医学分子生物学复习思考题及答案.doc
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1、医学分子生物学复习思考题及答案第十三章 真核基因及基因组1、 什么是基因组?答:基因组(genome)是指一个生物体内所有遗传信息总和。人类基因组包含了细胞核染色体DNA(常染色体和性染色体)及线粒体DNA所携带所有遗传信息。不同生物基因及基因组大小及复杂程度各不相同,所贮存信息量和质存在着巨大差异。2、 真核基因基本结构包括哪些?试述之。答:真核基因基本结构包括编码序列及非编码序列 编码序列(coding seguence):包括编码蛋白质及功能RNA(mRNA、rRNA、tRNA、特定小分子RNA)核苷酸序列。真核基因编码序列由外显子及内含子组成,外显子及内含子相间排列,称断裂基因。内含子
2、数目较外显子数少一个,组蛋白编码基因例外,不含有内含子。外显子决定表达蛋白多肽及RNA一级结构。因此,外显子序列结构通常比较保守,一个碱基突变常致基因功能改变,而内含子序列相对变异较大。每个内含子5末端和外显子相接处,常为GT,3末端和外显子相接处常为AG,这一共有序列是mRNA剪接加工时剪接识别信号。非编码序列(non-coding sequence):包括编码序列两侧(上游及下游)对基因表达具有调控作用一些调控序列:如启动子、增强子等外显子(exon);在基因序列中,出现在成熟mRNA分子上序列。内含子(intron):外显子之间、和mRNA剪接过程中被删除部分相对应间隔序列。3、 什么事
3、顺式作用元件?其化学本质是什么?顺式作用元件主要有哪些?答:非编码序列对基因表达起调控作用,又称调控序列。位于结构基因(编码序列)上游及下游,称它们为顺式作用元件(cis-acting element),包括启动子、增强子、沉默子、上游调控元件、加尾信号等。4、 真核基因启动子功用是什么?其位置如何?答:DNA分子上能介导RNApol和DNA结合并形成转录起始复合物序列,称之为启动子。大多数真核基因启动子都位于结构基因上游,启动子本身不被转录。但也有一些真核基因启动子DNA序列位于转录起始点下游,它们可以被转录,如编码tRNA基因启动子。5、 试述真核基因三类启动子?答:(1)类启动子:具有类
4、启动子基因主要编码rRNA,它能被 RNApol识别结合,转录产物是rRNA,类启动子结构特征是富含GC。(2)类启动子:具有类启动子基因主要编码mRNA(蛋白质)及一些小分子RNA。它能被 RNApol 识别结合,转录产物是mRNA及小分子RNA。类启动子结构特征是具有TATA盒。有类启动子在TATA盒上游还存在CAAT盒及GC盒(274) (3)类启动子:含有类启动子基因主要编码tRNA。此外,也编码5SrRNA,它能被 RNApol识别结合,转录产物主要是tRNA。其结构特征是含有A盒、B盒及C盒。 A盒:TGGCNNAGTGG B盒:GGTTCGNAACC6、试述增强子特点?答:(1)
5、效率:增强子是增强真核基因启动子工作效率顺式作用元件,是真核基因表达中最重要调控序列,它决定着基因表达水平。(2)位置:增强子既可在启动子上游(多数),也可在启动子下游,有增强子还可位于内含子中,因此,增强子作用不受序列方向影响。(3)距离:增强子和所调控基因之间距离可近可远,近几十个碱基,远可达数千个碱基。因此,它能进行远距离调控。(4)无基因特异性:一种增强子能对任何真核基因发挥作用,甚至病毒增强子在真核基因中同样能发挥作用。如病毒SV40增强子插入到真核-珠蛋白基因附近时,能使其转录效率增强200倍。7、什么是沉默子?答:沉默子是能抑制基因转录特定DNA序列,当其和相应反式作用因子结合时
6、,对基因转录起阻遏作用,使基因沉默。沉默子是负调控。8、真核基因组结构特点有哪些?答:(1)、真核基因组中编码序列所占比例远小于非编码序列:人基因组中编码序列仅占全基因组1%,一个基因全部序列中,编码序列只占5%。(2)、高等真核基因组含有大量重复序列:可占到全基因组80%以上,人基因组中重复序列可达50%以上。(3)、真核基因组中存在着多基因家族及假基因:人染色体基因组编码约2万2.5万个基因,其中存在着1.5万个基因家族。基因家族中有假基因(一个基因家族中,不具备正常功能家族成员称假基因。后述)。(4)、人基因组中大约60%能进行可变剪接,其中80%可变剪接会使蛋白质氨基酸序列发生改变,产
7、生功能相关不同蛋白质。(5)、真核基因组DNA和蛋白质结合形成染色体储存于细胞核内。9、什么是高度重复序列?按结构特点不同主要分为哪两种?试述之?答:重复频率可达106 以上,人基因组中约占20%,高度重复序列按结构特点不同主要分为二种:反向重复序列及卫星DNA 1、反向重复序列(Inverted repeat sequence) 反向序列:两段具有相同碱基顺序,彼此间存在碱基互补,在同一条DNA链上反向排列。也称回文结构。这两段反向互补序列组成一个重复单位,其长度约300bp。这种重复单位多数是散在分布于基因组中,其总长度约占人基因组 5% 。2、卫星DNA(satellite DNA) 重
8、复单位长度一般为210bp,呈串联状排列,也称短串联重复序列(STR)在人基因组中约占 5%6% 。 高度重复序列功用: 参和复制水平调节 参和基因表达调控 参和染色体配对调控10、什么是中度重复序列?根据重复片段长度不同又分为哪两种类?试述之。什么是Alu家族?什么是Kpnl家族?答:重复频率在数十次至数万次,重复片段大多数呈散在分布,和单拷贝基因间隔排列,少数呈串联状排列在某一区域。约占总基因组1%30%。 根据重复片段长短又可分为两种类型。 1, 短分散重复片段(序列):重复频率可达数万次,重复片段平均长度约300500bp,和平均长度为1000bp单拷贝序列间隔排列。如Alu家族等。2
9、,长分散重复片段:重复片段平均长度约3500bp5000bp,和平均长度为13Kbp单拷贝序列间隔排列。1,Alu家族:重复频率可达3050万次,Alu家族成员长度约300bp,和6kbp序列间隔排列。约占人基因组3%6%。由于300bp片段中,有限制性内切酶Alu酶切位点 AG CT,酶切后得到130bp及170bp。故称Alu家族。Alu家族是人基因组中含量最丰富一种短分散中度重复序列。 2,kpn家族:仅次于Alu家族,重复频率约30004800,重复片段长度约6.4Kbp,其中,含有限制性内切酶 kpn三个酶切位点,酶切后得到1.2Kbp, 1.5Kbp, 1.8Kbp和 1.9Kbp
10、 四个片段,故名 kpn家族.11、什么是单拷贝序列?答:单拷贝序列在单倍体基因组中只出现一次或几次,大多数蛋白质编码基因属于这一类,在基因组中单拷贝序列两侧常常是散在分布重复序列。单拷贝序列改变常常导致表达蛋白质结构和功能异常,临床多种疾病发生都和这种改变有关。12、什么是多基因家族?什么是假基因?答、多基因家族(multigene family):多基因家族是真核基因组结构另一特征,它是指某一祖先基因经过重复和变异所产生一组结构相似、功能相关基因。多基因家族中,不能表达蛋白质或功能RNA那个基因,称之为假基因。假基因往往缺少内含子。假基因产生可能是由原来有功能基因发生缺失、倒位或点突变,在
11、转录得mRNA后,经剪接修饰得mRNA,再经逆转录得到cDNA(无内含子),然后整合到染色体DNA中所致。13、线粒体DNA共编码几个基因?分别编码哪些物质?答:mtDNA 独立编码线粒体中一些蛋白质,mtDNA全长16569bp,共编码37个基因,其中13个编码 mRNA(mt-mRNA)。翻译出和呼吸链相关一些酶及蛋白质。22个编码mt-tRNA,2个编码mt-rRNA。第十八章 基因表达调控1、什么是基因表达?答、基因表达(gene expression)就是基因转录得相应RNA(mRNA),再翻译成多肽链并加工成具有特殊生物学活性蛋白质。有基因转录得功能RNA(rRNA、tRNA等)不
12、产生蛋白质这一过程,也属于基因表达。基因表达就是基因携带遗传信息表现为表型过程。2、基因表达基本特点(基本规律)有哪些?答:(一)基因表达具有时间特异性及空间特异性(二)基因表达方式多样性(三)基因表达受顺式作用元件及反式作用因子共同调节(四)基因表达调控呈现多层次和复杂性(五)基因表达调控是生物体生长和发育基础3、什么是基因表达时间特异性、空间特异性?答:1. 基因表达具有时间特异性(Temporal specificity):某一特定基因表达,是严格按照一定时间顺序发生。从一个受精卵发育成一个成熟个体,在各个发育不同阶段,各个基因都严格按照特定时间顺序开放表达或封闭,生物体表现为分化、发育
13、相应时间性。因此,基因表达时间特异性又称阶段特异性。又如甲胎蛋白(AFP),胎儿时,肝细胞活跃表达,成人后表达极低。患肝癌时这一基因又被激活表达。2. 基因表达空间特异性(Spatial specificity):同一机体不同组织细胞中都含有相同各种基因,但同一种基因在不同组织细胞表达情况不一样。如编码胰岛素基因只在胰岛细胞 中表达,和思维相关一些基因只在脑细胞中表达,和物质代谢相关一些基因主要在肝细胞中表达等。因此,基因表达空间特异性,也称基因表达组织特异性或细胞特异性。不同组织细胞表达差异,称差异性基因表达。机体内决定不同类型细胞,不是基因本身,而是基因表达模式不一样。4、 什么是管家基因
14、?什么是基本基因表达?答:(1)管家基因(house-keeping gene):这类基因在一个生物体所有细胞中都持续表达,变化较小,不易受内外环境影响,其表达产物对生物体全部生命过程都是必需,必不可少,称这类基因为管家基因。(2) 基本基因表达(组成性基因表达):管家基因表达称基本基因表达,它只受启动子及启动子和RNA聚合酶相互作用影响,而不受其他调节机制影响。如TAC中一些酶编码基因及其表达。5、什么是诱导表达?阻遏诱导?答:(1) 诱导表达:某些基因,在特定环境信号刺激下被激活,基因表达产物增加,这类基因称可诱导基因。可诱导基因表达过程称为诱导表达。如DNA损时,DNA修复酶基因被诱导激
15、活。 (2) 阻遏表达:某些基因,在特定环境信号刺激下,其活性被抑制,基因表达产物减少,这类基因称为可阻遏基因。可阻遏基因表达过程称为阻遏表达。如在细菌培养基中加入色氨酸时,细菌体内和色氨酸合成有关酶编码基因就会被抑制。6、什么是反式作用因子?基因表达调控分子基础是什么?答:反式作用因子(trans-acting facter):是一些蛋白质因子,它对结构基因表达起调控作用。编码反式作用因子基因位于远离结构基因同一条DNA链上,也可在另一条DNA链上。蛋白质-DNA以及蛋白质-蛋白质相互作用是基因表达调控分子基础。7、基因表达调控呈现在哪些层次?其中,最重要调控位点是什么?答、基因表达体现在基
16、因、转录及翻译,在这些层次上均存在基因表达调控机制,因此,调控表现为多层次和复杂性。 1. 基因调控(量和结构调控) (1) 基因拷贝数多,表达产物量也多。某种特定细胞能选择性扩增某个基因,于是,该基因相应蛋白质呈现高表达。 (2) 基因DNA甲基化,DNA重排等均可在基因信息水平上影响基因表达,以适应机能需要。2. 转录调控 (1) 转录过程多环节调节 (2) 真核生物转录得mRNA要进行加工修饰,如mRNA选择性剪接, mRNA编辑等,是基因表达调控重要位点。 (3) 成熟 mRNA从细胞核进入细胞液调控。 (4) 非编码RNA(如miRNA 即 微小RNA,micro-RNA )在转录水
17、平上对基因表达调控。3. 翻译调控 (1) 蛋白质合成过程调控:翻译起始,肽链合成延长是常见调控位点。 (2) 翻译后加工修饰调节:调节改变蛋白质结构(如水解肽段、磷酸化、羟基化等),从而调节蛋白质功能。 上述多层次复杂调控中,转录水平,尤其是转录起始水平调节是基因表达最重要调控点。8、原核基因结构特点有哪些?答:1. 基因组中很少有重复序列。 2. 结构基因连续排列,多为单拷贝基因,但编码 rRNA基因仍然是多拷贝基因。 3. 结构基因在基因组中所占比列较大,约50%,远远大于真核基因组。 4. 原核基因组中结构基因,多数是以操纵子为单位排列。操纵子是原核基因转录调控基本单位 5. 原核基因
18、可边转录边翻译。能在同一空间内完成,时间上差异不大。9、原核基因转录调控基本单位是什么?操纵子结构有哪些?分别简述之。答:操纵子(operon)是原核基因转录调控基本单位操纵子结构包括:结构基因和调控序列 1. 结构基因:由几种功能相关蛋白质结构基因串联排列而成,常称之为编码区。这些结构基因共同使用一个启动子及一个转录终止信号。 2. 调控序列:包括启动子、操纵元件及调节基因(稍远离结构基因)10、调节基因表达哪些蛋白质?这些蛋白质各有何作用?答:调节基因(I):位于结构基因上游稍远处,它编码三类蛋白质:特异因子、阻遏蛋白、激活蛋白 特异因子:它决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列识别能力。
19、阻遏蛋白:能特异识别结合操纵元件(序列),抑制转录过程(负性调节) 激活蛋白:能和启动子上游邻近DNA序列结合,从而提高RNA聚合酶和启动子结合能力。增强转录活性。这种效应称之为正性调控(positive regulation)。如分解代谢物基因激活蛋白(CAP, Catabolite gene activator protein)就是典型激活蛋白11、乳糖操纵子结构包括哪些?分别试述之。答:乳糖操纵子(Lac operen)包括结构基因及调控序列 1. 结构基因:乳糖操纵子结构基因含有编码和乳糖代谢有关三种酶结构基因,即:Z基因、Y基因及A基因。 Z基因:编码酶是-半乳糖苷酶 Y基因:编码酶
20、是通透酶 A基因:编码酶是乙酰基转移酶2. 调控序列:包括 (1) 启动子(P) (2) 操纵序列(元件)(O) (3) 调节基因(I):I 基因表达产物阻遏蛋白和O序列结合,于是,RNA聚合酶不能滑向结构基因,操纵子不能转录而处于关闭状态。 (4) CAP结合位点:位于启动子上游,CAP结合该部位后,能增强转录过程。12、细胞周围环境中有乳糖时及无乳糖时,乳糖操纵子表达是如何调节?答:1. 细胞周围环境中不存在乳糖时:I 基因表达产物阻遏蛋白和O序列结合,阻碍RNA聚合酶和启动子结合及滑动,于是,转录终止,和乳糖代谢有关三种酶基因不表达。 2. 周围环境有乳糖时:乳糖代谢产物半乳糖,能和阻遏
21、蛋白结合,于是阻遏蛋白分子构象改变,随之和O序列分离,结果,RNA聚合酶能和P序列结合,并滑向结构基因,转录开放,表达出和乳糖代谢有关三种酶,对乳糖进行利用代谢。13、真核基因有哪些特点?答:(一)真核基因组远大于原核基因组 (二)真核哺乳类基因组中,编码蛋白质及功能RNA(rRNA、tRNA等)序列只占总基因组10%,其余90%基因结构序列中,包含有大量重复序列,功能至今还不十分清楚。 (三)真核生物编码蛋白质基因是不连续,由一些内含子间隔,故称为断裂基因(四)真核生物一个结构基因只转录生成一条mRNA(单顺反子),它包含一种蛋白质编码信息。即使蛋白质四级结构中不同亚基,都是由不同基因表达。
22、(原核结构基因转录生成一条mRNA ,称多顺反子,它包含了几种功能相关蛋白质编码信息) (五)真核基因在细胞核内和多种蛋白质结合构成染色质,染色质结构状况也直接影响着基因表达。 (六)真核生物基因信息不仅存在核DNA上,还存在线粒体DNA(mtDNA)上。14、染色质如何参和基因表达调控?答:(一)染色质结构致密,不易转录,染色质结构松弛,容易转录。在缺乏核小体结构“裸露”DNA链,特别容易转录,称之为转录超敏位点(hypersensitire site) (二)组蛋白修饰调节 1. 乙酰化修饰:组蛋白(主要是H3、H4)乙酰化修饰,使染色质由紧密变得松弛,有利于转录。2. 甲基化修饰:组蛋白
23、(主要是H3、H4)甲基化,使组蛋白和DNA亲和力增加,染色质变得紧密,不易转录。反之,去甲基化,则有利于转录 3. 磷酸化修饰:组蛋白磷酸化修饰能激活基因转录过程。15、什么是反式作用蛋白调控?答:反式作用蛋白特异地结合在相应顺式作用元件,通过DNA-蛋白质相互作用调节基因表达强弱,称反式调节作用,包括反式激活作用及反式抑制作用。编码反式作用蛋白基因位于远离被调控基因同一条DNA链上或位于另一条DNA链上。反式作用蛋白调控是真核基因表达调控最基本最主要方式。16、什么是顺式作用蛋白调控?答:基因表达某些蛋白产物,能特异识别结合这个基因自身顺式作用元件(调控序列),从而调节该基因表达,称之为顺
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