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解答：RNA聚合酶全酶与DNA模板的结合比核心酶紧密得多。RNA合成起始之后，突变的σ因子不能及时解离，极大地降低了RNA聚合酶沿模板移动的速度。因此该突变株的RNA合成比野生型慢得多。

11．一个正在旺盛生长的大肠杆菌细胞内约含15?000个核糖体。① 如果rRNA前体的基因共含有5000对核苷酸残基，若转录反应从5′–NMP和ATP开始，生成这么多rRNA共需消耗多少分子ATP？② 如果这些能量由葡萄糖的有氧氧化提供，共需消耗多少分子葡萄糖？

解答：① 15?000×5000×2=1.5×108个ATP分子；

② （1.5×108）/32=4.69×106个葡萄糖分子。

12．鸡卵清蛋白基因为7700 bp，经转录后加工从前体分子中剪去内含子，拼接成1872 nt的成熟mRNA，其中卵清蛋白的编码序列含1164 nt(包括一个终止密码子)。如果戴帽和内部修饰消耗的能量忽略不计，计算从转录出mRNA前体到最后加工成一个成熟的卵清蛋白mRNA(假定3′端还有200个腺苷酸残基组成的尾巴)需要消耗多少分子ATP？

解答：从卵白蛋清基因转录出的前体mRNA应含7700个核苷酸残基，另外有200个腺苷酸残基组成的尾巴，因为dNMP + 2ATP → dNTP + 2ADP，所以每掺入一个残基相当于消耗两分子ATP。如果戴帽和内部修饰消耗的能量忽略不计，这个基因转录和加工共需消耗的ATP数为：（7700 + 200）× 2 = 1.58 × 104个ATP分子。

13．与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶没有校正活性，试解释为什么RNA聚合酶缺少校正功能对细胞并无很大害处。 解答：RNA聚合酶缺少校正活性，从而使转录错误率远远高于DNA复制的错误率，但是因为从一个基因合成的RNA的绝大多数的拷贝是正常的，错误的RNA分子将不可能影响到细胞的生存。就mRNA分子来说，按照含有错误的mRNA翻译的错误的蛋白质数量只占所合成蛋白总数的很小百分比。另外，在转录过程中生成的错误可以很快去除，因为大多数的mRNA分子的半衰期很短。

14．自我拼接反应和RNA作为催化剂的反应之间的区别是什么？

解答：四膜虫的rRNA的初始转录产物经过一个自剪切反应失去了它的间插序列。因为在这一反应中转录物被永久的修饰了，因此它不是一个真正的催化剂。核糖核酸酶P的RNA组分能够切割tRNA前体分子，并且在反应结束时仍旧保持不变，因而它称得上是一个真正的催化剂。

15．DNA和RNA各有几种合成方式，各由什么酶催化新链的合成？

解答：① DNA → DNA， 其中DNA半不连续复制需要DNA聚合酶III、DNA聚合酶I和DNA连接酶；DNA修复合成需要DNA聚合酶I、DNA连接酶。② RNA → DNA，需要逆转录酶。③ RNA合成包括：DNA → RNA，需要RNA聚合酶；RNA → RNA，需要RNA复制酶； RNA → DNA → RNA需要RNA转录酶和RNA聚合酶。

15 蛋白质的生物合成

1．一个编码蛋白质的基因，由于插入一段4个核苷酸序列而被破坏的功能，是否可被一个核苷酸的缺失所恢复？解释原因。 解答：一个编码蛋白质的基因，如果插入4个核苷酸序列，就会发生移码突变，即从插入处开始此蛋白质的氨基酸顺序都发生了变化，导致此蛋白质功能的丧失。但如果在此插入段相邻处缺失一个核苷酸，此蛋白质仅在插入处的几个氨基酸发生了改变，如果此变异不是蛋白质发挥功能必需的部位，那么此蛋白质可能恢复其功能。

2．一个双螺旋DNA片段的模板链含有顺序： 5￠GTTAACACCCCTGACTTCGCGCCGTCG 3￠

(a)写出从这条链转录产生的mRNA的碱基顺序；

(b)从(a)中的mRNA的5￠-末端开始翻译产生的肽链的氨基酸顺序是什么?（参考密码表）

(c)合成此多肽需消耗多少ATP 解答：（a）转录产生mRNA的碱基顺序为：

5￠-CGACGGCGCGAAGUCAGGGGUGUUAAC-3￠ (b) Arg-Arg-Arg-Glu-Val-Arg-Gly-Val-Lys（不考虑起始密码和终止密码） (c) 在蛋白质合成过程中，每个氨基酸活化消耗2个高能键（ATP→AMP），进位和转肽各需要1个GTP，每往肽链中加入1个氨基酸要消耗4个ATP，所以以上肽链合成需要9×4=36个ATP （不考虑起始和终止）。

3．原核生物是如何区分AUG是起始密码还是多肽链内部Met的密码的?

解答：原核生物在起始密码上游约10个核苷酸处(即-10区)通常有一段富含嘌呤的序列，称为SD序列（Shine-Dalgain sequence）。SD序列可以与小亚基16S rRNA 3′-末端的序列互补，使mRNA与小亚基结合，使得核糖体能够识别正确的起始密码AUG。而多肽链内部Met的密码前没有SD序列。

4．原核生物蛋白质合成体系由哪些物质组成？各起什么作用？ 解答：原核生物蛋白质合成体系的物质组成和作用。详见15.1。 6．试比较原核生物与真核生物在蛋白质合成上的差异。 解答：（1）原核生物转录和翻译同步进行，真核生物转录产物要加工后才进行翻译。

（2）原核生物核糖体为70S，由50S与30S两个亚基组成；真核生物核糖体为80S，由60S与40S两个亚基组成。 （3）原核生物的蛋白质合成起始于甲酰甲硫氨酸，需起始因子IF-1、IF-2、 IF-3及GTP、Mg2+参加。真核生物的蛋白质合成起始于甲硫氨酸，起始因子为 eIF-1、eIF-2、eIF-3、eIF-4、eIF-5和eIF-6。

（4）原核生物在起始密码上游的SD序列可以与小亚基16S rRNA 3′-末端的序列互补，从而确定起始密码的位置。真核生物核糖体与mRNA 5′-末端的帽子结构结合之后，通过消耗ATP的扫描机制向3￠ 端移动来寻找起始密码。

（5）原核生物的延长因子有EF-Ts、EF-Tu和EF-G。真核生物的延长因子是eEF-1和eEF-2。 （6）肽链合成的终止需要有肽链释放因子。原核生物释放因子有3种：RF-1、RF-2、RF-3。RF-1识别终止密码UAA、UAG，RF-2识别终止密码UAA、UGA，RF-3是一种与GTP形成复合体的GTP结合蛋白，它不参与终止密码的识别，但是可促进核糖体与RF-1、RF-2的结合。在真核生物中，仅1种释放因子eRF，它可以识别3种终止密码。

7．何谓信号肽理论?

解答：蛋白质的定向转运机制，普遍被人接受的是D.Salatini和G.Blobel提出的信号肽理论。此理论认为多肽链中的信号序列控制蛋白质在细胞内的转移与定位。详见15.5。

8．密码子的简并性和摆动性有何生物学意义？

解答：tRNA上的反密码子与mRNA的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基是严格按照碱基配对原则进行的，而第三位碱基配对则可以不按照碱基配对原则进行，这种现象称为摆动性（wobble）。详见15.1.1.2。由于摆动性的存在，合理的解释了密码子的简并性，同时也使基因突变造成的危害程度降至最低。

9．蛋白质合成后的加工有哪些方式？

解答：蛋白质合成后要经历下述加工过程才能成为有生物活性的蛋白质。① N端甲酰基或N端氨基酸的切除； ② 信号肽

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的切除； ③ 氨基酸的修饰； ④ 二硫键的形成； ⑤ 糖链的连接； ⑥ 蛋白质的剪切； ⑦ 辅基的附加； ⑧ 多肽链的正确折叠。详见15.3。

16 物质代谢的调节控制

1．哪些化合物是联系糖类、脂质、蛋白质和核酸代谢的重要物质?为什么? 解答：详见本章引言和图16-1，并结合各代谢章节的内容加以总结归纳。 2．举例说明代谢途径的反馈调节。

解答：反馈调节主要是指在酶促反应系统中的最终产物对起始步骤的酶活性的调节作用。凡最终产物抑制起始步骤酶的活性的作用称为负反馈或反馈抑制；凡最终产物激活起始步骤酶的活性的作用称为正反馈。详见16.1.1.1“反馈调节”。

3．何谓酶活性的共价修饰调节。 解答：共价调节酶可通过其他酶对其肽链上某些基团进行共价修饰，使酶处于活性与无活性的互变状态，从而调节酶的活性，这种调节方式称为共价修饰调节作用。目前已知有6种类型的可逆共价修饰作用，(1)磷酸化／脱磷酸化；(2)乙酰化／脱乙酰化；(3)腺苷酰化／脱腺苷酰化；(4)尿苷酰化／脱尿苷酰化；(5) 甲基化／脱甲基化；(6) S—S／SH相互转变。详见16.1.1.3 “共价修饰调节作用”。

4．何谓操纵子?根据操纵子模型说明酶合成的诱导和阻遏。

解答：所谓操纵子是原核细胞基因表达的协调单位。操纵子由一组在功能上相关的结构基因和控制位点所组成。控制位点包括启动基因和操纵基因。此控制位点可受调节基因产物的调节。详见16.1.2.1“原核生物基因表达调节乳糖操纵子和色氨酸操纵子模型”。

5．说明衰减子的作用机制和生物学意义。

解答：色氨酸合成途径中除了阻遏蛋白对操纵基因的阻遏调节外，还存在色氨酸操纵子中衰减子所引起的衰减调节。衰减调节是在转录水平调节基因表达，它可使转录终止或减弱，衰减调节比阻遏作用是更为精细的调节。阻遏作用是控制转录的起始。衰减调节控制转录不能继续进行下去。转录衰减作用是转录能正常开始，但是转录过程可因细胞内氨基酸浓度升高而使转录中止的一种调节机制。细节见16.1.2.1“原核生物基因表达调节”。

6．为什么说阻遏蛋白对乳糖操纵子起负调节作用，而在降解物阻遏中的调节蛋白CAP起正调节作用?

解答：当无诱导物乳糖存在时，调节基因编码的阻遏蛋白处于活性状态，阻遏蛋白可与操纵基因相结合，阻止了RNA聚合酶与启动基因的结合，使结构基因(Z、Y、A)不能编码参与乳糖分解代谢的3种酶，既乳糖操纵子关闭，因此阻遏蛋白为负调控因子。但在大肠杆菌中含有一个称为代谢产物活化蛋白(CAP)，又称cAMP受体蛋白(CRP)，CAP及cAMP，都是lac mRNA合成所必需的， CAP能够与cAMP形成复合物，cAMP-CAP复合物结合在乳糖操纵子的启动基因上，可促进转录的进行。因此cAMP-CAP是一个不同于阻遏蛋白的正调控因子。

7．简述真核生物的基因表达调控。

解答：真核生物基因表达，在多层次并受多种因子协同调节控制，是一种多级调控方式。包括：①转录前调节；②转录调节；③转录后加工的调节；④转运调节；⑤翻译调节；⑥mRNA降解的调节；⑦翻译后加工的调节。详见16.1.2.2。

8．举例说明激素与细胞代谢调节的关系。

解答：详见16.3.1激素对代谢的调节和各物质代谢章节中有关激素调节的相关例子。 9．生物体内的代谢调节可在哪3个水平上进行？各通过什么方式进行调节的？

解答：代谢的调节是在3个不同水平上进行的。即：分子水平的调节、细胞水平的调节、多细胞整体水平的调节。

①分子水平的调节即酶水平的调节。生物体内的代谢过程绝大多数是由酶催化的化学反应组成的，这些反应又是在精致的调节机制控制下进行的。酶水平的调节是代谢最基本的调节。根据调节作用的性质和时间的快慢、酶水平的调节可以分成两大类：即酶活性的调节和酶浓度的调节。酶活性的调节包括酶的别构效应和共价修饰两种方式，它属于快速调节。而酶浓度的调节合成则属于基因表达调节，是慢速调节。

②细胞具有精细的结构。各类酶在细胞中有各自的空间分布，因而使不同代谢途径分别在细胞的不同部位进行。

③多细胞整体水平的调节是随着生物进化而发展起来的调节机制，植物出现了激素水平的调节，而动物不但有激素水平的调节而且还出现了更加完善的神经水平的调节，但高级水平的神经和激素的调节仍然是以分子水平和细胞水平的原始调节为基础的。

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