医学分子生物学复习思考题及答案.docx

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医学分子生物学复习思考题及答案

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的总和。

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所携带的所有遗传信息。

不同生物的基因及基因组的大小及复杂程度各不相同，所贮存的信息的量和质存在着巨大的差异。

2、真核基因的基本结构包括哪些？

试述之。

答：

真核基因的基本结构包括编码序列及非编码序列

编码序列（codingseguence）：

包括编码蛋白质及功能RNA（mRNA、rRNA、tRNA、特定小分子RNA）的核苷酸序列。

真核基因的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的一级结构。

因此，外显子序列结构通常比较保守，一个碱基的突变常致基因功能的改变，而内含子序列相对变异较大。

每个内含子5’末端与外显子相接处，常为GT，3’末端与外显子相接处常为AG，这一共有序列是mRNA剪接加工时的剪接识别信号。

非编码序列（non-codingsequence）：

包括编码序列两侧（上游及下游）的对基因表达具有调控作用的一些调控序列：

如启动子、增强子等

外显子（exon）；在基因序列中，出现在成熟mRNA分子上的序列。

内含子（intron）：

外显子之间、与mRNA剪接过程中被删除部分相对应的间隔序列。

3、什么事顺式作用元件？

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）的上游及下游，称它们为顺式作用元件（cis-actingelement），包括启动子、增强子、沉默子、上游调控元件、加尾信号等。

4、真核基因启动子的功用是什么？

其位置如何？

答：

DNA分子上能介导RNApol与DNA结合并形成转录起始复合物的序列，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的DNA序列位于转录起始点的下游，它们可以被转录，如编码tRNA基因的启动子。

5、试述真核基因的三类启动子？

答：

（1）Ⅰ类启动子：

具有Ⅰ类启动子的基因主要编码rRNA，它能被RNApolⅠ识别结合，转录产物是rRNA，Ⅰ类启动子结构特征是富含GC。

（2）Ⅱ类启动子：

具有Ⅱ类启动子基因主要编码mRNA（蛋白质）及一些小分子RNA。

它能被RNApolⅡ识别结合，转录产物是mRNA及小分子RNA。

Ⅱ类启动子结构特征是具有TATA盒。

有的Ⅱ类启动子在TATA盒的上游还存在CAAT盒及GC盒（Ｐ274）

（3）Ⅲ类启动子：

含有Ⅲ类启动子的基因主要编码tRNA。

此外，也编码5SrRNA，它能被RNApolⅢ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：

GGTTCGNAACC

6、试述增强子的特点？

答：

（1）效率：

增强子是增强真核基因启动子工作效率的顺式作用元件，是真核基因表达中最重要的调控序列，它决定着基因的表达水平。

（2）位置：

增强子既可在启动子的上游（多数），也可在启动子的下游，有的增强子还可位于内含子中,因此，增强子的作用不受序列方向的影响。

（3）距离：

增强子与所调控基因之间的距离可近可远，近的几十个碱基，远的可达数千个碱基。

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的增强子插入到真核β-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的特定DNA序列，当其与相应的反式作用因子结合时，对基因转录起阻遏作用，使基因沉默。

沉默子是负调控。

8、真核基因组的结构特点有哪些？

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的1%，一个基因的全部序列中，编码序列只占5%。

（2）、高等真核基因组含有大量重复序列：

可占到全基因组的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，不具备正常功能的家族成员称假基因。

后述）。

（4）、人基因组中大约60%能进行可变剪接，其中的80%的可变剪接会使蛋白质的氨基酸序列发生改变，产生功能相关的不同蛋白质。

（5）、真核基因组DNA与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（Invertedrepeatsequence）

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的5%。

2、卫星DNA（satelliteDNA）

重复单位长度一般为2～10bp，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%。

高度重复序列的功用：

①参与复制水平的调节

②参与基因表达调控

③参与染色体配对的调控

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，与单拷贝基因间隔排列，少数呈串联状排列在某一区域。

约占总基因组的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300～500bp，与平均长度为1000bp的单拷贝序列间隔排列。

如Alu家族等。

2，长分散重复片段：

重复片段平均长度约3500bp～5000bp，与平均长度为13Kbp的单拷贝序列间隔排列。

1，Alu家族：

重复频率可达30~50万次，Alu家族成员长度约300bp，与6kbp序列间隔排列。

约占人基因组的3%～6%。

由于300bp片段中，有限制性内切酶Alu的酶切

位点AGCT，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的一种短分散中度重复序列。

2，kpnⅠ家族：

仅次于Alu家族，重复频率约3000～4800，重复片段长度约6.4Kbp，其中，含有限制性内切酶kpnⅠ的三个酶切位点，酶切后得到1.2Kbp,1.5Kbp,1.8Kbp和1.9Kbp四个片段，故名kpnⅠ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，大多数蛋白质的编码基因属于这一类,在基因组中单拷贝序列的两侧常常是散在分布的重复序列。

单拷贝序列改变常常导致表达蛋白质的结构与功能异常，临床多种疾病的发生都与这种改变有关。

12、什么是多基因家族？

什么是假基因？

答、多基因家族（multigenefamily）：

多基因家族是真核基因组结构的另一特征，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、功能相关的基因。

多基因家族中，不能表达蛋白质或功能RNA的那个基因，称之为假基因。

假基因往往缺少内含子。

假基因的产生可能是由原来有功能的基因发生缺失、倒位或点突变，在转录得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独立编码线粒体中的一些蛋白质，mtDNA全长16569bp，共编码37个基因，其中13个编码mRNA（mt-mRNA）。

翻译出与呼吸链相关的一些酶及蛋白质。

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（geneexpression）就是基因转录得相应的RNA（mRNA），再翻译成多肽链并加工成具有特殊生物学活性的蛋白质。

有的基因转录得功能RNA（rRNA、tRNA等）不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的遗传信息表现为表型的过程。

2、基因表达的基本特点（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）基因表达方式的多样性

（三）基因表达受顺式作用元件及反式作用因子的共同调节

（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的基础

3、什么是基因表达的时间特异性、空间特异性？

答：

1.基因表达具有时间特异性（Temporalspecificity）:

某一特定基因的表达，是严格按照一定的时间顺序发生的。

从一个受精卵发育成一个成熟的个体，在各个发育的不同阶段，各个基因都严格按照特定的时间顺序开放表达或封闭，生物体表现为分化、发育的相应时间性。

因此，基因表达的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.基因表达的空间特异性（Spatialspecificity）:

同一机体的不同组织细胞中都含有相同的各种基因，但同一种基因在不同的组织细胞表达情况不一样。

如编码胰岛素的基因只在胰岛β细胞中表达，与思维相关的一些基因只在脑细胞中表达，与物质代谢相关的一些基因主要在肝细胞中表达等。

因此，基因表达的空间特异性，也称基因表达的组织特异性或细胞特异性。

不同组织细胞表达的差异，称差异性基因表达。

机体内决定不同类型的细胞，不是基因本身，而是基因表达的模式不一样。

4、什么是管家基因？

什么是基本基因表达？

答：

（1）管家基因（house-keepinggene）：

这类基因在一个生物体的所有细胞中都持续表达，变化较小，不易受内外环境的影响，其表达产物对生物体的全部生命过程都是必需的，必不可少的，称这类基因为管家基因。

（2）基本基因表达（组成性基因表达）：

管家基因的表达称基本基因表达，它只受启动子及启动子与RNA聚合酶相互作用的影响，而不受其他调节机制的影响。

如TAC中一些酶的编码基因及其表达。

5、什么是诱导表达？

阻遏诱导？

答：

（1）诱导表达：

某些基因，在特定的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。

可诱导基因的表达过程称为诱导表达。

如DNA损时，DNA修复酶基因被诱导激活。

（2）阻遏表达：

某些基因，在特定的环境信号刺激下，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。

可阻遏基因的表达过程称为阻遏表达。

如在细菌培养基中加入色氨酸时，细菌体内与色氨酸合成有关的酶的编码基因就会被抑制。

6、什么是反式作用因子？

基因表达调控的分子基础是什么？

答：

反式作用因子（trans-actingfacter）:

是一些蛋白质因子，它对结构基因的表达起调控作用。

编码反式作用因子的基因位于远离结构基因的同一条DNA链上，也可在另一条DNA链上。

蛋白质-DNA以及蛋白质-蛋白质的相互作用是基因表达调控的分子基础。

7、基因表达调控呈现在哪些层次？

其中，最重要的调控位点是什么？

答、基因表达体现在基因、转录及翻译，在这些层次上均存在基因表达调控的机制，因此，调控表现为多层次和复杂性。

1.基因调控（量和结构的调控）

（1）基因拷贝数多，表达产物量也多。

某种特定细胞能选择性的扩增某个基因，于是，该基因相应的蛋白质呈现高表达。

（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）转录过程多环节的调节

（2）真核生物转录得的mRNA要进行加工修饰，如mRNA的选择性剪接，mRNA编辑等，是基因表达调控的重要位点。

（3）成熟mRNA从细胞核进入细胞液的调控。

（4）非编码RNA（如miRNA即微小RNA，micro-RNA）在转录水平上对基因表达调控。

3.翻译调控

（1）蛋白质合成过程的调控：

翻译的起始，肽链合成延长是常见的调控位点。

（2）翻译后加工修饰的调节：

调节改变蛋白质结构（如水解肽段、磷酸化、羟基化等），从而调节蛋白质的功能。

上述多层次复杂调控中，转录水平，尤其是转录起始水平的调节是基因表达最重要的调控点。

8、原核基因的结构特点有哪些？

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的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.原核基因组中的结构基因，多数是以操纵子为单位排列。

操纵子是原核基因转录调控的基本单位

5.原核基因可边转录边翻译。

能在同一空间内完成，时间上差异不大。

9、原核基因转录调控的基本单位是什么？

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的基本单位

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的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

①特异因子：

它决定RNA聚合酶对一个或一套启动序列的识别能力。

②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）

③激活蛋白：

能与启动子上游邻近的DNA序列结合，从而提高RNA聚合酶与启动子的结合能力。

增强转录活性。

这种效应称之为正性调控（positiveregulation）。

如分解代谢物基因激活蛋白（CAP，Catabolitegeneactivatorprotein）就是典型的激活蛋白

11、乳糖操纵子结构包括哪些？

分别试述之。

答：

乳糖操纵子（Lacoperen）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与乳糖代谢有关的三种酶的结构基因，即：

Z基因、Y基因及A基因。

Z基因：

编码的酶是β-半乳糖苷酶

Y基因：

编码的酶是通透酶

A基因：

编码的酶是乙酰基转移酶

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与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的？

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与O序列结合，阻碍RNA聚合酶与启动子结合及滑动，于是，转录终止，与乳糖代谢有关的三种酶基因不表达。

2.周围环境有乳糖时：

乳糖代谢产物半乳糖，能与阻遏蛋白结合，于是阻遏蛋白分子构象改变，随之与O序列分离，结果，RNA聚合酶能与P序列结合，并滑向结构基因，转录开放，表达出与乳糖代谢有关的三种酶，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）的序列只占总基因组的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的基因是不连续的，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），它包含一种蛋白质的编码信息。

即使蛋白质四级结构中的不同亚基，都是由不同的基因表达。

（原核结构基因转录生成的一条mRNA，称多顺反子，它包含了几种功能相关蛋白质的编码信息）

（五）真核基因在细胞核内与多种蛋白质结合构成染色质，染色质的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、染色质如何参与基因表达调控？

答：

（一）染色质结构致密，不易转录，染色质结构松弛，容易转录。

在缺乏核小体结构的“裸露”DNA链，特别容易转录，称之为转录超敏位点（hypersensitiresite）

（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（主要是H3、H4）甲基化，使组蛋白与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的顺式作用元件，通过DNA-蛋白质相互作用调节基因表达的强弱，称反式调节作用，包括反式激活作用及反式抑制作用。

编码反式作用蛋白的基因位于远离被调控基因的同一条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的方式。

16、什么是顺式作用蛋白调控？

答：

基因表达的某些蛋白产物，能特异识别结合这个基因自身的顺式作用元件（调控序列），从而调节该基因的表达，称之为顺式调节作用。

这个具调节作用的蛋白质称为顺式作用蛋白

17、什么是通用转录因子？

什么是特异转录因子？

答：

通用转录因子（generaltranscriptionfactor）:

这类蛋白质因子帮助RNApol与启动子结合，并起始转录过程，它们的作用对所有基因的转录都是必需的。

它们的存在没有组织特异性，因此，对基因表达的时间特异性及空间特异性并不重要。

如TFⅡD、TFⅡH等。

特异转录因子（specialtranscriprionfactor）：

这类转录因子是个别基因转录所必需的，它决定该基因表达的时间特异性及空间特异性。

这类转录因子有的起转录激活作用，有的起转录抑制作用，分别称为转录激活因子及转录抑制因子。

转录激活因子常常是一些增强子结合蛋白。

转录抑制因子多数是沉默子结合蛋白。

18、转录因子的DNA结合结构域有哪些？

简述之。

答：

（1）锌指模体结构（p372）：

是一种蛋白质空间结构，外形似手指。

它含有23个AA残基，形成一个α-螺旋及两个反向平行β折叠。

α-螺旋上有二个组氨酸残基。

每个β-折叠上各有一个半胱氨酸残基。

这四个氨基酸残基这四个AA残基通过配位键与锌离子相连，就形成了外形似指的结构。

它插入DNA双螺旋大沟，从而实现转录因子与DNA的结合

（2）碱性螺旋-环-螺旋模体结构（bHLH）：

它至少含有二个α-螺旋及一小段短肽形成的环所组成，其中一个α-螺旋富含碱性氨基酸而显碱性，容易与带负电的DNA结合。

（3）碱性亮氨酸拉链（bZIP）模体结构：

在其肽链C-末端的AA序列中，每隔六个AA残基出现一个亮氨酸残基（疏水性），这段肽形成α-螺旋时，亮氨酸有规律的出现在α-螺旋的一侧。

二个这种结构通过亮氨酸之间的疏水作用结合成的二聚体，外形如同拉链。

这个二聚体的N-末端富含碱性氨基酸，而显正电，容易与带负电的DNA结合。

19、mRNA稳定性受哪些因素的影响？

答：

1.mRNA5‘端帽结构对mRNA稳定性的影响

mRNA5‘端帽结构能增加mRNA稳定性，促进转录，其原因是：

（1）帽结构可对抗细胞内5‘-核酸外切酶对mRNA的降解作用

（2）帽结构与帽结合蛋白结合，提高翻译效率

（3）帽结构促进mRNA从细胞核进入细胞质，便于起模板作用

2.mRNA3‘端polyA尾对mRNA稳定性的影响：

尾结构增加mRNA稳定性，促进转录，其原因是：

（1）polyA尾结构能防止3‘-核酸外切酶对mRNA的降解

（2）polyA尾结构参与翻译的起始过程

（3）促进mRNA从细胞核转入细胞质

（4）mRNA3‘端常形成发夹式结构，能防止核酸酶攻击（水解）

（5）mRNA3‘端若是富含AU序列（ARE，AU–richsequence）,能促进使核酸酶切除polyA,使mRNA降解，因此，3‘端含有ARE区的mRNA通常都不稳定。

20、非编码小分子RNA主要有哪些？

它们的作用是什么？

答：

有siRNA（干扰小RNA，smallinterferingRNA）、miRNA（微小RNA，microRNA）、核酶、snRNA（细胞核小分子RNA）等；它们都能抑制mRNA，产生转录后

基因沉默。

21、eIF—2α磷酸化对翻译有何影响？

举例说明之。

eIF—4E磷酸化对翻译有何影响？

答：

1.eIF-2α磷酸化可抑制翻译的起始，抑制翻译起始复合物的形成。

如干扰素的作用机理是dsRNA可激活蛋白激酶，进而促使eIF-2α磷酸化，从而抑制蛋白质合成的起始；又如血红素能促进珠蛋白合成是由于它能抑制蛋白质激活酶活性，使eIF-2α磷酸化水平降低。

2.eIF-4E及eIF-4E结合蛋白的磷酸化能激活翻译的起始，促进翻译起始复合物的形成，增强翻译过程。

如生长因子能增加eIF-4E磷酸化，于是翻译加快，促进细胞生长

22、举例说明RNA结合蛋白对翻译过程的调节？

答：

RNA结合蛋白（RBP，RNAbirdingprotein）能与RNA特异序列结合，从而参与调节翻译过程。

如铁反应元件结合蛋白（IRE-BP）（IRE:

Ironresponseelement,铁反应元件）与mRNA结合后，能促进ALA合成酶的合成等。

23、miRNA对基因表达有何影响？

miRNA的特点有哪些？

答：

miRNA（micro-RNA，微小RNA）属于小分子非编码RNA，长度约20个碱基，它与一些蛋白质共同组成RNA诱导沉默复合体RISC（RNA-inducedsilencingcomplex）,它能与mRNA结合，从而抑制mRNA的翻译功能。

miRNA的特点：

（1）长度为20-25个碱基。

（2）在不同生物中普遍存在，昆虫、家鼠、人类乃至植物中均含有。

（3）同一种类生物体内，其序列结构具有一定的保守性，但动植物之间其序列结构不存在一致性。

（4）miRNA的表达具有明显时间特异性及空间特异性。

（5）miRNA基因以单拷贝、多拷贝或基因簇形式存在于非编码区，它具有高度多样性。

24、siRNA对基因表达有何影响？

什么是RNAi？

答：

siRNA：

干扰小RNA是由细胞内的一类双链RNA（dsRNA,double-strandedRNA），在特定条件下，由相应酶的酶切作用，产生了特殊序列的小片段dsRNA，长度约21-23碱基，称之为siRNA。

这种双链siRNA参与组成RISC，并能与特异的靶mRNA互扑结合，导致mRNA降解，阻断翻译过程。

这种由siRNA介导的抑制基因表达的作用，称之为RNA干扰（RNAi，RNAinlerference），它被广泛用于基因功能研究及基因治疗。

第二十章常用分子生物学技术的原理及应用

1、什么是核酸分子杂交？

答：

核酸分子杂交：

根据核酸单链片段之间碱基互补而相结合的原理，用一已知碱基顺序的DNA或RNA单链片段作为探针来检测未知待测DNA或RNA中的核苷酸顺序。

若对探针进行标记，根据有无标记信号而确定有无杂交体存在。

又根据探