貴州師范大學生命科學院2013級現(xiàn)代分子生物學考試題及答案

1、現(xiàn)代分子生物學資料第一章 緒論一、三大發(fā)現(xiàn)：列文虎克的細胞學說、焦耳用實驗確立的能量守恒定律、達爾文的進化論。二、分子生物學定義：從分子水平研究生物大分子的結構與功能從而闡明生命現(xiàn)象本質的科學 ，主要指遺傳信息的傳遞（復制）、保持（損傷和修復）、基因的表達（轉錄和翻譯）與調控。三、分子生物學研究內(nèi)容：1、DNA重組技術（基因工程） 2、基因的表達調控 3、生物大分子的結構和功能研究(結構分子生物學） 4、基因組、功能基因組與生物信息學研究四、DNA發(fā)現(xiàn)的幾個實驗：美國科學家AVERY用S型和R型致病菌侵染小鼠的實驗、美國科學家HERSHEY在1952年從事的同位素分子標記法噬菌體侵染細菌的試驗

2、。第二章 染色體與DNA一、染色體的結構和組成 原核生物：DNA形成一系列的環(huán)狀附著在非組蛋白上形成類核。 真核生物染色體有蛋白質和DNA組成，蛋白質包括組蛋白（H1，H2A、H2B、H3、H4）和非組蛋白。2、C值是一種生物的單倍體基因組DNA的總量。 C值往往與種系的進化的復雜程度不一致，某些低等生物卻有較大的C值，這就是著名的“C值反?，F(xiàn)象”。 3、DNA的一級結構：指4種脫氧核苷酸的連接及其排列順序， DNA序列是這一概念的簡稱。4、雙螺旋的基本特點：雙鏈反向平行配對而成；脫氧核糖和磷酸交替連接，構成DNA骨架，堿基排在內(nèi)側；內(nèi)側堿基通過氫鍵互補形成堿基對（A：T，C：G）。5、DNA

3、 的二級結構指兩條多核苷酸鏈反向平行盤繞所產(chǎn)生的雙螺旋結構。是有Watson和Crick在1953年共同發(fā)現(xiàn)的。分類：右手螺旋（是其通常存在形式）：A-DNA，B-DNA。左手螺旋：Z-DNA。6、超螺旋：DNA雙螺旋結構中，一般每轉一圈有十個核苷酸對，雙螺旋總處于能量最低狀態(tài)。正常DNA雙螺旋額外的多轉或少轉幾圈，就會出現(xiàn)雙螺旋空間結構改變，在DNA分子中形成額外張力，若此時DNA分子的末端是固定的或是環(huán)狀分子，雙聯(lián)不能自由轉動，額外的張力就不能釋放而導致DNA分子內(nèi)部院子空間位置的重排，造成扭曲，即出現(xiàn) 超螺旋結構。從DNA到染色體過程的壓縮過程：核小體的形成是染色體中DNA壓縮的第一個階

4、段，在核小體中DNA盤繞組蛋白八聚體核心，從而使分子收縮至原尺寸的1/7。 染色質細絲盤繞成螺旋管狀的粗絲，每個螺旋管包含6個核小體，其壓縮比為6。 螺旋管進一步壓縮形成超螺旋，壓縮比是40. 超螺旋圓筒進一步壓縮5倍便成為染色體單體。 總壓縮比是76405。7、DNA的半保留復制：由親代DNA生成子代DNA時，每個新形成的子代DNA中，一條鏈來自親代DNA，而另一條鏈則是新合成的，這種復制方式稱半保留復制。8半不連續(xù)復制：DNA復制過程中，前導鏈的合成以53方向，隨著親本雙鏈體的解開而連續(xù)進行復制；后隨鏈在合成過程中，一段親本DNA單鏈首先暴露出來，然后以與復制叉移動相反的方向，按照53方向

5、合成一系列的岡崎片段，然后再把它們連接成完整的后隨鏈。這種前導鏈的連續(xù)復制和后隨鏈的不連續(xù)復制在生物界是有普遍性的，因而稱為雙螺旋的半不連續(xù)復制。9、從復制原點到終點，組成一個復制單位，叫復制子。復制時，解鏈酶等先將DNA的一段雙鏈解開，形成復制點，這個復制點的形狀象一個叉子，故稱為復制叉。10、線性DNA雙鏈的復制方式:、將線性復制子轉變?yōu)榄h(huán)狀或多聚分子。、在DNA末端相處發(fā)夾式結構。、在某種蛋白質的介入下，在真正的末端上啟動復制。 環(huán)狀雙鏈DNA的復制分為型、滾環(huán)型和D-環(huán)型幾種類型。11、后隨鏈的復制由引發(fā)體來引發(fā)，引發(fā)體像火車頭一樣在后隨鏈分叉的方向上前進，并在模板上斷斷續(xù)續(xù)的引發(fā)生成

6、后隨鏈的引物RNA短鏈，再由DNA聚合酶III作用合成DNA，直至遇到下一個引物或岡崎片段為止。由RNaseH降解RNA引物并由DNA聚合酶I將缺口補齊，再由DNA連接酶將兩個岡崎片段連在一起形成大分子DNA。12、岡崎片段：DNA復制過程中，兩條新生鏈都只能從5端向3端延伸，前導鏈連續(xù)合成，滯后鏈分段合成。這些分段合成的新生DNA片段稱岡崎片段。13、DNA的修復包括錯配修復（恢復錯配）、堿基切除修復（切除突變的堿基）、核甘酸切除修復（修復被破壞的DNA）、DNA直接修復（修復嘧啶二體或甲基化DNA）、SOS系統(tǒng)（DNA的修復，導致變異）14、DNA的轉座或叫移位（transposition

7、)：由可移位因子(transposable element) 介導的遺傳物質重排現(xiàn)象。 轉座子（transposon Tn）：存在于染色體DNA上可自主復制和位移的基本單位。原核生物轉座子的類型：1、插入序列 2、復合轉座子 3、TnA家族15、DNA的復制酶：引物合成酶（此酶以DNA為模板合成一段RNA,這段RNA作為合成DNA的引物） DNA聚合酶原核生物中的DNA聚合酶（聚合酶主要是對DNA損傷的修復；以及在DNA復制時切除RNA引物并填補其留下的空隙。聚合酶修復紫外光引起的DNA損傷。聚合酶是 DNA 復制的主要聚合酶，還具有3-5外切酶的校對功能，提高DNA復制的保真性。）（真核生物

8、中的DNA聚合酶：聚合酶：引物合成。聚合酶：損傷修復。聚合酶：線粒體DNA的復制。 聚合酶：核DNA的復制。 聚合酶：與后隨鏈合成有關） DNA連接酶：DNA連接酶在DNA復制、損傷修復、重組等過程中起重要作用 DNA 拓撲異構酶：拓撲異構酶：使DNA一條鏈發(fā)生斷裂和再連接，作用是松解負超螺旋。主要集中在活性轉錄區(qū)，同轉錄有關。拓撲異構酶：該酶能暫時性地切斷和重新連接雙鏈DNA，作用是將負超螺旋引入DNA分子。同復制有關。DNA 解螺旋酶 /解鏈酶：通過水解ATP獲得能量來解開雙鏈DNA。 第三章編輯：紀明昌中心法則：轉錄：是指拷貝出一條與DNA鏈序列完全相同（除了TU之外）的RNA單鏈的過程

9、，是基因表達的核心步驟。包括：模板識別，轉錄起始，轉錄延伸，轉錄終止。轉錄單元（transcription unit）一段從啟動子開始至終止子結束的DNA序列。有意義鏈和反義鏈：我們把與mRNA序列相同的那條DNA鏈成為編碼鏈coding strand或稱有意義鏈sense strand，并把另一條根據(jù)堿基互補原則指導mRNA合成的DNA鏈成為模板鏈template strand或稱反義鏈antisense strand。原核RNA聚合酶：全酶: 2 核心酶：2 2（全酶 holoenzyme）=2+真核RNA聚合酶：根據(jù)它們對-鵝膏蕈堿（- amanitin）的敏感性不同分為RNA聚合酶I、

10、II、III。 RNA聚合酶I 對-鵝膏蕈堿不敏感 ，RNA聚合酶II 對低濃度-鵝膏蕈堿敏感 ，RNA聚合酶III 對高濃度-鵝膏蕈堿敏感 酶位置轉錄產(chǎn)物相對活性對-鵝膏蕈堿的敏感性RNA聚合酶核仁rRNA50-70%不敏感RNA聚合酶核質hnRNA20-40%敏感RNA聚合酶核質tRNA約10%存在物種特異性RNA聚合酶全酶與啟動子區(qū)閉合雙鏈DNA結合形成二元閉合復合物（全酶、模板DNA）再解鏈為二元開鏈復合物，轉錄起始，形成三元復合物（全酶、模板DNA、新生RNA），s因子釋放，RNA合成開始啟動子定義：指能被RNA聚合酶識別、結合并啟動基因轉錄的一段DNA序列。原核生物啟動子結構-10

11、 signal (TATA box,Pribnow box) 酶的緊密結合位點（富含AT堿基，利于雙鏈打開） -35 signal（ TTGACA ）提供了RNA聚合酶全酶識別的信號 transcription start site10區(qū)和-35區(qū)的最佳距離-10區(qū)與-35區(qū)的最佳間距大約是1619bp.Pribnow區(qū)下降突變（TATAATAATAAT）Pribnow區(qū)上升突變（TATGTTTATATT）真核生物啟動子結構1、核心啟動子（core promoter）指保證RNA聚合酶轉錄正常起始所必需的、最少的DNA序列，包括轉錄起始位點及轉錄起始位點上游TATA區(qū)-25bp-30bp TA

12、TA box DNA解鏈開始轉錄位置2、上游啟動子元件（upstream promoter element，UPE ）（1）CAAT box -75左右，RNA聚合酶結合有關（2）更上游 GC box 轉錄因子結合其上3、增強子順式作用元件(cis-acting element)定義：影響自身基因表達活性的非編碼DNA序列。能直接、間接辨認和結合轉錄上游區(qū)段DNA的蛋白質，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種，統(tǒng)稱為反式作用因子(trans-acting factors)。 反式作用因子中，直接或間接結合RNA聚合酶的，則稱為轉錄因子(transcriptional factors, TF)。 原核與真核生物mRN

13、A的特征比較原核生物mRNA的特征:原核mRNA的半衰期短，細菌內(nèi)mRNA的轉錄、翻譯與降解幾乎是同時進行許多原核mRNA以多順反子的形式存在原核mRNA的5端無帽子結構或只有短的Poly（A）尾巴在起始密碼子AUG上游7-12個核苷酸處，有一段可與核糖體16S rRNA配對結合的、富含嘌呤的3-9個核苷酸的共同序列，一般為AGGA，此序列稱SD序列. 使得結合于30S亞基上的起始tRNA能正確地定位于mRNA的起始密碼子AUG真核生物mRNA的特征真核mRNA的5端存在帽子結構有利于核糖體對mRNA的識別，Cap0必需帽子結構具有增強翻譯效率的作用：增加mRNA的穩(wěn)定性，避免核酸酶的作用絕大

14、多數(shù)真核mRNA具有Poly（A）尾巴mRNA穿越核膜的能力有關,影響到mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率。polyA+與polyA-終止分為兩類： 強終止子內(nèi)部終止子：不依賴Rho ()因子的終止。 弱終止子 需要因子（rho factor），又稱為依賴性終止子（ Rho-dependent terminator不依賴于因子的終止 模板DNA上存在終止轉錄的特殊信號終止子又稱為內(nèi)在終止子，內(nèi)在終止子1、終止位點上游一般存在一個富含GC堿基的二重對稱區(qū)，由這段DNA轉錄產(chǎn)生的RNA容易形成發(fā)卡結構2、在終止位點簽名有一段48個A組成的序列，所以轉錄產(chǎn)物的3端為寡聚U這種結構的存在決定了轉錄的終止依賴于

15、因子的終止 r因子結合于新合成的RNA鏈，借助水解ATP的能量沿RNA 鏈運動，當RNA 聚合酶遇終止子停止時， r因子追上酶，促使轉錄終止。轉錄后加工5端加帽 3端加尾 RNA的剪接 RNA的編輯5端加帽5端的一個核苷酸總是7-甲基鳥核苷三磷酸（m7Gppp）。mRNA5端的這種結構稱為帽子（cap）。能被核糖體小亞基識別，促使mRNA和核糖體的結合； m7Gppp結構能有效地封閉mRNA 5末端，以保護mRNA免受5核酸外切酶的降解，增強mRNA的穩(wěn)定。3端加尾 提高了mRNA在細胞質中的穩(wěn)定性RNA的剪接（Splicing）生物體內(nèi)內(nèi)含子的主要類型：P98將轉錄形成的mRNA前體（pre

16、-mRNA）中的內(nèi)含子剪除，將外顯子連接起來的加工過程參與RNA剪接的物質：snRNA（核內(nèi)小分子RNA）snRNP（與snRNA結合的核蛋白）RNA的編輯 是指轉錄后的RNA在編碼區(qū)發(fā)生堿基的突變、加入或丟失等現(xiàn)象。內(nèi)含子（intron）：真核細胞基因DNA中的不編碼序列，這部分序列并不編碼蛋白質，又稱間隔序列。 外顯子（exon or extron）：真核細胞基因DNA中的編碼序列，這部分序列可轉錄為RNA，并翻譯成蛋白質，也稱表達序列?？勺g框架（ORF，open reading frame）真核生物斷裂（不連續(xù)）基因在表達過程中時必須經(jīng)歷的步驟mRNA前體內(nèi)含子的剪接hnRNA：(het

17、erogenous nuclear RNA) mRNA原始轉錄產(chǎn)物或前體snRNA：(small nuclear RNA) 100-300 核苷酸，以U分類：U1-6snRNP：(small nuclear ribonucleoprotein) 核酶（ribozyme）指一類具有催化功能的RNA分子，通過催化靶位點RNA鏈中的磷酸二酯鍵的斷裂，特異性的剪切底物RNA分子，從而阻斷基因的表達。第四章 生物信息的傳遞（下）從mRNA到蛋白質編輯：王應卓n 遺傳密碼 (genetic code): DNA（或mRNA）中核苷酸序列與蛋白質中氨基酸序列之間的對應關系。（二）遺傳密碼的性質（特點）1.密

18、碼的連續(xù)性：讀碼無標點、無重疊，閱讀方向為532.密碼的簡并性 大多數(shù)氨基酸都存在幾個密碼，由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的現(xiàn)象稱為密碼子的簡并性（degeneracy）。密碼子堿基數(shù)確定和對應性（64個密碼子對20種氨基酸） 確定同一個氨基酸的不同密碼稱為同義密碼（synonymous codons）。 密碼的簡并性可以減少堿基突變造成的有害效應。 在標準遺傳密碼表中，只有一個密碼子的氨基酸是Trp和Met。3.密碼的方向性 指閱讀mRNA模板上的三聯(lián)體密碼時，只能沿53方向進行。4.密碼的擺動性1966年，Crick提出擺動假說（Wobble hypothesis） tRNA上的反密碼子

19、與mRNA上的密碼子配對時，密碼子的第一位、第二位堿基配對是嚴格的，第三位堿基可以有一定變動，這種現(xiàn)象稱為密碼的擺動性或變偶性（wobble）。 I（肌苷，次黃嘌呤核苷）A、U、C配對。5.密碼的普遍性與特殊性 遺傳密碼無論在體內(nèi)還是體外，無論是對病毒、細菌、動物還是植物而言都通用。 在真核細胞線粒體中， UGA不是終止密碼子，是Trp的密碼子； AUA不是Ile的密碼子，而是Met的密碼子； AGA和AGG不是Arg密碼子，而是終止密碼子。第二節(jié) tRNAtRNA：運送特定氨基酸到核糖體上合成蛋白質。一、tRNA的二級結構 二級結構：三葉草型 三級結構：倒L型 稀有核苷含量多tRNA的功能在

20、蛋白質合成中，起著運載氨基酸的作用，按照mRNA鏈上的密碼子所決定的氨基酸順序將氨基酸轉運到核糖體的特定部位。 3端CCAOH上的氨基酸接受臂 識別氨酰tRNA合成酶的位點 核糖體識別位點 反密碼子位點（一）起始tRNA和延伸tRNA一類特異地識別mRNA模板上起始密碼子的tRNA叫起始tRNA，其他tRNA為延伸tRNA. 原核起始tRNA攜帶fMet 真核起始tRNA攜帶Met氨基酰-tRNA的表示方法：真核生物： Met-tRNAiMet；原核生物： fMet-tRNAifMet。1、無義突變 在蛋白質的結構基因中,一個核苷酸的改變可能使代表某個氨基酸的密碼子變成終止密碼子(UAG、UG

21、A、UAA),使蛋白質合成提前終止,合成無功能的或無意義的多肽,這種突變就稱為無義突變.2、錯義突變 錯義突變是由于結構基因中某個核苷酸的變化使一種氨基酸的密碼變成另外一種氨基酸的密碼. 3、原核生物翻譯過程中核糖體結構模式：P位：肽酰位(peptidyl site)、A位：氨基酰位(aminoacyl site)、E位：排出位(exit site)(一)原核生物翻譯起始復合物形成1) 1、翻譯起始需要的幾種成分：30S小亞基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、三個翻譯起始因子（IF-1、IF-2 、 IF-3）、GTP、50S大亞基、Mg 2四 、肽鏈合成的終止和釋放I. 識別：RF

22、（釋放因子）識別終止密碼，進入核糖體的A位II. 水解：RF使轉肽酶變?yōu)轷ッ福嚯逆溑ctRNA之間的酯鍵被水解，多肽鏈釋放III. 脫離：模板mRNA、RF以及空載tRNA與核糖體脫離IV. 分子伴侶（molecular chaperone） 2、 能夠在細胞內(nèi)輔助新生肽鏈正確折疊的蛋白質。是一類序列上沒有相關性但有共同功能的保守性蛋白質。 按是否自發(fā)性折疊分為：熱休克蛋白和伴侶素。4、信號肽假說：信號肽假說內(nèi)容：（1）蛋白質合成起始首先合成信號肽（2）SRP（信號識別蛋白）與信號肽結合，翻譯暫停（3）SRP與SRP受體結合，核糖體與膜結合，翻譯重新開始（4）信號肽進入膜結構（5）蛋白質過膜，

23、信號肽被切除，翻譯繼續(xù)進行（6）蛋白質完全過膜，核糖體解離信號肽： 常指新合成多肽鏈中用于指導蛋白質跨膜轉移的N-末端氨基酸序列（有時不一定在N端）。3、蛋白質轉運機制：蛋白性質 運轉機制 主要類型 分泌 蛋白質在結合核糖體上合成，并以翻譯-運轉同步機制運輸免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細胞器發(fā)育 蛋白質在游離核糖體上合成，以翻譯后運轉機制運輸 核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環(huán)體、過氧化物酶體等細胞器中的蛋白質 膜的形成 兩種機制兼有 質膜、內(nèi)質網(wǎng)、類囊體中的蛋白質 5、蛋白質降解中泛素的參與：蛋白質的降解依賴于泛素（ubiquitin，Ub）。泛素由個高度保守的氨基酸組成，普遍存在于真核生

24、物中，故名泛素。它最初是從小牛的胰臟中分離出來的。共價結合泛素的蛋白質能被蛋白酶體識別和降解，這是細胞內(nèi)短壽命蛋白和一些異常蛋白降解的普遍途徑。26S蛋白酶體是一個大型的蛋白酶，可將泛素化的蛋白質分解成短肽。泛素相當于蛋白質被摧毀的標簽，被貼上標簽的蛋白質就會被運送到細胞內(nèi)的“垃圾處理廠”，在那里被降解。 降解涉及到的三種重要酶：E1,E2,E3的作用：n E1激活泛素分子，n E2就負責把泛素分子綁在被降解蛋白質上。n E3能識別被降解的蛋白質。7、核糖體循環(huán)步驟：核糖體循環(huán)包括多肽鏈合成的進位、轉肽、脫落和移位三步反應。第五章分子生物學的研究方法（上） 1.基因操作：主要包括DNA分子的切

25、割與連接、核酸分子雜交、凝膠電泳、細胞轉化、核酸序列分析以及基因的人工合成、定點突變和PCR擴增等。 基因工程：指在體外將核酸分子插入病毒、質?；蚱渌d體分子，構成遺傳物質的新組合，使之進入新的宿主細胞內(nèi)并獲得持續(xù)穩(wěn)定增值能力和表達。 基因工程技術實際上是核酸操作技術的一部分。重組DNA技術-基因工程流程 1.分載體和目的基因的分離2.切限制性內(nèi)切酶的應用3.接載體與目的基因連接成重組體4.轉基因序列轉入細胞5.篩目的基因序列克隆的篩選和鑒定6.表目的基因在宿主細胞的表達限制性內(nèi)切酶切割方式有兩種1）、錯位切割，產(chǎn)生互補性的粘性末端。 錯位切割所產(chǎn)生的DNA末端，兩條鏈不平齊，一條鏈凸出，一條

26、鏈凹進，這種末端稱為黏性末端。帶有相同黏性末端的DNA分子很容易在末端互補配對，連接成新的重組分子。 2）、沿對稱軸切割，產(chǎn)生平齊末端 基因庫，也叫基因組文庫， DNA文庫（ DNA library)是指用克隆的方法將一種生物的全部基因組長期以重組體方式保持在適當?shù)乃拗髦小?將生物細胞基因組DNA通過限制性內(nèi)切酶部分酶解后所產(chǎn)生的基因組DNA片段隨機地同相應的載體重組、克隆，所產(chǎn)生的克隆群體代表了基因組DNA的所有序列。這樣保存的基因組是多拷貝、多片段，當需要某一片段時，可以在這樣的“圖書館”中查找（沒有目錄）。cDNA文庫首先獲得mRNA，反轉錄得cDNA，經(jīng)克隆后形成文庫。cDAN文庫和基

27、因組文庫的不同之處在于，cDNA文庫除卻了mRNA拼接過程中除去的內(nèi)含子等成分，便于DNA重組的使用。其復雜性比基因文庫低得多。 主要用于研究蛋白質的氨基酸順序，可根據(jù)克隆的cDNA分子的核酸序列直接推倒出來。分子雜交： 是通過各種方法將核酸分子固定在固相支持物上,然后用標記的探針與被固定的分子雜交,經(jīng)顯影后顯示出目的分子所處的位置的過程. 分子雜交包括：DNA-DNA雜交（原位雜交、點雜交、Southern雜交），DNA-RNA雜交（Northern雜交）及蛋白雜交（Western 雜交）等。 Southern雜交用途： 用來檢查DNA樣品中是否存在有某個特定的基因，而且還可知道其大小及酶切

28、位點的分布。Northern RNA 印跡雜交用途：用來檢查基因組中某個特定的基因是否得到轉錄 。聚合酶鏈式反應（PCR）體外酶促合成特異DNA片段的新方法，主要由高溫變性、低溫退火和適溫延伸三個步驟反復的熱循環(huán)構成 .SNP 單核苷酸多態(tài)性single nucleotide polymorphism指在基因組水平上由單個核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性.只涉及到單個堿基的變異(轉換或顛換)，也可由堿基的插入或缺失所致。環(huán)形雙鏈質粒DNA分子具有三種不同構型：共價閉合環(huán)狀的SC構型DNA（cccDNA），開環(huán)的OC構型DNA（ocDNA），線性的L構型DNA （LDNA），三者具有不同的電

29、泳遷移率，可在瓊脂糖凝膠電泳中分開。共價閉環(huán)線狀開環(huán)藍白斑篩選出陽性菌落:Lac Z 半乳糖苷酶基因，在含Xgal培養(yǎng)基上呈藍色，插入外源DNA，重組子培養(yǎng)呈白色pUC質粒，可插入外源基因片段長度約10kb。將外源基因插入到MCS中，隨質粒的表達而表達，增殖而擴增。外源基因插入到MCS后，-半乳糖苷酶的活性喪失而不顯蘭色菌落。如果不插入外源基因，則產(chǎn)生蘭色。從而篩選陽性菌落。 第七章編輯：動藥女生基因表達的方式 組成性基因表達 適應性表達（誘導和阻遏表達）1、組成性基因表達某些基因在一個生物個體的幾乎所有細胞中持續(xù)表達，通常被稱為管家基因 (house-keeping gene)。無論表達水平

30、高低，管家基因較少受環(huán)境因素影響，而是在個體各個生長階段的大多數(shù)或幾乎全部組織中持續(xù)表達，或變化很小。區(qū)別于其他基因，這類基因表達被視為組成性表達。2、調節(jié)蛋白操縱子(operon)包括倆個區(qū)控制區(qū)：1）調節(jié)基因（Regulatory gene）為阻抑蛋白編碼基因 2）啟動基因（Promoter）為cAMP受體蛋白（CRP）和RNA聚合酶結合區(qū)。 3） 操縱基因（0perater）為阻抑蛋白結合位點。信息區(qū)由一個或數(shù)個結構基因串聯(lián)在一起組成。由操縱基因以及相鄰的若干結構基因所組成的功能單位，其中結構基因轉錄受操縱基因所控制。 操縱基因是順式控制元件，阻抑蛋白是反式作用因子真核生物的順式作用元件

31、是指可影響自身基因表達活性的特異DNA 序列。通常是非編碼序列。包括啟動子、增強子及沉默子等。2、調節(jié)蛋白是調節(jié)基因轉錄的蛋白因子，如原核生物的阻遏蛋白和CAP蛋白（降解物基因活化蛋白）、真核生物的基本轉錄因子和特異轉錄因子等。原核基因調控機制的類型與特點（一） 原核基因調控機制的類型1、負調控 negative regulation在沒有調節(jié)蛋白質存在時基因是表達的，加入某種調節(jié)蛋白質后基因活性就被關閉，這樣的控制系統(tǒng)就叫做負控系統(tǒng) 。 其調節(jié)蛋白質叫做阻遏蛋白 兩種類型：負控誘導和負控阻遏2、正調控 positive regulation 在沒有調節(jié)蛋白質存在時基因是關閉的，加入某種調節(jié)蛋

32、白質后基因活性就被開啟，這樣的控制系統(tǒng)就叫做正控系統(tǒng)。 其調節(jié)蛋白質叫做無輔基誘導蛋白（激活蛋白) 兩種類型:正控誘導和正控阻遏系統(tǒng)（二）特殊代謝物調節(jié)基因表達的類型1、可誘導調節(jié)l 一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來關閉的狀態(tài)轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，即在某些物質的誘導下使基因活化.l 調節(jié)分解代謝的操縱子，同時受cAMP-CAP的活性調節(jié)2、可阻遏調節(jié)l 一些基因在特殊的代謝物或化合物的作用下，由原來開啟的狀態(tài)轉變?yōu)殛P閉狀態(tài)，基因的表達被阻遏.l 調節(jié)合成代謝的操縱子（三）原核生物基因表達調控的特點l 調節(jié)的主要環(huán)節(jié)在轉錄水平上進行l(wèi) 因子決定RNA聚合酶識別特異性l 主要通過操縱子模式

33、進行調節(jié)l 阻遏蛋白對轉錄的抑制作用（阻遏機制）是普遍存在的負調控作用原核生物中基因的組織形式 幾個作用相關的基因在染色體上串連排列在一起，由同一個調控系統(tǒng)來控制。 這樣的一個整體稱為一個操縱元(operon)。 大腸桿菌至少有6種因子70：負責識別一般的啟動子54：識別與氮代謝有關的基因啟動子32：識別熱激（heat shock）蛋白質基因啟動子。 2、細菌的應急反應的機制：應急信號： 鳥苷四磷酸（ppGpp）、 鳥苷五磷酸（pppGpp） 誘導物：空載tRNA乳糖操縱子與負控誘導系統(tǒng)：乳糖操縱子(lac operon)的結構與組成酶的誘導-lac體系受調控的證據(jù)1、實驗證據(jù)o 在不含乳糖及

34、-半乳糖苷的培養(yǎng)基中，lac+基因型每個大腸桿菌細胞內(nèi)大約只有12個酶分子。o 如果在培養(yǎng)基中加入乳糖，酶的濃度很快達到細胞總蛋白量的6%或7%，每個細胞中可有超過105個酶分子2、實驗用誘導物 乳糖 IPTG(異丙基巰基半乳糖苷) TMG(巰甲基半乳糖苷) ONPG(O-硝基半乳糖苷)乳糖操縱子模型1、Z、Y、A基因的產(chǎn)物為一條多順反子mRNA lacZ：編碼-半乳糖苷酶，它可以將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖； lacY：編碼半乳糖苷透性酶，它能將乳糖運送透過細菌的細胞壁； lacA：編碼硫代半乳糖苷乙酰轉移酶，進行乳糖代謝。2、P區(qū)位于I與O之間，O為阻遏物結合位點：阻遏物與O區(qū)的結合影響了R

35、NA聚合酶與啟動子區(qū)結合形成轉錄起始復合物的效率。4、 CAP的正性調節(jié)：ATP在腺苷酸環(huán)化酶的作用下轉變成環(huán)式 Catabolite activating protein, CAP 代謝激活蛋白，是cAmp的受體蛋白 (cyclic Amp receptor protein, CRP) cAmp-CAP復合物，是lac操縱元的正調控因子 無葡萄糖時camp濃度高，反之則低。5、 協(xié)調調節(jié) 當阻遏蛋白封閉轉錄時，CAP對該系統(tǒng)不能發(fā)揮作用； 如無CAP存在，即使沒有阻遏蛋白與操縱序列結合，操縱子 仍無轉錄活性。 單純?nèi)樘谴嬖跁r，細菌利用乳糖作碳源； 若有葡萄糖或葡萄糖/乳糖共同存在時，細菌首先

36、利用葡萄糖lac操縱子的本底水平表達 因為誘導物需要穿過細胞膜才能與阻遏物結合，而運轉誘導物需要透過酶。 在非誘導狀態(tài)下有少量（1-5個mRNA分子）lac mRNA合成-本底水平組成型合成。 3、阻遏物lacI基因產(chǎn)物及功能4、葡萄糖對lac操縱子的影響 葡萄糖 腺苷酸環(huán)化酶活性降低 ATP 無法轉變成 cAMP 不能形成 CAP-cAMP 復合蛋白 RNA 酶無法結合在 DNA 上 結構基因不表達。 代謝物阻遏效應 研究認為葡萄糖的某些降解產(chǎn)物抑制lac mRNA的合成，這種效應稱之為代謝物阻遏效應.5、cAMP與代謝物激活蛋白cAMP-CRP復合物與啟動子區(qū)的結合lac mRNA合成起始

37、所必需的，有利于形成穩(wěn)定的開放型啟動子-RNA聚合酶結構。lac基因產(chǎn)物數(shù)量上的比較 Z、Y、A三個基因產(chǎn)物的拷貝數(shù)比例為1：0.5：0.2原因：在翻譯水平上的調節(jié) 1、Lac mRNA可能在翻譯過程中的核糖體相脫離，從而終止蛋白質鏈的翻譯。 2、Lac mRNA分子內(nèi)部，A基因比Z基因更易受內(nèi)切酶作用發(fā)生降解，故Z基因的完整拷貝數(shù)要比A基因多。（三）操縱子的融合與基因工程操縱子的融合：由較弱啟動子和強啟動子的基因形成的融合基因，可以通過強啟動子使弱啟動子的轉錄增強，增加蛋白表達量。四色氨酸操縱子與負控阻遏系統(tǒng)特殊代謝物調節(jié)基因活性的類型l 可誘導調節(jié)：調節(jié)分解代謝的操縱子，同時受cAMP-C

38、AP的活性調節(jié)l 可阻遏調節(jié)：調節(jié)合成代謝的操縱子阻遏型操縱子：輔阻遏蛋白無活性，不能與操縱基因結合，結構基因表達.l 色氨酸操縱子主要參與調控一系列用于色氨酸合成代謝的酶蛋白的轉錄合成。當細胞內(nèi)缺乏色氨酸時，此操縱子開放，而當細胞內(nèi)合成的色氨酸過多時，此操縱子被關閉。 l 色氨酸操縱子的調控機制與乳糖操縱子類似，但通常情況下，操縱子處于開放狀態(tài)，其輔阻遏蛋白不能與操縱基因結合而阻遏轉錄。l 而當色氨酸合成過多時，色氨酸作為輔阻遏物與輔阻遏蛋白結合而形成阻遏蛋白，后者與操縱基因結合而使基因轉錄關閉。 弱化子與前導肽 在操縱區(qū)與結構基因之間的一段可以終止轉錄作用的核苷酸序列，當操縱子被阻遏時，R

39、NA合成被終止，這段核苷酸起終止轉錄信號作用. 起調節(jié)作用的是某種氨酰-tRNA的濃度三）mRNA前導區(qū)的序列分析前導區(qū)mRNA上有兩個連續(xù)的色氨酸密碼子；前導序列上有4個分別以1、2、3、4表示的片斷能以兩種不同的方式進行堿基配對，有時以12和34配對，有時只以23方式互補配對.l 提高效率。二、稀有密碼子對翻譯的影響l 實驗證據(jù) RNA引物由dnaG基因編碼的引物酶催化合成 dnaG、rpoD及rpsU屬于大腸桿菌基因組上的同一個操縱子 基因轉錄出來的三個蛋白相應的mRNA拷貝數(shù)大體相同，由于翻譯的調控使得蛋白的拷貝數(shù)發(fā)生了很大的變化。 由于細胞內(nèi)對應于稀有密碼子的tRNA較少，高頻率使用

40、這些密碼子的基因翻譯過程容易受阻，影響了蛋白質合成的總量。三、重疊基因對翻譯的影響l 重疊基因對翻譯的影響l 重疊的密碼保證了同一核糖體對兩個連續(xù)基因進行翻譯的機制。l 偶聯(lián)翻譯是保證兩個基因產(chǎn)物在數(shù)量上相等的重要手段。六、魔斑核苷酸水平對翻譯的影響空載氨酰-tRNA對蛋白質和RNA的合成速度進行調控（一）嚴緊控制和松散控制1、嚴緊控制（基因型rel） 當細菌處于饑餓條件下，缺乏維持蛋白質合成的氨基酸，其大部分活性區(qū)域將被關閉，此稱之為嚴緊控制。 嚴緊控制導致兩種特殊的核苷酸積累：PPGpp、pppGpp2、松弛控制（基因型rel-）l 松弛突變株（基因型rel- ）去除了嚴禁控制反應；l 蛋

41、白質合成停止，但RNA的合成速度沒有下降；l 氨基酸的匱乏不會導致（p）ppGpp的合成；l 若有嚴緊因子存在，也能合成（p）ppGpp.（二）調控機制 應急信號： 鳥苷四磷酸（ppGpp）、 鳥苷五磷酸（pppGpp） 誘導物：空載tRNA第七章 真核生物基因表達（下）真核基因組的結構特點 1、在真核細胞中，一條成熟的mRNA鏈只能翻譯出一條多肽鏈，不存在原核生物中常見的多基因操縱子。形式2、真核細胞DNA都與組蛋白和大量非組蛋白相結合，只有一小部分DNA是裸露的。3、高等真核細胞DNA中很大部分是不轉錄的，大部分真核細胞的基因中間還存在不被翻譯的內(nèi)含子。4、真核生物能有序地根據(jù)生長發(fā)育階段

42、的需要進行DNA片段重排，還能在需要時增加細胞內(nèi)某些基因的拷貝數(shù)。一、基因家族 定義：真核基因組中來源相同,結構相似,功能相關的一組基因.可能由某一共同祖先基因經(jīng)重復和突變產(chǎn)生。 基因家族的種類 ：簡單的多基因家族、復雜多基因家族、發(fā)育調控的復雜多基因家族簡單的多基因家族：以串聯(lián)方式前后相連rRNA復雜的多基因家族：一般由幾個相關基因家族構成，基因家族之間由間隔序列隔開，并作為獨立的轉錄單位.。組蛋白基因家族 四、DNA甲基化與基因活性的調控（一） DNA的甲基化 DNA甲基化能關閉某些基因的活性，去甲基化則誘導了基因的重新活化與表達。 DNA的甲基化能提高該位點的突變頻率，因而可作為誘變劑或

43、致癌因子調節(jié)基因表達。1、甲基化的類型：5甲基胞嘧啶、N6甲基腺嘌呤、7甲基鳥嘌呤XistX染色體其他位點甲基化，不轉錄活性去甲基化，活性去甲基化，轉錄失活甲基化，失活（二） DNA的甲基化機制基因轉錄的機理l 甲基化達到一定程度時會發(fā)生從常規(guī)的B-DNA向Z-DNA的過渡。又由于Z-DNA結構收縮，螺旋加深，使許多蛋白質因子賴以結合的元件縮入大溝而不利于基因轉錄的起始。l DNA甲基化導致某些區(qū)域DNA構象變化，影響蛋白質與DNA的相互作用；抑制轉錄因子與啟動區(qū)DNA的結合效率。（三） DNA的甲基化與X染色體n 雌性胎生哺乳動物細胞中兩條X染色體之一在發(fā)育早期隨機失活n X染色體失活中心(

44、X-chromosome inactivation center,Xic): 定位在Xq13區(qū)（正好是Barr氏小體濃縮部位）n Xist基因(Xi-specific transcript)：只在失活的X染色體上表達.真核生物轉錄水平的調控：RNA聚合酶、順式作用元件、反式作用因子、轉錄起始的調控一、順式作用元件順式作用元件：能與特異性轉錄因子結合，以決定轉錄的起始位點、轉錄效率及轉錄的時空特異性的DNA序列稱順式作用元件（一）啟動子 promoter：真核基因啟動子由核心啟動子和上游啟動子元件（UPE）兩個部分組成. 在基因轉錄起始位點(+1)及其5上游大約100200bp以內(nèi)的一組具有獨立

45、功能的DNA序列. 決定RNA聚合酶轉錄起始點和轉錄頻率的關鍵元件.核心啟動子(core promoter)：保證RNA聚合酶轉錄正常起始所必需的、最少的DNA序列。包括轉錄起始位點及轉錄起始位點上游-25-30bp處的TATA盒。核心啟動子單獨起作用時，只能確定轉錄起始位點并產(chǎn)生基礎水平的轉錄上游啟動子元件(upstream promoter element，UPE)：包括通常位于-7Obp附近的CAAT盒(CCAAT)和GC盒(GGGCGG)等；能通過形成轉錄前復合物調節(jié)轉錄起始的頻率，提高轉錄效率。真核基因啟動子的多元性：并不是每個基因的啟動子區(qū)都包含這三個UPE真核基因啟動子的UPE對轉錄起始的決定性作用可能是各個UPE之間的距離，而不是序列本身.。1、 啟動子：核心啟動子(core promoter)、上游啟動子元件(upstream promoter elemen