第九章 原核生物基因表达调控

1、第九章 原核生物基因表达的调控三、练习题(一)名词解释1基因表达(gene expression) 2组成型表达(constitutive expression)3诱导型表达(inducible expression)4操纵子(operon) 5操纵基因(operator)6负调控(negative regulation) 7正调控(positive regulation)8可诱导调节(inducible regulation) 9可阻遏调节(repressible regulation) 10抗终止蛋白(antitermination protein) 11CAP(catabolite ge

2、ne activation protein)or CRP(cAMP-receptor protein) 12衰减作用(attenuation) 13衰减子(attenuator)14分解代谢物阻遏(catabolite repression) 15组成型基因(constitutive genes)16诱导物(inducer) 17安慰诱导物(gratuitous inducer) 18原噬菌体(prophage) 19溶源性(1ysogeny) 20溶源免疫(1ysogenic immunity)21负调控物(negative regulator) 22正调控蛋白(positive regul

3、ator protein)23调节基因(regulatory gene) 24基因调控(gene regulation or gene control)25阻遏蛋白(repressor protein) 26激活蛋白(activator) 27前导序列(1eadersequence) 28SD序列(Shine-Dalgarno sequence) 29魔斑(magic spot)(二)是非判断题1当一个噬菌体侵染一个合适的大肠杆菌寄主细胞时，通常是裂解性侵染，释放出几百个子代噬菌体；更少见的是它会整合到寄主染色体中，产生带有原噬菌体染色体的溶源菌。 ( )2噬菌体的黏性末端与噬菌体的感染活性无

4、关。 ( )3噬菌体的基因调控通过转录进行，其一个转录单位包括功能上并不直接相关的基因。 ( )4负责噬菌体DNA合成的酶是在裂解循环的晚期形成的。 ( )5溶源化是一个dsDNA病毒的生活周期中的一种状态，是当病毒的基因组整合进一个宿主细胞的基因组时形成的状态。 ( )6C 蛋白的稳定性是影响溶源和裂解循环之间开关的一个关键。 ( )7为了把噬菌体附着位点(attP)和在细菌染色体上的附着位点(attB)结合重组起来，噬菌体DNA在感染大肠杆菌后靠末端cos位点退火成环。 ( )8lacA的突变体是半乳糖苷透性酶的缺陷。 ( )9在非诱导的情况下，每个细胞大约有4分子的-半乳糖苷酶。 ( )

5、10乳糖是一种安慰诱导物。 ( )11RNA聚合酶同操纵基因结合。 ( )12多顺反子mRNA是协同调节的原因。 ( )131ac阻遏物是两种由4个相同的亚基组成的四聚体。 ( )14腺苷酸环化酶将cAMP降解成AMP。 ( )15CAP和CRP蛋白是相同的。 ( )16-35和-10序列对于RNA聚合酶识别启动子都是很重要的。 ( )17色氨酸的合成受基因表达、阻遏、衰减作用和反馈抑制的控制。 ( )18trp操纵子的引导mRNA能够同时形成三个“茎-环”结构。 ( )19在转录终止子柄部的A-T碱基对可以增强结构的稳定性。 ( )20真核生物和原核生物的转录和翻译都是偶联的。 ( )21在

6、Trp浓度的控制下，核糖体停泊在Trp引导区一串Trp密码子上，但并不与之脱离。 ( )22araC蛋白既可作为激活蛋白，又可作为阻遏蛋白起作用。 ( )23araC的表达不受调控。 ( )24SD序列与AUG之间的距离是影响转录效率的重要因素之一。 ( )25大肠杆菌lac操纵子中，根据调控更经济、有效的原则，诱导物的作用先将已存在于细胞中的酶前体转化成有活性的酶，然后才是诱导新酶合成。 ( )26阻遏蛋白与效应物结合，结构基因不转录叫负控阻遏系统。 ( )27在正控诱导系统中，效应物分子的存在使激活蛋白处于非活性状态。 ( )28因子是参与大肠杆菌中基因表达调控最常见的蛋白质。 ( )29

7、54因子可以在无核心酶时独立结合到启动子上。 ( )30空载tRNA诱导细菌产生应急反应信号ppGpp和pppGpp。 ( )31ppGpp和pppGpp是超级调控因子。 ( )32乳糖操纵子中A基因编码的蛋白是利用乳糖所必需的。 ( )33在没有诱导物时，因为乳糖操纵子被关闭，所以没有乳糖透过酶产生。 ( )34因为lac操纵子在本底水平的表达，所以乳糖才能被利用。 ( )35crp及腺苷酸环化酶基因突变的细菌都不能合成lac mRNA。 ( )36lac操纵子的阻遏物是抗解链蛋白。 ( )37lac操纵子中不同的酶在数量上的差异是由于在翻译水平上受到调节所致。( )38lac操纵子mRNA

8、内部，A基因比z基因更易受内切酶的作用而降解。 ( )39原核生物的所有操纵子中都有cAMP-CRP复合物结合位点。 ( )40trp操纵子的转录调控除了阻遏系统外，还有激活系统。 ( )41一个基因表达调控系统处于关闭状态，则这个系统内的基因一个分子也不表达。( )42偶联翻译也不能保证两个基因产物在数量上相等。 ( )43因为mRNA 3'端po1y(A)序列不翻译成蛋白质，所以其长短对翻译效率没有影响。 ( )44蛋白质只能阻遏或激活基因转录。 ( )45魔斑是指ppGpp和pppGpp在层析谱上的斑点。 ( )46Cro蛋白对c基因的转录起负调控作用，对cro基因的转录起正调控

9、作用。( )47噬菌体利用自身基因编码的RNA聚合酶转录。 ( )48噬菌体转录过程修饰宿主的RNA聚合酶是为了使其能识别噬菌体的启动子。( )49噬菌体的基因转录沿两条链向同一方向进行。 ( )50cro、Q和N都是早期转录产物。 ( )51PRE和PRM翻译的c基因产物的不同是在翻泽水平上调节的。 ( )52噬菌体的溶源途径建立之后，c基因从PRE开始转录，通过c蛋白对其自身的调控作用，使其维持溶源状态。 ( )(三)填空题1不同的生物使用不同的信号进行基因调控。原核生物中，_和_对基因表达起重要作用。在真核生物尤其是高等真核生物中，_和_是基因表达调控的最主要手段。2基因表达调控主要在以

10、下两方面：(1)_，这是生物最经济的调控方式；(2)_，在原核生物中，包括_、_、_、_和_等几方面的调控。3原核生物的基因调控主要发生在_上，根据调控机制不同可分为_和_。_可分为负控诱导系统和_；_可分为正控诱导系统和_。4阻遏物与_的结合影响了RNA聚合酶与启动子结合形成转录起始复合物的效率。5能够诱导操纵子但不是代谢底物的化合物称为_诱导物。能够诱导乳糖操纵子的化合物_就是其中一例。这种化合物同_蛋白质结合，并使之与_分离。乳糖操纵子的体内功能性诱导物是_。6Trp是一种调节分子，被视为_。它与一种蛋白质结合形成_。乳糖操纵子和Trp操纵子是两个_调控的例子。cAMP-CRP蛋白通过_

11、调控起作用。Trp操纵子受另一种系统_的调控，它涉及第一个结构基因被转录前的转录_。7SD序列是mRNA分子中同_结合的序列，其与_之间的距离影响翻译的效率。8cAMP-CRP复合物存在于_、_、_操纵子中。这个复合物与_的结合是这些操纵子mRNA合成所必需的。9_、_、_都是由多启动子调控的操纵子。其中_是DNA聚合酶全酶的亚基之一，其主要功能是_。10大肠杆菌中一个操纵子中包括功能上_的几个基因，噬菌体的一个转录单位包括功能上_的更多基因。的转录调控不仅包括_和_，还包括_或_有关的两种途径的选择。11噬菌体的调控区位于_和_之间，共有4个启动子，它们是：_、_、_和_。其中_启动向左转录

12、。从_转录并翻译得到的Cro蛋白和C蛋白是决定_的关键。(四)选择题1原核及真核生物调节基因表达的共同意义是( )。A适应环境、维持细胞发育和细胞分裂 B细胞分化C个体发育 D组织分化2阻遏蛋白是一种DNA结合蛋白，它属于以下哪一组?( )A螺旋-环-螺旋蛋白 B螺旋-转角-螺旋蛋白C锌指蛋白 D亮氨酸拉链蛋白EDNA脱甲基化酶3原噬菌体的晚期基因的表达依靠( )。A聚合酶，因子，RE，从启动子PRE起始转录B抗终止：N因子允许从启动子PR开始转录的继续C抑制：Cro蛋白抑制从启动子PR开始的转录D抗终止：Q因子允许从启动子PR开始转录的继续E以上全不对4原噬菌体(整合到宿主基因组的噬菌体基因

13、组)是自私DNA。这是因为( )。A它总是与溶源菌的基因组一起增殖 B它独立于溶源菌的基因组复制C它对病毒颗粒的进一步感染具有免疫力DA和C正确EB和C正确5温和噬菌体从溶源到裂解的转换可用以下哪个过程来描述( )。A自体调节的c基因的表达被Cro蛋白所抑制Bcro基因的表达被阻遏蛋白所抑制C原噬菌体的复制被转移因子(TF)介导的DNA聚合酶活性所诱导D转移因子介导是从PR开始转录的诱导E以上全不对6下面哪些真正是乳糖操纵子的诱导物?( )A乳糖 B蜜二糖CO-硝基苯酚-半乳糖苷(ONPG) D异丙-半乳糖苷E异乳糖7DNA依赖的RNA聚合酶的通读可以通过( )。A因子蛋白与核心酶的结合B抗终

14、止蛋白与一个内在的因子终止位点结合，因而封闭了终止信号C抗终止蛋白以它的作用位点与核心酶结合，因而改变其构象，使终止信号不能被核心酶识别DNusA蛋白与核心酶的结合E聚合酶跨越抗终止蛋白-终止子复合物8色氨酸操纵子的调控作用是受两个相互独立的系统控制的，其中一个需要前肽的翻译，下面哪一个调控这个系统?( )ATrp B色氨酰-tRNATrp C色氨酰-tRNA DcAMPE以上都不是9乳糖操纵子的直接诱导物是( )。A-半乳糖苷酶 B乳糖 C葡萄糖 D半乳糖10操纵子包括( )。A一个结构基因 B多个结构基因 C一个启动区 D多个启动区11lac操纵子阻遏蛋白结合乳糖操纵子的( )。AlacP

15、序列 B1acO序列 CCRP结合位点 DlacI基因12lac操纵子的阻遏蛋白由( )编码。AlacZ基因 Blacy基因 ClacA基因 DlacI基因13在转录水平上对基因表达的调控取决于( )的相互作用。ADNA的结构 BRNA聚合酶的功能C蛋白因子 D其他小分子配基14下列大肠杆菌操纵子中属于衰减子调节方式的有( )。Atrp操纵子 Bphe操纵子 Cthr操纵子 Diie操纵子E乳糖操纵子15trp操纵子调控过程涉及( )。A转录激活调控 B转录水平调控C翻译水平调控 D转录/翻译水平调控16原核基因调节过程涉及基因重组的是( )。A乳糖操纵子机制 B阿拉伯糖操纵子机制C色氨酸操纵

16、子机制 D沙门氏菌的鞭毛相变异17下列关于SD序列的说法正确的是( )。ASD序列对真核生物和原核生物的翻译都是重要的BSD序列相对于起始密码子AUG而言，是与方向和位置都无关的CSD序列有时会隐藏在mRNA茎-环结构中，对翻译起到抑制作用D原核生物中的编码基因的翻译共同受到一个上游SD序列的控制18基因表达的终产物可以是( )。A蛋白质 B多肽链 C脱氧核糖核酸 D核糖核酸29在lac操纵子中起调控作用的是( )。 Alac基因 BlacZ基因 ClacO序列 DlacP序列20在乳糖操纵子机制中起转录激活作用的因素是( )。A阻遏蛋白去阻遏 BcAMP 水平升高C葡萄糖水平升高 D葡萄糖水

17、平降低21下列属于基因表达终产物的是( )。A蛋白质 BmRNA CtRNA DrRNA22cAMP-CRP复合物是以下( )操纵子的正调控因子。Alac Bgal Cara Dtrp23下列属于多启动子调控的是( )。ArRNA操纵子 BDnaQ蛋白操纵子Clac操纵子 Dara操纵子24下列哪些糖代谢中有关酶的操纵子的调节属于降解物敏感型操纵子?( )A半乳糖 B阿拉伯糖 C麦芽糖 D乳糖25一个噬菌体颗粒感染带的溶源性细胞，可能发生以下哪种情况?( )A出现正常的裂解周期 B噬菌体DNA环化但不复制C细胞死亡 D原噬菌体被切除E噬菌体DNA不被注入(五)简答题1简述基因表达调控的意义及基

18、本调控层次。2简述原核生物操纵子的结构要素。3为什么说ppGpp和pppGpp是超级调控因子?4当一个烈性噬菌体的所有基因全部表达时，如果不对转录进行时序性调控，将出现什么问题?5为什么噬菌体感染产生的溶源菌通常对其他的噬菌体的感染有免疫?6请预测具有下列突变的噬菌体感染细菌的表型，并说明原因：(1)产生一个抗蛋白酶的C蛋白的突变。(2)具有阻止蛋白结合的OR2的突变。(3)使基因失去作用的突变。(4)编码C蛋白的基因突变。7烈性噬菌体和温和噬菌体的区别是什么?8从噬菌体中提取的DNA用两种只攻击单链DNA的外切核酸酶处理。外切核酸酶A只从突出的5'端消化DNA，而外切核酸酶B只攻击自

19、由的3'端。这种处理对噬菌体DNA的生物活性有什么影响?9正调控和负调控的主要不同是什么?10列举两种受调控蛋白控制的、与氨基酸的生物合成有关的操纵子。11什么是安慰诱导物?12葡萄糖是如何影响涉及糖代谢操纵子(葡萄糖敏感型操纵子)的表达?13在大多数细菌操纵子中，结构基因通常紧靠在一起并由单个操纵基因-启动子调控，而在一些例子中结构基因分散在染色体上。请问这些基因是如何以简单的方式达到协同调节的?14区别可诱导和可阻遏的基因调控。15衰减作用如何调控E.coli中trp操纵子的表达?16说明gal操纵子的特点。17说明ara操纵子调控蛋白C的正负调节。18说明半乳糖操纵子有两个启动子

20、的调控意义。19转录水平调控是基因表达调控的主要机制，这一水平调节是否是惟一的途径?为什么?20在c基因正常时为什么会出现浑浊的噬菌斑?不正常则是清亮的噬菌斑?21简述大肠杆菌对乳糖的反应过程。22简述乳糖操纵子中：lacA基因的生理功能及其意义。 23简述LexA与细菌SOS应答反应的关系。24mRNA的二级结构如何调控翻译起始?25简述稀有密码子对翻译的影响。26举例说明翻译的阻遏现象。27说明c基因的自我调控。28解释为什么操纵子和启动子是反式隐性、顺式显性的，而编码阻遏蛋白的基因既是反式显性又是顺式显性。29请写出至少3种lac操纵子的诱导物的名称。30在细菌lac和trp操纵子上，为

21、什么阻遏蛋白编码基因不一定要和结构基因连在一起?31两种温和噬菌体是同源免疫的，它们共同具有噬菌体的什么成分?(六)综合论述题1简述原核生物基因表达调控的特点。2说明阻遏蛋白在原核生物基因表达调控中的普遍意义。3试述互补试验怎样区别突变是发生在lac操纵子的结构基因上还是它的调控序列上?4用含中性碳源(如甘油)的液体基本培养基培养E.coli不能诱导lac操纵子。1 h后在培养基中加入乳糖和再隔一段时间加入过量的葡萄糖分别会对lac操纵子的表达有什么影响?5lacZ-或lacY-突变体生长在含乳糖的培养基上时，lac操纵子中剩余的基因没有被诱导，解释是何原因。6蜜二糖是lac操纵子的弱诱导物，

22、它通常在自己的透性酶作用下进入细胞。但如果细胞在42下生长，透性酶失去活性，则蜜二糖只有在1acY透性酶存在的情况下才能进入细胞。这样，42下lacY-和lacZ-的突变株不能在以蜜二糖为惟一碳源的培养基上生长。如何通过这种特性分离lac操纵子的组成型突变?7设计实验证明某一突变是调节基因突变或操纵基因突变。8试述trp操纵子的负调控与衰减调控。9在lac操纵子中，3个结构基因编码的产物在数量上是有一定比例的。试解释这种现象是如何受调控的?10试述噬菌体的调控机制。11把乳糖分子加入到大肠杆菌的培养物中会促进lac操纵子的转录，但异构乳糖是“真正的”诱导物。从分子生物学的观点出发，说明诱导物和

23、真正诱导物之间有什么区别。12trp操纵子的转录作用能够通过加入Trp类似物吲哚丙酸(IPA)而开始。(1)在诱导作用中，首先合成邻氨基苯甲酸合成酶(trpE蛋白)，最后合成Trp合成酶(两个亚基是trpA和trpB蛋白)。试解释这个次序。(2)当洗涤除去IPA并以Trp代替时，这些酶的合成按同样的顺序终止，为什么?(3)IPA怎样引起去阻遏?13如果在不含任何糖的培养基上生长过的大肠杆菌lac+菌株的培养物中加入乳糖，会发生什么情况?假定所加入的乳糖在两个世代后耗尽。试从mRNA的合成、酶的合成和酶活性方面加以叙述。14同上题，这时向生长在含乳糖培养基的1ac+培养物中加入葡萄糖，加入量供一

24、个世代生长，会发生什么情况?15一种大肠杆菌的突变体的细胞不能同时利用许多种糖，包括乳糖、半乳糖和木糖。基因分析表明与这些糖利用相关的操纵子没有发生突变。试问这种突变体可能是什么突变?四、参考答案(一)名词解释1基因表达(gene expression)：指生物的遗传信息(DNA或RNA分子)随着个体的生长发育，有序地将其所承载的遗传信息经转录、翻译等一系列过程，合成特定的蛋白质，执行各种生理生化功能完成生命的全过程。并非所有基因的表达过程都产生蛋白质，rRNA和tRNA编码基因转录生成RNA的过程也属于基因表达。基因表达主要分为组成型和诱导型表达两种模式。2组成型表达(constitutiv

25、e expression)：指在一个生物生命的全过程中以及一个个体的所有细胞类型中均持续表达，很少受环境因素影响的基因表达。3诱导型表达(inducible expression)是指某些基因的表达极易受环境变化的影响，在特定环境信号的刺激下，有的基因表达开放或增强，有的基因表达关闭或下降。根据诱导物的不同，诱导型表达又可分为可诱导的表达、可阻遏的表达和协调表达。4操纵子(operon)：原核生物基因表达和调控的单位，包括功能相关的几个结构基因和能被调控基因产物识别的DNA控制元件。5操纵基因(operator)：在原核生物的操纵子中阻遏蛋白的结合位点，为控制结构基因转录的DNA序列。6负调控

26、(negative regulation)：在基因或操纵子转录水平上的一种控制，此时阻遏蛋白质结合在编码区上游的操纵基因位置上，从而阻止RNA聚合酶的转录作用。在许多情况下，阻遏物也能结合在其他分子上，如同诱导物结合，结合后可使阻遏物失去同操纵基因结合的亲和力，从而使转录得以发生。7正调控(positive regulation)：在基因或操纵子转录水平上的控制方法。在正控制中，发生转录时需要一种正调控因子结合在一35序列上游的一个核苷酸序列上。正调控因子在同DNA结合前，必须先同某种小分子结合，然后激活转录。8可诱导调节(inducible regulation)：细胞接触一种诱导物后，会增

27、加基因或操纵子的转录，则该基因或操纵子是可诱导的。这些诱导物通常是小分子，它们的效应对某些操纵子或基因是专一的。9可阻遏调节(repressible regulation)：在阻遏型操纵子中，加入对基因表达有调节作用的小分子物质后，则关闭基因的转录活性，产生阻遏作用的小分子物质称为辅阻遏物(corepressor)。10抗终止蛋白(antitermination protein)：能够使RNA聚合酶通过某一终止位点的蛋白质。11CAP(catabolite gene activation protein)or CRP(cAMP-receptor protein)：分解代谢基因活化蛋白或cAMP

28、受体蛋白。CAP同cAMP结合，激活糖类代谢中涉及的一大批基因和操纵子进行转录。如lac操纵子中lacZ基因就是在CAP-cAMP复合物的正控制之下。在CAP-cAMP复合物存在的情况下，RNA聚合酶与启动子的亲和力增加，启动基因转录。因此，细胞内cAMP的浓度可以控制基因的转录。12衰减作用(attenuation)：位于细菌操纵子上游、第一个结构基因之前的一段DNA序列，通过控制转录终止来进行细菌操纵子的调控。这类操纵子编码的酶参与某种氨基酸的生物合成。13衰减子(attenuator)：又称弱化子，衰减发生处的一种内部终止子序列。通过决定含有操纵子转录的mRNA是否完整，来调节操纵子的表

29、达。衰减子序列含有编码某种氨基酸的密码子，这种氨基酸正是受其调节的操纵子的产物。14分解代谢物阻遏(catabolite repression)：又称为葡萄糖效应，这是因为葡萄糖是首先被发现具有这种阻遏效应的物质。当培养基含有多种能源物质时，微生物首先利用更易于分解利用的葡萄糖，而葡萄糖的分解代谢物对利用其他能源性物质的酶的产生有阻遏作用。15组成型基因(constitutive genes)：一些基因的表达产物维持细胞的正常功能，其表达不受环境的影响，这些基因称为组成型基因，在生长细胞中它总具有活性。16诱导物(inducer)：一种化学因子或物理因子，当作用于细胞群体时，会增加特定基因的转

30、录量。例如，异丙基硫代-半乳糖苷(IPTG)是lac操纵子的有力诱导物。17安慰诱导物(gratuitous inducer)：能诱导酶的合成，但不被分解的分子，称为安慰诱导物。18原噬菌体(prophage)：某些温和噬菌体侵染细菌后，其DNA整合到宿主细菌染色体上或以附加体的形式存在。这些状态的噬菌体称为原噬菌体。19溶源性(1ysogeny)：一种温和噬菌体的裂解功能受到抑制，噬菌体DNA随宿主染色体进行复制称为溶源性。此时，噬菌体DNA或是整合进宿主染色体，例如，；或是依然作为一个独立的附加体，如P22。20溶源性免疫(1ysogenic immunity)：溶源性细胞对与其原噬菌体有

31、密切关系的噬菌体的感染有免疫力，因此可以鉴定其溶源性。21负调控物(negative regulator)：通过关闭转录或者翻译来行使功能。22正调控蛋白(positive regulator protein)：一个转录单位激活所必需的蛋白质。23调节基因(regulatoty gene)：编码一个RNA或蛋白质产物，其作用是控制其他基因表达。24基因调控(genes regulation或gene control)：基因调控是对基因表达过程的调节。基因表达的过程是分阶段的，因此基因调控也是在多级水平上进行的。主要是转录水平的调控和翻译水平的调控。不同层次以不同方式调控，其中最主要的是基因转录

32、调控。25阻遏蛋白(repressor protein)：由原核生物操纵子中调节基因编码的，可与操纵基因结合来阻止转录的蛋白质。26激活蛋白(activator)：能激活基因表达的蛋白质。在原核生物中，它作用于启动子从而激活RNA聚合酶。在真核生物细胞，它所结合的启动子序列称为应答元件。27前导序列(leader sequence)：指导蛋白质分泌到内质网膜的信号肽，在多肽链完成前由内质网膜中的信号肽酶加以切除。28SD序列(Shine-Dalgarno sequence)：部分或所有细菌mRNA上AuG起始密码之前的AGGAGG序列，与16S rRNA上3'末端序列互补，在核糖体与m

33、RNA结合中起作用。29魔斑(magic spot)：当外界条件不利时，细菌经应急应答而产生的一类效应物，包括鸟苷四磷酸和鸟苷五磷酸，可以抑制rRNA操纵子的转录起始及大多数基因转录的延伸。(二)是非判断题1 2× 3 4× 5 6 7 8× 9 10× 11× 1213 14× 1516 7 18× 19× 20× 21 22 23× 24×25× 26× 27× 28 29 30 31 32× 33× 34 35 3637 38 3

34、9× 40× 41× 42× 43× 44× 45 46× 47× 48×49× 50× 5152×(三)填空题1营养状况、环境因素；激素水平、发育阶段2转录水平的调控；翻译水平的调控；稀有密码子对翻译的影响、重叠基因对翻译的影H向、小分子RNA的调控作用、魔斑核苷酸的作用、蛋白质在信号肽作用下跨膜或进入周围介质3转录水平、负调控、正调控；负调控、负控阻遏系统；正调控、正控阻遏系统4操纵区5安慰、IPTG、阻遏、操纵区、异(构)乳糖6辅阻遏物、全阻遏物或有活性的阻遏物；负；正

35、；衰减作用、终止作用 7核糖体、起始密码子AUG 8lac，ara，gal；启动子区域 9rRNA操纵子、核糖体蛋白SI操纵子、DnaQ蛋白操纵子；DnaQ蛋白，校正DNA复制中可能出现的错误 10密切相关，并不直接相关；起始、终止、裂解、溶源化 11C、C；PL、PR、PRE、PRM；PL；PRE和PRM；溶源化和裂解(四)选择题1A 2B 3E 4D 5A 6BDE 7C 8B9D 10BC 11B12D 13ABCD 14ABCD 15D 16D 17C 18ABD 19CD 20ABD 21ACD22ABC 23AB 24ABCD 25B(五)简答题1基因表达调控的意义在于：使机体适应

36、环境，维持自身的生长和增殖，以及维持个体的发育与分化。基因调控的基本层次：基因表达的过程分为基因活化、转录、转录后加工、翻译、翻译后加工等几个阶段，因而基因表达的调控点存在于上述各阶段中，构成不同层次的表达调节。2操纵子的结构要素：操纵子是原核生物基因转录的基本单位，是基因表达调控的一个完整单元，由调控区和功能密切相关的结构基因串联在一起组成。结构基因上游的调控区包括启动子和操纵基因两部分。启动子是RNA聚合酶结合并启动转录的特异性DNA序列，操纵基因是特异性阻遏物的结合区。一个操纵子或几个操纵子可共同受上游的一个调节基因的调节。操纵子是基因表达调控的有效、经济的方式。3当细菌遇到紧急情况，如

37、氨基酸饥饿时，细胞中存在大量的空载tRNA，这些空载tRNA与核糖体的结合是细胞产生严紧控制的信号。这些空载tRNA会激活焦磷酸转移酶，使ppGpp大量合成。ppGpp的大量出现可在很大范围内做出如抑制核糖体和大分子合成等应急反应，活化某些氦基酸操纵子的转录表达，抑制与氨基酸转运无关的系统，活化蛋白水解酶等，从而节省或开发能源，渡过难关。ppGpp和pppGpp的作用范围十分广泛，它们不只是影响一个或几个操纵子而是影响一大批，所以它们是超级调控因子。ppGpp合成的反应式如下：GTP+ATPpppGpp+AMPppGpp4因为噬菌体的装配不是由酶调控的，所有噬菌体基因的同时表达使后代遗传元件(

38、dsDNA)不能时序性合成以及每一部分不能自我装配。另外，噬菌体中没有一对竞争阻抑蛋白CI/Cro，也不可能出现溶源化现象。5首先感染的噬菌体所生成的阻抑蛋白C会立即与随后感染的噬菌体基因组中的操纵基因结合，阻遏裂解所需的cro和N基因的表达。这样再感染不会产生烈性噬菌体表型。6(1)产生蛋白酶抗性C蛋白的噬菌体突变体会导致溶源。噬菌体感染过程中，N蛋白使基因表达不在N基因下游终止前，所有的生理功能都是正常的。抗终止导致c及cro基因下游的表达，从而C蛋白合成。由于C蛋白的突变体具有蛋白酶抗性，它的活性并不依赖于被感染细胞的状态，而且C蛋白并不维持C蛋白的整合。由此导致的高浓度的C蛋白有助于从

39、PRE和PL启动子的转录，因此C蛋白(阻遏蛋白)、Cro反义RNA和整合酶(噬菌体整合所需)被合成。C蛋白占据OR和OL操纵基因，通过自身调节促进自身的合成(从PRM表达)，从而防止更多的N蛋白和Cro蛋白的合成。(2)能够阻止蛋白质结合的OR2突变体会导致裂解。OR2突变体能够防止Cro蛋白和阻抑蛋白与之结合。Cro基因表达不需要诱导物，因此可以高水平表达。Cro蛋白也能与OR3进行非协同结合，由于这种结合以及阻抑基因表达需要自身产物的自诱导，因此不能形成阻抑蛋白。Cro最终会关闭所有早期基因的表达，并通过诱导从PQ开始的表达从而诱发中期和晚期基因的表达。(3)失活的N基因的突变会导致灭活和

40、降解。N基因的产物是一个抗终止子，是N和Cro基因外的其他基因表达所需的。其结果为大量缺陷的N蛋白和Cro蛋白的合成。因此噬菌体既不能进入溶源状态也不能进入裂解途径，DNA最终被降解。(4)c基因发生突变会导致快速裂解，产生无功能的阻遏蛋白，不能与OR和OL操纵基因结合，由于没有了竞争，Cro会摆脱阻遏蛋白的影响。7一个烈性噬菌体感染了一个敏感的细菌细胞后，它立即复制并产生噬菌体特异的蛋白，这些蛋白被装配成成熟的噬菌体颗粒；2030 min后，宿主裂解，释放出几百个噬菌体。另一方面，温和噬菌体感染敏感细菌后有两种选择：如果能量充足(环境条件很好)时它可以进入裂解周期并且像烈性噬菌体那样裂解宿主

41、细胞；如果环境条件不好，它就使宿主细胞溶源化。在溶源化细胞中，噬菌体的基因组整合到细菌染色体上，与细菌染色体同步复制，但大部分的噬菌体基因不表达；然而，在某个时刻，当环境条件重新好转时，原噬菌体可以进入裂解周期，产生成熟的噬菌体。8噬菌体有一个单链5'末端(黏性末端)。外切核酸酶A可消化该末端，这样可以防止环化，从而使它不能在被感染的细胞中复制。外切核酸酶B则无效，因为噬菌体没有游离的3'末端。9负调控时，调节基因的蛋白质产物是基因活性的一种阻遏物；而正调控时，调节基因的产物是一种激活物。10Trp，Arg11安慰诱导物是一种与天然诱导物结构相似的化合物，它虽然能诱导操纵子表达

42、，但是不被操纵子基因产生的酶分解。在lac操纵子中IPTG是乳糖的类似物，能代替异构乳糖作为诱导物，但不能作为-半乳糖苷酶的底物进入代谢途径。12在缺乏葡萄糖时，cAMP水平升高，CRP蛋白同每一个葡萄糖敏感型操纵子内的CRP结合位点结合，协同转录起始。如果有葡萄糖，cAMP的水平下降，CRP蛋白不再结合，转录速率协同下降。13每一个结构基因都有自己的启动子和通用的操纵基因序列。14在可诱导的系统中，操纵子只有在诱导物存在时才开放，没有诱导物时阻遏物结合在操纵基因上阻止结构基因的转录。诱导物存在时，它与阻遏物结合，使之别构不再与操纵基因结合，从而开启操纵子。酶的诱导是分解途径特有的，诱导物就是

43、酶的底物或底物的类似物。在可阻遏系统中操纵子被终产物所关闭。不存在终产物时，阻遏物不能结合到操纵基因上，因此操纵子开放；终产物存在时，它结合到阻遏物上，改变后者的构象，使其能结合到操纵基因上，关闭操纵子。酶阻遏是合成代谢的特点。15衰减作用是根据tRNATrp的数量调节trp操纵子的表达，而tRNATrp的数量又取决于细胞中Trp的水平。衰减作用发生的必要条件是：1)翻译产生前导肽；2)转录和翻译是偶联的。当RNA聚合酶转录前导序列的同时核糖体就紧接着结合到新生的mRNA上翻译产生前导肽。trpE基因是第一个被翻译的基因。在trp mRNA 5'端trpE基因的起始密码前有一个长162

44、 bp的mRNA片段称为前导区，包括两对反向重复序列(用1，2，3，4表示)，有时以1-2和3-4方式配对，有时只以2-3方式配对；由序列3-4配对形成的茎-环结构与Trp操纵子的终止子基本相同，这种结构能够终止转录。Trp操纵子的前导序列编码一个14个氨基酸的前导肽，这个前导肽的第10位和第11位上有相邻的两个Trp残基(位于1区内)，因此tRNAnp对前导肽的翻译是必不可少的，前导肽的终止密码子在序列1和2之间。当Trp的浓度很低时，tRNATrp也少，翻译通过两个相邻Trp密码子的速度就会很慢，当4区被转录完成时，核糖体才进行到1区(或停留在两个相邻的Trp密码子处)，这时前导区结构是2

45、-3配对，不形成3-4配对终止结构，转录继续进行，trp操纵子中的结构基因全部转录。当Trp浓度高时，核糖体可顺利通过两个相邻的Trp密码子，在4区被转录之前，核糖体就到达2区，这样使2-3不能配对，3-4区可以自由配对形成茎-环状终止子结构，转录停止，trp操纵子中的结构基因被关闭而不再合成Trp。事实上，编码前导肽mRNA上核糖体的位置决定了mRNA的二级结构和衰减作用是否发生。16gal操纵子的调控基因、结构基因与操纵基因相距很远，不象lac操纵子那样连在一起；gal操纵子有两个启动子，其mRNA可从两个不同的起始点开始转录；gal操纵子有两个操纵区(O)区，一个在P区上游6773处，另

46、一个在结构基因galE内部。17ara操纵子的诱导物是阿拉伯糖。在野生型操纵子中，只有阿拉伯糖存在时结构基因(araBAD)才转录，而有葡萄糖存在时则不转录。AraC蛋白是ara操纵子的调节蛋白。araBAD和araC基因的转录是分别在两条链上以相反方向进行的。当细胞内没有AraC蛋白时，由Pc启动子起始araC基因的转录；当体系中葡萄糖水平较高而阿拉伯糖水平较低时，AraC蛋白与操纵区O2以及araI C诱导因子结合区上半区相结合，形成DNA回转结构，araBAD基因不表达；当体系中有阿拉伯糖但无葡萄糖时，AraC蛋白与阿拉伯糖相结合，改变构象成为激活蛋白，AraC同源体分别与araO1和a

47、raI区相结合，DNA回转结构被破坏。RNA聚合酶在AraC蛋白和CRP-cAMP的共同作用下起始PBAD所调控的结构基因表达。18半乳糖操纵子有两个启动子，每个启动子拥有自己的RNA聚合酶结合位点S1和S2。从S1起始的转录只有在无葡萄糖时才能顺利进行，RNA聚合酶与S1的结合需要半乳糖、CRP和较高浓度的cAMP。从S2起始的转录完全依赖于葡萄糖，高水平的cAMP-CRP抑制由这个启动子开始的转录。半乳糖在细胞代谢中起双重功能，不仅可以作为惟一的碳源供细胞生长，而且与之相关的物质尿苷二磷酸(UDP-gal)是大肠杆菌细胞壁合成的前体。在没有外源半乳糖时细胞通过半乳糖差向异构酶的作用由UDP

48、-葡萄糖合成UDP-gal。如果只有S1一个启动子，由于这个启动子的活性依赖于cAMP-CRP，当葡萄糖存在时不能合成异构酶。如果只有S2一个启动子，即使在有葡萄糖的情况下，半乳糖也将使操纵子处于充分诱导状态，这是一种浪费。所以，无论从必要性或经济性考虑，都需要有一个不依赖于cAMP-CRP的启动子(S2)进行本底水平的组成型合成和依赖于cAMP-CRP的启动子(S1)对高水平合成进行调节。19不是。因为在生物体内还有翻译水平的调节和翻译后水平的调节。20正常的c基因编码噬菌体阻遏蛋白，与操纵基因结合使噬菌体进行溶源化途径，即噬菌体基因组整合到细菌染色体上，随着宿主基因组的复制而复制，这时产生

49、混浊的噬菌斑。当c基因不正常时，编码的蛋白不能起到有活性的阻遏物的作用，从而噬菌体裂解循环产生清亮的噬菌斑。21lac操纵子本底水平的表达使每个细胞中可有几个分子的-半乳糖苷酶和乳糖透过酶。当加入乳糖时，在这几个透过酶分子作用下，少数乳糖分子进入细胞，又在几个-半乳糖苷酶分子的作用下转变成异构乳糖。异构乳糖分子与结合在操纵基因上的阻遏物结合并使后者失活而离开操纵区，从而启动了lac操纵子合成大量的-半乳糖苷酶和乳糖透过酶，结果使乳糖大量进入细胞。乳糖降解成为葡萄糖和半乳糖被细胞用作碳源和能源，还有许多乳糖降解成异构乳糖与细胞内不断合成的阻遏物结合，进一步合成大量的-半乳糖苷酶和乳糖透过酶。所有

50、乳糖被消耗完时，由于阻遏物仍在不断地合成，有活性的阻遏物将超过异构乳糖的浓度，使细胞重新建立起阻遏状态，lac操纵子关闭。22lacA基因存在于lac操纵子中，编码-半乳糖苷乙酰基转移酶，它不是乳糖代谢必需的，这个酶能够把乙酰基从供体转移到半乳糖苷分子上从而使之不能被-半乳糖苷酶分解。自然界中存在许多种能被-半乳糖苷酶降解的半乳糖苷分子，它们的分解产物往往不能进一步代谢而在体内积累。其中不少半乳糖苷分解产物的衍生物在高浓度时是细胞正常生长的抑制物，这是非常有害的。lacA基因通过使半乳糖苷分子乙酰化抑制了-半乳糖苷酶产物的有害衍生物在细胞内积累，在生物进化中是有意义的。23当细菌DNA遭到破坏

51、时(如受到紫外线照射)，细菌细胞内会启动一个SOS的诱导型DNA修复系统。参与SOS DNA修复系统的许多基因分散在染色体的各个部位，但都同时受LexA阻遏蛋白的抑制，平时表达水平很低。当DNA严重受损时，DNA复制中断，本底水平表达的RecA与有缺口的单链DNA结合，被激活成为蛋白酶，将LexA蛋白切割成无活性形式，SOS体系高效表达，DNA得到修复。当修复完成后，Rec-A蛋白恢复到非蛋白水解酶的形式，LexA蛋白逐步积累并重新建立阻遏作用。24mRNA的二级结构是翻译起始调控的重要因素。因为核糖体的：30S亚基与mRNA结合，要求mRNA 5'端有一定的空间结构。SD序列的微小变

52、化改变了形成mRNA 5'端二级结构的自由能，影响了核糖体30S亚基与mRNA的结合，从而造成蛋白质合成效率上的差异。25有些基因中稀有密码子的使用频率较高，细胞内对应于稀有密码子的tRNA较少，这些基因的翻译过程容易受阻，从而影响蛋白质合成的总量。26翻译阻遏物对翻译的调节，如大肠杆菌噬菌体Q复制酶。当噬菌体感染细菌时，RNA进入细胞后，这条(+)链RNA立即作为模板指导合成复制酶。但是Q(+)链上已有不少核糖体，它们从5'到3'方向进行翻译，这无疑影响了复制酶催化的从3'向5'方向进行的(一)链合成。解决的方法是由Q复制酶作为翻译调节物进行调节。复制

53、酶可以和外壳蛋白的翻译起始区结合，抑制蛋白质的合成。由于复制酶的存在，核糖体便不能与起始区结合，但已经起始的翻译仍能继续下去，直到翻译完毕，核糖体脱落，与(+)RNA 3'端结合的复制酶便开始了RNA的复制。27c基因的自我调控是指C蛋白在低浓度时促进c基因的转录，而在高浓度的C蛋白存在时，与操纵区OR3结合的C蛋白占据了PM(启动PM基因的转录)的Pribnow序列和35区，阻止了c基因本身的转录。即C蛋白对自身编码基因的转录在低浓度时正调控而在高浓度时行使负调控功能。28操纵基因和启动子突变只影响顺式基因的表达(反式隐性的)，这是因为它们是调控序列，仅仅调节相同DNA分子上的相邻基

54、因的表达。调节基因编码的阻遏蛋白是可以扩散的基因产物，因此既能影响顺式又能影响反式基因的表达。29异构乳糖，IPTG，ONPG30在细菌lac和trp操纵子上，阻遏蛋白是一种可以在细胞质中扩散的蛋白质，所以其编码基因不一定和结构基因连在一起。31它们的阻遏蛋白和其结合位点必须相同。(六)综合论述题1(1)原核生物的基因调控主要发生在转录水平上。(2)操纵子调控的普遍性。原核生物绝大多数基因按功能相关性成簇地串联、密集于染色体上，共同组成一个转录单位操纵子。原核基因的协调表达就是通过调控每个操纵子中的启动序列的活性来完成的。(3)阻遏蛋白与阻遏机制的普遍性。原核基因调控普遍涉及特异阻遏蛋白参与的

55、转录开关调节机制。2除个别基因外，原核生物基因表达及协调控制均以操纵子调节的方式进行，而在操纵子中，特异的阻遏蛋白是控制原核启动子序列活性及基因开关的重要因素。如在lac操纵子、trp操纵子、ara操纵子、gal操纵子等中都有阻遏/去阻遏机制。3在Jacob和Monod最早(1961)进行的互补试验中，用到新发现的F'质粒。一个带有lac操纵子的F'质粒被转化到一个F-的受体菌中，产生一个稳定的部分二倍体(lac/F'lac)，在其染色体和F'质粒上各带有一个lac操纵子的拷贝，通过将不同的突变型导入这两个lac操纵子拷贝来研究互补关系。结构基因发生突变和调控基因发生突变两者之间的重要区别是：(1)大多数结构基因的突变仅影响该基因的表达而不影响操纵子内其他基因的表达。(2)调控基因的突变通常协同影响操纵子内所有结构基因的表达。(3)结构基因编码可扩散的产物，故lacZ+ lacY-/和lacZ+ lacY+/都具有1ac+表型。一个基因上的缺陷能被另一个遗传元件上的野生型基因所弥补，反之亦然。这样野生型等位基因能通过顺式和反式两种作用方式表现为显性。(4)基因调控序列仅能控制同一染色体上的结构基因的表达，即顺式作用。这样lacP+ lacZ+/部分二倍体是野生型，而1acP+lacZ-/不能发酵乳糖。转录仅能被野生型的启动子有效地