分子遗传学复习题终极版.docx

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分子遗传学复习题终极版

分子遗传学复习题

名词解释：

DNA甲基化（DNAmethylation）:

是指由DNA甲基化转移酶介导，催化甲基基团从S-腺苷甲硫氨酸向胞嘧啶的C-5位点转移的过程。

ENCODE计划（TheEncyclopediaofDNAElementsProject）：

即“DNA元件百科全书计划”，简称ENCODE计划，是在完成人类基因组全序列测定后的2003年9月由美国国立人类基因组研究所（NationalHumanGenomeResearchInstitute，NHGRI）组织的又一个重大的国际合作计划，其目的是解码基因组的蓝图，鉴定人类基因组中已知的和还不知功能的多个物种的保守序列等在内的所有功能元件。

ENCODE计划的实施分为3个阶段：

试点阶段（apilotphase）、技术发展阶段（atechnologydevelopmentphase）和生产阶段（aproducttionphase）。

gRNA（guideRNA）：

既指导”RNA（gRNA，guideRNA），能通过正常的碱基配对途径，或通过G—U配对方式与mRNA上的互补序列配对，指导编辑的进行。

GT--AG规律（GT-AGrule）：

真核生物所有编码蛋白质的结构基因，其RNA前体在内含子和外显子交界处有两个较短的保守序列，内含子的左端均为GT，右端均为AG，此规律称GT-AG规律。

miRNA：

即小RNA，长度为22nt左右，5′端为磷酸基团、3′端为羟基。

miRNA广泛存在于真核生物中，不具有开放阅读框架，不编码蛋白质，其基因的转录产物是发夹状结构，在RNaseⅢ酶切后以双链形式存在，是近几年在真核生物中发现的一类具有调控功能的非编码RNA，它们主要参与基因转录后水平的调控。

RNA编辑（RNAediting）:

是指通过碱基修饰、核苷酸插入或删除以及核苷酸替换等方式改变RNA的碱基序列的转录后修饰方式。

RNA诱导的沉默复合体（RNAInducedSilencingComplex，RISC）：

与siRNA结合后可识别并切断mRNA。

RNA指导的DNA甲基化（RNADirectedDNAMethylationRDDM）：

活性RISC进入核内，指导基因发生DNA的甲基化。

密码子摆动假说（wobblehypothesis）：

密码子的第1，2位核苷酸（5’→3’）与反密码子的第2，3核苷酸正常配对；密码子的的第3位与反密码子的第1位配对并不严谨，当反密码子的第1位为U时可识别密码子第3位的A或G，而G则可识别U或C，I（次黄嘌呤）可识别U或C或A。

比较基因组学（comparativegenomics）：

是一门通过运用数理理论和相应计算机程序，对不同物种的基因组进行比较分析来研究基因组大小和基因数量、基因排列顺序、编码序列与非编码序列的长度、数量及特征以及物种进化关系等生物学问题的学科。

表观遗传变异（epigeneticvariation）:

基因的碱基序列未发生改变，而是由于DNA甲基化，组蛋白的乙酰化和RNA编辑等修饰导致基因活性发生了变化，使基因决定的表型发生变化，且可遗传少数世代，但这种变化是可逆的。

超基因家族（supergenefamily）：

是DNA序列相似，但功能不一定相关的若干个单拷贝基因或若干组基因家族的总称。

沉默子（silencer）：

一种转录负调控元件，当其结合特异蛋白因子时，对基因转录起阻遏作用。

特点很象增强子，但不增强转录，而是减弱转录，故称负增强子。

代谢组学（metabolomics）：

是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科。

端粒（telomere）：

是由独特的DNA序列及相关蛋白质组成的线性真核染色体的末端结构，它具有防止末端基因降解、染色体末端间的粘连和稳定染色体末端及其精确复制等功能。

反向遗传学（reversegenetics）：

是从改变某个感兴趣的基因或蛋白质入手，然后去寻找相关的表型变化。

反转座子（retroposon）或“反转录转座子（retrotransposon）”:

先转录为RNA再反转录成DNA而进行转座的遗传元件。

核酶（ribozyme）:

具有催化活性的RNA,即化学本质是核糖核酸（RNA）,却具有酶的催化功能。

核酶的作用底物可以是不同的分子,有些作用底物就是同一RNA分子中的某些部位。

核心启动子（corepromoter）：

是指在体外测定到的由RNApolⅡ进行精确转录起始所要求的最低限度的一套DNA序列元件。

化学基因组学（chemogenomics）：

它是作为后基因组时代的新技术,是联系基因组和新药研究的桥梁和纽带。

它指的是使用对确定的靶标蛋白高度专一的小分子化合物来进行基因功能分析和发现新的药物先导化合物。

基因组印迹（genomicimprinting）:

也称作基因印迹（geneimpringting），是一种新发现的非孟德尔遗传现象，指来自双亲的某些等位基因在子代中呈现差异性表达的现象。

程序性细胞死亡/凋亡（programmedcelldeath/apoptosis）：

细胞应答一类刺激剂，引起一连串特征性的反应，从而启动导致细胞死亡的途经。

焦磷酸化编辑（pyrophosphorolyticediting）：

RNA聚合酶通过PPi的掺入（聚合反应的逆反应）去除错误加入的核苷酸，然后加入正常的核苷酸，虽然这种编辑不能区分正常和错误的核苷酸，但由于转录在错误加入核苷酸后停留时间过长，而对其有优先校正功能。

酵母双杂交（yeasttwo-hybrid）：

利用杂交基因通过激活报道基因的表达探测蛋白质与蛋白质间的相互作用。

亮氨酸拉链（leucinezipper）：

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α-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”。

密码子使用的偏好（relativesynonymouscodonusage，RSCU）：

编码同一氨基酸的各个密码子的使用频率在不同生物中并不相同，也不与该氨基酸在整个蛋白质中的频率成正比，这也就是密码子使用的偏好现象，该现象可影响基因表达的效率。

母系印迹（maternalimprinting）:

来自母本的等位基因（母源等位基因）不表达，而父源等位基因表达的现象。

母性基因（maternalgene）：

母体卵子发生时所表达的基因，母性体细胞基因是在母性体细胞中表达，而母性胚系基因则在生殖细胞中表达（如卵母细胞）。

染色质重塑（chromatinremodeling）:

是表观遗传修饰中一种常见的方式，是指导致整个细胞分裂周期中染色质结构和位置改变的过程。

染色质重塑因子（chromatinremodelingfactor）:

依靠水解ATP提供能量来完成染色质结构的改变。

染色质重塑因子在组成及功能上不同，但都包含类Snf2超家族的ATP酶亚基

增强子（enhancer）：

该DNA序列可增加与其连锁基因转录的频率。

增强子多位于基因的5’端，但也可位于基因的3’端，甚至基因的内含子中。

无位置及方向性，但可能有组织细胞特异性，一般能使基因转录频率增加10～200倍，有的甚至可以高达上千倍。

甚至远离靶基因达几千kb也仍有增强作用。

转座子沉默（transposonsilencing）:

宿主积累了转座子的多个拷贝，从而阻遏转座发生。

组成型剪接（constitutivesplicing）：

编码蛋白质的不连续基因通过RNA剪接将内含子从mRNA的前体中依次去除，然后规范地将外显子剪接成成熟的mRNA，这种剪接方式是一个基因只产生一种成熟的mRNA，一般也只产生一种蛋白质产物。

组蛋白密码（histonecode）：

组蛋白氨基端的各种修饰（甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等）及组合通过改变染色质的结构或产生效应蛋白质的结合位点而影响基因的表达活性，从而调控下游的细胞学过程。

组蛋白修饰（histonemodification）:

是指染色质上的组蛋白被甲基化、乙酰化或磷酸化的过程。

中心法则（centraldogma）F.Crick于1958年提出的阐明遗传信息传递方向的法则，指出遗传信息从DNA传递至RNA，再传递至多肽。

DNA与RNA之间遗传信息的传递是双向的，而遗传信息只是单向地从核酸流向蛋白质。

简答题：

1、核小体与核小体定位在基因表达及其调控中有何作用？

答：

（1）核小体与基因表达核小体是染色质的基本结构单位，体内外实验均证实,核小体是基因转录的通用抑制子。

细胞内基因组包裹在核小体内，如果启动子区在核小体中，则转录通常会被抑制。

实验也证明由于缺少H4组蛋白，在核小体不能形成的酵母细胞系中,很多基因变为组成型表达，而在正常的细胞中,它们均处于抑制状态。

（2）核小体定位与核小体定位密码核小体在DNA上的精确定位对细胞正常功能的发挥起重要作用。

由于核小体与DNA的动态相互作用，大多数核小体的位置是不固定的。

但是在有些情况下，某些核小体被限定在基因组的固定位置上，或者说DNA序列仅以一种特定的构型组装成核小体，则DNA上的每个位点将一直位于核小体上的特定位置，我们称这种组装类型为核小体定位（nucleosomepositioning）。

2、原核生物与真核生物的启动子结构有什么差别？

答：

原核生物的转录

操纵元：

原核生物中很多功能上相关的基因前后相连成串，由一个共同的控制区进行转录的控制。

包括结构基因、控制区以及调节基因。

原核生物的启动子

在操纵元中，从mRNA开始转录的位点以上都是启动子序列，20bp-200bp

特点：

1、Pribnow框：

TATAAT，位于-10左右，是RNA聚合酶的牢固结合位点

2、Sextama框：

TTGACA，位于-35附近，是RNA聚合酶的初始结合位点

3、上述二者及之间的距离决定转录效率，一般距离17bp左右

4、CAP位点cAMP-受体蛋白复合物在启动子上的的结合位点

真核生物的转录：

启动子在基因的5’端，由RNA聚合酶及转录调控因子结合的区域称为启动子（promoter）。

一般从转录起始点（＋1）到RNA聚合酶结合的区域为核心启动子，在其上游还有增强子、沉默子等上游调控元件，它们和反式作用因子一起调控基因的表达。

真核生物启动子真核生物有三类RNA聚合酶，与此对应，有三类不同的启动子。

事实上RNA聚合酶Ⅱ，Ⅲ所作用的启动子情况比较复杂

RNA聚合酶Ⅰ识别的启动子，除5SrRNA基因外，其它rDNA基因组成一个大的多拷贝基因族，转录成一个45S的rRNA前体，其启动子由起始位点的核心启动子和其上游控制元件两部分组成。

核心启动子包括-45到+20，负责转录的启始；上游控制元件从-200到-150，它们之间的序列长度对转录效率影响很大。

RNA聚合酶Ⅲ启动子可分为两种类型。

一种是启动子位于转录起始点下游，又称下游启动子（downstreampromoter）、基因内启动子（intrageneticpromoter）或内部控制区（internalcontrolregion）。

另一种启动子是与常见的启动子相似，又称上游启动子（upstreampromoter）。

下游启动子又分为两个亚型，Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型内部启动子有两个分开的序列boxA（TGGCNNAGTGG）（共同序列RRYNNARYGG），和boxC（CGGTCGANNCC）（共同序列RRTGGGA/TGACC），而它们之间的距离比较固定，为中间元件（internalelementIE），这是5SrRNA基因的典型结构。

Ⅱ型内部启动子由boxA和boxB（GGTTCGANTCC）组成，两者之间距离较大，且不固定，是tRNA基因启动子的典型结构。

上游启动子包括三部分元件，即TATA框，近侧序列元件（proximalsequenceelement,PSE），和远侧序列元件（distalsequenceelement,DSE），这是部分snRNA基因启动子的典型结构。

RNA聚合酶Ⅱ启动子由四部分元件组成，即转录起始点、TATA盒、上游元件和远上游元件。

转录起始点（initiators）在有些Ⅱ型转录酶启动子中比较保守，其一致性序列为PyPyANT/APyPy，转录起始点常和TATA盒组成核心启动子起始基础转录，但与其相连的上游元件和增强子可以促进其高效转录。

对于含TATA盒的启动子，其启始点常在其下游25bp—30bp，有的基因启动子无典型起始子序列，则RNA聚合酶根据TATA盒下游30bp附近的第一个嘌呤碱基作为转录启始点。

绝大多数Ⅱ型转录酶启动子均含有TATA盒，一致性序列为TATAAAA，第5和7位A有时可被T取代，看家基因（housekeepinggenes）、同源异形基因（homoboxgene）和哺乳类发育中的免疫控制基因无TATA盒。

而奢侈基因（luxarygenes）具有TATA盒，它可能是帮助RNA聚合酶正确识别其下游的起始子，从正确的位置起始转录；有些启动子的TATA盒对转录十分重要，一旦缺失则完全失去活性。

故TATA盒对有些Ⅱ型转录酶启动子的功能是十分重要。

上游元件（upstreamelement,UE）位于TATA盒上游的元件种类较多，常见的有GC盒、CAAT盒、八聚体元件、另外有些启动子还可见到KB、ATFu等。

GC盒：

位于TATA上游特定位置上（-90bp），一个或几个含有高GC序列的元件（保守序列为G/TGGGCGGG/AG/AC/T），该序列有位置依赖性，但无方向依赖性，它与SP1蛋白结合后可以促进转录的效率。

CAAT盒位于TATA盒上游，可极大的提高转录的效率，但对其起点、特异性等无影响，CTF家族因子识别CAAT盒，另外其它的蛋白因子也可识别CAAT盒，例如CP1，CP2，CP3，C/EBF，ACF等。

由于CTF家族因子是同一基因经不同加工后的产物，对CAAT盒的识别能力相同。

共同的保守序列为GGC/TCAATCT，一般位于起始点上游-80到-75左右。

3、常见的反式作用因子有哪些？

其结构特点是什么？

（第四章）

答：

反式作用因子（trans-actingfactor）与顺式作用元件（cis-actingelement）相结合直接控制着基因的转录，在反式作用因子中有些可促进基因的表达称之为激活蛋白（activin），有些可阻遏基因的表达称之为阻抑蛋白（arrestin）。

一般情况下，这些调节着基因转录活性的反式作用因子，通称为转录因子，已鉴别的转录因子可分为普遍性和组织特异性两类。

转录因子有数千种之多，从其结构特点来看，主要有两大功能区，①DNA结合域，②活性域。

对于DNA结合域，根据其氨基酸结构域的特点，又可分为：

螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix,HTH），锌指（zincfinger），螺旋-环-螺旋（helix-loop-helix,HLH），亮氨酸拉链（leucinezipper，ZIP），同源异型域（homeodomain,HD），激素受体类（类固醇等）或核受体类，β桶（β-barrels）结构等。

大量的实验证明这两大功能域是分开的，但不同转录因子的活性域其激活方式可能不同，例如通过蛋白合成，共价键修饰（例如蛋白质的磷酸化和脱磷酸化等），与配体结合及与抑制因子（蛋白及RNA等）结合改变构象等发挥作用。

以下介绍几种重要反式作用因子的结构特点及调节基因表达的可能机理。

⑴锌指蛋白锌指蛋白（zincfingerprotein）是由含有锌指结构域的两类蛋白质组成，即传统的锌指蛋白和类固醇受体结合蛋白质。

锌指结构域是由蛋白质上保守的半胱氨酸及/或组氨酸与锌原子结合形成一个手指状的结构。

典型的锌指蛋白往往有多个锌指结构域，其保守序列为Cys-X2-Cys-X3-phe-X5-leu-X2-His-X2-His,锌原子与其中两个半胱氨酸和2个组氨酸结合形成四面体结构，长23个氨基酸，两个锌指之间由78个氨基酸相连。

从每个锌指的三级结构来看，其N端形成β折叠，C端形成α螺旋。

反向平行的β折叠区含有2个半胱氨酸，与其后α螺旋中的2个组氨酸一起与锌原子结合，而由锌原子稳定了整个锌指结构。

一般来说，具有多锌指结构域的蛋白质可能就是与DNA结合的转录因子，但有时锌指蛋白的底物可能还包括RNA，特别是仅有一个锌指结构域的蛋白，有时甚至与DNA结合活性无关。

⑵同源异型域蛋白同源异型域（homeodomains,HD）蛋白几乎存在于所有真核生物基因组中，含有60个氨基酸保守序列的DNA结合蛋白。

首先在果蝇中发现其可以调节个体形态发育过程，例如果蝇的触角足基因发生突变，可使果蝇触角部位长出一对足。

同源异型域蛋白属于HTH蛋白，可形成三个螺旋区，其中螺旋2、螺旋3形成典型的HTH域，螺旋3识别螺旋与DNA大沟结合，其N末端臂参与DNA小沟的结合，同源异型域蛋白形成二聚体后才与DNA结合

⑶β-barrels结构域乳头瘤病毒E2编码一种激活蛋白，可促进所有病毒基因的转录，由两个E2蛋白单体形成的二聚体，可以产生一个DNA结合域，这个结合域是由多个反向平行的β折叠构成的β-桶（β-barrels）结构，每个亚基上的α-螺旋则与DNA大沟相结合，两个相邻的大沟被识别螺旋结合后可导致DNA分子发生45°的弯曲。

⑷螺旋－环－螺旋结构域HLH长40～50个氨基酸，由两个长15～16个氨基酸的亲水，亲脂的α螺旋及长度不同的环（连接区）将其分开。

两蛋白的两个α-螺旋疏水面相互作用可形成同二聚体或异二聚体，多数HLH附近有一强碱性的氨基酸区，但也有不含该区的HLH，含有碱性区的HLH称为bHLH或HLP，是DNA的识别和结合所必需的，但与DNA结合能力的差异则是由bHLH基序及二聚体的状况所控制的。

bHLH可分为两类，一类为组成型表达，例如哺乳类的E12，E47，果蝇的da。

另一类为组织特异性表达，例如哺乳类的MyoD和果蝇的AC-S。

⑸亮氨酸拉链的结构域亮氨酸拉链（leucinezipper，ZIP）的双亲α螺旋其疏水面亮氨酸突出，并与另一个平行的亮氨酸拉链蛋白的亮氨酸突出交错排列，盘绕成卷，两个右手螺旋互相缠绕，每圈3.5个氨基酸，每7个残基构成一个完整的重复单位，因此亮氨酸在拉链区每隔6个氨基酸残基重复出现一次，两个蛋白形成同源二聚体或异源二聚体。

在每个拉链蛋白质中与亮氨酸重复序列邻近的区域是高度碱性的，可作为一个DNA的结合位点。

整个二聚体呈Y型结构，拉链构成茎，两个碱性区分叉形成臂，横跨在DNA分子上并与相邻的DNA两个大沟结合，这称为bZIP。

这种bZIP蛋白结合的靶序列为无间隔的反向重复序列。

C/EBP异二聚体bZIP有4个重复区，可与CAAT框及SV40核心增强子结合，Jun/Fos异二聚体则有5个重复区，可与其靶序列结合，虽然Fos也为ZIP结构，由于不能形成二聚体，故本身并不能与DNA结合。

但Fos与Jun形成的异二聚体及Jun-Jun同二聚体均可与DNA结合，而且靶序列特异性相同，但异二聚体与AP1位点的结合能力则比Jun同源二聚体低10倍左右。

在真核生物中存在大量复杂的中介蛋白，它们很可能起到连接启动子与增强子的桥梁作用，通过这些中介蛋白各种反式作用因子发生复杂的相互作用，共同决定基因转录的特异性和强度。

增强子对启动子的活化虽具有远距离，无方向性，但基因和基因之间有时会存在一个绝缘子（Insulator），可以限制增强子作用的范围。

绝缘子位于同一基因启动子与增强子之间，可抑制增强子对转录的激活，但绝缘子并不能抑制启动子下游的增强子对同一启动子的激活，也不能抑制该增强子对另外一段基因的激活作用。

绝缘子上可结合特定的蛋白质，从空间阻碍着增强子与启动子的联系。

绝缘子的作用机制是否通过阻碍DNA成环，还是阻碍中介蛋白与增强子和启动子结合尚无定论，但绝缘子确实可以抑制修饰染色质的展开，局部染色质发生修饰后可以影响其表达，而这种修饰区域不能跨过绝缘子。

如果将基因插入到异染色质区，往往会发生基因沉默，而在其两端加上绝缘子，则可正常表达。

4、原核生物与真核生物基因表达调节机制的主要差别是什么？

答：

（1）在原核生物中，基因表达的调控以转录水平调控为主，在调节基因的作用下，主要以操纵子为单位，转录出一条多顺反子mRNA，并指导蛋白质合成；而且转录和翻译是偶联的，很少发生mRNA的加工、修饰。

但也存在转录后水平的调控，例如反义RNA的调控，翻译的调控，RNA开关等。

（2）在真核生物中，基因表达的调控十分复杂，可发生在多个层次、多个水平，包括从染色体和染色质的表观遗传学控制，DNA的复制、RNA的转录、加工与拼接、蛋白质翻译及翻译后加工、修饰等等。

对于真核生物基因的转录调控，主要是顺式作用元件（cis-actingelement）与反式作用因子（trans-actingfactor）的相互作用。

（3）另外，DNA的重排和RNA的交替剪接也是真核生物基因表达多样性的重要机制；近年发现的小分子RNA通过RNA干扰途径也可调节基因的表达，介导DNA的甲基化、mRNA的降解及翻译起始的抑制等。

5、转座子的遗传学效应与应用

答：

（1）改变染色体结构

当转座子插入后而引起受体位点DNA一段短的同向重复序列（DR），即靶位加倍（target-site-duplication）。

如转座子切离在DR之间重组，结果是夹在两个DR之间的DNA序列被切离而缺失（deletion），中间的DNA序列形成一个环，将从细胞中丢失，DR在染色体上只留下一个拷贝（图6-51a）；如重组发生在IR之间，结果是夹在两个IR之间的DNA发生倒位（inversion）（图6-51b），而反向重复得到保留，这将会导致下一次的倒位。

转座子附近序列的缺失是两步反应的结果，转座产生了DR，而重组又发生在此DR之间的转座子分子内。

当新拷贝的方向和原拷贝方向相反时，重组会导致倒位；当方向相同时重组的结果产生了两个小的环状DNA，其中一个无复制原点而被丢失，另一个有复制原点的可复制。

因丢失环带有转座子附近序列，结果造成转座子附近序列和一个重复序列的缺失。

有的转座子可以促进双重倒位（duplicativeinversion）。

这些转座子以相反的方向位于中心区的任一侧，中心区发生倒位时，它们的方向也随之改变。

（2）诱发基因突变

当转座子插入到某个基因座位中往往导致该基因失活，在某些情况，插入位点的基因保持正常转录，只是转录子中的插入序列通过转录后的剪接过程而被除掉，因此插入位点的基因仍表现出显性性状，这种现象叫做渗漏突变（leakymutation）。

也就是仍有—些残余水平基因表达的突变。

该基因称为渗漏基因（leakygene），又称亚效等位基因（hypomorph），即一种突变种基因与其野生型有相似的效应，但效应较弱。

插入失活和渗漏突变与转座子在插入位点中的方向有关。

例如，当dSpm和Ds因子插入与靶基因的方向相反时，前体mRNA中的dSpm或Ds序列则可通过转录后的加工过程而被除掉，所以含有转座子的基因仍然编码野生型蛋白质和mRNA，即所谓的渗漏突变。

如果转座子在外显子中的转录方向与所在基因的转录方向相同，转录过程常终止在转座子的多聚A化信号位点上，形成半截子mRNA，因此也造成插入失活。

对于Spm/dSpm控制因子系统来说，由dSpm造成的渗漏突变只是在基因组中不存在Spm因子时才能发生，如果植物基因组中存在Spm因子，无论dSpm的插入方向如何，含有转座子的基因都不能正常表达。

这种现象进一步说明，Spm以反式互补方式为dS