农大分子遗传学 考试(原创整理版).doc

一、 名词解释1) 拟等位基因：作用相同，位于紧密相近位点上的非等位基因，由于紧密连锁很难发生交换，因此使用普通的等位基因验测法往往误认为是等位基因，故称为拟等位基因2) 全同等位基因：在同一基因座位中，同一突变位点向不同方向发生突变所形成的等位基因。3) 非全同等位基因：在同一基因座位中，不同突变位点发生突变所形成的等位基因4) 同裂酶：指来源余波那个物种但能识别相同DNA序列且切割方式相同的酶5) 同尾末端酶：切割不同的DNA片段但产生相同的粘性末端的一类限制性内切酶。6) 启动子：指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列7) DNA复制：以双链DNA一条链为模板通过DNA聚合酶作用利用游离的脱氧核糖核苷三磷酸合成新的DNA分子8) 增强子：增强基因启动子工作效率的顺式作用序列，能够在相对于启动子的任何方向和任何位置(上游或下游)上都发挥作用，增强子的效应很明显，一般能使基因转录频率增加10200倍，有的甚至可以高达上千倍9) 假基因：pseudogene基因组中存在的一段与正常基因非常相似但不能表达的DNA序列。分为两大类：一类保留了相应功能基因的间隔序列，另一类缺少间隔序列，称为加工过的假基因或返座假基因。10) 顺反子：cistron顺反子是一个遗传功能单位，一个顺反子决定一条多肽链，可分为单顺分子和多顺分子11) Exon: 即外显子，就是指真核细胞的基因在表达过程中能编码蛋白质的核苷酸序列。12) Intron: 即内含子，真核生物细胞DNA中的间插序列。这些序列被转录在前体RNA中，经过剪接被去除，最终不存在于成熟RNA分子中。13) RNAi：RNA interference 即RNA干涉，是由dsRNA介导的由特定酶参与的特异性基因沉默现象,它在转录水平、转录后水平和翻译水平上阻断基因的表达。14) PCD：细胞程序性死亡，是一个由基因决定的细胞主主动的有序的死亡方式。当细胞遇到内、外环境因子刺激时，受基因调控启动的自杀保护措施，包括一些分子机制的诱导激活和基因编程，通过这种方式去除体内非必需细胞或即将发生特化的细胞。15) 值矛盾：生物体的单倍体基因组所含DNA总量称为C值，从总体上说，生物基因组的大小同生物在进化上所处地位的高低无关，这种现象称为C值矛盾。16) 最大值：单倍体基因组总DNA的含量。17) Splitting gene: 即断裂基因，真核生物结构基因中，由若干个编码区和非编码区互相间隔开但又连续镶嵌而成，去除非编码区再连接后，可翻译出由连续氨基酸组成的完整蛋白质，这些基因称为断裂基因。18) 顺式作用元件：cis-acting element，即存在于基因旁侧序列中能影响基因表达的序列。顺式作用元件包括启动子、增强子、调控序列和可诱导元件等，它们的作用是参与基因表达的调控。顺式作用元件本身不编码任何蛋白质,仅仅提供一个作用位点，要与反式作用因子相互作用而起作用。19) 反式作用因子：trans-acting factor是指能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上参与调控靶基因转录效率的蛋白质。20)反义RNA：antisense RNA是指与mRNA互补的RNA分子, 也包括与其它RNA互补的RNA分子。由于反义RNA与mRNA特异性的互补结合, 从而抑制了该mRNA的翻译。21)增强子：是指远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关，可位于转录起始点的上游或下游。二、问答题1. 重叠基因的生物学意义。答：重叠基因（overlapping gene）是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组成部分。它利用碱基的重叠来编码更多的信息，基因的重叠不仅是为了节约碱基，能经济和有效地利用DNA遗传信息量，更重要的是它对基因的调控有重要意义。2. 重复序列的种类。答：1.高度重复序列重复几百万次，一般是少于10个核苷酸残基组成的短片段。如异染色质上的卫星DNA。它们是不翻译的片段。在小鼠中约占基因组的10。（重复序列是为了大量合成蛋白质和核酸） 2.中度重复序列重复次数为几十次到几千次。在小鼠中约占20。如rRNA基因、tRNA基因和某些蛋白质（如组蛋白、肌动蛋白、角蛋白等）的基因。 3.单一序列在整个基因组中只出现一次或少数几次的序列，在小鼠中约占基因组的70。如珠蛋白基因、卵清蛋白基因、丝心蛋白基因等。实验证明，所有真核生物染色体可能均含重复序列而原核生物一般只含单一序列。高度和中度重复序列的含量随真核生物物种的不同而变化。3. 简述基因概念的多样性。答：基因概念的定义是一个发展完善的过程，我们在不同的时间和条件下，从不同的角度对基因的认识是不完全相同的，这就使得基因概念存在多样性，最早奥地利学者G.J.孟德尔提出遗传因子的说法，这可以说是基因最早的概述了；1910年美国 T.H.摩尔根提出基因是一个遗传、交换、突变的单位；其后，Benzer把基因（即顺反子）定义为遗传上的一个不容分割的功能单位，一个顺反子包括着许多的突变子和重组子；随之断裂基因的发现，对传统的基因概念是一个挑战，Gilbert W.提相互基因是一个转录单位，他是由若干个外显子和内含子交替拼接组成；而现在我们从分子水平上定义基因：基因是一段制造功能产物的完整的染色体片段。不同的是传统遗传学则认为：“基因是染色体的一个节段。”但是朊病毒的发现，又一次对基因的定义提出新的挑战，Wickner R.B.等提出：“如果一种遗传因子是阮病毒，它就是一种由蛋白质组成的基因。”4. 原核生物基因表达调控多采用负调控的原因。答：在原核生物中，基因表达多以操纵子为基因表达的协同单位，在基因表达调控的过程中多以负调控为主，例如在乳糖操纵子中调节基因的产物阻遏蛋白与操纵基因结合后可阻止其邻近启动子转录起始。阻遏蛋白的作用属负调控。其原因是由于原核生物的RNA聚合酶与其启动子有亲和性，能自动识别和结合其启动子，并在因子的辅助下开始转录，所以原核生物采用负调控阻遏基因的表达。5. 真核生物基因表达调控多采用正调控的原因。答：在真核生物基因表达过程中，不组成操纵子，每个基因都有自己的基本启动子和调节元件，单独进行转录和翻译。在转录和翻译过程中，主要以正调控为主，其原因为真核生物的RNA聚合酶自身不能识别和结合其启动子，而需要在启动子上由转录因子和RNA聚合酶装配成活性转录起始复合物才能起始转录。转录的完成还与顺式作用元件、反式作用因子相关，这些调节因子多为正调控，真核生物还受反式调节因子调控，这些反式调控因子常受共价修饰，主要是磷酸化的调节。6. 简述乳糖操纵子的基本内容。答：大肠杆菌中控制半乳糖苷酶诱导合成的操纵子。包括调控元件P(启动子)和O(操纵基因)，以及结构基因lacZ(编码半乳糖苷酶)、lacY(编码通透酶)和lacA(编码硫代半乳糖苷转乙酰基酶)。在没有诱导物时，调节基因lacI 编码阻遏蛋白，与操纵基因O 结合后抑制结构基因转录；乳糖的存在可与lac阻遏蛋白结合诱导结构基因转录，以代谢乳糖。7. 调控蛋白质结构花式的种类。答：a.螺旋-转角-螺旋：常见于真核生物含有同源域的蛋白质中。同源域的保守序列位于3个螺旋区，螺旋3为识别螺旋，结合于DNA大沟，螺旋1、2位于DNA上，螺旋1的N端肽段结合于小沟，全长60个aa残基b.锌指结构: 由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn2+构成，形成的结构像手指状。c.亮氨酸拉链：(leucine zipper)是由伸展的氨基酸组成，每两圈7个氨基酸中的第7个氨基酸是疏水性亮氨酸，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。 d.螺旋-突环-螺旋：由4050个氨基酸残基形成两个两性a螺旋，中间隔一个长度可变的连接区（即突环）。8. 启动子的作用及原核生物启动子的结构特征？答：启动子是一段位于结构基因5端上游区的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确地相结合并具有转录起始的特异性。绝大部分启动子都存在这两段共同序列，即位于-10bp处的TATA区和-35 bp处的TTGACA区。-10位的TATA区和-35位的TTGACA区是RNA聚合酶与启动子的结合位点，能与因子相互识别而具有很高的亲和力。9. 真核生物pre-RNA的加工过程包括哪些方面。答：真核生物编码蛋白质的基因以单个基因作为转录单位，其转录产物为单顺反子mRNA, mRNA 在核中产生后须经过一系列复杂的加工过程并转移到细胞质中才能表现出翻译功能。mRNA的原初转录物是相对分子质量极大的前体，被称为hnRNA，其中有部分可以转变成成熟的mRNA。由hnRNA转变成 mRNA的加工过程有：1) 5端形成特殊的帽子结构（m7G5ppp5NmpNp-）2) 在链的3端切断并加上polyA尾巴3) 通过拼接除去由内含子转录来的序列4) 链内部核苷被甲基化10. 简述基因概念的发展。答：从孟德尔定律的发现到现在,一百多年来人们对基因的认识在不断地深化。 1866年，奥地利学者G.J.孟德尔在他的豌豆杂交实验论文中，用大写字母A、B等代表显性性状如圆粒、子叶黄色等，用小写字母a、b等代表隐性性状如皱粒、子叶绿色等。这些符号正是在形式上代表着基因，而且至今在遗传学的分析中为了方便起见仍沿用它们来代表基因。 20世纪初孟德尔的工作被重新发现以后，他的定律又在许多动植物中得到验证。1909年丹麦学者W.L.约翰森提出了基因这一名词，用它来指任何一种生物中控制任何性状而其遗传规律又符合于孟德尔定律的遗传因子，并且提出基因型和表现型这样两个术语，前者是一个生物的基因成分，后者是这些基因所表现的性状。 1910年美国 T.H.摩尔根首先说明基因可以发生突变。1911年摩尔根又指出位于同一染色体上的两个基因可以通过染色体交换而分处在两个同源染色体上。交换是一个普遍存在的遗传现象，不过直到40年代中期为止，还从来没有发现过交换发生在一个基因内部的现象。因此当时认为一个基因是一个功能单位，也是一个突变单位和一个交换单位。 40年代以前，对于基因的化学本质并不了解。直到1944年 O.T.埃弗里等证实肺炎双球菌的转化因子是DNA，才首次用实验证明了基因是由DNA构成。 1955年S.本泽发现在一个基因内部的许多位点上可以发生突变，并且可以在这些位点之间发生交换，从而说明一个基因是一个功能单位，但并不是一个突变单位和交换单位，因为一个基因可以包括许多突变单位（突变子）和许多重组单位(重组子)。 1969年J.夏皮罗证实了一个基因可以离开染色体而独立地发挥作用，于是颗粒性的遗传概念更加确立。随着重组DNA技术和核酸的顺序分析技术的发展，对基因的认识又有了新的发展，主要是发现了重叠的基因、断裂的基因和可以移动位置的基因11. 什么是DNA的半保留复制和半不连续复制？答：DNA半保留复制时双链DNA普遍的复制机制，是指复制时，子代DNA分子中仅保留一条亲代链，另一条链则是新合成的。在机体内，DNA的两条链都能作为模板，同时合成出两条新链。由于DNA分子的两条链是反向平行的，一条链的走向为5到3，另一条链为3到5。但是所有DNA聚合酶的合成方向都是5到3，所以在3到5走向的DNA上形成许多不连续的冈崎片段，然后再由连接酶连成大分子DNA，所以3到5链的DNA复制是不连续的，故称为半不连续复制。12. 原核生物和真核生物基因表达上的遗传差异？答：真核生物有完整的细胞核和多种细胞器，细胞核中有染色体；而原核生物无完整的细胞核，无复杂的细胞器，遗传物质一般为环状的大分子DNA。这就使得原核生物和真核生物在基因表达上存在着一些遗传差异：真核生物基因转录和翻译在时间和空间上分开的，转录发生在核内，转录产生的mRNA被转运到胞质中后通过tRNA及相关酶翻译成多肽链。在整个基因表达过程中受到多级调控系统的调节，并调节机制复杂多样。原核生物基因的转录和翻译几乎同时进行，原核生物基因无断裂基因，存在着大量的由细胞功能相关的结构基因成簇排列所组成的转录单位操纵子，它不仅仅是表达单位也是协同调节单位。转录主要在核区进行，转录产生成熟的mRNA可同时翻译多条多肽链，并mRNA边翻译边水解，这就使得原核生物mRNA的半衰期较真核生物要短。原核生物的调节机制相对要简单一些。13中心法则对分子遗传学研究的理论意义和指导作用。中心法则即遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的过程。也可以从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制过程。这是所有有细胞结构的生物所遵循的法则。如在某些病毒中的RNA自我复制（如烟草花叶病毒等）和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程。中心法则是现代生物学中最重要最基本的规律之一， 其在探索生命现象的本质及普遍规律方面起了巨大的作用，极大地推动了现代生物学的发展，是现代生物学的理论基石，并为生物学基础理论的统一指明了方向，在生物科学发展过程中占有重要地位。遗传物质可以是DNA，也可以是RNA。遗传信息并不一定是从DNA单向地流向RNA，RNA携带的遗传信息同样也可以流向DNA。但是DNA和RNA中包含的遗传信息只是单向地流向蛋白质，迄今为止还没有发现蛋白质的信息逆向地流向核酸。这种遗传信息的流向，就是克里克概括的中心法则(central dogma)的遗传学理论意义。 14 传信息表达的方式。答：组成性表达1、概念：又称组成性基因表达是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。其基因表达产物通常是对生命过程必需的或必不可少的，且较少受环境因素的影响。这类基因通常被称为管家基因 2.特点不易受环境变化影响,表达产物是整个生命过程中都持续需要的,是细胞存活所必须的。表达水平较恒定。3. 意义 维持生命(二)适应性表达1.概念: 指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。包括：诱导随环境条件变化基因表达水平增高的现象称为诱导阻遏-相反，随环境条件变化而基因表达水平降低的现象称为阻遏相应的基因。2.特点 易受环境变化影响3.意义 适应环境15在真核生物中有哪些RNA聚合酶，他们分别转录那种RNA分子.答：真核生物RNA聚合酶的种类和性质酶的种类功能对抑制物的敏感性RNA聚合酶1转录45s rRNA前体，经加工产生5.8s rRNA 、18s rRNA 、28s rRNA对a-鹅膏覃碱不敏感RNA聚合酶2转录所有编码蛋白质的记忆和大多数核内小RNA（SnRNA）对a-鹅膏覃碱敏感RNA聚合酶3转录小RNA的基因，包括tRNA，5S rRNA、U6snRNA和scRNA对a-鹅膏覃碱中等敏感16核生物和真核生物基因表达调控上的主要异同答：基因表达即是指遗传信息的转录和翻译过程，它受到不同水平的调节。原核生物基因组成操纵子作为表达的协同单位，它包括在功能上彼此相关的结构基因和控制部位，可接受调节基因产物的作用。对降解物敏感的分解途径操纵子可被cAMP与其受体蛋白复合物所活化。某些合成途径操纵子受衰减子的调节。细菌的严紧控制与ppGpp的调节功能有关，而晚期基因产物又抑制早期基因表达，从而表现出一定的时序控制。翻译水平的调节主要有：不同mRNA翻译起始频率和速度的差异，翻译阻遏作用，反义RNA的作用等 真核生物基因不组成操纵子，不形成多顺反子mRNA。真核生物基因表达受到多级调控系统的调节。转录前水平调节主要有染色体DNA的断裂、删除、扩增、重排、修饰和异染色质化等改变基因结构和活性的过程。转录水平的调节包括染色质的活化和基因的活化。通过染色质改型，组蛋白乙酰化，染色质变得疏松化，可被酶和调节蛋白作用。基因转录受顺式作用元件，包括启动子、增强子及其应答元件的控制；也受反式作用因子，包括基本转录因子、上游转录因子和转录调节因子等的调节。转录后水平的调节包括转录产物的加工和转运的调节；通过不同反式的拼接可产生不同的mRNA。翻译水平的调节主要是控制mRNA的稳定性和有选择的进行翻译。翻译后水平的调节主要控制多肽链的加工和折叠；通过不同反式的加工可产生不同的活性肽。5) 以大肠杆菌为例说明原核生物基因组结构及基因结构和表达的特点。答：大肠杆菌属原核生物，它含有环状质粒DNA，共3500碱基，基因组中含有72个操纵子，并有部分基因是调节基因，操纵子在整个基因组中随机分布，绝大多数基因是单拷贝基因。其基因组成操纵子作为表达的协同单位，它包括在功能上彼此相关的结构基因和控制部位（启动子和操纵基因），以乳糖操纵子为例：它包括调控元件P(启动子)和O(操纵基因)，以及结构基因lacZ(编码半乳糖苷酶)、lacY(编码通透酶)和lacA(编码硫代半乳糖苷转乙酰基酶)。大肠杆菌基因转录和翻译都是在拟核区内完成，并几乎同时进行，表达时同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条蛋白质多肽链。表达的调控相对简单。6) 真核生物是如何通过转录调控的顺式作用因子，反式作用因子以及相互作用来调控基因的表达。答：真核生物的转录调控中，常依赖于顺式作用元件、反式作用因子与RNA聚合酶的相互作用的调节。顺式作用元件是指存在于基因旁侧序列中能影响基因表达的DNA序列。其包括启动子、增强子、调控序列和可诱导元件等，它们参与基因表达的调控，但是它们本身并不编码任何蛋白质,仅仅提供一个作用位点，要与反式作用因子相互作用而起作用。反式作用因子有基本转录因子、上游因子和可诱导因子。它们与顺式作用元件结合，可激活或抑制基因转录，例如激活因子与增强子结合大大的促进启动子与RNA聚合酶或转录因子复合物结合，从而促进基因转录。17、以大肠杆菌为例说明原核生物基因组结构及基因结构及基因结构表达的特征。基因结构的特征 1. 染色体是由一个核酸分子（DNA或RNA）组成的，DNA（RNA）呈环状或线性。 2. 功能相关的基因大多以操纵子形式出现。如大肠杆菌的乳糖操纵子等。操纵子是细菌的基因表达和调控的一个完整单位，包括结构基因、调控基因和被调控基因产物所识别的DNA调控原件（启动子等）。 3. 蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在。一般而言，为蛋白编码的核苷酸顺序是连续的，中间不被非编码顺序所打断。 4. 编码RNA的基因通常是多拷贝的。基因表达特征由于大肠杆菌无核膜，所以转录与翻译是偶联的，也是连续进行的。其染色体 DNA是裸露的环形 DNA，转录成 mRNA 后，可直接在胞浆中与核糖体结合翻译形成蛋白质。在翻译过程中，mRNA可与一定数目的核糖体结合形成多核糖体。两个核糖体之间有一定长度的间隔，为裸露的 mRNA。每个核糖体可独立完成一条肽链的合成，即这种多核糖体可以同时在一条 m