王镜岩第三版生物化学下册课后习题答案docWord格式文档下载.docx

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第34章DNA的复制和修复

⒈生物的遗传信息如何由亲代传给子代？

答：

在细胞分裂间期，DNA分子边解旋边复制，分别以亲代DNA的两条母链为模板，以核中游离的脱氧核苷酸为原料，根据碱基互补配对原则，合成两条子链，它们分别与相应的模板链螺旋化就形成了两个与亲代DNA一样的子代DNA，在生物传种接代的过程中，亲代将复制出的一份DNA通过配子传给子代，从而实现了亲子代间遗传信息的传递。

接下来，在子代个体发育的过程中，将利用DNA（gene）来指导自身蛋白质的合成，从而表现出与亲代相似的性状。

也有一些生物如某些病毒，是通过将亲代的RNA复制后传给子代的方式进行遗传信息的传递。

⒉何谓DNA的半保留复制？

是否所有的DNA复制都以半保留的方式进行？

（双链DNA通常都以半保留方式复制。

）

DNA在复制时首先两条链之间的氢键断裂两条链分开，然后以每一条链分别做模板各自合成一条新的DNA链，这样新合成的子代DNA分子中一条链来自亲代DNA，另一条链是新合成的，这种复制方式为半保留复制（semiconservativereplication）。

并非所有的DNA复制都以半保留的方式进行，但双链DNA通常都以半保留方式复制。

⒊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？

这两者之比为1:

3。

⒋比较DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ性质的异同。

DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ的功能是什么？

有何生物学意义？

在E.coli中，共发现了3种DNA聚合酶，即DNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。

DNA聚合酶Ⅰ是个多功能酶，具有5’--→3’聚合功能；

3’--→5’外切功能以及3’--→5’外切功能。

DNA聚合酶Ⅱ与DNA聚合酶Ⅰ功能相似，但没有5’--→3’外切功能。

DNA聚合酶Ⅲ与DNA聚合酶Ⅱ功能相同，但其聚合活性比DNA聚合酶Ⅰ高1000倍，是E.coliDNA复制中的最主要酶。

DNA聚合酶Ⅳ和Ⅴ是在1999年才被发现的,它涉及DNA的错误倾向修复（errorpronerepair）。

当DNA受到较严重损伤时,即可诱导产生这两个酶,使修复缺乏准确性（accuracy）,因而出现高突变率。

其生物学意义在于高突变率虽会杀死许多细胞,但至少可以克服复制障碍,使少数突变的细胞得以存活。

⒌DNA复制的精确性、持续性和协同性是通过怎样的机制实现的？

DNA聚合酶Ⅲ由10个亚基组成，这些亚基将催化DNA合成、校对和夹位DNA等功能有机地组合在一起，保证了DNA复制的精确性、持续性和协同性。

⒍何谓DNA的半不连续复制？

何谓冈崎片断？

试述冈崎片断合成的过程？

DNA的双螺旋结构中的两条链是反向平行的，当复制开始解链时，亲代DNA分子中一条母链的方向为5′～3′，另一条母链的方向为3′～5′。

DNA聚合酶只能催化5′～3′合成方向。

在以3′～5′方向的母链为模板时，复制合成出一条5′～3′方向的前导链，前导链的前进方向与复制叉的行进方向一致，前导链的合成是连续进行的。

而另一条母链仍以3′～5′方向作为模板，复制合成一条5′～3′方向的随从链，因此随从链会成方向是与复制叉的行进方向相反的。

随从链的合成是不连续进行的，先合成许多片段，即冈崎片段。

最后各段再连接成为一条长链。

由于前导链的合成连续进行的，而随从链的合成是不连续进行的，所以从总体上看DNA的复制是半不连续复制。

DNA复制时，在滞后链上，较短的DNA片段（大约1000-2000个核苷酸）是在分段合成引物的基础上，非连续合成的，这些不连续的DNA片段最先由日本科学家冈崎在电子显微镜下发现，故称为冈崎片断（Okazakifragment）。

引发体在滞后链上沿5'

→3'

方向不停的移动（这是一种相对移动，也可能是滞后链模板在移动），在一定距离上反复合成RNA引物。

DNA聚合酶Ⅲ从RNA引物的3，-OH端合成冈崎片段。

⒎DNA复制时双链是如何解开的？

比较类型Ⅰ和类型Ⅱ拓扑异构酶的作用特点和生理功能。

DNA复制起始的体外实验表明需要6种蛋白,DnaA、DnaB、DnaC、组蛋白样蛋白（HU）回旋酶及单链结合蛋白（SSB）形成起始复合物。

DnaA单体首先结合到复制起始点上4个含9bp的重复顺序上。

然后20～40个DnaA单体结合到复制起始点形成一个核心。

在DnaA蛋白的作用下位于复制起始点右侧的3个含13bp的重复顺序开始解链形成开放复合体。

DnaB/DnaC在复制起始区充当了起始的引发体（primosome）。

DnaB?

DnaC复合体转变为DnaB六聚物，形成复制叉。

DnaB提供解旋酶（helicase）活性，使DNA解旋，可能它识别复制叉上潜在的单链结构，从13bp的重复顺序上取代出DnaA，并开始解螺旋。

DnaB在复制起始区域以很少的量（1－2六聚物）担负着催化作用。

在那儿DnaB还具有激活DnaG引发酶的能力。

解旋反应还需要另外两种蛋白，旋转酶（Gyrase）和SSB（单链结合蛋白）。

旋转酶也就是TopⅡ，其作用是解旋，即让一条链绕着另一条链旋转。

若没有这步反应，解开双链就会产生DNA的扭曲。

SSB可使已形成的单链处于稳定状态。

拓扑异构酶Ⅰ（TopoⅠ），将环状双链DNA的一条链切开一个口，切口处链的末端绕螺旋轴按照松弛超螺旋的方向转动，然后再将切口封起。

拓扑酶I松弛超螺旋不需ATP参与。

拓扑异构酶Ⅱ（TopoⅡ），它的作用特点是切开环状双链DNA的两条链，分子中的断端经切口穿过而旋转，然后封闭切口。

TopoⅡ在ATP参与下，将DNA分子从松弛状态转变为负超螺旋，为DNA分子解链后进行复制及转录作好准备。

⒏天然双链闭环DNA（cccDNA）的比超螺旋（δ）为-0.05，复制时解螺旋酶将双链撑开，如果反应系统中无旋转酶，当比超螺旋达到+0.05时，DNA的扭曲张力将阻止双链解开，此时已解开的双链占DNA分子的百分数是多少？

此时已解开的双链占DNA分子的百分数是9.52%。

⒐何谓复制体？

试述其主要成分的功能。

与DNA复制有关的酶和蛋白质因子由30多种，他们在复制叉上形成离散的复合物，彼此配合，进行高度精确的复制，这种结构称为复制体。

复制体的主要成分有,DnaA、DnaB、DnaC、组蛋白样蛋白（HU）回旋酶、单链结合蛋白（SSB）、引物合成酶、RNA聚合酶、DNA旋转酶，Dam甲基化酶以及DNA聚合酶等。

复制体在DNA复制叉上进行的基本活动包括：

双链的解开，RNA引物的合成，DNA链的延长，切除引物，填补缺口，连接相邻的DNA片断，切除和修复尿嘧啶和错配碱基。

⒑DNA的复制过程可分为哪几个阶段？

其主要特点是什么？

复制的起始是怎样控制的？

DNA的复制过程包括复制的起始、延伸和终止三个阶段。

（1）复制的起始

引发：

当DNA的双螺旋解开后，合成RNA引物。

引发体沿着模板链5’→3’方向移动（与冈崎片段合成的方向正好相反，而与复制叉移动的方向相同），移到一定位置上即可引发RNA引物的合成。

（2）DNA链的延伸

前导链只需要一个RNA引物，后随链的每一个冈崎片段都需要一个RNA引物，链的延长反应由DNApol.Ⅲ催化。

复制体沿着复制叉方向前进合成DNA。

DNApolⅠ的5，→3，外切活力，切除RNA引物。

DNApolⅠ的5，→3，合成活性补齐缺口。

DNAligase，动物、真核由ATP供能，原核由NAD供能。

（3）DNA合成的终止

环状DNA、线性DNA，复制叉相遇即终止。

DNA复制的调控主要是起始阶段的调控。

原核生物DNA复制的调控与其生长环境有关，真核生物DNA复制的调控与细胞周期蛋白等多种蛋白质因子有关，机制十分复杂，但复制起始点必须全甲基化后复制才能发生。

⒒真核生物DNA聚合酶有哪几种?

它们主要功能是什么？

真核生物DNA聚合酶有α、β、γ、δ等五种。

　真核生物的DNA复制是在DNA聚合酶α与DNA聚合酶δ互配合下催化进行的，还有一些酶及蛋白质因子参与反应。

DNAPolα与引发酶共同起引发作用，然后由DNAPolδ催化前导链及随从链的合成。

在链的延长中，有PCNA（增殖细胞核抗原）参与，保障连续性DNAPol的性质与DNAPolδ有相似之处，在有些情况下，它可代替DNAPolδ起作用，例如在DNA损伤时，催化修复合成。

DNAPolγ是线粒体中DNA复制酶。

　DNAPolδ及均有外切酶活性，因此也有编辑功能，校正复制中的错误。

它们的5′→3′外切酶活性可能在切除引物RNA中有作用。

真核生物DNA聚合酶的主要功能见下表：

酶活性

　　5′→3′聚合作用

　　3′→5′外切作用　　α　　β　　γ　　δ　　e

　　+

　　-　　+　+

　　细胞内定位功能　　核

　　复制、引发　　核

　　修复　　线粒体

　　复制　　核

　　复制

　　-　　+

　　+　　+

　⒓真核生物染色体DNA的端粒有何功能？

它们是如何合成的？

真核生物线形染色体的末端具有一种特殊的结构，称为端区或端粒。

端区结构中有核苷酸重复序列，一般在一条链上为TxGy，互补链为CyAx，x与y大约在1-4范围内，人的端粒区含有TTAGGG重复序列。

　　端区具有保护DNA双链末端，使其免遭降解及彼此融合的功能。

端区的平均长度随着细胞分裂次数的增多及年龄的增长而变短，可导致核生物染色体稳定性下降，并导致衰老。

其分子机制在于，线形DNA分子不能从末端核苷酸外合成RNA引物，如此染色体将逐代缩短。

但是在生殖细胞、胚胎细胞和肿瘤细胞中，由于有端粒酶，所以并不出现这种情况。

　　端粒酶是一种由RNA和蛋白质组成的酶，RNA和蛋白质都是酶活性必不可少的组分。

可看作是一种反转录酶。

此酶组成中的RNA可作为模板，催化合成端区的DNA片段。

端粒酶催化合成端区，在保证染色体复制的完整性上有重要意义。

⒔哪些因素能引起DNA损伤？

生物机体是如何修复的？

这些机制对生物机体有何意义？

一些物理化学因子如紫外线、电离辐射和化学诱变剂均可引起DNA损伤，破坏其结构与功能。

然而在一定条件下，生物机体能使这种损伤得到修复。

紫外线可使DNA分子中同一条链上两个相邻的胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体（TT），两个T以共价键形成环丁烷结构。

CT、CC间也可形成少量二聚体（CT、CC），使复制、转录受阻。

细胞内具有一系列起修复作用的酶系统，可以除去DNA上的损伤，恢复DNA的双螺旋结构。

目前已知有4种酶修复系统：

光复活、切除修复、重组修复、SOS反应诱导的修复，后三种不需要光，又称为暗修复。

1.直接修复

1949年已发现光复活现象，可见光（最有效400nm）可激活光复活酶，此酶能分解由于紫外线形成的嘧啶二聚体。

高等哺乳动物没有此酶。

2.切除修复

在一系列酶