研究生入学考试专业课现代分子生物学-1

(总分：100.00，做题时间：90分钟)

一、论述题(总题数：28，分数：100.00)

1.简述Mendel、Morgan和Watson等人对分子生物学发展的主要贡献。

（分数：3.00）

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解析：Mendel的遗传学规律最先使人们对性状遗传产生了理性认识，他提出的“遗传因子”后被命名为“基因”，而Morgan的基因学说则进一步将“性状”与“基因”相偶联，成为现代遗传学的奠基石。Watson(美)和Crick(英)提出了DNA的反向平行双螺旋模型，为充分揭示遗传信息的传递规律铺平了道路。 2.写出DNA、RNA、mRNA和siRNA的英文全名。

（分数：3.00）

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()

解析：DNA：deoxyribonucleic acid；RNA：ribonucleic acid；mRNA：mMessenger RNA；siRNA：small interfering RNA。

3.试述“有其父必有其子”的生物学本质。

（分数：3.00）

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解析：“有其父必有其子”的生物学本质就是遗传，这是生物界的一种普遍现象，就是亲代和子代、子代与子代之间的相似现象。世界上一切生物在繁衍其后代的过程中都只产生同类的生物体，每一物种的任何个体都继承着上一代的各种基本特征。正是由于有这种遗传特性，所以各类生物才能维持其各自独有的形态特征和生理特点的恒定，保持其物种。也正是由于这种遗传特性，子女与父母具有一些相似的特征。 4.早期主要由哪些实验证实DNA是遗传物质?写出这些实验的主要步骤。

（分数：3.00）

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解析：早期主要是Avery的肺炎球菌在老鼠体内的毒性实验以及Hershey和Chase的T2噬菌体感染大肠杆菌实验证实了DNA是遗传物质。 5.定义重组DNA技术。

（分数：3.00）

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解析：重组DNA技术又称基因工程，是20世纪70年代初兴起的技术科学，目的是将不同DNA片段(如某个基因或基因的一部分)按照人们的设计定向连接起来，在特定的受体细胞中与载体同时复制并得到表达，产生影响受体细胞的新的遗传性状。

严格地说，重组DNA技术并不完全等于基因工程，因为后者还包括其他可能使生物细胞基因组结构得到改造的体系。

6.说出分子生物学的主要研究内容。

（分数：3.00）

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()

解析：分子生物学的研究内容主要包括以下4个方面：

(1)DNA重组技术：它可用于定向改造某些生物基因组结构，也可用来进行基础研究。

(2)基因表达研究：原核生物基因表达的主要发生在转录水平；真核生物基因表达的可以发生在各种不同的水平上，其基因表达主要表现在信号传导研究、转录因子研究及RNA剪辑3个方面。 (3)结构分子生物学：包括结构的测定、结构运动变化规律的探索及结构与其生物学功能相互关系的建立3个主要研究方向。

(4)基因组、功能基因组与生物信息学研究：在测定基因组序列的基础上，借助计算机对海量数据的收集、整理，从中发现新的规律，在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质的研究转向对多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。 7.你认为21世纪初分子生物学将在哪些领域取得进展?

（分数：3.00）

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解析：21世纪的生物学将是真正的系统生物学，是生物学范围内所有学科在分子水平上的统一。以基因组学、转录组学、蛋白质组学以及代谢组学等不同层次“组学”的最新成果为基础的系统生物学，是研究一个生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的变化规律及其在特定遗传或环境条件下相互关系的学科。

(1)分子生物学的全面渗透推动细胞生物学和神经生物学的发展；

(2)越来越多的遗传学原理被分子水平的实验所证实或否定，许多遗传病将得到控制或可以治愈，许多经典遗传学无法解释的问题和无法破译的奥秘也将相继被攻克；

(3)反映不同生命活动中更为本质的核酸、蛋白质序列间的比较，被大量用于分类和进化的研究，许多灭绝生物在进化树中的地位将可能被确立；

(4)分子生物学还将对发育生物学研究产生巨大的影响；

(5)分子生物学与信息科学、物理、化学的结合，将推动上述学科的发展。 8.染色体具备哪些作为遗传物质的特征?

（分数：3.00）

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解析：染色体具有如下作为遗传物质的特征：(1)分子结构相对稳定；(2)能够自我复制，使亲、子代之间保持连续性；(3)能指导蛋白质的合成，从而控制生命过程；(4)能产生可遗传的变异。 9.简述真核细胞内核小体的结构特点。

（分数：3.00）

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解析：核小体是由H 2 A、H 2 B、H 3 、H 4 各两个分子生成的八聚体和由大约200bpDNA组成的。八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而H 1 则在核小体的外面，每个核小体只有一个H 1 。核小体串联起来形成染色质细丝。

形成过程：两分子的H 3 和两分子的H 4 先形成四聚体，然后由H 2 A和H 2 B形成的异二聚体在该四聚体的两侧分别结合而形成八聚体。长146bp的DNA按左手螺旋盘绕在八聚体上1.8圈，形成核小体的核心颗粒，每圈约80bp。核心颗粒两端的DNA各有11bp与H 1 结合，形成完整的核小体。 10.请列举3项实验证据来说明为什么染色质中DNA与蛋白质分子是相互作用的。

（分数：3.00）

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解析：证据一：染色质DNA的T m 值比自由DNA高，说明在染色质中DNA极可能与蛋白质分子相互作用。 证据二：DNA酶Ⅰ(DNase Ⅰ)对对染色质DNA的消化远远慢于对纯DNA的作用。

证据三：在染色质状态下，由DNA聚合酶和RNA聚合酶催化的DNA复制和转录活性大大低于在自由DNA中的反应。

(证据四：用小球菌核酸酶处理染色质以后进行电泳，便可以得到一系列片段，这些被保留的DNA片段均为200bp基本单位的倍数)

11.简述组蛋白都有哪些类型的修饰，其功能分别是什么?

（分数：3.00）

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()

解析：组蛋白的修饰作用只发生在细胞周期的特定时间和组蛋白的特定位点上：包括甲基化、乙基化、磷酸化及泛素化等，所有这些修饰作用都有一个共同的特点：降低组蛋白所携带的正电荷，直接或间接影响基因的转录活性。甲基化可发生在组蛋白的Lys和Arg残基上，与基因激活或基因沉默有关；组蛋白的乙酰化主要发生在核心组蛋白上，呈现多样性，在含有活性基因的DNA结构域中，乙酰化程度更高，通过乙酰化/去乙酰化修饰调节基因转录水平，参与DNA修复、拼接和复制，参与染色体组装以及细胞的信号传导，与某些疾病的形成密切相关。磷酸化参与基因转录、DNA修复、细胞凋亡及染色体浓缩等过程。泛素化参与X染色体的失活，影响组蛋白的甲基化和基因的转录。 12.简述DNA的一、二、三级结构特征。

（分数：3.00）

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解析：DNA的一级结构即是指四种核苷酸的连接及排列顺序，表示该DNA分子的化学构成。其特点是：DNA分子由两条互相平行的脱氧核苷酸长链盘绕而成，DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排在外侧，构成基本骨架，碱基排列在内侧，两条链上的碱基通过氢键相结合，形成碱基对，它的组成有一定的规律。这就是嘌呤与嘧啶配对(A与T，G与C配对)。碱基之间的这种一一对应的关系叫碱基互补配对原则。由于碱基可以任何顺序排列,因此构成了DNA分子的多样性。

DNA二级结构是指两条多核苷酸链反相平行盘绕所生成的双螺旋盘绕结构。DNA有三种构象：A-DNA、B-DNA、Z-DNA，其中AB为右手构象，Z为左手构象，不同的构象具有不同的生物活性。B型为普遍存在的结构，其特点是：螺旋直径2nm，链间有螺旋形凹槽，较小的为小沟(1.2nm)，较大的为大沟(2.2nm)，碱基间距0.34nm，每轮碱基数10，碱基平面与纵轴垂直。

DNA的三级结构是指DNA双螺旋进一步扭曲盘旋所形成的特定空间结构，超螺旋结构是其主要形式。可分为正超螺旋和负超螺旋两类，它们在不同类型的拓扑异构酶作用下或特殊情况下可相互转变。 13.原核生物DNA具有哪些不同于真核生物DNA的特征?

（分数：4.00）

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解析：(1)结构简练。原核生物DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的，非编码序列极少，这与真核细胞DNA冗余现象完全不同。

(2)存在转录单元。原核生物DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因，往往丛集在基因组的一个或几个特定部位，形成功能单位或转录单元，其转录产物为多顺反子mRNA，而真核生物转录产物为单顺反子mRNA。 (3)有重叠基因。主要有三种情况：①一个基因完全在另一个基因里面；②部分重叠；③两个基因只有一个碱基对是重叠的。尽管这些重叠基因的DNA序列大致相同，但由于基因重叠部位一个碱基的变化可能影响后续肽链的全部序列，从而编码完全不同的蛋白质，而真核生物多为断裂基因。

14.DNA双螺旋结构是由谁提出来的?简述其发现的主要实验依据及其在现代分子生物学发展史中的意义。

（分数：4.00）

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解析：DNA的双螺旋结构模型是Watson和Crick于1953年提出的。其主要内容如下： (1)两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，两条链都为右手螺旋。

(2)脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在双螺旋外侧，彼此通过3\"，5\"-磷酸二酯键连接，构成DNA分子的基本骨架，碱基排列在双螺旋的内侧，碱基平面与纵轴垂直。

(3)双螺旋的平均直径为2.0nm，相邻碱基平面之间垂直距离为0.34nm，每10个碱基对旋转一圈，碱基对之间的螺距为3.4nm。

(4)在双螺旋的表面分别形成大沟和小沟。

(5)两条链借助碱基之间的氢键和碱基堆积力牢固结合，维持DNA结构的稳定性。

该模型的建立对促进分子生物学及分子遗传学的发展具有划时代意义。对DNA本身的复制机制、遗传信息的存储方式和遗传信息的表达、生物遗传稳定性和变异性等规律的阐明起了非常重要的作用。 15.DNA以何种方式进行复制?如何保证复制的准确性?

（分数：4.00）

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解析：双链DNA的复制大都以半保留方式进行的，通过“眼”型、θ型、滚环型或D-环型等以复制叉的形式进行。

(1)线性DNA双链的进行双向复制时，由于已知的DNA聚合酶和RNA聚合酶都只能从5\"端向3\"端移动，所以，复制叉处呈“眼”型。

(2)环状双链DNA的复制可分为θ型、滚环型和D-环型几种类型。

④θ型：大肠杆菌染色体DNA是环状双链DNA，它的复制是典型的“θ”型复制(由于形状像希腊字母θ)。从一个起点开始，同时向两个方向进行复制，当两个复制方向相遇时，复制就停止。

②滚环型：是单向复制的一种特殊方式，在噬菌体中很常见。DNA的合成由对正链原点的专一切割开始，所形成的自由5\"端被从双链环中置换出来并为单链DNA结合蛋白所覆盖，使其3\"-OH端在DNA聚合酶的作用下不断延伸。在这个过程中，单链尾巴的延伸与双链DNA的绕轴旋转同步进行。

⑧D-环型：也是单向复制的一种特殊方式，双链环在固定点解开进行复制，但两条链的合成是高度不对称的，最初仅以一条母链作为新链合成的模板，迅速合成出互补链，另一条链则成为游离的单链环(即D-环)。 维持DNA复制准确性的因素：

(1)内因：①按碱基配对原则进行DNA链的合成。②DNA聚合酶对碱基的识别作用，有利于选择正确的碱基掺入引物末端。③DNA聚合酶对底物的识别作用，可以先识别引物最后一个碱基是否正确，后识别参入的dNTP是否正确。④DNA聚合酶具有3\"→5\"外切酶的作用，可以校正阅读。⑤RNA引物最终被切除，提高了复制准确性。⑥复制完成后对错配碱基进行修复的酶系统。

(2)外因：Mn 和Mg 的比例、浓度对核苷酸还原酶活性的，确保细胞内四种dNTP在浓度上的平衡。 16.简述原核生物DNA的复制特点。

（分数：4.00）

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()

解析：(1)原核生物双链DNA都是以半保留方式遗传的，DNA的复制在整个细胞周期都能进行；(2)只有一个复制起点；(3)在起始点处解开形成复制叉，可以连续开始新的DNA复制，一个复制单元多个复制叉；(4)复制叉移动速度很快；(5)是半不连续的复制，需要多种酶和蛋白质的协同参与，都涉及拓扑异构酶、解旋酶、单链结合蛋白、引物合成酶、DNA聚合酶、连接酶等；(6)DNA聚合酶在组成和功能上与真核生物有很大的不同。

17.什么是DNA的Tm值?它受哪些因素的影响?

2+

2+

（分数：4.00）

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解析：DNA的T m 值：DNA的融解温度(melting temperature)，是指DNA在加热变性过程中，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度，或者说是核酸分子内50%的双螺旋结构被破坏时的温度，也称为DNA的解链温度。

影响Tm值的因素：

a．DNA的均一性——均一性高，则融解过程爆发的温度范围窄；

b．DNA分子中GC碱基对的含量——DNA分子中GC含量高，则T m 值大，两者的关系可表示为：T m =69.3+0.41(%G+C)。测定T m 值可推算DNA中碱基的百分组成。

c．DNA溶液的离子强度——离子强度高，T m 高，熔解温度范围窄；离子强度低，T m 低，熔解温度范围宽。

d．核酸分子的长度——一定条件下(相对较短的核酸分子)，T m 值大小还与核酸分子的长度有关。核酸分子越长，T m 值越大。

18.DNA复制时为什么前导链是连续复制，而后随链是以不连续的方式复制?并请以大肠杆菌为例简述后随链复制的各个步骤。

（分数：4.00）

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()

解析：因为DNA双螺旋的两条链是反向平行的，因此在复制叉附近解开的DNA链一条是5\"→3\"方向，另一条是3\"→5\"方向，两个模板的极性不同。且DNA聚合酶只有5\"→3\"聚合酶活性，而没有3\"→5\"聚合酶活性。这样在一条链上，DNA合成方向和复制叉移动方向相同，可以连续复制，而在另一条模板链上，DNA合成方向和复制叉移动方向却是相反的，必须在引物酶的作用下，先合成一段引物，在DNA聚合酶Ⅲ的作用下，在引物RNA的3\"端合成一段一段1至2kb的冈崎片段，然后由DNA聚合酶Ⅰ切除引物，相邻的片段之间的缺刻最后由连接酶封闭，这样以不连续的方式完成它的复制过程。

大肠杆菌DNA复制包括复制的起始、DNA片段的延长和复制的终止三个过程。具体如下：(1)复制起始：①复制叉的形成：复制蛋白DnaA识别大肠杆菌复制起始点(oriC)并与其结合，然后DnaC结合上去，允许解旋酶DnaB结合，将母链DNA分开，形成一个复制叉；在起始点出现复制泡，从起点向两个方向移动。②引物的形成：在后随链上，DNA引发酶(DnaG)与DnaB结合形成复合体，ATP水解驱动复合物沿模板链移动，促使母链分开，单链结合蛋白(SSB)与单链DNA相结合，DnaG催化合成短的RNA引物。(2)DNA片段的延长：DNA聚合酶Ⅲ从引物3\"-0H起，延伸冈崎片段，当聚合酶复合物遇到已经合成的冈崎片段引物时，延长反应停止；DNA聚合酶Ⅲ从DNA模板上解离下来。前导链则连续合成，直到终点。(3)DNA复制的终止：①DNA聚合酶Ⅰ去除引物，并填补留下的空隙。②DNA连接酶封闭缺口，完成链的合成。 19.真核生物DNA的复制在哪些水平上受到?

（分数：4.00）

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解析：真核生物DNA的复制在细胞周期、染色体水平以及复制子水平都可进行。细胞生活周期水平的，决定细胞停留在G 1 还是进入S期；染色体水平。决定不同染色体或同一染色体不同部位的复制子按一定顺序在S期进行复制；复制子水平的决定复制的起始与否，这种从单细胞生物到高等生物是高度保守的。

20.细胞通过哪几种修复系统对DNA损伤进行修复?

（分数：4.00）

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()

解析：细胞可以通过错配修复、重组修复、切除修复、直接修复和SOS反应等修复系统对DNA损伤进行修复。

21.什么是转座子?可分为哪些种类?

（分数：4.00）

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解析：转座子是存在于染色体DNA上可自主复制和位移的基本单位。参与转座子易位及DNA链整合的酶称为转座酶。可以分为两大类：插入序列(IS因子)和复合型转座子。 22.什么是SNP?SNP作为第三代遗传标记的优点是什么?

（分数：4.00）

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解析：SNP是single nucleotide polymorphism的缩写，中文译为单核苷酸多态性，指基因组DNA序列中由于单个核苷酸(A、T、C和G)的突变而引起的多态性。SNP是基因组中最简单、最常见的多态性形式，具有很高的遗传稳定性。

SNPs作为新一代遗传标记，具有快速高效的特点：(1)数量多且分布广泛；(2)SNP比STR扩增更可靠，不会产生假带，具有代表性；(3)能够稳定遗传；(4)可实现分析自动化减少研究时间。 23.什么是编码链?什么是模板链?

（分数：4.00）

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()

解析：编码链(coding strand)是指DNA双链中与mRNA的序列(在RNA中是以U取代了DNA中的T)和方向相同的那条DNA链，又称为有意义链(sense strand)。

模板链(template strand)是指DNA双链中能作为转录模板通过碱基互补配对原则指导mRNA前体合成的DNA链，又称反义链(antisense strand)。 24.简述RNA的种类及其生物学功能。

（分数：4.00）

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()

解析：生物体内主要有3种RNA：

①信使RNA(mRNA)：蛋白质翻译的模板，编码特定蛋白质序列；②转运RNA(tRNA)：能特异性解读mRNA中的遗传信息，将其转化成相应氨基酸后搬运到多肽链中；③核糖体RNA(rRNA)：核糖核蛋白体的组成成分，为蛋白质的合成提供场所。 25.RNA的结构有哪些特点?

（分数：4.00）

__________________________________________________________________________________________ 正确答案：()

解析：①RNA含有核糖和嘧啶(A、U)，一般以单链形式存在于生物体内；②RNA链可自身折叠，在局部形成双螺旋结构，RNA可以有多种茎-环结构，如发夹结构、凸结构或环结构，若碱基配对发生在不相邻的序列中，还可能形成“假结”；③RNA未配对的区域可以自由旋转，碱基和核糖磷酸骨架之间的相互作用可使RNA折叠成复杂的三级结构。

26.简述RNA转录的概念及其基本过程。

（分数：4.00）

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解析：转录(transcription)是指以DNA的一条链为模板在RNA聚合酶催化下，按照碱基配对原则，合成一条与DNA链的一定区段互补的RNA链的过程。

无论是原核细胞还是真核细胞，转录的基本过程都包括以下几个步骤：

(1)模板的识别：RNA聚合酶中的σ因子识别转录起始点，并促使核心酶结合形成全酶复合物。 (2)转录起始：RNA聚合酶全酶促使局部双链解开，并催化ATP或GTP与另外一个三磷酸核苷聚合，形成第一个3\"，5\"-磷酸二酯键。

(3)转录的延伸：σ因子从全酶上脱离，余下的核心酶继续沿DNA链移动，按照碱基互补原则，不断聚合RNA。

(4)终止：RNA转录合成的终止机制有两种：①依赖辅助因子的终止：由终止因子(ρ蛋白)识别特异的终止信号，并促使RNA的释放；②不依赖辅助因子的自动终止：模板DNA链在接近转录终止点处存在相连的富含GC和AT的区域，使RNA转录产物形成寡聚U及发夹形的二级结构，引起RNA聚合酶变构及移动停止，导致RNA转录的终止。

27.请比较复制与转录的异同点。

（分数：4.00）

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解析：相同点：①都在细胞核内进行；②都以DNA为模板；③遵循碱基互补配对的原则；④都是生成3\"-5\"磷酸二酯键，合成的新链都是由5\"→3\"方向延伸；⑤都需要有酶和蛋白质因子的参与，需要消耗能量；⑥聚合酶均具有校对功能。

不同点：①转录以DNA单链为模版，而复制以双链为模板；②转录无需引物，而复制需要先合成一段特异的RNA为引物；③转录和复制体系中所用的酶体系不同，复制以DNA聚合酶为主，而转录则以RNA聚合酶为主；④转录和复制的原料不同，复制原料为dNTP，转录则为NTP，配对的碱基不完全一样，转录中A对U，而复制中A对T，且转录体系中有次黄嘌呤碱基的引入；⑤DNA聚合酶具有较强的校对功能，RNA聚合酶的校对功能有限；⑥复制产物为DNA，而转录产物为RNA。 28.大肠杆菌的RNA聚合酶有哪些组成成分?各个亚基的作用如何?

（分数：4.00）

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解析：大肠杆菌RNA聚合酶由2个α亚基1个β亚基和1个β\"亚基和1个ω组成，称为核心酶。加上1个σ亚基后成为聚合酶全酶。

五种亚基的功能分别为，α亚基：可能与核心酶的组装及启动子识别有关，并参与RNA聚合酶和部分调节因子的相互作用。β亚基：含催化部位，起催化作用，催化形成磷酸二酯键。ω亚基：在全酶中存在，功能不清楚。β\"亚基：与DNA模板结合功能。σ亚基：负责模板链的选择和转录的起始，它是酶的别构效应物，使酶专一性识别模板链上的启动子。