生科131，生科132第八章真核基因表达调控作业.doc

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1、生科生科 151 作业作业 第八章真核基因表达调控第八章真核基因表达调控 1. 基因家族的分类及其主要表达调控模式基因家族的分类及其主要表达调控模式答：根据根据 DNA 序列的同源性，基因家族分为两种：序列的同源性，基因家族分为两种：(1)第一种是家族中各成员的全序列或至少编码序列具有高度的序列同源性。(2)第二种基因家族是各成员在编码产物上有大段高度保守的氨基酸序列。但家族成员间总的序列相似性较低。还有一种超基因家族(gene superfamily)，其各基因序列间没有同源性，但其表达产物的功能却相似，它们在整体上有相同的结构特征，如免疫球蛋白家族。根据基因家族的成员在染色体上分布形式不同

2、分为：根据基因家族的成员在染色体上分布形式不同分为：(1) 一些成员在特殊的染色体区域上成簇存在叫做基因簇；(2) 另一些则广泛分布在整个染色体上，甚至在不同的染色体上叫做散布的基因家族。按照基因结构或转录方向，可以分为：按照基因结构或转录方向，可以分为：（1）简单的多基因家族：基因以串联方式前后相连；（2）复杂的多基因家族：由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位；（3）受发育调控的复杂多基因家族。每个基因家族中,基因排列的顺序就是他们在发育阶段的表达顺序。 2. 何为外显子、内含子及其结构特点和可变调节？何为外显子、内含子及其结构特点和可变调节？答：(1)

3、基因中编码的序列称为外显子(exon)，外显子是基因中对应于信使RNA 序列的区域；(2) 不编码的间隔序列称为内含子(intron)，内含子是在信使 RNA 被转录后的剪接加工中去除的区域;(3) 内含子和外显子是相对的，一种条件下是内含子，另一种条件下可能是外显子，这就是可变调节。 3. 简述简述 DNA 甲基化对基因表达的调控机制。甲基化对基因表达的调控机制。答：（1）DNA 甲基化会导致某些区域 DNA 构象改变构象改变，包括甲基化后染色质对于核酸酶或限制性内切酶的敏感度下降，更容易与组蛋白 H1 相结合，DNase超敏感位点丢失，使染色质高度螺旋化, 凝缩成团, 直接影响了转录因子与

4、启动区 DNA 的结合效率的结合活性，不能启始基因转录。（2）DNA 的甲基化不利于模板与不利于模板与 RNA 聚合酶的结合聚合酶的结合，降低了转录活性。（3）甲基化的 CpG 可以通过与甲基化与甲基化 CpG 结合蛋白因子结合蛋白因子MeCP1（methylCpG-binding protein1）的结合结合间接影响转录因子与 DNA 的结合。 4. 真核生物转录元件的组成及其分类。真核生物转录元件的组成及其分类。答：1. 顺式作用元件由若干可以区分的 DNA 序列组成，并与特定的功能基因相连，组成基因转录的调控区，通过与相应的反式作用因子结合，实现对基因转录的调控。顺式作用元件的分类：(1

5、) 核心启动子成分，如 TATA 框；(2) 上游启动子成分，如 CAAT 框,GC 框;(3) 远上游顺序 ：如增强子，酵母的 UAS 等;(4) 特殊细胞中的启动子成分：如淋巴细胞中的 OCT(octamer）和 B;(5) 绝缘子(insulator)。2. 反式作用因子是指远离受影响的基因之外的基因所编码的产物，又称为转录因子。它有非特异性和特异性之分。反式作用因子有三个结构域，即 DNA 结合结构域、转录激活结构域和二聚化结构域。 5. 简述增强子的作用机理简述增强子的作用机理答：增强子是指能使与它连锁的基因转录频率明显增加的 DNA 序列。可能有 3 中作用机制：(1) 影响模板附

6、近的 DNA 双螺旋结构，导致 DNA 双螺旋弯折或在反式作用因子的参与下，以蛋白质之间的相互作用为媒介形成增强子与启动子之间“成环”连接，活化基因转录；(2) 将模板固定在细胞核内特定位置，如连接在核基质上，有利于 DNA 拓扑异构酶改变 DNA 双螺旋结构的张力，促进 RNA pol在 DNA 链上的结合和滑动；(3) 增强子区可以作为反式作用因子或 RNA pol进入染色质结构的“入口”。 6. 简述反式作用因子的结构特点及其对基因表达的调控简述反式作用因子的结构特点及其对基因表达的调控答：(1) 反式作用因子是指远离受影响的基因之外的基因所编码的产物，又称为转录因子。它有非特异性和特异

7、性之分。（1） 特点 DNA 结合域：螺旋-转折-螺旋（Helix-turn-helix，H-T-H） ；锌指结构（zinc finger） ；碱性-亮氨酸拉链（basic - leucine zipper） ；碱性-螺旋-环-螺旋（basic helix /loop /helix，bHLH） ；转录激活域：与其他转录因子相互作用的结构成分。（2）反式作用因子能直接或间接地识别或结合在各类顺式作用元件核心序列上参与调控靶基因转录效率的蛋白质。参与基因表达调控的因子, 它们与特异的靶基因的顺式元件结合起作用。编码反式作用因子的基因与被反式作用因子调控的靶序列(基因)不在同一染色体上。反式作用因子

8、有两个重要的功能结构域：DNA 结合结构域和转录活化结构域,它们是其发挥转录调控功能的必需结构，此外还包含有连接区。反式作用因子可被诱导合成, 其活性也受多种因素的调节。 7. 真核基因转调控中有几种方式能够置换核小体？真核基因转调控中有几种方式能够置换核小体？答：(1) 占先模式：可以解释转录时染色质结构的变化。该模型认为基因能否转录取决于特定位置上组蛋白和转录因子之间的不可逆竞争性结合。 (2) 动态模式该模型认为转录因子与组蛋白处于动态竞争之中，基因转录前染色质必须经历结构上的改变，即转换核小体中的全部或部分成分并重新组装，这个耗能的基因活化过程称为染色质重构。 8. 真核细胞与原核细胞

9、在基因转录、翻译及真核细胞与原核细胞在基因转录、翻译及 DNA 的空间结构方面存在的空间结构方面存在如下差异如下差异答：（1）单顺反子；（2）DNA 与组蛋白结合；（3）存在大量重复序列，并且含有内含子；（4）根据生长需要 DNA 片段可以有序重排，或必要时可以增加某些基因的拷贝数；（5）转录调节区相对较大(远离启动子几百几千 bp） ；（6）转录与翻译位置不同；（7）需经剪接加工，才能顺利地翻译成蛋白质。 9. 简述真核生物转录水平调控过程简述真核生物转录水平调控过程答：真核生物在转录水平的调控主要是通过反式作用因子、顺式作用元件和 RNA 聚合酶的相互作用来完成的，主要是反式作用因子结合顺

10、式作用元件后影响转录起始复合物的形成过程。(1)“开放”型活性染色质结构对转录的影响A. 简述占先模型和动态模型B. DNA 修饰（简述甲基化、乙酰化、磷酸化、异染色质化）(2) 转录起始复合物的形成：真核生物 RNA 聚合酶识别的是由通用转录因子与DNA 形成的蛋白质-DNA 复合物，只有当一个或多个转录因子结合到 DNA 上形成转录起始复合物，才能形成有功能的启动子，才能被 RNA 聚合酶所识别并结合。(3) 反式作用因子：一般具有三个功能域（DNA 识别结合域、转录活性域和结合其他蛋白结合域） ；能识别并结合上游调控区中的顺式作用元件；对基因的表达有正性或负性调控作用。(4) 转录起始的

11、调控：A.反式作用因子的活性调节：a.表达式调节反式作用因子合成出来就具有活性；b.共价修饰磷酸化和去磷酸化，糖基化；c.配体结合许多激素受体是反式作用因子；d.蛋白质与蛋白质相互作用蛋白质与蛋白质复合物的解离与形成。B.反式作用因子与顺式作用元件的结合：反式作用因子被激活后，即可识别并结合上游启动子元件和增强子中的保守性序列，对基因转录起调节作用。C.反式作用因子的作用方式成环、扭曲、滑动、Oozing。D.反式作用因子组合调控作用:每种反式作用因子结合顺式作用元件后可以发挥促进或抑制作用，但反式作用因子对基因调控是几种因子组合发挥特定作用。 9. 简述 RNAi 的作用机制。 答：（1）第

12、一步（起始阶段）是较长 ds RNA 在 ATP 参与下被 RNase样的特异核酸酶切割加工成 2123nt 的由正义和反义链组成的小干扰 RNA（small interfering RNA，siRNA） 。（2）第二步（效应阶段）是 siRNA 在 ATP 参与下被 RNA 解旋酶解旋成单链，并由其中反义链指导形成 RNA 诱导的沉默复合体(RNA-induced silencing complex，RISC)。在 ATP 酶的作用下，活化的 RISC 以单链 siRNA 为向导识别同源性的单链靶 mRNA，并在距离 RISC 的 3端 11 个碱基位置切割靶 mRNA，导致靶基因的沉默。（

13、3） 第三步（RNAi 的放大效应机制） ，siRNA 不仅可引导 RISC 切割靶mRNA，而且可以以 siRNA 作为引物在 RNA 依赖的 RNA 聚合酶(RdRP)作用下以靶 mRNA 为模板合成新的 dsRNA ，它在 Dicer 酶的作用下也被裂解，生成大量的次级 siRNA。形成一种链式反应，使特定的基因表达被阻止。 11. RNA 干扰的应用有哪几方面？干扰的应用有哪几方面？答：（1）基因功能的研究；（2）基因治疗；（3）病毒类疾病的治疗。 12. siRNA 的生物学意义。的生物学意义。答：（1）转录水平、转录后水平参与基因的表达调控；（2）维持基因组的稳定；（3）保护基因组

14、免受外源核酸的侵入。 13. 简述简述 miRNA 与与 siRNA 之间异同。之间异同。答：1. miRNA 与与 siRNA 之间相同点：之间相同点：（1）两者的长度都在 22nt 左右。（2）两者都依赖 Dicer 酶的加工，是 Dicer 的产物，所以具有 Dicer 产物的特点。（3）两者生成都需要 Argonaute 家族蛋白存在。（4）两者都是 RISC 组分，所以其功能界限变得不清晰，如两者在介导沉默机制上有重叠。（5） miRNA 和 siRNA 合成都是由双链的 RNA 或 RNA 前体形成的。2. miRNA 与与 siRNA 的不同点：的不同点：（1）根本区别是 miR

15、NA 是内源的，是生物体的固有因素；而 siRNA 是人工体外合成或病毒感染的，通过转染进入人体内，是 RNA 干涉的中间产物。（2）结构上，miRNA 是单链 RNA，而 siRNA 是双链 RNA。（3）Dicer 酶对两者的加工过程不同，miRNA 是不对称加工，仅剪切 pre-miRNA 的一个侧臂，其他部分降解；而 siRNA 对称地来源于双链 RNA 的前体的两侧臂。（4）在作用位置上，miRNA 主要作用于靶标基因 3-UTR 区，而 siRNA 可作用于 mRNA 的任何部位。（5）在作用方式上，miRNA 可抑制靶标基因的翻译，也可以导致靶标基因降解，即在转录水平后和翻译水平

16、起作用，而 siRNA 只能导致靶标基因的降解，即为转录水平后调控。（6）miRNA 主要在发育过程中起作用，调节内源基因表达，而 siRNA 不参与生物生长，是 RNAi 的产物，原始作用是抑制转座子活性和病毒感染。 14. 真核生物甲基化酶的分类。真核生物甲基化酶的分类。答：（1）日常型（maintenance）甲基转移酶：分 I、II、III 三类，它们在甲基化母链（模板链）指导下使处于半甲基化的 DNA 双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化，例如 DNA 复制之后新链的甲基化。（2）从头合成（denovo synthesis）甲基转移酶：催化未甲基化的 CpG 成为mCpG，不需

17、要母链指导，但速度很慢。解释下列名词：1.断裂基因：在真核生物基因组中，基因是不连续的，在基因的编码区域内部含有大量的不编码序列，从而隔断了对应于蛋白质的氨基酸序列。这种不连续的基因又称断裂基因或割裂基因(split gene)。2.基因家族和基因簇：基因家族(gene family)是真核生物基因组中来源相同，结构相似，功能相关的一组基因。基因簇（gene cluster）指基因家族中的各成员紧密成簇排列成大串的重复单位，位于染色体的特殊区域。3. 简单多基因家族：真核生物首先是 pre rRNA 经过特异性甲基化，然后是经 RNA 酶的切割便可产生成熟 rRNA 分子。原核生物则还要经过核

18、酸酶降解才能产生成熟 rRNA 分子。简单多基因家族中的基因以串联方式前后相连。4. 复杂多基因家族：复杂多基因家族一般由几个相关基因家族构成，基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。基因家族之间由间隔序列隔开，并作为独立的转录单位。5. 发育调控的复杂多基因家族：所有动物血红蛋白基因的基本结构都相同均有 和 两个亚基（亚基称为珠蛋白） 。 亚基为 141aa； 亚基为146aa。然而在生物个体发育的不同阶段，却出现几种不同形式的 和 亚基。每个基因家族中，基因排列的顺序就是他们在发育阶段的表达顺序。6. 管家基因：某些基因在个体的所有细胞中持续表达，这些基因称为管家基因。7.基础转

19、录因子(通用转录因子)：广泛分布于各种细胞类型，与核心启动子结合的参与转录调控的蛋白因子。8.上游因子：上游启动子序列结合,提高转录水平的参与转录调控的蛋白因子。9.可诱导因子：其识别序列称为应答元件的参与转录调控的蛋白因子。10. 常染色质：折叠疏松、凝缩程度低，处于伸展状态，碱性染料染色时着色浅。11. 异染色质：折叠压缩程度高，处于凝集状态，经碱性染料染色着色深。12. 占先模型：占先模型(pre-emptive model)可以解释转录时染色质结构的变化。该模型认为基因能否转录取决于特定位置上组蛋白和转录因子之间的不可逆竞争性结合。13. 动态模型：动态模型(dynamic model

20、)认为转录因子与组蛋白处于动态竞争之中，基因转录前染色质必须经历结构上的改变，即转换核小体中的全部或部分成分并重新组装，这个耗能的基因活化过程称为染色质重构(chromatin remodeling)。14. 基因扩增：是指某些基因的拷贝数专一性大量增加的现象。生物体通过基因扩增可以在短期内产生大量的基因产物以满足生长发育的需要。15. 基因重排：将一个基因从远离启动子的地方移到距它很近的位点从而启动转录，这种方式被称为基因重排。16. 基因印记: 又称遗传印记，是指基因的表达与否取决于它们是在父源染色体上还是在母源染色体上。17. Lyonization：巴尔小体是一个失活的 X 染色体，失

21、活的过程就称为莱昂化（lyonization）18. 基因沉默：是指真核生物中由双链 RNA 诱导的识别和清除细胞中非正常RNA 的一种机制。通常情况下，基因沉默可以分为转录水平基因沉默和转录后基因沉默。19. 反义 RNA：是指与 mRNA 互补的 RNA 分子，也包括与其它 RNA 互补的RNA 分子,不能直接用来翻译成蛋白质的 RNA。20. dsRNA：双链 RNA，RNA 存在双链现象很普遍，这种双链不一定要完全匹配，允许部分不匹配存在。dsRNA 在 RNAi 参与的基因表达调控中起着很重要的作用。21. RNA 干扰（RNAi）：是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA（doub

22、le- stranded RNA，dsRNA）诱发的、同源 mRNA 高效特异性降解的现象。22. microRNAs （简称 miRNA）：是一类进化上高度保守的小分子非编码RNA，长度大约 22nt 左右，5端有一磷酸基团, 3端为羟基, 这一特点使它与大多数寡核苷酸和功能 RNA 的降解片段区别开来,具有高度保守性、时序性、和组织特异性,具有转录后调控基因表达的功能。23. shRNA：小发卡或短发卡 RNA（a small hairpin RNA or short hairpin RNA, shRNA）是一段具有紧密发卡环（tight hairpin turn）的 RNA 序列，常被用于 RNA 干扰沉默靶基因的表达。24. siRNA：小或短干扰 RNA（small/short interfering RNA, siRNA）是一类 20-25 个核苷酸长度的双链 RNA 分子，其主要在 RNAi 通路中起作用，干扰特异基因的表达。