現代分子生物學（第6版）習題及解答 第3章-思考題解析

第3章思考題解析

1.什么是編碼鏈？什么是模版鏈？

答：與mRNA序列相同的那條DNA鏈稱為編碼鏈(或有意義鏈)；另一條

根據堿基互補原則指導mRNA合成DNA鏈稱為模版鏈(或反義鏈)。

2.簡述RNA的種類及其生物學意義。

答：生物體內的RNA種類繁多，且分布在細胞的不同部位。

細胞內總RNA

編碼RNA非編碼RNA

占總量|:的2%??占J總量的98%???

前mRNA(hnRNA)

非編碼RNAHijrRNA前tRNAsnRNAsnoRNAscRNA(tmRNA^)

II

mRNArRNAtRNA

所有生物僅真核生物U)僅細菌

編碼RNA：mRNA(hnRNA)：mRNA是合成蛋白質的模板，由模扳鏈

DNA所轉錄；真核生物的基因轉錄時，包括內含子和外顯子的整個基因均

被轉錄，形成分子大小極不相同的核內不均一RNA(heterogeneousnuclear

RNA,hnRNA)ohnRNA通過剪接和加工，轉化為成熟的mRNA,原核生物

mRNA一般不需要剪接和加工。

非編碼RNA：以RNA形式直接發揮作用的RNA,稱非編碼RNA

(non-codingRNA,ncRNA)0

tRNA是mRNA上堿基序列(即遺傳密碼子)的識別者和氨基酸的轉運

者，能特異性解讀mRNA中的遺傳信息、將其轉化成相應氨基酸后加入多

肽鏈中。

rRNA直接參與核糖體中蛋白質合成。

細胞核小分子RNA(smallnuclearRNA,snRNA)主要存在于細胞核中，

少數穿梭于核質之間，或存在于細胞質中。snRNA存在廣泛，但含量不高，

只占細胞RNA總量的().1%?1%,分子大小多為58?30()b。snRNA均以核

糖核酸蛋白(ribonuclearprotein,RNP)的形式存在。參與hnRNA的剪接和

加工過程等。

核仁小分子RNA(smallnucleolarRAN,snoRNA)廣泛分布于核仁區，

大小一般為幾十到幾百個核甘酸，主要參與rRNA前體的加工。

ScRNA(SmallCytoplasmicRNA)小胞質RNA,分布在細胞質，主要在

蛋白質合成過程中起作用。

tmRNA(Transfer-messengerRNA),是細菌和部分細胞器中特有的一類

雙功能RNA,即有tRNA的功能，又有mRNA的功能，翻譯時既可以轉運

氨基酸，又可作合成肽鏈的模版。

3.簡述原核和真核生物RNA結構特征。

答：(1)原核生物mRNA的半衰期短。細菌基因的轉錄與翻譯是緊密相聯

的，基因轉錄一旦開始，核糖體就結合到新生mRNA鏈的5,端，啟動蛋白

質合成，而此時該mRNA的3,端還遠遠沒有轉錄完全。mRNA的降解緊

隨著蛋白質翻譯過程發生。真核生物mRNA的合成和蛋白質的合成發生在

不同的空間和時間范疇內，因此其mRNA的半哀期通常比原核生物更長，

具體取決于細胞類型、mRNA的序列特征及調控需求。

(2)許多原核生物mRNA可能以多順反子的形式存在，而真核生物

mRNA一般以單順反子形式存在。

(3)原核生物mRNA的夕端無帽子結構，3,端沒有或只有較短的多

(A)結構。原核生物起始密碼子AUG上游7?12個核甘酸處有一被稱為

SD序列(Shine-Dalgarnosequence)的保守區，因為該序列與16SrRNA3'

端反向互補，所以被認為在核糖體與mRNA的結合過程中起作用。真核生

物mRNA的5,端存在“帽子”結構。

(4)一般來說，原核生物mRNA的3,端不具有poly(A)尾。絕大多數

真核生物mRNA的3,端具有poly（A）尾。

4.簡述RNA轉錄的概念及其基本過程。

答：RNA轉錄：以DNA為模板，游離堿基為原料，在依賴于DNA的RNA

聚合酶催化下，以4種NTPs（ATP、CTP、GTP、UTP）為原料，合成RNA

的過程。無論是原核還是真核細胞，RNA鏈的合成都具有以下幾個特點：

RNA是按方向合成的，以DNA雙鏈中的反義鏈（模板鏈）為模板，

在RNA聚合酶催化下，以4種核甘三磷酸（NTPs）為原料，根據堿基配對

原則（A-U、T-A、G-C）,各核甘酸間通過形成磷酸二酯鍵相連，不需要引

物參與，合成的RNA帶有與DNA編碼鏈（有義鏈）相同的序列（A-U）。

轉錄的基本過程包括模板識別、轉錄起始、通過啟動子及轉錄的延伸和

終止。

5.請說出轉錄與復制的異同點。

答：相同點：（1）都以DNA鏈作為模板；（2）合成的方向均為5，T3，；（3）

聚合反應均是通過核甘酸之間形成的315。璘酸二酯鍵，使核甘酸鏈延長；

（4）都遵循堿基互補配對原則；（5）都需要酶的參與。

不同點：（1）與DNA聚合酶不同，RNA聚合酶具有從頭起始轉錄的能

力，所以它在催化RNA合成時不需要引物。（2）RNA聚合酶在添加幾個

核甘酸后，便將正在延長的鏈從模板上置換下來，RNA產物不與模板DNA

鏈保持堿基互補狀態。（3）轉錄具有選擇性，RNA轉錄則是選擇性地復制

基因組的特定部分，可以產生幾個到上千個相同的拷貝。（4）與DNA復制

的精確度相比，轉錄中每添加10000個核甘酸會發生一次錯誤，表明轉錄過

程缺乏嚴謹的矯正機制C

復制和轉錄中的一些不同點如下表:

復制轉錄

模板兩條鏈均復制模板鏈轉錄

原料dNTPCdATP,dTTP,dGTP,dCTP)NTP(ATP,UTP,GTP,CTP)

酶DNA聚合酶RNA聚合酶

產物子代雙鏈DNAmRNA,tRNA,rRNA等RNA

配對A-T,G-CA-U,G-C

引物RNA引物無

6.大腸桿菌的RNA聚合酶由哪些組成成分？各個亞基的作用是什么？

答：大腸桿菌的RNA聚合酶是由2個a亞基、一個。亞基、一個伊亞基和

一個3亞基組成的核心酶，加上一個。亞基后則成為聚合酶全酶。

a亞基與核心酶的組裝及啟動子的識別布?關，并參與RNA聚合酶和部

分調節因子的相互作用；亞基和0'亞基組成了聚合酶的催化中心，亞基

能與模版DNA、新生RNA鏈及核甘酸底物相結合。。因子的作用在于幫助

轉錄起始，因此也稱為起始亞基，一旦轉錄開始，它就脫離了起始復合物，

而由核心酶負責RNA鏈的延伸。3亞基促正核心酶的組裝，可作為卜亞基

的分子伴侶。

7.什么是封閉復合物、開放復合物以及三元復合物？

答：轉錄過程中的模版的識別階段，聚合酶與啟動子可逆性結合形成封閉性

復合物；封閉性復合物形成后，此時，DNA鏈仍然處于雙鏈狀態，伴隨著

DNA構象的重大變化，封閉性復合物轉化為開放復合物，聚合酶全酶所結

合的DNA序列中有一小段雙鏈被解開；開放復合物與最初的兩個NTP相結

合并在這兩個核甘酸之間形成磷酸二脂鍵后即轉變成包括RNA聚合酶、

DNA和新牛RNA的二元復合物.

8.簡述。因子的作用。

答：。因子的作用是負責模版鏈的選擇和轉錄的起始，它是酶的別構效應物,

使酶專一性識別模版上的啟動子；o因子可以極大的提高RNA聚合酶對啟

動子區DNA序列的親和力；。因子還能使RNA聚合酶與模版DNA上非特

異性位點的結合常數降低。

9.什么是Pribnowbox?它的保守序列是什么?

答：Pribnowbox屬于啟動子的結構。1975年，PribnowfllSchaller設計了一

個實驗，把RNA聚合酶全酶與模板DNA結合后，用DNaseI水解DMA,

然后用酚抽提，沉淀純化DNA后得到一個被RNA聚合酶保護的DNA片

段，有41?44個核甘酸對。在啟動子被保護區內有一個由5個核甘酸組成

的共同序列，是RNA聚合酶的緊密結合點，現在稱為Pribnow區（Pribnow

box）,這個區的中央大約位于起點上游lObp處，所以又稱為TO區。它的保

守序歹|J是TATAAT,

10.說出真核和原核基因轉錄的異同。

答：相同點：RNA按方向合成，以DNA雙鏈中的反義鏈（模板鏈）為

模板，在RNA聚合酶催化下，以4種核甘三磷酸（NTPs）為原料，根據堿基

配對原則，各核甘酸間通過形成磷酸二酯鍵相連，不需要引物的參與，合成

的RNA帶有與DNA編碼鏈相同的序列（A-U）。轉錄的基本過程包括模板識

別、轉錄起始、通過啟動子及轉錄的延伸和終止。

不同點：（1）只有一種RNA聚合酶參與所有類型的原核生物基因轉錄,

而真核生物有3種以上的RNA聚合酶來偵責不同類型的基因轉錄，合成

不同類型的、在細胞核內有不同定位的RNAo

（2）轉錄產物有差別。原核生物的初始轉錄產物大多數是編碼序列，

與蛋白質的氨基酸序列呈線性關系；而真核生物的初始轉錄產物很大，含有

內含子序列，成熟的mRNA只占初始轉錄產物的一小部分。

（3）原核生物的初始轉錄幾乎不需要剪接加工，就可直接作為成熟的

mRNA進一步行使翻譯模板的功能：直核牛物轉錄產物需要經過剪接、修飾

等轉錄后加工成熟過程才能成為成熟的mRNA。

（4）在原核生物細胞中，轉錄和翻譯不僅發生在同一個細胞空間里，

而且這兩個過程幾乎是同步進行的，蛋白質合成往往在mRNA剛開始轉錄

時就被引發。真核生物mRNA的合成和蛋白質的合成則發生在不同的空間

和時間范疇內。

11.大腸桿菌的終止子有哪兩大類？請分別介紹一下它們的結構特點。

答：大腸桿菌的終止子可以分為不依賴于P因子和依賴于P因子兩大類。

不依賴于P因子的終止子結構特點：位于終止位點上游一般存在一個富

含GC堿基的二重對稱區，由這段DNA轉錄產生的RNA容易形成發夾式

結構；在終止位點前面有一端由4?8個A組成的序列，所以轉錄產物的3,

端為寡聚U。

依賴于p因子的終止子的結構特點：IR序列中的G/C對含量較少；發

夾結構末端沒有固定特征；依靠與p因子的共同作用而實現終止。

12.真核生物的原始轉錄產物必須經過哪些加工過程才能成為成熟的mRNA?

答：加工包括：（1）5,端連接“帽子”結構；（2）3,端添加polyA“尾巴”；（3）

hnRNA被剪接，把內含子（DNA上非編碼序列）轉錄序列剪掉，把外顯子

（DNA上的編碼序列）轉錄序列拼接上（真核生物一般為不連續基因）；（4）

對分子內的核甘酸進行甲基化、去氨基化、硫代、乙酰化、磷酸化等化學修

飾。

13.簡述I、II類內含子的剪接特點。

答：I類自剪接內含子I類內含子的剪接發生了兩次磷酸二酯鍵的轉

移，即兩次轉酯反應（trans-esterification）o在I類自剪接內含子切除體系中，

第一個轉酯反應由一個游離的鳥昔或鳥甘酸（GMP、GDP或GTP）介導，

鳥昔或鳥甘酸的3-OH作為親核基團攻擊內含子5,端的磷酸二酯鍵，從上游

切開RNA鏈。在第二個轉酯反應中，上游外顯子的自由3，-OH作為親核基

團攻擊內含子3的核甘酸上的磷酸二酯鍵，使內含子被完全切開，上下游兩

個外顯子通過新的磷酸二酯鍵相連。I類內含子釋放出線性內含子，而不是

一個套索結構。I類自剪接內含子通常比II類內含子小，有一個保守的二

級結構，包括容納鳥苜或鳥甘酸結合的口袋以及一段與5,剪接位點序列配

對的“內在指導序列“，以確定鳥背親核攻擊的精確位置

II類自剪接內含子這類內含子主要存在于真核生物的線粒體和葉綠

體rRNA基因中。在II類內含子切除體系中，也發生兩次轉酯反應，但轉

酯反應無需游離鳥甘酸或鳥甘，而是由內含子自身靠近3,端的腺昔酸2「OH

作為親核基團攻擊內含子5,端的磷酸二酯鍵，從上游切開RNA鏈后形成

套索狀結構。再由上游外顯子的自由3，-OH作為親核基團攻擊內含子3,位核

昔酸上的磷酸二酯鍵，使內含子被完全切開，上下游兩個外顯子通過新的磷

酸二酯鍵相連。

14.什么是套索結構？哪些類型RNA的剪接中會形成該結構？

答：套索結構是在真核生物RNA前體加工過程中，切除內含子時，通過7,