转化成腺苷酸时，由腺苷琥珀酸合成酶催化的反应又另外消耗1mol GTP。所以，从核糖-5-磷酸合成1mol腺苷酸需要消耗7mol ATP。② 补救途径合成腺苷酸反应为：腺嘌呤 + 核糖-5-磷酸 → 腺苷+Pi ，腺苷 + ATP → AMP + ADP ,可见从腺嘌呤补救途径合成1mol腺苷酸只消耗1mol ATP，比从头合成核糖-5-磷酸节省6mol ATP 。
3．使用放射性标记的尿苷酸可标记DNA分子中所有的嘧啶碱基，而使用次黄苷酸可标记DNA分子中所有的嘌呤碱基，试解释以上的结果。 解答：使用放射性标记尿苷酸后，尿苷酸（UMP）→UDP→CTP→CDP→dCDP→dCTP；UDP→dUDP→dUMP→dTMP→dTDP→dTTP。放射性标记次黄苷酸后，次黄苷酸（IMP）→GMP→GDP→dGDP→dGTP；次黄苷酸（IMP）→腺苷琥珀酸→AMP→ADP→dADP→dATP。 4．为便于筛选经抗原免疫的B细胞和肿瘤细胞的融合细胞，选用次黄嘌呤–鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷(HGPRT–)的肿瘤细胞和正常B细胞融合后在HAT(次黄嘌呤–氨甲蝶呤–胞苷)选择培养基中培养，此时只有融合细胞才能生长和繁殖，请解释选择原理。
解答：细胞内核苷酸合成有两条途径，一是从头合成途径，另一条是补救途径。对于B细胞，由于不能在培养基上繁殖，所以未融合的B细胞不能在培养基上繁殖。对于肿瘤细胞，因为是HGPRT缺陷型，因而它不能通过补救途径合成核苷酸。又因为选择性培养基HAT中含氨甲蝶呤，它是叶酸的拮抗剂，叶酸是嘌呤和嘧啶核苷酸从头合成途径中转移一碳单位的辅酶（四氢叶酸）的来源，所以氨甲蝶呤抑制了核苷酸的从头合成途径，这样未融合的肿瘤细胞也不能在选择性培养基上生长和繁殖，只有融合细胞具有了双亲的遗传性，才能在HAT选择性培养基中利用补救途径合成核苷酸，从而生长和繁殖。
5．简述5-氟尿嘧啶(5-Fura)、6-巯基嘌呤在体内的代谢去向，试解释它们为何能抑制DNA的复制。
解答：5-溴尿嘧啶是胸腺嘧啶的结构类似物。它进入人体后，可转化成5-溴脱氧尿苷酸（BrdUMP），进一步生成5-溴脱氧尿苷二磷酸（BrdUDP）和5-溴脱氧尿苷三磷酸（BrdUTP），BrdUTP作为dTTP的类似物可掺入到新合成的DNA链中。但它又可作为一种假的负反馈抑制剂抑制CDP的还原，从而抑制DNA的合成。因为dTTP作为NDP还原酶的变构抑制剂可抑制CDP的还原，具有类似的效应。CDP还原的抑制影响到DNA前体dCTP的产生。 6-巯基嘌呤是次黄嘌呤的结构类似物。它进入人体后，在次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化下发生下列反应：6-巯基嘌呤 + PRPP → 6-巯基嘌呤核苷酸，可抑制磷酸核糖焦磷酸激酶和磷酸核糖氨基转移酶，使PRPP和5?-磷酸核糖胺的合成受阻。同时6-巯基嘌呤核苷酸还可抑制次黄苷酸（IMP）进一步合成AMP、GMP，从而使核酸的合成受阻。
6．人体次黄嘌呤―鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)缺陷会引起核苷酸代谢发生怎样的变化？其生理生化机制是什么？
解答：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶是催化次黄嘌呤、鸟嘌呤补救合成的一种重要的酶。正常情况下嘌呤核苷酸从头合成途径和补救合成途径是平衡的，次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶缺陷后，嘌呤补救合成停止了，会使嘌呤核苷酸从头合成的底物堆积，尤其是磷酸核糖焦磷酸（PRPP），高水平的PRPP导致嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸过量生成。由于嘌呤核苷酸的从头合成是在PRPP基础上进行的，因而HGPRT缺陷对嘌呤核苷酸合成影响更大。高水平的嘌呤核苷酸进而促使它的分解加强，结果导致血液中尿酸的堆积。过量尿酸将导致自毁容貌症，又称Lesch-Nyhan综合征。
7．用氘标记胞苷的嘧啶碱基，用14C标记胞苷的核糖部分，用标记好的胞苷注射动物。经过一段时间后，从动物组织中除了分离出游离的带有标记的核糖和胞嘧啶，同时还发现分离出的DNA分子中含有带标记的脱氧胞苷酸，从这些实验事实中你可得到什么结论？ 解答：从这些实验事实中可以看出，嘧啶化合物与其他代谢物一样在体内处于不断的分解和合成中。胞苷进入体内后可经过合成代谢转变为胞苷酸和脱氧胞苷酸，后者可进一步转变成
dCDP和dCTP而掺入DNA分子中。胞苷也可经分解代谢产生胞嘧啶和核糖。从这些结果促使人们去研究核苷酸在体内是如何转变成脱氧核苷酸的？核苷酸还原酶的发现使这一问题得到了答案，原来核苷酸还原酶能够以核苷二磷酸为底物，催化核苷二磷酸转变为脱氧核苷二磷酸。
13 DNA的生物合成 1．生物的遗传信息如何由亲代传递给子代？
解答：生物的遗传信息表现为特定的核苷酸排列顺序，通过DNA的复制和细胞分裂由亲代细胞传递给子代细胞。进行有性生殖的多细胞生物形成性细胞时，通过减数分裂，使性细胞形成单倍体，在受精过程中形成的双倍体细胞中，一半染色体来自父亲，另一半染色体来自母亲，从而实现了遗传信息从亲代到子代的传递。
2．何谓DNA的半保留复制？是否所有DNA的复制都以半保留的方式进行？
解答：DNA的半保留复制指新合成的DNA双链中，有一条链是来自亲代的，另一条链是新合成的。半保留复制的方式只适用于双链分子，单链DNA分子要转化成双链的复制型DNA，再以半保留方式复制。
3．若使15N标记的大肠杆菌在14N培养基中生长三代，提取DNA，并用平衡沉降法测定DNA密度，其14N-DNA分子与14N-15N杂合DNA分子之比应为多少？
解答：15N标记的大肠杆菌利用培养基中的14N合成DNA，第一代DNA双链都是14N-15N杂合DNA分子。第二代分别是以第一代中的14N和15N链作为母链合成新的DNA，所以14
N-DNA分子与14N-15N杂合DNA分子之比为1：1。第三代中的14N和15N母链的分子之比是3:1，所以14N-DNA分子与14N-15N杂合DNA分子之比应为3:1。 4．已知DNA的序列为：
W: 5′-AGCTGGTCAATGAACTGGCGTTAACGTTAAACGTTTCCCAG-3′
C: 3′-TCGACCAGTTACTTGACCGCAATTGCAATTTGCAAAGGGTC-5′ →
上链和下链分别用W和C表示，箭头表明DNA复制时复制叉移动方向。试问：① 哪条链是合成后随链的模板? ② 试管中存在单链W，要合成新的C链，需要加入哪些成分? ③ 如果需要合成的C链被32P标记，核苷三磷酸中的哪一个磷酸基团应带有32P? ④ 如果箭头表明DNA的转录方向，哪一条链是合成RNA的模板?
解答：① W链；② DNA聚合酶，引物，dNTP，mg2+；③ α-磷酸基团；④ C链。 5．用什么实验可以证明DNA复制时存在许多小片段（冈崎片段）？
解答：用带标记的脱氧核苷三磷酸作为合成DNA的原料，经过一段时间后，加入碱溶液使合成停止，检查发现标记出现在大约1000个核苷酸的小片段DNA即冈崎片段上，追赶标记发现，这些带标记的小片段DNA很快能够连接成DNA长链，后来的研究发现，DNA复制时，前导链是连续合成的，后随链需要先合成冈崎片段。
6．某哺乳动物的细胞中，每个细胞的DNA长1.2m，细胞生长周期中的S期约为5h，如果这种细胞DNA延长的速度与E.coli相同，即16μm/min，那么染色体复制时需要有多少复制叉同时运转？
解答：每个复制叉5h复制DNA片段的长度为16μm/min × 300min = 4800μm。每个细胞内DNA长1.2m = 1.2 × 106μm，染色体复制时应当有1.2 × 106μm ÷ 4800μm = 250个复制叉。 7．DNA复制的精确性、持续性和协同性是通过怎样的机制实现的？
解答：DNA聚合酶Ⅲ具有复杂的亚基结构。其3′→5′外切酶活性起到校对作用，不对称二聚体相互协调，两个β亚基形成滑动夹子，维持了DNA合成的持续性。复制叉有多种蛋白质协同作用，使DNA复制的各个环节能够协调进行。
8．真核生物DNA聚合酶有哪几种？它们的主要功能是什么？
解答：真核生物的DNA聚合酶主要有α、β、γ、δ、ε五种，均具有5′→ 3′聚合酶活性，DNA
聚合酶γ、δ和ε有3′→5′外切酶活性，DNA聚合酶α和β无外切酶活性。因此设想细胞核DNA复制时，在复制叉上由DNA聚合酶α/引物酶合成RNA引物和一小段DNA，DNA聚合酶δ或DNA聚合酶ε合成前导链和滞后链。不过目前尚不清楚两种酶哪个合成前导链，哪个合成后随链。DNA聚合酶β和ε主要起修复作用，DNA聚合酶γ用于线粒体DNA的合成。近年又发现了多种参与修复的DNA聚合酶。
9．DNA的复制过程可分为哪几个阶段？其主要特点是什么？
解答：DNA的复制过程分为三个阶段，各阶段的特点主要表现在复制体的变化。起始阶段，形成起始复合物；延伸阶段，DNA聚合酶Ⅲ进行持续的DNA复制；终止阶段，复制体解聚，形成两个新的子代分子。
10．哪些因素能引起DNA损伤？生物体有哪些修复机制？
解答： 引起DNA损伤的途径有：生物因素如复制差错或病毒整合，物理因素如紫外线和电离辐射，化学因素如各种化学诱变剂。目前已知细胞有5种对DNA损伤的修复系统：错配修复、直接修复、切除修复、重组修复、易错修复（SOS修复）。
11．在大肠杆菌DNA分子进行同源重组的时候，形成的异源双螺旋允许含有某些错配的碱基对。为什么这些错配的碱基对不会被细胞内的错配修复系统排除？ 解答：大肠杆菌在进行错配修复的时候，根据老链和新链的甲基化程度不同而识别出新链上错配的碱基，再将新链上错误的碱基切除，而不会切掉旧链上正确的碱基。在DNA进行同源重组的时候，形成的异源双螺旋尽管会含有某些错配的碱基对，但异源双螺旋的两条DNA链上都是高度甲基化的，因此这些错配的碱基对不会被细胞内的错配修复系统排除。 12．试比较切除修复和光复活机制是如何清除由紫外线诱导形成的嘧啶二聚体的？你可使用什么方法区分这两种机制？
解答：切除修复需要将嘧啶二聚体切除掉，换上正常的胸苷酸，而光复活机制是通过光复活酶直接破坏嘧啶二聚体的环丁烷结构而修复嘧啶二聚体。可使用[3H]标记的胸苷追踪修复过程，如果[3H]出现在修复后的DNA分子上，则修复的方式是切除修复，否则就是光复活机制。
13．经证实2′, 3′―双脱氧次黄嘌呤可作为抗HIV药，试解释它抑制AID病毒生长的机理。 解答：因为双脱氧次黄嘌呤可以转换为相应的双脱氧次黄嘌呤核苷三磷酸，在DNA复制时，它可以作为dGTP的类似物，将双脱氧次黄嘌呤核苷酸掺入到新合成的DNA链中，但由于它没有3?-OH，所以可以阻断核苷酸链的进一步延伸，因此HIV基因组的复制被抑制。 14．概述PCR的基本过程。
解答：聚合酶链反应（polymerase chain reaction,PCR）的基本过程是在试管内加入含有待扩增DNA片段的双链DNA，分别能与待扩增DNA片段两侧的特定序列互补的两个寡核苷酸引物，4种dNTP，含有一定浓度Mg2+的缓冲液，和耐热的DNA聚合酶，通过加热到95℃左右使DNA变性，降温到55℃左右使引物与模板结合，升温到72℃左右合成新链3个步骤的循环，可以使DNA扩增。若扩增效率为100%，每循环1次，DNA可增加1倍，若循环30次，则DNA增加230倍，若扩增效率为x（用小数表示，如80%表示为0.8），扩增的次数为n，得到产物的量为目的基因加入量的y倍，则可用下列公式计算扩增产物的量： y = ( 1 + x )n
15．概述基因克隆的基本步骤。
解答：基因克隆的基本步骤有：① 用相互配套的1～2种限制酶切割含目的基因的DNA和载体DNA（切）；② 连接目的基因和载体DNA得到重组载体（接）；③ 将重组载体导入宿主细胞（转），若使用的是质粒载体，称转化，噬菌体载体称转导，病毒载体称转染；④ 将经过转化（或转导，转染）的细菌或细胞稀释，在加有选择性培养基的平皿培养基或细胞培养板上培养，选择含目的基因的阳性克隆，并用其它方法进一步鉴定（筛）；⑤ 扩大培养选
出的阳性克隆（扩）。随后可分离目的基因，或在一定的条件下表达目的基因。 14 RNA的生物合成
1．原核生物的RNA聚合酶由哪些亚基组成？各个亚基的主要功能是什么？ 解答：原核生物的转录作用，不论其产物是mRNA，rRNA，还是tRNA，都是由同一种RNA聚合酶催化合成的。用SDS-PAGE分离大肠杆菌RNA聚合酶可得几个大小不等的亚基：β、β?亚基的Mr分别为1.5×105和1.6×105，α和ζ的Mr分别为4.0×104和7.0×104。用磷酸纤维素柱层析分离出由各个亚基组成的全酶（holoenzyme），其亚基组成为α2ββ?ζ，Mr约为4.65×105。其中的ζ因子易于从全酶上解离，其他的亚基则比较牢固地结合成为核心酶（core enzyme），当ζ因子与核心酶结合成全酶时，即能起始转录，当ζ因子从转录起始复合物中释放后，核心酶沿DNA模板移动并延伸RNA链。可见ζ因子为转录起始所必需，但对转录延伸并不需要。全酶以4种核苷三磷酸为原料，以DNA为模板，在37℃下，以40nt/s的速度从5?→3?合成RNA。一个大肠杆菌约含7000个RNA聚合酶分子，大约2 000～5 000个聚合酶同时催化RNA的合成。
α亚基由rpo A基因编码，为核心酶的组装所必需，需责识别和结合启动子。α亚基在全酶与某些转录因子相互作用时也发挥重要作用。
β和β?亚基分别由基因rpo B和rpo C编码。β亚基是催化部位的主体，研究表明，β亚基有两个结构域，分别负责转录的起始和延伸，β?亚基上结合的两个Zn2+参与催化过程。β?亚基可能是RNA聚合酶与模板DNA的结合部位。
大肠杆菌的ζ因子由基因rpo D编码，在对启动子识别中起关键作用。ζ因子与核心酶结合后，全酶对启动子特异性结合能力是对其他DNA序列结合能力的107倍。 2．真核细胞中有几种RNA聚合酶？它们各自的主要功能是什么？
解答：真核生物的RNA聚合酶，按照对α-鹅膏蕈碱的敏感性不同进行分类：RNA聚合酶Ⅰ基本不受α-鹅膏蕈碱的抑制，在大于10-3mol/L时才有轻微的抑制。RNA聚合酶Ⅱ对α-鹅膏蕈碱最为敏感，在10-8mol/L以下就会被抑制。RNA聚合酶Ⅲ对α-鹅膏蕈碱的敏感性介于聚合酶Ⅰ和聚合酶Ⅱ之间，在10-5mol/L到10-4mol/L才会有抑制现象。RNA聚合酶Ⅰ存在于核仁中，其功能是合成5.8S rRNA、18 S rRNA和28 S rRNA。RNA聚合酶Ⅱ存在于核质中，其功能是合成mRNA、snRNA。RNA聚合酶Ⅲ也存在于核质中，其功能是合成tRNA和5 S rRNA及转录Alu序列。
3．下面是单链DNA模板的碱基序列，将它与RNA聚合酶、GTP、CTP、UTP和[α-32P]ATP混合物一起保温，再用脾磷酸二酯酶水解RNA产物，试问可得到哪些3′-32P标记的NMP？ 5′ATCTTCGTATGCATGTCT 3′
解答：根据DNA模板的碱基序列先写出RNA产物的碱基序列，每个A的5?端为32p： 5′32pApG32pApC32pApUpGpC32pApU32pApCpG32pA32pApG32pAp U 3′
脾磷酸二酯酶从RNA的5?–末端开始依次水解生成3?–NMP，得到3?–32p[GMP]∶3?–32
p[CMP]∶3?– 32p[UMP]∶3?–32p[AMP]=3∶2∶1∶1。
4．原核生物的启动子和真核生物的三类启动子各有何结构特点？
解答：原核生物的启动子在-10区有一共有序列（consensus sequence）TATAAT，以发现者的名字命名为Pribnow框(Pribnow box)，或被称作-10序列。在-35区还有一个共有序列TTGACA，被称作识别区域，或-35序列。在不同基因的启动子中，这两个共有序列的位置和序列略有区别。对上述共有序列进行化学修饰和定位诱变证明，-35序列与聚合酶对启动子的特异性识别有关，-10区富含A-T对，有利于DNA局部解链，-10区与-35区之间的距离，明显影响转录的效率。
真核生物三类启动子分别起始RNA聚合酶I、II、III的转录。类别I启动子包括核心启动子和上游控制元件两部分，需要UBF1和SL1因子参与作用。类别II启动子包括四类控制元
件：基本启动子、起始子、上游元件和应答元件。识别这些元件的反式作用因子有通用转录因子、上游转录因子和可诱导的因子。类别III启动子有两类：上游启动子和基因内启动子，分别由装配因子和起始因子促进转录起始复合物的形成和转录。 5．简要说明原核生物和真核生物转录调控的主要特点
解答：原核生物与真核生物基因转录调控的共同之处主要有两个方面。其一，调控的关键步骤均在转录的起始阶段。其二，DNA上均包括参与转录调控的顺式作用元件，细胞中均含有可以同顺式作用元件相互作用的反式作用因子。
原核生物基因转录调控的特点可归纳为3个方面：①?σ因子决定RNA聚合酶的识别特异性。原核生物只有一种RNA聚合酶，核心酶催化转录的延长，σ因子识别特异的启动序列，即不同的σ因子协助启动不同基因的转录。②?操纵子模型的普遍性。除个别基因外，原核生物的绝大多数基因按功能相关性成簇地连续排列在DNA分子上，共同组成一个转录单位即操纵子（operon），如乳糖操纵子等。一个操纵子含一个启动序列及数个编码基因。在同一个启动序列控制下，转录出多顺反子mRNA。③?阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。在原核生物中特异的阻遏蛋白是控制启动序列活性的重要因素。当阻遏蛋白与操纵基因结合或解离时，结构基因的转录被阻遏或去阻遏。
真核生物基因转录调控的特点可归纳为6个方面：①?真核生物有复杂的染色体结构，染色体结构的变化对基因转录的调控有重要作用。②?与原核生物相比，真核生物有更多种类的顺式作用元件和反式作用因子，基因转录调控的机制更加复杂。③?原核生物的反式作用因子对基因表达的调控既有正调控，又有负调控，其中负调控的作用较普遍。真核生物的反式作用因子对基因表达的调控主要是正调控，通常需要多个反式作用因子协同作用，使基因表达的调控更加精确。④?迄今为止，在真核生物中尚未发现操纵子结构，功能相关基因的协调表达比原核生物更加复杂。⑤?原核生物的转录产物通常不需要加工，即可用于指导蛋白质合成，真核生物的转录产物通常需要经过复杂的加工，才可用于指导蛋白质合成。⑥?真核生物大多为多细胞生物，在细胞分化和个体发育过程中，基因表达除受细胞内调控因子的影响外，还受一些细胞外因子（如激素和细胞因子）的影响。 6．简要说明四类内含子剪接作用的特点。 解答：第一类内含子的剪接反应需要一个鸟嘌呤核苷或核苷酸辅因子，这一辅因子并不是被作为能源使用，而是直接参与反应的催化。剪接反应是第一步中鸟苷的3?-羟基作为亲核基团，与内含子5?-末端形成一个正常的3?,5? -磷酸二酯键。这一步中5?外显子的3?-羟基被释放出来，然后作为亲核基团在内含子的3?末端进行同样的反应。导致内含子的切除，及外显子的连接。
第二类内含子的剪接模式与第一类剪接反应的差别，是在第一步中的亲核基团是内含子内部的一个腺苷酸残基的2?-羟基，而不是外源的辅因子。这步反应中产生一种不寻常的分叉套索样中间体。
第三类也是最大的一类内含子，通过同样的套索机制进行剪接。然而，它们的剪接需要特殊的叫做剪接体（spliceosome）的RNA-蛋白复合物发挥作用。
在一些tRNA中发现的第四类内含子与第一、二类不同，它们的剪接需要ATP提供能量，由内切核酸酶水解内含子两端的磷酸二酯键，两个外显子随即被连接起来，连接反应与DNA连接酶的连接机制相同。
7．设计一个实验确定体内基因转录时，RNA链延伸的平均速率，即每一条RNA链每分钟掺入的核苷酸数目。
解答：用放射性标记的NTP脉冲标记细胞，然后杀死细胞，提取其RNA，再使用弱碱水解。RNA链延伸的平均速率可通过水解物中被标记核苷酸的量除以脉冲标记的时间计算得出。