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一、名词解释
1、有重叠基因:
具有部分共用核苷酸序列的基因,也就是说,同一段DNA携带了两种不同蛋白质的编码信息。
这样的两个基因称之为重叠基因。
2、断裂基因(splitgene):
真核基因是不连续排列的,在编码多肽链的DNA序列中间插入与氨基酸无关的DNA序列。
一个基因编码序列被分隔成不连续的若干区段。
3、外显子:
大多数真核基因都是由蛋白质编码序列和非蛋白质编码序列两部分组成,其中编码序列称为外显子。
4、移码突变:
如果在阅读框架中,也就是在模板mRNA中插入或删除一(或二)个碱基,会改变从该密码子起以后的全部氨基酸序列,这种现象称为三联子密码的移码突变。
5、无义突变:
一个核苷酸的改变使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子,使蛋白质合成提前终止,合成无功能的或无意义的多肽,这种突变称为无义突变
6、同功tRNA:
不同的tRNA能够携带相同的氨基酸,这些tRNA称为同工tRNA。
7、信号肽:
在启始密码子后,有一段编码疏水性氨基酸序列的RNA区域,它的翻译产物可引导蛋白质转移和定位,这一段氨基酸序列被称为信号肽或信号序列。
8、RT-PCR:
是以提取的总RNA或mRNA为模板进行反转录合成第一条cDNA链,再以cDNA为模板合成cDNA的第二链。
最后以cDNA双链为模板,进行PCR反应,扩增cDNA链。
9、RNA的组成性剪接:
一个基因的转录产物中的内含子被精确地去除,而成为一个成熟的mRNA,这剪接方式称为组成性剪接。
10、RNA的选择性剪接:
在高等真核生物个体发育或细胞分化过程中可以有选择性地越过某些外显子或某个剪接点进行变位剪接,产生出组织或发育阶段特异性mRNA,这种剪接形式称之为RNA的选择性剪接。
11、穿梭质粒载体:
是一类由人工构建的具有两种不同复制起点和选择标记,因而可在两种不同类型的寄主细胞中存在和复制的质粒载体。
12、cos位点:
当噬菌体侵入宿主细胞后,线性的DNA分子的两粘性末端互补,随后在DNA连接酶的作用下,形成环状分子-两粘性末端结合形成的双链区段称为cos位点。
13、管家基因:
在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达的基因。
其蛋白质被称为组成型蛋白质。
此类基因表达只受启动子序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响,不受其他机制的调节。
14、效应物:
能与阻遏蛋白或激活蛋白结合,使它们的空间构象发生变化,从而改变其对基因转录的影响,这些特定物质被称为效应物。
15、可诱导基因:
是指一些基因在特殊代谢物或化合物的作用下,由原来的关闭状态转变为工作状态,即在某些物质的诱导下使基因活化,这类基因称为可诱导基因。
最典型的例子是大肠杆菌的乳糖操纵子。
16、可诱导酶:
由可诱导基因编码的酶称为可诱导酶。
17、增强子:
是一段含有多个能被反式作用因子识别与结合的顺式作用元件的DNA序列,它能够增强或促进同它连锁的基因转录频率。
18、沉默子:
在基因转录中起降低或关闭作用的DNA序列。
其不受序列方向的影响,可远距离发挥作用,可对异源基因的表达起作用。
19、CpG岛:
C和G二核苷酸在基因5’端侧区DNA序列中通常成串出现,这段DNA序列被称为CpG岛。
主要位于基因的启动子和第一外显子区域。
20基因组:
生物有机体的单倍体细胞中的所有DNA,包括核中的染色体DNA和线粒体、叶绿体等亚细胞器中的DNA。
21、操纵子:
是指原核生物中由一个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。
22、单顺反子RNA:
只编码一个蛋白质的RNA称为单顺反子RNA。
23、探针:
能够和某种被研究的核苷酸序列或蛋白质多肽链作特异性结合的任何分子,经过标记之后可以用来检测目的DNA、RNA或蛋白质分子。
因此,我们把这些带有标记的分子统称为探针。
24、顺式作用元件:
是指与受其调控的效应基因位于同一条染色体或DNA分子上的转录调控区的遗传元件。
25、可阻遏基因:
trp操纵子上的色氨酸合酶基因的表达可以被它合成最终产物(色氨酸)所关闭,这些基因被称为可阻遏基因。
二、简答和问答题
1、简述原核生物和真核生物启动子的结构特点。
(1)原核基因启动子结构与功能
1、普里布诺盒(PribnowBox,-10序列)
所有原核基因的启动子中,在转录开始位点上游–10区域(-4到-13之间)都可以找出一个典型的6bp序列,大多数是TATAAT序列。
这一序列称为Pribnow盒。
2、Sexfamabox(-35序列)
共同序列是TTGACA,其中TTG十分保守。
它是原核RNA聚合酶全酶依靠σ因子的初始识别位点。
因此,-35序列对RNA聚合酶全酶有很高的亲和性。
-35序列的核苷酸结构,在很大程度上决定了启动子的强度,RNA聚合酶易识别强的启动子。
3、-10区和-35区的间隔序列
在原核生物中,-35区和-10区的距离大约是16-19bp
(2)真核基因启动子的结构
真核基因的启动子包括:
核心元件上游启动子元件(UPE)
1、核心元件-霍格内斯盒(Hognessbox)
-功能类似于Pribnow区(-10区)-位于转录起始点上游–25到–30bp处,DNA解链开始转录位置。
-共同序列TATAAA,也称为TATAbox。
2、上游启动子元件(UPE)
1)CAATbox:
-与原核生物中–35bp区相对应的序列,-位于起始点上游–70到–78bp处,与RNA聚合酶识别有关。
-共同序列CCAAT。
2)GCbox:
转录因子结合序列。
2、原核生物与真核生物转录起始复合物的形成有什么不同?
(1)原核基因
1)核心酶与因子结合,形成RNA聚合酶全酶;
2)启动子识别,RNA聚合酶全酶与启动子可逆性结合形成封闭性的起始复合物,DNA仍处于双链阶段;
3)从封闭性转变为开放性起始复合物,酶结合在-10区,启动子活化,并解开双链结构;
4)开放复合物与最初的两个NTP结合并在这两个NTP之间形成磷酸二酯键后即变成包括RNA聚合酶、DNA和新生RNA的三元起始复合物,因子解离。
(2).真核基因(以RNApolII为例)
真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区,所以,需要一些被称为转录调控因子的辅助蛋白质按特定顺序结合于启动子上,RNA聚合酶才能与之相结合并形成复杂的前起始复合物(PIC)以保证有效地起始转录。
此阶段除需RNA聚合酶外,至少还需要7种辅助因子参与。
3、简述两类终止子的结构特点,它们是如何终止转录过程的?
根据转录终止反应是否需要辅助因子蛋白,终止分为两类:
一、不依赖于因子的终止
1、结构特点:
1)在终止子的5’端存在一个富含GC碱基的回文对称区(每区7-20bp),这段DNA转录产生的RNA产物易形成发卡结构。
2)在终止子的3’端有一段由4-8个A组成的序列,转录后在转录物的3’端形成一段寡聚U片
2、转录终止过程:
1)新生RNA中出现发卡结构,破坏RNA-DNA杂合链5’的正常结构,导致RNA聚合酶催化的合成暂停。
2)而寡聚U的存在使杂合链的3’端部分出现不稳定的UA区域,对转录产物RNA从DNA模板上释放出来是有帮助的。
3)两者的共同作用使得RNA聚合酶和新生的RNA从三元复合物中释发出来。
在RNA转录终止反应中,不需要其它因子的帮助。
二、依赖于因子的终止
1、结构特点:
1)终止子的结构特点:
同样具有一个回文对称区,但碱基对含量较少;
2)终止子的3’端无寡聚U序列。
2、终止转录过程:
1)在RNA合成开始后,因子即附着在新生的RNA链的5’端,并从5’向3’端移动(ATP水解提供能量);
2)在转录终止时,当RNA聚合酶遇到终止子形成的发卡结构后RNA的合成停止,因子前移到RNA聚合酶处,与之结合,使RNA聚合酶构象发生变化,并从DNA-RNA杂合链解离;因子发挥水解酶的活性将RNA从模板链上释放出来。
4、原核生物与真核生物的mRNA有什么不同?
答:
1.原核生物mRNA的特征
(1)原核生物mRNA的半衰期短,原核基因的转录与翻译基本是同时进行,且速度基本相同。
(2)许多原核生物mRNA以多顺反子的形式存在
(3)原核生物mRNA的5’端无帽子结构,3’端没有或只有较短的poly(A)结构。
2.真核生物mRNA的特征:
(1)真核生物成生的mRNA大多数需要转移到细胞质内,参于蛋白质的生物合成,转录与翻释是两个相对独立的过程。
(2)真核生物mRNA多以单顺反子的形式存在。
单顺反子mRNA:
只编码一个蛋白质的mRNA。
真核结构基因绝大多数为不连续基因,含有非编码序列(内含子)。
(3)真核mRNA一般具有5’端帽子结构和3’端的PolyA结构,因此需要有RNA的修饰作用。
5、基因工程中常用的酶工具有哪些?
简述它们的功能。
答:
1、限制性核酸内切酶:
是能够识别DNA双链中特定的核苷酸序列,并进行切割的一类核酸水解酶。
2、DNA连接酶:
1)能利用ATP分子中的-磷酸基团作为能量,催化一个DNA片段的5’-P与另一个DNA片段的3’-OH之间形成磷酸二酯键。
2)用于带匹配粘性末端的双链DNA或平端双链DNA片段的连接。
3、DNA聚合酶:
DNA聚合酶在细胞中参与DNA的复制,在重组DNA操作中DNA聚合酶催化DNA体外合成反应。
催化DNA合成需要引物。
4、T4多聚核苷酸激酶:
催化ATP上的-磷酸基转移到DNA或RNA的5’-OH上。
5、碱性磷酸酶:
去除位于DNA、RNA链5’末端的磷酸基团。
可以防止DNA片段的自身环化。
6、S1核酸酶:
降解单链DNA或RNA,产生带5’磷酸的单核苷酸或寡聚核苷酸。
用于:
去除DNA片段粘性末端而产生平末端。
7、简述乳糖操纵子的调控机制。
答:
一、乳糖操纵子的结构
二、乳糖操纵子调控机制
1、葡萄糖(+),乳糖(–)时
1)乳糖(–)时,无别乳糖存在,阻遏蛋白与操纵子上的O序列结合,使操纵子处于关闭状态,三个结构基因不表达。
2)葡萄糖(+)及cAMP浓度低时,CAP活性低,无cAMP-CAP复合物形成。
2、葡萄糖(–),乳糖(+)时
1)乳糖(+)时细胞内存在别乳糖,阻遏蛋白与别乳糖结合,操纵子从关闭开启。
2)葡萄糖()时cAMP浓度高时,CAP活性高,形成cAMP-CAP复合物,cAMP-CAP复合物与操纵子上的CAP位点序列结合,促进转录的起始,三个基因高水平表达,大量合成三种乳糖酶。
3、葡萄糖(+),乳糖(+)共存时,
(1)1)-乳糖(+),别乳糖与阻遏蛋白结合。
2)-葡萄糖(+)cAMP浓度低,CAP活性低,无CAP的正性调控。
此时,操纵子处于开启状态,但基因不表达,细菌以葡萄糖作为碳源,消耗葡萄糖。
(2)葡萄糖(-),乳糖(+)时
1)-乳糖(+),别乳糖与阻遏蛋白结合。
2)-葡萄糖(-)cAMP浓度高,CAP活性高,出现CAP正性调控。
此时,操纵子上的基因表达,大量合成三种与乳糖代谢相关的酶,细菌以乳糖作为碳源。
当在葡萄糖和乳糖同时存在:
细菌优先利用葡萄糖,而不启动乳糖操纵子合成乳糖酶,这种现象称为葡萄糖效应或分解代谢物阻遏。
在葡萄糖消耗完后,操纵子转录合成三种乳糖酶。
8、简述色氨酸操纵子的弱化调控机制。
答:
一、色氨酸操纵子结构
二:
trp操纵子的弱化(衰减)调节
1、当培养基中色氨酸浓度低时:
(1)色氨酰-tRNATrp少,翻译通过前导序列中两个相邻色氨酸密码子的速度很慢,糖
体停留在两个trp密码子处。
(2)前导区结构为2-3配对,不形成3-4配对的终止结构,转录可继续进行。
2、当培养基中色氨酸浓度高时:
色氨酰-tRNATrp多,核糖体可以顺利通过两个相邻的色氨酸密码子,到达2区,使得2-3区之间不能配对,而3-4区可以配对形成茎-环状终止子结构,转录停止。
3、转录的弱化(衰减)作用:
(1)转录的弱化理论认为mRNA转录的终止是通过前导肽基因的翻译来调节的。
(2)因为在前导肽基因中有两个相邻的色氨酸密码子,所以前导肽的翻译必定对tRNATrp的浓度敏感。
(3)弱化子对RNA聚合酶的影响依赖于前导肽翻译中核糖体所处的位置。
9、阻遏蛋白LexA的降解与细菌中的SOS应答p.260
1.DNA未损伤时
1)LexA蛋白与各基因操纵区上的位点结合,SOS体系的基因表达被关闭。
2)在关闭情况下,每个细胞中大约有1000个RecA蛋白单体分散在细胞质中。
2.DNA受损伤
1)DNA受损伤,产生单链缺口:
2)细胞中游离的RecA蛋白与缺口处单链DNA结合,被激活成蛋白酶。
3)RecA与受损缺口处单链DNA结合形成具有活性的蛋白酶;
4)蛋白酶将LexA蛋白切割成没有阻遏活性的两个片段;
5)断裂的LexA蛋白从各操纵区的结合位点上释放出来,导致SOS基因高效表达。
3、DNA损伤被修复后,活化的RecA减少,LexA的分解也减少。
细胞中LexA水平提高,逐渐关闭了SOS应答。
(补充)1、当细菌DNA遭到严重损伤、处于难以进行复制危急状态时,细菌细胞内会启动一个SOS的诱导型DNA修复系统进行修复。
2、SOS修复系统的许多基因(包括uvrA、uvrB、uvrC、recA等基因)分散在染色体的各个部位,但都同样受LexA阻遏蛋白的抑制。
3、SOS体系的诱导表达过程也就是把LexA阻遏蛋白从这些基因的上游调控区释放的过程,这一过程也称为SOS应答(修复)。
SOS修复结果只是能维特基因组的完整性,使细胞得以生存。
但配错率高,因此,SOS修复又称为错误倾向修复(error-pronerepairing)。
SOS修复系统参与的损伤修复是UV(紫外线)诱发突变的主要原因。
10、增强子的特点:
答:
1、远距离效应2、无方向性3、顺式调节4、无物种和基因的特异性5、具有组织特异性6、有相位性7、有的增强子可以对外界信号产生反应
11、原核生物DNA的主要特点:
p.30
●结构简练大多数为单拷贝基因,只有很少数基因(rRNA)是以多拷贝形态存在。
原核DNA分子的绝大部分是用来编码蛋白质的,只有非常小的一部分不转录。
而且,这些不转录DNA序列通常是控制基因表达的序列。
●存在转录单元(操纵子)原核DNA序列中功能相关的RNA和蛋白质基因,往往丛集在基因组的特定部位,形成功能单位或转录单元,它们可被一起转录为可翻译多个蛋白质的mRNA分子,这种mRNA叫多顺反子mRNA。
●有重叠基因:
具有部分共用核苷酸序列的基因,也就是说,同一段DNA携带了两种不同蛋白质的编码信息。
这样的两个基因称之为重叠基因。
重叠基因主要有以下几种情况:
a、一个基因完全在另一个基因里面;b、部分重叠;c、两个基因只有一个碱基对的重叠。
有的重叠基因的重叠部分翻译相同序列的肽段;有的翻译不同的肽段,这是因为翻译起点错位引起的。
12、真核细胞基因组的特点:
p.29
●真核基因组宠大,人类基因组的总长度为2907Mb,含39114个基因。
●含有大量重复序列
●含有大量的非编码序列(C值-一种生物单倍体基因组DNA的总量。
p25)
●真核基因绝大多数为断裂基因
●真核基因的转录产物为单顺反子
●真核基因组中存在大量的顺式作用元件.包括启动子、增强子、沉默子等
●真核基因组中存在大量的DNA多态性
●真核基因组具有端粒结构。
是真核生物线性基因组DNA末端的一种特殊结构,是一段DNA序列和蛋白质形成的复合体,具有保护线性DNA的完整复制等功能。
真核生物DNA序列:
可分为三类:
不重复序列中度重复序列高度重复序列
三、其它重要知识点
第二章染色体和DNA
1、DNA转座重组
DNA的转座(DNA的移位):
是由可转位因子介导的遗传物质重排现象。
DNA转座特点:
1)不必借助同源序列就可移动的DNA片段,即转座作用与供体和受体之间的序列无关。
2)转座序列可沿染色体移动,也可在不同染色体间跳跃(又称之为跳跃基因)。
3)原核生物和真核生物均有转座子。
转座子(transposon,Tn):
是存在于染色体DNA上可以自主复制和位移的基本单位(一段特异的DNA序列),它既可以从染色体基因组上的一个位置转移到另一个位置,也可以在同一细胞的不同染色体之间跃迁。
转座子又称叫移动基因或跳跃基因.
1)原核生物转座子的分类与结构特征
根据转座子结构的不同,可以分为两大类型:
1、插入序列(IS因子)2、复合型转座子—
(1)带有IS序列
(2)不带有IS序列
(1)转座子的分类和结构特征
①插入序列(又称为IS因子)结构特点:
1)是细菌染色体或质粒DNA的正常组分,只携带了编码转位酶的基因,不含任何宿主基因.
2)在编码转位酶基因序列的两端具有倒置重复序列,转座后,往往在IS序列的两端形成正向重复区。
3)IS序列中只有一个开放阅读框架,翻译起始位点紧挨着第一个倒置重复区,终止点位于第二个倒置重复区或重复区附近。
②复合式转座子(compositetransposon):
是一类除了携带编码转位酶基因外,还带有某些抗药性基因(或其它宿主基因)的转座子。
其转座子两翼带有重复序列.根据复合式转座子两端重复序列的不同,可分为两个亚类:
1)末端带有IS序列的复合式转座子,如Tn5、Tn10等。
2)末端不带有IS序列的复合式转座子,末端由短反向重复序列组成,如TnA家族。
复合式转座子的结构特点:
1)末端反向重复序列;2)开放阅读框架;3)靶位点的正向重复序列。
根据转座子在转座时是否进行复制,可分为复制性和非复制性
(1)复制性转座子:
在转座时,转座子被复制,一个拷贝保留在供体原来的部位不变;另一个拷贝则插入到受体的位点上,转座的结果是供体和受体都有一个转座子的拷贝。
复制性转座需要转座酶(transposase)、解离酶(resolvase)的参与;TnA家族转座子属于这种类型。
(2)非复制性转座子:
在非复制性转座中,原始转座子作为一个可移动的实体直接被移位;转座只需转座酶的参与;IS序列及Tn5等家族是属于这种类型
DNA转座作用的机理:
转座时发生的插入作用有一个共同点特征,那就是在插入位点的靶DNA上产生交错切口,所形成的单链末端与转座子两端的反向重复序列相连,由DNA聚合酶填补缺口,DNA连接酶封闭切口。
转座结束后,靶DNA发生一个正向重复序列。
第三章生物信息的传递-从DNA到RNA
一.RNA聚合酶
RNA聚合酶是以双链DNA中的一条链作为模板,以四种核苷三磷酸为活化前体,并以Mg2+/Mn2+为辅助因子,催化RNA合成的起始、延伸和终止。
它不需要任何引物。
它是依赖DNA的RNA聚合酶,亦称为DNA指导的RNA聚合酶,简写为RNApol。
原核和真核生物的RNA聚合酶虽然都能催化RNA的合成,但在分子组成、种类和生化特性上不同。
RNA聚合酶的种类
1.原核生物RNA聚合酶
细菌中只发现一种RNA聚合酶,能催化mRNA、tRNA、rRNA的合成。
研究得比较清楚的是大肠杆菌(E.coli)的RNA聚合酶;E.coliRNA聚合酶的组成:
2个亚基、1个亚基、1个’亚基、1个亚基、1个亚基
E.coliRNA聚合酶-负责所有mRNA、rRNA和tRNA的合成;-酶的组成:
2个亚基、1个亚基、1个’亚基和1个亚基构成了RNA聚合酶的核心酶部分,如外加1个亚基则成为聚合酶全酶。
大肠杆菌RNA聚合酶全酶α2ββ’+σ
核心酶α2ββ’σ因子
RNA链的延长
识别不同的启动子,只是对起始起作用,一旦转录开始,
它就脱离了起始复合物,而由核心酶负责RNA链的延伸。
因子的作用:
是负责模板链的选择和转录起始,它是酶的别构效应物,使酶专一性识别模板上的启动子。
*在一些细菌细胞中含有多个因子,它们能够识别不同启动子,调控不同基因转录的起始。
2.真核生物RNA聚合酶三类
__________________________________________________________
酶细胞内定位转录产物相对活性对鹅蕈碱的敏感程度
________________________________________________________________
RNA聚合酶I核仁rRNA50%-70%不敏感
RNA聚合酶Ⅱ核质hnRNA20%-40%敏感
RNA聚合酶Ⅲ核质tRNA约10%高浓度下抑制
_________________________________________________________
真核生物聚合酶一般由8-14个亚基所组成,(p.72表3-4,p.73图3-4)不同生物三类聚合酶的亚基种类和大小各不相同,但每一类聚合酶都含有两个分子质量超过1105的大亚基,同种生物的三类聚合酶有“共享”小亚基的倾向。
其中:
RNA聚合酶II的-RPB1和RBP2亚基与细菌核心酶中的和’亚基是同源的;-RPB3和RBP11亚基与细菌核心酶中的亚基同源;-RBP6亚基与细菌核心酶中的亚基同源。
转录起始位点:
与新生RNA链第一个核甘酸相对应DNA链上的碱基。
二.启动子、增强子与终止子
1.启动子(promoter):
是一段位于基因5’端上游外侧紧挨转录起点的一段非编码的DNA序列,是RNA聚合酶识别、结合并开始转录所必需的DNA序列。
2、转录因子:
RNA聚合酶在进行转录时,常需要一些辅助因子(蛋白质)参与作用,这些蛋白质统称为转录因子。
3、真核启动子中:
TATAbox主要作用是使转录精确起始
CAATbox、GCbox主要控制转录起始频率
4、增强子:
是一段含有多个能被反式作用因子识别与结合的顺式作用元件的DNA序列,它能够增强或促进同它连锁的基因转录频率。
增强子一般能使基因转录频率增加10~200倍。
一般位于TS位点–100以上,又称为远上游序列(farupstreamsequence)。
增强子与启动子的结构非常类似,元件常常连续,并有相似的元件结构。
启动子有多个元件,从特定的位点以一定方向指导RNA合成,而增强子的若干元件为整体促进远端的转录,无明显的方向,但一般具有组织和细胞特异性。
5、终止子:
在基因3’-端下游外侧与终止密码子相邻的一段非编码的核苷酸短序列叫做终止子。
具有转录终止信号的功能。
当RNA聚合酶完全通过了基因的转录单位,终止子就会阻止RNA聚合酶继续向前移动,从而使RNA分子的合成活动终止。
6、RNA转录的基本过程包括:
模板识别及转录起始、通过启动子及转录的延伸、转录的终止。
7、真核细胞m
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