邻的DNA片段。

（1）双链的解开 在DNA的复制原点，双股螺旋解开，成单链状态，形成复制叉，分别作为模板，各自合成其互补链。在复制叉上结合着各种各样与复制有关的酶和辅助因子。

（2）RNA引物的合成 引发体在复制叉上移动，识别合成的起始点，引发RNA引物的合成。移动和引发均需要由ATP提供能量。以DNA为模板按5′→3′的方向，合成一段引物RNA链。引物长度约为几个至10个核苷酸。在引物的5′端含3个磷酸残基，3′端为游离的羟基。

（3）DNA链的延长 当RNA引物合成之后，在DNA聚合酶Ⅲ的催化下，以四种脱氧核糖核苷5′-三磷酸为底物，在RNA引物的3′端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出PPi。DNA链的合成是以两条亲代DNA链为模板，按碱基配对原则进行复制的。亲代DNA的双股链呈反向平行，一条链是5′→3′方向，另一条链是3′→5′方向。在一个复制叉内两条链的复制方向不同，所以新合成的二条子链极性也正好相反。由于迄今为止还没有发现一种DNA聚合酶能按3′→5′方向延伸，因此子链中有一条链沿着亲代DNA单链的3′→5′方向（亦即新合成的DNA沿5′→3′方向）不断延长。

（4）切除引物，填补缺口，连接修复 当新形成的冈崎片段延长至一定长度，其3′-OH端与前面一条老片断的5′断接近时，在DNA聚合酶Ⅰ的作用下，在引物RNA与DNA片段的连接处切去RNA引物后留下的空隙，由DNA聚合酶Ⅰ催化合成一段DNA填补上；在DNA连接酶的作用下，连接相邻的DNA链；修复掺入DNA链的错配碱基。这样以两条亲代DNA链为模板，就形成了两个DNA双股螺旋分子。每个分子中一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的。

2．DNA复制复合体需要一系列的蛋白分子以便使复制叉移动，如果大肠杆菌在体外进 行DNA复制至少需要哪些组分？

答：至少需要DNA聚合酶III、解旋酶、SSB和引发酶。在体内需要拓扑异构酶。

3．简述中心法则。

答：在细胞分裂过程中通过DNA的复制把遗传信息由亲代传递给子代，在子代的个 体发育过程中遗传信息由DNA传递到RNA，最后翻译成特异的蛋白质；在RNA病毒 中RNA具有自我复制的能力，并同时作为mRNA，指导病毒蛋白质的生物合成；在致 癌RNA病毒中，RNA还以逆转录的方式将遗传信息传递给DNA分子。

4. 某细菌的染色体是环状的双链DNA分子，有5.2×106个碱基对。

(a)复制叉的移动速度是每秒1000个核苷酸，计算复制染色体所需的时间。

(b)在最适条件下，细菌繁殖一代仅需25分钟。如果DNA复制最快速度是每秒1000个核基酸，且染色体只含有一个复制起始点，解释为什么细胞能分裂得这么快。

答：(a)在复制原点形成两个复制叉，复制叉以相反的方向移动直到它们在原点对面的某一点相遇为止，因而每个复制体复制基因组的一半(2.6×106碱基对)，在每一个复制叉上，以1000个核苷酸/秒的速率合成两条新链(前导链和滞后链)(2000个核苷酸/秒等于1000个碱基对/秒)。所以复制全部的染色体需要2.6×106/1000 =2600秒 =43分20秒。 (b)尽管仅仅只有一个原点（O），但在前一个复制叉到达终点位置之前复制可以反复起始。因而在每一个双链DNA分子上存在着2个以上的复制叉。虽然复制一个染色体仍旧需要大约43分钟，但是由于起始的速率加快，完全复制一个染色体显得间隔更短了。

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5. 一条DNA有105个核苷酸残基，它的碱基组成为：A 21％，G 29％， C 29％，及T 21％，经DNA聚合酶复制得互补链。生成的双螺旋DNA为RNA聚合酶的模板，转录后得到有相同数目残基的新RNA链。 （a）试确定新合成的RNA的碱基组成。

（b）若RNA聚合酶从DNA新链仅转录2000碱基便停止。那么所得到的新的RNA的碱基组成如何？ 答：（a）A，21％；U，21％；C，29％；G，29％

（b）新链组成和原链可能一样也可能不一样

6. 紫外线照射后暴露于可见光中的细胞，其复活率为什么比紫外线照射后置于黑暗中的细胞高得多？

答：紫外线可以通过引起T残基的二聚化而破坏DNA，修复T二聚体的一中机制是由酶催化的光反应，该反应由光复活酶催化的，该酶利用来自可见光的能量切断该二聚体并且修复该DNA，所以细胞在紫外照射后暴露于可见光下比细胞保持在黑暗状态下更容易修复DNA。

7. 与RNA分子相比，为什么DNA分子更适合用于贮存遗传信息？

答： 因为DNA整个都是双链结构，但RNA或是单核苷酸链，或是具有局部双螺旋的单核苷酸链。双链结构使得生物体通过两条互补、反向平行的链精确地进行DNA复制。而RNA的结构做不到这一点。

8.答：简述DNA复制的基本规律。 （1）复制过程是半保留的。 （2）细菌或病毒DNA的复制通常是由特定的复制起始位点开始，真核细胞染色体DNA

复制则可以在多个不同部位起始。

（3）复制可以是单向的或是双向的，以双向复制较为常见，两个方向复制的速度不一

定相同。

（4）两条DNA链合成的方向均是从5→3’进行的。

（5）复制的大部分都是半不连续的，即其中一条前导链是相对连续的，滞后链则是不

连续的。

（6）各短片段在开始复制时，先形成短片段RNA作为DNA合成的引物，这一RNA

片段以后被切除，并用DNA填补余下的空隙。

9. 何为半保留复制?有何实验依据证明？

答：DNA复制时，以亲代 DNA 双链为模板，通过碱基互补方式合成子代 DNA ，这样新形成的子代 DNA 中，一条链来自亲代 DNA ，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制。

半保留复制的证明：1958年，Meselson 和 Stahl 将同位素 15N 标记的 15NH4Cl 加入大肠杆菌的培养基中培养很多代，使大肠杆菌的DNA都带上 15N 的标记；然后将该大肠杆菌转入14N 的普通培养基中培养后，分离子一代、子二代、子三代等 DNA ，再进行氯化铯密度梯度离心。结果显示，0代的DNA全部含15N的DNA分子，子一代的DNA是含15N－14N的较轻的DNA分子，子二代的DNA是一半含15N－14N的较轻的DNA分子，另一半是只含14N的最轻的DNA分子，子三代的DNA是四分之一含15N

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－14N的较轻的DNA分子，四分之三是含14N的最轻的DNA分子，该现象表明DNA复制是半保留方式进行的。

12 、RNA的合成与加工

四、问答题

1．简述RNA转录的过程？

答：RNA转录过程为起始位点的识别、起始、延伸、终止。

（1）起始位点的识别 RNA聚合酶先与DNA模板上的特殊启动子部位结合，σ因子起着识别DNA分子上的起始信号的作用。在σ亚基作用下帮助全酶迅速找到启动子，并与之结合生成较松弛的封闭型启动子复合物。这时酶与DNA外部结合，识别部位大约在启动子的-35位点处。接着是DNA构象改变活化，得到开放型的启动子复合物，此时酶与启动子紧密结合，在-10位点处解开DNA双链，识别其中的模板链。由于该部位富含A-T碱基对，故有利于DNA解链。开放型复合物一旦形成，DNA就继续解链，酶移动到起始位点。

（2）起始留在起始位点的全酶结合第一个核苷三磷酸。第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。形成的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起始复合物，第一个核苷酸掺入的位置称为转录起始点。这时σ亚基被释放脱离核心酶。

（3）延伸 从起始到延伸的转变过程，包括σ因子由缔合向解离的转变。DNA分子和酶分子发生构象的变化，核心酶与DNA的结合松弛，核心酶可沿模板移动，并按模板序列选择下一个核苷酸，将核苷三磷酸加到生长的RNA链的3′-OH端，催化形成磷酸二酯键。转录延伸方向是沿DNA模板链的3′→5′方向按碱基酸对原则生成5′→3′的RNA产物。RNA链延伸时，RNA聚合酶继续解开一段DNA双链，长度约17个碱基对，使模板链暴露出来。新合成的RNA链与模板形成RNA-DNA的杂交区，当新生的RNA链离开模板DNA后，两条DNA链则重新形成双股螺旋结构。

（4） 终止 在DNA分子上有终止转录的特殊碱基顺序称为终止子，它具有使RNA聚合酶停止合成RNA和释放RNA链的作用。这些终止信号有的能被RNA聚合酶自身识别，而有的则需要有ρ因子的帮助。ρ因子是一个四聚体蛋白质，它能与RNA聚合酶结合但不是酶的组分。它的作用是阻RNA聚合酶向前移动，于是转录终止，并释放出已转录完成的RNA链。对于不依赖于ρ因子的终止子序列的分析，发现有两个明显的特征：即在DNA上有一个15～20个核苷酸的二重对称区，位于RNA链结束之前，形成富含G-C的发夹结构。接着有一串大约6个A的碱基序列它们转录的RNA链的末端为一连串的U。寡聚U可能提供信号使RNA聚合酶脱离模板。在真核细胞内，RNA的合成要比原核细胞中的复杂得多。

2．简述原核细胞和真核细胞的RNA聚合酶有何不同？ 答：（1）原核细胞大肠杆菌的RNA聚合酶研究的较深入。这个酶的全酶由5种亚基

（α2ββ′δω）组成，还含有2个Zn原子。在RNA合成起始之后，δ因子便与全酶分离。不含δ因子的酶仍有催化活性，称为核心酶。δ亚基具有与启动子结合的功能，β亚基催化效率很低，而且可以利用别的DNA的任何部位作模板合成RNA。加入δ因子后，则具有了选择起始部位的作用，δ因子可能与核心酶结合，改变其构象，从而使它能特异地识别DNA模板链上的起始信号。

（2）真核细胞的细胞核内有RNA聚合酶I、II和III，通常由4～6种亚基组成，

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并含有Zn2+。RNA聚合酶I存在于核仁中，主要催化rRNA前体的转录。RNA聚合酶Ⅱ和Ⅲ存在于核质中，分别催化mRNA前体和小分子量RNA的转录。此外线粒体和叶绿体也含有RNA聚合酶，其特性类似原核细胞的RNA聚合酶。

3．为什么RNA易被碱水解，而DNA不容易被碱水解？

答：因为RNA含有的2ˊ-OH起到分子内催化剂作用，水解能形成中间产物2ˊ,3ˊ-环状中间产物，而DNA不含2ˊ-OH。

4．下列是DNA的一段碱基序列。AGCTTGCAACGTTGCATTAG

（a）写出DNA聚合酶以上面的DNA片段为模板，复制出的DNA碱基序列。 （b）以（a）中复制出的DNA碱基序列为模板，在RNA聚合酶催化下，转录出的mRNA的碱基序列。 答：（a）5ˊ-CTAATGCAACGTTGCAAGCT-3ˊ （b）5ˊ-AGCUUGCAACGUUGCAUUAG-3ˊ

5．3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸是ATP的类似物，假设它相似到不能被RNA聚合酶识别。如果在RNA转录时细胞中存在少量的该物质，会有什么现象？ 答：如果3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸被RNA聚合酶错当成ATP，它将会进入到生长中的RNA链，然而因为3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸缺少一个3ˊ-羟基基团，在聚合反应中它不能与下一个核苷三磷酸反应，因而在转录过程中将3ˊ-脱氧腺苷-5ˊ-三磷酸引入将会导致提前链终止,同时如果该药品大量存在时细胞将死亡。

6．自我拼接反应和RNA作为催化剂的反应之间的区别是什么？ 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

这一反应中转录本是被永久地修饰了，因此它不是一个真正的催化剂。

核糖核酸酶P的RNA组分能够切除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。

7．真核细胞mRNA加工过程包括哪四步？

答： （1）5ˊ加帽、3ˊ聚腺苷酸化、RNA剪接和转运出核。 5ˊ加帽和3ˊ聚腺苷酸化在剪接和转运之前。

8．逆转录酶的发现和利用是现代分子生物学的革命，其重要意义体现在？ 答： 导致了cDNA克隆生物技术的诞生。能够由克隆的cDNA表达蛋白。

9．与DNA聚合酶不同，RNA聚合酶没有校正活性，试解释为什么缺少校正功能对细胞并无害处。

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，但是错误的RNA分子将不可能影响细胞的生存，因为从一个基因合成的RNA的绝大多数拷贝是正常的。就mRNA分子来说，按照含有错误的mRNA转录本合成的错误的蛋白质的数量只占所合成蛋白质总数的百分比很小，另一方面，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。

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