Kevin高级生物化学复习题答案.docx

原核生物的基因表达调控1. 基因表达的概念、基本特征、表达方式及生物学意义。一基因表达(gene expression)指生物基因组中结构基因所携带的遗传信息经过转录及翻译，产生具有生物学功能的产物（蛋白质、rRNA 、tRNA ），这一过程称为基因表达。二基因表达的基本特征（一）时间特异性 按功能需要，某一特定基因的表达严格按特定的时间顺序发生，称之为基因表达的时间特异性。（二）空间特异性 多细胞生物个体在生长发育过程中，同一基因产物在不同组织器官的表达水平不同，称为基因表达的空间特异性。三基因表达的方式 按对刺激的反应性，基因表达的方式分为：（一）基本（或组成性）表达 （二）诱导和阻遏表达 四、基因表达调控的生物学意义 1、适应环境、维持生长和增殖 2、维持细胞分化与个体发育。2. 转录水平调控与哪些因素有关？（一）影响原核生物基因转录水平调控因素：1. 特异DNA序列 1) 启动子序列 2) 操纵序列阻遏蛋白(repressor)的结合位点 3) 调节序列 2. 转录调节蛋白 3. RNA聚合酶（RNApol)（二）影响真核生物基因转录水平调控因素：1. 顺式作用元件(cis-acting element) （1）启动子(promoter)(2) 增强子(enhancer) (3)其他元件(如负调控元件) 沉默子（silencer）、衰减子、终止子 2.反式作用因子(trans-acting factor)又称转录因子（TF）3.RNA聚合酶3. 原核生物基因表达的特点有哪些？ (1). 原核只有一种RNA聚合酶（2 )(2)原核基因表达以操纵子为基本单位，转录产物为多顺反子mRNA（3). 原核基因是连续的，一般无内含子（4）. 原核基因转录和翻译偶联进行(5). 原核mRNA翻译起始部位有SD序列，与16S rRNA 3端互补参与翻译起始.(6). 原核基因表达调控主要在转录水平（启动子调控、衰减子调控），其次是翻译水平。4. 简述乳糖操纵子的调控机制。(1)由启动子、操纵元件和结合位点共同构成乳糖操纵子的调控区。基因是调节基因，编码产生阻遏蛋白。结构基因、分别编码-半乳糖苷酶、透酶、乙酰化酶（2）阻遏蛋白的负性调节无乳糖 lac操纵子处于阻遏状态有乳糖 lac操纵子即可被诱导（3）CAP的正性调节无葡萄糖，cAMP浓度高时有葡萄糖，cAMP浓度低时（4）协调调节 负性调节与正性调节协调合作无乳糖时，阻遏蛋白封闭转录时，CAP不能发挥作用；（负性调控）有葡萄糖时，无CAP结合，即使阻遏蛋白不与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性。 （缺乏正性调控）lac操纵子的诱导表达：既需要乳糖又需缺乏葡萄糖。 5. 什么叫衰减子？以色氨酸操纵子为例说明衰减子的调控机制。衰减子（attenuator）： 又称弱化子，位于一些操纵子中第一个结构基因之前，可导致转录过早终止的一段核甘酸序列。机制：阻遏控制转录的起始，而衰减控制转录起始后是否能继续下去。色氨酸操纵子负责调控色氨酸的生物合成，它的激活与否完全根据培养基中有无色氨酸而定。当培养基中有足够的色氨酸时，该操纵子自动关闭；缺乏色氨酸时，操纵子被打开。色氨酸在这里不是起诱导作用而是阻遏，因而被称作辅阻遏分子，意指能帮助阻遏蛋白发生作用。色氨酸操纵子恰和乳糖操纵子相反。真核生物的基因表达调控1. 真核生物基因表达及调控的特点。真核生物基因表达的特点（1）细胞具有全能性 全能性：指同一种生物的所有细胞都含有相同的基因组DNA，都有发育成完整个体的潜能。（2）基因表达具有时间和空间性特异性（3）转录和翻译分开进行（4）初级转录产物要经过转录后加工修饰（5）真核生物基因转录产物为单顺反子真核生物基因表达调控的特点（1）、基因结构复杂，调控因素多。（2）、DNA及DNA结合蛋白的调控作用（3）、调控是非操纵子型（4）、以正性调控为主（诱导）2. 真核生物基因表达在DNA水平调控的方式。（1）染色质的丢失不可逆的调控。（2）基因扩增（gene amplification）（3）基因重排：（gene rearrangement）指某些基因片段改变原来存在顺序而重新排列组合，成为1个完整的转录单位。（4）DNA碱基的甲基化 甲基化程度与基因的表达一般呈反比关系。甲基化程度愈高，基因表达则降低。去甲基化，基因的表达增加。（5）染色质结构对基因表达的调控作用 3.比较真核和原核生物基因表达和基因表达调控的相似和不同之处。（1）原核生物和真核生物基因表达调控的共同点： a 结构基因均有调控序列； b 表达过程都具有复杂性，表现为多环节； c 表达的时空性，表现为不同发育阶段和不同组织器官上的表达的复杂性； （2）与原核生物比较，真核生物基因表达调控具有自己的特点： a 真核生物基因表达调控过程更复杂； b 基因及基因组的结构特点不同，如真核生物基因具有内含子结构等； c 转录与翻译的间断性，原核生物转录与翻译同时进行，而真核生物该两过程发生在不同区域，具有间断性；d 转录后加工过程； e 正负调控机制； f RNA聚合酶种类多。 (3)不同：真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的，由于转录时内含子和外显子是一起转录的，因而转录产生的信使RNA必须经加工，将内含子转录部分剪切掉，将外显子转录部分拼接起来，才能成为成熟的RNA。 真核生物有细胞核，核膜将核质与细胞质隔开，因此，转录在细胞核中进行，翻译在细胞质中进行。可见其转录和翻译具有时间和空间上的分隔。 真核生物大多是多细胞生物，个体发育过程中要发生细胞分化。分化是不同的基因特异性表达的结果。细胞中关闭或开启某些基因，都是在严格调控作用下进行的。基因的这种特异性表达的调控机制也是真核生物所特有的。4. 顺式作用元件与反式作用因子的本质是什么？各有哪些类型？本质： 顺式作用元件(cis-acting element) 是影响自身基因表达活性的非编码DNA序列；如TATA盒、CAAT盒等，是RNA聚合酶或转录因子的结合位点。反式作用因子又称转录因子（），是能直接或间接地识别或结合在各顺式作用元件的特定序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质因子。类型：顺式作用元件按功能分（1）启动子(promoter)(2) 增强子(enhancer) (3)其他元件(如负调控元件) 沉默子（silencer）、衰减子、终止子基本转录因子：如TATA盒的结合因子 TFD、GC 盒的结合因子SP1 等。特异转录因子：如NF-kB、PPAR等。5. 简述增强子的特性。增强子(enhancer) 特性有：增强基因转录频率，一般增加10-200倍；通过启动子起作用，没有基因专一性，对各种基因启动子均用作用； 增强子的作用与其位置和方向无关； 长度约100-200bp，核心序列为8-12bp； 有严密的组织和细胞特异性。6. 比较SiRNA与miRNA结构、功能的不同。不同点不同点 siRNA miRNA 来源 外源性的长链dsRNA 自身的pre-miRNA 分子结构 双链RNA，3端有突出 miRNA是单链RNA 互补性一般要求完全互补不完全互补，存在错配作用位置作用于mRNA的任何部位作用于靶基因3-UTR区对RNA的影响降解目标mRNA；影响mRNA的稳定性多层次调控RNA代谢；与mRNA稳定性无关作用水平转录后水平翻译水平生物学意义原始作用是抑制转座子活性和病毒感染在发育过程中起作用，调节内源基因表达基因表达调控、基因功能的研究1、 试列举几种研究基因表达调控的方法,并简述其原理。方法：电泳迁移率试验 DNase I 足迹分析 甲基化干扰试验 报告基因分析 染色质免疫共沉淀 原理：1）电泳迁移率实验（EMSA）（electrophoretic mobility shift assay）又称凝胶阻滞试验(gel retardation assay)基本原理：蛋白质与标记的核酸探针结合后，电泳时蛋白质-探针复合物比游离探针在凝胶中泳动的速度慢。2）DNase I 足迹分析基本原理：DNA特定序列与DNA结合蛋白结合后，DNA结合蛋白可保护该部位的DNA不受DNase I 的水解。3）甲基化干扰试验基本原理：利用硫酸二甲酯(DMS)使DNA中的嘌呤碱基（G与A）甲基化，甲基化的G和A会干扰DNA结合蛋白与DNA结合；用哌啶对甲基化DNA进行特异切割，得到不同长度DNA片段。而与结合蛋白质的DNA位点则不会被切割。4）报告基因分析-通过基因重组将待测DNA与特异报告基因相连，导入细胞进行表达。通过测定表达出的报告基因产物的量，即可得知该DNA是否具有启动子活性及启动子活性的高低。5）染色质免疫共沉淀（CHIP）基本原理：在生理状态下把细胞内的蛋白质和DNA交联在一起，超声波将其打碎为一定长度范围内的染色质小片段，然后通过目的蛋白质的特异性抗体沉淀此复合物，特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段，通过对目的片断的纯化与检测，从而获得蛋白质与DNA相互作用的信息。2、 常用的研究基因功能的方法有哪些？基因转导 反义核酸技术 RNA干扰 基因敲除技术 蛋白质相互作用相关技术 生物信息学3、 什么是RNA干扰？简述其机理和应用领域。RNA干扰（RNAi）（RNA interference）是一种由双链RNA所引起的序列特异性基因沉默。 机制：RNAi是通过长度为2123nt的小RNA分子介导实现。这种小RNA分子被称之为小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）。 siRNA由Dicer酶切割双链RNA产生。Dicer属于RNase家族成员，是双链RNA特异性核酸内切酶。siRNA与RNA诱导沉默复合体（RNA-induced silencing complex，RISC）结合，激活RISC。 RISC的成分：Dicer、Argonaute酶、TRBP结合蛋白。活化的RISC中的siRNA反义链引导与mRNA 结合，AGO2剪切mRNA。 RNAi具有放大相应。应用：1RNAi作为一种强有力的研究工具，用于功能基因组的研究；细胞水平的基因敲除。2RNAi应用于基因治疗（抗感染、抗肿瘤等）。蛋白质结构与功能、提取与纯化技术、核酸、基因和基因组1、 以镰刀型红细胞贫血患者体内的血红蛋白为例说明“分子病”的机理。1)正常的血红蛋白是由两条链和两条链构成的四聚体,其中每条肽链都以非共价键与一个血红素相连接。链由141个氨基酸组成,链由146个氨基酸组成。镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白的分子结构与正常人的血红蛋白的分子结构不同。正常的血红蛋白(HbA)和镰形细胞的血红蛋白(HbS)的链是完全相同的,所不同的只是链上从N末端开始的第6位的谷氨酸,在病态的HbS分子中却被缬氨酸所代替。2) 在HbS中,由于带负电的极性亲水谷氨酸被不带电的非极性疏水缬氨酸所代替,致使血红蛋白的溶解度下降。在氧张力低的毛细血管区,HbS形成管状凝胶结构(如棒状结构),导致红细胞扭曲成镰刀状(即镰变)。这种僵硬的镰状红细胞不能通过毛细血管,加上HbS的凝胶化使血液的黏滞度增大,阻塞毛细血管,引起局部组织器官缺血缺氧,产生脾肿大、胸腹疼痛(又叫做“镰形细胞痛性危象”)等临床表现。3)这种由于蛋白质分子发生变异所导致的疾病，被称为分子病，为基因突变所致。2、试比较两类生物大分子蛋白质与核酸在结构与功能上的异同点。不同点相同点蛋白质核酸1都是生物体内重要的大分子，在生物体的生存、发育、繁殖、免疫等多方面发挥着重要的作用2主要组成成分都是C、H、O、N3 都有两性解离、变性复性、特别的光吸收效应、显色效应等4 都有螺旋式的一级结构基本元素C、H、O、N 硫C、H、O、N、P（910%）基本组成氨基酸碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖磷酸(phosphate)一级结构蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序，其基础是肽键Dna分子中各脱氧核苷酸的排列顺序。核苷酸之间以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。二级结构某段肽链主链原子的相对空间位置模序：结构域：超二级结构，是介于二级和三级结构间的另一种结构层次。由两条相互平行但走向相反的脱氧多核苷酸链组成三级结构整条多肽链所有原子在三维空间的排布位置，但不包括亚基间的相互作用。正负超螺旋四级结构蛋白质分子中焉亚基间的空间排列和相互作用无3、简述核酸酶的种类，并说明核酶与核酸酶的区别。核酸酶是指所有可以水解核酸的酶 依据底物不同分类 DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解DNA。 RNA酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解RNA。 依据切割部位不同：核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。核酸外切酶：53或35核酸外切酶。区别：核酶：催化性RNA (ribozyme) 作为序列特异性的核酸内切酶降解mRNA。 催化性DNA (DNAzyme) 人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解RNA。 核酶和脱氧核酶是具有高效、特异催化作用的核糖核酸和脱氧核糖核酸，是近年来发现的另一类生物催化剂，为数不多，主要作用于核酸4、论述DNA的结构与功能的关系。（1）DNA分子中各脱氧核苷酸的排列顺序。核苷酸之间以磷酸二酯键连接形成多核苷酸链，即核酸。不同的脱氧核苷酸的排列顺序决定不同的遗传信息。（2）、DNA的二级结构 DNA双螺旋结构是核酸的二级结构。双螺旋的骨架由糖和磷酸基构成，两股链之间的碱基互补配对，是遗传信息传递者，DNA半保留复制的基础，结构要点：a.DNA是一反向平行的互补双链结构亲水的脱氧核糖基和磷酸基骨架位于双链的外侧，而碱基位于内侧，碱基之间以氢键相结合，其中，腺嘌呤始终与胸腺嘧啶配对，形成两个氢键，鸟嘌呤始终与胞嘧啶配对，形成三个氢键。确保了DNA分子的稳定性。b.DNA是右手螺旋结构螺旋直径为2nm。每旋转一周包含了10个碱基，每个碱基的旋转角度为36度。螺距为3.4nm，每个碱基平面之间的距离为0.34nm。纵向碱基堆积力进一步稳定了DNA双链结构。 DNA双螺旋结构稳定的维系横向靠互补碱基的氢键维系，纵向则靠碱基平面间的疏水性堆积力维持，尤以后者为重要。（3）、DNA的三级结构 三级结构是在双螺旋基础上进一步扭曲形成超螺旋，使体积压缩。在真核生物细胞核内，DNA三级结构与一组组蛋白共同组成核小体。在核小体的基础上，DNA链经反复折叠形成染色体。使得在狭小的细胞空间内存储巨大的遗传信息成为可能。（4）、DNA的功能DNA的基本功能就是作为生物遗传信息复制的模板和基因转录的模板，它是生命遗传繁殖的物质基础，也是个体生命活动的基础。 DNA中的核糖和磷酸构成的分子骨架是没有差别的，不同区段的DNA分子只是碱基的排列顺序不同。5、病毒、细菌基因组的特点？（1）病毒基因组的特点: 病毒基因组很小，所含遗传信息量较小，只能编码少数的蛋白质,每种病毒只含一种核酸；常见有基因重叠现象,即同一DNA序列可以编码两种或三种蛋白质分子；基因组的大部分序列用来编码蛋白质，其间隔序列非常短，故非编码区只占基因组一小部分；功能上相关的基因往往集中成簇，转录产物往往是多顺反子；（2）细菌基因组的特点：有操纵子结构；通常是单拷贝基因，只有一个复制起始点；结构基因中无内含子，是连续的，转录后不需剪接加工和穿核膜，为边转录边合成Pro.无基因重叠结构，任何一段DNA不会用于编码两种蛋白质；DNA分子中有多种功能调控区；与真核生物类似，具有可移动的DNA序列。6、何谓断裂基因( split gene)?何谓重叠基因( overlapping gene)?它们在生物进化与适应上有何意义?在真核细胞中的核苷酸序列中间插入与氨基酸编码无关的DNA间隔区段，使一个有功能的结构基因分隔成不连续的若干区段，将该间隔区段的DNA片断称为断裂基因（split gene）不同基因的核苷酸序列有时为相邻两个基因共用，将核苷酸彼此重叠的两个基因称为重叠基因（overlapping genes）意义：重叠基因对于那些具有有限基因遗传信息含量的生物来说具有一定的适应意义，它们能够比一个序列一个产物产生更多的基因产物，复制过程所需的时间和能量都将减少。但重叠基因也有不利的一方面，即共同的序列上发生突变可能影响两个甚至三个基因的功能。因此一个生物的重叠基因越多，它的适用 性就越少，在进化中就越趋于保守。 断裂的意思相当于内含子的功能，内含子是在进化中出现或消失的，内含子如果有功能只不过是有利于特种的进化选择，如细菌丢失了内含子，可以使染色体变小和复制速度加快，真核生物保留内含子则可以产生外显子移动，有利于真核生物在适应环境改变时能合成功能不同而结构上只有微小差异的蛋白质，另一些学者认为内含子在基因表达中有调控功能。7、人类基因组计划的目的是什么？对于医学发展将会带来哪些影响？目的：分析出人类基因组 24 条染色体，约 30 亿对核音酸的 DNA 分子的全部序列。这项工作对于认识各种基因的功能，了解基因表达的调控方式，理解生物进化的基础，进而阐明所有生命活动的分子基础无疑具有十分重要的意义。人类基因组计划的具体研究内容包括 (1) 建立高分辨率的人类基因组遗传图；（ 2 ）建立人类所有染色体的物理图谱；（ 3 ）完成人类基因组的全部序列测定；（ 4 ）发展取样、收集、数据的储存及分析技术。意义：人类基因组计划的实施大大促进了医学的发展， DNA 的遗传作图和物理作图对于认识疾病相关基因具有巨大的推动作用。遗传性疾病的基因定位，尤其是多基因复杂性状的基因位点也将在全基因组定位扫描中得到充分认识。例如高血压、糖尿病等吸引着众多的医学家和药物学家从分子水平对这些疾病的认识，从而改变传统治疗方式。8、简述蛋白质的分离纯化方法。（1）透析及超滤法 透析(dialysis)是利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。超滤法应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。（2）丙酮沉淀、盐析 使用丙酮沉淀时，必须在04低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。盐析(salt precipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。（3）电泳法分离蛋白质 蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术, 称为电泳(elctrophoresis) 。（4）层析(chromatography) 蛋白质分离常用的层析方法：离子交换层析和凝胶过滤(gel filtration)又称分子筛层析。（5）超速离心 既可以用来分离纯化蛋白质也可以用作测定蛋白质的分子量。糖蛋白和蛋白聚糖1试从分子组成结构特征和生物学功能两方面比较糖蛋白和蛋白聚糖的异同。N连接糖蛋白O连接糖蛋白糖基化位点AsnXS/Thr不太清楚，通常在丝苏AA集中且有脯AA的序列中合成场所粗面内质网和高尔基体中，可与肽链合成同时在多肽链合成后进行载体在内质网上以长萜醇为糖链载体无糖链载体整个过程在内质网开始在高尔基体结束蛋白聚糖是由蛋白质与糖胺聚糖共价结合形成的一类糖蛋白，但它与一般的糖蛋白又有区别，蛋白聚糖含糖百分率比糖蛋白高，约为95%以上，而且在寡糖连结构上存在根本差别，蛋白聚糖的糖连由二糖重复单位组成了糖胺聚糖，含有大量的羧基、硫酸基等负电集团，因此是一种负电性较强的生物大分子。在组织中，蛋白聚糖因吸收大量的水而被赋予粘性和弹性，具有稳定和支持细胞的作用，有较强的亲水性。蛋白聚糖的功能PG构成结缔组织的基质2.PG参与维持体内水电解质的平衡3.促进肾脏的浓缩功能4.PG在炎症感染和免疫中的作用5.PG有保护眼的作用6.PG为体内润滑剂7.PG可防止结石形成8.肝素促进血管壁释放脂蛋白酯酶，降解脂蛋白2试从生物合成过程特点比较N-连和O-连蛋白聚糖的异同。N连接聚糖和O连接聚糖均是在内质网和高尔基复合体中合成的，均由特异的糖基转移酶逐个连接单糖基，单糖基供体一般是UDP或GDP的衍生物。但N连接聚糖的合成是与蛋白质肽链的合成同时进行的，其以长萜醇为糖链载体，先将UDPN乙酰葡萄糖胺中的N乙酰葡萄糖胺转移到长萜醇分子上，然后逐个加上糖基，直至形成含14个糖基的长萜醇焦磷酸聚糖结构，再将含14个糖基的聚糖链作为一个整体转移到糖基化位点在的天冬酰胺的酰胺氮上，最后再进行加工，成为成熟的N连接聚糖。O连接聚糖的合成是在多肽链合成后进行的，没有糖链载体，在相应糖基转移酶的作用下，将O连接聚糖的第一个糖基转移到多肽链糖基化位点的氨基酸残基的羟基氧上，形成O连接，然后逐个加上糖基，直至最后形成O连接聚糖链。3试述O-连蛋白聚糖在免疫性疾病和肿瘤发生、防治中作用。肿瘤细胞中，许多O连蛋白聚糖合成相关的酶上调或下调，位置也常发生变异，这些变异导致重要中间产物合成的错误或阻断前体结构的转化，成为肿瘤辅基化改变的重要因素。1、在胃肠道肿瘤中，ST和 抗原的表达被视为分化不良的腺癌和粘液癌的标志，并和肿瘤的侵袭性、高度增生性、转移性及不良的临床预后有关；2、胰腺合成大量的细胞表面粘蛋白MUCI，因此 抗MUCI的抗体；3、CIGNT的表达与肿瘤的血管侵袭和淋巴结转移有关，为临床上判断肺腺癌恶性程度提供依据。O聚糖结构对肿瘤的形成是很关键的，抑制唾液酸化可以减弱肿瘤细胞的转移能力。4结合自已的专业，通过查资料，谈谈蛋白聚糖在课题设计中的可能趋向与结合点。1PG构成结缔组织的基质2.PG参与维持体内水电解质的平衡3.促进肾脏的浓缩功能4.PG在炎症感染和免疫中的作用5.PG有保护眼的作用6.PG为体内润滑剂7.PG可防止结石形成8.肝素促进血管壁释放脂蛋白酯酶，降解脂蛋白。细胞信号转导1请简述GPCR介导的信号转导通路。G蛋白可与鸟嘌呤核苷酸可逆性结合。由、和亚基组成的异三聚体，在膜受体与效应器之间起中介作用。信息分子与受体结合后，激活不同G蛋白，有以下几种