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北京化工大学分子生物学期末考试简答题小结
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作者：不会说话的猫
详细内容：真核原核基因组特征一、细菌染色体基因组结构的特点1.有类核（nucleoid）结构：由一条环状双链DNA分子组成细菌的染色体，并相对聚集在一起，形成一个较为致密的区域,称为类核。类核无核膜与胞浆分开，类核的中央部分由RNA和支架蛋白组成，外围是双链闭环的DNA超螺旋。细菌染色体基因组结构的特点2.染色体DNA通常与细胞膜相连：连接点的数量随细菌生长状况和不同的生活周期而异。在DNA链上，与DNA复制、转录有关的信号区域与细胞膜优先结合。大肠杆菌模式图细菌染色体基因组结构的特点3.具有操纵子结构：结构基因为多顺反子，若干个功能相关的结构基因串联在一起，受同一个调节区的调节；数个操纵子还可以由一个共同的调节基因（regulatorygene）即调节子（regulon）所调控。乳糖操纵子（lacoperon）Lacoperon（close）Lacoperon（open）细菌染色体基因组结构的特点4.结构基因都是单拷贝，rRNA基因为多拷贝，基因组DNA中不编码的部份所占比例比真核细胞基因组少得多（编码序列为90％）。细菌染色体基因组结构的特点5.不出现基因重叠现象：基因组中，编码顺序一般不会重叠。即结构基因中无重叠基因存在。　细菌染色体基因组结构的特点6.具有同基因（isogene）：即编码同工酶（isoenzyme）的基因。这是一类结构上不完全相同，而表达产物功能相同的基因例如：在大肠杆菌基因组中有两个编码分支酸（chorismicacid）变位酶的基因，两个编码乙酰乳（acetolactate）合成酶的基因。细菌染色体基因组结构的特点
8.具有终止子（termintor）：Ø基因或操纵子终末的特殊顺序；Ø可使转录终止、RNA聚合酶从DNA链上脱落。Ø终止子有强、弱之分w强终止子含有反向重复顺序，可形成茎环结构，其后面为polyT结构，无需终止蛋白参与即可使转录终止；w弱终止子也有反向重复序列，但无polyT结构，需要有终止蛋白参与才能使转录终止。原核生物终止子细菌染色体基因组结构的特点　b9、基因组中只有一个复制起始点，基因数量少，体积小细菌染色体基因组结构的特点　b10、基因组中存在着可移动的DNA序列，包括插入序列和转座子、也包括质粒。真核生物基因组特点1.真核生物基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内，除配子细胞外，体细胞内的基因组是双份的（即双倍体,diploid），即有两份同源的基因组。2.真核细胞基因转录产物为单顺反子。一个结构基因经过转录生成一个mRNA分子，再翻译生成一条多肽链。3.存在重复序列，重复次数可达百万次以上；4.基因组中不编码的区域多于编码的区域；5.大部分基因含有内含子，因此，基因是不连续的（断裂基因，splitgene）；6.基因组远远大于原核生物的基因组，具有许多复制起始点，而每个复制子的长度较小。7、真核生物基因之间存在编码空白区或转录的空白区，称为间隔区DNA。间隔区DNA大小与基因组的大小有关，一般来说，基因组愈大，间隔区DNA所占的比例也愈高。真核和原核生物DNA复制的特点1.原核生物DNA复制的特点•DNA双螺旋的解旋。–首先在拓扑异构酶I的作用下解开负超螺旋，并由解链酶解开双链，–接着由SSB蛋白来稳定解开的单链，以保证该局部结构不会恢复为双链。•冈崎片段与半不连续复制–已知DNA聚合酶的合成方向都是5’→3’，这使得后随链无法连续合成。–后随链以5’→3’的方式先合成片段（冈崎片段），在连接为完整的链。•DNA聚合酶–现已知大肠杆菌存在DNA聚合酶I、II、III、IV和V。–DNA聚合酶I非主要聚合酶，可确保DNA合成的准确性，并可切除紫外线照射产生的嘧啶二聚体。–DNA聚合酶II主要生理功能为修复DNA。–DNA聚合酶III为主导聚合酶。DNA聚合酶IV和V主要在SOS修复中起作用真核生物DNA复制特点：（1）DNA合成只是发生在细胞周期的某个时期，DNA复制只能在分裂期进行；（2）原核生物的DNA复制为单起点，而真核生物的DNA复制为多起点；（3）真核生物DNA合成所需的RNA引物及后随链上合成的冈崎片段的长度比原核生物要短；（4）有两种不同的DNA聚合酶分别控制着前导链和后随链的合成；（5）染色体端体的复制。（6）真核生物DNA在完成复制前不能开始新的复制，而原核生物则可以连续开始新的DNA复制，一个复制单元多个复制叉。（7）复制起点为自主复制序列（ARS）（8）复制叉移动速度慢50bp/s,不到大肠杆菌的1/20；（9）真核生物的DNA聚合酶有15种以上，其中DNA聚合酶α功能主要是引物合成。DNA聚合酶δ主要负责DNA的复制还存在其它一些酶，κζιη等，有修复损伤功能。大肠杆菌复制体完成复制的过程DNA损伤和修复的种类1.DNA的突变•DNA的突变分为两大类：单碱基改变和DNA结构畸变。单碱基改变•DNA结构畸变–嘧啶二聚体–鸟嘌呤甲基化–腺嘌呤脱嘌呤作用•错配修复•一旦在DNA复制过程中发生错配，通过该系统几乎能完全修正。该系统对DNA复制忠实性贡献很大。•修复过程：–识别错配，–复合物的形成，甲基化及非甲基化链的切开，–DNA外切酶切除含错配的部分DNA链，–DNA聚合酶III合成新链。•切除修复•切除修复分为两种：–碱基切除修复•形成去AP位点•AP核酸内切酶切除受损片段•DNA聚合酶I和DNA连接酶修复DNA链–核苷酸切除修复•DNA切割酶切割移去12-13个核苷酸（原核）或27-29个核苷酸（真核）的单链DNA，再由DNA聚合酶和DNA连接酶修复DNA链•重组修复•又被称为“复制后修复”，修复的对象是子代DNA。•损伤的DNA先进行复制，在子代DNA损伤互补的部位出现缺口，通过分子间重组，将另一个子代完好的片段移至缺口处，再填补重组产生的缺口。•模板上的伤疤始终留着。只能随着重组修复次数↑，伤疤占的比例↓。•DNA的直接修复–直接修复是把损伤的碱基回复到原来状态的一种修复。如在DNA光解酶的作用下修复嘧啶二聚体。•SOS反应–SOS反应是细胞DNA受到损伤或复制系统受到抑制的经济状况下，细胞为求生存而产生的一种应急措施。–SOS反应包括诱导DNA损伤的修复、诱变效应、细胞分裂的抑制等。SOS反应广泛存在于原核和真核生物中，可产生两方面的作用：DNA的修复、DNA的变异简述真核生物中的转座子及其特点•插入序列（IS因子）•最简单的转座子，不含任何宿主基因。•特征：–很小的DNA片段–末端具有倒置重复序列–复制宿主靶位点DNA（4-15bp）–转座频率10-4-10-3/世代–恢复频率10-10-10-6/世代•复合型转座子•复合型转座子是一类带有某些抗药性基因（或其它宿主基因）的转座子。•特征：–复合型转座子两翼往往是两个相同或高度同源的IS序列。–IS序列插到功能基因的两端就可能产生复合型转座子。–复合型转座子的转座能力由IS序列决定和调节的。•复合型转座子•复合型转座子还有一类无IS序列、体积庞大的的转座子（5000bp以上）——TnA家族。•TnA特征：–携带3个基因，其中一个为编码β-内酰胺酶基因（AmpR）–两翼都有38bp的倒置重复序列（IR）2.真核生物中的转座子•转座子也存在于真核生物中。在玉米和果蝇中发现了多个在基因组内随机分布而且能重复移动的转座因子序列。•玉米中的转座子–Ac-Ds系统–Spm-dSpm系统•果蝇中的转座子：P转座子（可诱发杂种不育）转座的遗传效应•引起插入突变，可导致基因表达失活。•产生新的基因。•产生的染色体畸变，引起DNA缺失或倒位。•引起的生物进化，可产生新的生物学功能的基因。大肠杆菌转录终止子的分类和特点大肠杆菌中,有两种类型的终止子,一类为内在终止子(intrinsicterminator),在体外实验中,只有核心酶和终止子就足以使转录终止不依赖其他辅助因子;另一类终止子必须在ρ因子(ρfactor)的存在下核心酶才能终止转录,因此称为依赖ρ因子的终止子(ρ-dependentterminator).第一类终止子又称为不依赖ρ因子的终止子.不依赖ρ因子的终止子在结构上有两个特征,一是形成一个发夹结构(hairpin),二是发夹结构末端紧跟着6个连续的U串.不同终止子的发夹结构长度有差异,在7~20bp之间,由一反向重复序列构成茎,中间的间隔形成环.在茎的底部有一富含GC对的区域.发夹结构中的突变可阻止转录的终止,说明发夹结构的重要作用.经研究确定,新生RNA链的发夹结构可使RNA聚合酶催化的聚合反应暂停,暂停的时间不同终止子有所差异,但典型的终止子暂停时间为60秒左右.在依赖ρ因子的终止子中,发夹结构的序列和U串长度都影响终止子的功能.但在体外实验中,终止子的终止效率变化很大(2~90%),没能发现终止效率与终止子结构之间有什么相关性.因此可以肯定还有一些尚未发现的因素在影响着终止子与RNA聚合酶的相互作用.在体外实验中,人们发现尽管有终止子存在,RNA聚合酶只在终止子处暂停,但转录并不终止.向该反应系统中加入ρ因子,则可使转录在特定的位点终止,产生有独特3′末端的RNA分子.这种终止称为依赖ρ因子的转录终止真核生物内含子种类及一般内含子的结构特点Ⅰ类内含子的结构特点①其边界序列为5′U↓……G↓3′（↓表示剪切位点）；②具有中部核心结构（Centralcorestrucature）。所有的Ⅰ类内含子中都具有2级结构，图13-24表示四膜虫内含子中二级结构模型，共九个配对区（P1-P9）其中有2个配对区（P4和P7）是Ⅰ类内含子中共有的保守序列，P4由P和Q序列形成，长10nt，有6-7碱基是可以配对的。P7是由R和S序列构成的，长12nt，但只有5个碱基可配对。其他的配对区在不同的内含子中是不同的，突变分析表明，P3，P4，P6，P7是核心结构，也就是可以执行催化的最小区域。③具有内部引导序列（internalguidesequenceIGS）Ⅱ类内含子的结构特点1．列为5′↓GUGCG……YnAG↓符合GT-AG法则。2．二级结构的形成使两个并列的功能区靠近。功能区5和功能区6被2碱基隔离开。功能区6含有1个不配对A残基，其上带有2-OH首先进行转酯反应。3．在内含子的近3′端具有分支点顺序（branch-pointseguence），也就是在第6功能区有6-12nt保守序列，在哺乳动物中为YNCURAY（Y：嘧啶，R：代表嘌呤，N表示任何核苷酸）。分支点顺序可和上游序列互补，形成茎环，但A不配对一般内含子结构特点1.边界顺序:其边界序列是完全符合GU-AG法则。2.分枝点顺序：它和Ⅱ类内含子相似也具有分枝点顺序。位于内含子3′端上游18-40nt处，序列为Py80NPy87Pu75APy95其中A为百分之百的保守，且具有2′-OH。3.内含子5′端有一保守序列（5′GUAAGUA3′）可以和U1snRNA的5′端的保守顺序3′CAUUUCAU5′互补RNA编辑的生物学意义(1)校正作用有些基因在突变过程中丢失的遗传信息可能通过RNA的编辑得以恢复(2)调控翻译通过编辑可以构建或去除起始密码子和终止密码子，是基因表达调控的一种方式(3)扩充遗传信息能使基因产物获得新的结构核功能，有利于生物的进化。简述转录的基本过程1、模版识别：RNA聚合酶与启动子DNA双链相互作用并与之相结合的过程。2、转录开始：就是RNA链上第一个核苷酸键的产生RNA聚合酶与启动子结合后，使启动子附近的DNA双链解离，形成转录泡，为RNA合成提供单链模版，并按剪辑配对原则，结合核苷酸，在核苷酸之间形成磷酸二酯酶(起始复合物)。3、RNA链的延伸σ亚基脱落，RAN-pol聚合酶核心酶变构，与模版结合松弛，沿着DNA模板前移；在核心酶作用下，NTP不断聚合，RNA链不断延长。4、转录终止当RNA链延伸到转录终止位点时，RNA聚合酶不再形成新的磷酸二酯键，RNA-DNA杂合物分离，转录泡瓦解，DNA恢复双链状态，而RNA聚合酶和RNA链都被从模板上释放出来，这就是转录的终止。真核生物的原始转录产物必须经过哪些加工过程才能成为成熟mRNA作为蛋白质合成模板1、真核生物蛋白复制起始与原核生物的区别①核糖体80S,由40S和60S两个亚基组成.②有较多的起始因子,其中eIF-2,3,5是必需的.③其mRNA具有m7GpppXm帽子结构.④起始tRNA为Met-tRNAiMet,不甲酰化.⑤mRNA是单顺反子.2、原核生物的复制起始因子IF-1、IF-2、IF-3的功能分别是什么？IF-1仅作为完整的起始复合物的一部分，与30S亚基结合。它的结合在A位，能阻止氨酰-tRNA的进入。它的定位还可以阻止30S亚基和50S亚基的结合。IF-2是特异和fMet-tRNAfMet结合并把它带到核糖体上；IF-3辅助30S亚基与mRNA上起始位点特异性结合；3、肽链延伸过程可以分几步？①aa-tRNA与核糖体结合:在氨酰tRNA合成酶催化下,氨基酸被专一的tRNA所携带,生成aa-tRNA在EF-Tu和GTP作用下强烈促进aa-tRNA与核糖体A位结合.②肽键形成:aa-tRNA结合于核糖体A位后,在肽基转移酶催化下,将P位tRNA上的肽基通过其羧基与A位tRNA上氨基酸的α-氨基连接,形成肽键.③移位:肽键形成后,核糖体处在前移位状态,这时占领P位的是去酰化tRNA,A位为肽基tRNA,然后进行移位,核糖体与mRNA相对移动一个密码子距离,肽基tRNA从A位移至P位,去酰化tRNA离开P位,移位被EF-G催化,随之GTP水解,并导致EF-G释放.4、原核生物延伸因子EF-Ts、EF-Tu、EF-G的功能是什么？5、真核生物的延伸因子的功能和作用？EF-Tu：在GTP存在下雨aa-tRNA形成稳定的三元复合物，使aa-tRNA进入A位点EF-Ts：使EF-Tu.GDP再生为EF-Tu.GTPEF-G:水解GTP使肽基tRNA从A位点移至P位点EF-1:有俩个亚基EF-1LEF-1H同原核生物中的EF-Tu，其中EF-1H的功能与EF-Ts相似EF-2:同原核生物中的EF-G6、什么是操纵子？色氨酸操纵子在原核基因表达调控中的调控机制和重要作用。原核生物能转录出一条mRNA的几个功能相关的结构基因及其上游的调控区域，称为一个操纵子（Operon）。原核生物色氨酸操纵子的两种作用机制。色氨酸操纵子(tryptophaneoperon)负责色氨酸的生物合成，当培养基中有足够的色氨酸时，这个操纵子自动关闭，缺乏色氨酸时操纵子被打开，trp基因表达，色氨酸或与其代谢有关的某种物质在阻遏过程（而不是诱导过程）中起作用。1、trp操纵子的阻遏系统trpR基因突变常引起trpmRNA的永久型合成，该基因产物因此被称为辅阻遏蛋白(aporepressor)。除非培养基中有色氨酸，否则这个辅阻遏蛋白不会与操纵区结合。辅阻遏蛋白与色氨酸相结合形成有活性的阻遏物，与操纵区结合并使之关闭转录trpmRNA。阻遏-操纵机制对色氨酸来说是一个一级开关，主管转录是否启动，相当于粗调开关。trp操纵子中对应于色氨酸生物合成的还有另一个系统进行细调控，指示已经启动的转录是否继续下去。这个细微调控是通过转录达到第一个结构基因之前的过早终止来实现的，由色氨酸的浓度来调节这种过早终止的频率。2、弱化子与前导肽在trpmRNA5'端trpE基因的起始密码前有一个长162bp的mRNA片段被称为前导区，研究发现，当mRNA合成起始以后，除非培养基中完全没有色氨酸，转录总是在这个区域终止，产生一个仅有140个核苷酸的RNA分子，终止trp基因转录。因为转录终止发生在这一区域，并且这种终止是被调节的，这个区域就被称为弱化子。分析前导肽序列，发现它包括起始密码子AUG和终止密码子UGA，编码了一个14个氨基酸的多肽。该多肽有一个特征，其第10位和11位有相邻的两个色氨酸密码子。正是这两个相连的色氨酸密码子（组氨酸、苯丙氨酸操纵子中都有这种现象）调控了蛋白质的合成。当培养基中色氨酸的浓度很低时，负载有色氨酸的tRNATrp也就少，这样翻译通过两个相邻色氨酸密码子的速度就会很慢，当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区（或停留在两个相邻的trp密码子处），这时的前导区结构是2-3配对，不形成3-4配对的终止结构，所以转录可继续进行，直到将trp操纵子中的结构基因全部转录。当培养基中色氨酸浓度较高时，核糖体可顺利通过两个相邻的色氨酸密码子，在4区被转录之前就到达2区，使2-3区不能配对，3-4区自由配对形成基一环终止子结构，转录被终止，trp操纵子被关闭。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。7、举例说明蛋白质磷酸化如何影响基因表达处于信号传递链终端的蛋白质磷酸化既能对许多酶蛋白及生理代谢过程起直接的调节作用，又能通过使转录因子磷酸化来调节基因活性。a.对转录因子核定位的调节SV40抗原未磷酸化时存在于胞质，其111和112位残基被酪蛋白激酶II（CKII）磷酸化后，其分子内的核转位信号结构域(nucleartransportsignal，NTS)变构而易于进入细胞核发挥作用。转录因子SWI5只在G1期存在于细胞核内，激活核酸内切酶基因转录。在其它时期则以磷酸化的形式存在于细胞质中。CdC2使其核转位信号结构域附近的3个Ser残基磷酸化，使之无法进入核内，失去激活基因转录功能。有时转录因子上存在一种抑制结构（R），掩盖了它的NTS功能区，从而不能进入核内；磷酸化使该区暴露，从而易于进入核内。有时，非磷酸化状态下转录因子与胞质锚定或抑制亚基结合，掩盖其NTS结构使之不能进入核内。当转录因子本身或者其抑制亚基被磷酸化，使NTS结构暴露，进入核内发挥功能。转录因子NF-KB常与IKB结合成复合体存在于胞质中。只有在被各种刺激因子或佛波脂（PKC激活剂）作用后IKB磷酸化并与NF-KB解离，后者才能进入核内。b.对转录因子DNA结合活性的调节转录因子上的DNA结合结构域（DBD）或其附近残基被磷酸化后，由于负电荷增加而减弱了转录因子DBD和DNA序列的静电相互作用。静止态细胞中，AP-1复合体中转录因子c-JunDBD附近的3个氨基酸残基（Thr231，Ser243和Ser249）被Gsk-3和CKII磷酸化，不能与DNA结合。受到生长因子等刺激时，c-Jun脱磷酸，恢复DNA结合活性并激活基因转录。血清反应因子（SRF）DBD区上游附近有4个磷酸化位点(577/579/583/585)，未磷酸化时无DNA结合活性。受到刺激时，4个残基全被磷酸化，有较强的DNA结合活性。