要重復(fù)進(jìn)行DNA模板解鏈、引物與模板DNA結(jié)合、DNA聚合酶催化新生DNA的合成，即高溫變性、低溫退火、中溫延伸3個(gè)步驟構(gòu)成PCR反應(yīng)的一個(gè)循環(huán)，此循環(huán)的反復(fù)進(jìn)行，就可使目的DNA得以迅速擴(kuò)增。DNA模板變性：模板雙鏈DNA解鏈形成單鏈DNA，94℃。退火：引物＋單鏈DNA雜交鏈，引物的Tm值。引物的延伸：溫度至70℃左右，TaqDNA聚合酶以4種dNTP為原料，以目的DNA為模板，催化以引物3’末端為起點(diǎn)的5’→3’DNA鏈延伸反應(yīng)，形成新生DNA鏈。新合成的引物延伸鏈經(jīng)過(guò)變性后又可作為下一輪循環(huán)反應(yīng)的模板PCR，就是如此反復(fù)循環(huán)，使目的DNA得到高效快速擴(kuò)增微生物學(xué)部分課后習(xí)題解答第一章

緒論1．用具體事例說(shuō)明人類與微生物的關(guān)系。微生物與人類關(guān)系的重要性，可以從它們?cè)诮o人類帶來(lái)巨大利益的同時(shí)也可能帶來(lái)極大的危害兩方面進(jìn)行分析。能夠例舉：面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、維生素及酶等重要產(chǎn)品的生產(chǎn)；微生物使得地球上的物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)，是人類生存環(huán)境中必不可少的成員；過(guò)去瘟疫的流行，現(xiàn)在一些病原體正在全球蔓延，許多已被征服的傳染病也有“卷土重來(lái)”之勢(shì)；食品的腐敗等等具體事例說(shuō)明。2．試述微生物學(xué)的發(fā)展前景可從以下幾方面論述微生物學(xué)的發(fā)展前量景：微生物基因組學(xué)研究將全面展開；以了解微生物之間、微生物與其他生物、微生物與環(huán)境的相互作用為研究?jī)?nèi)容的微生物生態(tài)學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)、細(xì)胞微生物學(xué)等，將在基因組信息的基礎(chǔ)上獲得長(zhǎng)足發(fā)展，為人類的生存和健康發(fā)揮積極的作用；微生物生命現(xiàn)象的特性和共性將更加受到重視；與其他學(xué)科實(shí)現(xiàn)更廣泛的交叉，獲得新的發(fā)展；微生物產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)全新的局面。培養(yǎng)物能較好地被研究、利用和重復(fù)結(jié)果。第二章微生物的純培養(yǎng)和顯微鏡技術(shù)（見輔導(dǎo)書）第三章微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能（見輔導(dǎo)書）第四章微生物的營(yíng)養(yǎng)1.如果要從環(huán)境中分離得到能利用苯作為碳源和能源的微生物純培養(yǎng)物，你該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?（1）從苯含量較高的環(huán)境中采集土樣或水樣；（2）配制培養(yǎng)基，制備平板，一種僅以苯作為惟一碳源(A)，另一種不含任何碳源作為對(duì)照(B)；（3）將樣品適當(dāng)稀釋(十倍稀釋法)，涂布A平板；（4）將平板置于適當(dāng)溫度條件下培養(yǎng)，觀察是否有菌落產(chǎn)生；(5)將A平板上的菌落編號(hào)并分別轉(zhuǎn)接至B平板，置于相同溫度條件下培養(yǎng)(在B平板上生長(zhǎng)的菌落是可利用空氣中C02的自養(yǎng)型微生物)；(6)挑取在A平板上生長(zhǎng)而不在B平板上生長(zhǎng)的菌落，在一個(gè)新的A平板上劃線、培養(yǎng)，獲得單菌落，初步確定為可利用苯作為碳源和能源的微生物純培養(yǎng)物；(7)將初步確定的目標(biāo)菌株轉(zhuǎn)接至以苯作為惟一碳源的液體培養(yǎng)基中進(jìn)行搖瓶發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，利用相應(yīng)化學(xué)分析方法定量分析該菌株分解利用苯的情況。2.某些微生物對(duì)生長(zhǎng)因子的需求具有較高的專一性，可利用它們通過(guò)“微生物分析”(microbiologicalassay)對(duì)樣品中維生素或氨基酸進(jìn)行定量。試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)利用某微生物對(duì)某一樣品維生素B的含量進(jìn)行分析。（1）將缺乏維生素B但含有過(guò)量其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基分裝于一系列試管，分別定量接入用于測(cè)定的微生物；（2）在這些試管中分別補(bǔ)加不同量的維生素B標(biāo)準(zhǔn)樣品及待測(cè)樣品，在適宜條件下培養(yǎng)；（3）以微生物生長(zhǎng)量(如測(cè)定0D)值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品的量作圖，獲得標(biāo)準(zhǔn)曲線；（4）測(cè)定含待測(cè)樣品試管中微生物生長(zhǎng)量，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算待測(cè)樣品中維生素B的含量。3.以大腸桿菌磷酸烯醇式丙酮酸一糖磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)(PTs)為例解釋基團(tuán)轉(zhuǎn)位。大腸桿菌PTs由5種蛋白質(zhì)(酶I、酶Ⅱa、酶Ⅱb、酶Ⅱc及熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)Hn)組成，酶Ⅱa、酶b、酶Ⅱc3個(gè)亞基構(gòu)成酶Ⅱ。酶I和HPr為非特異性細(xì)胞質(zhì)蛋白，酶Ⅱa也是細(xì)胞質(zhì)蛋白，親水性酶Ⅱb與位于細(xì)胞膜上的疏水性酶Ⅱc相結(jié)合。酶Ⅱ?qū)⒁粋€(gè)葡萄糖運(yùn)輸進(jìn)入胞內(nèi)，磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上的磷酸基團(tuán)逐步通過(guò)酶I和HPr的磷酸化和去磷酸化作用，最終在酶Ⅱ的作用下轉(zhuǎn)移到葡萄糖，這樣葡萄糖在通過(guò)PTs進(jìn)入細(xì)胞后加上了一個(gè)磷酸基團(tuán)。4.試分析在主動(dòng)運(yùn)輸中，ATP結(jié)合盒式轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ABc轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)系統(tǒng)和膜結(jié)合載體蛋白(透過(guò)酶)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制及相互區(qū)別。（1）ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白常由兩個(gè)疏水性跨膜結(jié)構(gòu)域與胞內(nèi)的兩個(gè)核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域形成復(fù)合物，跨膜結(jié)構(gòu)域在膜上形成一個(gè)孔，核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)則可結(jié)合ATP。ABc轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白發(fā)揮功能還需要存在于周質(zhì)空間(G+菌)或附著在質(zhì)膜外表面(G一菌)的底物結(jié)合蛋白的幫助。底物結(jié)合蛋白與被運(yùn)輸物質(zhì)結(jié)合后再與ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合，借助于ATP水解釋放的能量，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將被運(yùn)輸物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入胞內(nèi)。（2）膜結(jié)合載體蛋白(透過(guò)酶)也是跨膜蛋白，被運(yùn)輸物質(zhì)在膜外表面與透過(guò)酶結(jié)合，而膜內(nèi)外質(zhì)子濃度差在消失過(guò)程中，被運(yùn)輸物質(zhì)與質(zhì)子一起通過(guò)透過(guò)酶進(jìn)入細(xì)胞。（3）被運(yùn)輸物質(zhì)通過(guò)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白系統(tǒng)和通過(guò)透過(guò)酶進(jìn)入細(xì)胞的區(qū)別在于能量來(lái)源不同，前者依靠ATP水解直接偶聯(lián)物質(zhì)運(yùn)輸，后者依靠膜內(nèi)外質(zhì)子濃度差消失中偶聯(lián)物質(zhì)運(yùn)輸。第五章微生物代謝1.試比較底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化中ATP的產(chǎn)生。（1）底物水平磷酸化，發(fā)酵過(guò)程中往往伴隨著一些高能化合物的生成，如EMP途徑中的1，3一二磷酸甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸。這些高能化合物可以直接偶聯(lián)ATP或GTP的生成。底物水平磷酸化可以存在于發(fā)酵過(guò)程中，也可以存在于呼吸過(guò)程中，但產(chǎn)生能量相對(duì)較少。（2）氧化磷酸化，在糖酵解和三羧酸循環(huán)過(guò)程中，形成的NAD(P)H和FADH，通過(guò)電子傳遞系統(tǒng)將電子傳遞給電子受體(氧或其他氧化性化合物)，同時(shí)偶聯(lián)ATP合成的生物過(guò)程。（3）光合磷酸化，光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過(guò)程。當(dāng)一個(gè)葉綠素(或細(xì)菌葉綠素)分子吸收光量子時(shí)，葉綠素(或細(xì)菌葉綠素)即被激活，導(dǎo)致葉綠素(或細(xì)菌葉綠素)分子釋放一個(gè)電子被氧化，釋放出的電子在電子傳遞系統(tǒng)的傳遞過(guò)程中逐步釋放能量，偶聯(lián)ATP的合成。主要分為光合細(xì)菌所特有的環(huán)式光合磷酸化和綠色植物、藻類和藍(lán)細(xì)菌所共有的產(chǎn)氧型非環(huán)式光合磷酸化作用。2.簡(jiǎn)述化能自養(yǎng)微生物的生物氧化作用?；茏责B(yǎng)微生物氧化無(wú)機(jī)物而獲得能量和還原力。能量的產(chǎn)生是通過(guò)電子傳遞鏈的氧化磷酸化形式，電子受體通常是O2，因此，化能自養(yǎng)菌一般為好氧菌。電子供體是H2、NH4+、H2S和Fe2+還原力的獲得是逆呼吸鏈的方向進(jìn)行傳遞，同時(shí)需要消耗能量。（1）氨的氧化。NH，和亞硝酸(N0f)是作為能源的最普通的無(wú)機(jī)氮化合物，能被亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌氧化。（2）硫的氧化。硫桿菌能夠利用一種或多種還原態(tài)或部分還原態(tài)的硫化合物(包括硫化物、元素硫、硫代硫酸鹽、多硫酸鹽和亞硫酸鹽)作能源。H2S首先被氧化成元素硫，隨之被硫氧化酶和細(xì)胞色素系統(tǒng)氧化成亞硫酸鹽，放出的電子在傳遞過(guò)程中可以偶聯(lián)產(chǎn)生ATP。（3）鐵的氧化。從亞鐵到高鐵的生物氧化，對(duì)少數(shù)細(xì)菌來(lái)說(shuō)也是一種產(chǎn)能反應(yīng)，但這個(gè)過(guò)程只有少量的能量被利用。亞鐵的氧化僅在嗜酸性的氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillusferrooxidans)中進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。在低pH環(huán)境中這種細(xì)菌能利用亞鐵氧化時(shí)放出的能量生長(zhǎng)，在該菌的呼吸鏈中發(fā)現(xiàn)了一種含銅的鐵硫菌藍(lán)蛋白(rusticyanin)，它與幾種cytc和一種cyta，氧化酶構(gòu)成電子傳遞鏈。（4）氫的氧化。氫細(xì)菌能利用分子氫氧化產(chǎn)生的能量同化CO2也能利用其他有機(jī)物生長(zhǎng)。氫細(xì)菌的細(xì)胞膜上有泛醌、維生素K及細(xì)胞色素等呼吸鏈組分。在這類細(xì)菌中，電子直接從氫傳遞給電子傳遞系統(tǒng)，電子在呼吸鏈傳遞過(guò)程中產(chǎn)生ATP。3.藍(lán)細(xì)菌是一類放氧性光合生物，又是一類固氮菌，說(shuō)明其固氮酶的抗氧保護(hù)機(jī)制。有兩種特殊的保護(hù)系統(tǒng)。（1）分化出異形胞，其中缺乏光反應(yīng)中心Ⅱ，異形胞的呼吸強(qiáng)度大于正常細(xì)胞，其超氧化物歧化酶的活性高。（2）非異形胞的保護(hù)方式：①時(shí)間上的分隔保護(hù)，白天光合作用，晚上固氮作用；②群體細(xì)胞中的某些細(xì)胞失去光反應(yīng)中心Ⅱ，而進(jìn)行固氮作用；③提高過(guò)氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性來(lái)除去有毒氧化物。4.說(shuō)明次級(jí)代謝及其特點(diǎn)。如何利用次級(jí)代謝的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)制及氮和磷調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)提高抗生素的產(chǎn)量?相對(duì)于初級(jí)代謝而言，一般認(rèn)為，微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期，以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對(duì)微生物自身生命活動(dòng)無(wú)明確生理功能的物質(zhì)的過(guò)程，稱為次級(jí)代謝。這一過(guò)程形成的產(chǎn)物，即為次級(jí)代謝產(chǎn)物。次級(jí)代謝產(chǎn)物大多是分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的化合物。根據(jù)其作用，可將其分為抗生素、激素、生物堿、毒素、色素及維生素等多種類別。

次級(jí)代謝特點(diǎn)：（1）次級(jí)代謝的生理意義不像初級(jí)代謝那樣明確，次級(jí)代謝途徑某個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生障礙，致使不能合成某個(gè)次級(jí)代謝產(chǎn)物，而不影響菌體的生長(zhǎng)繁殖。（2）次級(jí)代謝與初級(jí)代謝關(guān)系密切，初級(jí)代謝的關(guān)鍵性中間產(chǎn)物往往是次級(jí)代謝的前體。（3）次級(jí)代謝一般發(fā)生在菌體指數(shù)生長(zhǎng)后期或穩(wěn)定期，也會(huì)受到環(huán)境條件的影響。（4）次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成，因菌株不同而異，但與分類地位無(wú)關(guān)，兩種完全不同來(lái)源的微生物可以產(chǎn)生同一種次級(jí)代謝產(chǎn)物。（5）質(zhì)粒與次級(jí)代謝的關(guān)系密切，控制著多種抗生素的合成。（6）次級(jí)代謝產(chǎn)物通常都是限定在某些特定微生物中生成，因此與現(xiàn)代發(fā)酵產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)。（7）次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成通常被細(xì)胞嚴(yán)密控制。某些抗生素的產(chǎn)生可以被加在發(fā)酵培養(yǎng)基中的誘導(dǎo)物誘導(dǎo)產(chǎn)生，可在發(fā)酵培養(yǎng)基中加入誘導(dǎo)物來(lái)增加產(chǎn)量。易代謝氮源如銨鹽以及高濃度的磷酸鹽，對(duì)某些抗生素的產(chǎn)生有抑制作用。在發(fā)酵培養(yǎng)基避免使用高濃度的銨鹽和使用低濃度或亞適量的磷酸鹽可以防止抑制作用。第六章微生物的生長(zhǎng)繁殖及其控制1.用來(lái)測(cè)定細(xì)菌生長(zhǎng)量的直接計(jì)數(shù)法和間接計(jì)數(shù)法一般采用什么具體的方法?并從實(shí)際應(yīng)用、優(yōu)點(diǎn)、使用的局限性3個(gè)方面加以具體分析。直接計(jì)數(shù)法通常是利用細(xì)菌計(jì)數(shù)板或血細(xì)胞計(jì)數(shù)板，在顯微鏡下直接計(jì)算一定容積里樣品中的微生物的數(shù)量。該方法簡(jiǎn)便、易行，成本低，且能觀察細(xì)胞大小及形態(tài)特征。該法的缺點(diǎn)是：樣品中的細(xì)胞數(shù)不能太少，否則會(huì)影響計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性，而且該法不能區(qū)別活細(xì)胞和死細(xì)胞。間接計(jì)數(shù)法又稱活菌計(jì)數(shù)法，一般是將適當(dāng)稀釋的樣品涂布在瓊脂培養(yǎng)基表面，培養(yǎng)后活細(xì)胞能形成清晰的菌落，通過(guò)計(jì)算菌落數(shù)就可以知道樣品中的活菌數(shù)。平板涂布和傾倒平板均可用于活菌計(jì)數(shù)。平板計(jì)數(shù)簡(jiǎn)單靈敏，廣泛應(yīng)用于食品、水體及土壤樣品中活菌的計(jì)數(shù)。該法的缺點(diǎn)有：可能因?yàn)椴僮鞑皇炀毷沟眉?xì)胞未均勻分散或者由于培養(yǎng)基不合適不能滿足所有微生物的需要而導(dǎo)致結(jié)果偏低，或使用傾倒平板技術(shù)時(shí)因培養(yǎng)基溫度過(guò)高損傷細(xì)胞等原因造成結(jié)果不穩(wěn)定等。2.封閉系統(tǒng)中微生物的生長(zhǎng)經(jīng)歷哪幾個(gè)生長(zhǎng)期?以圖表示并指明各期的特點(diǎn)。如何利用微生物的生長(zhǎng)規(guī)律來(lái)指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)?細(xì)菌生長(zhǎng)曲線圖參見教材第六章。封閉系統(tǒng)中微生物的生長(zhǎng)經(jīng)歷遲緩期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期等4個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期。在遲緩期中細(xì)胞體積增大，細(xì)胞內(nèi)RNA、蛋白質(zhì)含量增高，合成代謝活躍，細(xì)菌對(duì)外界不良條件反應(yīng)敏感。在遲緩期細(xì)胞處于活躍生長(zhǎng)中，但分裂遲緩。在此階段后期，少數(shù)細(xì)胞開始分裂，曲線略有上升。對(duì)數(shù)期中細(xì)菌以最快的速度生長(zhǎng)和分裂，導(dǎo)致細(xì)菌數(shù)量呈對(duì)數(shù)增加，細(xì)胞內(nèi)所有成分以彼此相對(duì)穩(wěn)定的速度合成，細(xì)菌為平衡生長(zhǎng)。由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗，代謝產(chǎn)物積累和環(huán)境變化等，群體的生長(zhǎng)逐漸停止，生長(zhǎng)速率降低至零，進(jìn)入穩(wěn)定期。穩(wěn)定期中活細(xì)菌數(shù)最高并保持穩(wěn)定，細(xì)，菌開始儲(chǔ)存糖原等內(nèi)含物，該期是發(fā)酵過(guò)程積累代謝產(chǎn)物的重要階段。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗和有害物的積累引起環(huán)境惡化，導(dǎo)致活細(xì)胞數(shù)量下降，進(jìn)入衰亡期。衰亡期細(xì)菌代謝活性降低，細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶，產(chǎn)生或釋放出一些產(chǎn)物，菌體細(xì)胞呈現(xiàn)多種形態(tài)，細(xì)胞大小懸殊。在工業(yè)發(fā)酵和科學(xué)研究中遲緩期會(huì)增加生產(chǎn)周期而產(chǎn)生不利影響，因此需采取必要措施來(lái)縮短遲緩期。對(duì)數(shù)期的培養(yǎng)物由于生活力強(qiáng)，因而在生產(chǎn)上普遍用作“種子”，對(duì)數(shù)期的培養(yǎng)物也常常用來(lái)進(jìn)行生物化學(xué)和生理學(xué)的研究。穩(wěn)定期是積累代謝產(chǎn)物的重要階段，如某些放線菌抗生素的大量形成就在此時(shí)期，因此如果及時(shí)采取措施，補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物或去除代謝物或改善培養(yǎng)條件，可以延長(zhǎng)穩(wěn)定期以獲得更多的菌體或代謝產(chǎn)物。3.說(shuō)明溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響，詳述溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響的具體表現(xiàn)。微生物的生長(zhǎng)具有相當(dāng)高的溫度依賴性，有最低、最適和最高生長(zhǎng)溫度這幾個(gè)基本溫度。最適溫度總是更靠近最高生長(zhǎng)溫度而不是最低生長(zhǎng)溫度。溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響的具體表現(xiàn)在：①影響酶活性，溫度變化會(huì)影響酶促反應(yīng)速率，最終影響細(xì)胞物質(zhì)合成。②影響細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性，溫度高則流動(dòng)性高，有利于物質(zhì)的運(yùn)輸；溫度低則流動(dòng)性低，不利于物質(zhì)的運(yùn)輸。因此，溫度變化影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝物質(zhì)的分泌。③影響物質(zhì)的溶解度，溫度上升，物質(zhì)的溶解度升高，溫度降低，物質(zhì)的溶解度降低，機(jī)體對(duì)物質(zhì)的吸收和分泌受影響，最終微生物的生長(zhǎng)受影響。溫度過(guò)高時(shí)酶和其他蛋白質(zhì)變性，細(xì)胞質(zhì)膜熔化崩解，細(xì)胞受到損害。溫度很低時(shí)，細(xì)胞質(zhì)膜凍結(jié)，酶也不能迅速工作，因此，在溫度高于或低于最適生長(zhǎng)溫度時(shí)生長(zhǎng)速度會(huì)降低。4.詳述嗜冷菌、嗜溫菌、嗜熱菌和極端嗜熱菌的不同。嗜冷菌生長(zhǎng)的溫度范圍是0—20℃，最適生長(zhǎng)溫度為15℃；嗜溫菌生長(zhǎng)的溫度范圍是15—45℃，最適生長(zhǎng)溫度為20—45℃；嗜熱菌生長(zhǎng)的溫度范圍是45—80℃以上，最適生長(zhǎng)溫度為55—65℃；極端嗜熱菌生長(zhǎng)的溫度范圍是80℃以上，最適生長(zhǎng)溫度為80—113℃，低于55℃通常不會(huì)生長(zhǎng)。嗜冷菌的運(yùn)輸系統(tǒng)和蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)在低溫下能很好地發(fā)揮功能，其細(xì)胞膜含有大量的不飽和脂肪酸，能在低溫下保持半流質(zhì)狀態(tài)。當(dāng)溫度高于20℃時(shí)，細(xì)胞膜被破壞，細(xì)胞內(nèi)組分流出。嗜熱菌具有能在高溫條件下發(fā)揮功能的酶和蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，細(xì)胞膜脂類物質(zhì)的飽和程度高，因此融點(diǎn)高，能保持高溫下的細(xì)胞完整。5.哪幾種氧形式對(duì)細(xì)胞有毒性?微生物細(xì)胞具有什么酶來(lái)解除氧的毒性?氧氣受到輻射可被還原為超氧化物自由基、過(guò)氧化氫、羥基自由基等，它們是強(qiáng)氧化劑，能迅速破壞細(xì)胞組分。專性好氧和兼性厭氧微生物的細(xì)胞中含有超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶，能破壞超氧化物自由基、過(guò)氧化氫。另外，細(xì)胞中的過(guò)氧化物酶也能降解過(guò)氧化氫。6.過(guò)濾除菌有些什么方法?哪種方法較為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠?過(guò)濾除菌有3種：深層過(guò)濾、膜過(guò)濾和核孔過(guò)濾。深層過(guò)濾器是由纖維或顆粒狀物質(zhì)制成的過(guò)濾板層；膜過(guò)濾器是由醋酸纖維素、硝酸纖維素或其他合成物質(zhì)制成的具有微孔的濾膜；核孔過(guò)濾器是由核輻射處理后再經(jīng)化學(xué)蝕刻的薄聚碳酸膠片而制成。深層過(guò)濾較為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，多用于工業(yè)發(fā)酵，后兩種方法主要用于科學(xué)研究。7.近年來(lái)是什么原因?qū)е驴股夭幻舾械目剐跃甑脑龆?主要有以下5個(gè)原因：①細(xì)胞質(zhì)膜透性改變使藥物不能進(jìn)入細(xì)胞；②藥物進(jìn)入細(xì)胞后又被細(xì)胞膜中的移位酶等泵出胞外；③細(xì)菌產(chǎn)生了能修飾抗生素的酶使之失去活性；④藥物作用靶發(fā)生改變從而對(duì)藥物不再具有敏感性；⑤菌株改變代謝途徑以繞過(guò)受藥物抑制的過(guò)程或增加靶代謝物的產(chǎn)物。附：抗菌藥物的作用機(jī)制

藥

物作用機(jī)制抗菌素

青霉素(penicillin)抑制細(xì)胞壁合成：青霉素盧—內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)與D—丙氨酸末端結(jié)構(gòu)相似，從而能占據(jù)D—丙氨酸的位置與轉(zhuǎn)肽酶結(jié)合，并將酶滅活，肽鏈之間無(wú)法彼此連接，抑制了細(xì)胞壁的合成

鏈霉素(streptomycin)抑制蛋白質(zhì)合成：與細(xì)菌核糖體的30S亞基結(jié)合，抑制蛋白質(zhì)合成，引起mRNA錯(cuò)讀四環(huán)素(tetracycline)抑制蛋白質(zhì)合成：與細(xì)菌核糖體的30S亞基結(jié)合，干擾氨酰tRNA的結(jié)合氯霉素(chloramphenic01)抑制蛋白質(zhì)合成：與細(xì)菌核糖體的50S亞基結(jié)合，通過(guò)抑制肽基轉(zhuǎn)移酶阻斷肽鍵形成

紅霉素(erythromycin)抑制蛋白質(zhì)合成：與細(xì)菌核糖核蛋白體的50S亞單位相結(jié)合，抑制肽?；D(zhuǎn)移酶，影響核糖核蛋白體移位過(guò)程，妨礙肽鏈增長(zhǎng)，抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成利福平(rifampicin)抑制核酸合成：通過(guò)結(jié)合和抑制DNA依賴的RNA聚合酶阻斷RNA合成抗代謝物磺胺類藥物(sulfadrug)代謝頡頏作用：由于很多細(xì)菌需要自己合成葉酸而生長(zhǎng)，磺胺是葉酸組成部分對(duì)氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)類似物，因而磺胺能阻止細(xì)菌葉酸的合成?；前穼?duì)人體細(xì)胞無(wú)毒性，因?yàn)槿巳狈膶?duì)氨基苯甲酸合成葉酸的相關(guān)酶——二氫葉酸合成酶，不能用外界提供的對(duì)氨基苯甲酸自行合成葉酸，而必須直接利用葉酸為生長(zhǎng)因子進(jìn)行生長(zhǎng)第七章病毒（見輔導(dǎo)書）第8章微生物的遺傳1.在細(xì)菌細(xì)胞中，均以環(huán)狀形式存在的染色體DNA和質(zhì)粒DNA，在質(zhì)粒提取過(guò)程中發(fā)生了什么變化?這種變化對(duì)質(zhì)粒的檢測(cè)和分離有什么利用價(jià)值?由于染色體DNA分子比質(zhì)粒DNA分子大得多，在提取過(guò)程中易于斷裂成大小不同的分子片段，但一般情況下仍然比質(zhì)粒大，因此在瓊脂糖凝膠電泳過(guò)程中隨機(jī)斷裂的染色體DNA片段，泳動(dòng)速度較慢且?guī)筒徽R，而質(zhì)粒DNA由于相對(duì)分子質(zhì)量小，在提取過(guò)程中一般不會(huì)斷裂成小片段，相對(duì)分子質(zhì)量一致，因此，泳動(dòng)速度較快，且?guī)驼R，與染色體DNA分開，從而有利于質(zhì)粒DNA的檢測(cè)和分離。2.DNA鏈上發(fā)生的損傷是否一定發(fā)生表型的改變?盡你所能說(shuō)出理由。不一定，如下列情況：①同義突變或沉默突變；②發(fā)生了基因內(nèi)另一位點(diǎn)或是另一基因的抑制突變(一般指tRNA基因的突變)使突變得到校正；③即使是錯(cuò)義突變，但是否改變表型還視置換的氨基酸是否影響蛋白質(zhì)的功能；④各種修復(fù)機(jī)制可清除DNA的各種損傷，使其表型不發(fā)生改變。第九章基因表達(dá)調(diào)控（無(wú)重要考點(diǎn)）第十章微生物與基因工程1.從基因工程的基本過(guò)程和基因工程的應(yīng)用及展望兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)明微生物與基因工程的關(guān)系?；蚬こ痰幕具^(guò)程：目的基因的獲得+重組載體的構(gòu)建+重組載體導(dǎo)人宿主細(xì)胞+陽(yáng)性重組子的篩選+基因的測(cè)序和鑒定+基因的控制表達(dá)。每一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開微生物的參與。微生物世界的多樣性為人類的活動(dòng)提供了取之不盡、用之不竭的基因來(lái)源；基因工程的克隆載體通常由病毒、噬菌體和細(xì)菌質(zhì)粒DNA改建而成；基因工程所用到的絕大多數(shù)工具酶都是從不同微生物中分離和純化而獲得的；基因工程中最重要、最廣泛應(yīng)用的克隆載體宿主是原核生物的大

腸桿菌及真核生物的釀酒酵母。植物基因工程和動(dòng)物基因工程也要先構(gòu)建穿梭載體，在大腸桿菌中完成外源基因或重組體DNA的拼接和改造，才能再轉(zhuǎn)移到植物和動(dòng)物細(xì)胞中。大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)、酵母菌表達(dá)系統(tǒng)和哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)都是采用重組細(xì)胞通過(guò)微生物發(fā)酵罐的方式大量生產(chǎn)目的蛋白?；蚬こ痰膽?yīng)用表現(xiàn)在基因工程藥物、基因治療、改造傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)酵菌種、動(dòng)植物特性的基因工程改良及環(huán)境保護(hù)中各個(gè)方面，并已經(jīng)取得了豐碩的成果。同時(shí)基因工程也推動(dòng)了微生物學(xué)的發(fā)展，特別是對(duì)于新的微生物資源的開發(fā)，認(rèn)識(shí)和了解微生物世界中更多的微生物種類、微生物代謝、微生物遺傳等將產(chǎn)生積極的影響。2.為什么DNA文庫(kù)可以直接用于原核生物的目的基因篩選，而不能用于真核生物的目的基因篩選?真核生物的目的基因篩選