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第10单元——蛋白质的生物合成(习题与答案)

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 第10单元 蛋白质的生物合成
  (一)名词解释
  1.遗传密码; 2.摆动假说; 3.SD序列; 4.信号肽; 5.多聚核糖体。
  (二)填空题
  1.反密码子第    位碱基和密码子第   碱基的配对允许有一定的摆动,称为变偶性。
  2.在原核细胞翻译起始时,小亚基16SrRNA的3′端与mRNA5′端的    之间互补配对,确定读码框架,fMet- tRNAf占据核糖体的    位置。
  3.细胞内多肽链合成的方向是从    端到    端,而阅读mRNA的方向是从    端到   端。
  4.在形成氨酰- tRNA时,由氨基酸的     基与tRNA3′末端的    基形成酯键。为保证蛋白质合成的正确性,氨酰tRNA合成酶除了对特定氨基酸有很强的   之外,还能将“错误”氨基酸从氨酰化-tRNA复合物上     下来。
  5.转肽酶催化生成的化学键是    ,该酶还具有    活性。
  6.肽链延伸包括:进位、   、和   。
  7.翻译延长阶段的进位,是指    进入    位。翻译延长阶段的转位是指    与    做相对运动。
  8.体内大多数蛋白质形成正确的构象需要    的帮助,某些蛋白质的折叠还需要    互换酶和     异构酶的催化。
  (三)选择题(在备选答案中选出1个或多个正确答案)
  1.多肽链的氨基酸序列取决于
  A.tRNA   B. 18S rRNA   C. 28S rRNA  D.mRNA   E. 氨基酰-mRNA合成酶
  2.密码GGC的对应反密码子是(中科院-中国科技大学2000年考研题)
  A.GCC  B. CCG  C. CCC  D. CGC   E. GGC
  3.关于密码子,错误的叙述是
  A.每一密码子代表一种氨基酸   B. 某些密码子不代表氨基酸
  C.一种氨基酸只有一种密码子   D. 甲硫氨酸只有一种密码子
  E. 密码子有种族特异性
  4.一个N端为丙氨酸的20肽,其开放的阅读框架至少应该由多少个核苷酸残基组成?
  A.60个   B. 63个   C. 66个   D. 57个   E. 69个
  5.氨基酰- tRNA中,tRNA与氨基酸的结合键是
  A.盐键  B. 磷酸二酯键   C. 肽键  D. 糖苷键  E. 酯键
  6.原核生物和真核生物翻译起始不同之处
  A.真核生物的Shine-Dalgarno序列使mRNA与核糖体结合
  B.真核生物帽子结合蛋白是翻译起始因子之一
  C.IF 比eIF种类多
  D.原核生物和真核生物使用不同起始密码
  E.原核生物有TATAAT作为翻译起始序列,真核生物则是TATA
  7.关于核蛋白体转肽酶,错误的叙述是
  A.转肽不需要GTP   B. 转肽不需要ATP  C.活性中心在小亚基
  D. 活性中心在大亚基   E.活性中心与rRNA有关
  8.一个氨基酸参入多肽链,需要
  A.两个ATP分子   B.一个ATP分子,两个GTP分子
  C.一个ATP分子,一个GTP分子   D.两个ATP分子,一个GTP分子
  E.两个GTP分子
  9.信号肽段的作用是
  A.指导DNA合成的启动    B.指导多肽链糖基化   C.引导多肽进入内质网    D.指导RNA合成的启动   E.指导蛋白质合成的启动
  10.多肽链合成后,其Ser可
  A.乙酰化   B.糖基化   C.磷酸化   D.甲基化   E.硫酸化
  11.蛋白质合成后加工不包括
  A.蛋白质的磷酸化   B.信号肽的切除   C.蛋白质的糖基化
  D.酶的构像变化  E.蛋白质的乙酰化
  12.以下哪一种抑制剂只能抑制真核生物的蛋白质合成
  A.氯霉素  B. 红霉素  C.放线菌酮   D.嘌呤霉素  E.四环素
 (四)判断题
  1.若1个氨基酸有3个遗传密码,则这3个遗传密码的前两个核苷酸通常是相同的。
  2.由于遗传密码的通用性,用原核生物表达真核基因不存在技术障碍。表达出的蛋白质通常是有功能的。
  3.氨酰-tRNA合成酶可以通过合成反应的逆反应切除误载的氨基酸。
  4.所有氨酰-tRNA合成酶的作用都是把氨基酸连接在tRNA末端核糖的3ˊ-羟基上。
  5.在核糖体上形成肽链所需的能量,由水解GTP来提供。
  6.生物合成蛋白质时,A 位的氨基酸转移到P位,使P位的肽链延长,A 位空载的-tRNA随后便脱落。
  7.蛋白质能够折叠成何种三维结构,主要是由分子伴侣决定的。
  (五)分折与计算题
  1.论述遗传密码的特点。
  2.如果mRNA上的阅读框已被确定,它将只编码一种多肽的氨基酸顺序。从一蛋白质的已知氨基酸顺序,是否能确定唯一的一种mRNA的核苷酸序列?为什么?
  3.如果E.Coli 染色体DNA的75%可用来编码蛋白质,假定蛋白质的平均相对分子质量为60000,以三个碱基编码一个氨基酸计算,(1)若该染色体DNA大约能编码2000种蛋白质,求该染色体DNA的长度?(2)该染色体DNA的相对分子质量大约是多少?(氨基酸残基的平均相对分子质量是120,核苷酸对的平均相对分子质量是640)。
  4.原核生物与真核生物翻译起始阶段有何异同?
  5.简述信号肽假说的基本内容。
  6.肽链合成后的加工修饰有哪些途径?
  参考答案
  (一)名词解释
  1.DNA编码链或mRNA上的核苷酸,以3个为一组(三联体)决定1个氨基酸的种类,称为三联体密码。mRNA的三联体密码是连续排列的,因此,mRNA的核苷酸序列可以决定蛋白质的一级结构。
  2.mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子相互辩认,大多数情况是遵从碱基配对规律的。但也可出现不严格的配对,这种现象就是遗传密码的摆动性,tRNA分子上有相当多的稀有碱基,例如次黄嘌呤(inosine,I)常出现于三联体反密码子的5′端第一位,它和mRNA密码子第3位的A、C、U都可以配对。
  3.位于mRNA分子AUG起始密码子上游约8~13个核苷酸处,由4~6个核苷酸组成的富含嘌呤的序列,以-AG-GA-为核心。SD序列同16S rRNA近3′-末端的序列互补,在核糖体与mRNA的结合过程中起重要作用。
  4.是未成熟的分泌性蛋白质中可被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列。有碱性N-末端区、疏水核心区及加工区三个区段。蛋白质被转运到细胞的一定部位后,信号肽即被切除。
  5.是由1个mRNA分子与一定数目的单个核糖体结合而成的串珠状排列。每个核糖体可以独立完成一条肽链的合成,所以多个核糖体上可以同时进行多条肽链的合成,可以加速蛋白质的合成速度,提高模板mRNA的利用率。
  (二)填空题
  1.1,3; 2. SD序列,P位点; 3. N端,C端,5′端,3′端; 4. 羧,羟,专一性,水解;
  5.肽键,酯酶; 6. 成肽,移位; 7.氨酰- tRNA,A,mRNA,核糖体; 8.分子伴侣,二硫键,脯氨酰肽酰。
  (三)选择题
  1.(D)mRNA的核苷酸序列决定蛋白质的氨基酸序列。
  2.(A)密码子与反密码子形成碱基配对时,两条链是反向平行的,多核苷酸链通常从5′端到3′端书写,因此,正确的选项不是B,而是A。
  3.(C)一种氨基酸可以有1~6种密码子。
  4.(C)N端为丙氨酸说明起始密码子编码的甲硫氨酸已被切除,所以,该20肽的ORF至少由20×3+3(起始密码子)+3(终止密码子)=66个核苷酸组成。
  5.(E)tRNA与氨基酸之间的连接键是由氨基酸的羧基和tRNA3′末端的羟基脱水生成的,属于酯键。
  6.(B)真核生物的mRNA无SD序列,帽子结合蛋白质是翻译的起始因子之一,eIF 比 IF的种类多,原核生物与真核生物的起始密码相同,TATAAT和TATA均为启动子的特有序列,与转录的起始有关。
  7.(C)核糖体大亚基的23S rRNA具有转肽酶的活性,转肽反应既不需要ATP,也不需要GTP。
  8.(B)氨基酸活化需要1个ATP分子,肽链合成的延长阶段需要两个GTP分子。
  9.(C)信号肽的作用是引导多肽链进入内质网。
  10.(B,C)Ser残基R基上的羟基可以与糖基或磷酸基形成共价键,不会被甲基化、乙酰化或硫酸化。
  11.(D)蛋白质合成后的加工包括切除部分肽段,磷酸化、糖基化、羟基化、乙酰化、腺苷酰化、尿苷酰化等,但不包括酶的构象变化。
  12.(C)四环素、氯霉素和红霉素专门抑制原核细胞的蛋白质合成,嘌呤霉素既能抑制原核细胞的蛋白质合成,又能抑制真核细胞的蛋白质合成,只有放线菌酮才是真核细胞细胞质合成的特异性抑制剂。
  (四)判断题
  1.对。这一规律与遗传密码的简并性有关,由于遗传密码子的第3位与反密码子的第1位配对不严格,一种tRNA有可能与同一氨基酸的不同密码子结合。
  2.错。原核生物与真核生物的启动子结构不同;原核生物的mRNA5′端有SD序列,无帽子结构,真核生物的mRNA5′端有帽子结构而无SD序列;原核生物不存在真核生物的翻译后加工系统,因此,用原核生物表达真核基因必须将目的基因整合到原核启动子和SD序列下游,需要翻译后修饰的蛋白质不宜用原核生物表达。
  3.错。氨酰-tRNA合成酶的合成反应需要消耗ATP,而切除误载的氨基酸是水解反应,不可能在反应的同时将AMP和焦磷酸再合成ATP。
  4.错。有些氨酰-tRNA合成酶是把氨基酸连接在tRNA3ˊ末端核糖的3ˊ-羟基上,另一些是连接在tRNA3ˊ末端核糖的2ˊ-羟基上。
  5.错。氨酰-tRNA的氨基已经被活化,形成肽键时不需要水解高能磷酸化合物提供能量。
  6.错。形成肽键时,P位的肽酰基转移到A位,与A位氨酰-tRNA上的氨基形成肽键,从而使肽链延长,随后,P位空载的tRNA通过E位从核糖体脱落。
  7.错。分子伴侣在多肽链的折叠过程只起辅助作用,对蛋白质三维结构起决定性的因素是它的一级结构。
  (五)分析与计算题
  1.(1)遗传密码为三联体:模板从mRNA5′端的起始密码子开始,到3′端的终止密码称为开放读码框架。在框架内每3个碱基组成1个密码子,决定1个氨基酸。(2)遗传密码的种类:遗传密码共64个,其中61个密码子分别代表各种氨基酸。3个为肽链合成的终止信号。位于5′端的AUG,除了代表甲硫蛋氨酸外,还是肽链合成的起始信号。(3)遗传密码的连续性:对mRNA分子上密码子的阅读方法叫读码。正确读码是每3个相邻碱基一组,不间断地连续读下去,直到出现终止密码为止。mRNA上碱基的插入和缺失,可导致框移突变。(4)遗传密码的简并性:有61个密码子代表20种氨基酸,每个密码子只代表一种氨基酸,而多数氨基酸都有2~4个密码子,这种由几个密码子编码同一氨基酸的现象称为简并性。从密码表上可看出密码子的第3位碱基通常是简并的。(5)遗传密码的摆动性:指密码子与反密码子配对不遵从碱基配对规律,此不严格的配对关系称为摆动性。如丙氨酰- tRNA反密码子的第1位碱基I可以与密码子第3位的A、C或U配对。遗传密码的摆动性使一种tRNA可以识别几种代表同一种氨基酸的密码子。(6)遗传密码的通用性:从细菌到人的遗传密码都市通用的,但近年发现哺乳类动物线粒体的蛋白质合成体系中有个别例外。如UAG不代表终止密码子,而代表色氨酸;CUA不代表亮氨酸,而代表苏氨酸。(7)遗传密码的防错系统:由于遗传密码的简并性,有4个密码的氨基酸,其第三位的碱基被替换,仍编码同一种氨基酸,从遗传密码表可以看出,只要遗传密码的第二位是U,则第一位和第三位不论怎么变化,其编码的氨基酸总是疏水性的,如第二位是C,则其编码的氨基酸是非极性的或极性不带电荷的,若第二位为A或G,则编码的氨基酸R基是亲水性的,第一位是A或C,第二位是A或G,则编码的氨基酸R基是碱性的,若前两位是AG则编码的氨基酸R基是酸性的。这些规律使某些核苷酸的替换可以不引起肽链中氨基酸的变化,或被替换的氨基酸理化性质相似。这便是密码的防错系统。
  2.由于1个密码子只能编码一种氨基酸,在mRNA的开放阅读框确定后,用遗传密码可以推出其相应蛋白质的氨基酸序列。由于mRNA是由DNA转录而来的,如果基因(DNA)编码区的序列已知,也可由此推出相应表达产物的氨基酸序列。但是,由于除甲硫氨酸和色氨酸外的18种氨基酸均有一种以上的密码子,由蛋白质的氨基酸序列推断相应mRNA的核苷酸序列时,我们会面临多种选择。比如,由7个氨基酸的序列推测其可能的mRNA编码区序列,若其中有5个氨基酸有2个密码,则能够与其相对应的核苷酸序列会有25种,即有32种。
  3.(1)因为蛋白质的平均相对分子质量为60000,氨基酸残基的平均相对分子质量为120,则蛋白质的平均氨基酸残基的个数为60000/120=500个,编码2000种蛋白至少需要2000×500×3个密码子,而DNA碱基的75%用来编码这2000 个蛋白,则该染色体DNA的长度为:2000×500×3/75%=4000000bp。若该DNA为B-DNA,每个bp使螺旋轴延伸0.34nm,则其长度应为:0.34×4000000=1360000nm;(2)该染色体DNA的相对分子质量大约是640×4000000= 2560000000=2.56×109 Da
  4.相同之处:(1)都需生成翻译起始复合物;(2)都需多种起始因子参加;(3)翻译起始的第一步都需核糖体的大、小亚基先分开;(4)都需要mRNA和氨酰- tRNA结合到核糖体的小亚基上;(5)mRNA在小亚基上就位都需一定的结构成分协助。(6)小亚基结合mRNA和起始者tRNA后,才能与大亚基结合。(7)都需要消耗能量。不同之处:(1)真核生物核糖体是80S(40S+60S);eIF种类多(10多种);起始氨酰- tRNA是met- tRNA(不需甲酰化),mRNA没有SD序列;mRNA在小亚基上就位需5′端帽子结构和帽结合蛋白以及eIF2;mRNA先于met-tRNA结合到小亚基上。(2)原核生物核糖体是70S(30S+50S);IF种类少(3种);起始氨酰- tRNA是fmet- tRNA(需甲酰化);需SD序列与16S-tRNA配对结合,rps-1辩认识别序列;小亚基与起始氨酰-tRNA结合后,才与mRNA结合。
  5.蛋白质合成后的靶向输送原理,有几种不同的学说,信号肽假说是目前被普遍接受的学说之一。分泌性蛋白质的初级产物N-端多有信号肽结构,信号肽一旦合成(蛋白质合成未终止),即被胞浆的信号肽识别蛋白(SRP)结合,SRP与内质网膜的内侧面的受体即对接蛋白(DP)结合,组成一个输送系统,促使膜通道开放,信号肽带动合成中的蛋白质沿通道穿过膜,信号肽在沿通道折回时被膜上的信号肽酶切除,蛋白质在内质网和高尔基体经进一步修饰(如糖基化)后,即可被分选到细胞的不同部位。
  6.蛋白质合成后的加工修饰内容有:(1)肽链的剪切:如切除N端的Met,切除信号肽,切除蛋白质前体中的特定肽段。(2)氨基酸侧链的修饰,如:磷酸化、糖基化、甲基化等。(3)二硫键的形成。(4)与辅基的结合。
 

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