第九章 原核生物基因表達(dá)調(diào)控

1、第九章 原核生物基因表達(dá)的調(diào)控三、練習(xí)題(一)名詞解釋1基因表達(dá)(gene expression) 2組成型表達(dá)(constitutive expression)3誘導(dǎo)型表達(dá)(inducible expression)4操縱子(operon) 5操縱基因(operator)6負(fù)調(diào)控(negative regulation) 7正調(diào)控(positive regulation)8可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)(inducible regulation) 9可阻遏調(diào)節(jié)(repressible regulation) 10抗終止蛋白(antitermination protein) 11CAP(catabolite ge

2、ne activation protein)or CRP(cAMP-receptor protein) 12衰減作用(attenuation) 13衰減子(attenuator)14分解代謝物阻遏(catabolite repression) 15組成型基因(constitutive genes)16誘導(dǎo)物(inducer) 17安慰誘導(dǎo)物(gratuitous inducer) 18原噬菌體(prophage) 19溶源性(1ysogeny) 20溶源免疫(1ysogenic immunity)21負(fù)調(diào)控物(negative regulator) 22正調(diào)控蛋白(positive regul

3、ator protein)23調(diào)節(jié)基因(regulatory gene) 24基因調(diào)控(gene regulation or gene control)25阻遏蛋白(repressor protein) 26激活蛋白(activator) 27前導(dǎo)序列(1eadersequence) 28SD序列(Shine-Dalgarno sequence) 29魔斑(magic spot)(二)是非判斷題1當(dāng)一個噬菌體侵染一個合適的大腸桿菌寄主細(xì)胞時，通常是裂解性侵染，釋放出幾百個子代噬菌體；更少見的是它會整合到寄主染色體中，產(chǎn)生帶有原噬菌體染色體的溶源菌。 ( )2噬菌體的黏性末端與噬菌體的感染活性無

4、關(guān)。 ( )3噬菌體的基因調(diào)控通過轉(zhuǎn)錄進(jìn)行，其一個轉(zhuǎn)錄單位包括功能上并不直接相關(guān)的基因。 ( )4負(fù)責(zé)噬菌體DNA合成的酶是在裂解循環(huán)的晚期形成的。 ( )5溶源化是一個dsDNA病毒的生活周期中的一種狀態(tài)，是當(dāng)病毒的基因組整合進(jìn)一個宿主細(xì)胞的基因組時形成的狀態(tài)。 ( )6C 蛋白的穩(wěn)定性是影響溶源和裂解循環(huán)之間開關(guān)的一個關(guān)鍵。 ( )7為了把噬菌體附著位點(attP)和在細(xì)菌染色體上的附著位點(attB)結(jié)合重組起來，噬菌體DNA在感染大腸桿菌后靠末端cos位點退火成環(huán)。 ( )8lacA的突變體是半乳糖苷透性酶的缺陷。 ( )9在非誘導(dǎo)的情況下，每個細(xì)胞大約有4分子的-半乳糖苷酶。 ( )

5、10乳糖是一種安慰誘導(dǎo)物。 ( )11RNA聚合酶同操縱基因結(jié)合。 ( )12多順反子mRNA是協(xié)同調(diào)節(jié)的原因。 ( )131ac阻遏物是兩種由4個相同的亞基組成的四聚體。 ( )14腺苷酸環(huán)化酶將cAMP降解成AMP。 ( )15CAP和CRP蛋白是相同的。 ( )16-35和-10序列對于RNA聚合酶識別啟動子都是很重要的。 ( )17色氨酸的合成受基因表達(dá)、阻遏、衰減作用和反饋抑制的控制。 ( )18trp操縱子的引導(dǎo)mRNA能夠同時形成三個“莖-環(huán)”結(jié)構(gòu)。 ( )19在轉(zhuǎn)錄終止子柄部的A-T堿基對可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 ( )20真核生物和原核生物的轉(zhuǎn)錄和翻譯都是偶聯(lián)的。 ( )21在

6、Trp濃度的控制下，核糖體停泊在Trp引導(dǎo)區(qū)一串Trp密碼子上，但并不與之脫離。 ( )22araC蛋白既可作為激活蛋白，又可作為阻遏蛋白起作用。 ( )23araC的表達(dá)不受調(diào)控。 ( )24SD序列與AUG之間的距離是影響轉(zhuǎn)錄效率的重要因素之一。 ( )25大腸桿菌lac操縱子中，根據(jù)調(diào)控更經(jīng)濟(jì)、有效的原則，誘導(dǎo)物的作用先將已存在于細(xì)胞中的酶前體轉(zhuǎn)化成有活性的酶，然后才是誘導(dǎo)新酶合成。 ( )26阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄叫負(fù)控阻遏系統(tǒng)。 ( )27在正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)。 ( )28因子是參與大腸桿菌中基因表達(dá)調(diào)控最常見的蛋白質(zhì)。 ( )29

7、54因子可以在無核心酶時獨立結(jié)合到啟動子上。 ( )30空載tRNA誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生應(yīng)急反應(yīng)信號ppGpp和pppGpp。 ( )31ppGpp和pppGpp是超級調(diào)控因子。 ( )32乳糖操縱子中A基因編碼的蛋白是利用乳糖所必需的。 ( )33在沒有誘導(dǎo)物時，因為乳糖操縱子被關(guān)閉，所以沒有乳糖透過酶產(chǎn)生。 ( )34因為lac操縱子在本底水平的表達(dá)，所以乳糖才能被利用。 ( )35crp及腺苷酸環(huán)化酶基因突變的細(xì)菌都不能合成lac mRNA。 ( )36lac操縱子的阻遏物是抗解鏈蛋白。 ( )37lac操縱子中不同的酶在數(shù)量上的差異是由于在翻譯水平上受到調(diào)節(jié)所致。( )38lac操縱子mRNA

8、內(nèi)部，A基因比z基因更易受內(nèi)切酶的作用而降解。 ( )39原核生物的所有操縱子中都有cAMP-CRP復(fù)合物結(jié)合位點。 ( )40trp操縱子的轉(zhuǎn)錄調(diào)控除了阻遏系統(tǒng)外，還有激活系統(tǒng)。 ( )41一個基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)，則這個系統(tǒng)內(nèi)的基因一個分子也不表達(dá)。( )42偶聯(lián)翻譯也不能保證兩個基因產(chǎn)物在數(shù)量上相等。 ( )43因為mRNA 3'端po1y(A)序列不翻譯成蛋白質(zhì)，所以其長短對翻譯效率沒有影響。 ( )44蛋白質(zhì)只能阻遏或激活基因轉(zhuǎn)錄。 ( )45魔斑是指ppGpp和pppGpp在層析譜上的斑點。 ( )46Cro蛋白對c基因的轉(zhuǎn)錄起負(fù)調(diào)控作用，對cro基因的轉(zhuǎn)錄起正調(diào)控

9、作用。( )47噬菌體利用自身基因編碼的RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄。 ( )48噬菌體轉(zhuǎn)錄過程修飾宿主的RNA聚合酶是為了使其能識別噬菌體的啟動子。( )49噬菌體的基因轉(zhuǎn)錄沿兩條鏈向同一方向進(jìn)行。 ( )50cro、Q和N都是早期轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。 ( )51PRE和PRM翻譯的c基因產(chǎn)物的不同是在翻澤水平上調(diào)節(jié)的。 ( )52噬菌體的溶源途徑建立之后，c基因從PRE開始轉(zhuǎn)錄，通過c蛋白對其自身的調(diào)控作用，使其維持溶源狀態(tài)。 ( )(三)填空題1不同的生物使用不同的信號進(jìn)行基因調(diào)控。原核生物中，_和_對基因表達(dá)起重要作用。在真核生物尤其是高等真核生物中，_和_是基因表達(dá)調(diào)控的最主要手段。2基因表達(dá)調(diào)控主要在以

10、下兩方面：(1)_，這是生物最經(jīng)濟(jì)的調(diào)控方式；(2)_，在原核生物中，包括_、_、_、_和_等幾方面的調(diào)控。3原核生物的基因調(diào)控主要發(fā)生在_上，根據(jù)調(diào)控機(jī)制不同可分為_和_。_可分為負(fù)控誘導(dǎo)系統(tǒng)和_；_可分為正控誘導(dǎo)系統(tǒng)和_。4阻遏物與_的結(jié)合影響了RNA聚合酶與啟動子結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的效率。5能夠誘導(dǎo)操縱子但不是代謝底物的化合物稱為_誘導(dǎo)物。能夠誘導(dǎo)乳糖操縱子的化合物_就是其中一例。這種化合物同_蛋白質(zhì)結(jié)合，并使之與_分離。乳糖操縱子的體內(nèi)功能性誘導(dǎo)物是_。6Trp是一種調(diào)節(jié)分子，被視為_。它與一種蛋白質(zhì)結(jié)合形成_。乳糖操縱子和Trp操縱子是兩個_調(diào)控的例子。cAMP-CRP蛋白通過_

11、調(diào)控起作用。Trp操縱子受另一種系統(tǒng)_的調(diào)控，它涉及第一個結(jié)構(gòu)基因被轉(zhuǎn)錄前的轉(zhuǎn)錄_。7SD序列是mRNA分子中同_結(jié)合的序列，其與_之間的距離影響翻譯的效率。8cAMP-CRP復(fù)合物存在于_、_、_操縱子中。這個復(fù)合物與_的結(jié)合是這些操縱子mRNA合成所必需的。9_、_、_都是由多啟動子調(diào)控的操縱子。其中_是DNA聚合酶全酶的亞基之一，其主要功能是_。10大腸桿菌中一個操縱子中包括功能上_的幾個基因，噬菌體的一個轉(zhuǎn)錄單位包括功能上_的更多基因。的轉(zhuǎn)錄調(diào)控不僅包括_和_，還包括_或_有關(guān)的兩種途徑的選擇。11噬菌體的調(diào)控區(qū)位于_和_之間，共有4個啟動子，它們是：_、_、_和_。其中_啟動向左轉(zhuǎn)錄

12、。從_轉(zhuǎn)錄并翻譯得到的Cro蛋白和C蛋白是決定_的關(guān)鍵。(四)選擇題1原核及真核生物調(diào)節(jié)基因表達(dá)的共同意義是( )。A適應(yīng)環(huán)境、維持細(xì)胞發(fā)育和細(xì)胞分裂 B細(xì)胞分化C個體發(fā)育 D組織分化2阻遏蛋白是一種DNA結(jié)合蛋白，它屬于以下哪一組?( )A螺旋-環(huán)-螺旋蛋白 B螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋蛋白C鋅指蛋白 D亮氨酸拉鏈蛋白EDNA脫甲基化酶3原噬菌體的晚期基因的表達(dá)依靠( )。A聚合酶，因子，RE，從啟動子PRE起始轉(zhuǎn)錄B抗終止：N因子允許從啟動子PR開始轉(zhuǎn)錄的繼續(xù)C抑制：Cro蛋白抑制從啟動子PR開始的轉(zhuǎn)錄D抗終止：Q因子允許從啟動子PR開始轉(zhuǎn)錄的繼續(xù)E以上全不對4原噬菌體(整合到宿主基因組的噬菌體基因

13、組)是自私DNA。這是因為( )。A它總是與溶源菌的基因組一起增殖 B它獨立于溶源菌的基因組復(fù)制C它對病毒顆粒的進(jìn)一步感染具有免疫力DA和C正確EB和C正確5溫和噬菌體從溶源到裂解的轉(zhuǎn)換可用以下哪個過程來描述( )。A自體調(diào)節(jié)的c基因的表達(dá)被Cro蛋白所抑制Bcro基因的表達(dá)被阻遏蛋白所抑制C原噬菌體的復(fù)制被轉(zhuǎn)移因子(TF)介導(dǎo)的DNA聚合酶活性所誘導(dǎo)D轉(zhuǎn)移因子介導(dǎo)是從PR開始轉(zhuǎn)錄的誘導(dǎo)E以上全不對6下面哪些真正是乳糖操縱子的誘導(dǎo)物?( )A乳糖 B蜜二糖CO-硝基苯酚-半乳糖苷(ONPG) D異丙-半乳糖苷E異乳糖7DNA依賴的RNA聚合酶的通讀可以通過( )。A因子蛋白與核心酶的結(jié)合B抗終

14、止蛋白與一個內(nèi)在的因子終止位點結(jié)合，因而封閉了終止信號C抗終止蛋白以它的作用位點與核心酶結(jié)合，因而改變其構(gòu)象，使終止信號不能被核心酶識別DNusA蛋白與核心酶的結(jié)合E聚合酶跨越抗終止蛋白-終止子復(fù)合物8色氨酸操縱子的調(diào)控作用是受兩個相互獨立的系統(tǒng)控制的，其中一個需要前肽的翻譯，下面哪一個調(diào)控這個系統(tǒng)?( )ATrp B色氨酰-tRNATrp C色氨酰-tRNA DcAMPE以上都不是9乳糖操縱子的直接誘導(dǎo)物是( )。A-半乳糖苷酶 B乳糖 C葡萄糖 D半乳糖10操縱子包括( )。A一個結(jié)構(gòu)基因 B多個結(jié)構(gòu)基因 C一個啟動區(qū) D多個啟動區(qū)11lac操縱子阻遏蛋白結(jié)合乳糖操縱子的( )。AlacP

15、序列 B1acO序列 CCRP結(jié)合位點 DlacI基因12lac操縱子的阻遏蛋白由( )編碼。AlacZ基因 Blacy基因 ClacA基因 DlacI基因13在轉(zhuǎn)錄水平上對基因表達(dá)的調(diào)控取決于( )的相互作用。ADNA的結(jié)構(gòu) BRNA聚合酶的功能C蛋白因子 D其他小分子配基14下列大腸桿菌操縱子中屬于衰減子調(diào)節(jié)方式的有( )。Atrp操縱子 Bphe操縱子 Cthr操縱子 Diie操縱子E乳糖操縱子15trp操縱子調(diào)控過程涉及( )。A轉(zhuǎn)錄激活調(diào)控 B轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控C翻譯水平調(diào)控 D轉(zhuǎn)錄/翻譯水平調(diào)控16原核基因調(diào)節(jié)過程涉及基因重組的是( )。A乳糖操縱子機(jī)制 B阿拉伯糖操縱子機(jī)制C色氨酸操縱

16、子機(jī)制 D沙門氏菌的鞭毛相變異17下列關(guān)于SD序列的說法正確的是( )。ASD序列對真核生物和原核生物的翻譯都是重要的BSD序列相對于起始密碼子AUG而言，是與方向和位置都無關(guān)的CSD序列有時會隱藏在mRNA莖-環(huán)結(jié)構(gòu)中，對翻譯起到抑制作用D原核生物中的編碼基因的翻譯共同受到一個上游SD序列的控制18基因表達(dá)的終產(chǎn)物可以是( )。A蛋白質(zhì) B多肽鏈 C脫氧核糖核酸 D核糖核酸29在lac操縱子中起調(diào)控作用的是( )。 Alac基因 BlacZ基因 ClacO序列 DlacP序列20在乳糖操縱子機(jī)制中起轉(zhuǎn)錄激活作用的因素是( )。A阻遏蛋白去阻遏 BcAMP 水平升高C葡萄糖水平升高 D葡萄糖水

17、平降低21下列屬于基因表達(dá)終產(chǎn)物的是( )。A蛋白質(zhì) BmRNA CtRNA DrRNA22cAMP-CRP復(fù)合物是以下( )操縱子的正調(diào)控因子。Alac Bgal Cara Dtrp23下列屬于多啟動子調(diào)控的是( )。ArRNA操縱子 BDnaQ蛋白操縱子Clac操縱子 Dara操縱子24下列哪些糖代謝中有關(guān)酶的操縱子的調(diào)節(jié)屬于降解物敏感型操縱子?( )A半乳糖 B阿拉伯糖 C麥芽糖 D乳糖25一個噬菌體顆粒感染帶的溶源性細(xì)胞，可能發(fā)生以下哪種情況?( )A出現(xiàn)正常的裂解周期 B噬菌體DNA環(huán)化但不復(fù)制C細(xì)胞死亡 D原噬菌體被切除E噬菌體DNA不被注入(五)簡答題1簡述基因表達(dá)調(diào)控的意義及基

18、本調(diào)控層次。2簡述原核生物操縱子的結(jié)構(gòu)要素。3為什么說ppGpp和pppGpp是超級調(diào)控因子?4當(dāng)一個烈性噬菌體的所有基因全部表達(dá)時，如果不對轉(zhuǎn)錄進(jìn)行時序性調(diào)控，將出現(xiàn)什么問題?5為什么噬菌體感染產(chǎn)生的溶源菌通常對其他的噬菌體的感染有免疫?6請預(yù)測具有下列突變的噬菌體感染細(xì)菌的表型，并說明原因：(1)產(chǎn)生一個抗蛋白酶的C蛋白的突變。(2)具有阻止蛋白結(jié)合的OR2的突變。(3)使基因失去作用的突變。(4)編碼C蛋白的基因突變。7烈性噬菌體和溫和噬菌體的區(qū)別是什么?8從噬菌體中提取的DNA用兩種只攻擊單鏈DNA的外切核酸酶處理。外切核酸酶A只從突出的5'端消化DNA，而外切核酸酶B只攻擊自

19、由的3'端。這種處理對噬菌體DNA的生物活性有什么影響?9正調(diào)控和負(fù)調(diào)控的主要不同是什么?10列舉兩種受調(diào)控蛋白控制的、與氨基酸的生物合成有關(guān)的操縱子。11什么是安慰誘導(dǎo)物?12葡萄糖是如何影響涉及糖代謝操縱子(葡萄糖敏感型操縱子)的表達(dá)?13在大多數(shù)細(xì)菌操縱子中，結(jié)構(gòu)基因通常緊靠在一起并由單個操縱基因-啟動子調(diào)控，而在一些例子中結(jié)構(gòu)基因分散在染色體上。請問這些基因是如何以簡單的方式達(dá)到協(xié)同調(diào)節(jié)的?14區(qū)別可誘導(dǎo)和可阻遏的基因調(diào)控。15衰減作用如何調(diào)控E.coli中trp操縱子的表達(dá)?16說明gal操縱子的特點。17說明ara操縱子調(diào)控蛋白C的正負(fù)調(diào)節(jié)。18說明半乳糖操縱子有兩個啟動子

20、的調(diào)控意義。19轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控是基因表達(dá)調(diào)控的主要機(jī)制，這一水平調(diào)節(jié)是否是惟一的途徑?為什么?20在c基因正常時為什么會出現(xiàn)渾濁的噬菌斑?不正常則是清亮的噬菌斑?21簡述大腸桿菌對乳糖的反應(yīng)過程。22簡述乳糖操縱子中：lacA基因的生理功能及其意義。 23簡述LexA與細(xì)菌SOS應(yīng)答反應(yīng)的關(guān)系。24mRNA的二級結(jié)構(gòu)如何調(diào)控翻譯起始?25簡述稀有密碼子對翻譯的影響。26舉例說明翻譯的阻遏現(xiàn)象。27說明c基因的自我調(diào)控。28解釋為什么操縱子和啟動子是反式隱性、順式顯性的，而編碼阻遏蛋白的基因既是反式顯性又是順式顯性。29請寫出至少3種lac操縱子的誘導(dǎo)物的名稱。30在細(xì)菌lac和trp操縱子上，為

21、什么阻遏蛋白編碼基因不一定要和結(jié)構(gòu)基因連在一起?31兩種溫和噬菌體是同源免疫的，它們共同具有噬菌體的什么成分?(六)綜合論述題1簡述原核生物基因表達(dá)調(diào)控的特點。2說明阻遏蛋白在原核生物基因表達(dá)調(diào)控中的普遍意義。3試述互補(bǔ)試驗怎樣區(qū)別突變是發(fā)生在lac操縱子的結(jié)構(gòu)基因上還是它的調(diào)控序列上?4用含中性碳源(如甘油)的液體基本培養(yǎng)基培養(yǎng)E.coli不能誘導(dǎo)lac操縱子。1 h后在培養(yǎng)基中加入乳糖和再隔一段時間加入過量的葡萄糖分別會對lac操縱子的表達(dá)有什么影響?5lacZ-或lacY-突變體生長在含乳糖的培養(yǎng)基上時，lac操縱子中剩余的基因沒有被誘導(dǎo)，解釋是何原因。6蜜二糖是lac操縱子的弱誘導(dǎo)物，

22、它通常在自己的透性酶作用下進(jìn)入細(xì)胞。但如果細(xì)胞在42下生長，透性酶失去活性，則蜜二糖只有在1acY透性酶存在的情況下才能進(jìn)入細(xì)胞。這樣，42下lacY-和lacZ-的突變株不能在以蜜二糖為惟一碳源的培養(yǎng)基上生長。如何通過這種特性分離lac操縱子的組成型突變?7設(shè)計實驗證明某一突變是調(diào)節(jié)基因突變或操縱基因突變。8試述trp操縱子的負(fù)調(diào)控與衰減調(diào)控。9在lac操縱子中，3個結(jié)構(gòu)基因編碼的產(chǎn)物在數(shù)量上是有一定比例的。試解釋這種現(xiàn)象是如何受調(diào)控的?10試述噬菌體的調(diào)控機(jī)制。11把乳糖分子加入到大腸桿菌的培養(yǎng)物中會促進(jìn)lac操縱子的轉(zhuǎn)錄，但異構(gòu)乳糖是“真正的”誘導(dǎo)物。從分子生物學(xué)的觀點出發(fā)，說明誘導(dǎo)物和

23、真正誘導(dǎo)物之間有什么區(qū)別。12trp操縱子的轉(zhuǎn)錄作用能夠通過加入Trp類似物吲哚丙酸(IPA)而開始。(1)在誘導(dǎo)作用中，首先合成鄰氨基苯甲酸合成酶(trpE蛋白)，最后合成Trp合成酶(兩個亞基是trpA和trpB蛋白)。試解釋這個次序。(2)當(dāng)洗滌除去IPA并以Trp代替時，這些酶的合成按同樣的順序終止，為什么?(3)IPA怎樣引起去阻遏?13如果在不含任何糖的培養(yǎng)基上生長過的大腸桿菌lac+菌株的培養(yǎng)物中加入乳糖，會發(fā)生什么情況?假定所加入的乳糖在兩個世代后耗盡。試從mRNA的合成、酶的合成和酶活性方面加以敘述。14同上題，這時向生長在含乳糖培養(yǎng)基的1ac+培養(yǎng)物中加入葡萄糖，加入量供一

24、個世代生長，會發(fā)生什么情況?15一種大腸桿菌的突變體的細(xì)胞不能同時利用許多種糖，包括乳糖、半乳糖和木糖?；蚍治霰砻髋c這些糖利用相關(guān)的操縱子沒有發(fā)生突變。試問這種突變體可能是什么突變?四、參考答案(一)名詞解釋1基因表達(dá)(gene expression)：指生物的遺傳信息(DNA或RNA分子)隨著個體的生長發(fā)育，有序地將其所承載的遺傳信息經(jīng)轉(zhuǎn)錄、翻譯等一系列過程，合成特定的蛋白質(zhì)，執(zhí)行各種生理生化功能完成生命的全過程。并非所有基因的表達(dá)過程都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，rRNA和tRNA編碼基因轉(zhuǎn)錄生成RNA的過程也屬于基因表達(dá)?；虮磉_(dá)主要分為組成型和誘導(dǎo)型表達(dá)兩種模式。2組成型表達(dá)(constitutiv

25、e expression)：指在一個生物生命的全過程中以及一個個體的所有細(xì)胞類型中均持續(xù)表達(dá)，很少受環(huán)境因素影響的基因表達(dá)。3誘導(dǎo)型表達(dá)(inducible expression)是指某些基因的表達(dá)極易受環(huán)境變化的影響，在特定環(huán)境信號的刺激下，有的基因表達(dá)開放或增強(qiáng)，有的基因表達(dá)關(guān)閉或下降。根據(jù)誘導(dǎo)物的不同，誘導(dǎo)型表達(dá)又可分為可誘導(dǎo)的表達(dá)、可阻遏的表達(dá)和協(xié)調(diào)表達(dá)。4操縱子(operon)：原核生物基因表達(dá)和調(diào)控的單位，包括功能相關(guān)的幾個結(jié)構(gòu)基因和能被調(diào)控基因產(chǎn)物識別的DNA控制元件。5操縱基因(operator)：在原核生物的操縱子中阻遏蛋白的結(jié)合位點，為控制結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的DNA序列。6負(fù)調(diào)控

26、(negative regulation)：在基因或操縱子轉(zhuǎn)錄水平上的一種控制，此時阻遏蛋白質(zhì)結(jié)合在編碼區(qū)上游的操縱基因位置上，從而阻止RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄作用。在許多情況下，阻遏物也能結(jié)合在其他分子上，如同誘導(dǎo)物結(jié)合，結(jié)合后可使阻遏物失去同操縱基因結(jié)合的親和力，從而使轉(zhuǎn)錄得以發(fā)生。7正調(diào)控(positive regulation)：在基因或操縱子轉(zhuǎn)錄水平上的控制方法。在正控制中，發(fā)生轉(zhuǎn)錄時需要一種正調(diào)控因子結(jié)合在一35序列上游的一個核苷酸序列上。正調(diào)控因子在同DNA結(jié)合前，必須先同某種小分子結(jié)合，然后激活轉(zhuǎn)錄。8可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)(inducible regulation)：細(xì)胞接觸一種誘導(dǎo)物后，會增

27、加基因或操縱子的轉(zhuǎn)錄，則該基因或操縱子是可誘導(dǎo)的。這些誘導(dǎo)物通常是小分子，它們的效應(yīng)對某些操縱子或基因是專一的。9可阻遏調(diào)節(jié)(repressible regulation)：在阻遏型操縱子中，加入對基因表達(dá)有調(diào)節(jié)作用的小分子物質(zhì)后，則關(guān)閉基因的轉(zhuǎn)錄活性，產(chǎn)生阻遏作用的小分子物質(zhì)稱為輔阻遏物(corepressor)。10抗終止蛋白(antitermination protein)：能夠使RNA聚合酶通過某一終止位點的蛋白質(zhì)。11CAP(catabolite gene activation protein)or CRP(cAMP-receptor protein)：分解代謝基因活化蛋白或cAMP

28、受體蛋白。CAP同cAMP結(jié)合，激活糖類代謝中涉及的一大批基因和操縱子進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。如lac操縱子中l(wèi)acZ基因就是在CAP-cAMP復(fù)合物的正控制之下。在CAP-cAMP復(fù)合物存在的情況下，RNA聚合酶與啟動子的親和力增加，啟動基因轉(zhuǎn)錄。因此，細(xì)胞內(nèi)cAMP的濃度可以控制基因的轉(zhuǎn)錄。12衰減作用(attenuation)：位于細(xì)菌操縱子上游、第一個結(jié)構(gòu)基因之前的一段DNA序列，通過控制轉(zhuǎn)錄終止來進(jìn)行細(xì)菌操縱子的調(diào)控。這類操縱子編碼的酶參與某種氨基酸的生物合成。13衰減子(attenuator)：又稱弱化子，衰減發(fā)生處的一種內(nèi)部終止子序列。通過決定含有操縱子轉(zhuǎn)錄的mRNA是否完整，來調(diào)節(jié)操縱子的表

29、達(dá)。衰減子序列含有編碼某種氨基酸的密碼子，這種氨基酸正是受其調(diào)節(jié)的操縱子的產(chǎn)物。14分解代謝物阻遏(catabolite repression)：又稱為葡萄糖效應(yīng)，這是因為葡萄糖是首先被發(fā)現(xiàn)具有這種阻遏效應(yīng)的物質(zhì)。當(dāng)培養(yǎng)基含有多種能源物質(zhì)時，微生物首先利用更易于分解利用的葡萄糖，而葡萄糖的分解代謝物對利用其他能源性物質(zhì)的酶的產(chǎn)生有阻遏作用。15組成型基因(constitutive genes)：一些基因的表達(dá)產(chǎn)物維持細(xì)胞的正常功能，其表達(dá)不受環(huán)境的影響，這些基因稱為組成型基因，在生長細(xì)胞中它總具有活性。16誘導(dǎo)物(inducer)：一種化學(xué)因子或物理因子，當(dāng)作用于細(xì)胞群體時，會增加特定基因的轉(zhuǎn)

30、錄量。例如，異丙基硫代-半乳糖苷(IPTG)是lac操縱子的有力誘導(dǎo)物。17安慰誘導(dǎo)物(gratuitous inducer)：能誘導(dǎo)酶的合成，但不被分解的分子，稱為安慰誘導(dǎo)物。18原噬菌體(prophage)：某些溫和噬菌體侵染細(xì)菌后，其DNA整合到宿主細(xì)菌染色體上或以附加體的形式存在。這些狀態(tài)的噬菌體稱為原噬菌體。19溶源性(1ysogeny)：一種溫和噬菌體的裂解功能受到抑制，噬菌體DNA隨宿主染色體進(jìn)行復(fù)制稱為溶源性。此時，噬菌體DNA或是整合進(jìn)宿主染色體，例如，；或是依然作為一個獨立的附加體，如P22。20溶源性免疫(1ysogenic immunity)：溶源性細(xì)胞對與其原噬菌體有

31、密切關(guān)系的噬菌體的感染有免疫力，因此可以鑒定其溶源性。21負(fù)調(diào)控物(negative regulator)：通過關(guān)閉轉(zhuǎn)錄或者翻譯來行使功能。22正調(diào)控蛋白(positive regulator protein)：一個轉(zhuǎn)錄單位激活所必需的蛋白質(zhì)。23調(diào)節(jié)基因(regulatoty gene)：編碼一個RNA或蛋白質(zhì)產(chǎn)物，其作用是控制其他基因表達(dá)。24基因調(diào)控(genes regulation或gene control)：基因調(diào)控是對基因表達(dá)過程的調(diào)節(jié)?；虮磉_(dá)的過程是分階段的，因此基因調(diào)控也是在多級水平上進(jìn)行的。主要是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控和翻譯水平的調(diào)控。不同層次以不同方式調(diào)控，其中最主要的是基因轉(zhuǎn)錄

32、調(diào)控。25阻遏蛋白(repressor protein)：由原核生物操縱子中調(diào)節(jié)基因編碼的，可與操縱基因結(jié)合來阻止轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)。26激活蛋白(activator)：能激活基因表達(dá)的蛋白質(zhì)。在原核生物中，它作用于啟動子從而激活RNA聚合酶。在真核生物細(xì)胞，它所結(jié)合的啟動子序列稱為應(yīng)答元件。27前導(dǎo)序列(leader sequence)：指導(dǎo)蛋白質(zhì)分泌到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的信號肽，在多肽鏈完成前由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中的信號肽酶加以切除。28SD序列(Shine-Dalgarno sequence)：部分或所有細(xì)菌mRNA上AuG起始密碼之前的AGGAGG序列，與16S rRNA上3'末端序列互補(bǔ)，在核糖體與m

33、RNA結(jié)合中起作用。29魔斑(magic spot)：當(dāng)外界條件不利時，細(xì)菌經(jīng)應(yīng)急應(yīng)答而產(chǎn)生的一類效應(yīng)物，包括鳥苷四磷酸和鳥苷五磷酸，可以抑制rRNA操縱子的轉(zhuǎn)錄起始及大多數(shù)基因轉(zhuǎn)錄的延伸。(二)是非判斷題1 2× 3 4× 5 6 7 8× 9 10× 11× 1213 14× 1516 7 18× 19× 20× 21 22 23× 24×25× 26× 27× 28 29 30 31 32× 33× 34 35 3637 38 3

34、9× 40× 41× 42× 43× 44× 45 46× 47× 48×49× 50× 5152×(三)填空題1營養(yǎng)狀況、環(huán)境因素；激素水平、發(fā)育階段2轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控；翻譯水平的調(diào)控；稀有密碼子對翻譯的影響、重疊基因?qū)Ψg的影H向、小分子RNA的調(diào)控作用、魔斑核苷酸的作用、蛋白質(zhì)在信號肽作用下跨膜或進(jìn)入周圍介質(zhì)3轉(zhuǎn)錄水平、負(fù)調(diào)控、正調(diào)控；負(fù)調(diào)控、負(fù)控阻遏系統(tǒng)；正調(diào)控、正控阻遏系統(tǒng)4操縱區(qū)5安慰、IPTG、阻遏、操縱區(qū)、異(構(gòu))乳糖6輔阻遏物、全阻遏物或有活性的阻遏物；負(fù)；正

35、；衰減作用、終止作用 7核糖體、起始密碼子AUG 8lac，ara，gal；啟動子區(qū)域 9rRNA操縱子、核糖體蛋白SI操縱子、DnaQ蛋白操縱子；DnaQ蛋白，校正DNA復(fù)制中可能出現(xiàn)的錯誤 10密切相關(guān)，并不直接相關(guān)；起始、終止、裂解、溶源化 11C、C；PL、PR、PRE、PRM；PL；PRE和PRM；溶源化和裂解(四)選擇題1A 2B 3E 4D 5A 6BDE 7C 8B9D 10BC 11B12D 13ABCD 14ABCD 15D 16D 17C 18ABD 19CD 20ABD 21ACD22ABC 23AB 24ABCD 25B(五)簡答題1基因表達(dá)調(diào)控的意義在于：使機(jī)體適應(yīng)

36、環(huán)境，維持自身的生長和增殖，以及維持個體的發(fā)育與分化?；蛘{(diào)控的基本層次：基因表達(dá)的過程分為基因活化、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、翻譯、翻譯后加工等幾個階段，因而基因表達(dá)的調(diào)控點存在于上述各階段中，構(gòu)成不同層次的表達(dá)調(diào)節(jié)。2操縱子的結(jié)構(gòu)要素：操縱子是原核生物基因轉(zhuǎn)錄的基本單位，是基因表達(dá)調(diào)控的一個完整單元，由調(diào)控區(qū)和功能密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起組成。結(jié)構(gòu)基因上游的調(diào)控區(qū)包括啟動子和操縱基因兩部分。啟動子是RNA聚合酶結(jié)合并啟動轉(zhuǎn)錄的特異性DNA序列，操縱基因是特異性阻遏物的結(jié)合區(qū)。一個操縱子或幾個操縱子可共同受上游的一個調(diào)節(jié)基因的調(diào)節(jié)。操縱子是基因表達(dá)調(diào)控的有效、經(jīng)濟(jì)的方式。3當(dāng)細(xì)菌遇到緊急情況，如

37、氨基酸饑餓時，細(xì)胞中存在大量的空載tRNA，這些空載tRNA與核糖體的結(jié)合是細(xì)胞產(chǎn)生嚴(yán)緊控制的信號。這些空載tRNA會激活焦磷酸轉(zhuǎn)移酶，使ppGpp大量合成。ppGpp的大量出現(xiàn)可在很大范圍內(nèi)做出如抑制核糖體和大分子合成等應(yīng)急反應(yīng)，活化某些氦基酸操縱子的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，抑制與氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)無關(guān)的系統(tǒng)，活化蛋白水解酶等，從而節(jié)省或開發(fā)能源，渡過難關(guān)。ppGpp和pppGpp的作用范圍十分廣泛，它們不只是影響一個或幾個操縱子而是影響一大批，所以它們是超級調(diào)控因子。ppGpp合成的反應(yīng)式如下：GTP+ATPpppGpp+AMPppGpp4因為噬菌體的裝配不是由酶調(diào)控的，所有噬菌體基因的同時表達(dá)使后代遺傳元件(

38、dsDNA)不能時序性合成以及每一部分不能自我裝配。另外，噬菌體中沒有一對競爭阻抑蛋白CI/Cro，也不可能出現(xiàn)溶源化現(xiàn)象。5首先感染的噬菌體所生成的阻抑蛋白C會立即與隨后感染的噬菌體基因組中的操縱基因結(jié)合，阻遏裂解所需的cro和N基因的表達(dá)。這樣再感染不會產(chǎn)生烈性噬菌體表型。6(1)產(chǎn)生蛋白酶抗性C蛋白的噬菌體突變體會導(dǎo)致溶源。噬菌體感染過程中，N蛋白使基因表達(dá)不在N基因下游終止前，所有的生理功能都是正常的?？菇K止導(dǎo)致c及cro基因下游的表達(dá)，從而C蛋白合成。由于C蛋白的突變體具有蛋白酶抗性，它的活性并不依賴于被感染細(xì)胞的狀態(tài)，而且C蛋白并不維持C蛋白的整合。由此導(dǎo)致的高濃度的C蛋白有助于從

39、PRE和PL啟動子的轉(zhuǎn)錄，因此C蛋白(阻遏蛋白)、Cro反義RNA和整合酶(噬菌體整合所需)被合成。C蛋白占據(jù)OR和OL操縱基因，通過自身調(diào)節(jié)促進(jìn)自身的合成(從PRM表達(dá))，從而防止更多的N蛋白和Cro蛋白的合成。(2)能夠阻止蛋白質(zhì)結(jié)合的OR2突變體會導(dǎo)致裂解。OR2突變體能夠防止Cro蛋白和阻抑蛋白與之結(jié)合。Cro基因表達(dá)不需要誘導(dǎo)物，因此可以高水平表達(dá)。Cro蛋白也能與OR3進(jìn)行非協(xié)同結(jié)合，由于這種結(jié)合以及阻抑基因表達(dá)需要自身產(chǎn)物的自誘導(dǎo)，因此不能形成阻抑蛋白。Cro最終會關(guān)閉所有早期基因的表達(dá)，并通過誘導(dǎo)從PQ開始的表達(dá)從而誘發(fā)中期和晚期基因的表達(dá)。(3)失活的N基因的突變會導(dǎo)致滅活和

40、降解。N基因的產(chǎn)物是一個抗終止子，是N和Cro基因外的其他基因表達(dá)所需的。其結(jié)果為大量缺陷的N蛋白和Cro蛋白的合成。因此噬菌體既不能進(jìn)入溶源狀態(tài)也不能進(jìn)入裂解途徑，DNA最終被降解。(4)c基因發(fā)生突變會導(dǎo)致快速裂解，產(chǎn)生無功能的阻遏蛋白，不能與OR和OL操縱基因結(jié)合，由于沒有了競爭，Cro會擺脫阻遏蛋白的影響。7一個烈性噬菌體感染了一個敏感的細(xì)菌細(xì)胞后，它立即復(fù)制并產(chǎn)生噬菌體特異的蛋白，這些蛋白被裝配成成熟的噬菌體顆粒；2030 min后，宿主裂解，釋放出幾百個噬菌體。另一方面，溫和噬菌體感染敏感細(xì)菌后有兩種選擇：如果能量充足(環(huán)境條件很好)時它可以進(jìn)入裂解周期并且像烈性噬菌體那樣裂解宿主

41、細(xì)胞；如果環(huán)境條件不好，它就使宿主細(xì)胞溶源化。在溶源化細(xì)胞中，噬菌體的基因組整合到細(xì)菌染色體上，與細(xì)菌染色體同步復(fù)制，但大部分的噬菌體基因不表達(dá)；然而，在某個時刻，當(dāng)環(huán)境條件重新好轉(zhuǎn)時，原噬菌體可以進(jìn)入裂解周期，產(chǎn)生成熟的噬菌體。8噬菌體有一個單鏈5'末端(黏性末端)。外切核酸酶A可消化該末端，這樣可以防止環(huán)化，從而使它不能在被感染的細(xì)胞中復(fù)制。外切核酸酶B則無效，因為噬菌體沒有游離的3'末端。9負(fù)調(diào)控時，調(diào)節(jié)基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物是基因活性的一種阻遏物；而正調(diào)控時，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是一種激活物。10Trp，Arg11安慰誘導(dǎo)物是一種與天然誘導(dǎo)物結(jié)構(gòu)相似的化合物，它雖然能誘導(dǎo)操縱子表達(dá)

42、，但是不被操縱子基因產(chǎn)生的酶分解。在lac操縱子中IPTG是乳糖的類似物，能代替異構(gòu)乳糖作為誘導(dǎo)物，但不能作為-半乳糖苷酶的底物進(jìn)入代謝途徑。12在缺乏葡萄糖時，cAMP水平升高，CRP蛋白同每一個葡萄糖敏感型操縱子內(nèi)的CRP結(jié)合位點結(jié)合，協(xié)同轉(zhuǎn)錄起始。如果有葡萄糖，cAMP的水平下降，CRP蛋白不再結(jié)合，轉(zhuǎn)錄速率協(xié)同下降。13每一個結(jié)構(gòu)基因都有自己的啟動子和通用的操縱基因序列。14在可誘導(dǎo)的系統(tǒng)中，操縱子只有在誘導(dǎo)物存在時才開放，沒有誘導(dǎo)物時阻遏物結(jié)合在操縱基因上阻止結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。誘導(dǎo)物存在時，它與阻遏物結(jié)合，使之別構(gòu)不再與操縱基因結(jié)合，從而開啟操縱子。酶的誘導(dǎo)是分解途徑特有的，誘導(dǎo)物就是

43、酶的底物或底物的類似物。在可阻遏系統(tǒng)中操縱子被終產(chǎn)物所關(guān)閉。不存在終產(chǎn)物時，阻遏物不能結(jié)合到操縱基因上，因此操縱子開放；終產(chǎn)物存在時，它結(jié)合到阻遏物上，改變后者的構(gòu)象，使其能結(jié)合到操縱基因上，關(guān)閉操縱子。酶阻遏是合成代謝的特點。15衰減作用是根據(jù)tRNATrp的數(shù)量調(diào)節(jié)trp操縱子的表達(dá)，而tRNATrp的數(shù)量又取決于細(xì)胞中Trp的水平。衰減作用發(fā)生的必要條件是：1)翻譯產(chǎn)生前導(dǎo)肽；2)轉(zhuǎn)錄和翻譯是偶聯(lián)的。當(dāng)RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)序列的同時核糖體就緊接著結(jié)合到新生的mRNA上翻譯產(chǎn)生前導(dǎo)肽。trpE基因是第一個被翻譯的基因。在trp mRNA 5'端trpE基因的起始密碼前有一個長162

44、 bp的mRNA片段稱為前導(dǎo)區(qū)，包括兩對反向重復(fù)序列(用1，2，3，4表示)，有時以1-2和3-4方式配對，有時只以2-3方式配對；由序列3-4配對形成的莖-環(huán)結(jié)構(gòu)與Trp操縱子的終止子基本相同，這種結(jié)構(gòu)能夠終止轉(zhuǎn)錄。Trp操縱子的前導(dǎo)序列編碼一個14個氨基酸的前導(dǎo)肽，這個前導(dǎo)肽的第10位和第11位上有相鄰的兩個Trp殘基(位于1區(qū)內(nèi))，因此tRNAnp對前導(dǎo)肽的翻譯是必不可少的，前導(dǎo)肽的終止密碼子在序列1和2之間。當(dāng)Trp的濃度很低時，tRNATrp也少，翻譯通過兩個相鄰Trp密碼子的速度就會很慢，當(dāng)4區(qū)被轉(zhuǎn)錄完成時，核糖體才進(jìn)行到1區(qū)(或停留在兩個相鄰的Trp密碼子處)，這時前導(dǎo)區(qū)結(jié)構(gòu)是2

45、-3配對，不形成3-4配對終止結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)進(jìn)行，trp操縱子中的結(jié)構(gòu)基因全部轉(zhuǎn)錄。當(dāng)Trp濃度高時，核糖體可順利通過兩個相鄰的Trp密碼子，在4區(qū)被轉(zhuǎn)錄之前，核糖體就到達(dá)2區(qū)，這樣使2-3不能配對，3-4區(qū)可以自由配對形成莖-環(huán)狀終止子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄停止，trp操縱子中的結(jié)構(gòu)基因被關(guān)閉而不再合成Trp。事實上，編碼前導(dǎo)肽mRNA上核糖體的位置決定了mRNA的二級結(jié)構(gòu)和衰減作用是否發(fā)生。16gal操縱子的調(diào)控基因、結(jié)構(gòu)基因與操縱基因相距很遠(yuǎn)，不象lac操縱子那樣連在一起；gal操縱子有兩個啟動子，其mRNA可從兩個不同的起始點開始轉(zhuǎn)錄；gal操縱子有兩個操縱區(qū)(O)區(qū)，一個在P區(qū)上游6773處，另

46、一個在結(jié)構(gòu)基因galE內(nèi)部。17ara操縱子的誘導(dǎo)物是阿拉伯糖。在野生型操縱子中，只有阿拉伯糖存在時結(jié)構(gòu)基因(araBAD)才轉(zhuǎn)錄，而有葡萄糖存在時則不轉(zhuǎn)錄。AraC蛋白是ara操縱子的調(diào)節(jié)蛋白。araBAD和araC基因的轉(zhuǎn)錄是分別在兩條鏈上以相反方向進(jìn)行的。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)沒有AraC蛋白時，由Pc啟動子起始araC基因的轉(zhuǎn)錄；當(dāng)體系中葡萄糖水平較高而阿拉伯糖水平較低時，AraC蛋白與操縱區(qū)O2以及araI C誘導(dǎo)因子結(jié)合區(qū)上半?yún)^(qū)相結(jié)合，形成DNA回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，araBAD基因不表達(dá)；當(dāng)體系中有阿拉伯糖但無葡萄糖時，AraC蛋白與阿拉伯糖相結(jié)合，改變構(gòu)象成為激活蛋白，AraC同源體分別與araO1和a

47、raI區(qū)相結(jié)合，DNA回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)被破壞。RNA聚合酶在AraC蛋白和CRP-cAMP的共同作用下起始PBAD所調(diào)控的結(jié)構(gòu)基因表達(dá)。18半乳糖操縱子有兩個啟動子，每個啟動子擁有自己的RNA聚合酶結(jié)合位點S1和S2。從S1起始的轉(zhuǎn)錄只有在無葡萄糖時才能順利進(jìn)行，RNA聚合酶與S1的結(jié)合需要半乳糖、CRP和較高濃度的cAMP。從S2起始的轉(zhuǎn)錄完全依賴于葡萄糖，高水平的cAMP-CRP抑制由這個啟動子開始的轉(zhuǎn)錄。半乳糖在細(xì)胞代謝中起雙重功能，不僅可以作為惟一的碳源供細(xì)胞生長，而且與之相關(guān)的物質(zhì)尿苷二磷酸(UDP-gal)是大腸桿菌細(xì)胞壁合成的前體。在沒有外源半乳糖時細(xì)胞通過半乳糖差向異構(gòu)酶的作用由UDP

48、-葡萄糖合成UDP-gal。如果只有S1一個啟動子，由于這個啟動子的活性依賴于cAMP-CRP，當(dāng)葡萄糖存在時不能合成異構(gòu)酶。如果只有S2一個啟動子，即使在有葡萄糖的情況下，半乳糖也將使操縱子處于充分誘導(dǎo)狀態(tài)，這是一種浪費。所以，無論從必要性或經(jīng)濟(jì)性考慮，都需要有一個不依賴于cAMP-CRP的啟動子(S2)進(jìn)行本底水平的組成型合成和依賴于cAMP-CRP的啟動子(S1)對高水平合成進(jìn)行調(diào)節(jié)。19不是。因為在生物體內(nèi)還有翻譯水平的調(diào)節(jié)和翻譯后水平的調(diào)節(jié)。20正常的c基因編碼噬菌體阻遏蛋白，與操縱基因結(jié)合使噬菌體進(jìn)行溶源化途徑，即噬菌體基因組整合到細(xì)菌染色體上，隨著宿主基因組的復(fù)制而復(fù)制，這時產(chǎn)生

49、混濁的噬菌斑。當(dāng)c基因不正常時，編碼的蛋白不能起到有活性的阻遏物的作用，從而噬菌體裂解循環(huán)產(chǎn)生清亮的噬菌斑。21lac操縱子本底水平的表達(dá)使每個細(xì)胞中可有幾個分子的-半乳糖苷酶和乳糖透過酶。當(dāng)加入乳糖時，在這幾個透過酶分子作用下，少數(shù)乳糖分子進(jìn)入細(xì)胞，又在幾個-半乳糖苷酶分子的作用下轉(zhuǎn)變成異構(gòu)乳糖。異構(gòu)乳糖分子與結(jié)合在操縱基因上的阻遏物結(jié)合并使后者失活而離開操縱區(qū)，從而啟動了lac操縱子合成大量的-半乳糖苷酶和乳糖透過酶，結(jié)果使乳糖大量進(jìn)入細(xì)胞。乳糖降解成為葡萄糖和半乳糖被細(xì)胞用作碳源和能源，還有許多乳糖降解成異構(gòu)乳糖與細(xì)胞內(nèi)不斷合成的阻遏物結(jié)合，進(jìn)一步合成大量的-半乳糖苷酶和乳糖透過酶。所有

50、乳糖被消耗完時，由于阻遏物仍在不斷地合成，有活性的阻遏物將超過異構(gòu)乳糖的濃度，使細(xì)胞重新建立起阻遏狀態(tài)，lac操縱子關(guān)閉。22lacA基因存在于lac操縱子中，編碼-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶，它不是乳糖代謝必需的，這個酶能夠把乙?；鶑墓w轉(zhuǎn)移到半乳糖苷分子上從而使之不能被-半乳糖苷酶分解。自然界中存在許多種能被-半乳糖苷酶降解的半乳糖苷分子，它們的分解產(chǎn)物往往不能進(jìn)一步代謝而在體內(nèi)積累。其中不少半乳糖苷分解產(chǎn)物的衍生物在高濃度時是細(xì)胞正常生長的抑制物，這是非常有害的。lacA基因通過使半乳糖苷分子乙?；种屏?半乳糖苷酶產(chǎn)物的有害衍生物在細(xì)胞內(nèi)積累，在生物進(jìn)化中是有意義的。23當(dāng)細(xì)菌DNA遭到破壞

51、時(如受到紫外線照射)，細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)會啟動一個SOS的誘導(dǎo)型DNA修復(fù)系統(tǒng)。參與SOS DNA修復(fù)系統(tǒng)的許多基因分散在染色體的各個部位，但都同時受LexA阻遏蛋白的抑制，平時表達(dá)水平很低。當(dāng)DNA嚴(yán)重受損時，DNA復(fù)制中斷，本底水平表達(dá)的RecA與有缺口的單鏈DNA結(jié)合，被激活成為蛋白酶，將LexA蛋白切割成無活性形式，SOS體系高效表達(dá)，DNA得到修復(fù)。當(dāng)修復(fù)完成后，Rec-A蛋白恢復(fù)到非蛋白水解酶的形式，LexA蛋白逐步積累并重新建立阻遏作用。24mRNA的二級結(jié)構(gòu)是翻譯起始調(diào)控的重要因素。因為核糖體的：30S亞基與mRNA結(jié)合，要求mRNA 5'端有一定的空間結(jié)構(gòu)。SD序列的微小變

52、化改變了形成mRNA 5'端二級結(jié)構(gòu)的自由能，影響了核糖體30S亞基與mRNA的結(jié)合，從而造成蛋白質(zhì)合成效率上的差異。25有些基因中稀有密碼子的使用頻率較高，細(xì)胞內(nèi)對應(yīng)于稀有密碼子的tRNA較少，這些基因的翻譯過程容易受阻，從而影響蛋白質(zhì)合成的總量。26翻譯阻遏物對翻譯的調(diào)節(jié)，如大腸桿菌噬菌體Q復(fù)制酶。當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌時，RNA進(jìn)入細(xì)胞后，這條(+)鏈RNA立即作為模板指導(dǎo)合成復(fù)制酶。但是Q(+)鏈上已有不少核糖體，它們從5'到3'方向進(jìn)行翻譯，這無疑影響了復(fù)制酶催化的從3'向5'方向進(jìn)行的(一)鏈合成。解決的方法是由Q復(fù)制酶作為翻譯調(diào)節(jié)物進(jìn)行調(diào)節(jié)。復(fù)制

53、酶可以和外殼蛋白的翻譯起始區(qū)結(jié)合，抑制蛋白質(zhì)的合成。由于復(fù)制酶的存在，核糖體便不能與起始區(qū)結(jié)合，但已經(jīng)起始的翻譯仍能繼續(xù)下去，直到翻譯完畢，核糖體脫落，與(+)RNA 3'端結(jié)合的復(fù)制酶便開始了RNA的復(fù)制。27c基因的自我調(diào)控是指C蛋白在低濃度時促進(jìn)c基因的轉(zhuǎn)錄，而在高濃度的C蛋白存在時，與操縱區(qū)OR3結(jié)合的C蛋白占據(jù)了PM(啟動PM基因的轉(zhuǎn)錄)的Pribnow序列和35區(qū)，阻止了c基因本身的轉(zhuǎn)錄。即C蛋白對自身編碼基因的轉(zhuǎn)錄在低濃度時正調(diào)控而在高濃度時行使負(fù)調(diào)控功能。28操縱基因和啟動子突變只影響順式基因的表達(dá)(反式隱性的)，這是因為它們是調(diào)控序列，僅僅調(diào)節(jié)相同DNA分子上的相鄰基

54、因的表達(dá)。調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏蛋白是可以擴(kuò)散的基因產(chǎn)物，因此既能影響順式又能影響反式基因的表達(dá)。29異構(gòu)乳糖，IPTG，ONPG30在細(xì)菌lac和trp操縱子上，阻遏蛋白是一種可以在細(xì)胞質(zhì)中擴(kuò)散的蛋白質(zhì)，所以其編碼基因不一定和結(jié)構(gòu)基因連在一起。31它們的阻遏蛋白和其結(jié)合位點必須相同。(六)綜合論述題1(1)原核生物的基因調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上。(2)操縱子調(diào)控的普遍性。原核生物絕大多數(shù)基因按功能相關(guān)性成簇地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個轉(zhuǎn)錄單位操縱子。原核基因的協(xié)調(diào)表達(dá)就是通過調(diào)控每個操縱子中的啟動序列的活性來完成的。(3)阻遏蛋白與阻遏機(jī)制的普遍性。原核基因調(diào)控普遍涉及特異阻遏蛋白參與的

55、轉(zhuǎn)錄開關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制。2除個別基因外，原核生物基因表達(dá)及協(xié)調(diào)控制均以操縱子調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行，而在操縱子中，特異的阻遏蛋白是控制原核啟動子序列活性及基因開關(guān)的重要因素。如在lac操縱子、trp操縱子、ara操縱子、gal操縱子等中都有阻遏/去阻遏機(jī)制。3在Jacob和Monod最早(1961)進(jìn)行的互補(bǔ)試驗中，用到新發(fā)現(xiàn)的F'質(zhì)粒。一個帶有l(wèi)ac操縱子的F'質(zhì)粒被轉(zhuǎn)化到一個F-的受體菌中，產(chǎn)生一個穩(wěn)定的部分二倍體(lac/F'lac)，在其染色體和F'質(zhì)粒上各帶有一個lac操縱子的拷貝，通過將不同的突變型導(dǎo)入這兩個lac操縱子拷貝來研究互補(bǔ)關(guān)系。結(jié)構(gòu)基因發(fā)生突變和調(diào)控基因發(fā)生突變兩者之間的重要區(qū)別是：(1)大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因的突變僅影響該基因的表達(dá)而不影響操縱子內(nèi)其他基因的表達(dá)。(2)調(diào)控基因的突變通常協(xié)同影響操縱子內(nèi)所有結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。(3)結(jié)構(gòu)基因編碼可擴(kuò)散的產(chǎn)物，故lacZ+ lacY-/和lacZ+ lacY+/都具有1ac+表型。一個基因上的缺陷能被另一個遺傳元件上的野生型基因所彌補(bǔ)，反之亦然。這樣野生型等位基因能通過順式和反式兩種作用方式表現(xiàn)為顯性。(4)基因調(diào)控序列僅能控制同一染色體上的結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，即順式作用。這樣lacP+ lacZ+/部分二倍體是野生型，而1acP+lacZ-/不能發(fā)酵乳糖。轉(zhuǎn)錄僅能被野生型的啟動子有效地