生物化学试题及答案 下载本文

移动的快慢顺序如何? ② 将四种核苷酸吸附于阴离子交换柱上时,应将溶液调到什么pH?③ 如果用逐渐降低pH的洗脱液对阴离子交换树脂上的四种核苷酸进行洗脱分离,其洗脱顺序如何?为什么?

解答:① 电泳分离4种核苷酸时应取pH3.5 的缓冲液,在该pH时,这4种单核苷酸之间所带负电荷差异较大,它们都向正极移动,但移动的速度不同,依次为:UMP>GMP>AMP>CMP;② 应取pH8.0,这样可使核苷酸带较多负电荷,利于吸附于阴离子交换树脂柱。虽然pH 11.4时核苷酸带有更多的负电荷,但pH过高对分离不利。③ 当不考虑树脂的非极性吸附时,根据核苷酸负电荷的多少来决定洗脱速度,则洗脱顺序为CMP>AMP> GMP > UMP,但实际上核苷酸和聚苯乙烯阴离子交换树脂之间存在着非极性吸附,嘌呤碱基的非极性吸附是嘧啶碱基的3倍。静电吸附与非极性吸附共同作用的结果使洗脱顺序为:CMP> AMP > UMP >GMP。

2.为什么DNA不易被碱水解,而RNA容易被碱水解?

解答:因为RNA的核糖上有2?-OH基,在碱作用下形成2?,3?-环磷酸酯,继续水解产生2?-核苷酸和3?-核苷酸。DNA的脱氧核糖上无2?-OH基,不能形成碱水解的中间产物,故对碱有一定抗性。

3.一个双螺旋DNA分子中有一条链的成分[A] = 0.30,[G] = 0.24,① 请推测这一条链上的[T]和[C]的情况。② 互补链的[A],[G],[T]和[C]的情况。

解答: ① [T] + [C] = 1–0.30–0.24 = 0.46;② [T] = 0.30,[C] = 0.24,[A] + [G] = 0.46。 4.对双链DNA而言,① 若一条链中(A + G)/(T + C)= 0.7,则互补链中和整个DNA分子中(A+G)/(T+C)分别等于多少?② 若一条链中(A + T)/(G + C)= 0.7,则互补链中和整个DNA分子中(A + T)/(G + C)分别等于多少 ?

解答:① 设DNA的两条链分别为α和β则: Aα= Tβ,Tα= Aβ,Gα= Cβ,Cα= Gβ,因为:(Aα+ Gα)/(Tα+ Cα)= (Tβ+ Cβ)/(Aβ+ Gβ)= 0.7, 所以互补链中(Aβ+ Gβ)/(Tβ+ Cβ)= 1/0.7 =1.43;在整个DNA分子中,因为A = T, G = C,所以,A + G = T + C,(A + G)/(T + C)= 1;② 假设同(1),则Aα+ Tα= Tβ+ Aβ,Gα+ Cα= Cβ+ Gβ,所以,(Aα+ Tα)/(Gα+ Cα)=(Aβ+ Tβ)/(Gβ+ Cβ)= 0.7 ;在整个DNA分子中,(Aα+ Tα+ Aβ+ Tβ)/(Gα+Cα+ Gβ+Cβ)= 2(Aα+ Tα)/2(Gα+Cα)= 0.7

5.T7噬菌体DNA(双链B-DNA)的相对分子质量为2.5×107,计算DNA链的长度(设核苷酸对的平均相对分子质量为640)。

解答:0.34 ×(2.5×107/640)= 1.3 × 104nm = 13μm。

6.如果人体有1014个细胞,每个体细胞的DNA含量为6.4 × 109个碱基对。试计算人体DNA的总长度是多少?是太阳―地球之间距离(2.2 × 109 km)的多少倍?已知双链DNA每1000个核苷酸重1 ×10-18g,求人体DNA的总质量。

解答:每个体细胞的DNA的总长度为:6.4 × 109 × 0.34nm = 2.176 × 109 nm = 2.176m,

人体内所有体细胞的DNA的总长度为:2.176m×1014 = 2.176×1011km,这个长度与太阳―地球之间距离(2.2×109 km)相比为:2.176 × 1011/2.2 × 109 = 99倍,每个核苷酸重1 × 10-18g/1000 = 10-21g,所以,总DNA 6.4 × 1023 × 10-21 = 6.4 × 102 = 640g。

7.有一个X噬菌体突变体的DNA长度是15μm,而正常X噬菌体DNA的长度为17μm,计算突变体DNA中丢失掉多少碱基对?

解答:(17–15)× 103/0.34 = 5.88 × 103bp 8.概述超螺旋DNA的生物学意义。

解答: ① 超螺旋DNA比松弛型DNA更紧密,使DNA分子的体积更小,得以包装在细胞内;② 超螺旋会影响双螺旋分子的解旋能力,从而影响到DNA与其他分子之间的相互作用;③ 超螺旋有利于DNA的转录、复制及表达调控。

9.为什么自然界的超螺旋DNA多为负超螺旋?

解答:环状DNA自身双螺旋的过度旋转或旋转不足都会导致超螺旋,这是因为超螺旋将使分子能够释放由于自身旋转带来的应力。双螺旋过度旋转导致正超螺旋,而旋转不足将导致负超螺旋。虽然两种超螺旋都能释放应力,但是负超螺旋时,如果发生DNA解链(即氢链断开,部分双螺旋分开)就能进一步释放应力,而DNA转录和复制需要解链。因此自然界环状DNA采取负超螺旋,这可以通过拓扑异构酶的操作实现。

10.真核生物基因组和原核生物基因组各有哪些特点?

解答: 不同点: ① 真核生物DNA含量高,碱基对总数可达10 ,且与组蛋白稳定结合形成染色体,具有多个复制起点。原核生物DNA含量低,不含组蛋白,称为类核体,只有一个复制起点。 ② 真核生物有多个呈线形的染色体;原核生物只有一条环形染色体。③ 真核生物DNA中含有大量重复序列,原核生物细胞中无重复序列。④ 真核生物中为蛋白质编码的大多数基因都含有内含子(有断裂基因);原核生物中不含内含子。⑤ 真核生物的RNA是细胞核内合成的,它必须运输穿过核膜到细胞质才能翻译,这样严格的空间间隔在原核生物内是不存在的。⑥ 原核生物功能上密切相关的基因相互靠近,形成一个转录单位,称操纵子,真核生物不存在操纵子。⑦ 病毒基因组中普遍存在重叠基因,但近年发现这种情况在真核生物也不少见。相同点:都是由相同种类的核苷酸构成的的双螺旋结构,均是遗传信息的载体,均含有多个基因。

11.如何看待RNA功能的多样性?它的核心作用是什么?

解答:RNA的功能主要有: ① 控制蛋白质合成;② 作用于RNA转录后加工与修饰;③ 参与细胞功能的调节;④ 生物催化与其他细胞持家功能;⑤遗传信息的加工;⑥可能是生物进化时比蛋白质和DNA更早出现的生物大分子。其核心作用是既可以作为信息分子又可以作为功能分子发挥作用。

12.什么是DNA变性?DNA变性后理化性质有何变化?

解答:DNA双链转化成单链的过程称变性。引起DNA变性的因素很多,如高温、超声波、

11

强酸、强碱、有机溶剂和某些化学试剂(如尿素,酰胺)等都能引起变性。 DNA变性后的理化性质变化主要有:① 天然DNA分子的双螺旋结构解链变成单链的无规则线团,生物学活性丧失;② 天然的线型DNA分子直径与长度之比可达1∶10,其水溶液具有很大的黏度。变性后,发生了螺旋-线团转变,黏度显著降低;③ 在氯化铯溶液中进行密度梯度离心,变性后的DNA浮力密度大大增加,故沉降系数S增加;④ DNA变性后,碱基的有序堆积被破坏,碱基被暴露出来,因此,紫外吸收值明显增加,产生所谓增色效应。⑤ DNA分子具旋光性,旋光方向为右旋。由于DNA分子的高度不对称性,因此旋光性很强,其[a] = 150。当DNA分子变性时,比旋光值就大大下降。

13.哪些因素影响Tm值的大小?

解答:影响Tm的因素主要有:① G-C对含量。G-C对含3个氢键,A-T对含2个氢键,故G-C对相对含量愈高,Tm亦越高(图3-29)。在0.15mol/L NaCl,0.015mol/L柠檬酸钠溶液(1×SSC)中,经验公式为:(G+C)% =(Tm - 69.3)× 2.44。② 溶液的离子强度。离子强度较低的介质中,Tm较低。在纯水中,DNA在室温下即可变性。分子生物学研究工作中需核酸变性时,常采用离子强度较低的溶液。③ 溶液的pH。高pH下,碱基广泛去质子而丧失形成氢键的有力,pH大于11.3时,DNA完全变性。pH低于5.0时,DNA易脱嘌呤,对单链DNA进行电泳时,常在凝胶中加入NaOH以维持变性关态。④ 变性剂。甲酰胺、尿素、甲醛等可破坏氢键,妨碍碱堆积,使Tm下降。对单链DNA进行电泳时,常使用上述变性剂。

14.哪些因素影响DNA复性的速度?

解答:影响复性速度的因素主要有:① 复性的温度,复性时单链随机碰撞,不能形成碱基配对或只形成局部碱基配对时,在较高的温度下两链重又分离,经过多次试探性碰撞才能形成正确的互补区。所以,核酸复性时温度不宜过低,Tm-25℃是较合适的复性温度。② 单链片段的浓度,单链片段浓度越高,随机碰撞的频率越高,复性速度越快。③ 单链片段的长度,单链片段越大,扩散速度越慢,链间错配的概率也越高。因面复性速度也越慢,即DNA的核苷酸对数越多,复性的速度越慢,若以 C0为单链的初始浓度,t为复性的时间,复性达一半时的C0t值称C0t1/2,该数值越小,复性的速度越快。④ 单链片段的复杂度,在片段大小相似的情况下,片段内重复序列的重复次数越多,或者说复杂度越小,越容易形成互补区,复性的速度就越快。真核生物DNA的重复序列就是复生动力学的研究发现的,DNA的复杂度越小,复性速度越快。

15.概述分子杂交的概念和应用领域。

解答:在退火条件下,不同来源的DNA互补区形成双链,或DNA单链和RNA单链的互补区形成DNA-RNA杂合双链的过程称分子杂交。通常对天然或人工合成的DNA或RNA片段进行放射性同位素或荧光标记,做成探针,经杂交后,检测放射性同位素或荧光物质的位置,寻找与探针有互补关系的DNA或RNA。直接用探针与菌落或组织细胞中的核酸杂交,因未改变核酸所在的位置,称原位杂交技术。将核酸直接点在膜上,再与探针杂交称点杂交,使用

狭缝点样器时,称狭缝印迹杂交。该技术主要用于分析基因拷贝数和转录水平的变化,亦可用于检测病原微生物和生物制品中的核酸污染状况。杂交技术较广泛的应用是将样品DNA切割成大小不等的片段,经凝胶电泳分离后,用杂交技术寻找与探针互补的DNA片段。由于凝胶机械强度差,不适合于杂交过程中较高温度和较长时间的处理,Southern 提出一种方法,将电泳分离的DNA片段从凝胶转移到适当的膜(如硝酸纤维素膜或尼龙膜)上,在进行杂交操作,称Southern印迹法,或Southern杂交技术。随后,Alwine等提出将电泳分离后的变性RNA吸印到适当的膜上再进行分子杂交的技术,被戏称为 Northern印迹法,或Northern杂交。分子杂交广泛用于测定基因拷贝数、基因定位、确定生物的遗传进化关系等。Southern杂交和Northern杂交还可用于研究基因变异,基因重排,DNA多态性分析和疾病诊断。杂交技术和PCR技术的结合,使检出含量极少的DNA成为可能。促进了杂交技术在分子生物学和医学领域的广泛应用。DNA芯片技术也是以核酸的分子杂交为基础的。

16.概述核酸序列测定的方法和应用领域。

解答:DNA的序列测定目前多采用Sanger提出的链终止法,和Gilbert提出的化学法。其中链终止法经不断改进,使用日益广泛。链终止法测序的技术基础主要有:① 用凝胶电泳分离DNA单链片段时,小片段移动,大片段移动慢,用适当的方法可分离分子大小仅差一个核苷酸的DNA片段。② 用合适的聚合酶可以在试管内合成单链DNA模板的互补链。反应体系中除单链模板外,还应包括合适的引物,4种脱氧核苷三磷酸和若干种适量的无机离子。如果在4个试管中分别进行合成反应,每个试管的反应体系能在一种核苷酸处随机中断链的合成,就可以得到4套分子大小不等的片段,如新合成的片段序列为-CCATCGTTGA-,在A处随机中断链的合成,可得到-CCA和-CCATCGTA两种片段,在G处中断合成可得到-CCATCG和-CCATCGTTG两种片段。在C和T处中断又可以得到相应的2套片段。用同位素或荧光物质标记这4套新合成的链,在凝胶中置于4个泳道中电泳,检测这4套片段的位置,即可直接读出核苷酸的序列。 在特定碱基处中断新链合成最有效的办法,是在上述4个试管中按一定比例分别加入一种相应的2?,3?-双脱氧核苷三磷酸(ddNTP),由于ddNTP的3?位无-OH,不可能形成磷酸二酯键,故合成自然中断。如上述在A处中断的试管内,既有dATP,又有少量的ddATP,新合成的-CCA链中的A如果是ddAMP,则链的合成中断,如果是dAMP,则链仍可延伸。因此,链中有几个A,就能得到几种大小不等的以A为末端的片段。如果用放射性同位素标记新合成的链,则4个试管中新合成的链在凝胶的4个泳道电泳后,经放射自显影可检测带子的位置,由带子的位置可以直接读出核苷酸的序列。采用T7测序酶时,一次可读出400多个核苷酸的序列。近年采用4种射波长不同的荧光物质分别标记4种不同的双脱氧核苷酸,终止反应后4管反应物可在同一泳道电泳,用激光扫描收集电泳信号,经计算机处理 可将序列直接打印出来。采用毛细管电泳法测序时,这种技术一次可测定700个左右核苷酸的序列,一台仪器可以有几十根毛细管同时进行测序,且电泳时间大大缩短,自动测序技术的进步加快了核酸测序的步伐,现已完成了包括人类在内的几十个物种的基因组测