第九章原核生物基因表達調(diào)控

1、第九章 原核生物基因表達的調(diào)控三、練習題(一)名詞解釋1基因表達(gene expression) 2組成型表達(constitutive expression)3誘導型表達(inducible expression)4操縱子(operon) 5操縱基因(operator)6負調(diào)控(negative regulation) 7正調(diào)控(positive regulation)8可誘導調(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誘導物(inducer) 17安慰誘導物(gratuitous inducer) 18原噬菌體(prophage) 19溶源性(1ysogeny) 20溶源免疫(1ysogenic immunity)21負調(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前導序列(1eadersequence) 28SD序列(Shine-Dalgarno sequence) 29魔斑(magic spot)(二)是非判斷題1當一個噬菌體侵染一個合適的大腸桿菌寄主細胞時，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。 ( )3噬菌體的基因調(diào)控通過轉錄進行，其一個轉錄單位包括功能上并不直接相關的基因。 ( )4負責噬菌體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)，是當病毒的基因組整合進一個宿主細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)之間開關的一個關鍵。 ( )7為了把噬菌體附著位點(attP)和在細菌染色體上的附著位點(attB)結合重組起來，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在非誘導的情況下，每個細胞大約有4分子的-半乳糖苷酶。 ( )

5、10乳糖是一種安慰誘導物。 ( )11RNA聚合酶同操縱基因結合。 ( )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、阻遏、衰減作用和反饋抑制的控制。 ( )18trp操縱子的引導mRNA能夠同時形成三個“莖-環(huán)”結構。 ( )19在轉錄終止子柄部的A-T堿基對可以增強結構的穩(wěn)定性。 ( )20真核生物和原核生物的轉錄和翻譯都是偶聯(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的表達不受調(diào)控。 ( )24SD序列與AUG之間的距離是影響轉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、有效的原則，誘導物的作用先將已存在于細胞中的酶前體轉化成有活性的酶，然后才是誘導新酶合成。 ( )26阻遏蛋白與效應物結合，結構基因不轉錄叫負控阻遏系統(tǒng)。 ( )27在正控誘導系統(tǒng)中，效應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合到啟動子上。 ( )30空載tRNA誘導細菌產(chǎn)生應急反應信號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在沒有誘導物時，因為乳糖操縱子被關閉，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，所以乳糖才能被利用。 ( )35crp及腺苷酸環(huán)化酶基因突變的細菌都不能合成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復合物結合位點。 ( )40trp操縱子的轉錄調(diào)控除了阻遏系統(tǒng)外，還有激活系統(tǒng)。 ( )41一個基因表達調(diào)控系統(tǒng)處于關閉狀態(tài)，則這個系統(tǒng)內(nèi)的基因一個分子也不表達。( )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基因的轉錄起負調(diào)控作用，對cro基因的轉錄起正調(diào)控

9、作用。( )47噬菌體利用自身基因編碼的RNA聚合酶轉錄。 ( )48噬菌體轉錄過程修飾宿主的RNA聚合酶是為了使其能識別噬菌體的啟動子。( )49噬菌體的基因轉錄沿兩條鏈向同一方向進行。 ( )50cro、Q和N都是早期轉錄產(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行基因調(diào)控。原核生物中，_和_對基因表達起重要作用。在真核生物尤其是高等真核生物中，_和_是基因表達調(diào)控的最主要手段。2基因表達調(diào)控主要在以

10、下兩方面：(1)_，這是生物最經(jīng)濟的調(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)控機制不同可分為_和_。_可分為負控誘導系統(tǒng)和_；_可分為正控誘導系統(tǒng)和_。4阻遏物與_的結合影響了RNA聚合酶與啟動子結合形成轉錄起始復合物的效率。5能夠誘導操縱子但不是代謝底物的化合物稱為_誘導物。能夠誘導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)結合，并使之與_分離。乳糖操縱子的體內(nèi)功能性誘導物是_。6Trp是一種調(diào)節(jié)分子，被視為_。它與一種蛋白質(zhì)結合形成_。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，它涉及第一個結構基因被轉錄前的轉錄_。7SD序列是mRNA分子中同_結合的序列，其與_之間的距離影響翻譯的效率。8cAMP-CRP復合物存在于_、_、_操縱子中。這個復合物與_的結合是這些操縱子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，噬菌體的一個轉錄單位包括功能上_的更多基因。的轉錄調(diào)控不僅包括_和_，還包括_或_有關的兩種途徑的選擇。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_啟動向左轉錄

12、。從_轉錄并翻譯得到的Cro蛋白和C蛋白是決定_的關鍵。(四)選擇題1原核及真核生物調(diào)節(jié)基因表達的共同意義是( )。A適應環(huán)境、維持細胞發(fā)育和細胞分裂 B細胞分化C個體發(fā)育 D組織分化2阻遏蛋白是一種DNA結合蛋白，它屬于以下哪一組?( )A螺旋-環(huán)-螺旋蛋白 B螺旋-轉角-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依靠( )。A聚合酶，因子，RE，從啟動子PRE起始轉錄B抗終止：N因子允許從啟動子PR開始轉錄的繼續(xù)C抑制：Cro蛋白抑制從啟動子PR開始的轉錄D抗終止：Q因子允許從啟動子PR開始轉錄的繼續(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制C它對病毒顆粒的進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基因的表達被Cro蛋白所抑制Bcro基因的表達被阻遏蛋白所抑制C原噬菌體的復制被轉移因子(TF)介導的DNA聚合酶活性所誘導D轉移因子介導是從PR開始轉錄的誘導E以上全不對6下面哪些真正是乳糖操縱子的誘導物?( )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合B抗終

14、止蛋白與一個內(nèi)在的因子終止位點結合，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合，因而改變其構象，使終止信號不能被核心酶識別DNusA蛋白與核心酶的結合E聚合酶跨越抗終止蛋白-終止子復合物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一個結構基因 B多個結構基因 C一個啟動區(qū) D多個啟動區(qū)11lac操縱子阻遏蛋白結合乳糖操縱子的( )。AlacP

15、序列 B1acO序列 CCRP結合位點 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在轉錄水平上對基因表達的調(diào)控取決于( )的相互作用。ADNA的結構 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轉錄激活調(diào)控 B轉錄水平調(diào)控C翻譯水平調(diào)控 D轉錄/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乳糖操縱子機制 B阿拉伯糖操縱子機制C色氨酸操縱

16、子機制 D沙門氏菌的鞭毛相變異17下列關于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的CSD序列有時會隱藏在mRNA莖-環(huán)結構中，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在乳糖操縱子機制中起轉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下列屬于基因表達終產(chǎn)物的是( )。A蛋白質(zhì) BmRNA CtRNA DrRNA22cAMP-CRP復合物是以下( )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)化但不復制C細胞死亡 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構要素。3為什么說ppGpp和pppGpp是超級調(diào)控因子?4當一個烈性噬菌體的所有基因全部表達時，如果不對轉錄進行時序性調(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請預測具有下列突變的噬菌體感染細菌的表型，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的操縱子。11什么是安慰誘導物?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?13在大多數(shù)細菌操縱子中，結構基因通常緊靠在一起并由單個操縱基因-啟動子調(diào)控，而在一些例子中結構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到協(xié)同調(diào)節(jié)的?14區(qū)別可誘導和可阻遏的基因調(diào)控。15衰減作用如何調(diào)控E.coli中trp操縱子的表達?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轉錄水平調(diào)控是基因表達調(diào)控的主要機制，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與細菌SOS應答反應的關系。24mRNA的二級結構如何調(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操縱子的誘導物的名稱。30在細菌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構基因連在一起?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調(diào)控的特點。2說明阻遏蛋白在原核生物基因表達調(diào)控中的普遍意義。3試述互補試驗怎樣區(qū)別突變是發(fā)生在lac操縱子的結構基因上還是它的調(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，解釋是何原因。6蜜二糖是lac操縱子的弱誘導物，

22、它通常在自己的透性酶作用下進入細胞。但如果細胞在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入細胞。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操縱子的負調(diào)控與衰減調(diào)控。9在lac操縱子中，3個結構基因編碼的產(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)控機制。11把乳糖分子加入到大腸桿菌的培養(yǎng)物中會促進lac操縱子的轉錄，但異構乳糖是“真正的”誘導物。從分子生物學的觀點出發(fā)，說明誘導物和

23、真正誘導物之間有什么區(qū)別。12trp操縱子的轉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(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過程都產(chǎn)生蛋白質(zhì)，rRNA和tRNA編碼基因轉錄生成RNA的過程也屬于基因表達。基因表達主要分為組成型和誘導型表達兩種模式。2組成型表達(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胞類型中均持續(xù)表達，很少受環(huán)境因素影響的基因表達。3誘導型表達(inducible expression)是指某些基因的表達極易受環(huán)境變化的影響，在特定環(huán)境信號的刺激下，有的基因表達開放或增強，有的基因表達關閉或下降。根據(jù)誘導物的不同，誘導型表達又可分為可誘導的表達、可阻遏的表達和協(xié)調(diào)表達。4操縱子(operon)：原核生物基因表達和調(diào)控的單位，包括功能相關的幾個結構基因和能被調(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合位點，為控制結構基因轉錄的DNA序列。6負調(diào)控

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

27、加基因或操縱子的轉錄，則該基因或操縱子是可誘導的。這些誘導物通常是小分子，它們的效應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，加入對基因表達有調(diào)節(jié)作用的小分子物質(zhì)后，則關閉基因的轉錄活性，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結合，激活糖類代謝中涉及的一大批基因和操縱子進行轉錄。如lac操縱子中l(wèi)acZ基因就是在CAP-cAMP復合物的正控制之下。在CAP-cAMP復合物存在的情況下，RNA聚合酶與啟動子的親和力增加，啟動基因轉錄。因此，細胞內(nèi)cAMP的濃度可以控制基因的轉錄。12衰減作用(attenuation)：位于細菌操縱子上游、第一個結構基因之前的一段DNA序列，通過控制轉錄終止來進行細菌操縱子的調(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錄的mRNA是否完整，來調(diào)節(jié)操縱子的表

29、達。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，這是因為葡萄糖是首先被發(fā)現(xiàn)具有這種阻遏效應的物質(zhì)。當培養(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)：一些基因的表達產(chǎn)物維持細胞的正常功能，其表達不受環(huán)境的影響，這些基因稱為組成型基因，在生長細胞中它總具有活性。16誘導物(inducer)：一種化學因子或物理因子，當作用于細胞群體時，會增加特定基因的轉

30、錄量。例如，異丙基硫代-半乳糖苷(IPTG)是lac操縱子的有力誘導物。17安慰誘導物(gratuitous inducer)：能誘導酶的合成，但不被分解的分子，稱為安慰誘導物。18原噬菌體(prophage)：某些溫和噬菌體侵染細菌后，其DNA整合到宿主細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隨宿主染色體進行復制稱為溶源性。此時，噬菌體DNA或是整合進宿主染色體，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)：溶源性細胞對與其原噬菌體有

31、密切關系的噬菌體的感染有免疫力，因此可以鑒定其溶源性。21負調(diào)控物(negative regulator)：通過關閉轉錄或者翻譯來行使功能。22正調(diào)控蛋白(positive regulator protein)：一個轉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。24基因調(diào)控(genes regulation或gene control)：基因調(diào)控是對基因表達過程的調(diào)節(jié)?；虮磉_的過程是分階段的，因此基因調(diào)控也是在多級水平上進行的。主要是轉錄水平的調(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，可與操縱基因結合來阻止轉錄的蛋白質(zhì)。26激活蛋白(activator)：能激活基因表達的蛋白質(zhì)。在原核生物中，它作用于啟動子從而激活RNA聚合酶。在真核生物細胞，它所結合的啟動子序列稱為應答元件。27前導序列(leader sequence)：指導蛋白質(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，在核糖體與m

33、RNA結合中起作用。29魔斑(magic spot)：當外界條件不利時，細菌經(jīng)應急應答而產(chǎn)生的一類效應物，包括鳥苷四磷酸和鳥苷五磷酸，可以抑制rRNA操縱子的轉錄起始及大多數(shù)基因轉錄的延伸。(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入周圍介質(zhì)3轉錄水平、負調(diào)控、正調(diào)控；負調(diào)控、負控阻遏系統(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)乳糖6輔阻遏物、全阻遏物或有活性的阻遏物；負；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復制中可能出現(xiàn)的錯誤 10密切相關，并不直接相關；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基因表達調(diào)控的意義在于：使機體適應

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：基因表達的過程分為基因活化、轉錄、轉錄后加工、翻譯、翻譯后加工等幾個階段，因而基因表達的調(diào)控點存在于上述各階段中，構成不同層次的表達調(diào)節(jié)。2操縱子的結構要素：操縱子是原核生物基因轉錄的基本單位，是基因表達調(diào)控的一個完整單元，由調(diào)控區(qū)和功能密切相關的結構基因串聯(lián)在一起組成。結構基因上游的調(diào)控區(qū)包括啟動子和操縱基因兩部分。啟動子是RNA聚合酶結合并啟動轉錄的特異性DNA序列，操縱基因是特異性阻遏物的結合區(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)。操縱子是基因表達調(diào)控的有效、經(jīng)濟的方式。3當細菌遇到緊急情況，如

37、氨基酸饑餓時，細胞中存在大量的空載tRNA，這些空載tRNA與核糖體的結合是細胞產(chǎn)生嚴緊控制的信號。這些空載tRNA會激活焦磷酸轉移酶，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急反應，活化某些氦基酸操縱子的轉錄表達，抑制與氨基酸轉運無關的系統(tǒng)，活化蛋白水解酶等，從而節(jié)省或開發(fā)能源，渡過難關。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合，阻遏裂解所需的cro和N基因的表達。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致溶源。噬菌體感染過程中，N蛋白使基因表達不在N基因下游終止前，所有的生理功能都是正常的?？菇K止導致c及cro基因下游的表達，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胞的狀態(tài)，而且C蛋白并不維持C蛋白的整合。由此導致的高濃度的C蛋白有助于從

39、PRE和PL啟動子的轉錄，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)促進自身的合成(從PRM表達)，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)結合的OR2突變體會導致裂解。OR2突變體能夠防止Cro蛋白和阻抑蛋白與之結合。Cro基因表達不需要誘導物，因此可以高水平表達。Cro蛋白也能與OR3進行非協(xié)同結合，由于這種結合以及阻抑基因表達需要自身產(chǎn)物的自誘導，因此不能形成阻抑蛋白。Cro最終會關閉所有早期基因的表達，并通過誘導從PQ開始的表達從而誘發(fā)中期和晚期基因的表達。(3)失活的N基因的突變會導致滅活和

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所需的。其結果為大量缺陷的N蛋白和Cro蛋白的合成。因此噬菌體既不能進入溶源狀態(tài)也不能進入裂解途徑，DNA最終被降解。(4)c基因發(fā)生突變會導致快速裂解，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菌細胞后，它立即復制并產(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)時它可以進入裂解周期并且像烈性噬菌體那樣裂解宿主

41、細胞；如果環(huán)境條件不好，它就使宿主細胞溶源化。在溶源化細胞中，噬菌體的基因組整合到細菌染色體上，與細菌染色體同步復制，但大部分的噬菌體基因不表達；然而，在某個時刻，當環(huán)境條件重新好轉時，原噬菌體可以進入裂解周期，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胞中復制。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安慰誘導物是一種與天然誘導物結構相似的化合物，它雖然能誘導操縱子表達

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，能代替異構乳糖作為誘導物，但不能作為-半乳糖苷酶的底物進入代謝途徑。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結合位點結合，協(xié)同轉錄起始。如果有葡萄糖，cAMP的水平下降，CRP蛋白不再結合，轉錄速率協(xié)同下降。13每一個結構基因都有自己的啟動子和通用的操縱基因序列。14在可誘導的系統(tǒng)中，操縱子只有在誘導物存在時才開放，沒有誘導物時阻遏物結合在操縱基因上阻止結構基因的轉錄。誘導物存在時，它與阻遏物結合，使之別構不再與操縱基因結合，從而開啟操縱子。酶的誘導是分解途徑特有的，誘導物就是

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)物所關閉。不存在終產(chǎn)物時，阻遏物不能結合到操縱基因上，因此操縱子開放；終產(chǎn)物存在時，它結合到阻遏物上，改變后者的構象，使其能結合到操縱基因上，關閉操縱子。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，而tRNATrp的數(shù)量又取決于細胞中Trp的水平。衰減作用發(fā)生的必要條件是：1)翻譯產(chǎn)生前導肽；2)轉錄和翻譯是偶聯(lián)的。當RNA聚合酶轉錄前導序列的同時核糖體就緊接著結合到新生的mRNA上翻譯產(chǎn)生前導肽。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片段稱為前導區(qū)，包括兩對反向重復序列(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)結構與Trp操縱子的終止子基本相同，這種結構能夠終止轉錄。Trp操縱子的前導序列編碼一個14個氨基酸的前導肽，這個前導肽的第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對前導肽的翻譯是必不可少的，前導肽的終止密碼子在序列1和2之間。當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4區(qū)被轉錄完成時，核糖體才進行到1區(qū)(或停留在兩個相鄰的Trp密碼子處)，這時前導區(qū)結構是2

45、-3配對，不形成3-4配對終止結構，轉錄繼續(xù)進行，trp操縱子中的結構基因全部轉錄。當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)被轉錄之前，核糖體就到達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)狀終止子結構，轉錄停止，trp操縱子中的結構基因被關閉而不再合成Trp。事實上，編碼前導肽mRNA上核糖體的位置決定了mRNA的二級結構和衰減作用是否發(fā)生。16gal操縱子的調(diào)控基因、結構基因與操縱基因相距很遠，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、一個在結構基因galE內(nèi)部。17ara操縱子的誘導物是阿拉伯糖。在野生型操縱子中，只有阿拉伯糖存在時結構基因(araBAD)才轉錄，而有葡萄糖存在時則不轉錄。AraC蛋白是ara操縱子的調(diào)節(jié)蛋白。araBAD和araC基因的轉錄是分別在兩條鏈上以相反方向進行的。當細胞內(nèi)沒有AraC蛋白時，由Pc啟動子起始araC基因的轉錄；當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誘導因子結合區(qū)上半?yún)^(qū)相結合，形成DNA回轉結構，araBAD基因不表達；當體系中有阿拉伯糖但無葡萄糖時，AraC蛋白與阿拉伯糖相結合，改變構象成為激活蛋白，AraC同源體分別與araO1和a

47、raI區(qū)相結合，DNA回轉結構被破壞。RNA聚合酶在AraC蛋白和CRP-cAMP的共同作用下起始PBAD所調(diào)控的結構基因表達。18半乳糖操縱子有兩個啟動子，每個啟動子擁有自己的RNA聚合酶結合位點S1和S2。從S1起始的轉錄只有在無葡萄糖時才能順利進行，RNA聚合酶與S1的結合需要半乳糖、CRP和較高濃度的cAMP。從S2起始的轉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錄。半乳糖在細胞代謝中起雙重功能，不僅可以作為惟一的碳源供細胞生長，而且與之相關的物質(zhì)尿苷二磷酸(UDP-gal)是大腸桿菌細胞壁合成的前體。在沒有外源半乳糖時細胞通過半乳糖差向異構酶的作用由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，當葡萄糖存在時不能合成異構酶。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狀態(tài)，這是一種浪費。所以，無論從必要性或經(jīng)濟性考慮，都需要有一個不依賴于cAMP-CRP的啟動子(S2)進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，與操縱基因結合使噬菌體進行溶源化途徑，即噬菌體基因組整合到細菌染色體上，隨著宿主基因組的復制而復制，這時產(chǎn)生

49、混濁的噬菌斑。當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使每個細胞中可有幾個分子的-半乳糖苷酶和乳糖透過酶。當加入乳糖時，在這幾個透過酶分子作用下，少數(shù)乳糖分子進入細胞，又在幾個-半乳糖苷酶分子的作用下轉變成異構乳糖。異構乳糖分子與結合在操縱基因上的阻遏物結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，結果使乳糖大量進入細胞。乳糖降解成為葡萄糖和半乳糖被細胞用作碳源和能源，還有許多乳糖降解成異構乳糖與細胞內(nèi)不斷合成的阻遏物結合，進一步合成大量的-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乳糖的濃度，使細胞重新建立起阻遏狀態(tài)，lac操縱子關閉。22lacA基因存在于lac操縱子中，編碼-半乳糖苷乙?；D移酶，它不是乳糖代謝必需的，這個酶能夠把乙?；鶑墓w轉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胞內(nèi)積累，在生物進化中是有意義的。23當細菌DNA遭到破壞

51、時(如受到紫外線照射)，細菌細胞內(nèi)會啟動一個SOS的誘導型DNA修復系統(tǒng)。參與SOS DNA修復系統(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，平時表達水平很低。當DNA嚴重受損時，DNA復制中斷，本底水平表達的RecA與有缺口的單鏈DNA結合，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，DNA得到修復。當修復完成后，Rec-A蛋白恢復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的二級結構是翻譯起始調(diào)控的重要因素。因為核糖體的：30S亞基與mRNA結合，要求mRNA 5'端有一定的空間結構。SD序列的微小變

52、化改變了形成mRNA 5'端二級結構的自由能，影響了核糖體30S亞基與mRNA的結合，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，細胞內(nèi)對應于稀有密碼子的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復制酶。當噬菌體感染細菌時，RNA進入細胞后，這條(+)鏈RNA立即作為模板指導合成復制酶。但是Q(+)鏈上已有不少核糖體，它們從5'到3'方向進行翻譯，這無疑影響了復制酶催化的從3'向5'方向進行的(一)鏈合成。解決的方法是由Q復制酶作為翻譯調(diào)節(jié)物進行調(diào)節(jié)。復制

53、酶可以和外殼蛋白的翻譯起始區(qū)結合，抑制蛋白質(zhì)的合成。由于復制酶的存在，核糖體便不能與起始區(qū)結合，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'端結合的復制酶便開始了RNA的復制。27c基因的自我調(diào)控是指C蛋白在低濃度時促進c基因的轉錄，而在高濃度的C蛋白存在時，與操縱區(qū)OR3結合的C蛋白占據(jù)了PM(啟動PM基因的轉錄)的Pribnow序列和35區(qū)，阻止了c基因本身的轉錄。即C蛋白對自身編碼基因的轉錄在低濃度時正調(diào)控而在高濃度時行使負調(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(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。調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏蛋白是可以擴散的基因產(chǎn)物，因此既能影響順式又能影響反式基因的表達。29異構乳糖，IPTG，ONPG30在細菌lac和trp操縱子上，阻遏蛋白是一種可以在細胞質(zhì)中擴散的蛋白質(zhì)，所以其編碼基因不一定和結構基因連在一起。31它們的阻遏蛋白和其結合位點必須相同。(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)基因按功能相關性成簇地串聯(lián)、密集于染色體上，共同組成一個轉錄單位操縱子。原核基因的協(xié)調(diào)表達就是通過調(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、轉錄開關調(diào)節(jié)機制。2除個別基因外，原核生物基因表達及協(xié)調(diào)控制均以操縱子調(diào)節(jié)的方式進行，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/去阻遏機制。3在Jacob和Monod最早(1961)進行的互補試驗中，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入這兩個lac操縱子拷貝來研究互補關系。結構基因發(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)結構基因的突變僅影響該基因的表達而不影響操縱子內(nèi)其他基因的表達。(2)調(diào)控基因的突變通常協(xié)同影響操縱子內(nèi)所有結構基因的表達。(3)結構基因編碼可擴散的產(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，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構基因的表達，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。轉錄僅能被野生型的啟動子有效地