分子生物学作业（完整版）

原因。在含乳糖的培养基中加入葡萄糖时，不能利用乳糖的原因，即在lac操纵子的调控中，有降解物基因活化蛋白（CAP），当它特异地结合在启动子上时，能促进RNA聚合酶与启动子结合，促进转录（由于CAP的结合能促进转录，称为阳性调控方式）。但游离的CAP不能与启动子结合，必须在细胞内有足够的cAMP时，CAP首先与cAMP形成复合物，此复合物才能与启动子相结合。葡萄糖的降解产物能降低细胞内cAMP的含量，当向乳糖培养基中加入葡萄糖时，造成cAMP浓度降低，CAP便不能结合在启动子上。此时即使有乳糖存在，RNA聚合酶不能与启动子结合，虽已解除了对操纵基因的阻遏，也不能进行转录，所以仍不能利用乳糖。

三、基因家族的分类及其主要表达调控模式。

基因家族定义：来源相同，功能相似，功能相关的一组基因。

分类：1）简单多基因家族：基因家族的成员以串联方式组成转录单元重复排列于同一条染色体上 。

2）复杂多基因家族：多个转录单位的重复排列。各重复单元中的每一个成员可以按同一方向转录，也可以单独按各自方向转录

3）发育调控的复杂多基因家族：基因表达与个体发育阶段有关的基因家族。 主要表达调控模式：

1）DNA水平上的调控。A．开放型活性染色质结构对转录的影响

转录发生之前，染色质会改变自身结构，在特定的区域解旋松驰，结构基因外露，形成自由DNA，成为活性染色质，即“开放型”染色质，促进RNA聚合酶、转录因子等与启动区DNA 的结合，从而启动基因的转录/表达。 B，基因的丢失、扩增、重排和转换 C．DNA甲基化与因活性的调控

DNA甲基化能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达。 弱启动子下，少量甲基化就能使其完全失去转录活性。

强启动子下，若甲基化密度低，可以转录（MeCP1 与DNA的结合松散，对转录的抑制强度小），若甲基化密度高，则无法转录（MeCP1 与DNA的结合紧密，对转录的抑制强度强）。 2） 转录水平上的调控

真核基因在转录水平上的调控多数是通过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用来实现的。

3） 蛋白质水平上调控

蛋白质磷酸化/去磷酸化是细胞信息传导的共同通路。无论细胞信息传导系统多么复杂，都要通过其来展现生理功能或调控基因的活性。细胞表面受体与配体分子的特异性结合，诱导受体蛋白构象变化，胞外信号通过质膜进入胞内，或使受体发生寡聚化而被激活。 4）激素与热激蛋白对基因表达的影响

激素受体对各自的激素有高度特异的识别能力及亲和力，激素到达靶细胞时能迅速与受体结合生成激素-受体复合物，诱导生理生化效应。 5）蛋白质乙酰化对基因表达调控的影响

如，核心组蛋白外部的N端“尾巴”是主要的被修饰位点。在组蛋白乙酰基转移酶、乙酰基去乙酰化酶作用下，加上或去掉乙酰基团。组蛋白乙酰基转移酶（HAT）催化组蛋白乙酰化反应。组蛋白去乙酰化酶（HDAC）负责去除组蛋白上的乙酰基团 6）其它水平上的调控 A．mRNA 有效性的调控

B．翻译水平的调控

四、The main steps are required for the transcription?

基本过程：模板识别、转录起始、 转录延伸、 转录终止 1、模板识别(template recognition)

RNA聚合酶与启动子相互作用并相结合.

启动子(promoter):基因转录起始的一段必需DNA序列。 RNA聚合酶与启动子的识别： 原核：直接识别。

真核：不能直接识别，需要转录调控因子按特定顺序结合于启动子上。 ----转录起始前复合物（PIC） 2、转录起始(initiation)

RNA聚合酶与启动子结合 —— 转录泡 —— RNA链上第一个核苷酸键的产生。

通过启动子阶段：转录起始后直到形成9个核苷酸短链。 通过启动子的时间反映了该启动子的强弱。 3、转录延伸(elongation)

RNA聚合酶释放σ离开启动子，沿DNA链移动并使新生RNA链沿5?-3?不断伸长。 4、转录终止：

到转录终止位点时，RNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复双链，RNA链释放。 五、简述热休克蛋白调控的基因表达机制。

热休克蛋白的诱导表达调控是一个反馈抑制过程。

未受热时，HSF以单体形式存在，无DNA结合能力，Hsp70参与维持HSF的单体形式。被热激时，细胞内变性蛋白增多，与HSF竞争结合Hsp70，从而释放HSF，使之形成三体，获得了与DNA上HSE结合的能力，引起包括Hsp70在内的许多热激应答基因表达，大量产生Hsp70等蛋白。随着热激温度消失，细胞内出现大量游离Hsp70蛋白，它们与HSF相结合，并使HSF脱离DNA，恢复成单体。

第五次

Semiconservative replication：（半保留复制）即DNA复制时亲代DNA的两条链解开，每条链作为新链的模板，从而形成两个子代DNA分子，每一个子代DNA分子包含一条亲代链和一条新合成的链，这么复制方式叫半保留复制。

Signal peptide ：（信号肽）一般具有正电荷的N端，中央疏水核心区有较强极性的5~6个残基长的C端，负电荷丰富，在C端存在信号肽酶 的识别窗口。

一、试述真核生物mRNA转录后的加工修饰过程和特点。 过程包括:5’加帽，3’加尾， 剪接， 编辑与修饰；

加工修饰得到的这些结构与mRNA作为蛋白质合成模板的功能密切相关，所以其加工成熟过程是基因表达的重要调控环节；

特点：

1、半衰期稍长：mRNA合成和功能表达发生在不同的空间和时间。 2、几乎都以AUG为起始密码子。

3、以单顺反子形式存在：只编码一个蛋白质的mRNA为单顺反子mRNA。

4、5?和3?端的特异性序列：不编码氨基酸，但在基因表达过程中却起着重要的作用。

二、试比较复制、转录和翻译过程的异同点。

复制 转录 dNTP NTP 翻译 20 种氨基酸 原料 模板 DNA 的两条链 DNA（模板链） mRNA 链延伸方向 方式 配对 主要酶及因子 5＇→3＇ 半保留复制、半不连续 A—T，G—C 5＇→3＇ 不对称转录 —U，G—C N 端→C 端 核蛋白体循环 密码子—氨基酸 氨基酰tRNA 合成酶、 转肽酶、起始因子、延长因子等 蛋白质 DDDP、拓扑异构、DDRP、ρ 因子等 解螺旋酶、单链 DNA 结合蛋白、引物酶、连接酶等 子代 DNA RNA 产物 加工过程 无 转录后加工 翻译后加工 三、试述大肠杆菌在含乳糖、葡萄糖培养基中生长时，基因表达的调控机制。 葡萄糖对lac操纵子的影响

在lac＋Glu培养基上，E.coli只利用G， lac操纵子处于阻遏状态，不能被诱导；只有G耗尽时，乳糖才会诱导lac操纵子表达，分解乳糖所需的三种酶。葡萄糖抑制lac mRNA的转录。

葡萄糖间接抑制lac操纵子表达

有一个大肠杆菌突变体，它在糖酵解途径中不能将葡萄糖-6-磷酸转化为下一步代谢中间物，这些细菌的lac基因能在葡萄糖存在时被诱导合成。说明不是葡萄糖而是它的 某些降解产物抑制lac mRNA的合成，葡萄糖的这种效应成为代谢物阻遏效应。

第六次

一、叙述真核基因表达调控的特点。

基因表达调控特点真核：①多层次、多步骤 ② 精确、 有序 1、真核基因表达调控是一个多环节多步骤过程 ① DNA水平上的调控

（活性染色质的形成，基因丢失、扩增、重排、转换）

② 转录水平上的调控

③ RNA加工水平上的调控 ④ 转运调控

⑤ 翻译水平上的调控 ⑥ 蛋白质水平上的调控

⑦ mRNA选择性降解的调控

2、真核基因表达调控是一个精确有序的过程 第一类：瞬时调控（可逆性调控）

包括某种底物水平升降、激素水平升降、细胞周期不同阶段中酶活性和浓度的调节；相当于原核细胞对环境条件变化所做出的反应；

第二类：发育调控（不可逆调控）

完全受机体内调节物质的控制，与外界环境的关系不大；决定了真核细胞生长、分化、发育的全部进程；真核基因调控的精髓部分； 二、什么是基因表达调控中的顺式作用元件与反式作用因子？举例说明它们对基因表达调控的影响。

顺式作用元件：影响自身基因表达活性的非编码DNA序列，组成基因转录的调控区。 包括： 启动子、增强子、沉默子等 反式作用因子：能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质。 包括：TFⅡD（TATA）、CTF（CAAT）、SP1 （GGGCGG）、HSF（热激蛋白启动因子）等

反式作用因子是通过直接结合或间接作用于DNA，RNA等核酸分子，对基因表达发挥不同调节作用（激活或抑制）的各类蛋白质因子。他们与特异的靶基因的顺式元件结合起作用。反式作用因子有两个重要的结构功能域：DNA结合域和转录活化结构域，他们是其发挥转录调控功能的必须结构。此外还有包括有连接区，方式作用因子可被诱导合成，其活性也受到多种因素的调节。

顺式作用元件存在于基因旁侧序列中能影响基因表达的序列，顺式作用元件包括启动子、增强子、调控序列和可诱导元件等，他们的作用是参与基因表达的调控，顺势作用元件本身不编码任何蛋白质，仅仅提供一个作用位点，要与反式作用因子相互作用而起作用。

主要区别是顺式作用元件的基因序列，而反式作用因子是蛋白质，方式作用因子会和顺式作用元件结合从而抑制或激活顺式作用元件所在的基因。

如启动子的上游启动子元件和RNA聚合酶Ⅱ基础转录所需的蛋白质因子（TFⅡ）。 游启动子元件（UPE）：位于核心启动子上游（-70bp附近）的调节转录起始频率，提高转录效率的DNA序列。

CAAT（CCAAT）—反式作用因子CTF/NF1结合位点 GC（GGGCGG）—反式作用因子Sp1 结合位点 八聚体元件oct（octamer）

RNA聚合酶Ⅱ基础转录所需的蛋白质因子（TFⅡ）

1） TFⅡD、 TFⅡB、 TFⅡF与RNApolII在启动子上形成最初级复合物——开始转录mRNA（加入TFⅡE、 TFⅡH后形成完整PIC；加入TFⅡA，提高转录效率）——转录出长链mRNA

2）TFⅡD、 TFⅡA滞留在转录起始位点上，其它因子随聚合酶移动。

3）polyA存在于大多数真核基因中，该位点上游15-30bp的AATAAA是高度保守的，也是初级转录产物的准确切割和polyA加尾所必需的。

三、在有葡萄糖存在时，细菌是不利用乳糖的，当葡萄糖耗尽后，细菌才利用乳糖，试用乳糖操纵子解释其机制?

① Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码。

② 这个mRNA分子的启动子区（P）位于阻遏基因(I)和操纵区(O)之间，不能单独起动合成β-半乳糖苷酶和透过酶的表达。 I基因编码的阻遏蛋白负调控：

当葡萄糖与乳糖同时存在时，葡萄糖作为阻遏物与操纵子基因结合，使lacmRNA的转录受到抑制，不能被诱导。

只有等到G耗尽时，乳糖才会诱导lac操纵子表达，从而激发lacmRNA的合成，分解乳糖所需的三种酶。 CAP的正性调控：

当以乳糖为碳源时，CAMP浓度升高，与CAP结合，使CAP发生变构，结合于启动子上游的CAP结合位点，激活RNA聚合酶。 四、试述色氨酸操纵子中转录的弱化作用？

弱化子： DNA中可导致转录过早终止的一段核甘酸序列（123-150bp区）。 弱化作用：当trp浓度低时，阻遏物从有活性变为无活性，速度极慢，不能很快引发trp 合成。因此需要一个能快速作出反应的系统，以保持培养基中适当的Trp水平。弱化子能较快地通过抗终子的方法来增加Trp基因表达，迅速提高内源色氨酸的浓度。

细菌通过弱化作用弥补阻遏作用的不足，因为阻遏作用只能使转录不起始，对于已经起始的转录，只能通过弱化作用使之中途停下来。阻遏作用的信号是细胞内色氨酸的多少；弱化作用的信号则是细胞内载有色氨酸的tRNA的多少。它通过前导肽的翻译来控制转录的进行，在细菌细胞内这两种作用相辅相成，体现着生物体内周密的调控作用。 细菌演化出弱化系统的生物学意义：

通过tRNA荷载与否进行调控，更为灵敏；

氨基酸的主要用途是合成蛋白质，因而以tRNA 荷载为标准进行调控更为恰当； 两个调控系统，避免浪费提高效率：阻遏系统 高水平trp时，不转录 低水平trp时，转录 弱化系统 细调