DNA修復(fù)與重組解析

1、第四章DNA修復(fù)與重組一、填空題1 . 在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)了一一 一 種DNA聚合酶。DNA修復(fù)時(shí)需要 DNA聚合酶一一-。2 . 真核生物中有 5種DNA聚合酶，它們是： 一 一一-一-一(5)一。3 . 在DNA修復(fù)過(guò)程中，需要第二種酶，一,作用是將DNA中相鄰的堿基一起來(lái)。DNA聚合酶具有外切核酸酶的活性。有兩種外切核酸酶 的活性，它們分別從一 一和一 一降解 DNA DNA聚合酶一只有外切核酸酶活性。4 . 只有真核DNA聚合酶一 一和一 一顯示一-外切核酸酶活性。5 . DNA大多數(shù)自發(fā)變化都會(huì)通過(guò)稱之為一 一的作用很快被校正。 僅在極少情況下，DNA將變化的部分保留下來(lái)導(dǎo)致永久的序列

2、變化，稱為一 一。6 . 偶然情況下，在同一基因兩個(gè)稍微不同拷貝(等位基因)間發(fā)生重組的過(guò)程中， 一個(gè)等位基因經(jīng)過(guò)一 一過(guò)程會(huì)被另一等位基因代替。7 . 通過(guò)一 一基因重組，游動(dòng) DNA序列和一些病毒可進(jìn)人或離開(kāi)一條目的染色體。8 . DNA修復(fù)包括3個(gè)步驟：一 一酶對(duì)DNA鏈上不正常堿基的識(shí)別與切除，酶對(duì)已切除區(qū)域的重新合成，一一酶對(duì)剩下切口的修補(bǔ)。9 .一種主要的DNA修復(fù)途徑稱一 一，包括一系列一-酶，它們都能識(shí)別并切去DNA上不正常堿基。10 .-途徑可以切去任何造成DNA雙螺旋大片段改變的 DNA損傷。11 .大腸桿菌中，任何由于DNA損傷造成的DNAM制障礙都會(huì)誘導(dǎo)一-的信號(hào)，即

3、允許跨過(guò)障礙進(jìn)行復(fù)制，給細(xì)胞一個(gè)生存的機(jī)會(huì)。12 .在一-中，基因交換發(fā)生在同源DNA序列間，最常見(jiàn)是發(fā)生在同一染色體的兩個(gè)拷貝間。13 .在交換區(qū)域，一個(gè) DNA分子的一條鏈與另一個(gè) DNA分子的一條鏈相互配對(duì)，在兩個(gè)雙螺旋間形成一個(gè)一一。14 .通過(guò)一 一，兩個(gè)單鏈的互補(bǔ) DNA分子一起形成一個(gè)完全雙鏈螺旋，人們認(rèn)為這個(gè)反應(yīng)從一個(gè)慢的一-步驟開(kāi)始。15 .大腸桿菌的染色體配對(duì)需要一 ;它與單鏈DNA結(jié)合并使同源雙鏈 DNA與之配對(duì)。16 . 一般性重組的主要中間體是一 ,也用它的發(fā)現(xiàn)者名字命名為一 -。二、選擇題(單選或多選)1 . 關(guān)于DNA的修復(fù)，下列描述中，哪些是不正確的？()(a)

4、 UV 照射可以引起嘧啶堿基的交聯(lián)(b) DNA 聚合酶川可以修復(fù)單鏈的斷裂(c) 雙鏈的斷裂可以被 DNA聚合酶H修復(fù)(d) DNA 的修復(fù)過(guò)程中需要 DNA連接酶(e) 細(xì)菌可以用一種核酸內(nèi)切酶來(lái)除去受損傷的堿基(f) 糖苷酶可以切除 DNA中單個(gè)損傷的堿基2 . DNA最普遍的修飾是甲基化，在原核生物中這種修飾的作用有：()(a) 識(shí)別受損的DNA以便于修復(fù)(b) 復(fù)制之后區(qū)分鏈，以確定是否繼續(xù)復(fù)制(c) 識(shí)別甲基化的外來(lái) DNA并重組到基因組中(d) 保護(hù)它自身的DNA免受核酸內(nèi)切酶限制(e) 識(shí)別轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)以便 RNA聚合酶能夠正確結(jié)合3 .單個(gè)堿基改變是 DNA損傷的一種形式，它

5、們：()(a) 影響轉(zhuǎn)錄但不影響復(fù)制，在此過(guò)程中一個(gè)ATG起始密碼可能被修改(b) 影響DNA序列但不影響 DNA的整個(gè)結(jié)構(gòu)(c) 將繼續(xù)引起結(jié)構(gòu)變化但不影響復(fù)制循環(huán)(d) 可能由錯(cuò)配復(fù)制或酶的 DNA修飾(如脫氨基)所引起(e) 可以由UV照射(如嘧啶二聚體)或加成化合物形成(如烷基化)所引起4 .錯(cuò)配修復(fù)是基于對(duì)復(fù)制期間產(chǎn)生的錯(cuò)配的識(shí)別。下列敘述正確的是：()(a) UvrABC系統(tǒng)識(shí)別并靠DNA聚合酶I促使正確核苷酸的引人而使錯(cuò)配被修復(fù)(b) 假如識(shí)別發(fā)生在被重新甲基化的半甲基化DNA之前，那么修復(fù)可能偏向野生型序列(Dam 甲基化，MutH, MutSL)(c) 錯(cuò)配一般由單鏈交換所修

6、復(fù)，這要靠RecA蛋白恢復(fù)正?？截愋蛄械哪芰?d) 錯(cuò)配修復(fù)也可被認(rèn)為是對(duì)DNA的修飾活動(dòng)，如去烷基化或再氨基化，但是不會(huì)替換損傷的核苷酸(e) 錯(cuò)配修復(fù)是靠正常情況下被LexA蛋白抑制的修復(fù)功能完成的 (SOS反應(yīng))5 .非均等交換：()(a) 發(fā)生在同一染色體內(nèi)(b) 產(chǎn)生非交互重組染色體(c) 改變了基因組織形式，未改變基因的總數(shù)(d) 在染色體不正常配對(duì)時(shí)發(fā)生(e) 減少一個(gè)基因簇的基因數(shù)，同時(shí)增加另一個(gè)基因簇的基因數(shù)6 .許多細(xì)菌在它們的基因組中幾乎平均分配重組敏感熱點(diǎn)，這些熱點(diǎn)在大腸桿菌E.coli中稱為chi,它們是：()(a) 是雙鏈經(jīng)常斷裂的部位，它可來(lái)誘導(dǎo)重組(b) 是單鏈

7、經(jīng)常斷裂的部位，導(dǎo)致單鏈同化作用(c) 是RecBCD復(fù)合物作用的位點(diǎn)， 在這些位點(diǎn)，受雙鏈斷裂激活的 RecBCD復(fù)合物切開(kāi)一 個(gè)自由3 -OH端(d) 是順式作用元件，在該元件內(nèi)可以產(chǎn)生個(gè)單鏈的自由3 -OH末端(e) 是RecA蛋白結(jié)合的DNA位點(diǎn)，RecA蛋白從該位點(diǎn)沿著 DNA移動(dòng)直到斷裂點(diǎn)三、判斷題1 .拓?fù)洚悩?gòu)酶I和H可以使DNA產(chǎn)生正向超螺旋。2 .拓?fù)洚悩?gòu)酶I解旋需要ATP酶。3 . RNA聚合酶I合成DNAM制的RNA引物。4 . 線粒體DNA的復(fù)制需要使用 DNA引物。5 .入噬菌體整合到大腸桿菌基因組上是由一個(gè)位點(diǎn)專(zhuān)一的拓?fù)洚悩?gòu)酶(丸整合酶)催化的，它可以識(shí)別在兩條染色

8、體上短的特異DNA序列。6 .在真核生物染色體 DNAM制期間，會(huì)形成鏈狀 DNA7 .所有已知的基因轉(zhuǎn)變都需要一定量的DNA合成。8 . 根據(jù)不同物種同一蛋白質(zhì)中氨基酸的不同來(lái)估計(jì)突變率往往較實(shí)際的突變率低，因?yàn)橐恍┩蛔凅w由于危及蛋白質(zhì)功能，在選擇壓力下從種群中消失。9 . 因?yàn)榻M蛋白H4在所有物種中都是一樣的，可以預(yù)期該蛋白基因在不同物種中也是 一樣的。10 . DNA修復(fù)機(jī)制有很多種，但所有這些機(jī)制都依賴于二倍體染色體上兩套遺傳信息的存在。11 .自發(fā)的脫嘌呤作用和由尿嘧啶DNA糖基化酶切去一個(gè)已脫堿基的胞嘧啶都會(huì)產(chǎn)生可被無(wú)嘌呤嘧啶內(nèi)切核酸酶作為底物識(shí)別的同樣的中間產(chǎn)物。12 . DNA

9、修復(fù)的第一步是由專(zhuān)用于修復(fù)過(guò)程的酶催化的，下面的步驟由DNA代謝過(guò)程中的常用酶催化。13 大腸桿菌中SOS反應(yīng)的最主要作用是通過(guò)在原始DNA損傷區(qū)附近導(dǎo)人補(bǔ)償突變來(lái)提高細(xì)胞存活率。14 . DNA中四個(gè)常用堿基自發(fā)脫氨基的產(chǎn)物，都能被識(shí)別出來(lái)。15 .在細(xì)菌細(xì)胞中，短片段修復(fù)是由損傷誘導(dǎo)的。相反，長(zhǎng)片段修復(fù)是組成型的，且往 往涉及長(zhǎng)約1500-9000bp損傷DNA片段的替換。16 .真核生物中DNA的修復(fù)沒(méi)有原核生物重要，這是因?yàn)轶w細(xì)胞的二倍體特征。17 一般性重組需要交換的雙方都有一長(zhǎng)段同源DNA序列，而位點(diǎn)專(zhuān)一重組僅需要短而專(zhuān)一的核苷酸序列，某些情況下，只需要交換雙方中的一方具有該序列即

10、可。18 .一般性重組包括 DNA片段的物理交換，該過(guò)程涉及DNA骨架上磷酸二酯鍵的斷裂和重新形成。19 . RecA蛋白同時(shí)具有位點(diǎn)專(zhuān)一的單鏈切割的活性和將單鏈從雙螺旋DNA分子上脫離的解旋酶的功能，但需要依賴于ATP活性。20 大腸桿菌的單鏈結(jié)合蛋白通過(guò)與糖磷酸骨架結(jié)合并使堿基暴露，從而解開(kāi)單鏈上的短發(fā)夾結(jié)構(gòu)。21 . RecA蛋白同時(shí)與單鏈、雙鏈 DNA結(jié)合，因此它能催化它們之間的聯(lián)會(huì)。22 .交叉鏈互換包括交叉鏈和未交叉鏈，至少其中一條鏈的磷酸骨架斷裂才可能使這個(gè) 過(guò)程逆轉(zhuǎn)。23 基因轉(zhuǎn)變是真菌類(lèi)偶然改變性別的方式；正常情況下，一次接合產(chǎn)生等量的雄性與雌性孢子，但偶然也會(huì)出現(xiàn)1: 3或

11、3: 1的比例。四、簡(jiǎn)答題1 .假如發(fā)生了堿基對(duì)的錯(cuò)配會(huì)產(chǎn)生什么表型，它們?cè)鯓颖恍迯?fù)？2 . 為什么DNA的甲基化狀態(tài)可以為復(fù)制的調(diào)節(jié)和DNA的修復(fù)所利用？3 ,錯(cuò)配修復(fù)的方向可以怎樣被調(diào)節(jié)（突變型到野生型或野生型到突變型）?4 . RecA蛋白是怎樣調(diào)節(jié) SOS反應(yīng)的？5, 以圖4.1A為例，畫(huà)出圖4.1B所示分子同源區(qū)域交叉重組的產(chǎn)物，圖中用一條單線表示DNA雙螺旋，同源重組的靶位點(diǎn)用箭頭標(biāo)出。圖6 . 圖4.2所示為兩條同源的親代雙螺旋和兩套可能的重組產(chǎn)物。請(qǐng)畫(huà)圖表示兩親代雙螺旋間可以產(chǎn)生指定重組產(chǎn)物的Holliday 連接，在每條鏈的左端標(biāo)明Holliday 連接的3或5端，這樣親代和

12、重組雙螺旋間的關(guān)系就比較清楚。請(qǐng)指明為了產(chǎn)生每套重組產(chǎn)物哪些 鏈應(yīng)被切去。最后，畫(huà)出經(jīng)過(guò)一輪 DNA復(fù)制后的重組產(chǎn)物.圖7 .為什么基因內(nèi)互補(bǔ)只發(fā)生在：（1）某一基因座的等位基因間；（2）這些基因座的特殊等位基因?qū)﹂g？五、分析題1 .實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所研究細(xì)菌的一個(gè)操縱子具有三個(gè)相似拷貝，它編碼一個(gè)關(guān)鍵酶的亞基。由于沒(méi)有檢測(cè)到第三個(gè)堿基簡(jiǎn)并性（搖擺性）現(xiàn)象，由此說(shuō)明接近的相同性（99 % ）是由于DNA修飾作用的結(jié)果。請(qǐng)問(wèn)這涉及哪些可能的機(jī)理？2 .根據(jù)對(duì)細(xì)菌限制和修復(fù)系統(tǒng)的知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)你收集的菌株是否有原噬菌體的存在。3 . 大腸桿菌中的幾個(gè)基因包括uvrA、uvrB、uvrC

13、和recA都與紫外線損傷的修復(fù)有關(guān)，含有一個(gè)有缺陷的上述基因的大腸桿菌細(xì)胞系比起野生型細(xì)胞對(duì)紫外光的射線更敏感，就如圖4.3A所示的uvrA與recA突變株。單個(gè)不同基因的突變可以成對(duì)聯(lián)合起來(lái)形成所有可能的 雙突變體。比起單突變體，雙突變體的敏感性變化很大。相對(duì)uvr單突變體，兩個(gè) uvr突變形成的雙突變體對(duì)紫外光的敏感性并無(wú)多大增加，但recA缺陷和任一種uvr突變體形成的雙突變體卻使一個(gè)細(xì)胞株對(duì)紫外光極度敏感，如圖4.3B所示的uvrArecA雙突變體放大圖。（1）為什么一個(gè)recA突變和一個(gè)uvr突變的結(jié)合會(huì)產(chǎn)生一個(gè)對(duì)紫外光極其敏感的細(xì)菌菌株，而不同uvr基因突變的結(jié)合卻和單個(gè)突變沒(méi)有差

14、別？（2）根據(jù)泊松分布，當(dāng)一個(gè)細(xì)菌種群平均受到一個(gè)致命“轟擊”，37 % （e 1的個(gè)體將存活下來(lái)，因?yàn)樗鼈儗?shí)際上并沒(méi)有受到轟擊。對(duì)于uvrArecA雙突變體，0. 04J/ m2的劑量使37%的個(gè)體存活（如圖4.3B）。計(jì)算對(duì)uvrArecA雙突變體細(xì)胞株來(lái)說(shuō)，多少嘧啶二聚體會(huì) 組成致死轟擊，假設(shè)大腸桿菌的基因組有4X 106個(gè)堿基對(duì)，包括50%的GC而且把DNA暴2露在400J/m的紫外線下，會(huì)使 1%的嘧啶對(duì)（TT、TC CT和CC）變成嘧啶二聚體。圖圖4.3 紫外光不同劑量作用下的細(xì)胞存活曲線（A）野生型，uvrA、recA單突變體，uvrArecA雙突變體的存活曲線（B）uvrAre

15、cA存活曲線的放大圖4 . 除了 uvrABC內(nèi)切核酸酶修復(fù)、重組修復(fù)和SOS修復(fù)，細(xì)菌還具備一種對(duì)嘧啶二聚體更有效的修復(fù)系統(tǒng)。這個(gè)現(xiàn)象是在一個(gè)關(guān)于紫外線對(duì)細(xì)菌影響的調(diào)查中為了確定一個(gè)失控的數(shù)量而發(fā)現(xiàn)的。發(fā)現(xiàn)過(guò)程可以假設(shè)為：你與你的同事正試圖利用紫外線作為誘變劑來(lái)分離 大腸桿菌中的突變體，為得到足夠的突變子，你覺(jué)得有必要使用對(duì)細(xì)菌殺傷率為99. 99%的輻射劑量。比起你的同事你已經(jīng)獲得了更可靠的結(jié)果，而他要用10倍至100倍的輻射劑量才能獲得同樣的殺傷率。因?yàn)槟愠Ｔ谕砩纤x開(kāi)后才做實(shí)驗(yàn)，所以他有點(diǎn)懷疑你結(jié)果的可靠性，他堅(jiān)持你早上來(lái)做一個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)你們都得到同一結(jié)論時(shí)你們兩人都感到驚奇，你有些

16、懊 惱，因?yàn)榻Y(jié)果更接近你同事的結(jié)論；當(dāng)你在晚上重復(fù)平行實(shí)驗(yàn)時(shí)，你的同事對(duì)結(jié)果感到很驚 奇，結(jié)果正如你以前所描述的一樣。你發(fā)現(xiàn)在下午要取得同樣的殺傷率需要用比早上更高的 輻射劑量，晴天比陰天需要的劑量高，你的實(shí)驗(yàn)室朝西，是什么因素影響著你的實(shí)驗(yàn)？5 . 噬菌體T4編碼一個(gè)對(duì)重組和 DNAM制很重要的單鏈 DNA結(jié)合蛋白（SSB蛋白）。含有編碼SSB蛋白溫度敏感型基因的噬菌體T4突變體在升高溫度時(shí)會(huì)快速地終止重組和DNA復(fù)制。噬菌體T4 SSB蛋白是分子量為35000Da的單體蛋白：它和單鏈而不是雙鏈 DNA緊密結(jié) 合，結(jié)合體中DNA與蛋白質(zhì)的重量比為 1: 12。然而SSB蛋白和DNA的結(jié)合顯示出一個(gè)很特別的性質(zhì)，如圖4.4所示。當(dāng)單鏈 DNA過(guò)量時(shí)（10卩g ），而SSB蛋白為0. 5卩g時(shí)則完全檢 測(cè)不到結(jié)合體（圖4.4A），然而當(dāng)SSB蛋白為7.0卩g時(shí)，可以看見(jiàn)許多二者的結(jié)合體 （圖4.4B）。（1）飽和的情況下，單鏈 DNA與 SSB