十三章基因表达调控

1第十三章基因表达调控【大纲要求】一、掌握1．基因表达的概念；2．基因表达的方式；3．原核生物操纵子调控模式。二、了解1．基因表达调控的基本原理；2．真核生物基因表达调控。【重点及难点提要】一、重点难点1．重点：乳糖操纵子基本结构及其在原核生物转录水平调控中的作用；真核生物基因组结构特点、参与转录水平调控的重要成分及其作用。2．难点：原核生物阻遏蛋白的负性调节与CAP的正性调节及其相互协调；真核生物顺式作用元件与反式作用因子的相互识别与作用。二、教学内容概要基因表达就是指基因转录及翻译的过程，基因表达均表现为严格的规律性，即时间、空间特异性，其特异性由特异基因的启动序列和增强子与调节蛋白相互作用决定。某些基因产物对生命全过程都是必需的或必不可少的，这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达，称为管家基因，管家基因表达方式称基本的或组成性基因表达；另有一些基因表达很易受环境变化影响，有些基因对环境信号应答时被激活，基因表达产物增加，这种基因表达方式称为诱导；有些基因对环境信号应答时被抑制，基因表达产物水平降低，这种基因表达方式称为阻遏。原核生物、单细胞生物调节基因的表达是为适应营养环境变化，维持生长和细胞分裂，而多细胞生物调节基因的表达除为适应环境，还有维持组织器官分化、个体发育的功能。基因表达调控是在多级水平上进行的复杂事件，其中转录起始是基因表达的基本控制点。基因转录激活调节基本要素涉及DNA序列、调节蛋白以及这些因素对RNA聚合酶活性的影响。除了转录起始水平的调节，其他水平如基因激活、转录后加工、翻译及翻译后加工对原核及真核生物的基因表达均有调节作用。大多数原核基因调控是通过操纵子机制实现的。E.coli操纵子含Z、Y及A三个结构基因，还有包括一个阻遏蛋白结合位点O序列、一个启动序列P在内的调控区以及一个调节基因I。I基因与lac操纵区相邻，编码一种lac阻遏蛋白，阻遏蛋白、分解代谢物基因激活蛋白（CAP）与调控区结合位点的结合调节着操纵子基因的转录。真核基因转录激活受顺式作用元件与反式作用因子相互作用调节。真核基因顺式作用元件按功能特性分为启动子、增强子及沉默子，真核基因启动子就是决定RNA聚合酶转录起始位点的DNA序列，增强子是远离转录起始点，决定基因的时间、空间特异表达、增强启动子转录活性的DNA序列。反式作用蛋白就是指转录调节因子（或转录因子，TF），可分为基本转录因子和特异转录因子，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（tRNA、mRNA及rRNA）转录的类别，特异转录因子通过结合它的调节序列激活或阻遏特异基因的转录。所有基因的转录调节都涉及包括RNA聚合酶在内的转录起始复合物的形成。【自测题】一、选择题【A型题】21．操纵子学说的创立者是A．Watson&CrickB．NirenbergC．KrebsD．Jacob&MonodE．HensKebs&KurtHenseleit2．诱导乳糖操纵子转录的诱导剂是A．乳糖B．葡萄糖C．阿拉伯糖D．半乳糖E．AMP3．在乳糖操纵子的表达中，半乳糖的作用是A．作为辅阻遏物结合了阻遏物B．作为阻遏物结合了操纵区C．引物D．使阻遏物变构而失去结合DNA的能力E．该操纵子结构基因的产物4．cAMP在转录的调控元件中作用是A．cAMP转变为CAPB．CAP转变为cAMPC．cAMP—CAP形成复合物D．葡萄糖分解活跃，使cAMP增加，促进乳糖利用来扩充能源E．cAMP是激素作用的第二信使，与转录无关5．原核生物转录起始前—10区的核苷酸序列称为A．TATA盒B．CAAT盒C．增强子D．Pribnow盒E．调节子6．与DNA结合并阻止转录进行的蛋白质称为A．正调控蛋白B．反式作用因子C．诱导物D．分解代谢物基因活化蛋白E．阻遏物7．下列哪些不是操纵子的组成部分A．结构基因B．启动子C．阻遏物D．Pribnow盒E．操纵基因8．转录因子（TF）A．是原核生物RNA聚合酶的组分B．是真核生物RNA聚合酶的组分C．有α、β、γ三个亚单位D．是转录调控中的反式作用因子E．是真核生物的启动子9．转录前起始复合物是指A．RNA聚合酶与TATAAT序列结合B．RNA聚合酶与TATA序列结合C．σ因子与RNA聚合酶结合D．阻遏物变构后脱离操纵基因的复合物3E．各种转录因子互相结合后再与RNA聚合酶、DNA模板结合10．关于锌指的叙述正确的是A．凡含Zn2+的蛋白质均可形成B．凡含Zn2+的酶皆可形成C．必须有Zn2+和半胱氨酸或组氨酸形成配价键D．DNA与Zn2+结合就可形成E．含有很多半胱氨酸通过二硫键形成11．致癌病毒A．使人体直接生癌B．含有转化酶C．遗传信息都贮存在DNA上D．可以将正常细胞转化为癌细胞E．用RNA作模板直接合成RNA12．AATAAA序列是A．原核生物的启动子B．真核生物的启动子C．真核生物mRNA加尾修饰点D．原核生物的转录终止信号E．真核生物的外显子、内含子交界序列13．基因表达过程中仅在原核生物中出现而真核生物没有的是A．tRNA的稀有碱基B．σ因子C．冈崎片段D．DNA连接酶E．AUG用作起始密码子14．与RNA聚合酶结合，启动转录的是A．操纵基因B．调节基因C．启动基因D．结构基因E．以上都不是15．以乳糖代替葡萄糖培养细菌时可引起A．诱导B．阻遏C．两者都是D．两者都不是E．衰减16．顺式作用元件是指A．基因的5’侧翼序列B．具有转录调节功能的特异RNA序列C．基因的5’、3’侧翼序列D．具有转录调节功能的特异蛋白质序列4E．位于基因侧翼具有转录调节功能的特异DNA序列17．基因表达调控的主要环节是A．基因活化B．转录起始C．转录后加工D．翻译起始E．翻译后加工18．lac操纵子阻遏蛋白结合乳糖操纵子的是A．P序列B．O序列C．CAP结合位点D．Z基因E．A基因19．基本转录因子中直接识别结合TATA盒的是：A．TFⅡAB．TFⅡBC．TFⅡDD．TFⅡEE．TFⅡF20．构成最简单启动子常见功能组件是A．TATA盒B．CAAT盒C．GC盒D．上游调控序列E．Pribnow盒【X型题】1．属于基因表达最终产物的是A．tRNAB．mRNAC．rRNAD．蛋白质E．以上都不是2．cAMP对转录的调控包括A．cAMP与分解代谢物基因活化蛋白结合B．cAMP—CAP复合物结合在启动子前方C．葡萄糖充足时，cAMP水平不高D．葡萄糖和乳糖并存时，细菌优先利用乳糖E．葡萄糖和乳糖并存时，细菌对两种糖都利用3．操纵子的启动序列A．位于转录起始点上游－10及－35区域的共有序列B．－10区域即Pribnow盒C．－10区域是TATAAT序列D．有保守序列，与RNA聚合酶结合牢固E．－35区域通常是TTGACA序列4．操纵子A．只在真核生物中存在B．启动序列是操纵子的成分C．是经常处于关闭状态的D．含有结构基因E．阻遏物是操纵子的成分5．真核生物调控转录的顺式作用元件包括5A．TATA盒B．CCAAT盒C．Pribnow盒D．GC盒E．酵母的上游活化序列6．顺式作用元件A．是DNA上的序列B．又称为分子内作用元件C．多数和RNA聚合酶直接结合D．增强子不是顺式作用元件E．以上说法均正确7．上游活化序列A．是一种顺式作用元件B．又称TATA盒C．发现于酵母D．属于转录因子中的一种E．又称Pribnow盒8．原核生物与真核生物转录调控有如下区别A．原核生物有启动子，真核生物没有B．两者的RNA聚合酶完全不同C．两者都以正调控方式为主D．两者都以负调控方式为主E．在真核生物中已发现很多蛋白质因子是参与转录调控的9．不参与真核生物转录调控的蛋白质有A．氨基酰-tRNA合成酶B．转肽酶C．DNA连接酶D．TFⅡE．SSB10．基因表达调控的意义A．适应环境，维持生存B．调节细胞发育、分化，调节组织、器官形成C．维持生长、分裂D．维持个体生长、发育E．以上均不是11．下面关于启动子的描述正确的是A．作为转录模板转录成RNAB．是DNA上的专一碱基顺序C．属于反式作用因子D．作为转录酶的结合位点E．具有多聚U尾巴和回文结构12．下列属于反式作用因子的DNA结合结构域模式有A．锌指结构B．富含脯氨酸结构域C．酸性α-螺旋结构域D．碱性α-螺旋结构域E．碱性亮氨酸拉链13．真核基因结构特点是A．基因组结构庞大B．基因不连续性C．单顺反子D．含重复序列普遍E．一个启动基因后接有几个编码基因二、填空题1．启动子是结合______的DNA序列，操纵基因是结合______的部位。2．乳糖操纵子和色氨酸操纵子的共同特点以______调控方式为主。3．______是惟一能与DNA特异位点即TATA盒结合的转录因子。64．反式作用因子包括三个功能域：______、______和结合其它蛋白质的结合域。三、名词解释题1．操纵子2．顺式作用元件3．基因表达4．反式作用因子5．阻遏6．增强子7．组成性基因表达四、论述题叙述乳糖（lac）操纵子的组成、功能及其调控机制。【参考答案】一、选择题【A型题】1．D2．D3．D4．C5．D6．E7．C8．D9．E10．C11．D12．C13．B14．C15．A16．E17．B18．B19．C20．A【X型题】1．ACD2．ABC3．ABCDE4．BCD5．ABDE6．AB7．AC8．BE9．ABCE10．ABCD11．BD12．ADE13．ABCD【解析】【A型题】5．D。TATA盒与CAAT盒是典型的真核生物启动子中的一致性序列，TATA盒也称Hogness盒。增强子是真核生物中具有增强基因转录的DNA序列，原核生物转录起始前有两个一致性序列：－10区域即Pribnow盒，是TATAAT序列，－35区域通常是TTGACA序列。7．C。原核生物几个功能相关的结构基因连同其上游的调控成分，称为一个操纵子。典型的操纵子由：结构基因、启动子（启动序列）、操纵序列及调节基因组成。因此A、B、E是对的。答案D是－10区一致性序列，由Pribnow首先发现，因此而得名。阻遏物是启动子组成中的调节基因的表达产物，也称阻遏蛋白。10．C。转录因子与DNA结合的部位称为DNA结合域。最常见的DNA结合域结构形式是锌指结构。特点是：DNA结合域中含有较多的Cys和His，借肽链的弯曲使2个Cys和2个His或4个Cys与一个锌离子络合成指状结构。具有锌指结构的反式作用因子，都含有几个相同的指结构。每个锌指结构的指尖部分可进入DNA双螺旋的大沟或小沟，与DNA结合。16．E。顺式作用元件是具有转录调节功能的特异DNA序列，按功能特性，真核基因顺式作用元件分为启动子、增强子及沉默子等。在大多数真核生物具有转录调节功能的特异DNA序列，几乎普遍涉及编码7基因两侧的DNA序列。19．C。反式作用因子又称转录调节因子，按功能可分为两类：一类是基本转录因子，是RNA－pol结合启动子所必需的一组蛋白因子，决定三种RNA（mRNA、tRNA、rRNA）转录的类别，在基本转录因子中，只有TFⅡD是惟一具有位点特异的DNA结合能力的因子。另一类是特异转录因子，是个别基因转录所必需的，决定该基因的时间、空间特异性表达。分为转录激活因子（通常是一些增强子结合蛋白）和转录抑制因子（多数是沉默子结合蛋白）。各种特异转录因子在不同的组织或细胞中分布不一，所以基因表达状态、方式不同。【X型题】11．BD。真核基因顺式作用元件分为启动子、增强子及沉默子等。启动子是RNA－pol结合位点周围的转录调控组件。启动子包括至少一个转录起始点及一个以上的机能组件。机能组件中包括TATA盒，它控制转录起始的准确性及频率。除TATA盒外，GC盒和CAAT盒也是很多基因常见的。二、填空题1．RNA聚合酶；阻遏物2．负3．TFⅡD4．DNA结合域；转录激活域三、名词解释题1．原核生物几个功能相关的结构基因连同其上游的调控成分，称为一个操纵子，是原核生物转录单位。2．真核生物中可影响自身基因表达活性的DNA序列，称为顺式作用元件，按功能特性分为启动子、增强子和沉默子等。3．基因表达包括转录和