基础生命科学课后思考题答案 - 图文

生命科学导论 思考题习题解答

刘贵忠

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第一章

1．生物同非生物相比，具有哪些独有的特征?

由于不可能对生命进行确切定义，但是我们可以将生命的基本特征总结如下： (1)生命的基本组成单位是细胞。

(2)新陈代谢：生命体无时无刻都在进行着物质和能量的代谢，新陈代谢是生命的最基本特征。

(3)繁殖：生物体有繁殖的能力。

(4)生长：生物体具有通过同化环境中的物质来增加自身物质重量的能力。 (5)应激性：生物体有对刺激物——内部或外部环境的改变做出应答的能力。

(6)适应性：生物体可以通过其结构、功能或行为的变化来适应特定环境以生存下去。 (7)运动：包括生物体内的运动(生命运动或新陈代谢)或生物体从一处移至别处。 (8)进化：生物具有个体发育和系统进化的历史。

2．有些同学在高中阶段对生物学课程并不十分感兴趣，请分析原因。对如何学好大学基础生命科学课程提出你的建议。

生命是一个未知的谜，学好生命科学最重要的是要合兴趣，对生命奥秘的探索需要付出艰辛的劳动，但一旦有所理解或有所启示，兴趣便会油然而生。学习生命科学不但要继承前人总结的宝贵经验和理论．更需要创新。问题的提出必须基于观察和实验，面答案必须能被进一步的观察和实验所证实。努力思考这些有意义的问题将会使学习逐渐深入。生命科学是实验科学，实验是一个非常重要的方面，实验使我们很好的理解这些基本概念与原理。科学实验和观察是假设成为理论的桥梁。生命科学的学习离不开实验．生物学实验可以提高我们的动手能力、分析问题和解决问题的能力。 3．一位正准备参加高考的学生家长问：生命科学类专业将来的就业前景如何?请您对这一问题作比分析和回答。

21世纪生命科学的发展前景比任何其他的学科都要广阔。生物已经进入了分子生物学时代，可以从基因的角度进行研究开发。学习课程包括一般生物学、动物学、植物学、微生物学、生态学、胚胎学和基因学。而化学、物理、数学方面的课程是其不可缺少的基础科学，为理解生物学提供必需的适当背景和方法理论。 生物科学专业为学生提供广阔的知识背景，其中包括许多其他专业的知识，进而为学生提供丰富的就业机会。根据调查显示，除了科研院所的专业人员外，生物以及相关专业就业机会还有以下相关产业：农业科学、植物保护、生物摄影、生物统计学、消费品研究、动物营养、兽医、环境教育、水产业、基因顾问、工业卫生学、海洋生物、医药产业、医学插图、核能医药、公众健康、科学图书管理员、科普作家、科技插图画家、科技信息专家、科技代表、销售、科技写作、保险索赔、教育节目制作、职业杂志编辑等等。 随着国内生物产业的发展，需要更多的专业或交叉学科的人才。由于生物学正在高速发展，还有很多未知领域等待人们去探索。只要有决心，就有可能在学术上取得成绩。 4．什么是双盲设计，科学研究中的假象和误差是如何产生的？

双盲设计是指被试者和研究实施者(主试)都不清楚研究的某些重要方面。双盲的实验设计有助于预防偏见．消除观察者偏差和期望偏差，加强了实验的标准化。

科学研究中的误差包括：随机误差(因不确定因素引起误差)和系统误差(由方法、仪器和入为因素而引起误差)两类。 5．科学研究一般遵循哪些最基本的思维方式和步骤？请用本书第六章图6—8的实验研究实

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例，总结出科学研究的一般步骤。 科学研究中最基本的思维方式包括： (1)归纳和演绎； (2)分析和综合； (3)抽象和具体； (4)逻辑的和历史的：

每一个人都应该学会科学的思维，这就需要遵循逻辑思维的要求，把握创新思维的能力，提升自己的思维品质。 科学研究遵循的一般步骤： (1)发现问题；

(2)收集与此问题相关的资料(通过观察、测量等)； (3)筛选相关资料，寻找理想的联系和规律；

(4)提出假设(一个总结)，此假设应能够解释已有的资料，并对进一步需要研究问题提出建设；

(5)严格验证假设；

(6)根据新发现对假设进行证实、修订或否定。

6．众所周知，北京的中关村是中国计算机及信息技术的大本营，为什么在它的广场上没有计算机模型或电子模型，却树立了一个DNA双螺旋模型(见教材图5—2)? 在原始的海洋孕育第一个生命之前，裸露的DNA就存在于这个世界上了，而当今世界引领科技潮流浪尖的信息技术相比于DNA来说却是年轻了不知道多少倍。信息技术是当代人类用聪睿智慧的大脑发展出来的；而人类本身，无论是远古还是现今，直至将来，都无法脱离开DNA的影响。自然孕育了DNA，它一步步把无机物神奇的组成这个生命的载体，奇妙的双螺旋梦幻般的谱写出人类的密码．这其中所深藏的机理和极高的复杂程度是任何一块集成电路板都无法比拟的。DNA对人类进化的影响和贡献是不言而喻的，只有越来越高等，越来越睿智的人类才能让科技浪潮不断奔涌向前：之所以在中关村一街的十字路口要高耸起这样一个DNA模型，在我看来，它的用意莫过于暗示大家：DNA的奥秘尚未解开，高新技术产业的未来发展空间也正像DNA的奥秘一样深不可测。DNA正以它显妙的双螺旋舞姿默默的引领着我们和我们的信息技术在科技的浪尖上飞扬。 7.以本章每一节的标题为议题，进行分组讨论。 讨论：

（1） 什么是生命?

（2）为什么要学习生命科学?

（3）生命科学涵盖的主要内容有哪些? （4）如何学习生命科学?

（5）阐述创新性在推动生命科学发展中的重要性。

第二章

1.组成细胞及其生物体的主要原子有那些，它们在细胞中主要有哪些作用？

组成细胞的主要元素有碳（C，18.0%），氢（H，10.0%），氧（O，65.0%），氮（N，3.0%），磷（P，1.1%），硫（S，0.25%），钙（Ca，2.0%），钾（K，0.35%），钠（Na，0.15%）。其中C，H，O，N 占了细胞质量的96%，它们是构成各种有机化合物的主要成分。

C有4个外层电子，能与别的原子形成4个强共价键。C原子之间及其它原子间以共价键等形式结合，可以形成大量化学性质与相对分子质量不同的生物分子。

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O、H、N在构成有机化合物的羟基、羰基、羧基、氨基上都是不可缺少的元素。

N是蛋白质、核酸的重要元素。另外生物体内还有具有重要生物活性的含氮化合物，如多胺等。

S是组成蛋白质的半胱氨酸和甲硫氨酸的组成元素。

P是核酸、磷脂等分子的组成成分。另外磷酸根离子在细胞代谢活动中很重要：①在各类细胞的能量代谢中起到关键作用；②是核苷酸、磷脂、磷蛋白和磷酸化糖的组成成分；③调节酸碱平衡，对血液和组织液pH起缓冲作用。

2+

Ca对钙调素、肌动球蛋白、ATP酶极为重要；钙还是骨骼的重要成分。 2+3+

Fe或Fe是血红蛋白、细胞色素、过氧化物酶和铁氧蛋白的组成成分。 ++

K、Na维持膜电位。

可见，各种元素在细胞中都起到很重要的作用。 2.请描述碳元素的核外电子轨道形状和电子分布情况。为什么说在生命元素中，碳元素具有特别重要的作用？

C原子的最外层电子有4个，其基态分别处在2s(两个)和2P(两个)轨道上，当C原子发生反应时，首先一个2S电子被激发到2P轨道上，然后由一个2S电子轨道和3个2P轨道

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发生杂化，形成4个完全一样的SP轨道．其立体形状就像一个正四面体，4个轨道伸向4

’3

面，各轨道间的夹角都是109°28′。C原子采用SP杂化方式来反应有助于生成更稳定的键。在生命元素中，碳元素具有特别重要的作用，碳原子相互连接成链或环，形成各种生物大分子的基本结构。

除了水以外，含碳化合物是生物体中最普遍的物质。由细胞合成的含碳化合物是有机化合物或生物分子。碳原子之间即与其他原子间以共价键等形式相结合，可以形成大量化学性状与相对分子质量不同的生物分子。碳原子是生物大分子的基本骨架：碳原子的不同排列方式和长短是生物大分子多样性的基础。所有生物大分子都是以碳原子相互连接成链或成环作为基本结构，并以共价键的形式与氢、氧、氮及磷相结合，形成了具有不同性质的生物大分子。

3.请举例讨论细胞中的原子具有可以做功的能量这一问题。 在细胞内的生物化学反应过程中，高能电子可以从一个原子或化合物向另一个电子或化合物转移，即氧化还原反应，例如糖酵解中3-磷酸甘油醛被氧化生成1，3-磷酸甘油酸时，

++

一对高能电子从3-磷酸甘油醛转移到NAD．NAD得到电子对被还原并结合一个质子形成NADH，再经电子传递链NADH上的高能电子最终交给氧原子形成水的同时生成ATP．用于生物做功。

4．如何理解重斯学习或深化有关原子的结构与性质、化学键、有机化合物的碳骨架与功能团等基本概念，对于理解生命运动的本质是非常必要的。

以化学的理论研究生命运动的规律，即是生物化学。生物化学学习的3种境界为： 第一种境界是记忆境界。对于绝大多数学习生物化学的学习者，记忆典型的生命化学过程是他们的终极目标。他们可以对重要的生命化学运动的任何细节倒背如流，最典型的是诸如光合作用中的Calvin-Benson循环、呼吸作用中的糖酵解-三羧酸循环以及二者中的电子传递链．虽然这些工作常常使他们筋疲力尽，尤其当遇到容易混淆的过程时。凭借这些条文，他们可以解决诸如反应物生成物的种类及数量的简单问题。 第二种境界是机制境界。对化学的基本观点(有机和无机)及题干中述及的基本概念有所了解的学习者，除了知道生命化学运动所包含的主要过程，能够以化学反应方程式的形式对其加以描述外，还能从化学的观点(如碳链和功能团或官能团)解释这些过程为什么会发生，即理解了生命运动的化学本质。这种境界有点拿来主义的意思，比上一种境界是很大的进步，因为它毕竟能把化学的观点用于生命运动的研究之中。

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第三种境界即所谓进化境界。需要在学习化学概念的过程中，把化学的观点包容于进化的观点之中。可以说，进化能够解释一切生命现象，下面是它对生命化学现象的解释：自然选择了那些最出色完成各种生命必需功能的化学机制，变异与选择是这些机制的设计师，这些机制因此呈现出意义及目的性。

可见，生命的持续对其化学机制提出功能要求。简单地说，进化设计出符合这些要求的物质基础和具体过程，这些过程的发生依赖于具有生物功能的功能团。因此．达到第三种境界的学习者能够深入理解所有生命化学过程为什么要发生。

5．整个水分子是电中性的，为什么又是极性化合物分子?在液体状态，水分子间的氢键是如何形成的？

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由于水分子中的氧原子与氢原子之间的键角不是180，而是以共价键形成“V”结构．致使整个水分子的正电荷中心与负电荷中心不重合，所以水分子虽然在整体上是电中性的，但又是极性化合物分子。

由于氧原于的电负性很强，在水分子中氢原子的电子距离氢核很远，使得氢核外有很强的正电场，而与此同时氧原子有一对孤对电子，容易受到氢核正电场的作用，一个水分子的氧原子的孤对电子与另一个水分子的氢核之间的相互作用就形成了水分子中的氢键。 6.细胞内4种主要生物大分子单体的碳骨架与功能团各有哪些特征?哪些生物学功能? 糖类化合物

糖分子含C、H、O 3种元素，通常3者的比例为1：2：1，一般化学通式为(CH20)n。糖类包括小分子的单糖、寡糖和多糖。从化学本质上来说，糖类是多羟醛、多羟酮或其衍生物。

天然的单糖一般都是D型，重要的单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖、核糖、脱氧核糖等。重要的二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等。麦芽糖由两分子葡萄糖单体脱水缩合形成；蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合形成；乳糖由一分子葡萄糖和一分子半乳糖缩合而成。重要的多糖有淀粉、糖原、纤维素、氨基葡聚糖等，由葡萄糖单体聚合而成。 糖类生物学功能：

(1)作为生物体的结构成分：植物、真菌以及细菌的细胞壁，昆虫和甲壳类的外骨骼等； (2)作为生物体内的主要能源物质：生物氧化的燃料，葡萄糖和能量的贮存物质——淀粉和糖原等；

(3)生物体内的重要中间代谢物质：糖类通过这些中间物质为其他生物分子如氨基酸、核苷酸以及脂肪酸等提供碳骨架；

(4)作为细胞识别的信息分子：许多膜蛋白、分泌蛋白和受体蛋白都是糖蛋白，即在特定部位结合一定量的寡糖，这些糖链可能起信号识别的作用。 脂类

生物体内的脂类是指不溶于水的物质，包括三酰甘油、磷脂、类固醇等几类。脂类可溶于乙醚、氯仿等非极性溶剂。中性脂肪和油都是脂肪酸与甘油经过脱水缩合形成的脂类，由 3个脂肪酸上的羧基与一分子甘油上的3个羟基分别脱水缩合形成的脂类又叫三酰甘油。三酰甘油分子中甘油的1个羟基与磷酸及其衍生物结合便构成为磷脂，如卵磷脂(磷脂酰胆碱)、脑磷脂等；磷脂是生物膜的主要成分。类固醇也称甾类，以环戊烷多氢菲为基础，不合脂肪酸，但具有脂类性质，也是细胞膜的重要成分。常见其他类型的脂类包括糖脂、多异戊二烯类、某些脂溶性维生素等。 脂类生物学功能：

(1)是生物体的能量提供者，脂肪氧化时产生的能量大约是糖的二倍； (2)磷脂是生物膜的主要成分；

(3)参与细胞的识别，作为细胞的表面物质，与细胞识别，种特异性和组织免疫等有密切关系；

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些小泡又以出芽的方式脱离高尔基体盘的边缘，释放入细胞质。高尔基体是由细胞内其他膜系转变而来的。 质体（plastid）：是植物细胞的细胞器，包括白色体和有色体。植物根或茎细胞中的白色体含有淀粉、油类或蛋白质。植物色彩丰富的花或果实的细胞具有有色体，有色体内含有各种色素。叶绿体是一类最重要的有色体。

微管（microtubule)：是细胞骨架的主要成分之一，其主要化学成分为微管蛋白，许多微管蛋白分子排列成原丝，13条原丝围成的中空管即为微管；其主要功能包括保持细胞形状、纤毛和鞭毛的运动、原生质与染色体运动、胞内运输等。 微丝（microfilament）：指细胞内直径5-9nm，长短不一、散布、成束或交织成网的蛋白质纤维。是细胞骨架的主要成分之一，其主链蛋白由肌动蛋白组成。 中心粒（centriole）：为圆筒状小体，通常成对存在，由9组三联微管排列而成，与细胞分裂时纺锤体的形成密切相关，一般由两个相互垂直的中心粒构成中心体。 9.为什么在膜的双分子层中，脂肪酸碳原子间的双键越多，膜的流动性就越大？

膜的流动性是指脂分子的侧向运动，主要是由脂分子中脂肪酸碳链的长短和不饱和程度决定的。碳链越短，不饱和键越多，膜脂的流动性越大。相同碳链长度的脂肪酸，不饱和键越多熔点越低，因此膜的流动性越大。

10．物质的跨膜运输分为被动运输和主动运输，其主要差别是什么? 主动运输是指由细胞供给能量，将某种物质分子从膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。自由扩散和协助扩散都属于被动运输，其特点是物质分子进行顺浓度梯度的移动，所需要的能量自高浓度溶液本身所包含的位能，不需要另外供给能量。 11．请以酵母细胞为例，简单介绍细胞周期控制的机制。

在酵母菌细胞进入G1期到达G1期检验点时，该检验点通过比较细胞质体积与基因组的大小，决定是否让新合成的G1周期蛋白与Cdk结合，激活称为启动点激酶（start kinase）的二聚体引擎分子。即在G1期，随着细胞的生长，细胞的体积增大到一定程度而其DNA总量仍保持稳定，G1周期蛋白便与Cdk结合，激活启动点激酶，使周期性细胞通过G1检验点进入S期，DNA的复制便开始启动，G1周期蛋白接着便解离和自我降解。但是，如果G1检验点检查该周期性细胞不具备进入S期的条件，这时这些细胞便进入G0期。

完成了DNA复制后进入G2期的细胞首先开始逐渐积累M周期蛋白，该周期蛋白与Cdk结合形成称之为有丝分裂促进因子（mitosis-protomoting factory，MPF）的二聚体。最初，MPF在其磷酸化之前并没有活性。当非常少量的MPF被磷酸化以后，它们具有正向反馈调节作用，即少量磷酸化的MPF反过来可以增强催化MPF磷酸化的酶活性，促进细胞内被激活的MPF浓度急剧增加，最终导致细胞通过G2检验点的检查，进入M期，有丝分裂过程开始启动。

细胞进入M期以后，MPF可进一步催化核小体组蛋白H1磷酸化，再使核纤层蛋白和微管结合蛋白磷酸化，促使核纤层结构解体，从而促进纺锤体组装及染色单体的分离，保证一系列有丝分裂的正常进行。

M期的时间长短取决于活性MPF浓度变化，因为MPF本身会使二聚体上的周期蛋白自我降解。虽然Cdk的浓度始终不变，但新合成的M周期蛋白降解后，活性MPF浓度减少到一定程度，M期结束，有丝分裂过程完成，细胞有开始下一次以G1期为起点的周期循环。

第四章

1 生物代谢的本质是什么?

生物代谢就是发生在生物体内的由酶控制的全部化学反应和能量的转化过程。 2．请从热力学原理出发，讨论为什么生命活动需要不断地输入能量。 热力学第一定律告诉我们能量是守恒的，生命体自身不能产生能量，所有的能量来源与

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外部的输入。而根据热力学第二定律的描述宇宙或系统的各种过程总是向着熵增大的方向进行。事实上，生命一直与热力学第二定律．即与自发过程作着斗争。对于细胞和生命体而言，需要不断的输入能量，否则系统的有序化的程度就要下降。熵不断增加的结果就是细胞或者生命体的死亡。

3．放能反应与吸能反应有什么区别?哪一种反应能够自发进行?为什么?

在一个反应中，如果产物比反应物含有更少的自由能，这个反应便趋于自发进行。自发反应可释放自由能，称为放能反应。相反，另一些反应需要从外界输人自由能才能进行，称为吸能反应。

热力学第二定律指出，系统的各种过程总是向着熵值增大的方向进行。放能反应能够使细胞内熵增大，所以会自发的进行。

4．什么叫活化能?为什么酶具有高的催化效率? 酶是一种生物催化剂。它与普通催化剂一样，是通过降低反应所需的活化能促进细胞代谢的生化反应的，但是酶比普通催化剂有更高的催化效率，这是由酶分子的特殊结构所决定的。影响酶高催化效率的有关因素有：邻近定向效应、底物的变形与诱导契合、共价催化、酸碱催化金属离子催化和活性部位微环境。

5．根据酶的特性和催化原理说明蛋白质空间结构对于功能的重要性。

酶的高效性、专一性等特点均与酶的空间结构有关。在一定的构象下，酶才能形成底物结合部位和催化反应的活性中心，使酶与底物专一性结合，并在反应活性中心降低反应活化能，使反应更易进行。如果失去空间结构，酶将失去催化活性，因此一定的空间结构是蛋白质执行其生理功能所必需的。

6．为什么说细胞呼吸与汽油的燃烧在本质上是—样的? 细胞呼吸和汽油燃烧都是一种氧化反应，在能量本质上是相同的，只是底物的种类不同。可以用一个通式来表达这两种反应：有机化合物+O2→CO2+能量 7．简述细胞呼吸各阶段化学反应反其发生的部位。

有氧细胞呼吸的化学过程大致可以分成以下几个阶段：

第一阶段为糖酵解。将一分子葡萄糖分解成两分子丙酮酸。反应发生在线粒体外的细胞质中。

第二阶段为丙酮酸氧化。丙酮酸氧化为乙酰辅酶A，并释放一分子C02。反应在线粒体中进行。

第三阶段为三羧酸(Krebs)循环。将乙酰辅酶A氧化为CO2并产生NADH、FADH2和GTP。反应发生在线粒体的基质中。

第四阶段是电于链传递的氧化磷酸化。将NADH、FADH 2的还原型电子传递给氧，并产生ATP。反应在线粒体内膜上进行。

8．将叶绿体置于pH为4的酸性溶液里，直到基质的pH也达到4．然后将叶绿体取出，再置于pH为8的溶液里，这时发现叶绿体开始合成ATP。请解释上述实验现象。 由于叶绿体的基质pH值为4而外界溶液的pH值为8，造成叫绿体内外的质子浓度差．即跨膜的氢离子梯度，而这一浓度梯度导致质子顺浓度梯度从叫绿体内经ATP合成酶出到外界溶液中，这个过程中所释放的能量使ADP与磷酸结合生成ATP。

9．请设计一个实验来证明，光合作用中产生的O2来源于H20，而非来源于CO2。

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用O同位素示踪实验。(参见教材①用O同位素标记水中的O元素，检测到光合作用

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产物O2中含有O，②用O同位素标记CO2中的O元素，检测光合作用产物中的O 2，未发现18

O。则可证明光合作用中的O2来源于H2O。

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第五章

1. 为什么孟德尔和摩尔根等科学家提出了遗传因子的概念，却不可能认识遗传因子是由什

么物质组成的？

答：孟德尔和摩尔根使用的实验材料是豌豆和果蝇，它们都是一些非常复杂的多细胞生物，当时人们不知道遗传物质是由什么组成的，而且其研究技术不可能直接从豌豆和果蝇等复杂的生物中获得线索，因此没有人能够想到遗传因子是由DNA组成的。

2 .举例说明伴性遗传现象和基因的连锁和交换现象，并用经典的遗传学作出解释。

性别是由染色体决定的，人类属于XY型，即雌雄染色体异型，性染色体上的基因所控制的性状遗传，必然和性别有一定的关系，即伴件遗传。比如说，如果基因在Y染色体上，则该性状只能遗传给男性；如果在x染色体上且为隐性基因控制的，则一般男性患者比女性患者多。人类最常见的两种伴X隐性遗传病是血友病和色盲。

基因的连锁反应可用果蝇的杂交实验说明．果蝇灰身G对黑身g是显性，长翅L对残翅l是显性，两对性状是处在向一对同源染色体的两对等位基因控制的。如果让灰身长翅果蝇GL／GL和黑身残翅果蝇gl／gl杂交，第一代都是灰身长翅果蝇GL／gl。 若让灰身长翅果蝇GL／gl和双隐性亲本黑身残翅果蝇gl／gl果蝇回交，则出现4种类型的果蝇：两种亲本性灰身长翅GL／gl和黑身残翅gl／gl两种重组的新类型，灰身残翅Gl／gl和黑身长翅gL／gl。出于两对等位基因处在一对同源染色体上，G和L在一条染色体上，g，l在另一条染色体上，染色体到哪里他们就到那里，但由于第一代雌果蝇GL／gl有互换，就是在一部分染色体上的基因之间发生了相互交换，形成了两种新配子，杂交后就产生了两种新类型，由于这两个基因互换比率不大，所以这的种重组的新类型比两个亲本类型少得多。即两个或两个以上的基因位于同一个染色体上，在遗传时，染色体上的基因常连在一起不相分离，即基因的连锁遗传，若出现互换就是不完全连锁。 3．从结构和功能两方面说明DNA与RNA的差别。

两者组成上的差别：DNA中合有胸腺嘧啶，RNA含有尿嘧啶，个别情况下有胸腺嘧啶。DNA的核糖体2位无羟基，RNA的核糖上2位有羟基。核糖的2位羟基对RNA来说，不仅是折叠成固有三维结构的关键因素，也是RNA具有催化作用的重要组成部分。核糖2位羟基是DNA和RNA在遗传学上的本质差别。

空间结构上与功能的差别：DNA分子是双螺旋结构，进行半保留复制，保证遗传信息的稳定遗传。RNA二级结构为发夹结构或茎环结构，RNA单链局部回折形成2条反向平行的片段，2片段中碱基互补的地方就形成右手双股螺旋，符合A—DNA模型，不互补的地方就形成环状结构。

不同种类的RNA具有各自不同的功能。mRNA是从基因上转录下来去指导蛋白质合成的RNA；tRNA在蛋白质合成过程中运输氨基酸：rRNA是核糖体的组成部分。 4．试解释下述现象：—位生物学家把从人的肝细胞中提取的基因植入一种细菌的染色体中，该基因通过转录和翻译合成蛋白质。然而这种在细菌体内合成的蛋白质其氨基酸序列上发生了很大的变化，与肝细胞合成的蛋白质完全不同。 真核生物基因中包含有不编码肽链的内含子，转录为hnRNA后需要进一步加工去掉内含子，拼接外显子，形成mRNA；而原核生物没有转录后加工的过程，因此转录形成的mRNA里面包含有内含子的序列，同时这些序列也被翻译而合成肽链。 简单说就是肝细胞基因中的内含子也被表达为蛋白质了。 5.在合成蛋白质的过程中，细胞内的什么机制保让一次只增加一个氨基酸到正在合成的肽链上?又是什么机制保证每个氨基酸都处于正确的位置上? 指导合成蛋白质的信息在mRNA上，核糖体每次沿5’→3’方向移动一个密码子的距离，其上的密码子具有连续性，无间隔和重叠现象，因此同一段mRNA序列所编码的肤链序列是

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一定的。蛋白质合成中，tRNA上面有与mRNA密码子相对应的反密码子，只有携带了密码子所编码的氨基酸的tRNA才能进入的核搪体的P位，进而合成肽链。

6．DNA的两条链的复制步骤有什么不同?为什么不能采取同样的步骤进行复制?

DNA复制合成时，一条链是连续合成，另一条链是不连续合成的。这是因为合成DNA的DNA聚合酶只有从5’→3’方向的合成能力，面作为模板的DNA双链是反向对称的，因此以3’→5’方向的模板合成的是连续链，而以5’→3’方向为模板合成时也必须是等到该链具有一定长度的单链状态时．在其3’端找到一个起始位点合成一段DNA链，因此首先合成的是不连续DNA链，然后再连接起来。

7．请叙述基因中的遗传信息经转录和翻译后在蛋白质中表达的过程，叙述时请正确应用tRNA、氨基酸、起始密码、肽键、反密码子、转录、翻译、核糖体、RNA聚合酶、基因、mRNA、终止密码等词汇。

首先以DNA为模板，转录合成mRNA，将信息传递到mRNA中。然后蛋白质的合成以mRNA为模板，核糖体小亚基识别mRNA上起始密码子并结合上去，同时携带起始氨基酸的氨酰—tRNA结合到核糖体的P位，核糖体大亚基结合进来。具有与mRNA模板上第二个密码子的相对应的反密码子的tRNA携带相应的氨基酸进入A位，起始氨基酸的氨酰基转移到第二个氨基酸上的氨基上连接形成肽链，核糖体再移动一个密码子的位置，接受下一个氨酞—tRNA，前面形成的二肽的酰基与该氨基酸的氨基结合形成第二个肽键．依次循环，一直到核糖体遇到终止密码子时，合成的肽链水解下来，大、小亚基与mRNA分离。 8．分子遗传新的“中心法则”与旧的“中心法则”主要区别是什么?

新“中心法则”中增加了RNA的自我复制和逆转录(以RNA为模板指导合成DNA)。 9．原核与真核基因表达有哪些差异，为什么会有这些差异?

原核生物 1.无内含子 2.转录与翻译均在细胞质中、边转录边翻译 3.多顺反子 4.起始密码子为AUG，少数GUG 5.肽链翻译的起始位点是SD序列 6.mRNA无5’帽子，无Poly A尾 8.起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸 真核生物 1.有内含子 2.转录在细胞核，翻译在细胞质，二者有时空间隔 3.单顺反子 4.起始密码子为AUG 5.肽链翻译的起始位点是相关序列 6.mRNA有5’帽子和3’poly A尾 8.起始氨基酸是甲硫氨酸 7.核糖体整体70 S，亚基30S和50S 7.核糖体整体80 S．亚基40 S和60S 10．除了乳糖操纵子学说解释了原核生物基因表达调控的原理外．您是否知道解释原核生物基因表达调控的其他学说?如果知道，请作简单介绍。

具有双启动子的半乳糖操纵子，阿拉伯糖操纵子，可阻遏的色氨酸操纵子。 11．请说明基因测序的原理。

人类基因组计划的基因测序主要用了以下四方面相互配合与补充的研究方法和技术： ①基因连锁图分析

基因连锁图又称遗传图，遗传分析以具有遗传多态性的遗传标记为路标，利用人类家族遗传史和染色体上基因交换频率的实验数据，推断任何两个已知性状的基因之间的距离，根据点测交试验确定各基因的相对位置和排列顺序，作出包含人类染色体上多个基因、包括酶切位点和其他标记的连锁图。连锁图表现了基因或DNA标志在染色体上的相对位置和遗传距离。

②基因组物理图测定

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基因组物理图是以已知的DNA片段作为序列标签位点（sequence-tagged site，STS），以碱基对作为测量单位的基因组图。任何DNA序列，只要知道其在基因组中的位置，都能被用作STS标签。在物理图测定时，先将染色体切割成若干个可辨认的限制性内切酶切片段，找出其上独特性的序列作为标签，分析各界标间的距离，确定个片段在染色体上的实际排列顺序。

③确定基因组转录图

在基因组上确定与全部mRNA相对应的DNA的顺序位置即获得基因组转录图，又称cDNA图。利用构建的各种人工载体和基因片段的克隆技术分离到相应的cDNA片段，获得表达序列标签（expressed sequence tag，EST）组成的“表达序列图”，可得到人类“基因图”雏形。

一般实验室所用的传统的测序方法为链终止法（chain termination method），该方法第一步是制备单链模板DNA，然后加上一小段DNA为引物与起始端配对形成双链，接着在引物之后按照模板的碱基顺序起始新链的合成。新链的合成由DNA聚合酶催化，需要加入4种脱氧核苷酸（dNTP、dNTP包括dATP、dTTP、dCTP、dGTP）为新链延长的原料（底物），同时还特别加入了少量双脱氧核苷酸（ddNTP）,由于DNA聚合酶不能区分dNTPs和ddNTPs，当后者随机加入到新生的单链上后，由于ddNTP核糖3’碳原子上连接的是氢原子而不是羟基，因此不能与下一个核苷酸聚合延伸，合成的新链被就此终止。按这种原理，合成的大量互补的DNA新链可在任意一个碱基的位置终止，从而所产生所有仅差一个碱基的单链分子，这些DNA分子经聚丙烯酰胺凝胶电泳后，由4个泳道显示4种碱基的终止位置，而单链分子的大小又由电泳距离确定，彼此依次相差一个碱基，由下至上，便可读出新链上的DNA序列。

④随机测序与序列组装

科学家们发明了鸟枪法以及在此基础上改进的克隆重叠法可引导鸟枪法来解决随机测序与序列组装问题。全基因组测序鸟枪法测序的基本原理是，用超声技术将某基因组DNA随机打成2.0kb左右的随机并有重复序列的片段，经琼脂糖凝胶电泳分离收集后，将各片段分别连接到质粒克隆载体中，构建基因文库。对基因组文库全部克隆片段进行大量随机测序，使随机测定的碱基数达到基因组的5倍以上，那么，基因组未测定的碱基数(即缺口)仅为基因组总碱基数的0.67%。鸟枪法的顺序组装是直接从已测序的小片段中寻找彼此重叠的测序克隆，然后依次向两端延伸。这一方法不需要预先做遗传图和物理图就可以完成整个基因组顺序的组装。

12．人类基因组计划应用了哪些主要的研究方法和技术和技术，取得了哪些主要成果，有什么意义？

①基因连锁图分析；②基因组物理图测定；③确定基因组转录图；④随机测序与序列组装。

2000年6月26日人类基因组草图已完成。

人类基因组计划的重要作首先体现在与人类生命息息相关的医学领域，它还将人类感知生命的里程碑提高到分子水平阶段 ，将给人类的生存能力和生命及生活质量带来显著的提高。

人类基因组计划完成以后，破译大量基因信息将成为医学、医药、等方面技术创新的源泉，其研究成果产业化带来的商业利润是无法估量的，同时也会给我们的生活带来翻天覆地的变化。

科学家可以根据每个人特定的基因图谱判断这个人的健康状况，预测某种疾病潜在的发病可能性，向病人提供有效的警告，从而采取有效的措施预防疾病的发生。

人类基因组计划将为基因治疗技术的发展提供基础性的支持，对特异致病基因的研究，会给基因治疗技术针对性地指明方向，加速这一技术的发展。

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人类基因组计划将促进基因工程药物的研发，为新药的研制和筛选提供必要的信息和行之有效的手段，科学家届时可以根据癌症、心脏病等疾病的病因，有针对性的开发药物。

人类基因组计划的完成还为其他重要生物包括农作物基因组研究提供了借鉴，将促使农业生物技术、海洋生物技术、能源和环境生物技术等领域的发展。

13．为什么生物信息学、功能基因组学利蛋白质组学逐渐成为后基因组时代的前沿领域? 人类基因组计划的目标是获得遗传图、转录图、物理图和全序列图，但仅仅靠一张张绘制着生命蓝图的DNA序列图，并不能完全解开生命的奥秘，有些工作还需要蛋白质组学才能完成，如基因在生命周期的哪个时间被表达出来；基因产物的相应含量是多少；翻译后修饰的程度如何，有些基因的删除或过量表达对生命进程有何影响；遗留的小基因或出现长度小于300bP的可读框将如何处理；多基因现象的表型等。此外，mRNA水平的测量并不能完全解释细胞调节，而蛋白质的性质相对于mRNA稳定，利于分析研究。

生物信息学基于生物科学和计算机科学的快速发展应用先进的数据管理技术构建数学分析模型和计算机软件，对各种生物信息进行储存、分析和处理，进而展现出各种生命现象形成模式及演化进程，后基因组时代，生物信息学基于前基因组时代及基因组时代构建的庞大的生物数据库，将继续进行大规模的基因组分析、蛋白质组分析，及各种数据的比较和整和，即前面提到的蛋白质组学的产生及对人类基因组草图的进一步分析。

利用结构基因组学获得的生物信息来构建实验模型从而测定基因及基因非编码区的生物学功能即功能基因组学。而对人类基因组草图中庞大的碱基数目和核苷酸序列．我们要做的工作就是研究出他们的功能，由于40％的结构基因是新发现的，他们的生化性质从未研究过，要知道他们的结构和功能就要对数据库中已有的生物信息进行分析，再将表型和基因型联系起来。

第六章

1. 请指出发育和分化两个基本概念的差别与联系。

从受精卵形成胚胎，再由胚胎生长发育成个体的过程成为个体发育。从形态上看，个体发育过程经历生长、分化和形态发生。在个体发育中，细胞的后代在形态、结构和功能上发生差异的过程称为细胞的分化，其本质是基因选择性表达的结果，即基因表达调控的结果。

发育的基础在于细胞的分化，细胞分化的本质是细胞中特异蛋白质的合成，也就是基因组中特定基因的选择性表达。 2. 动物的胚胎发育一般包括那些阶段？

动物的胚胎发育一般经过受精卵经过卵裂形成多细胞胚囊、原肠胚、神经胚和器官发生等阶段。

3. 植物与动物在发育过程中的主要差别是什么？

(1)动物形态建成只局限于胚胎发育期；进入成年的动物个体，其不再无限制地生长。植物的生长和形态发生持续于它的整个生命周期．植物茎尖和根尖的顶端分生组织可以不断地进行分裂和分化，使植物体发育成熟以后还能保持其不断的长高和长大。

(2)动物的发育早期存在原肠化，即胚囊内细脑和组织的运动并重新排列，产生不同的胚层，进而发育成不同的器官。植物发育不存在原肠化过程，植物细胞被细胞壁包围，不能移动。

(3)动物的减数分裂是在配子体中，植物是在孢子体中。

(4)植物中的生殖细胞只有在生殖生长阶段才出现，动物的生殖系统在胚胎发育过程中

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就已经形成。

4．请指出决定子与成形素的区别。

细胞质决定子在卵母细胞中已然形成，卵裂后分配到不同的细胞中，影响着细胞分化。 成形素的作用强调的是位置信息对形态建成的影响，即提供细胞是否已经迁至适当位置并应该开始形成不问的组织和器官的信息。成形素在胚胎的特定部位合成和分泌，然后扩散到周围组织，形成一种浓度递减的梯度。细胞通过适当的受体“感知”自身部位的成形素的浓度，细胞就可以估测自己离成形素产生源有多远，并决定分化的方向。 二者形成的时期和作用的部位不同。

5．请举例说明2种主导基因对发育的调控机理和过程。

myoD是科学家最早发现的一个控制肌细胞发育的主导基因（master control gene）。该基因的表达产物myoD是一个控制基因表达的转录因子，在胚性前体细胞中，该蛋白一旦被合成，虽然细胞的外观并没有发生任何改变，此时细胞决定就已经发生了，即胚性前体细胞变成了成肌细胞（myoblast）。在分子生物学水平上分析，myoD蛋白不仅可以控制其他肌肉发生相关基因的转录，还能反馈促进其本身的表达（这种调节又称为正反馈）。myoD蛋白具有螺旋-转角-螺旋结构域基序，它结合到受控基因的调控区后，首先启动了其他生肌肉转录因子基因的转录，这些次生的转录因子接着再调控和启动肌球蛋白和肌动蛋白等的合成。成肌细胞中的这些肌肉蛋白合成后，成肌细胞便聚合成成熟的多核肌细胞，又称为肌纤维。

果蝇发育过程中母源极性基因biocoid和级联的体节基因特异表达对果蝇体轴建立和身体分节的影响。果蝇的胚胎发育过程包括：卵细胞受精后经过多核阶段和卵裂形成胚囊，经过建立体轴和身体分节产生体节分明的胚胎，再经过幼虫和蛹的阶段，发育成果蝇。在果蝇母体的卵细胞中，与卵细胞相邻的营养细胞内biciod基因（又称为卵极基因egg-polarity genesis）先转录产生bicoid蛋白，bicoid mRNA作为决定子进入卵细胞并分布于卵的前区，卵受精后，刺激其翻译产生Bicoid蛋白，该蛋白作为一种成形素，在受精卵前区建立了浓度梯度，即前体Bicoid蛋白浓度最高，沿卵的纵轴向中区浓度逐渐降低。实验表明正是由于bicoid mRNA及其蛋白产物在受精卵前区的定位和另一些其他成形激素（如oskar蛋白、hunchback蛋白等）在后区聚集等，这些基因产物扩散产生的浓度梯度控制着沿受精卵纵轴不同部位各卵裂球内核基因的选择性差异表达，从而建立起果蝇胚胎的前后轴，即确定了果蝇胚胎的头部和尾部。bicoid基因突变引起Bicoid蛋白缺陷显示，发育成的幼虫无头和胸，顶节（原头区）被一个反向的尾节所代替。如果将纯化的正常bicoid mRNA注射到处于卵裂的胚胎的尾部，结果可以获得两端各有一个顶节（头部）的双向胚胎。 6．请绘简图示意G蛋白偶联受体和酶偶联受体介导的信号转导系统。 参见教材图6—19。

7．作为发育的模式生物，线虫、果蝇、斑马鱼、小鼠、拟南芥各有哪些优点？并分析它们的共同点。 线虫

①生物个体体小透明，便于跟踪观察细胞的分裂和分化过程；②生命周期短，一般为3-4天，胚胎发育速度快；③可用培养皿进行实验室内的培养和筛选，可冷冻保存和常温下复苏；④有雌雄同体和雄性个体两类生物型，它们之间的交配增加可基因重组的机会；⑤它是第一个基因组被完整测定的多细胞动物；⑥便于构建多种突变体。 果蝇

①个体小，生命周期短，易于大量培养和进行突变的筛选；②胚胎发育速度快，同时易于观察卵裂、早期胚胎发生、躯体模式形成可各种器官结构的变化；③易于进行基因诱变并获得变化的表型特征，具有各种大量的突变体；④仅有4对染色体，组成简单。基因组测序已于2000年基本完成；⑤卵子和幼虫变态期成虫盘等都是研究细胞分化的绝佳材料；⑥相

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对于哺乳动物而言，果蝇在基因的分子进化，细胞的生长、代谢、分化、繁殖和器官发生等方面具有保守性，其研究成果不但对于揭示自身的发育生物学机制具有重要的意义，对于探讨其他生物的遗传发育规律也具有重要的指导价值。 斑马鱼

①容易在实验室养殖，繁殖力高，一条雌鱼一次可产数百粒卵，可持续提供大量胚胎材料共分析研究之用；②卵和胚胎透明，体外受精，体外发育，便于在不受损害的情况下进行连续跟踪观察；③卵子比一般哺乳动物卵子大10倍，外源物质包括外源基因可以通过显微注射引入到胚胎中；④胚胎发育速度快，24h便可完成从受精卵到形成主要组织器官的发育过程，幼鱼发育到性成熟其约需要3-4个月；⑤成体斑马鱼个体小，便于大规模的养殖和大规人工诱变和突变体的筛选；⑥胚胎学和遗传学技术成熟先进；⑦基因组全序列测定已经完成；⑧可用来筛选治疗人类疾病药物的模型，用于化学物品的毒理学研究。 小鼠

①能够在室内快速繁殖而不受季节的影响；②人类属于哺乳动物，为了深入了解人类的发育机制和促进医学进步，必须建立来源与哺乳动物的发育生物模型，在医学科研中，长期以来小鼠就是理想的实验动物模型。 拟南芥

①生命周期短一般6周便可以完成一个生命周期，适应于不同地区和气候条件下生长；②拟南芥的生命周期具有一年生植物的特征，它经过了配子发生、双受精、胚胎形成、种子成熟、种子萌发、叶丛植株形成、主茎生长和成熟开花等阶段；③成熟的拟南芥个体一般高10-30cm，可以在温室中大批地培养，还可以在培养皿和三角瓶中进行生长；④拟南芥花小，花的高度只有2-4mm，总状花序，花萼4枚，花瓣4枚，雄蕊6枚，2心皮，自花授粉，也可以人工异化授粉完成杂交试验；⑤人工诱变后也可以在自交的第二代中直接筛选突变株的纯合子。

共同点：①生命周期，繁殖速度快，体积小，便于进行实验和研究；②都具有典型性，能够代表一类生物。

8．请说明干细胞的类型和特征。

干细胞可分为胚胎干细胞和成体干细胞。成体干细胞包括造血干细胞、表皮干细胞、神经干细胞等。

干细胞的特征：①终生保持未分化或低分化特征；②干细胞能无限制地分裂；③在机体中的数目、位置相对恒定；④具有自我更新能力；⑤具有多向分化潜能，能分化成不同类型的组织细胞；⑥分裂的慢周期性，绝大多数干细胞处于G。期；⑦通过两种方式分裂，对称分裂和不对称分裂，前者形成两个相同的干细胞，后者形成一个干细胞和一个祖细胞。 9．请绘简图示意“多莉”羊克降的步骤。 参见教材图6—40。

10．为什么发育生物学近年来成为现代生命科学的前沿和热点领域？

发育生物学主要研究生物体从精子和卵子的发生、受精、胚胎发育、生长到衰老、死亡的规律，是当今生命科学中的一门前沿学科。发育生物学目前的研究领域已进入到分子水平，从分子和细胞水平阐述一些重要发育途径的调控机理，发现新的发育相关基因，阐明它们的时空表达谱、表达调控机理以及对细胞行为和组织器官形成与分化的影响：所以说发育生物学近年来成为现代生命科学的前沿和热点领域。 11．请讨论发育与进化的联系。

两者相互融合，互为因果关系。生物的进化离不开发育，发育的不同来自生物进化。 12．为什么说发育研究是连接分子生物学与个体生物学的桥梁? 分子生物学是从分子水平上对生物体的多种中命现象进行研究；而发育生物学是研究动

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植物个体发育规律及其调控机理的学科，即生物体从单细胞的受精卵发育成多功能细胞组成的完整的成体的过程中的基因的表达、调控的机制，也就是说发育生物学是把分子生物学的理论运用到个体生物学研究当中；反之，对个体生物的发育过程的研究又充实丁分子生物学的内容。因此说发育是连接分子生物学和个体生物学的桥梁。

第七章

1．哪些事实或证据能够说明早在30多亿年前，地球上就出现了有细胞结构的生命? (1)格陵兰的依苏阿(Isua)云母石英变质岩中，含有地球最古老的有机结构。 (2)南非翁维比特群(Onverwacht，group)的碳质燧石中有机结构(可疑微生物化石)：巴伯顿古球菌(Archaeosphaerioides barbertonensis)．以岩石中含非生命起源有机质为养料(35亿年)——原始生命形态(原细胞)代表。

(3)西澳大利亚皮尔巴拉的瓦扣乌纳群(Warrwoona，group)的丝状、似菌落放射丝状集合 体——原始蓝茵(35亿年)。

2．你认为从原始的生命体 (团聚体、微球休、脂球体)到真正意义上的原始细胞，还需要哪些最基本的结构，代谢和遗传特征? 从结构方面，需要具有选择性通透功能的将细胞的内容物与其外界环境分开的界膜；从代谢方面，需要能够提供生命活动所必需的可用能量的代谢系统；从遗传角度，需要携带遗传信息的DNA分子，以及相关的转录与翻译系统，即把DNA信息转录为RNA，再进一步翻译成蛋白质的系统。

3．工业革命以前，英国的工业区有一种椒花蛾，体色以淡灰色为主。工业革命以后，工业区人口大量增长，树木和房屋都被煤烟熏成了灰黑色。在这些工业区里发现的椒花蛾大部分已经变成暗黑色。试用自然选择理论来解释这一现象。

自然选择实质上是自然环境导致生物出现生存和繁殖能力的差别，一些生物生存下去，另一些生物被淘汰而死亡，即优胜劣汰。工业革命之前，树木和房屋以淡灰色为主，因此以淡灰色为主的椒花蛾类能够很好的以之为保护色来躲避敌害，因此工业革命之前它们以淡灰色为主。而出于工业革命以后树木和房屋都被煤烟熏成了灰黑色，椒花蛾类当中的淡灰包类由于在此背景之下显得格外显眼，容易被食虫鸟类等天敌捕获，而暗黑色的椒花蛾由于具有保护色而易于存活，并将暗黑色这一性状的基因遗传给后代，并使其后代在椒花娥中的比例提高。经多代选择，椒花蛾的体色由淡灰色变为暗黑色。

4．早期的灵长类动物身体出现了哪些适应于环境、有利于进化的特征? 灵长类的特征主要与树栖和杂食的生活习性有关。树栖生活使四肢灵活，关节有比较大的旋转能力，锁骨和胸骨联系加强，以适应在树枝上悬吊，大拇指与其它指分开，有抓握能力，爪为指甲所取代；树栖要视觉发达，机敏，所以灵长类两眼前视以获得立体效果，伴随而来脑亦增大。这些生活习性教与之伴随的脑、眼、手的发展是灵长类获得成功的重要因素。 5．一位农民发现他种的橘树受到一种蛾子的侵害，于是喷洒了杀虫剂，结果杀死了99％的蛾子。5个星期以后，蛾子又多了起来，于是他再次喷洒杀虫列，结果只有一半蛾子死亡。解释为什么杀虫剂的效力会降低。

开始的时候，蛾子当中大多数都没有抗药性．只有少数的蛾子具有抗药性，因此，杀虫剂可以把99％的蛾子杀死。由于杀死的是没有抗药性的种类，留下来的大多数是具有一定抗药性的，这样的种类留下来繁殖了下一代，使后代中更多的蛾子具有抗药性，所以杀虫剂的效力减弱。也就是说，具有抗药性基因的蛾子通过瓶颈效应把抗药性基因保留了下来。 6．请叙述达尔文进化论的主要内容。

达尔文进化论包含了两方面的基本含义：

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(1)现代所有的生物都是从过去的生物进化来的； (2)自然选择是生物适应环境而进化的原因。

7．请举例证实达尔文进化论的合理性，也可以提出关于进化论的—些新的观点。

以人类自身的进化为例，在人出现之后的长期进化过程中，人类也发生了不小的变化。由于会用衣物来避寒用房子来避雨，所以身体多毛与眉骨突出的特征慢慢地失去；而在激烈的生存与择偶斗争当中，身强力壮旧又高大的个体向样得到自然的选择，而且寿命较长的个体由于能够学得更多的知识，在竞争当中获得更大的优势而得到自然的选择。 而古生物化石是支持达尔文生物进化理论最有力的证据，一些古生物化石与现代共些物种相似，但结构上有又很大不同，证明了生物是进化的而不是永远不变的，另一些生物化石同时具有两个或多个类别生物的特征．证明了各物种有着共同的祖先，如始祖鸟化石。根据化石记录，越老的地层中生物形态越简单，越新的地层中生物形态越复杂，表明生物是进化的，复杂的生物是从简单生物进化来的。 8．物种是如何形成的?

经过地理隔离和生殖隔离形成新种的方式是生物进化过程中形成新物种的主要方式。此外还有没有经过地理隔离也产生新种的同地物种形成。例如环境的突变或生物个体基因的突变就有可能逐渐产生出新物种。

9．请解释种群、基因频率、基因型频率、基因库、适合度、选择系数等基本概念。

见本章“二、基本概念”。

种群：是指生活在同一地点，在一定时间，通过一定的关系联系在—起的同一物种的群体。

基因频率：某种基因在该种群中所有个体中占的比率称为基因频率。

基因型频率：群体遗传学将某种基因型的个体在群体中所占的比率定义为基因型频率。全部基因型频率的总和等于1。

基因库：是一种生物群体全部遗传基因的集合，它决定了下—代的遗传性状。 适合度：所谓适合度(用W表示)，是指某一基因型个体与其他基因型个体相比能够存活并把它的基因传给下—代的能力。适合度最大值通常被定为1，即Wmax＝1。

选择系数：选择系数(以s表示)表示某一基因型在群体中不利于生存的程度。例如，s=0.001，表明该基因型的群体中有干分之一的个体中能存活或繁殖后代。选择系数与适合度的关系是：s＝1—W。

10．请写出群体遗传平衡的Hardy—Weinberg平衡定律及其成立的条件，请说明Godfrey H.Hardy和Wimhelm weinberg提出该群体遗传平衡定律的意义。 参看教材“第三节 二、群体遗传平衡——Hardy—Weinberg定律”

Hardy—Weinberg平衡定律成立的先决条件是：群体非常大；交配是随机的；群体之间没有发生任何迁移；自然选择对等位基因不产生影响；任何突变可以被忽略。

Hardy—Weinberg平衡定律所阐明的群体遗传平衡是指在理想条件下等位基因按各自不同的频率世代相传而保持不变的客观现象。即在没有外界因素（如基因突变、选择、迁移等）的干扰，群体的基因频率世代相传而不发生变化。Hardy—Weinberg平衡定律还说明遗传变异一旦被一个群体所获得，就可以维持在一个相对恒定的水平上，并不因为交配而融合或最后消失。

11．请分别说明促进生物微观进化的主要原因。

促进基因频率改变及微观进化最主要的原因可包括突变、迁移、随机的遗传漂变等。参见教材第三节：“三、促进基因频率改变及微观进化的原因”。

12．请闭上眼睛后在头脑中想象生命进化的历程．并说出其中的重大事件和时间点。另请说明光合作用的出现在生物进化中的意义。

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化学反应速度来表示。

抗体酶：是指以过渡态底物的类似物作为抗原，在动物体内诱导出相应抗体，这个抗体对该底物具有酶的活性。抗体酶本质上是具有催化能力的免疫球蛋白。 能障：化学反应启动的能量障碍。

活化能：是指用于克服能障、启动反应进行所需要的能量。

活性中心：即活性部位，指酶分子中和底物结合，并和酶催化作用直接相关的部分。

酶的诱导契合：当酶分子与底物分子接近时，酶蛋受底物分子的诱导，其构象发生相应的变化，使活性中心上有关的各个基团达到正确的排列和定向，因而使和底物契合而形成中间络和物，并引起底物发生反应。

竞争性抑制：抑制剂和底物竞争性的结合在酶的同一个部位称为竞争行抑制。 反馈抑制：在代谢过程中局部反应对催化该反应的酶所起的抑制作用。

辅酶：作为辅因子的有机分子。通常是与酶蛋白结合比较松弛，用透析法可以除去的小分子有机物。

辅助因子：辅助酶进行催化反应的非蛋白的无机金属离子称为辅助因子。

氧化－还原电位：又称标准还原电位，它是以氢电极为标准并以氢原子氧化还原体系的E0值-0.42V)为对照来反映还原剂失去电子能力大小的电位差值。 细胞呼吸：是生物细胞消耗氧气来分解食物分子并获得能量的过程，是由—系列化学反应组成的一个连续完整的代谢过程，每一步都需要特定的酶参与，分为有氧呼吸和无氧呼吸。 糖酶解：将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随有ATP生成的一系列反应。是一切生物有机体中普遍存在的葡萄糖降解的途径。

Krebs循环：大多数动物、植物和微生物，在有氧的情况下，将酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成的乙酰CoA，乙酰CoA通过一系列氧化脱羧，最终生成CO2和H2O，并产生能量的过程称三羧酸循环，又称柠檬酸循环，简写为TAC循环。

氧化磷酸化：伴随生物氧化将ADP磷酸化形成ATP的过程称为氧化磷酸化。有两种途径，一个是指底物水平磷酸化，一个是电子传递链上的氧化磷酸化。很多时候氧化磷酸化是指的后者。 呼吸链：指存在于线粒休内膜的并顺序地起着传递电子和质子作用的一类传递系统，被称为“电子传递链”(也称为“生物氧化链”或“呼吸链”)。

化学渗透学说：当线粒体内膜上的呼吸链进行电子传递时，线粒体的基质中的H+被转移到线粒体内膜外侧的膜间隙，造成跨膜的质子梯度，质子顺梯度从通过ATP合成酶返回到线粒体的基质中，在ATP酶的作用下，利用释放的能量将ADP磷酸化生成ATP的过程。 光合作用：植物、藻类和细菌等生物利用太阳能将无机物合成为有机物，贮存能量的过程被称为光合作用，包括吸收简单的无机分子(CO2和H2O)，在光照条件下合成为有机物(如葡萄C6H12O6)并放出O2的物质变化和把光能转换为贮存在有机物中化学能的能量变化。

类囊体：悬浮在叶绿体基质内的一系列排列整齐的扁平囊状结构，由膜结构围成，组成类囊体的膜结构是一个彼此相通的复杂膜系统，光合作用的色素、光系统和电子传递系统都位于类囊体膜上，它们又被称为光合膜。 激发态：指生物分子接受来自光子的能量，使其某原子中的电子跃迁到远离原子核轨道的更高的能量水平，即处于激发念。 作用光谱：反映辐射波长与所引发的定量的生物学和化学反应的函数关系的图示；利用光波长和光合作用效率进行作图就能得到光合作用光谱。: 光反应：光合作用中直接依赖于光能并把光能转化为化学能的光合反应或反应序列；在此过程中叶绿素吸收光能，转换为电子，进一次转换为贮存在ATP和NADPH中的化学能。 希尔反应：指叶绿体在光下所进行的水分解，并释放氧气的反应。

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光合磷酸化：光反应中高能电子沿传递链由一个受体向另一个受体传递时，能量逐渐降低，这种光驱动的电子跨膜传递造成质子跨膜梯度，并导致ATP的产生称为光合磷酸化。 2.下面关于酶的叙述不正确的是（ b ）。 a.酶可以缩短反应时间

b.酶可以降低化学反应所需的能量

c.许多酶还需要非蛋白的辅助因子和辅酶才能完成催化功能。

d.酶具有高度的特异性 3.细胞呼吸是（ b ）过程。

a.同化作用 b.异化作用 c.催化作用 d.以上都不是 4.酶的竞争性抑制剂能够（b ）。 a.与酶的底物结合，使底物不能与酶结合 b.与酶的活性位点结合，使底物不能与酶结合 c.与酶的特殊部位结合，破坏酶的活性 d.同时和酶与底物结合，使酶无法和底物直接结合 5.糖酵解的最终产物使（ c ）。

a ATP b 葡萄糖 c 丙酮酸 d 磷酸烯醇式丙酮酸 6.呼吸链的主要成分分布在（c ）。

a.细胞膜上 b.线粒体外膜上 c.线粒体内膜上 d.线粒体基质中 7.光合作用中的暗反应发生在（ c ）。

a.叶绿体的外膜 b.叶绿体的内膜 c.叶绿体的基质 d.类囊体膜上 8.能够产生环路光合磷酸化的是（ a ）。

a.光系统Ⅰ b.光系统Ⅱ c.光系统Ⅰ和光系统Ⅱ d.光系统Ⅰ和光系统Ⅱ都不可以 9.在Calvin循环中，（ a）直接参与了葡萄糖的合成。 a.甘油酸-1，3-二磷酸 b.甘油醛-3-磷酸 c.甘油酸-3-磷酸 d.核酮酸-1，5-二磷酸 10.有氧呼吸不包括以下（ d ）过程。

a.糖酵解 b.丙酮酸氧化 c.三羧酸循环 d.卡尔文循环

11一分子葡萄糖彻底有氧氧化净生成的ATP分子数与糖酵解阶段净生成的ATP分子数（包括产物经过呼吸链产生的ATP）最接近的比值为（ e ）。 a.2：1 b. 9：1 c. 18：1 d.19：1 e.6：1 12.下列对酶的描述正确的是（ c ）。

a.所有的酶都是蛋白质 b.酶可以改变反应的方向

c.酶的变构位点经常和反馈抑制有关 d.酶的催化专一性通常比化学催化剂的专一性差 13.下列对电子传递链描述不正确的是（ b ）。 a.电子传递链是典型的多酶体系

b.电子传递链的主要成分是核糖体内膜的蛋白质复合物 c.电子传递链的最终电子受体是氧

d.电子传递链反应过程中ATP的形成与氧化磷酸化密切相关 14.光合作用属于（ a ）。

a.氧化还原反应 b. 取代反应 c. 裂解反应 d.水解反应 15.光合电子传递链位于（c ）。

a.线粒体内内膜 b.叶绿体外膜 c.类囊体膜 d.叶绿体基质

第五章 遗传及分子基础

练习题

1.名词解释

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等位基因：位于同源染色体上，位点相同，控制着同一性状的基因。

纯合子：在2倍体或多倍体生物中的等位基因上只存在显性因子或隐性因子，称为纯合子； 杂合子：如果等位基因上既存在显性因子，也存在隐性因子，则称之为杂合子。 分离定律：一对基因在形成配子时完全按照原样分离到个同的配子中去．相互不发生影响，。 性染色体：是指与性别决定相关的特殊形态的一对同源染色体称为性染色体。如—些数动物和一些植物性细胞个的一对性染色体被命名为X或Y，XX结合产生雌性，XY结合产生雄性。

伴性遗传：指性染色体上的基因所控制的某些性状总是伴随性别而遗传的现象，又称伴性遗传(sex—Iinked inheritance)。

DNA半保留复制：亲本双螺旋两条链分别作为模板，按照碱基互补配对原则，合成两分子双链DNA，每个新的DNA分子中的两条链一条来自原DNA分子，另一条为新合成的，因此被称为半保留复制。

冈崎片段： DNA复制合成后随链时，首先合成的DNA片段称为冈崎片段。

滚环复制：在以这种机制进行的复制中，亲代双链DNA的一条链在DNA复制起点处被切开，其5’端游离出来。这样，DNA聚合酶Ⅲ使可以将脱氧核糖核苷酸聚合在3’—OH端。当复制向前进行时，亲代DNA上被被切断的5’端继续游离下来，并且很快被单链结合蛋白所结合。因为5’端从环亡向下解链的同时伴有环状双链DNA环绕其轴不断的旋转．而巳以3’—OH端为引物的DNA生长链则个断地以另一条环状DNA链为模板向前延伸．因而称为滚环复制。

反密码子：指tRNA分子中反密码环上的3个核昔酸序列，在蛋白质生物合成过程中，它通过互补的碱基配对结合到mRN A的特定密码上。

启动子：是指RNA聚合酶结合到DNA模板并完成转录起始步骤所需的DNA序列。 终止子：指引起RNA聚合酶转录终止的DNA序列。

内含子：一段不编码蛋白质的DNA片段，不同的基因中内含子数目不同。 外显子：基因内编码蛋白质的DNA片段。

前体mRNA：又称核内非均一RNA(heterogeneous nuclear RNA，hnRNA)，是转录后新合成的末成熟的mRNA，要经过剪接除去内含子，3’端加聚腺苷酸，5’端甲基化等一系列加工过程才可成为成熟的mRN A分子。

中心法则：描述从一个基因到相应蛋白质的信息流的途径。遗传信息贮存在DNA中，DNA被复制传给子代细胞，信息被拷贝或由DNA被转录成HNA，然后RNA被翻译成多肪链。也可以以RNA为模板合成DNA。

寻靶运输：真核生物新合成的蛋白质通过细胞质向不同细胞器的转移成为蛋内质的寻靶运输。

信号肽：指导蛋白质寻靶定位的一段连续的氨基酸序列。

顺反子：即结构基因，为决定一条多肽链合成的功能单位，约1000bp。

操纵学说：Jacob和Monod根据对lac Z,Y,A篡bd突变体的研究，于1961年提出了操纵子学说。其要点是：一个或几个结构基因与—个调节基因和一个操纵位点组成一个转录单元。这个单元就称其为操纵子。调节基因产生的阻遏蛋白与操纵位点结合从而阻碍了结构基因转录成为mRNA；而诱导物又可以与阻遏蛋白相结合，从而阻止阻遏蛋白与操作子的结合。 转录因子：在真核生物转录起始过程中，识别和结合启动子并与RNA聚合酶相互作用的蛋白质。

转录激活因子：通过增加RNA聚合酶的活性来加快转录速度的一种DNA结合蛋白。 增强子：一段具有增强基因表达的DNA调控序列，可以在基因的上游或下游发挥调控作用。 常染色质：常染色质是指间期核内染色质纤维折叠压缩程度低，处于伸展状态，用碱性燃料

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染色时着色浅的那些染色质。

异染色质：细胞间期及早前期时仍处于凝集状态的染色质。具有强嗜碱性，染色深，染色质丝包装折叠紧密，与常染色质相比，异染色质是转录不活跃部分，多在晚S期复制。 基因突变：细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生物遗传特征的变化。这种核酸序列的变化称为基因突变(mutation)。

鸟枪测序法：快速测定DNA序列的手段。整个基因组被切成许多小段，然后再由可能寻找重叠部分的高速计算机将这些零碎的碎片拼接起来。

基因治疗：基因治疗是对有基因缺陷的细胞导入外源基因，以达到治疗的目的。

生物信息学：生物信息学是在生命科学的研究中，以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。包括：数据冲搜索的快速算法，对DNA的分析方法，从DNA序列来预测蛋白质的序列和结构。

蛋白质组学：S.R.Pennington对蛋白质组学的定义是：蛋白质组学是在基因组学的基础上研究蛋白质的表达与功能的科学，是建立在从cDNA阵列、mRNA表达谱的基因功能分析，基因组范围的酵母双杂交，蛋白质与蛋白质相互作用分析到蛋白质表达、测序和结构分析等诸多不同实验方法相互融合基础上的科学。

2.一般来说 ，生男孩和生女儿的几率都是1/2，如果一对夫妻生三个孩子，两男一妇女的的几率是( c )。

a. 1/2 b. 2/3 c. 3/8 d. 5/8 3.Griffith 和Avery所做的肺炎链球菌是为了( c )。

a.寻找治疗肺炎的途径 b.筛选抗肺炎链球菌的药物

c.证明DNA是生命的遗传物质，蛋白质不是遗传物质 d.DNA的复制是半保留复制 4.1952年Hershey和Chase利用病毒作为实验材料完成的噬菌体实验中用到的关键技术是( c )。

a.PCR技术 b.DNA重组技术 c.放射性同位素示踪技术 d.密度梯度离心技术 5.蛋白质的合成场所是( b )。

a.细胞核 b.核糖体 c.线粒体 d.类囊体

6.蛋白质的合成是直接以（ c ）上的密码子的信息指导氨基酸单体合成多肽的过程。 a.单体DNA b.双链DNA c.mRNA d.tRNA

7.如果黄色果实（Y）对绿色果实（y）为显性，矮株（L）对高株（l）是显性，那么YyLl基因型的植株和yyll基因型的植株杂交，则（ d ）。

a.所有后代都是矮株，黄果 b.3/4是矮株，黄果 c.1/2是矮株，黄果 d.1/4是矮株，黄果

8.X、Y、Z三个在同一条染色体上的基因，经重组实验表明XY的重组率为40%，XZ的重组率为5%，YZ的重组率为35%，下列对基因顺序描述正确的有（ a ）。 a.基因的顺序为X、Z、Y b.基因的顺序为Z、X、Y

a.ZY间距比XZ间近 d.XY间距比XZ间近

9.在dDNA复制时，序列5ˊ——TAGA——3ˊ合成下列（ a ）互补结构 a. 5ˊ——TCTA——3ˊ b. 5ˊ——ATCT——3ˊ c. 5ˊ——UCUA——3ˊ d. 3ˊ—— TCTA——5ˊ 10．下列对转录描述不正确的是（ bc ）。

a.转录中尿嘧啶和腺嘌呤配对 b.转录后必须切除内含子

c.DNA转录完成后形成两条互补的RNA d.从启动子到终止子的部分被称为转录单位

11．从遗传密码表中我们获得如下信息：

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Phe: UUU,UUC

Pro:CCU,CCC,CCA,CCG Lys:AAA,AAG

请指出，为了转录编码Phe——Pro——Lys小肽相对应的mRNA，需要以下（ c ）段5ˊ→3ˊ核苷酸序列的DNA为模板。

a.AAG—GGC—TTC b.CUU—CGG—GAA c.UUC—CCG—AAG d.CTT—CGG—GAA 12．反密码子位于（ c ）。

a.DNA b.mRNA c.tRNA d.rRNA 13.乳糖操纵子是（a ）中的基因表达调控系统。

a.原核生物 b.真核生物 c.原核生物和真核生物都有 d.植物 14．操纵子模型中，调节基因的产物是（ b ）。

a.诱导物 b.阻遏物 c.调节物 d.操纵子 15．增强子（ b ）。

a.是一种蛋白质 b.是一段DNA c.只能距启动子上游几百个核苷酸 d.没能特异性 16．下列属于真核细胞mRNA修饰的有（ ad ）。

a.加5ˊ帽 b.加3ˊ帽 c.加5ˊ多聚A尾 d.加3ˊ多聚A尾

第六章 发育

练习题

１．名词解释

发育：一个细胞(受精卵)不断分裂和分化，即一个有机体从其生命开始到性成熟的变化过程称为发育。

胚胎发育：从一个受精卯开始，经过细胞的分裂、分化、相互诱导，最终形成生物雏形即胚胎的过程称为胚胎发育。

细胞分化：是指经过细胞分裂产生的许多细胞在发育潜能、形态、结构或功能上特化即产生差异的过程。从本质上说，细胞分化是从化学分化到形态、功能分化的过程。

形态发生：产生生命个体具特定结构和功能的不同部分和整体形态的物理过程称为形态发生。

细胞决定：在细胞分化以前，细胞接受了某种信号，决定了其以后的发育命运，即在形态、结构和功能等分化特征尚未显现之前便已经确定了其不同分化前途，这种细胞的发育命运被稳定地确定的过程称为细胞决定。

决定子：细胞质中决定细胞命运的特殊信号物质称为决定子。 镶嵌型发育：一些动物卵裂球的发育命运都是由细胞质中贮存的卵源性决定子决定的，在这种细胞命运的决定方式中，如果将一个早期胚胎的某一部分去掉而丧失了一部分决定子，就不会继续发育成完整的胚胎。这种卵裂球不同部分嵌合才能完整发育的方式又称为镶嵌型发育。 诱导：动物在一定的胚胎发合时期，一部分细胞影响相邻细胞使其向一定方向分化的作用称为胚胎诱导。

诱导子：能对其他细胞的分化起诱导作用的物质称为诱导子。

模式形成：在整个有机体发育的过程中，细胞在时间和空间上有秩序的分化，从而导致有机体的器官组织等结构有序的空间排列，形成有机体特定形态的统一性，称为生物的模式形成。 成形素：是指诱手相邻细胞发有的信号分子是可扩散的蛋白质。 组织者：是指分泌成形素的一组特殊细胞。

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