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分子生物学原理复习题及答案好好复习，仅供参考。 王连庆The control of prokaryotic gene expression名词解释1. Operon 操纵子，指包含结构基因、操纵基因及调节基因的一些相邻基因组成的DNA片段，其中结构基因的表达受到操纵基因的调控。它是细菌基因转录调控的基本模型。2. Inducible operon 可诱导操纵子，诱导物所诱导的操纵子为可诱导操纵子，如lac操纵子，在诱导物作用下可产生本身代谢所需要的酶。3. Operator 操纵基因，是操纵子结构基因编码区之前的DNA区段，可以结合阻遏物或活化物。它位于基因启动子的后面或与启动子重叠，可控制一个临近基因或基因群的表达。4. Corepressor 共阻遏物，一类小分子，能阻止产生合成它们的酶，如Trp操纵子结构基因编码的酶所合成的Trp。5. Repressible operon 可抑制操纵子，共阻遏物所抑制的操纵子为可阻遏操纵子，即共阻遏物的存在可以抑制结构基因所编码酶的表达，如trp操纵子。6. Attenuator 衰减子，E. coli Trp操纵子上游位于启动子与第一个结构基因之间的序列转录后产物配对形成的终止结构。该结构有前导肽序列的转录产物3和4互补配对形成。7. Alarmones 信号素，原核生物应急反应中所产生的信号分子，它们通过与靶蛋白的结合来改变其活性即刻产生调控作用，从而使自身对代谢做出调节。8. Prophage 原噬菌体，某些温和噬菌体侵染细菌后，其DNA整合到宿主染色体上，处于整合状态的噬菌体DNA为原噬菌体。它是繁殖和传递噬菌体本身遗传信息的一种重要方式。9. Riboswitch 核糖开关，是原核生物中一类调节RNA元件，它可以直接感受小分子的代谢来控制转录和翻译，是不依赖调控蛋白的一种调节方式。10. sRNAs 细菌内小RNA，sRNAs是细菌内长80100 nt的RNA调控序列。它们一般不由大的dsRNA前体形成，而使被小基因所编码。大多数的sRNA通过与靶mRNA配对来抑制转录，有些情况也也促进转录。11. Antisense RNAs 反义RNA，是一类小分子RNA，一般通过与mRNA配对来抑制mRNA的翻译，主要在翻译水平上调节基因表达的一种RNA（少数可调节其转录）。简答1. 简述lac operon的调控机制。Lac操纵子由操纵基因O、结构基因Z、A、Y及调节基因组成。lac操纵子在启动子的-35区缺乏UP元件，为弱的启动子。CAP和Lac抑制子分别通过影响RNAP与启动子的结合来对lac基因进行调控。1）乳糖存在，葡萄糖不存在：CAP以二聚体形式结合到操纵基因上，与RNAP相互作用，将其募集到启动子出并与之结合；2）乳糖不存在，葡萄糖存在：Lac抑制子与操纵基因结合，不论CAP是否存在，它都排斥RNAP，使其不能跟启动子结合而抑制转录。乳糖存在的情况下抑制子会失去活性而无法与操纵基因结合。2. 如何利用实验证明CAP蛋白的作用机制。 CAP蛋白的作用机制是募集RNAP到启动子上，可以用活化子旁路实验来证明。1）用蛋白与蛋白的相互作用取代CAP跟RNAP的相互作用：一个蛋白与DNA结合域耦联，另一个蛋白取代RNAP的-CTD，RNAP可以被激活。2）-CTD被DNA结合域取代，RNAP可以被激活。3）无任何活化子，但RNAP是高浓度的，基因以激活水平表达。这三个实验说明CAP蛋白只是募集RNAP到启动子上。3. 为什么常利用lacZ作为reportors？在乳糖类似物IPTG的诱导下，LacZ编码-半乳糖苷酶，它可以跟X-gal反应生成蓝色物质。 LacZ具有操作简单、准确度高、分辨率高、直接反映蛋白表达水平等优点，因此适合做报告基因。4. Lac repressor如何结合于operators？Lac阻遏蛋白的DNA结合结构域为HTH模体，其中一个螺旋适合插入DNA的大沟，与其中的特异碱基结合。另一个螺旋横跨DNA大沟与DNA主链相联系，以保证第一个螺旋出现在正确的位置，同时也增加蛋白质-DNA相互作用的结合能。Laz阻遏物可以使DNA弯曲，使作用的区段在有效范围之内。Laz阻遏物以四聚体而不是二聚体结合，但是，每一个操纵基因只与4个亚基中的两个接触。Laz阻遏物含有两个作用位点，一个与操纵基因作用，另一个与诱导子作用。当阻遏物与诱导子结合时，其结构发生变化，二聚体不能同时结合DNA使活性降低。5. 举例说明原核activators的主要作用机制。 原核活化子作用的主要机制有二：1）通过募集RNA聚合酶激活转录，如lac操纵子的活化子；2）通过变构作用激活RNAP：改变RNAP的构象使启动活化，如glnA启动子的NtrC活化子；诱导启动子DNA构象改变，如merT启动子的MerR活化子。6. 举例说明原核repressors的主要作用机制。 原核阻遏蛋白的作用机制有二：1）抑制RNAP跟启动子的结合，由于该位点与RNAP的结合位点重复，因此RNAP被排斥，如laz操纵子中的Lac阻遏蛋白；2）阻遏蛋白结合到非启动子位点，与RNAP相互作用，从而抑制转录起始，如E. coli的Gal阻遏蛋白。7. 简述lac operon的调控机制（该题与1重复）。8. 简述trp operon的调控机制。Try操纵子（typ operon）负责Try的生物合成，当培养基中有足够的Try时，这个操纵子自动关闭，缺乏Try时操纵子被打开，trp基因表达，Trp或与其代谢有关的某种物质在阻遏过程中起作用。Trp操纵子的调控机制主要有两种：1）阻遏作用：trp操纵子转录起始的调控是通过阻遏蛋白Trp实现的。在配体Try的存在下，TrP二聚体构象改变，结合于操纵基因，抑制结构基因的表达。2）衰减作用：trp操纵子转录终止的调控是通过衰减作用实现的。如果E. coli中Trp水平较高，核糖体迅速地翻译出前导序列中的序列1，生成十四肽，并在序列3转录以前占据序列2转录产物，使前导序列转录产物3和4互补，形成类似终止子的衰减子结构；如果Trp水平较低，核糖体在序列1的Trp密码子暂停，使得序列2和3互补，从而阻止衰减子的形成，使翻译继续进行。9. 细菌营养环境极差（如缺乏氨基酸）时如何进行应急反应？在缺乏氨基酸的环境下，细菌会停止大部分活动，应急反会使应会RNA水平降低510%，使两种信号素ppGpp及pppGpp聚集，它们通过与靶蛋白的结合来改变其活性。未负载的tRNA与A位点结合，触发应急反应，RelA被活化，合成（p）ppGpp，它们降低了某些基因如rDNA的转录增加另一些基因的转录，部分是因为改变了与RNAP的结合及改变RNAP启动子的特异性。10. 细菌如何利用Riboswitch调控基因表达？核糖开关调控基因的机制：核糖开关是通过对小分子浓度的改变进行应答来调控基因的表达。这些调控元件特异地存在它们所调控基因的5-UTR，可以在转录或翻译水平来调控基因的表达，该调控是通过改变RNA的二级结构来完成的。概括地说，存在两种机制：核糖开关的作用域由1-4四部分组成1）在SAM存在的状况下，区域3和4形成柄环结构，产生了一个终止子，使RNAP在此终止转录；如果SAM不存在，则区域2和3形成柄环结构，转录得以进行。2）在SAM存在的前提下，区域3和4形成柄环结构封闭了核糖体的结合位点而使翻译起始阻止；没有SAM，则区域2和3形成柄环，翻译起始继续进行。11. 细菌如何调控translation initiation？ 简言之，细菌在转录起始主要通过调控蛋白对其调控，包括活化子和抑制子。活化子主要通过募集RNA聚合酶激活转录及改变RNAP的构象使启动活化来对转录进行正调控；而抑制子则通过排斥RNAP及与RNAP相互作用，从而抑制转录起始。12. 简述 repressor & Cro protein的作用（action）。抑制子由cI基因编码，由两个结构域组成，N端含DNA结合区，以二聚化的形式结合DNA，抑制子既可以激活也可以抑制转录。当作为抑制子起作用时，它结合到与启动子有重合的位点而排斥RNAP；当作为活化子时，抑制子类似于CAP，通过募集RNAP到启动子上使其活化。Cro蛋白只抑制转录，类似于Lac抑制子，它也是以二聚体形式与DNA结合，对RNAP排斥。13. 简述细菌sRNAs的结构特征、产生机制及功能。特点：其sRNA比真核生物的调控RNA大很多，为80110 nt；产生机制：小基因直接编码形成其最终产物，而不是由大分子RNA的前体加工而成；功能：大多数sRNA与靶mRNA互补使其降解从而抑制翻译，也有促进翻译的报道。14. 简述噬菌体Establishment of lysogeny的过程。 当建立了溶源性时，c基因从PRE开始转录，当这一状态得以维持时，c基因从PRM开始转录。结合在OR1和OR2上的抑制子不但激活了维持模式的表达并且关闭了建立模式的表达。同时，PR控制了裂解基因和c的表达，c的表达可控制抑制子的转录使噬菌体进入溶源状态。而PL控制了许多裂解基因的同时也控制协助建立溶源性的c基因。15. 简述N蛋白和Q蛋白的抗终止机制。N蛋白调控早期的基因表达，作用于3个终止子，它阻止在早期操纵子的终止，其作用的位点为nut。RNAP一通过nut位点，N蛋白即结合到RNA上，并通过RNA装载到RNAP上。在这种状态下，RNAP可以抵抗N和cro以外的终止子。N与nus基因的产物一起起作用，但如果N有较高的浓度，它也有这样的作用，表明N蛋白自身具有促进抗终止的作用。Q蛋白识别于晚期启动子PR-10和-35区之间的DNA序列QBE。无Q时，RNAP结合并起始转录，但在进行仅16或17 nt后暂停，然后终止于下游约200 bp的终止子tR；如果Q存在，RNAP一离开启动子，Q就结合QBE，并移动到在附近停留的RNAP，RNAP装载了Q蛋白就能通过tR。Gene regulation in eukaryotes复习题（一）名词解释1. Chromosome（略，与染色体部分同）2. Chromatin（略，与染色体部分同）3. Two-hybrid assay 双杂交法，用来判断蛋白是否相互作用的方法，基因A表达的蛋白与DNA结合结构域融合，基因B表达的蛋白与活化结构域融合，如果二者相互作用，则它们相当于一个活化子，报告基因的表达将被启动。4. Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) 染色质免疫沉淀，用来判断给定蛋白是否与基因组DNA结合的方法。简单的说，加入交联剂使检测蛋白跟目的DNA结合，将DNA切割成小片段，然后用抗体将与检测蛋白结合的DNA回收，并用PCR的方法确定结合的位点。5. Rromodomain 布罗莫结构域，实际上是真核生物中的一种蛋白模体，发现于果蝇brm基因的表达产物而命名，它存在于参与染色质活化或促进有丝分裂信号作用的核蛋白，识别并结合乙酰化的Lys，介导蛋白质间的相互作用，并募集重要的功能复合物。6. Chromodomain 克罗莫结构域，即染色质结构修是结构域，是一种真核生物的蛋白模体，高度保守含3050个氨基酸，结合甲基化的Lys，存在与核内参与调节染色质结构的蛋白质中。7. Insulators 绝缘子，是长约几百个核苷酸对的DNA序列，通常位于启动子同正（或负）调控元件之间，其本身对基因的表达没直接有效应，其作用使抑制其它调控元件对基因的活化或失活起作用。8. Locus control region 基因座控制区，有许多增强子或绝缘子元件组成，它可以控制个体基因的有序表达，但机制未知。9. Gene cluster 基因簇，一组紧密连锁并且功能上相关的结构基因，位于染色体的特殊区域。10. Hypersensitive sites 超敏位点，指-珠蛋白基因簇染色质区域两侧的DNA序列，该区域易被DNAase I所酶切。11. Housekeeping genes 管家基因，理论上说，是所有细胞都表达的基因，它们为所有类型的细胞提供基本的功能需求。12. Combinational control 组合调控，多个活化子的协同作用或活化子跟抑制子的相互作用对转录的调控为组合调控。13. Coactivator & Corepressor 辅激活（阻遏）蛋白，是一类辅助蛋白，它们不是转录机器的一部分，本身也不是DNA结合的调节蛋白，但是跟转录调节有关，可能是组蛋白甲基化酶或者其它的核小体修饰复合物。简答1. 真核与原核的activator的募集作用有何区别？ 区别有三：原核的活化子通常一个表面与DNA结合，另一个表面跟RNAP结合，将其募集到基因，从而激活基因的转录。在真核中1）活化子与转录机器上聚合酶以外的其它部分相互作用，通过募集这些部分也就募集到了RNAP；2）活化子能募集核小体修饰成分来改变基因附近染色质的性质，帮助起始转录；3）活化子可以募集聚合酶进行转录起始或延伸所需要的因子。在这些功能中，活化子将蛋白募集到启动子上。2. DNA binding motif的recognition strategy是如何进化的？举例说明。 蛋白以二聚体与DNA结合，并以螺旋嵌入大沟来识别特定的DNA序列（同源结构域、Zn指结构域、Leu拉链、HLH）双链折叠（如SAM）使用突出的环识别DNA（如p53）3. 简述activators如何指导Local alterations in chromatin。 两种模型：1）活化子募集组氨酸乙酰转移酶（HAT），该酶在His末端添加乙酰基团使组蛋白乙酰化，改变了其紧凑的结构，并为携带合适识别域的蛋白创造了结合位点；2）活化子募集染色质重塑复合物，改变启动子附近的核小体结构，使其变得可接近并且能同转录机器结合。4. Chromatin remodeling complexes改变nucleosome organization的主要方式有哪些？ 方式有三：1）核小体滑动，使DNA序列位置改变；2）调整核小体的空间位置，DNA改变序列的间隙；3）核小体被取代，DNA序列之间形成核小体的缺口。5. 简述Histone modifying enzymes的主要作用方式及其效应。 主要是对核小体N端的修饰，方式有三效应有二：1）组蛋白乙酰化（活化）去乙酰化（失活）；2）组蛋白甲基化（失活）去甲基化（活化）；3）DNA甲基化（失活）去甲基化（DNA去甲基化酶存在与否存疑）。6. 在真核基因转录前如何改变（活化）染色质结构？ 简言之，染色质重塑蛋白及组蛋白修饰复合体的协同作用使染色质活化。基因活化蛋白与染色质（30 nm纤维）结合募集组蛋白修饰酶（如HAT）10 nm的染色质纤维募集核小体重塑复合物，染色质结构进一步松散核小体滑动，染色质活化募集其它活化蛋白起始转录7. 何谓真核activators的“synergy”？ 简单的说，就是多种活化子通过协同作用，共同使基因打开，增效作用对活化子引发的信号整合是至关重要的。在该过程中，每个活化子可以募集转录机器中一种或几种成分，彼此帮助结合到各自的位点，其协同结合体现在三个方面：1）两者直接相互作用；2）两者与第三者作用；3）间接作用，A的结合可以帮助B结合。8. 何谓“enhanceosome”？举例说明。 活化子以协同作用结合在增强子上形成的结构被称为增强体，如人类干扰素增强体。3个活化子协同结合，与结构蛋白HMGA1一起激活干扰素基因。9. 简述真核与原核Repressors作用方式的主要区别。原核中抑制子的作用方式：1）与启动子的重合位点结合以排斥RNAP；2）结合在启动子附近与RNAP相互作用抑制转录起始；3）干扰活化子的功能。真核中，没有原核中的第一种调控方式，但它有另外的作用方式：抑制子募集核小体修饰酶，从而使染色质变得更紧凑或是去除能够被转录机器所识别的基因。10. 举例说明调控真核与原核transcription regulators活性方式的主要区别。原核的调控主要控制转录调控因子与DNA结合的水平上，如乳糖抑制子在缺乏乳糖时才跟DNA结合。真核的调控有两种方式：1）活性区的暴露：通过与DNA结合的活化子构象的改变或者释放隐蔽蛋白，如酵母Gal4的调控，它被Gal80的蛋白所隐蔽，只有Gal80去除时，Gal40才能被活化；2）运输出入细胞核：通过与抑制性蛋白相互作用，或者与细胞膜相互作用，或者以某种构象存在，调控因子被限制在核内，如果蝇胚胎背轴的形成，Cactus是抑制蛋白，在细胞质中与调控因子Dorsal结合，对于特定信号应答，Cactus磷酸化后被降解，Dorsal得以入核行使功能。11. 简述control of cell cycle的three checkpoints。 细胞周期调控的三个关卡：1）起始关卡位于G1末期，这是一个限制点，正要进入DNA复制的S期；2）G2/M，在该期要检测DNA是否完全复制，环境是否合适；3）中期向后期的过渡关卡，此点检测是否所有染色体已跟纺锤体连接。复习题（二）名词解释1. Pc (or Pc-G) protein Polycomb (Group)蛋白，是最早发现于果蝇中的一个蛋白家族，它可以使染色质重塑使转录因子无法跟DNA序列中的启动子结合。通过使染色质重塑，它可以使果蝇的hox沉寂。2. Imprinting 印记，指在配子或合子发生期间，来自一个亲本的等位基因或染色体在发育过程中产生特异性的加工修饰（一般为甲基化），导致后代体细胞中两个亲本来源的等位基因有不同的表达方式，是一种 DNA序列不改变的表观修饰。3. CpG islands (CG islands) CpG岛，是哺乳动物基因组中长度为12 kb富含非甲基化的CG二核苷酸DNA序列，一般位于启动子和第一个外显子区。4. Epigenetic regulation 表观遗传调控，表观遗传调控是指转录前基因在染色质水平上的结构调整，包括DNA甲基化和核小体的修饰，它是真核基因组一种独特的调控机制。5. Alternative splicing 选择性剪接，指选择性地对pre-mRNA不同的剪接位点的组合剪接方式，通过选择性剪接，由一条pre-mRNA可生成多条的成熟mRNA。某些基因的选择性剪接具有组织特异性或受发育调节。6. trans-splicing 反式剪接，指两条不同的mRNA的外显子连接到一起。与正常的剪接方式相比，反式剪接的两段外显子来自不同的mRNA，但可能是来自同一基因。7. editing RNA编辑，基因转录产生的mRNA分子中，由于核苷酸的缺失，插入或置换，导致RNA中的编码信息发生改变，使翻译生成的蛋白质的氨基酸组成，这种现象称为RNA编辑。8. guide RNA 引导RNA，真核生物中参与RNA编辑的具有与mRNA互补序列的RNA。9. P bodies Processing bodies 加工体，真核生物体细胞内的细胞质颗粒，主要起储存和降解mRNA的作用，不过也有P小体保护mRNA的报道（蠕虫卵细胞）。P小体是细胞质中不连续的区域，当中存在很多参与转录后调控的细胞因子。10. LincRNAs Large Intervening Noncoding RNAs 大的可插入非编码RNA，是真核生物中一类进化保守的非编码RNA，其长度从几千到上万nt，它可能起到结合并引导抑制子蛋白与启动子结合，从而使基因沉默。 简答1. 简述Budding yeast的端粒heterochromatin发生silencing的过程。 简言之，芽殖酵母端粒异染色质发生沉寂是其去乙酰化。首先，Rap1募集SIR复合体至端粒。SIR中的SIR2使临近的核小体去乙酰化，去乙酰化的尾部与SIR3跟SIR4结合，然后募集更多的SIR复合体，从而允许SIR2作用于更远的核小体，循环往复，使其核小体去乙酰化，端粒的异染色质得以沉默。2. Is there a histone code? Are you kidding me? 的确，在一个特定的基因座上复杂的组蛋白修饰产生一个高度特异的信息。但是，在一个基因上看到的许多修饰可能仅仅是一个基因在被活化或被抑制过程的一部分，而不是作为起始信号，即它们是基因正在开启或关闭的结果，而不是原因。当特定基因表达时，位点特异性结合蛋白（或小RNA）对其特异性起主导作用。3. 在哺乳动物基因组中，如何实现stable gene expression或gene firmly shut off？在未修饰状态，如果活化子和转录机器都存在，真核基因很容易在表达状态和非表达状态转换，在这种状态下，表达并不能完全关闭。基因的完全关闭需要DNA的甲基化和局部核小体的修饰来完成。当基因不表达时，DNA甲基转移酶可以靠近并使启动子序列、基因本身及上游活化子位点序列CG中的C甲基化，甲基化的C易于跟含C-Met DNA的蛋白结合，这些蛋白可以募集重塑和修饰核小体的复合物，从而使基因表达完全关闭。4. 何谓imprinting？imprinting是如何发生的？ 基因印记，指在配子或合子发生期间，来自一个亲本的等位基因或染色体在发育过程中被甲基化，导致后代体细胞中两个亲本来源的等位基因有不同的表达方式，是一种 DNA序列不改变的表观修饰。5. 为什么identical Twins可能一个健康，另一个患遗传性疾病？举例说明。 比如，Rett综合征。它是一种严重影响儿童精神运动发育的神经遗传性疾病，由X染色体连锁的编码抑制蛋白MeCP2的基因突变所致。对于同卵双生的男孩，在胚胎发育过程中，如果其中之一MeCP2被甲基化，则表现为Rett综合征，另一个则正常。简言之，是表观遗传修饰的改变，而不是DNA序列的改变。6. CpG islands在进化过程中是如何产生的？ 在古代脊椎动物的DNA中，CG的分布是随机的。这样C被甲基化，由于C-Met脱氨基形成T，这样有些CG中的C在漫长的进化过程中变成T。而另一些CG中的C如果最终形成T，对于生物本身来说，这种突变是致命的，因此被保留下来，最终形成CpG岛。7. Eukaryotic gene expression可能有哪些阶段（steps）受到调控？为什么说这些阶段之间相耦联？有六个阶段：转录、RNA加工、RNA转运和定位、翻译、RNA降解及蛋白的活性。对于mRNA来说，其不同阶段的加工再不同水平上相互联系，转录、RNA加工及mRNA的运输等过程是相耦联的；同时，许多mRNA的加工因子是共转录的，转录的完成需要不同的成分，跟mRNA加工的不同阶段相耦联。8. 组织（细胞）特异的Alternative splicing是如何发生的？首先，选择性剪接存在多种形式：可选的外显子、可选的内含子、外显子的相互排斥及内在的剪接位点（如一个外显子内存在的剪接位点）；其次，选择性剪接是受到调控的。其调控有两类：1）可变剪接的外显子总是在成熟的mRNA中出现，除非受到阻遏蛋白的抑制；2）只有某种激活因子发挥作用，可变剪接的外显子才能出现在成熟的mRNA中。9. 人类蛋白质编码基因数和细胞内蛋白质种类数是否大致相当？为什么？ 并不相当，最主要的原因是RNA剪接的存在。可变剪接产生多种剪接方式，导致成熟mRNA的多样性；RNA编辑则导致了遗传信息发生改变；进化过程中，由RNA剪接造成的外显子重排，则造成了蛋白的多样性；同时，不同的基因间可发生重组，产生新的蛋白（V（D）J重组）。还有另一个原因是，存在翻译后加工的机制，即蛋白剪接（protein splicing）（见上半学期分子生物学原理课件第三章“Regulatory Strategies”）10. 真核蛋白质分子如何跨膜转运（注：此题本意想问mRNA的跨膜转运）？ mRNA的转运通过核膜上的核孔复合体（NPC）来完成，这是一个主动运输的过程，需要GTP水解提供能量，该反应由Ran催化完成。只有合适的mRNA才能被转运，它们特异地结合正确的蛋白质，把那些必须留在核内及被降解的mRNA区分开。被转运的RNA携带了细胞核跨膜转运信号，转运受体识别这些信号后指导RNA通过核孔离开细胞核。一旦进入细胞质，蛋白质组分便解离下来，被识别后运回细胞核；然后再与mRNA结合，重复下一次运输。11. 真核mRNA分子在细胞质中localization的方式有哪些？真核mRNA在细胞质中的定位有三种方式：1）在ATP水解提供能量的前提下，mRNA被指引运输到细胞骨架上；2）随机散在分布被“捕获”；3）除非跟停泊蛋白结合，否则被捕获后与所在蛋白结合后发生降解。12. 为什么说editing的发现是对中心法则的补充？如何评价editing在进化中的地位？所谓的RNA编辑，是在RNA水平上改变遗传信息的加工过程，导致成熟的RNA编码的序列跟它的转录模板DNA序列不再匹配，即DNA遗传信息不再真实地反应在RNA序列中。因此，它是对中心法则的补充。RNA编辑可能发生在细胞进化早期阶段的RNA合成过程的“分子化石”，即生命早期RNA复制中的一种误差校正机制残留的痕迹。在生命起源过程中可能出现的RNA师姐，由于RNA复制误差较大，可能需要RNA编辑作为一种校正机制，以维持遗传信息的忠实性。13. Translational control of eukaryotic gene expression主要有哪些方式？举例说明。 方式有四：1）转录抑制蛋白跟调控序列结合，使翻译关闭；2）通过核糖开关来调控，SAM与其结合则翻译关闭，SAM的去除则翻译打开；3）温度的升高，破坏了RNA的二级结构使翻译进行；4）反义RNA的调控。如，铁离子对转铁蛋白的调控：转铁蛋白基因5-UTR有一个铁离子调控元件的颈环结构IRE。当Fe2+不存在时，IRE与铁调控蛋白IRP结合，抑制翻译；当Fe2+存在时，它与IRE结合，阻止了IRP的结合，使翻译顺利进行。这属于第一种方式。14. Eukaryotic mRNA decay主要有哪些方式？ 主要有两种：首先，poly-A逐渐缩短，然后：1）5脱帽，然后从53降解；2）迅速从35降解。15. 拟南芥细胞中的RNAP IV和RNAP V的主要功能是什么？ RNAP IV：可以使用甲基化的DNA做模板转录RNA；RNAP V：可以转录RNA模板。16. 以“美臀羊”表型的基因表达调控模式为例，解释“中心法则已经过时”的原因。中心法则过于简单：DNA转录RNA，RNA翻译蛋白，蛋白完成几乎所有的工作。中心法则给人以错误的暗示，往往把表达蛋白的DNA才叫做基因，然而实际上，编码蛋白的DNA只占人类基因组的2%，越来越多的调控RNA被发现，而它们本身并不翻译蛋白。同时，DNA，RNA及表观遗传的标记形成链锁，并且存在自我调控的系统，显然需要新的理论来取代中心法则。拿美臀羊来说，即便美臀羊（雌）含有美臀基因c遗传给子代，子代表型依然正常，并且携带双突变等位基因c的绵羊表型正常。显然，这用中心法则很难解释。研究发现，绵羊18号染色体靠近端粒区的高度保守结构域DIK1-GtI2印记结构域内，出现了AG突变，这是野生绵羊跟美臀羊的唯一区别。该区域存在很多编码基因及非编码基因，在正常状态下，DIK1-GtI2印记结构域父源（表达蛋白Dlk1）跟母源基因（表达Gtl2、Meg8 小分子RNA）的甲基化区域不同，二者受印记调控元件IG-DMR的调控。AG突变后，父源基因CPat表达Dlk1蛋白的量增多，肌肉纤维比例增大，脂肪减少，母源基因CMat表达的Gtl2、Meg8等调控RNA的量增多。对于纯合子CPat/CMat，由于高表达的Gtl2、Meg8抑制Dlk1，故表型正常；对于杂合子CPat/-，由于缺乏Gtl2、Meg8的抑制，故Dlk1高表达，表现为美臀；对于杂合子CMat/-，由于Dlk1不会高表达，表现为正常。Chromosomes, Chromatin & Nucleosomes名词解释1. Centromere 着丝粒，是负责减数分裂和有丝分裂中分离的区域。在染色体分离前，是染色体四个臂的连接区，是染色体分离所必须的。2. Telomere 端粒，是染色体末端的重复DNA序列，作用是保持染色体的完整性。3. Chromatin 染色质，间期细胞核内能被碱性染料染色的物质，是遗传物质存在形式，为DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的复合物。染色质有常染色质和异染色质两种状态。4. Chromosome 染色体，细胞核内由核蛋白组成、能用碱性染料染色、有结构的线状体，是遗传物质基因的载体，染色体在细胞的分裂间期由染色质螺旋化形成。5. Nuclear matrix 核基质，也叫核骨架，是真核细胞核内的网络结构，是指除核被膜、染色质、核纤层及核仁以外的核内网架体系，30 nm的染色质纤维丝就结合在核基质上。6. Cohesion 附着，指减数分裂或有丝分裂中，复制后的姐妹染色单体通过一个叫做黏粒的分子聚合在一起，这一过程为姐妹染色单体的附着，该状态一直持续到姐妹染色体的分离。这种附着可以提抗纺锤体的拉力。7. Condensing 凝聚，在一轮细胞分裂中，染色体的结构发生多次变化。当细胞的染色体分离时，染色体处于最压缩的状态。形成这种压缩状态的过程称为染色体凝聚。凝聚状态下，染色体间完全独立，大大方便了分离过程的进行。8. Pseudogene 假基因，当细胞中存在逆转录酶时，mRNA被拷贝成双链DNA，这些DNA分子整合到基因组中形成假基因，假基因缺乏内含子以及相应的指导其转录的启动子序列。9. Packaging Ratio 包装率，一条染色单体基本纤维的全长与DNA双螺旋的全长之比，反映DNA分子的凝聚状态。10. Nucleosome 核小体，是染色质的亚单位，包装紧密，含大约200 bp DNA及一个组蛋白八聚体，其中H2A、H2B、H3和H4各两个拷贝组成核心组蛋白。11. Histone fold 组蛋白折叠，指核心组蛋白中的保守区域，由3个螺旋组成，被2个不规则的环隔开，组蛋白折叠调节特异配对的组蛋白异源二聚体的形成。12. The lampbrush chromosome 灯刷染色体，灯刷染色体是两栖动物卵母细胞进行第一次减数分裂时，停留在双线期的染色体。它是一个二倍体，含4条染色单体, 由环（染色单体）和侧丝（转录产物）组成，形似灯刷。13. Polytene chromosomes 多线染色体，指双翅目蝇类幼虫某些组织的间期细胞核存在的巨大染色体，由于减数分裂染色体复制不分离而形成，可以看到正在转录的基因位点。14. Puff 膨突，在结构上就是多线染色体某一区域中的纤维发生解旋，不在保持原来的压缩状态，是多线染色体上RNA正在合成的位点。15. Nucleosome Positioning 核小体选位，通常，核小体的定位允许调节蛋白的DNA结合位点处于易接近的连接DNA区域。这些没有核小体结合的DNA片段要足够大，以使多个调节蛋白的结合位置易于被接近。其选位由DNA结合蛋白或特定的DNA序列指导，这些DNA序列对核小体具有高度的亲和性。简答1. 生物体复杂程度与基因组基因密度有什么关系？并解释这种关系产生的原因。 生物体的复杂程度与基因密度之间存在大致负相关的关系：生物体复杂程度越低，其基因密度越高。随着生物体复杂程度的增加，其基因大小及基因间序列也会增加。产生这种关系的原因是因为复杂生物体需要更多的调控序列。2. 与染色体复制和分离密切相关的几个染色体结构是什么？各起什么作用？A. 染色体复制：1）复制起始位点：DNA复制机器组装和复制起始的位点；2）端粒：它将天然染色体末端跟其它断裂染色体区分开，对染色体起保护作用，并且它可以使细胞复制染色体末端，保证了染色体的完整性。B. 染色体分离：1）着丝粒：DNA复制后染色体精确分离所必须，它指导动粒的形成，动粒跟着丝粒DNA和微管相互作用，拉动姐妹染色单体分离并进入两个子细胞；2）纺锤体和微管组织中心：微管组织中心在细胞两侧形成“极”，微管向两极拉动染色单体（纺锤体由微管组成）；3）黏粒：使染色体附着，当其被水解后，染色单体才能分离。3. 核小体结构是如何组装的？ H32H42四聚体的组蛋白折叠区与147 bp DNA中的60 bp相互作用。H3的N端区域最接近组蛋白折叠区与结合DNA末端的13 bp片段相互作用。H32H42四聚体在核小体中占据关键位置，分别与DNA中部和两端结合，造成DNA高度弯曲和固定，使得DNA与H2AH2B二聚体的结合相对容易。两个H2AH2B二聚体分别与H3和H4中间60 bp两侧大约各30 bp的DNA结合，形成组蛋白八聚体的底端部分。简言之，首先，H32H42四聚体与双链DNA结合；然后，两个H2AH2B二聚体结合到H32H42-DNA复合体，形成核小体。4. 组蛋白的N端tail的作用有哪些？ 每个核心组蛋白都有一个N端tail，这是因为它没有一个确定的结构，而且是完整的核小体中最易接近的部分。1）tail上有很多高度修饰化的位点，可以改变这些核小体的功能，这些修饰包括Ser、Lys和Arg残基上的磷酸化、乙酰化和甲基化。2）组蛋白N端tail是30 nm纤丝的形成所必须的，缺少N端tail的核心组蛋白不能形成。3）组蛋白N端tail的修饰可改变染色质的易接近性。简言之，乙酰化和磷酸化减少了组蛋白tail的正电荷，降低了组蛋白对DNA的亲和性。5. 两种特殊染色体结构（灯刷染色体和多线染色体）分别是怎样产生的（同名词解释）？ 灯刷染色体，灯刷染色体是两栖动物卵母细胞进行第一次减数分裂时，停留在双线期的染色体。它是一个二倍体，含4条染色单体, 由环（染色单体）和侧丝（转录产物）组成，形似灯刷。多线染色体，指双翅目蝇类幼虫某些组织的间期细胞核存在的巨大染色体，由于减数分裂染色体复制不分离而形成，可以看到正在转录的基因位点。6. 染色体复制过程中组蛋白的修饰状态在子代中如何维持？ 染色体复制时，与父本染色体结合的组蛋白有不同的分配形式。组蛋白H32H42四聚体随机转移到两条自子链中的任一条，但不解离为游离状态的H32H42四聚体，在没有继承亲代四聚体的链上新合成的H32H42四聚体。相反，H2A和H2B二聚体被释放到游离的可溶性环境，并与新合成的H2A和H2B竞争与H32H42四聚体的结合。一般来说，新合成的DNA上第二个H32H42四聚体将来自亲代染色体。这些四聚体保留了全部父代核小体上的修饰，而H2A和H2B二聚体则更可能是新合成的。Transposons & Retroposons名词解释1. Transposon 转座子，是一段DNA序列，它可以将自己（或自己的一个拷贝）插到基因组新的位置，而它跟靶基因座没有任何序列的联系。2. Retroposon 逆转座子，真核生物基因组内存在通过DNA转录成RNA，再经逆转录成cDNA并插入基因组新位点中的因子为逆转座子，其主要特征是两端具有长的同向末端重复序列（LTR）。3. IS 插入序列，一类最简单的转座子，长度为12 kb，仅编码其转座需要的蛋白，其插入宿主DNA靶位点序列很短。4. Composite Transposons 复合转座子，比IS大，其中央区携带抗药性遗传标记，两侧为IS形成的臂，用“Tn”表示，它可能起源于两个独立的IS组件与中央区序列的结合。5. Replicative Trnsposition 复制型转座，在复制型转座过程中，转座子本身被复制，它的一个拷贝留在原来的位点而另一个拷贝插入新的靶位点，使转座子的拷贝数增加，该过程用到转座酶和解离酶。6. Nonreplicative Transposition 非复制型转座，非复制型转座子直接从供体位点移动到靶位点，这一过程仅需要转座酶。7. cis-Preference 顺式优先，是IS编码的转座酶的共同特征，即转座酶仅仅中作用与编码它的DNA模板。8. Transforming viruses 可引起宿主细胞发生遗传改变的病毒为转化病毒，包括RNA病毒和DNA病毒。9. Transformation 转化，指细菌或酵母通过外源DNA的加入而使其获得新的遗传标记的过程。10. Transfection 转染，指动物细胞通过外源DNA的加入而使其获得新的遗传标记的过程。11. Transduction 转导，指逆转录病毒获得和转移真核细胞DNA序列，或者噬菌体在细菌细胞之间转移细菌基因的过程。简答1. Mu噬菌体的转座机制是什么？Mu噬菌体是一个大的DNA转座子，它有两种形式的转座。当它侵染宿主时，通过非复制型转座很合到宿主基因组上，而后续的裂解过程，其拷贝数的增加则是通过复制型转座。这两种转座，其转座子和靶基因的反应类型是相同的，而后续过程不同。简言之，首先在转座子和靶位点上产生缺口，然后将缺口末端连接到链转移复合体。Mu转座经过了3个稳定的阶段：MuA转座酶形成四聚体并连接到Mu噬菌体的末端，转座酶亚单位通过反式作用在每条DNA链的末端产生缺口，然后通过另一个反式反应将缺口末端连接到靶DNA上。2. Tn 10的转座频率控制机制是什么？Tn 10转座频率的控制，主要受以下三种作用调节：1）反义调节，在IS10R末端存在反向的启动子，通过生成反义RNA对其转座频率进行负调控；2）dam甲基化，半甲基化状态RNAP和转座酶更易与DNA序列结合，通过全甲基化来降低这种亲和力；3）顺式优先作用，即转座酶仅作用于编码它的DNA模板，即使Tn 10增多，也不会提高转座酶的有效浓度。3. 玉米中的Ds元件怎样引起玉米表型改变？ 玉米的一个杂合子，其中一条染色体上，Ds位于显性标记和着丝粒之间，而另一条染色体含隐性标记并且么有Ds。Ds的断裂产生无着丝粒的片段，该片段含显性标记。这样，在有丝分裂过程中，该片段将丢失。因此，显性细胞仅含完整的隐性标记的染色体，导致表型改变。简言之，控制元件的断裂导致无着丝粒片段的丢失，如果该片段含杂合子的显性标记，那么它的丢失导致表型改变。4. 黑腹果蝇的杂交不育现象是什么，怎样产生的？如果黑腹果蝇（D. melanogaster）的某些品系发生品系间杂交，子代会出现“劣生性”或退化性，产生一系列的缺陷，包括突变、不育、染色体畸变和有丝分裂分离异常等，这些相互关联的缺陷叫做杂交发育不全。P元件存在于果蝇的P品系中，不存在与其M品系中。当P雄性与M雌性杂交时，由于组织特异性的剪接去除一个内含子，产生了编码转座酶的序列，使P元件在生殖细胞中被激活，起始转座。杂交过程中P元件在新位点的插入导致大量基因的失活，使得杂交不育。同时，P元件会产生一个转座的抑制子，它对母本的基因产生抑制，故当P雌性与M雄性杂交时不会产生不育现象。5. 转化病毒是怎样产生的？ 首先，原病毒DNA整合在c-onc基因附近，再借助于缺失，c-onc基因同部分原病毒DNA序列融合在一起；接着，融合基因转录，转录产物的一端是病毒序列，另一端是细胞的c-onc序列；然后，经过剪接加工除去内含子，产生的融合RNA分子含有包装信号，如果细胞中存在由完整的原病毒产生的RNA病毒拷贝，某些二倍体逆转录病毒颗粒可能就含有一个融合的RNA分子和一个野生病毒的RNA分子。最后，野生病毒的RNA分子和融合RNA分子之间发生重排，产生转化逆转录病毒基因组，其两端仍为病毒的重复序列。其重组频率在逆转录病毒感染期间很高，并且以多种形式进行。6. Virus-like retroposon与LINE的结构和转座机制的区别各是什么？ 结构：Virus-like retroposon两端为长末端重复序列（LTR），中间为编码整合酶及反转录酶的区域；LINE两端在5及3-UTR之内，内部有编码两个酶的序列：ORF1（编码RNAP），ORF2（编码的酶具有反转录酶和核酸内切酶功能的酶）。转座机制：Virus-like retroposon转录起始于LTR中的一个启动子序列，形成RNA元件，逆转录形成cDNA，然后整合酶催化并切割3端，整合酶通过DNA单链转移反应将断开的3端插入宿主基因组靶点，产生的缺口由DNA修复蛋白填充并完成重组；LINE：在LINE的逆转录过程中，它的核酸内切酶活性可以在靶位点DNA上产生切口，切口的3-OH为引物，LINE元件的RNA拷贝同它的表达产物结合于缺口，该RNA成为合成cDNA的模板。核酸内切酶再次切割以在靶位点打开另一条DNA链。RNA/DNA或者转化成DNA双链以后连接于缺口的另一端。7. 转座子在基因组进化过程中有什么意义？外显子重排，基因重复。CancerI.名词解释1. The two-hit hypothesis 双击假说，即某些癌基因的组合可以诱导癌细胞的发生，一般来说，需要一个癌基因表达产物在核内起作用，另一个在细胞质起作用，这就是所谓“双击假说”。2. Gain-of-function mutations 功能获得性突变，在正常细胞中存在原癌基因，是细胞生长发育所必须的（如某些生长因子），并且这些基因处于正常工作状态。当它们发生突变时，细胞具有了恶性增生的能力，很可能导致制癌细胞的发生，这种突变为功能获得性突变。3. Loss-of-function mutations 功能缺失性突变，在正常细胞中存在抗癌基因，并且这些基因处于正常工作状态。当它们发生突变时，不再具有抑癌功能，很可能导致制癌细胞的发生，这种突变为功能缺失性突变。4. Checkpoints 卡点，细胞周期进行过程中进入下一个阶段前的停滞点，用以检测上一过程是否完全完成及条件是否合适，卡点处的蛋白调控对细胞周期起至关重要的作用。5. Tumor suppressors 肿瘤抑制因子，细胞中的抑癌蛋白，如果该蛋白失去或降低功能，伴随其它遗传因素的改变，该细胞可能发展为癌细胞。6. Adoptive cell therapy （ACT）过继细胞疗法，是一种有效地癌细胞免疫疗法，它使用自体的肿瘤浸润淋巴细胞，对于淋巴细胞移植后免疫抑制的病人效果甚佳，是治疗癌症很有前景的一种方法。II. 问答题1. 肿瘤细胞的特点是什么？特点有七：1）持续的血管发生；2）组织侵染和转移；3）无限的复制潜能；4）逃避凋亡；5）对抗终止信号不敏感；6）自足的生长信号；7）炎症反应可促进癌细胞分化。2. Normal & Transformed cell主要有哪些区别？ 区别有五：正常细胞：1）扁平有序；2）接触抑制；3）生长依赖血清；4）贴壁；5）无致癌能力。转化细胞：1）叠加无序；2）无接触抑制；3）不依赖生长因子；4）无需贴壁；5）使裸鼠产生肿瘤。3. 简述从膀胱癌肿瘤组织中克隆致癌基因的过程。 1）首先将经过适当切割的肿瘤DNA转染小鼠成纤维细胞，形成初级转化子，利用Alu重复序列探针可以检测存在于小鼠基因组中的DNA。2）利用初级转化子DNA二次转染小鼠成纤维细胞，人的DNA所剩无几，只有少数Alu序列仍然同癌基因结合。3）用Southern blot筛选癌基因，应位于共有序列。4. 举例说明pro-oncogenes转变为oncogenes的机制。 至少有四种机制：1）点突变或缺失导致蛋白的高活性或持续活性（如Ras蛋白的激活，由于单碱基突变，导致其第12个氨基酸残基突变）；2）染色体移位导致两个基因融合产生杂交基因，导致有持续活性的嵌合蛋白产生（人慢性骨髓白血病的产生，9号染色体跟22号染色体融合，最终产生bcr-abl，导致融合蛋白的产生，为一种Tyr蛋白激酶，对白血病的发生和发展十分重要）；3）染色体的移位使一个生长调节基因在其它启动子的作用下非适度表达（人B肿瘤细胞的产生，Ig基因插入到c-myc的靶点，在Ig增强子的作用下，c-myc基因过量表达）；4）染色体DNA扩增使蛋白过表达（如某些神经母细胞瘤）。5. 举例说明oncogenetic virus如何致癌。 1）DNA肿瘤病毒的癌蛋白可结合于抗癌基因的表达产物，即“eliminating brakes”（如HPV16的E7蛋白可跟抑癌因子RB结合）；2）RNA肿瘤病毒的癌基因来源于细胞DNA，正常细胞基因被逆转录病毒转导，变成病毒癌基因，即“accelerator”（如RSV携带的src原为正常细胞基因的衍生物）。6. 简述RNA tumor virus携带v-onc的来源。1）原病毒DNA整合在c-onc基因附近，再借助于缺失，c-onc基因同部分原病毒DNA序列融合在一起；2）融合基因转录，转录产物的一端是病毒序列，另一端是细胞的c-onc序列；3）经过剪接加工除去内含子，产生的融合RNA分子含有包装信号：4）如果细胞中存在由完整的原病毒产生的RNA病毒拷贝，野生病毒的RNA分子和融合RNA分子之间发生重排，产生转化逆转录病毒基因组，这样病毒RNA就具有了v-onc。7. 举例说明Epigenetic mutations在癌症中发生过程的作用。 它可以导致肿瘤抑制因子基因启动子的失活：在许多情况下，比如肺癌，其整个基因的序列是正常的，但它的启动子被高度的甲基化所失活，这种表观遗传的突变可以传给下一代的细胞。8. 为什么说Ras蛋白具有split personalities？ ras为原癌基因，其活化后能使鼠NIH/3T3细胞系转化为肿瘤细胞；但同时，Ras可通过p53-p21 WAF/p16INK4A-Rb肿瘤抑制因子途径导致初级细胞老化。即Ras既有致癌作用又有抑癌功能，所以说它split personalities。9. 举例说明Chromosomal translocation如何致癌。 形成嵌合基因并产生融合蛋白。比如，人慢性骨髓白血病。这种肿瘤细胞具有特殊的染色体Philadelphia，其特点是第9号染色体的末端和第22号染色体先连接。第9号染色体的断裂部位总在c-abl基因的第一个内含子中，而第22号染色体中和c-abl相连的是bcr，从而产生bcr-abl，其表达产物融合蛋白是一种Tyr激酶，它对白血病的发生和发展非常重要。10. 简述p53、RB及myc基因的功能。 P53，一种DNA结合蛋白，在细胞周期调节过称中发挥重要作用，主要抑制细胞从G1期进入S期；RB，在细胞G1期作为细胞周期关卡，并在细胞分化过程的起始阶段发挥关键性作用，其突变和许多癌症的发生有关系。前两者均为抑癌蛋白。MYC是一种癌蛋白，可促进细胞增殖，永生化，去分化和转化等，在多种肿瘤形成过程中处于重要地位。同时，它可