一、名词解释2. 抗终止作用(anti-termination):
ρ因子的作用可以被抗终止因子所抵消,这样RNA聚合酶便可以通过终止子(依赖于ρ因子的)继续转录后面的基因,这种现象称为抗终止作用。
3. 正调控(positivc control):
正调控指没有调节蛋白存在时,基因是关闭的,一旦加入调节蛋白分子,基因活性便开启,能进行转录。
4. 负调控(negative control):
在无调节蛋白时基因表达具有转录活性,一旦加入调节蛋白,则基因活性被关闭,转录受到抑制,称为负调控。
5. SD序列:
在起始密码子上游约4~7个核苷酸之前有一段富含嘌呤的AGGAGG短小序列,它可以与16S RNA的3'端的3'-UCCUCC-5'互补,mRNA上的这段序列被称为Shine Dalgarno序列,简称SD序列。
二、填空题1. 真核生物核内初级RNA转录物要经过______、______、______和______等加工过程,最后才形成成熟的RNA。
2. 原核生物基因表达调控至少涉及4类基因,即______、______、______和______。
3. 下列结构分别在基因调控中作用于转录水平、翻译水平还是翻泽后水平?①锌指结构______;②反义RNA______;③衰减子______;④泛素______。
4. DNA甲基化作用是一种基因______作用,它是在______的作用下完成的。真核生物DNA中,甲基化的碱基是______。通常,一个基因的甲基化与该基因的______水平呈______相关。
5. 先导序列是指______中起始密码子AUG之前的序列。
6. 根据操纵子对能调节它们表达的小分子化合物的应答反应的性质,可分为______的操纵子和______的操纵子。
7. 真核生物mRNA的3'端的polyA是在______酶的催化下以______为前体合成的。
8. 真核生物mRNA的5'端常有______结构,第一个核苷酸总是______。
9. 能诱导操纵子但不是代谢底物的化合物称为______。能够诱导乳糖操纵子的化合物______就是其中一例。这种化合物与______蛋白结合,并使之与______分离。乳糖操纵子的体内功能性诱导物是______。
10. 色氨酸是一种调节分子,被视为______。它与一种蛋白质结合形成______。乳糖操纵子和色氨酸操纵子是两个______控制的例子。cAMP-CAP蛋白通过______控制起作用。色氨酸操纵子受另一种系统______的调节,涉及第一个结构基因被转录前的转录______。
11. 真核生物的mRNA加工过程中,在5'端加上______,在3'端加上______,后者由______催化。如果被转录基因是不连续的,那么______一定要被切除,并通过______过程将______连接在一起。这个过程涉及许多RNA分子,如U1和U2等,它们被统称为______。
帽子结构;多腺苷化尾poly(A);Poly(A)聚合酶;内含子;剪接;外显子;snRNA
12. 增强子能增强邻近基因的______,它的作用与其所处的位置和方向______。
三、简答题现分离了一个DNA片段,可能含有编码多肽基因的前几个密码子。该片段的序列如下:
5'CGCAGGATCAGTCGATGTCCTGTG3' ①
3'GCGTCCTAGTCAGCTACAGGACAC5' ②
问:1. 哪条链是转录的模板链?
②链为模板链。
[解析] 知识要点:
1.mRNA序列与DNA双链中的模板链互补;
2.mRNA序列与DNA双链中的有意义链相比,只存在U与T的区别;
3.所有的翻译的起始密码子均为AUG。
解题思路:
根据前述知识点,首先寻找起始密码子,发现只有①链中有ATG,其为有意义链,所以模板链为其互补序列,找到有意义链后,将T换为U即得mRNA序列,然后从RNA中寻找AUG。
2. 其mRNA的核苷酸序列如何?
mRNA序列为5'-CGCAGGAUCAGUCGAUGUCCUGUG-3'。
4. 对于下列各基因型的大肠杆菌二倍体来说,请指出在添加和不添加诱导物时其β-半乳糖苷酶和透过酶是可诱导、组成型还是负的。
(1)i
+O
-Z
-Y
+/I
+O
cZ
+Y
+ (2)i
+O
cX
+Y
+/i
-O
cZ
-Y
- (3)i
-O
+Z
-Y
+/i
-O
cZ
+Y
+ (4)i
+O
cZ
-Y
-/i
-O
cZ
-Y
- (5)i
-O
+Z
+Y
-/i
+O
cZ
-Y
-
基因型
|
表型
|
表达类型
|
加诱导物
|
不加诱导物
|
Z
|
Y
|
Z
|
Y
|
i+O-Z-Y+/I+OcZ+Y+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
组成型
|
i+OcZ+Y+/i-OcZ-Y-
|
+
|
+
|
+
|
+
|
组成型
|
i-O+Z-Y+/i-OcZ+Y+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
组成型
|
i+OcZ-Y-/i-OcZ-Y-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
负
|
i-O+Z+Y-/i+OcZ-Y-
|
+
|
-
|
-
|
-
|
诱导型
|
[解析] 知识要点:
1.野生型乳糖操纵子由一个调节基因(lacI)、一个启动序列(lacP)、一个操纵基因位点(lacO)以及三个结构基因(Z、Y、A)组成。
2.操纵基因和启动序列的突变总是顺式显性、反式隐性;调节基因的突变则不管顺式和反式都是显性。
3.O+:阻遏物不存在时,操纵基因开放其操纵子内的结构基因,即位于同一个DNA片段(顺式)中的Z、Y基因可以编码产生蛋白质;存在阻遏物时,操纵基因关闭其操纵子内的结构基因,即,位于同一个DNA片段(顺式)中的Z、Y基因不能编码产生蛋白质。
Oc:操纵基因的组成型突变,对阻遏物不敏感,不能阻止RNA聚合酶向下游移动,处于永久开放状态。
Z+:结构基因野生型,如果RNA聚合酶通过,则产生有活性的β-半乳糖苷酶。
Z-:结构基因突变型,产生没有活性的β-半乳糖苷酶。
Y+:结构基因野生型,如果RNA聚合酶通过,则产生β-半乳糖苷酶通透酶。
Y-:结构基因突变型,如果RNA聚合酶通过,产生没有活性的β-半乳糖苷通透酶。
i+:野生型,产生可以在细胞内扩散的阻遏蛋白,在没有乳糖时,与O+结合,使其关闭,阻止RNA聚合酶下行;在乳糖存在时,与乳糖结合,O+开放。
i-:突变体,不能产生有活性的阻遏物。
[解析] 解题思路:
在识别以上基因型的基础上,优先考虑操纵基因是否突变,如果突变,则基因表达处于永久开放状态,在(1)(2)(3)中均存在Oc,且在结构基因中,均有ZY顺式野生型,所以,在(1)(2)(3)中Z、Y均为组成型表达;在结构基因方面,(4)中ZY基因均为突变型,所以无论什么情况都不产生有活性的酶;在(5)中虽然有Oc,但其下游Z、Y为突变型,在O+链上结构基因为Z+Y-,因此,Z基因可诱导表达,但Y基因不能产生有活性的酶。
5. 在一个含70%的U和30%的C,并有RNA聚合酶的系统中,假定在合成mRNA时,核苷酸为随机连接,则mRNA中所有可能的三联体密码子的期望频率为多少?
因为在聚合酶系统中,U占70%,C占30%,所以在mRNA中某个位置出现的概率也是70%和30%。
可能出现的密码子及期望频率为:UUU 0.343、UUC 0.147、UCU 0.147、UCC 0.063、CUU 0.147、CUC 0.063、CCU 0.063、CCC 0.027。
[解析] 知识要点:
遗传密码为三联体密码,因此,一个给定的mRNA有三种可能的读码框。
解题思路:
写出所有可能的含U或C的三联体密码子。如果在mRNA合成时核苷酸随机连接,则某一位置的某核苷酸出现的概率由体系中的碱基含量决定,某一个三联体密码子出现的频率为三个碱基出现概率的乘积。
6. 下表中a、b、c分别代表大肠杆菌乳糖操纵子中的调节基因I、操纵基因O和结构基因Z,但其具体的对应关系未知。根据表中所列的特征找出a、b、c和I、O、Z间的对应关系。表中+表示有β-半乳糖苷酶,-表示没有半乳糖苷酶。
编号 | 基因型 | 无诱导物 | 有诱导物 |
1 | a-b+c- | + | + |
2 | a+b+c- | + | + |
3 | a+b-c- | - | - |
4 | a+b-c+/a-b+c- | + | + |
5 | a+b+c+/a-b-c- | - | + |
6 | a+b+c-/a-b-c+ | - | + |
7 | a-b+c+/a+b-c- | + | + |
a=O,b=Z,c=I。
[解析] 知识要点:
1.大肠杆菌中乳糖操纵子的基本知识。
2.操纵基因为顺式作用元件,阻遏蛋白为反式作用因子。
3.结构基因的野生型相对于突变型为显性。
解题思路:
在单倍体中,如果某一基因发生突变,仍能检测到酶的活性,则它一定不是结构基因;如果没有诱导物也能检测到酶活性,这个基因可能是操纵基因或调节基因。由1、2、3可知,b应该是结构基因,由6可知,无诱导物时无酶产生,有诱导物时有酶产生,说明与b+连锁的操纵基因是正常的,说明a是操纵基因,剩下c是调控基因。
从脑、肝和肌肉细胞中分离出细胞核,加入α-32P-UTP,并使其合成RNA,同时还加入了抑制RNA合成起始的物质。分离出带有放射性的RNA与一个基因芯片杂交。下图为杂交结果,一个方框代表一个基因,颜色深浅代表与基因芯片杂交的mRNA的量。问:
7. 为什么不同基因间的杂交结果会显示颜色深浅差异?
不同基因间杂交结果之间出现的颜色差异表明基因表达存在差异,RNA的量不同。
[解析] 知识要点:
1.基因芯片的慨念。基因芯片是把很多的DNA分子以探针的方式点在基片上制成的,其上面的每一个点都代表一个特定核酸片段或某个基因。因此,一个基因芯片一次可以检测多个基因的表达。
2.分子杂交的本质是DNA分子的变性和复性。复性形成双链DNA分子的多少决定芯片上点颜色的深浅。
解题思路:
基因的表达具有时空特异性。不同基因在同一细胞或组织中的表达水平存在差异。相同基因在不同组织或细胞中也存在差异。其中,在不同组织都有表达的基因称为管家基因或持家基因。
8. 不同RNA分子在不同组织中呈现出不同的杂交结果有何意义?
9. 有些基因在三种组织中都表达,它们应该属于什么样的基因?
10. 为什么在制备反应混合物中都要加入RNA合成起始抑制剂?
加入RNA合成起始抑制剂是为了防止RNA在体外继续合成,确保实验结果反映真实的基因转录情况。
11. 下表列出了大肠杆菌lac操纵子的基因型,请你根据以下菌株中基因的特征完成该表填写。
基因型 | β-半乳糖苷酶 | 透性酶 |
无乳糖 | 有乳糖 | 无乳糖 | 有乳糖 |
例:I+P+O+Z+Y+/I+P+O+Z+Y+ | - | + | - | + |
A.I-P+OcZ+Y-/I+P+O+Z-Y+ | | | | |
B.I+P-OcZ-Y+/I-P+OcZ+Y- | | | | |
C.IsP+O+Z+Y-/I+P+O+Z-Y+ | | | | |
D.IsP+O+Z+Y+/I-P+O+Z-Y+ | | | | |
E.I-P+OcZ+Y-/I-P+O+Z-Y+ | | | | |
F.I-P-O+Z+Y+/I-P+OcZ+Y- | | | | |
G.I+P+O+Z-Y+/I-P+O+Z+Y- | | | | |
基因型
|
β-半乳糖苷酶
|
透性酶
|
无乳糖
|
有乳糖
|
无乳糖
|
有乳糖
|
A.I-P+OcZ+Y-/I+P+O+Z-Y+
|
+
|
+
|
-
|
+
|
B.I+P-OcZ-Y+/I-P+OcZ+Y-
|
+
|
+
|
-
|
-
|
C.IsP+O+Z+Y-/I+P+O+Z-Y+
|
-
|
-
|
-
|
-
|
D.IsP+O+Z+Y+/I-P+O+Z-Y+
|
-
|
-
|
-
|
-
|
E.I-P+OcZ+Y-/I-P+O+Z-Y+
|
+
|
+
|
+
|
+
|
F.I-P-O+Z+Y+/I-P+OcZ+Y-
|
+
|
+
|
-
|
-
|
G.I+P+O+Z-Y+/I-P+O+Z+Y-
|
-
|
+
|
-
|
+
|
[解析] 知识要点:
1.大肠杆菌中操纵子的基本结构相关知识。
2.Oc突变体不受阻遏蛋白影响,即所谓组成型突变。
3.Is为超阻遏突变,合成的调节蛋白牢固结合在操纵基因上,无论诱导物是否存在,该操纵子均受阻遏。
解题思路:
1.操纵基因为顺式调控元件,阻遏蛋白为反式调控因子。
2.结构基因的野生型对突变型为显性。
12. 一个细菌的基因型是i
-z
-y
+,将它放在以乳糖为唯一碳源的培养基上培养一段时间后,加入葡萄糖,将发生下列哪一种情况?
①不发生什么变化
②阻遏蛋白将结合到操纵基因上
③细胞不再利用乳糖
④不再产生lac mRNA
③
[解析] 知识要点:
1.乳糖操纵子的结构及表达特点。
2.阻遏蛋白和lacZ发生隐性突变的影响。
3.葡萄糖对乳糖操纵子的影响。
解题思路:
由于阻遏蛋白发生隐性突变,所以失去与操纵基因的结合功能,阻遏蛋白不会结合到操纵基因上,所以RNA聚合酶的移动不受影响,细菌将继续产生lac mRNA。葡萄糖加入后,细菌将优先利用葡萄糖。
13. 指出下列每一种部分二倍体:①是否合成β-半乳糖苷酶;②是诱导型还是组成型?(斜线左边为质粒基因型,右侧是染色体基因型)
A.lacZ
+lacY
-/lacZ
-lacY
+ B.lacO
clacZ
-lacY
+/lacZ
+lacY
- C.lacP
-lacZ
+/lacO
clacZ
- D.lacI
+lacP
-lacZ
+/lacI
-lacZ
+
根据操纵子模型学说,lacZ、lacY为结构基因,laxO为操纵基因(顺序作用元件),lacI为调控基因(反式作用因子);lacP为启动子。则:
A.由于没有I和O的信息,难以分析,默认为正常,则可以产生半乳糖苷酶,为诱导型。
B.O发生突变,所以组成型表达Y,假定默认F'为I+O+,能够合成半乳糖苷酶,由于质粒上的Z受到I调控,所以属于可诱导型。
C.由于染色体上启动子突变,不能与RNA聚合酶结合,不能转录Z,而F'虽然发生O突变,可以组成型表达相关基因,但是Z基因发生了突变,所以不能表达β-半乳糖苷酶。
D.由于染色体上启动子突变,不能与RNA聚合酶结合,所以不能转录Z,F'虽然I发生突变,但由于I是反式作用因子,染色体上I基因的产物可以作为阻遏物调控F'上Z的表达。所以可以诱导型表达β-半乳糖苷酶。
[解析] 知识要点:
1.大肠杆菌中乳糖操纵子的基本知识。
2.操纵基因为顺式调控元件,阻遏蛋白为反式调控因子。
3.结构基因的野生型对于突变型为显性。
解题思路:
在单倍体中,如果某一个基因发生突变,仍能检测到酶具有活性,突变一定不是结构基因;如果没有诱导物也能检测到酶活性,那么有可能操纵基因或阻遏蛋白的基因发生了突变。
14. 根据下面有关大肠杆菌对于某一种酶的诱导合成方面的3个突变型的表型。说明哪一个是结构基因,哪一个是操纵基因,哪一个是调节基因。(假定这些基因和色氨酸操纵子中的基因具有同样性质)
基因型 | 表型 | | 基因型 | 表型 |
不加阻遏物 | 加阻遏物 | 不加阻遏物 | 加阻遏物 |
M1++ | + | + | ++M3/M1M2+ | + | + |
+M2+ | - | - | +M2+/M1+M3 | + | + |
++M3 | + | + | M1++/+M2M3 | + | - |
+++/M1M2M3 | - | + | | | |
根据+M2+的表型,可以推断M2为结构基因。++M3/M1M2+中均能检测到酶活性,由于M1和M3都有一个野生基因型存在,所以细胞中存在正常的阻遏物。只有在M1是调节基因时才能得到这样的结果。所以,M1是调节基因,M3是操纵基因。
[解析] 知识要点:
1.色氨酸操纵子的基本概念。
2.操纵子中操纵基因为顺式调控元件,阻遏蛋白为反式作用因子。
3.调节基因组成型合成有功能的阻遏物复合体,与操纵基因结合抑制结构基因的转录。
4.结构基因的野生型对突变型为显性。
解题思路:
在单倍体中,如果结构基因发生突变,不能检测到酶的活性;如果调节基因发生突变,则产生的阻遏蛋白无法与辅阻遏物结合,无论是否存在辅阻遏物均能检测到酶活性;如果是操纵基因发生突变,则无论是否存在辅阻遏物均能检测到酶活性。
15. 假定分离到一种表型lac
-的突变型,遗传学分析得知此菌株为Z
+Y
+,在i基因中发现了i
s的突变。现构建了i
sZ
+Y
+/i
-Z
+Y
+部分二倍体,发现其表型为lac
-;部分二倍体i
sZ
+Y
+/i
+O
CZ
+Y
+是lac
+。问i
s突变是什么性质?
is产生一个超级阻遏物,对乳糖不敏感,在任何情况下均与操纵基因结合,关闭操纵子的表达。
[解析] 知识要点:
1.操纵基因OC对阻遏物不敏感,所以是永久开启型乳糖操纵子。
2.调节基因I+为反式作用因子,产生一个可扩散的阻遏蛋白,在没有乳糖时,该阻遏物抑制任何O+操纵基因的表达。乳糖存在时,阻遏物失活,操纵子开放。
3.调节基因I-产生有缺陷的阻遏蛋白,该蛋白不能与操纵基因结合。
4.调节基因IS产生超级阻遏蛋白,对乳糖不敏感,在任何情况下均与操纵基因结合,关闭操纵子表达。
解题思路:
isZ+Y+/i-Z+Y+部分二倍体的表型为lac-,说明其中存在可以和操纵基因结合的阻遏物,且不受乳糖影响。部分二倍体isZ+Y+/i+OCZ+Y+中存在OC,无论是否存在乳糖均能够产生lac+表型。
16. 在一个基因型为I
+Z
+Y
+的大肠杆菌中,既不含葡萄糖又不含乳糖的培养基上有多少种蛋白质结合到组成lac操纵子的DNA上?若存在葡萄糖时有多少种?若只有乳糖时又有多少种?
只有阻遏蛋白结合;阻遏蛋白结合;cAMP-CAP复合物和RNA聚合酶。
[解析] 知识要点:
1.结合到操纵子上的蛋白质均为调节操纵子表达活性的蛋白。
2.操纵子中能够结合蛋白质的位点包括操纵基因、启动子和上游的cAMP-CAP复合物结合位点。
3.在不同环境中,不同的蛋白质结合到操纵子上调节操纵子的表达以适应环境。
解题思路:
操纵基因开放的条件是启动子上结合RNA聚合酶,操纵基因上无阻遏蛋白,cAMP-CAP复合物结合位点上结合有cAMP-CAP。关闭操纵子的条件是存在葡萄糖或不存在乳糖,此时阻遏蛋白与操纵基因结合。当葡萄糖和乳糖同时存在时,操纵子也关闭。