期末考试答题册(12)

得 分 评卷人 沈阳师范大学 硕士研究生期末考试答题册 考试科目： 分子遗传学 姓 名： 白艳波 学 号： 10564012 培养单位： 化生学院 专 业： 生物化学与分子生物学 考试时间： 2011 年 6 月 沈阳师范大学研究生处印制 一、名词解释 1.朊粒：朊粒（prion）又称传染性蛋白粒子、朊病毒、朊毒体，是一种蛋白质 传染因子。其最主要成份是一种蛋白酶抗性蛋白，至今未能查到任何核酸，对 各种理化作用的抵抗力强。它具有传染性，潜伏期较长，在人和动物中引起以 海绵状脑病为特征的致死性中枢神经系统的慢性退化性疾患。 2.MiRNA:在遗传学中，微 RNA（microRNAs，miRNA ）是长度在 21-23 个核苷酸之 间的单链 RNA 片段，调节基因的表达。miRNA 由基因编码，从 DNA 转录而来， 但不翻译成蛋白。初级转录产物缩短其颈环结构得到功能性的 miRNA。成熟的 miRNA 分子与一个或更多个 mRNA 分子部分互补，其主要功能是下调基因的表达。 3.siRNA:小或短干扰 RNA（small/short interfering RNA, siRNA）是一类 20-25 个核苷酸长度的双链 RNA 分子，其主要在 RNAi 通路中起作用，干扰特异 基因的表达。此外 siRNA 在 RNAi 相关的通路中也起作用，如抗病毒机制，基因 组染色体结构的塑造等。其结构是一段完全互补的 RNA 双链，两端各有两个未 互补的的碱基。 4.RNA 沉默:RNA 沉默是存在于生物中的一种古老现象，是生物抵抗异常 DNA（病毒、转座因子和某些高度重复的基因组序列）的保护机制，同时在生物 发育过程中扮演着基因表达调控的角色，它可以通过降解 RNA、抑制翻译或修 饰染色体等方式发挥作用。 5.安慰诱导物：安慰性诱导物(gratuitous inducer)是指能高效诱导酶的合成， 但又不被所诱导的酶分解的分子。 6.分子伴侣：分子伴侣（molecular chaperones）是一类能够协助其它多肽进 行正常折叠、组装、转运、降解的蛋白，并在 DNA 的复制、转录、细胞骨架功 能、细胞内的信号转导等广泛的领域都发挥着重要的生理作用。 7.染色体步移： 从第一个重组克隆插入片段的一端分离出一个片段作为探针 从文库中筛选第二个重组克隆，该克隆插入片段含有与探针重叠顺序和染色体 的其他顺序。从第二个重组克隆的插入片段再分离出末端小片段筛选第三个重 组克隆，如此重复，得到一个相邻的片段，等于在染色体上移了一步，故称之 为染色体步移（Chromosome Walking） 。 8.包含体：包含体（ inclusion body） 在显微镜下可以识别的病毒合成和积贮 的部位，常是细胞内的病毒晶体。它是致密的不溶性蛋白和 RNA 的凝聚体，包 含大部分的表达蛋白。 9.基因敲除：基因敲除（gene knock out） ，是指对一个结构已知但功能未知的 基因，从分子水平上设计实验，将该基因去除，或用其它顺序相近基因取代， 然后从整体观察实验动物，推测相应基因的功能。这与早期生理学研究中常用 的切除部分-观察整体-推测功能的三部曲思想相似。基因敲除除可中止某一基 因的表达外，还包括引入新基因及引入定点突变。既可以是用突变基因或其它 基因敲除相应的正常基因，也可以用正常基因敲除相应的突变基因。 10.InDel：InDel (insertion-deletion) 插入缺失标记，指的是两种亲本中在 全基因组中的差异，相对另一个亲本而言，其中一个亲本的基因组中有一定数 量的核苷酸插入或缺失(Jander et al., 2002)。根据基因组中插入缺失位点， 设计一些扩增这些插入缺失位点的 PCR 引物，这就是 InDel 标记。 11.SD 序列：SD 序列（Shine-Dalgarnosequence）：mRNA 中用于结合原核生物 核糖体的序列。SD 序列在细菌 mRNA 起始密码子 AUG 上游10个碱基左右处，有 一段富含嘌呤的碱基序列，能与细菌16SrRNA3端识别，帮助从起始 AUG 处开 始翻译。 12.ALu 族：ALU 是中度重复序列的一种，具有种特异性，可用于区分不同的哺 乳细胞，不同的 Alu 成员的侧翼重复顺序各不相同，在相近的生物体中 Alu 家 族在结构上存在相似性人类 Alu 序列的第二个单体的插入序列相似但是不相同。 它广泛分布与人和哺乳动物的基因组中，是哺乳动物基因组中含量最丰富的一 种中度重复顺序家族，在人基因组中重复达30万-50万次。 13.snRNA：细 胞 内有小核 RNA(small nuclearRNA，snRNA)。它是真核生物转录 后加工过程中 RNA 剪 接 体（spilceosome）的主要成分，参与 mRNA 前体的加工 过程。现在发现有五种 snRNA，其长度在哺乳动物中约为100-215个核苷酸。 snRNA 一直存在于细胞核中，与40种左右的核内蛋白质共同组成 RNA 剪 接 体 ， 在 RNA 转录后加工中起重要作用。 14.反向调节：由 DNA 片段对信使核糖核酸(mRNA)翻译作用进行的调节作用。这 些 DNA 片段位于编码该 mRNA 的基因下游。 15.Leu拉链：是由伸展的氨基酸组成，每7个氨基酸中的第7个氨基酸是亮氨酸， 亮氨酸是疏水性氨基酸，排列在螺旋的一侧，所有带电荷的氨基酸残基 排在另一侧。当2个蛋白质分子平行排列时，亮氨酸之间相互作用形成二 聚体，形成“拉链” 。在“拉链”式的蛋白质分子中，亮氨酸以外带电荷 的氨基酸形式同DNA结合。 16.衰减子：在衰减发生处的一种内部终止子序列，位于转录开始区，能终止转 录；当出现时，它先于编码序列发生。 17.zinc finger：“锌指”基序是一个蛋白质结构域，由重复的半胱氨酸和组 氨酸或重复的半胱氨酸在一个金属锌离子四面形成一个四面体的排列。基 序因在锌结合位点突出的氨基酸环的形状如同手指，所以称为“指”结构。 这种蛋白质结构域是同DNA或RNA结合的部位。 18.操纵子：是几个基因协同表达的遗传功能单位。由启动基因，操纵基因和转 录成一条mRNA分子的几个相邻接的基因组成的功能单位，POZYA。 19.基因剔除 ：基因剔除或基因靶向灭活是将生物体中某一特定的基因功能给破 坏，在研究当生物体缺少这个基因在生长发育的过程中会有怎样的改变， 或者会引发怎样的疾病。 20.结构基序：在反式作用因子的结构中，基序一般指构成任何一种特征序列的 基本结构（既指此具功能的基本结构，也指编码此结构的蛋白质/DNA序列） ，作为结构域中的亚单元，其功能是体现结构域的多种生物学作用。 21.共抑制：共抑制（cosuppression）是转录后基因沉默 （posttranscriptional gene silencing，PTGS）现象。转录后基因沉默指转 基因在细胞核里能稳定转录，但在细胞质里却无相应的稳定态 mRNA 存在。由于 转基因编码区与受体细胞基因组间存在的同源性，导致转基因与内源基因的表 达同时受到抑制。 二、简述题 (1）列举重组 DNA 研究中常用的工具酶和载体，其主要功能是什么？ 答：常用的工具酶包括限制性核酸内切酶、DNA 连接酶及 DNA 聚合酶 限制性核酸内切酶主要来源于原核生物，具有识别自身 DNA 和异源 DNA 的功能， 通过切割破坏或限制异源 DNA 分子侵入宿主细胞来保护自身。 DNA 连接酶是一种封闭 DNA 链上缺口酶，借助 ATP 或 NAD 水解提供的能量催化 DNA 链的 5-PO4 与另一 DNA 链的 3-OH 生成磷酸二酯键。但这两条链必须是与 同一条互补链配对结合的(T4DNA 连接酶除外)，而且必须是两条紧邻 DNA 链才 能被 DNA 连接酶催化成磷酸二酯键。 DNA 聚合酶 真核细胞有 5 种 DNA 聚合酶，分别为 DNA 聚合酶 (定位于胞核， 参与复制引发具 53外切酶活性)，(定位于核内，参与修复，具 53外 切酶活性)，(定位于线粒体，参与线粒体复制具 53和 35外切活性)， (定位核，参与复制，具有 35和 53外切活性)，(定位于核，参与 损伤修复，具有 35和 53外切活性)。 原核细胞有 3 种 DNA 聚合酶，都与 DNA 链的延长有关。 常用载体包括（1）目的基因克隆载体：其功能是保存和克隆目的基因。与微物 基因工程相似，通常是由多拷贝的E. Coli小质粒为载体。 （2）中间克隆载体：是构建中间表达载体的基础质粒。是由大肠杆菌质粒插入 T-DNA片段、目的基因和标记基因等构建而成。 （3）中间表达载体：是含有植物特异启动子的中间载体。是构建转化载体的质 粒。 （4）卸甲载体：是解除武装的Ti质粒或Ri质粒，是构建转化载体的受体质粒。 （5）植物基因转化载体：是最后用于目的基因导人植物细胞的载体，亦称工程 载体。 (2）甾醇类转录因子与锌指蛋白类转录因子的区别是什么？ 甾醇类受体转录因子与锌结合的保守序列不同于锌指蛋白，参与转录激活与 DNA 和激素结合分别由不同的结构域完成。 类固醇受体与锌以 CysCysCysCys 基序相结合，而锌指蛋白使用 Cys Cys-HisHis 基序。 3）已有基因组研究表明一种生物的基因组中的基因的总数与这种生物能表达的 各种蛋白质的总数是不等的。一般而言，是基因数多，还是蛋白质数多？为什 么，举例说明。 基因多在真核生物中，一个编码区包括多个内含子和外显子，一般情况下，在 断裂基因初级转录本的剪接中，总是把所有的内含子剪掉，然后将外显子依次 地连接起来。因此，一种断裂基因只能产生一种成熟的 mRNA，合成一种多肽。 但后来发现许多断裂基因在其转录本剪接中，通过不同的剪接方式从一个基因 产生多种不同的多肽或蛋白质。生物体通过这种选择性剪接(alternative splicing)来调控基因的表达，产生不同的蛋白质以适应不同的环境需要。 选择性剪接的原理是这样的：在某个组织里是利用某些外显子，而在另一组织 里，可能选择另外一些外显子来组成成熟的 mRNA，或者，某些内含子并不剔除 而是被当作外显子，这样就可能产生了完全不同的 mRNA 和蛋白质，甚至打破了 内含子与外显子的界定，从而产生不同的蛋白质。选择性剪接实际上是在内含 子/外显子水平上对基因表达的调控。 大部分高等真核基因通过这种选择性 剪接方式产生多种蛋白质，例如在小鼠淀粉酶基因(amylase gene)中有两个启 动子，其间相隔约 2850bp，以及 4 个外显子。在唾腺(salivary gland)细胞中， 第一个启动子被使用，在最终转录物(mRNA)中，外显子 L 被剪切掉，留下 S、2 和 3 三个外显子。然而在肝(liver)细胞中，使用的是第二个启动子，因而外显 子 S 与被排除在外，结果肝细胞中的 mRNA 含有 L、2 和 3 三个外显子。选择性 剪接也可以利用同一个启动子产生两种不同的蛋白质。例如大鼠肌细胞中两种 不同形式肌钙蛋白 T(troponin T)， 的产生就是如此。基因中有 5 个外显 子，但在每种肌钙蛋白中仅含有其中的 4 个。 4）从分子水平解释 噬菌体的裂解周期和溶源性。 在 噬菌体发育中有两个可调控阶段，溶原化周期和裂解周期，而这两个周 期是相互连系的。当 DNA 进入新的宿主细胞时裂解和溶原化的途径并存。早早期 和晚早期的基因都需要表达。然后就要分化了：若晚期基因得到表达那么就向裂解 途径发育；若阻遏物 CI 蛋白合成被建立了，那么就要进入溶原化途径。在调节基 因中，有早早期基因 N 与 cro。它们是由不同的模板继转录的，N 向左，cro 向右， N 反终止蛋白的存在使转录持续向前（穿过终止子）进入重组基因区；向右进入复 制基因区以后，DNA 末端相互连接形成了一个环状的 DNA。晚期基因是作为单个的 转录单位表达的，从位于 Q 和 S 之间的启动子 PR开始，此启动子是连续使用的。 但当 Q 蛋白缺乏时，晚期转录终止在 tR3 位点，产生了长 194b 的转录本，称为 6S RNA。当 Q 蛋白存在时，它阻遏了 tR3 的终止和 6S RNA 的表达，结果晚期基因得到 表达了。晚期的反终止的作用与 N 蛋白的反终止作用是相似的。pQ 作用的 qut 正好 位于晚期启动子的下游，RNA 聚通过此处时，pQ 与其作用消除了终止。晚期基因的 转录并不在任何特殊位点终止，它转录所有的晚期基因，进入这些基因以外的区域。 左边的晚早期转录与此相似，持续穿过重组基因区。每一方向的转录都有可能在聚 合酶闯入另一区域时而终止。 噬菌体从早期基因表达转换到下一期基因表达采用 了一个完全不同的控制机制反终止作用。早期基因是与下一期的基因相连接的。 但二者之间有一个终止子位点。若终止作用在这个位点被阻止的话，那么 RNA 聚合 酶就可以通读而进入另一基因。这样在反终止作用中，相同的启动子可以继续被 RNA 聚合酶所识别。因此新的基因是通过 RNA 的延续，形成一个长的 RNA 链而得到 表达的，在这种的 RNA 中，5端是早期基因的序列，3端是下一期基因的序列。 由于这两种序列彼此连接在一起，早期基因的表达必然是继续的。宿主的 RNA 聚合 酶起始转录两个早早期基因，下一期基因的转录表达是由早期基因末端的终止子控 制的。结果晚早期基因也得到了表达。控制从早早期基因转换为晚早期基因表达的 调节基因是 N，此是通过 N 基因的突变鉴别出来的。N 基因只能在早早期转录，它 的作用不进一步地进入感染循环。pQ 是噬菌体在感染晚期的抗终止蛋白。qut 序列 是 pQ 作用所需要的，它位于晚期转录单位的起始处。qut 的上游部分位于启动中。 下游部分位于转录区的起始处，这意味着 pQ 的作用涉及到 DNA 的识别。pQ 的基本 作用是干扰停顿，一旦 pQ 作用在 RNA 聚合酶上，这个酶就明显地在所有位点减少 停顿，包括在 依赖性终止位点和内部终止位点。所以 pQ 并不直接地作用终止子 本身，但它可以使酶急速地通过终止子。这样就消除了核心酶或附加因子产生终止 的机会。 （5）真核生物基因表达调控包括哪些方面。 真核生物的基因表达调控是很复杂的，远远比原核生物复杂，涉及的层次也 很多，包括转录前调控，转录过程中的调控，转录后调控，翻译前调控，翻译 调控，翻译后调控，还有细胞水平的调控等。具体为： 转录前：包括染色体的解聚成染色体，组蛋白的调控，也就是染色体改组； 转录中：顺式调控元件与反式作用因子的调控 转录后：mRNA 的剪接，拼接，特有见机的修饰等等。 翻译前：mRNA 的降解机制调控等。 后面还涉及到蛋白的加工，修饰，运输，折叠，定位等 根据基因调控在同一事件中发生的先后次序又可分为： DNA 水平调控 Replicational regulation 一、基因丢失二、基因扩增三、基因 重排四、DNA 的甲基化与基因调控 DNA 甲基化导致某些区域 DNA 构象变化，从 而影响了蛋白质与 DNA 的相互作用，抑制了转录因子与启动区 DNA 的结合效率。 五、染色质结构与基因表达调控 DNA 水平的调控是真核生物发育调控的一种形 式，它包括了基因丢失、扩增、重排 和移位等方式。通过这些方式可以消除或 变换某些基因，并改变它们的活性。这些调控方式与转录及翻译水平的调控是 不同的，因为它从根本上使某些细胞的基因组发生了改变。 基因丢失。在细胞 分化时，消除某个基因活性的方式之一就是从细胞中除去那个基因。基因扩增。 基因扩增是指某基因的拷贝数专一性大量增加的现象，它使得细胞在短期内产 生大量的基因产物以满足生长发育的需要，是基因活性调控的一种方式。 基因 重排与变换。一个基因可以通过从远离其启动子的地方移到距它很近的位点而 被启动转录，这种方式称基因重排。此外，日本人本庶佑还提出了一个“基因 变换”模式。他认为 Gurdon 的实验不能断言生物体所有细胞中全部 DNA 在分化、 发育过程中都不会发生变化，可能在一部分细胞里，DNA 会发生微小的、不可 逆的变化。他认为，在细胞分化过程中，由于调节基因和受体基因的连接可形 成“新”的基因，即调节启动基因，这种连接是由 DNA 片段缺失造成的。 。 （2）转录后水平的调控 （3）翻译水平上的调控 蛋白质合成翻译阶段的基因调控有三个方面： 蛋白质合成起始速率的调控； MRNA 的识别； 激素等外界因素的影响。蛋白质合成起始反应中要涉及到 核糖体、mRNA 蛋白质合成起始因子可溶性蛋白及 tRNA，这些结构和谐统一才能 完成蛋白质的生物合成。mRNA 则起着重要的调控功能 6) 什么是表观遗传学，表观遗传修饰包括哪些? 表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传 的变化的一门遗传学分支学科。表观遗传的现象很多，已知的有 DNA 甲基化 （DNA methylation） ，基因组印记（genomic impriting） ，母体效应 （maternal effects） ，基因沉默（gene silencing） ，核仁显性，休眠转座子 激活和 RNA 编辑（RNA editing）等。 DNA 甲基化在甲基转移酶的催化下，DNA 的 CG 两个核苷酸的胞嘧啶被选择性地 添加甲基，形成 5甲基胞嘧啶，这常见于基因的 5-CG-3序列。大多数脊椎 动物 基