分子生物學(xué)學(xué)習(xí)資料：chapter2

2.1Avery及其同事的實(shí)驗(yàn)以及Hershey與Chase的實(shí)驗(yàn)都證明了DNA是遺傳物質(zhì)，請比較這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。答：Avery和他的同事們于1944年對Griffith的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn)進(jìn)行了補(bǔ)充。1928年Griffth發(fā)現(xiàn)加熱滅活的S型肺炎雙球菌可以將活的R型菌轉(zhuǎn)化成活的有毒S型，說明S型體內(nèi)有一種“轉(zhuǎn)化因子”。Avery的補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化因子在蛋白酶、核糖核酸酶處理后還能保持活性，但在DNA酶處理后失活。并且通過超離心、電泳、紫外分光以及基本化學(xué)分析等等，進(jìn)一步證明這種轉(zhuǎn)化因子是DNA。Hershey和Chase于1952年用35S和32P分別標(biāo)記T2噬菌體的蛋白質(zhì)和核酸,感染大腸桿菌的實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充證明了DNA是噬菌體遺傳物質(zhì)。 Hershey和Chase的實(shí)驗(yàn)Avery和他同事的實(shí)驗(yàn)研究方法先分離出“轉(zhuǎn)化因子”也即遺傳物質(zhì)，再使用物理化學(xué)分析如酶反應(yīng)、超離心、電泳等等，從理化性質(zhì)上證明該物質(zhì)是DNA分子。使用放射性標(biāo)記法，從待測生物中直接辨認(rèn)出繁殖后保留的物質(zhì)是DNA。利弊對比詳細(xì)精確，但是實(shí)驗(yàn)復(fù)雜、成本高。且由于肺炎雙球菌物質(zhì)組成上比較復(fù)雜不能完全排除“轉(zhuǎn)化因子”是別的物質(zhì)的可能性。由于T2噬菌體只有蛋白質(zhì)和DNA，能夠完全確定遺傳物質(zhì)是DNA。值得一提的是，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都只能說明DNA是肺炎雙球菌或T2噬菌體的遺傳物質(zhì)。而且忽略了其他物質(zhì)（RNA）在遺傳上的作用。更廣范圍的實(shí)驗(yàn)才能證明DNA是一切生物的主要遺傳物質(zhì)。意義第一次證明遺傳物質(zhì)是DNA，在分子生物學(xué)史上是里程碑式的成就。補(bǔ)充證明了遺傳物質(zhì)是DNA。2.2畫出單磷酸脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)。標(biāo)明核糖骨架的結(jié)構(gòu)以及堿基、磷酸基團(tuán)的連接位點(diǎn)，標(biāo)出脫氧位點(diǎn)。答：如圖，F(xiàn)ig2.2單磷酸脫氧核苷酸的結(jié)構(gòu)（A）和核糖骨架結(jié)構(gòu)以及各相應(yīng)基團(tuán)的連接位點(diǎn)（B）。畫出連接兩個(gè)核苷酸的磷酸二酯鍵的結(jié)構(gòu)。盡可能多的表示出兩個(gè)糖，使得參與磷酸二酯鍵的兩個(gè)糖的位置清楚。答：如圖，F(xiàn)ig2.3連接兩個(gè)核苷酸的磷酸二酯鍵的結(jié)構(gòu)2.4DNA堿基中，哪2個(gè)之間形成3個(gè)氫鍵，哪2個(gè)之間形成2個(gè)氫鍵？答：鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）之間形成3個(gè)氫鍵；腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）之間形成2個(gè)氫鍵。2.5請舉例畫一條DNA變性曲線，并且標(biāo)明坐標(biāo)軸，指出變性溫度。答：當(dāng)DNA分子被加熱時(shí)，隨著雙鏈的解開，其在260nm處的光吸收會(huì)增加，以260nm處光吸收與所對應(yīng)的解鏈溫度作圖，所得曲線即位DNA分子的變性曲線，當(dāng)一半的DNA雙鏈分子被完全解開時(shí)對應(yīng)的溫度就是變性溫度（Tm），如下圖，F(xiàn)ig2.5DNA雙鏈分子的變性曲線及變性溫度（Tm）。2.6請用一張圖表來闡述GC（鳥嘌呤與胞嘧啶）在DNA中的含量與DNA變性溫度Tm的關(guān)系，并對這一關(guān)系做出解釋。答：兩者的關(guān)系如下圖所示。可見，GC含量高的DNA變性溫度高。該現(xiàn)象是由DNA中堿基對A－T、C－G間分別由2個(gè)及3個(gè)氫鍵作用這一分子間力作用的事實(shí)導(dǎo)致的（即GC間作用力強(qiáng)于AT之間的作用力）。對于CG含量高的DNA，氫鍵作用力強(qiáng)，所以打破之以使得DNA變性所需的能量也就高，即DNA變性溫度高。Fig2.6DNA中GC含量與變性溫度（Tm）之間的關(guān)系曲線。2.7請用一張圖表來闡述GC（鳥嘌呤與胞嘧啶）在DNA中的含量與DNA密度的關(guān)系，并對這一關(guān)系做出解釋。答：兩者成線性的正比關(guān)系，如下圖所示，GC堿基對含量越多，DNA的密度就越大。這主要是由于A-T堿基對擁有較大的摩爾體積，而兩種堿基對的相對分子質(zhì)量相等。故含有較多G-C堿基對的DNA有較大的分子密度。另外一個(gè)可能的原因在于DNA密度的測定方法上。由于采用的是CsCl密度梯度法測定密度，而G-C堿基對有較強(qiáng)的與CsCl結(jié)合的能力，這使得其密度看上去更大了。Fig2.7DNA分子中GC含量與DNA密度的關(guān)系曲線。2.8在一幅圖中表示T4噬菌體DNA，大腸桿菌DNA以及哺乳動(dòng)物非重復(fù)序列DNA的C0t曲線，并解釋三者之間的差異。答：三者的C0t曲線如下圖所示。影響DNA復(fù)性的三個(gè)重要因素有：溫度、DNA濃度和復(fù)性時(shí)間。C0t包括了后面兩個(gè)因素。在一定范圍內(nèi)，DNA濃度越高，復(fù)性時(shí)間越長，DNA復(fù)性的越多。half-C0ts值與DNA鏈的復(fù)雜程度相關(guān)。可以想象，DNA越復(fù)雜，堿基對越多，DNA就更難找到正好配對的鏈，也就是，需要更高的DNA初始濃度或更長的復(fù)性時(shí)間。圖中，T4噬菌體，E.coli和小牛非重復(fù)DNA序列的half-C0t依次增加，也就是因?yàn)樗鼈兊腄NA復(fù)雜程度依次上升，圖上方的堿基對數(shù)目也說明了問題。Fig2.8T4噬菌體DNA，大腸桿菌DNA以及哺乳動(dòng)物非重復(fù)序列DNA的C0t曲線。2.9在一張圖上表示哺乳動(dòng)（如鼠）的衛(wèi)星DNA和非重復(fù)序列DNA的C0t曲線。這兩者h(yuǎn)alf－C0t的比值是多少？我們能從這個(gè)比值中推測該衛(wèi)星DNA的重復(fù)程度如何？答：兩者的C0t曲線如下圖所示。由圖可知，鼠衛(wèi)星DNA的half－C0t值為6×10-4，而非重復(fù)DNA的half－C0t值為5×103，后者是前者的約107倍，由于兩者的DNA長度相近（2×109bp），鼠衛(wèi)星DNA中的重復(fù)度約為107。Fig2.9鼠的衛(wèi)星DNA和非重復(fù)序列DNA的C0t曲線。2.10畫圖解釋核酸雜交的原理。答：核酸雜交的原理是（1）核酸分子靠堿基配對形成雙鏈（2）核酸的的變性和復(fù)性。鏈狀核酸分子由含堿基的核苷酸構(gòu)成。核酸分子中互補(bǔ)的堿基序列可以通過堿基配對，形成雙鏈結(jié)構(gòu)。該雙鏈可以存在于分子內(nèi)的或分子間。相同或不同的單鏈都能形成雙鏈。在某些條件例如加熱或低鹽濃度下，互補(bǔ)雙鏈之間的氫鍵被破壞，直至兩條鏈完全分開，該過程為核酸分子的變性。在合適條件下，分開的互補(bǔ)鏈可以重新形成雙螺旋雙鏈，稱為核酸的復(fù)性。在任何兩條含有互補(bǔ)序列的核酸分子間，都能通過類似復(fù)性的辦法使之形成雙鏈結(jié)構(gòu)。例如一條DNA與一條RNA通過復(fù)性結(jié)合為雙鏈。這種反應(yīng)稱為雜交。兩個(gè)核酸分子雜交的能力可以衡量其序列互補(bǔ)性，也即它們堿基序列的相似程度。常用的核酸雜交辦法是濾膜雜交，將單鏈吸附在纖維濾膜上，用放射標(biāo)記的另一條單鏈與之結(jié)合，取出濾膜后檢測它的放射強(qiáng)度就可以知道兩條鏈的雜交反應(yīng)能力。Fig2.10核酸分子（DNA、RNA）的雜交原理示意圖。2.11一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，老鼠的衛(wèi)星DNA位于染色體的著絲粒上，描述并闡釋該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。答：在該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，用與生物素交聯(lián)的老鼠衛(wèi)星DNA探針和細(xì)胞分裂中期的染色體雜交，然后加入熒光標(biāo)志的生物素結(jié)合蛋白。利用熒光顯微鏡，在姐妹染色體的著絲粒上觀測到熒光，從而說明老鼠的衛(wèi)星DNA位于著絲粒上，也表明了著絲粒是高度重復(fù)的。2.12假設(shè)沒有基因重疊，那么一個(gè)擁有12000個(gè)堿基對的DNA序列的病毒能編碼多少個(gè)一般大小的蛋白質(zhì)？答：單個(gè)氨基酸分子的平均分子量是100D，而一般大小的蛋白質(zhì)分子量為40