生物化学整理真题之基因表达调控

真题部分

（2007 选择) 正转录调控系统中，调节基因的产物  激活蛋白 。

延伸：原核生物基因调控发生在转录水平上，根据调控机制分正转录调控系统和负转录调控系统。负转录调控系统调节基因产物是阻遏蛋白。

（2007 判断）大肠杆菌在多种碳源同时存在条件下，优先利用乳糖。优先利用的是葡萄糖。

（2007 选择）真核生物基因表达转录前水平调节的过程：染色体DNA的断裂、某些序列的删除、扩增、重排和修饰以及异染色质化等。通过改变DNA序列和染色质结构从而影响基因表达的过程，均属转录前水平的调节。

（2007 选择）表观遗传调控的事件：DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA、染色质重塑等。

（2007 选择）大肠杆菌中，参与转录终止调控的是 ρ 因子

延伸: 大肠杆菌有两种类型的终止子（原核生物转录终止的两种机制） ①依赖ρ因子的终止子：依赖ρ因子的终止子必须在ρ因子的存在下才能终止核心酶的转录作用。具有使DNA-RNA杂交体解链的作用。它追赶上RNA聚合酶后使DNA-RNA解链，释放RNA聚合酶，使转录终止。 ②不依赖ρ因子的终止子：只有核心酶和终止子就足以使转录终止，不依赖其他辅助因子的作用。

（2007 选择）磷酸化酶激酶活性的发挥依赖于 钙离子

（2007 选择）组蛋白的修饰可引起核小体的解离，这种修饰是 乙酰化。

延伸：组蛋白修饰的方式：甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等。

甲基化:发生在精氨酸和赖氨酸的侧链, 催化其甲基转移酶有3个主要的蛋白家族：PRMT家族、SET域家族和非SET域家族；识别组蛋白甲基化的3个蛋白基元：染色域 (Chromodomain)、TUDOR域和WD40重复域 (WD—repeat domain)。

磷酸化: 指通过蛋白质磷酸激酶将ATP的磷酸基转移到组蛋白特定氨基酸上的过程。通过两种机制影响染色质的结构和功能：磷酸基团携带的负电荷中和组蛋白正电荷, 造成组蛋白与DNA之间亲和力的下降; 产生与蛋白质作用因子结合的表面, 与特异的蛋白质复合物相互作用。对生物功能的调节具有可逆性，还具有染色质结构“ 开关” 的功能。

泛素化：蛋白质的赖氨酸残基位点与泛素分子的羧基端相互结合的过程。

组蛋白H2A：位点：K119；作用：促进H1与核小体结合，促进多聚梳群蛋白的沉默, 在X染色体失活的起始过程中有重要作用。组蛋白H2B：位点：K120（哺乳动物），K123（酵母），作用：促进H3K4的甲基化，有丝分裂、减数分裂，与转录有关，影响K79 的甲基化，与RNA 聚合酶Ⅱ的延伸有关。

（2007 选择）蛋白激酶 A 催化蛋白质上氨基酸残基的磷酸化，它是 丝氨酸残基或苏氨酸残基。

（2007 判断）细胞周期的时间控制是由蛋白激酶系统对细胞外信号做出反应，以改变其活性而实现的。+

（2007 判断）. DNA 甲基化永久关闭了某些基因的活性，这些基因在去甲基化后，仍不能表达。+

（2007 判断）表观遗传效应是不可遗传的。-

（2007 问答）大肠杆菌乳糖操纵子的主要结构和阻遏蛋白的作用机制是什么？

大肠杆菌乳糖操纵子结构主要包括：Z、Y和A三个结构基因，分别编码半乳糖苷酶、通透酶和乙酰基转移酶；一个操纵序列（基因）O，功能是与阻遏蛋白结合，使操纵子受阻遏而处于关闭状态；一个启动序列（基因）P：可与RNA聚合酶结合，上游含一个及分解代谢物基因激活蛋白（CAP）结合位点；一个调节基因I：编码一种阻遏蛋白。（注：和1个CAP结合位点共同构成乳糖操纵子的调控位）

阻遏蛋白：为可诱导的负调控（负性调节）。没有乳糖存在时，乳糖操纵子处于阻遏状态，I 序列表达的乳糖操纵子阻遏蛋白与O序列结合，阻遏RNA聚合酶与P序列结合，抑制转录启动。有乳糖存在时，乳糖转变为半乳糖，后者与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白构象变化，阻遏蛋白与O序列解离，在CAP蛋白协作下发生转录。

延伸: CAP的正性调节，分解代谢物基因激活蛋白（CAP）分子内存在DNA与cAMP结合位点。当大肠杆菌从以葡萄糖为碳源的环境转变为以乳糖为碳源的环境时，cAMP浓度升高，与CRP结合，使CRP发生变构，形成分解代谢物基因激活蛋白（CAP），CAP结合于乳糖操纵子启动序列附近的CAP结合位点，激活RNA聚合酶活性，促进结构基因转录，对乳糖操纵子实行正调控，促进合成分解乳糖的三种酶。   

协调调节：乳糖操纵子阻遏蛋白的负性调节与CAP的正性调节机制协调合作。当乳糖阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；但若没有CAP来加强转录活性，即使阻遏蛋白从操纵子序列上解聚，仍几乎无转录活性。总之，两种机制相互制约、相互协调、相辅相成。

（2008 名词）Alternative splicing：可变剪接，又称选择性剪接，指基因的转录产物在不同的阶段发育阶段、分化细胞和生理状态下，通过不同的拼接方式得到不同的mRNA和翻译产物的过程。

(2008 选择)下列哪些因子是转录调控的顺式作用元件：启动子、增强子、沉默子、操纵基因、终止子等。  注：顺式作用元件指可影响自身基因表达的DNA序列，含“因子”二字的均不是。

（2010 问答）真核基因表达转录前、转录、转录后、翻译、翻译后水平调控的主要方式及（意义？）

转录前（DNA）水平调节：基因扩增（如非洲爪蟾卵母细胞中rDNA是体细胞4000倍）、基因丢失（如蛔虫胚胎发育过程，27%DNA丢失）、基因重排、DNA的共价修饰（甲基化和去甲基化）、组蛋白乙酰化、染色质活化和异染色质化等。

转录水平调节：主要指顺式作用元件与反式作用因子相互作用，染色质活化、基因活化等。

转录后水平调节：转录产物（mRNA前体转录后）的加工和（mRNA）转运调节。

翻译水平调节：控制mRNA稳定性和选择性翻译。

翻译后水平调节：控制多肽链的加工和折叠。

（2010 简答）表观遗传学的概念及研究内容

（2011 简答）表观遗传概念、主要内容及其与癌症研究作用。

（2015 问答）什么是表观遗传学？其主要的研究内容是？

表观遗传学是研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达或蛋白表达发生可遗传的变化，但又可以通过细胞发育和增殖而稳定遗传现象的一门遗传学分支学科。

研究内容：

1．DNA甲基化：所谓DNA甲基化是指在DNA甲基化转移酶的作用下，在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5’碳位共价键结合一个甲基基团。

2．组蛋白修饰：组蛋白修饰是表观遗传学研究的重要内容。组蛋白修饰包括乙酰化，甲基化，泛素化，磷酸化和糖基化修饰作用。

3．染色质重塑：染色质重塑复合物依靠水解ATP提供能量来完成染色质结构的改变，根据水解ATP的亚基不同，可将复合物分为SWI/SNF复合物、ISW复合物以及其它类型的复合物。

4．RNA调控：功能性非编码RNA在基因表达中发挥重要的作用，按照它们的大小可分为长链非编码RNA和短链非编码RNA。

5．遗传印迹（基因组印迹）：基因组印记是指来自父方和母方的等位基因在通过精子和卵子传递给子代时发生了修饰，使带有亲代印记的等位基因具有不同的表达特性，这种修饰常为DNA甲基化修饰，也包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。

6．X染色体失活：女性有两条X染色体，而男性只有一条X染色体，为了保持平衡，女性的一条X染色体被永久失活，这便是“剂量补偿”效应。

在研究肿瘤发生发展过程中的作用：

主要包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化和染色质高级结构中其他成分的修饰, 这些修饰改变染色质构型, 导致基因转录调节发生变化, 基因转录的失调导致细胞增殖失常, 从而致癌。这些可逆失活的基因重新表达，也可抑制肿瘤生长。  肿瘤表观遗传治疗的主要研究方向包括 DNA 甲基转移酶和组蛋白去乙酰化酶抑制剂的研制及靶向诱导 DNA 甲基化等。

（2011 名词）操纵子（operon）： 是指原核生物中有一个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。

（2011  问答）什么是操纵子？画出大肠杆菌乳糖操纵子的结构模型简图，并说明其调控机理。

操纵子：原核生物的基本转录单位，通常由 2个以上的编码序列与启动序列、操纵序列以及其他调节序列在基因组中成簇串联组成。

调控机理：详见上述07年简答及延伸部分。

（2011 选择、判断）不祥

（2012 名词）表观遗传调控：    狭义：影响基因转录活性，而不涉及DNA序列改变的基因表达调控方式。 广义：未发生DNA序列改变的可遗传的基因表达改变。

（2012 选择）顺式作用原件是影响自身基因表达活性的真核DNA序列，有启动子、增强子、沉默子等。

（2012 判断）高等动物的基因表达具有更加精细的调节，其中，可变剪切和翻译后修饰是其特异的调节方式。+ 

（2012 判断）真核生物在翻译水平进行基因表达调节，主要是控制 mRNA 的稳定性和有选 择的进行翻译。+

（2012 判断）增强子的作用与距离无关，与启动子的相对位置也无关，可以同时提高与它 在同一染色体DNA 上的所有基因的转录效率。-

延伸：增强子的特点作用：① 具有远距离效应。② 无方向性。③ 顺式调节。④ 无物种和基因的特异性。⑤ 具有组织特异性。⑥ 有相位性。⑦ 有的增强子可以对外部信号产生反应。

（2012 简答） 简述主要的顺式作用元件及其功能？

顺式作用元件主要包括：启动子、增强子、沉默子等调控元件以及各种应答元件（结合信号分子如激素等位点）。

启动子：可活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确结合，特异性地起始转录。

增强子：起到正调控作用，可以增强启动子转录能力而非启动基因转录。

沉默子：起负调控作用，可抑制基因活性表达。 

应答元件：包括热休克应答元件、金属应答元件和糖皮质激素应答元件等，可以调控基因的特异性表达。

（2012，2014 简答）简述转录因子的几种结构基序(motif)？

锌指结构，长约30个氨基酸，其中4个氨基酸（2个Cys，2个His）与一个锌原子相结合。     碱性-螺旋-环-螺旋结构，两个亲脂性 α - 螺旋，两个螺旋之间由环状结构相连，DNA结功能是由一个较短的富碱性氨基酸区所决定的。    碱性-亮氨酸拉链结构，亲脂性 α - 螺旋，包含有许多集中的螺旋一边的疏水氨基酸，两条多肽链以此形成二聚体，每隔六个残基出现一个亮氨酸。    螺旋-转角-螺旋结构域，主要是两个 α - 螺旋区和将其隔开的 β 转角。其中的一个被称为识别螺旋区，带有数个直接与DNA序列相识别的氨基酸。

（2012 问答）真核基因表达调控的特点？

真核生物基因数量多，基因表达调节机制复杂，基因表达可在DNA、染色质、转录、转录后加工、翻译和翻译后加工等多个水平上调节，但最主要的是转录水平的调控。

特点包括：

（1）正性调节占主导地位：蛋白质与DNA结合后促进基因转录为正性调节。在真核生物中，顺式作用元件通过DNA与蛋白质、蛋白质与蛋白质的相互作用，最终改变RNA聚合酶的活性而调节转录。而能识别顺式作用元件的转录调节蛋白，大多以反式方式调节基因转录。

（2）转录与翻译分隔进行：真核细胞有细胞核及胞浆等区间分布，转录在核内，翻译在细胞质内。

（3）RNA聚合酶有三种，即RNA pol I、II、III，分别负责三种RNA转录。TATA盒结合蛋白为三种聚合酶所共有。

（4）基因转录可以在染色质水平上调节；组蛋白数量、结构及化学修饰的变化、DNA碱基修饰变化、DNA拓扑结构变化等均影响转录水平。

（5）转录后修饰、加工：转录后剪切、修饰等过程远比原核生物复杂。

（2013 选择）原核生物基因组转录起始的正确性取决于 RNA 聚合酶 σ 因子

（2013 判断）顺式作用元件是指具有转录调节功能的特异 DNA 序列。+

（2013 判断）直接识别结合 TATA 盒的基本转录因子是 TFIID。+

（2013 判断）对大多数基因来说CpG DNA序列甲基化会促进基因转录。-

（2013 简答）简述真核生物基因转录调控因子中重要的功能域？

真核生物各种转录调控因子为反式作用因子，其功能区域包括DNA结合域和转录激活域。

DNA识别或结合域：主要包括锌指结构、碱性-螺旋-环-螺旋、碱性-亮氨酸拉链 、 螺旋-转折-螺旋、同源域。

转录激活域： 主要包括酸性激活域、富含谷氨酰胺的激活域，富含脯氨酸的激活域。

（2014 选择、判断，题目不祥）题源：组蛋白翻译后的表达调控，真核基因不同水平的表达调控机制。启动子，增强子举例。

（2015 判断）题源：色氨酸操纵子的作用（诱导作用）

（2015 判断）题源：真核生物基因组中不形成操纵子的结构

（2015 判断）题源：真核生物基因在原核生物体内表达的条件

（2015 判断）题源：基因表达的产物都是蛋白质

（2015 选择）题源：关于管家基因的相关描述

（2015 选择）题源：什么决定基因表达的时间性和空间性。

（2015 选择）题源：生物细胞从受精卵发育到个体过程中DNA甲基化水平的变化过程

（2016 简答）什么是操纵子？请说明色氨酸操纵子在原核基因表达调控产生的调控机制？

操纵子：指原核生物中有一个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。

Trp操纵子存在两种调控机制：阻遏调节：由辅阻遏蛋白完成。当无色氨酸时，辅阻蛋白不能结合O序列，操纵基因开放，开始转录；当细胞内有较大量的色氨酸时，辅阻遏蛋白与色氨酸结合后，可结合O序列，阻遏基因转录。衰减调节：由弱化子完成。在色氨酸操纵子，第一个结构基因与启动基因之间存在有一弱化区域，当细胞内丝氨酸浓度很高时，通过与转录相偶联的翻译过程，形成一个弱化子结构，使RNA聚合酶从DNA上脱落，导致转录终止。

（2016 选择）不祥

（2016 判断）基因组甲基化程度越高，转录活性越强（F）

（2017 名词）增强子：一个顺式作用序列，能使和它连锁的基因转录频率明显增加的DNA序列，能够在启动子任何方向以及任何位置（上游或者下游）作用。

（2017 选择）操纵子包括一个启动子加多个结构基因。

（2017 选择）真核生物转录反式作用因子包括：锌指结构 碱性螺旋-环-螺旋 碱性亮氨酸拉链 螺旋-转角-螺旋。

（2017 选择）编码真核蛋白质核苷酸序列在E.coil上直接表达的是：基因组基因

（2017 判断）不祥

考点延伸

简述色氨酸操纵子中衰减子调控机制？

现代分子生物学辅导与习题集第四版  p159~160

简述阿拉伯糖操纵子的结构及调节机理？

阿拉伯糖结构基因包括araA、araB、araD分别编码阿拉伯糖异构酶，核酮糖激酶及核酮糖5-磷酸差向异构酶；操纵基因araO和启动基因ara I ，以及调节基因araC。

当阿拉伯糖被除去时，araC基因从它自己的启动子转录。当葡萄糖水平高，阿拉伯糖水平低时，Ara C蛋白结合于araO2和 araI 的半位点，形成一个DNA环阻子araBAD转录。当有阿拉伯糖存在而葡萄糖浓度低时，AraC和阿拉伯糖结合并改变构象成为激活子。DNA环被打开，Ara C和ara I ，araO1每个半位点都结合，串联的蛋白相互作用，并和CAP-cAMP蛋白协调促进从ara BAD基因的转录。

试解释糖尿病患者为何出现酮尿？ 

酮尿也称酮症，酮血，是酮体代谢异常病，酮体是在肝脏线粒体中合成的，严重饥饿或糖尿病患者由于会耗尽体内糖的储存，肝外组织不能自血液中获取充分的葡萄糖，这时，肝脏为了输出能量，一方面糖异生加剧，耗尽了维系柠檬酸循环的草酰乙酸，而另一方面脂肪酸、蛋白质也被大量动员，产生的大量乙酰-CoA由于缺乏草酰乙酸而进入酮体合成，结果病人肝中酮体形成过量，造成血液中丙酮，乙酰乙酸，D-β-羟丁酸上升（后两者还会造成酸中毒），多余的酮体只能随尿液排出 。

试述转录调节因子的分类，结构与转录激活作用 ？

（1）转录调节因子的分类。基本转录因子，是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA转录的类别，决定三种RNA转录的类别。特异转录因子，决定特定基因的特定时间、空间表达，此类转录因子分为转录激活因子和转录抑制因子。转录激活因子通常是一些增强子结合蛋白；多数转录抑制因子是沉默子结合蛋白，但也有一些是通过蛋白质-蛋白质相互作用达到抑制基因转录。

（2）转录调节因子的结构。所有转录因子至少包括两个不同的结构域，DNA结合。和转录激活域，此外，很多转录因子还包含一个介导蛋白质-蛋白质相互作用的结合结构域。

（3）转录激活作用;真核RNA聚合酶 II不能单独识别、结合启动子，需依赖基本转录因子和特异转录激活因子的作用，基因转录激活过程就是形成稳定转录起始复合物的过程。此时，TBP相关因子与转录激活因子共同决定组织特异性转录。

真核细胞和原核细胞在基因表达调控的异同

相同：（1）都存在转录水平和翻译水平的调节。（2）转录水平均受顺式元件和反式因子的作用且对反式因子的调节在是两个水平上进行：一是通过反式因子的生物合成，二是通过变构和共价修饰。（3）在翻译水平上，mRNA的翻译能力都对表达有影响，且都存在翻译的阻碍作用。

不同