第三章 遺傳物質的分子基礎
1.解釋下列名詞：半保留復制、岡崎片段、轉錄、翻譯、小核RNA、不均一核RNA、遺傳密碼簡并、多聚核糖體、中心法則。
半保留復制： DNA分子的復制，首先是從它的一端氫鍵逐漸斷開，當雙螺旋的一端已拆開為兩條單鏈時，各自可以作為模板，進行氫鍵的結合，在復制酶系統(tǒng)下，逐步連接起來，各自形成一條新的互補鏈，與原來的模板單鏈互相盤旋在一起，兩條分開的單鏈恢復成DNA雙分子鏈結構。這樣，隨著DNA分子雙螺旋的完全拆開，就逐漸形成了兩個新的DNA分子，與原來的完全一樣。這種復制方式成為半保留復制。
岡崎片段：在DNA復制叉中，后隨鏈上合成的DNA不連續(xù)小片段稱為岡崎片段。
轉錄：由DNA為模板合成RNA的過程。RNA的轉錄有三步：
①. RNA鏈的起始；
②. RNA鏈的延長；
③. RNA鏈的終止及新鏈的釋放。
翻譯：以RNA為模版合成蛋白質的過程即稱為遺傳信息的翻譯過程。
小核RNA：是真核生物轉錄后加工過程中RNA的剪接體的主要成分，屬于一種小分子RNA，可與蛋白質結合構成核酸剪接體。
不均一核RNA：在真核生物中，轉錄形成的RNA中，含有大量非編碼序列，大約只有25%RNA經加工成為mRNA，最后翻譯為蛋白質。因為這種未經加工的前體mRNA在分子大小上差別很大，所以稱為不均一核RNA。
遺傳密碼：是核酸中核苷酸序列指定蛋白質中氨基酸序列的一種方式，是由三個核苷酸組成的三聯體密碼。密碼子不能重復利用，無逗號間隔，存在簡并現象，具有有序性和通用性，還包含起始密碼子和終止密碼子。
簡并：一個氨基酸由一個以上的三聯體密碼所決定的現象。
多聚合糖體：一條mRNA分子可以同時結合多個核糖體，形成一串核糖體，成為多聚核糖體。
中心法則：蛋白質合成過程，也就是遺傳信息從DNA-mRNA-蛋白質的轉錄和翻譯的過程，以及遺傳信息從DNA到DNA的復制過程，這就是生物學的中心法則。
2．如何證明DNA是生物的主要遺傳物質？
答：DNA作為生物的主要遺傳物質的間接證據：
⑴. 每個物種不論其大小功能如何，其DNA含量是恒定的。
⑵. DNA在代謝上比較穩(wěn)定。
⑶. 基因突變是與DNA分子的變異密切相關的。
DNA作為生物的主要遺傳物質的直接證據：
⑴. 細菌的轉化已使幾十種細菌和放線菌成功的獲得了遺傳性狀的定向轉化，證明起轉化作用的是DNA；
⑵. 噬菌體的侵染與繁殖 主要是由于DNA進入細胞才產生完整的噬菌體，所以DNA是具有連續(xù)性的遺傳物質。
⑶. 煙草花葉病毒的感染和繁殖說明在不含DNA的TMV中RNA就是遺傳物質。
3．簡述DNA雙螺旋結構及其特點？
答：根據堿基互補配對的規(guī)律，以及對DNA分子的X射線衍射研究的成果，提出了DNA雙螺旋結構。
特點：⑴. 兩條多核苷酸鏈以右手螺旋的形式，彼此以一定的空間距離，平行的環(huán)繞于同一軸上，很像一個扭曲起來的梯子。⑵. 兩條核苷酸鏈走向為反向平行。⑶. 每條長鏈的內側是扁平的盤狀堿基。⑷. 每個螺旋為3.4nm長，剛好有10個堿基對，其直徑為2nm。⑸. 在雙螺旋分子的表面有大溝和小溝交替出現。
4．比較A-DNA、B-DNA、Z-DNA的主要異同？
答：A-DNA是DNA的脫水構型，也是右手螺旋，但每螺旋含有11個核苷酸對。比較短和密，其平均直徑是2.3nm。大溝深而窄，小溝寬而淺。在活體內DNA并不以A構型存在，但細胞內DNA-RNA或RNA-RNA雙螺旋結構，卻與A-DNA非常相似。
B-DNA是DNA在生理狀態(tài)下的構型。生活細胞中極大多數DNA以B-DNA形式存在。但當外界環(huán)境條件發(fā)生變化時，DNA的構型也會發(fā)生變化。
Z-DNA是某些DNA序列可以以左手螺旋的形式存在。當某些DNA序列富含G-C，并且在嘌呤和嘧啶交替出現時，可形成Z-DNA。其每螺旋含有12個核苷酸對，平均直徑是1.8nm，并只有一個深溝?，F在還不清楚Z-DNA在體內是否存在。
5．染色質的基本結構是什么？現有的假說是怎樣解釋染色質螺旋化為染色體的？
答：染色質是染色體在細胞分裂的間期所表現的形態(tài)，呈纖細的絲狀結構，故也稱染色質線。其基本結構單位是核小體、連接體和一個分子的組蛋白H1。每個核小體的核心是由H2A、H2B、H3和H4四種組蛋白各以兩個分子組成的八聚體，其形狀近似于扁球狀。DNA雙螺旋就盤繞在這八個組蛋白分子的表面。連接絲把兩個核小體串聯起來，是兩個核小體之間的DNA雙鏈。
細胞分裂過程中染色線卷縮成染色體：現在認為至少存在三個層次的卷縮：第一個層次是DNA分子超螺旋轉化形成核小體，產生直徑為10nm的間期染色線，在此過程中組蛋白H2A、H2B、H3和H4參與作用。第二個層次是核小體的長鏈進一步螺旋化形成直徑為30nm的超微螺旋，稱為螺線管，在此過程中組蛋白H1起作用。最后是染色體螺旋管進一步卷縮，并附著于由非組蛋白形成的骨架或者稱中心上面成為一定形態(tài)的染色體。
6．原核生物DNA聚合酶有哪幾種？各有何特點？
答：原核生物DNA聚合酶有DNA聚合酶I、DNA聚合酶II和DNA聚合酶III。
DNA聚合酶I ：具有5'-3'聚合酶功能外，還具有3'-5'核酸外切酶和5'-3'核酸外切酶的功能。
DNA聚合酶II ：是一種起修復作用的DNA聚合酶，除具有5'-3'聚合酶功能外，還具有3'-5'核酸外切酶，但無5'-3'外切酶的功能。
DNA聚合酶III：除具有5'-3'聚合酶功能外，也有3'-5'核酸外切酶，但無3'-5'外切酶的功能。
7．真核生物與原核生物DNA合成過程有何不同？
答：⑴.真核生物DNA合成只是發(fā)生在細胞周期中的S期，原核生物DNA合成過程在整個細胞生長期中均可進行。
⑵.真核生物染色體復制則為多起點的，而原核生物DNA復制是單起點的。
⑶.真核生物DNA合成所需的RNA引物及后隨鏈上合成的岡崎片段的長度比原核生物的要。
⑷. 在真核生物中，有α、β、γ、δ和ε5種DNA聚合酶，δ是DNA合成的主要酶，由DNA聚合酶α控制后隨鏈的合成，而由DNA聚合酶δ控制前導鏈的合成。既在真核生物中，有兩種不同的DNA聚合酶分別控制前導鏈和后隨鏈的合成。在原核生物DNA合成過程中，有DNA聚合酶I，DNA聚合酶II和DNA聚合酶III，并由DNA聚合酶III同時控制兩條鏈的合成。
⑸.真核生物的染色體為線狀，有染色體端體的復制，而原核生物的染色體大多數為環(huán)狀。
8．簡述原核生物RNA的轉錄過程。
答：RNA的轉錄有三步：
⑴. RNA鏈的起始：首先是RNA聚合酶在δ因子的作用下結合于DNA的啟動子部位，并在RNA聚合酶的作用下，使DNA雙鏈解開，形成轉錄泡，為RNA合成提供單鏈模板，并按照堿基配對的原則，結合核苷酸，然后，在核苷酸之間形成磷酸二脂鍵，使其相連，形成RNA新鏈。δ因子在RNA鏈伸長到8－9個核苷酸后被釋放，然后由核心酶催化RNA鏈的延長。
⑵. RNA鏈的延長：RNA鏈的延長是在δ因子釋放以后，在RNA聚合酶四聚體核心酶催化下進行。因RNA聚合酶同時具有解開DNA雙鏈，并使其重新閉合的功能。隨著RNA鏈的延長，RNA聚合酶使DNA雙鏈不斷解開和閉合。RNA轉錄泡也不斷前移，合成新的RNA鏈。⑶. RNA鏈的終止及新鏈的釋放：當RNA鏈延伸到終止信號時，RNA轉錄復合體就發(fā)生解體，而使新合成的RNA鏈得以釋放。
9．真核生物與原核生物相比，其轉錄過程有何特點？
答：真核生物轉錄的特點：
⑴. 在細胞核內進行。
⑵. mRNA分子一般只編碼一個基因。
⑶. RNA聚合酶較多。
⑷. RNA聚合酶不能獨立轉錄RNA。
原核生物轉錄的特點：
⑴. 原核生物中只有一種RNA聚合酶完成所有RNA轉錄。
⑵. 一個mRNA分子中通常含有多個基因。
10．簡述原核生物蛋白質合成的過程。
答：蛋白質的合成分為鏈的起始、延伸和終止階段：
鏈的起始：不同種類的蛋白質合成主要決定于mRNA的差異。在原核生物中，蛋白質合成的起始密碼子為AUG。編碼甲酰化甲硫氨酸。蛋白質合成開始時，首先是決定蛋白質起始的甲?；琢虬滨?/span>tRNA與起始因子IF2結合形成第一個復合體。同時，核糖體小亞基與起始因子IF3和mRNA結合形成第二個復合體。接著兩個復合體在始因子IF1和一分子GDP的作用下，形成一個完整的30S起始復合體。此時，甲?；琢虬滨?/span>tRNA通過tRNA的反密碼子識別起始密碼AUG，而直接進入核糖體的P位（peptidyl，P）并釋放出IF3。最后與50S大亞基結合，形成完整的70核糖體，此過程需要水解一分子GDP以提供能量，同時釋放出IF1和IF2，完成肽鏈的起始。
鏈的延伸：根據反密碼子與密碼子配對的原則，第二個氨基酰tRNA進入A位。隨后在轉肽酶的催化下，在A位的氨基酰tRNA上的氨基酸殘基與在P位上的氨基酸的碳末端間形成多肽鍵。此過程水解與EF-Tu結合的GTP而提供能量。最后是核糖體向前移一個三聯體密碼，原來在A位的多肽tRNA轉入P位，而原在P的tRNA離開核糖體。此過程需要延伸因子G（EF-G）和水解GTP提供能量。這樣空出的A位就可以接合另一個氨基酰tRNA，從而開始第二輪的肽鏈延伸。
鏈的終止：當多肽鏈的延伸遇到UAA UAG UGA等終止密碼子進入核糖體的A位時，多肽鏈的延伸就不再進行。對終止密碼子的識別，需要多肽釋放因子的參與。在大腸桿菌中有兩類釋放因子RF1和RF2，RF1識別UAA和UAG，RF2識別UAA和UGA。在真核生物中只有釋放因子eRF，可以識別所有三種終止密碼子。
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