第三章基因表达调控练习题

第三章基因表达调控【本章要求】掌握基因表达的概念，表达的特点及基本规律，调控的方式和意义。掌握基因表达的基本要素：顺式作用元件和反式作用因子及调节蛋白的相互作用。掌握乳糖操纵子的结构及其调节原理。了解真核基因表达调控的基本原则。【内容提要】基因表达调控的基本内容是介绍细胞或个体生长过程中基因表达的方式、规律及调节机制，以及这些表达规律、调节机制与发育、分化的关系，个体与环境的适应。基因表达就是指基因转录和翻译的过程。并非所有基因表达过程都产生蛋白质分子，有些基因只转录合成RNA分子，如rRNA、tRNA等。这些基因转录合成RNA的过程也属于基因表达。原核生物，如细菌调节基因表达是为适应环境变化，调节代谢、维持细胞生长与分裂。真核生物，如动物乃至人类在环境变化及个体生长、发育的不同阶段调节基因的表达既为调节代谢、适应环境，也为维持生长、发育与分化。基因表达的规律性可分为阶段特异性和组织特异性两种：1.阶段特异性：按功能需要，原核生物某一特定基因的表达随时间、环境而变化，严格按特定时间顺序发生，这就是基因表达的时间特异性。多细胞真核生物从受精卵到组织器官形成经历不同发育阶段。在各个发育阶段，相应基因严格按一定时间顺序开启和关闭，表现为与分化、发育阶段一致的时间性。因此，多细胞生物基因表达的时间特异性又称阶段特异性。2.组织特异性：在多细胞真核生物中，同一基因在同一发育阶段的不同组织器官表达水平是不一样的；在发育、分化的特定时期内，不同基因在同一组织细胞内表达水平也不一样，即基因在不同组织空间表达不同，这就是基因表达的空间特异性，又称组织特异性。原核生物基因表达无组织特异性。不同基因功能不同，调控机制不同，基因表达的方式也不同。有些基因在生物个体生命全过程的几乎所有细胞中持续表达，称为基本的基因表达。这类基因通常被称之为管家基因。基本的基因表达并非绝对一成不变，其表达也是在一定机制控制下进行的。大多数基因表达状况极易受外环境变化的影响，有些基因在特定环境中或特殊条件刺激下表达水平增强，称作诱导。这类基因被称为可诱导基因。相反，如果基因在对环境信号应答时表现为表达水平降低，称作阻遏。这类基因就是可阻遏基因。刺激诱导发生的信号分子称为诱导剂，引起阻遏发生的分子称为阻遏剂。基因表达调控是从基因激活至蛋白质合成的各个环节进行，如基因活化、转录起始、转录后加工、mRNA降解、蛋白质翻译、翻译后加工修饰及蛋白质降解等。任一环节发生异常，均会影响某个基因的表达水平。其中转录起始是基本控制点。以mRNA转录为例，参与mRNA转录调节的基本要素如下：DNA元件DNA元件是指具有调节功能的特异DNA序列。原核生物大多数基因的表达通过操纵子机制调控。操纵子由启动序列、操纵序列等调节序列及其下游的编码序列串联组成。启动序列是RNA聚合酶结合并起动转录的特异DNA序列。操纵序列一般与启动序列毗邻或接近，其DNA序列常与启动序列交错、重叠，是原核阻遏蛋白的结合位点。当操纵序列结合有阻遏蛋白时，会阻碍RNA聚合酶与启动序列的结合，阻遏转录，介导负性调节。原核操纵子还有一些具有调节功能的DNA序列，可结合基因激活蛋白CAP，介导正性调节。大多数真核基因调控以正性调节为主，这些调节机制普遍涉及编码序列两侧的、具有调节功能的DNA序列，称为顺式作用元件。根据顺式作用元件在基因中的位置、转录激活作用的性质及发挥作用的方式，真核基因的这些机能元件区分为启动子、增强子及抑制子。调节蛋白大部分属序列特异的DNA结合蛋白。根据调节蛋白的功能，原核调节蛋白分为三类：特异因子、阻遏蛋白和激活蛋白。特异因子决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的特异性识别及结合能力，。因子就是一种典型的特异因子。阻遏蛋白可结合操纵序列，阻断RNA聚合酶与启动序列的结合，或阻遏RNA聚合酶的转录活性，介导负性调节。激活蛋白可结合启动序列邻近的DNA序列，促进RNA聚合酶与启动序列的结合，增强RNA聚合酶活性。分解代谢基因激活蛋白CAP就是一种激活蛋白，介导正性调节。真核基因转录调节蛋白又称转录（调节）因子，或反式作用因子。这些转录因子又分为基本转录因子、增强子结合因子和转录抑制因子三类。RNA聚合酶DNA元件与调节蛋白对转录激活的调节作用最终由RNA聚合酶的活性来体现。RNA聚合酶活性受启动序列或启动子的结构、调节蛋白的性质影响。原核基因表达及其调控具有下述特点：（1）原核基因表达时转录与翻译过程紧密偶联。（2）操纵子调节机制在原核基因调控中具有普遍的意义。（3）在操纵子调节机制中普遍存在阻遏蛋白介导的负性调节。（4）原核基因转录合成多顺反子mRNA。（5）原核基因转录起始是控制基因活性的关键。原核基因表达调控基本原理一操纵子调控模式。操纵子就是由功能上相关的一组基因在染色体上串联、共同构成的一个转录单位。一个操纵子通常含一个启动序列及数个可转录的编码基因，除启动序列和编码序列，操纵子内还含有其它具有调节功能的序列。乳糖操纵子的结构:大肠杆菌的乳糖操纵子含z、y及a3个结构基因，分别编码p—半乳糖苷酶、透酶和乙酰转移酶，此外还有一个操纵序列O、一个启动序列P及一个调节基因i。i基因编码一个阻遏蛋白，后者与O序列结合，操纵子受阻遏而处于关闭状态。在启动序列P上游还有一个分解代谢基因活化蛋白CAP的结合位点。由P序列、O序列和CAP结合位点共同构成乳糖操纵子的调控区。结构基因即由这一调控区调节，共同表达或关闭。在乳糖操纵子中，阻遏蛋白介导负性调节；在没有乳糖存在时，乳糖操纵子处于阻遏状态。此时，i基因在Pi启动基因操作下表达一种阻遏蛋白，此阻遏蛋白与0序列结合，阻碍RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录起动。当有乳糖存在时，该操纵子即可被诱导，CAP蛋白介导正性调节，分解代谢基因激活蛋白CAP分子内有DNA结合区及cAMP结合位点。当没有葡萄糖及cAMP浓度较高时，cAMP•2•与CAP结合，这时CAP结合在乳糖启动序列附近的CAP位点，可刺激RNA转录活性；当有葡萄糖存在时，cAMP浓度降低，cAMP与CAP结合受阻，因此乳糖操纵子表达下降。真核基因结构特点：（1）真核基因的转录产物为单顺反子，即一个结构基因转录生成一个mRNA分子、翻译合成一条多肽链。（2）高等真核基因中重复序列比原核更多、更普遍。某些重复序列发生在调控区，对DNA复制、转录调控具有重要意义。（3）真核基因是不连续的，即在真核基因可转录的基因序列内部有内含子和外显子序列。初级转录本经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，转录后产物的剪接过程也是真核基因表达调控的重要环节。真核基因转录激活调节有关概念：（1）顺式作用元件：是转录调节因子的结合位点或DNA序列，包括启动子、增强子和抑制子。真核基因启动子是指RNA聚合酶□起动位点周围的一组转录控制组件;每个启动子包括至少一个转录起始点以及一个以上的机能组件，转录调节因子即通过这些机能组件对转录起始发挥作用。在这些调节组件中最具典型意义的就是丁人丁人盒子，它通常位于转录起始点上游一个转录25bp至一30bp，控制转录的准确性和频率。增强子就是远离转录起始点、决定组织特异性表达、增强启动子转录活性的特异DNA序列，其发挥作用的方式与方向、距离无关。某些基因有负性调节元件一抑制子的存在。92）.反式作用因子（又称转录调节因子或转录调节蛋白），按功能特性可将转录因子分为:①基本转录因子。RNA聚合酶口、口、口各有一组转录因子，它们是三种RNA聚合酶结合各自启动子所必需的。例如，TF口类转录因子为所有mRNA转录起动共有，故称基本转录因子。②转录激活因子。凡是通过DNA一蛋白质、蛋白质一蛋白质相互作用起正性转录调节作用的因子均属此范畴。增强子结合因子就是典型的转录激活因子。这类反式作用因子是某一种或一类基因所特有。③转录抑制因子。包括所有通过DNA一蛋白质、蛋白质一蛋白质相互作用产生负性调节效应的因子。这类因子往往属某一基因所特有。顺式作用元件与反式作用因子之间的DNA一蛋白质相互作用、反式作用因子之间的1.基因表达产物：可以是1.基因表达产物：可以是DNA可以是tRNA蛋白质一蛋白质相互作用是转录起始复合物形成过程中重要的反应形式。mRNA转录激活及其调节：与原核不同，真核RNA聚合酶□不能单独识别启动子，而是先由基本转录因子TFDD识别TATA元件或启动元件并与之特异性结合，形成TFDD-启动子复合物，这一过程由TFDA促进；接着由TFDB加测试一、 单项选择题基因表达产物是DNA B.是RNA是蛋白质 D.大多是蛋白质，有些是RNAE.是酶和DNA原核基因表达调控的意义是：调节生长与分化调节发育与分化调节生长，发育与分化调节代谢，适应环境维持细胞特性和调节生长真核基因表达调控的意义是：调节代谢，适应环境调节代谢，维持生长调节代谢，维持发育与分化调节代谢，维持生长、发育与分化调节代谢，适应环境，维持生长、发育与分化下述关于管家基因表达描述最确切的是：在生物个体的所有细胞中表达在生物个体全生命过程的几乎所有细胞中持续表达在生物个体全生命过程的部分细胞中持续表达在特定环境下的生物个体全生命过程的所有细胞中持续表达在特定环境下的生物个体全生命过程的部分细胞中持续表达基本的基因表达：有诱导剂存在时表达水平增高有诱导剂存在时表达水平降低二、 多项选择题入装配，结合到启动子DNA上。在TFDF等参与下，RNA聚合酶□与TFDD>TFDB聚合，形成一个功能性的前起始复合物。在几种基本转录因子中，TFDD是唯一具有与位点特异的DNA结合能力的因子，在复合物组装过程起关键性作用。很多特异转录调节因子均以TFDD为靶分子控制转录起始。题有阻遏剂存在时表达水平增高有阻遏剂存在时表达水平降低极少受诱导剂或阻遏剂影响紫外线照射引起DNA损伤时，细菌DNA修复酶基因表达反应性增强，这种现象称为诱导 B.阻遏基本的基因表达 D.正反馈E.负反馈根据目前认识，大多数基因表达调控基本环节是：发生在复制水平 B.发生在转录水平发生在转录起始 D.发生在翻译水平E.发生在翻译后水平顺式作用元件是指下述的：TATA盒和CCAAT盒具有调节功能的DNA序列5'侧翼序列3'侧翼序列非编码序列乳糖操纵子中的i基因编码产物是：一种激活蛋白一种阻遏蛋白一种p—半乳糖苷酶透酶乙酰基转移酶阻遏蛋白结合乳糖操纵子中的：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.可以是蛋白质基因的组织特异性表达可表现为：在同一组织不同基因表达不同在不同组织同一基因表达不同在不同组织不同基因表达不同在同一组织不同基因表达相同在不同组织同一基因表达相同直接参与乳糖操纵子调控的因素有i基因编码蛋白 B.Z基因编码蛋白C.CAP D.Y基因编码蛋白E.乳糖参与原核基因表达调控的因子可以是A.激活蛋白 B.阻遏蛋白C.基本转录因子 D.o特异因子E.某些小分子化合物可用作克隆载体的DNA分子有：A.染色体DNA B.病毒DNAC.细菌DNA D.噬菌体DNAE.质粒DNA根据目前认识，基因表达调控可以发生在:A.复制水平 B.转录水平C.转录起始 D.翻译水平E.翻译后水平顺式作用元件是指下述的：TATA盒和CCAAT盒具有调节功能的各种DNA序列具有调节功能的5'侧翼序列具有调节功能的3'侧翼序列所有非编码序列三、 名词解释启动子增强子四、 问答题反式作用因子：指转录调节蛋白而言指转录调节因子而言包括RNA聚合酶包括DNA聚合酶包括DNA酶I真核基因表达调控特点是：正性调节占主导负性调节占主导转录与翻译分隔进行转录与翻译偶联进行伴有染色体结构变化乳糖操纵子在：没有半乳糖存在时处于阻遏状态有半乳糖存在时处于阻遏状态没有半乳糖存在时处于表达状态有半乳糖存在时处于表达状态有高浓度半乳糖、低浓度葡萄糖时处于表达状态影响RNA聚合酶活性的是：启动子或启动序列的结构调节蛋白的性质RNA转录模板的结构RNA转录模板的长度多聚A序列的长度基因表达规律性可表现为：A.阶段特异性B.组织特异性C.细胞特异性D.时间特异性E.空间特异性操纵子试述乳糖操纵子的结构及调控原理。参考答案一、单项选择题1.D 2.D3.E4.B5.E6.A7.C8.B9.B10.A二、 多项选择题1.BCDE2.ABC 3.AC 4.ABDEBDE6.ABCDE7.ABCD8.AB9.ACE10.ADE 11.AB 12.ABCDE三、 名词解释启动子是指RNA聚合酶结合位点及其周围的DNA序列，至少包括一个转录起始点及一个以上的机能组件。决定组织特异性表达、增强启动子转录活性的特异DNA序列，其发挥作用的方式与方向、位置无关。由功能上相关的一组基因相互串联组成的转录调节单位。四、 问答题1.回答问题要点：乳糖操纵子的结构含z、y及a3个结构基因，分别编码0一半乳糖苷酶、透酶和乙酰基转移酶，此外还有一个操纵序列O、一个启动序列P及一个调节基因i。i基因编码一种阻遏蛋白，后者与O序列结合，操纵子受阻遏而处于关闭状态。在启动序列P上游还有一个分解代谢基因激活蛋白(CAP)结合位点。由P序列、O序列和CAP结合位点共同构成乳糖操纵子的调控区。阻遏蛋白