第三章基因表達(dá)調(diào)控練習(xí)題

第三章基因表達(dá)調(diào)控【本章要求】掌握基因表達(dá)的概念，表達(dá)的特點及基本規(guī)律，調(diào)控的方式和意義。掌握基因表達(dá)的基本要素：順式作用元件和反式作用因子及調(diào)節(jié)蛋白的相互作用。掌握乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)及其調(diào)節(jié)原理。了解真核基因表達(dá)調(diào)控的基本原則。【內(nèi)容提要】基因表達(dá)調(diào)控的基本內(nèi)容是介紹細(xì)胞或個體生長過程中基因表達(dá)的方式、規(guī)律及調(diào)節(jié)機(jī)制，以及這些表達(dá)規(guī)律、調(diào)節(jié)機(jī)制與發(fā)育、分化的關(guān)系，個體與環(huán)境的適應(yīng)?；虮磉_(dá)就是指基因轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程。并非所有基因表達(dá)過程都產(chǎn)生蛋白質(zhì)分子，有些基因只轉(zhuǎn)錄合成RNA分子，如rRNA、tRNA等。這些基因轉(zhuǎn)錄合成RNA的過程也屬于基因表達(dá)。原核生物，如細(xì)菌調(diào)節(jié)基因表達(dá)是為適應(yīng)環(huán)境變化，調(diào)節(jié)代謝、維持細(xì)胞生長與分裂。真核生物，如動物乃至人類在環(huán)境變化及個體生長、發(fā)育的不同階段調(diào)節(jié)基因的表達(dá)既為調(diào)節(jié)代謝、適應(yīng)環(huán)境，也為維持生長、發(fā)育與分化?；虮磉_(dá)的規(guī)律性可分為階段特異性和組織特異性兩種：1.階段特異性：按功能需要，原核生物某一特定基因的表達(dá)隨時間、環(huán)境而變化，嚴(yán)格按特定時間順序發(fā)生，這就是基因表達(dá)的時間特異性。多細(xì)胞真核生物從受精卵到組織器官形成經(jīng)歷不同發(fā)育階段。在各個發(fā)育階段，相應(yīng)基因嚴(yán)格按一定時間順序開啟和關(guān)閉，表現(xiàn)為與分化、發(fā)育階段一致的時間性。因此，多細(xì)胞生物基因表達(dá)的時間特異性又稱階段特異性。2.組織特異性：在多細(xì)胞真核生物中，同一基因在同一發(fā)育階段的不同組織器官表達(dá)水平是不一樣的；在發(fā)育、分化的特定時期內(nèi)，不同基因在同一組織細(xì)胞內(nèi)表達(dá)水平也不一樣，即基因在不同組織空間表達(dá)不同，這就是基因表達(dá)的空間特異性，又稱組織特異性。原核生物基因表達(dá)無組織特異性。不同基因功能不同，調(diào)控機(jī)制不同，基因表達(dá)的方式也不同。有些基因在生物個體生命全過程的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)，稱為基本的基因表達(dá)。這類基因通常被稱之為管家基因?；镜幕虮磉_(dá)并非絕對一成不變，其表達(dá)也是在一定機(jī)制控制下進(jìn)行的。大多數(shù)基因表達(dá)狀況極易受外環(huán)境變化的影響，有些基因在特定環(huán)境中或特殊條件刺激下表達(dá)水平增強(qiáng)，稱作誘導(dǎo)。這類基因被稱為可誘導(dǎo)基因。相反，如果基因在對環(huán)境信號應(yīng)答時表現(xiàn)為表達(dá)水平降低，稱作阻遏。這類基因就是可阻遏基因。刺激誘導(dǎo)發(fā)生的信號分子稱為誘導(dǎo)劑，引起阻遏發(fā)生的分子稱為阻遏劑?；虮磉_(dá)調(diào)控是從基因激活至蛋白質(zhì)合成的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行，如基因活化、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄后加工、mRNA降解、蛋白質(zhì)翻譯、翻譯后加工修飾及蛋白質(zhì)降解等。任一環(huán)節(jié)發(fā)生異常，均會影響某個基因的表達(dá)水平。其中轉(zhuǎn)錄起始是基本控制點。以mRNA轉(zhuǎn)錄為例，參與mRNA轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的基本要素如下：DNA元件DNA元件是指具有調(diào)節(jié)功能的特異DNA序列。原核生物大多數(shù)基因的表達(dá)通過操縱子機(jī)制調(diào)控。操縱子由啟動序列、操縱序列等調(diào)節(jié)序列及其下游的編碼序列串聯(lián)組成。啟動序列是RNA聚合酶結(jié)合并起動轉(zhuǎn)錄的特異DNA序列。操縱序列一般與啟動序列毗鄰或接近，其DNA序列常與啟動序列交錯、重疊，是原核阻遏蛋白的結(jié)合位點。當(dāng)操縱序列結(jié)合有阻遏蛋白時，會阻礙RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，阻遏轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)負(fù)性調(diào)節(jié)。原核操縱子還有一些具有調(diào)節(jié)功能的DNA序列，可結(jié)合基因激活蛋白CAP，介導(dǎo)正性調(diào)節(jié)。大多數(shù)真核基因調(diào)控以正性調(diào)節(jié)為主，這些調(diào)節(jié)機(jī)制普遍涉及編碼序列兩側(cè)的、具有調(diào)節(jié)功能的DNA序列，稱為順式作用元件。根據(jù)順式作用元件在基因中的位置、轉(zhuǎn)錄激活作用的性質(zhì)及發(fā)揮作用的方式，真核基因的這些機(jī)能元件區(qū)分為啟動子、增強(qiáng)子及抑制子。調(diào)節(jié)蛋白大部分屬序列特異的DNA結(jié)合蛋白。根據(jù)調(diào)節(jié)蛋白的功能，原核調(diào)節(jié)蛋白分為三類：特異因子、阻遏蛋白和激活蛋白。特異因子決定RNA聚合酶對一個或一套啟動序列的特異性識別及結(jié)合能力，。因子就是一種典型的特異因子。阻遏蛋白可結(jié)合操縱序列，阻斷RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，或阻遏RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性，介導(dǎo)負(fù)性調(diào)節(jié)。激活蛋白可結(jié)合啟動序列鄰近的DNA序列，促進(jìn)RNA聚合酶與啟動序列的結(jié)合，增強(qiáng)RNA聚合酶活性。分解代謝基因激活蛋白CAP就是一種激活蛋白，介導(dǎo)正性調(diào)節(jié)。真核基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白又稱轉(zhuǎn)錄（調(diào)節(jié)）因子，或反式作用因子。這些轉(zhuǎn)錄因子又分為基本轉(zhuǎn)錄因子、增強(qiáng)子結(jié)合因子和轉(zhuǎn)錄抑制因子三類。RNA聚合酶DNA元件與調(diào)節(jié)蛋白對轉(zhuǎn)錄激活的調(diào)節(jié)作用最終由RNA聚合酶的活性來體現(xiàn)。RNA聚合酶活性受啟動序列或啟動子的結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)蛋白的性質(zhì)影響。原核基因表達(dá)及其調(diào)控具有下述特點：（1）原核基因表達(dá)時轉(zhuǎn)錄與翻譯過程緊密偶聯(lián)。（2）操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制在原核基因調(diào)控中具有普遍的意義。（3）在操縱子調(diào)節(jié)機(jī)制中普遍存在阻遏蛋白介導(dǎo)的負(fù)性調(diào)節(jié)。（4）原核基因轉(zhuǎn)錄合成多順反子mRNA。（5）原核基因轉(zhuǎn)錄起始是控制基因活性的關(guān)鍵。原核基因表達(dá)調(diào)控基本原理一操縱子調(diào)控模式。操縱子就是由功能上相關(guān)的一組基因在染色體上串聯(lián)、共同構(gòu)成的一個轉(zhuǎn)錄單位。一個操縱子通常含一個啟動序列及數(shù)個可轉(zhuǎn)錄的編碼基因，除啟動序列和編碼序列，操縱子內(nèi)還含有其它具有調(diào)節(jié)功能的序列。乳糖操縱子的結(jié)構(gòu):大腸桿菌的乳糖操縱子含z、y及a3個結(jié)構(gòu)基因，分別編碼p—半乳糖苷酶、透酶和乙酰轉(zhuǎn)移酶，此外還有一個操縱序列O、一個啟動序列P及一個調(diào)節(jié)基因i。i基因編碼一個阻遏蛋白，后者與O序列結(jié)合，操縱子受阻遏而處于關(guān)閉狀態(tài)。在啟動序列P上游還有一個分解代謝基因活化蛋白CAP的結(jié)合位點。由P序列、O序列和CAP結(jié)合位點共同構(gòu)成乳糖操縱子的調(diào)控區(qū)。結(jié)構(gòu)基因即由這一調(diào)控區(qū)調(diào)節(jié)，共同表達(dá)或關(guān)閉。在乳糖操縱子中，阻遏蛋白介導(dǎo)負(fù)性調(diào)節(jié)；在沒有乳糖存在時，乳糖操縱子處于阻遏狀態(tài)。此時，i基因在Pi啟動基因操作下表達(dá)一種阻遏蛋白，此阻遏蛋白與0序列結(jié)合，阻礙RNA聚合酶與P序列結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄起動。當(dāng)有乳糖存在時，該操縱子即可被誘導(dǎo)，CAP蛋白介導(dǎo)正性調(diào)節(jié)，分解代謝基因激活蛋白CAP分子內(nèi)有DNA結(jié)合區(qū)及cAMP結(jié)合位點。當(dāng)沒有葡萄糖及cAMP濃度較高時，cAMP?2?與CAP結(jié)合，這時CAP結(jié)合在乳糖啟動序列附近的CAP位點，可刺激RNA轉(zhuǎn)錄活性；當(dāng)有葡萄糖存在時，cAMP濃度降低，cAMP與CAP結(jié)合受阻，因此乳糖操縱子表達(dá)下降。真核基因結(jié)構(gòu)特點：（1）真核基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子，即一個結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA分子、翻譯合成一條多肽鏈。（2）高等真核基因中重復(fù)序列比原核更多、更普遍。某些重復(fù)序列發(fā)生在調(diào)控區(qū)，對DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄調(diào)控具有重要意義。（3）真核基因是不連續(xù)的，即在真核基因可轉(zhuǎn)錄的基因序列內(nèi)部有內(nèi)含子和外顯子序列。初級轉(zhuǎn)錄本經(jīng)剪接加工形成成熟的mRNA。不同的剪接方式形成不同的mRNA。因此，轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)物的剪接過程也是真核基因表達(dá)調(diào)控的重要環(huán)節(jié)。真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)有關(guān)概念：（1）順式作用元件：是轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的結(jié)合位點或DNA序列，包括啟動子、增強(qiáng)子和抑制子。真核基因啟動子是指RNA聚合酶□起動位點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件;每個啟動子包括至少一個轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以上的機(jī)能組件，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子即通過這些機(jī)能組件對轉(zhuǎn)錄起始發(fā)揮作用。在這些調(diào)節(jié)組件中最具典型意義的就是丁人丁人盒子，它通常位于轉(zhuǎn)錄起始點上游一個轉(zhuǎn)錄25bp至一30bp，控制轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確性和頻率。增強(qiáng)子就是遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點、決定組織特異性表達(dá)、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的特異DNA序列，其發(fā)揮作用的方式與方向、距離無關(guān)。某些基因有負(fù)性調(diào)節(jié)元件一抑制子的存在。92）.反式作用因子（又稱轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子或轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白），按功能特性可將轉(zhuǎn)錄因子分為:①基本轉(zhuǎn)錄因子。RNA聚合酶口、口、口各有一組轉(zhuǎn)錄因子，它們是三種RNA聚合酶結(jié)合各自啟動子所必需的。例如，TF口類轉(zhuǎn)錄因子為所有mRNA轉(zhuǎn)錄起動共有，故稱基本轉(zhuǎn)錄因子。②轉(zhuǎn)錄激活因子。凡是通過DNA一蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)相互作用起正性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用的因子均屬此范疇。增強(qiáng)子結(jié)合因子就是典型的轉(zhuǎn)錄激活因子。這類反式作用因子是某一種或一類基因所特有。③轉(zhuǎn)錄抑制因子。包括所有通過DNA一蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)相互作用產(chǎn)生負(fù)性調(diào)節(jié)效應(yīng)的因子。這類因子往往屬某一基因所特有。順式作用元件與反式作用因子之間的DNA一蛋白質(zhì)相互作用、反式作用因子之間的1.基因表達(dá)產(chǎn)物：可以是1.基因表達(dá)產(chǎn)物：可以是DNA可以是tRNA蛋白質(zhì)一蛋白質(zhì)相互作用是轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物形成過程中重要的反應(yīng)形式。mRNA轉(zhuǎn)錄激活及其調(diào)節(jié)：與原核不同，真核RNA聚合酶□不能單獨識別啟動子，而是先由基本轉(zhuǎn)錄因子TFDD識別TATA元件或啟動元件并與之特異性結(jié)合，形成TFDD-啟動子復(fù)合物，這一過程由TFDA促進(jìn)；接著由TFDB加測試一、 單項選擇題基因表達(dá)產(chǎn)物是DNA B.是RNA是蛋白質(zhì) D.大多是蛋白質(zhì)，有些是RNAE.是酶和DNA原核基因表達(dá)調(diào)控的意義是：調(diào)節(jié)生長與分化調(diào)節(jié)發(fā)育與分化調(diào)節(jié)生長，發(fā)育與分化調(diào)節(jié)代謝，適應(yīng)環(huán)境維持細(xì)胞特性和調(diào)節(jié)生長真核基因表達(dá)調(diào)控的意義是：調(diào)節(jié)代謝，適應(yīng)環(huán)境調(diào)節(jié)代謝，維持生長調(diào)節(jié)代謝，維持發(fā)育與分化調(diào)節(jié)代謝，維持生長、發(fā)育與分化調(diào)節(jié)代謝，適應(yīng)環(huán)境，維持生長、發(fā)育與分化下述關(guān)于管家基因表達(dá)描述最確切的是：在生物個體的所有細(xì)胞中表達(dá)在生物個體全生命過程的幾乎所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)在生物個體全生命過程的部分細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)在特定環(huán)境下的生物個體全生命過程的所有細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)在特定環(huán)境下的生物個體全生命過程的部分細(xì)胞中持續(xù)表達(dá)基本的基因表達(dá)：有誘導(dǎo)劑存在時表達(dá)水平增高有誘導(dǎo)劑存在時表達(dá)水平降低二、 多項選擇題入裝配，結(jié)合到啟動子DNA上。在TFDF等參與下，RNA聚合酶□與TFDD>TFDB聚合，形成一個功能性的前起始復(fù)合物。在幾種基本轉(zhuǎn)錄因子中，TFDD是唯一具有與位點特異的DNA結(jié)合能力的因子，在復(fù)合物組裝過程起關(guān)鍵性作用。很多特異轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子均以TFDD為靶分子控制轉(zhuǎn)錄起始。題有阻遏劑存在時表達(dá)水平增高有阻遏劑存在時表達(dá)水平降低極少受誘導(dǎo)劑或阻遏劑影響紫外線照射引起DNA損傷時，細(xì)菌DNA修復(fù)酶基因表達(dá)反應(yīng)性增強(qiáng)，這種現(xiàn)象稱為誘導(dǎo) B.阻遏基本的基因表達(dá) D.正反饋E.負(fù)反饋根據(jù)目前認(rèn)識，大多數(shù)基因表達(dá)調(diào)控基本環(huán)節(jié)是：發(fā)生在復(fù)制水平 B.發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平發(fā)生在轉(zhuǎn)錄起始 D.發(fā)生在翻譯水平E.發(fā)生在翻譯后水平順式作用元件是指下述的：TATA盒和CCAAT盒具有調(diào)節(jié)功能的DNA序列5'側(cè)翼序列3'側(cè)翼序列非編碼序列乳糖操縱子中的i基因編碼產(chǎn)物是：一種激活蛋白一種阻遏蛋白一種p—半乳糖苷酶透酶乙?；D(zhuǎn)移酶阻遏蛋白結(jié)合乳糖操縱子中的：0序列B.P序列C.i基因D.Y基因E.Z基因可以是mRNA D.可以是rRNAE.可以是蛋白質(zhì)基因的組織特異性表達(dá)可表現(xiàn)為：在同一組織不同基因表達(dá)不同在不同組織同一基因表達(dá)不同在不同組織不同基因表達(dá)不同在同一組織不同基因表達(dá)相同在不同組織同一基因表達(dá)相同直接參與乳糖操縱子調(diào)控的因素有i基因編碼蛋白 B.Z基因編碼蛋白C.CAP D.Y基因編碼蛋白E.乳糖參與原核基因表達(dá)調(diào)控的因子可以是A.激活蛋白 B.阻遏蛋白C.基本轉(zhuǎn)錄因子 D.o特異因子E.某些小分子化合物可用作克隆載體的DNA分子有：A.染色體DNA B.病毒DNAC.細(xì)菌DNA D.噬菌體DNAE.質(zhì)粒DNA根據(jù)目前認(rèn)識，基因表達(dá)調(diào)控可以發(fā)生在:A.復(fù)制水平 B.轉(zhuǎn)錄水平C.轉(zhuǎn)錄起始 D.翻譯水平E.翻譯后水平順式作用元件是指下述的：TATA盒和CCAAT盒具有調(diào)節(jié)功能的各種DNA序列具有調(diào)節(jié)功能的5'側(cè)翼序列具有調(diào)節(jié)功能的3'側(cè)翼序列所有非編碼序列三、 名詞解釋啟動子增強(qiáng)子四、 問答題反式作用因子：指轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白而言指轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子而言包括RNA聚合酶包括DNA聚合酶包括DNA酶I真核基因表達(dá)調(diào)控特點是：正性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)負(fù)性調(diào)節(jié)占主導(dǎo)轉(zhuǎn)錄與翻譯分隔進(jìn)行轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)進(jìn)行伴有染色體結(jié)構(gòu)變化乳糖操縱子在：沒有半乳糖存在時處于阻遏狀態(tài)有半乳糖存在時處于阻遏狀態(tài)沒有半乳糖存在時處于表達(dá)狀態(tài)有半乳糖存在時處于表達(dá)狀態(tài)有高濃度半乳糖、低濃度葡萄糖時處于表達(dá)狀態(tài)影響RNA聚合酶活性的是：啟動子或啟動序列的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)蛋白的性質(zhì)RNA轉(zhuǎn)錄模板的結(jié)構(gòu)RNA轉(zhuǎn)錄模板的長度多聚A序列的長度基因表達(dá)規(guī)律性可表現(xiàn)為：A.階段特異性B.組織特異性C.細(xì)胞特異性D.時間特異性E.空間特異性操縱子試述乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)及調(diào)控原理。參考答案一、單項選擇題1.D 2.D3.E4.B5.E6.A7.C8.B9.B10.A二、 多項選擇題1.BCDE2.ABC 3.AC 4.ABDEBDE6.ABCDE7.ABCD8.AB9.ACE10.ADE 11.AB 12.ABCDE三、 名詞解釋啟動子是指RNA聚合酶結(jié)合位點及其周圍的DNA序列，至少包括一個轉(zhuǎn)錄起始點及一個以上的機(jī)能組件。決定組織特異性表達(dá)、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的特異DNA序列，其發(fā)揮作用的方式與方向、位置無關(guān)。由功能上相關(guān)的一組基因相互串聯(lián)組成的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)單位。四、 問答題1.回答問題要點：乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)含z、y及a3個結(jié)構(gòu)基因，分別編碼0一半乳糖苷酶、透酶和乙酰基轉(zhuǎn)移酶，此外還有一個操縱序列O、一個啟動序列P及一個調(diào)節(jié)基因i。i基因編碼一種阻遏蛋白，后者與O序列結(jié)合，操縱子受阻遏而處于關(guān)閉狀態(tài)。在啟動序列P上游還有一個分解代謝基因激活蛋白(CAP)結(jié)合位點。由P序列、O序列和CAP結(jié)合位點共同構(gòu)成乳糖操縱子的調(diào)控區(qū)。阻遏蛋白