在起始点上游还有一段6bp的保守序列5’-TTGACA-3’,称为-35区。-35区是DNA分子中可被RNA聚合酶σ因子特异性识别的序列。 在-35区和-10区之间大约间隔有16~18个核苷酸,两个序列之间为17个核苷酸时转录效率最高。
5、简要说明原核生物的转录过程。
原核生物转录过程可分为起始、延长和终止阶段。
转录的起始是RNA聚合酶与启动子相互作用并形成活性转录起始复合物的过程。首先由RNA聚合酶的σ亚基识别启动子的-35区,引导RNA聚合酶全酶与-35区结合,此时DNA没有解旋。随后RNA聚合酶向-10区移动并与之紧密结合,DNA双链局部被解开。随后σ亚基脱离核心酶,核心酶离开启动子,起始阶段结束。
在延长阶段,RNA聚合酶核心酶延模板链3’->5’方向滑行,一面使双股DNA解链,一面催化NTP按模板链互补的核苷酸序列逐个添加到RNA链的3’-OH端,使RNA按5’-3’方向不断延伸。
RNA聚合酶核心酶遇到终止子,酶与RNA链离开DNA模板,转录终止。
6、简述乳糖操纵子基因表达的正、负调控。
大肠杆菌乳糖操纵子有三个结构基因Z、Y、A,分别编码三种参与乳糖分解代谢的酶,即β-半乳糖苷酶、β-半乳糖透性酶、β-半乳糖苷乙酰化酶,其上游还有一个启动子P、一个操纵序列O。调节基因I编码产生阻遏蛋白。阻遏蛋白与O序列结合,使操纵子受阻遏而处于关闭状态。在启动子上游还有一个代谢物基因活化蛋白CAP。由启动子、操纵序列和CAP接合位点共同构成乳糖操纵子的调控区。
乳糖操纵子的负调控:在没有乳糖的条件下,阻遏蛋白能与操纵序列结合。由于操纵序列与启动子有部分重叠,阻遏蛋白与操纵序列结合后,抑制了RNA聚合酶与启动子结合,从而抑制结构基因的转录。当有乳糖存在时,乳糖进入细胞后转变为半乳糖。后者作为诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白的构想发生改变,导致阻遏蛋白与操纵序列O解离,引起结构基因的转录,负调控解除。
乳糖操纵子的正调控:当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时,优先利用葡萄糖。当葡萄糖耗尽后,细菌经过一段停滞期,在乳糖诱导下,β-半乳糖苷酶开始合成,细菌才能利用乳糖。这是通过启动子上游存在的CAP结合位点发挥作用的。 CAP分子内有DNA结合区和cAMP结合位点。当环境中没有葡萄糖时,cAMP含量升高时,CAP与cAMP结合后转变为有活性的构象,这时CAP结合在lac启动子附近的CAP位点,可激活乳糖操纵子转录活性;当环境中有葡萄糖存在时,cAMP含量降低,CAP与cAMP结合受阻,同时乳糖操纵子表达下降,使细菌只能利用葡萄糖。
7、说明色氨酸操纵子的衰减机理。
大肠杆菌中色氨酸操纵子有5个结构基因:trp E、trp D、trp C、trp B、trp A,编码催化分支酸合成色氨酸的三种酶。其上游还有一个启动子(P)、一个操纵序列(O)。在操纵序列O和结构基因trp E之间有一段162个核苷酸的前导序列trp L,前导序列内有一段衰减子序列,是位于转录起始区的一段内部终止子。
衰减子序列中有2个连续的色氨酸密码子,对tRNAtrp和trp的浓度敏感。衰减子中具有4段反向重复序列,分别编号为1、2、3和4区。1区和2区、2区和3区、3区和4区能配对形成发夹结构。3区和4区形成的发夹结构是转录的终止信号。
序列1、2、3和4形成何种发夹结构,是由trp L基因转录物的翻译过程所控制的。Trp L基因转录不久核糖体就与mRNA结合,并翻译trp L衰减子序列。细胞内有色氨酸时,形成
色氨酰tRNAtrp,翻译过程可顺利进行。核糖体通过1区,同时影响2区和3区之间发夹结构的形成,但3区和4区形成发夹结构,即形成转录终止信号,从而导致RNA聚合酶作用停止。如果细胞内没有色氨酸时,色氨酰tRNAtrp缺乏,核糖体就停止在1区中两个相邻的色氨酸密码子的位置上,核糖体占据1区,1和2之间不能形成发夹结构,2和3之间可形成发夹结构,则3和4就不能形成转录终止信号,后面的trp E、trp D、trp C、trp B、trp A基因得以表达。
8、简述真核生物mRNA转录后的加工过程?
由mRNA前提hnRNA加工成成熟mRNA的过程包括5’-端加帽,3’-端腺苷酸化,剪接去除内含子并将外显子连接以及RNA编辑等。
5’-端加帽:mRNA前体的5’-末端为pppNp-,在成熟过程中释放出Pi,成为pppNp-,然后在鸟苷酸转移酶催化下与另一分子GTP反应,末端成为GpppNp-。继而在甲酰转移酶催化下,由硫代腺苷甲硫氨酸提供甲基,在鸟嘌呤的N7上甲基化,形成7-甲基鸟苷三磷酸m7Gppp。 3’-端多聚腺苷酸化:mRNA前体在3’-末端的腺苷酰化位点切开,这个位点的上游约10~30个核苷酸处有一段保守的AAUAAA序列。腺苷酰化位点被特异核酸内切酶切断后,在poly(A)聚合酶的催化下,以ATP为底物,发生聚合反应,形成3’末端的poly(A)尾。 mRNA前体的剪接:真核生物的结构基因转录时,内含子和外显子一同被转录,形成mRNA前体,mRNA前体需要经过剪接加工,即出去内含子序列,并将外显子序列连接成为成熟的有动能的mRNA分子。
第十五章、蛋白质合成
1、什么是遗传密码?遗传密码的特点是什么?
在mRNA链上编码一种氨基酸的相邻三个碱基,成为密码子。 密码子的特性是:通用性、简并性、无间隔、不重叠、摆动性等。
2、何谓密码子的摆动性?
密码子与反密码子配对时,密码子中前两位碱基特异性强,是标准碱基配对(A与U配对,G与C配对),但第三位碱基配对时就不那么严格,而是有一定的自由度(即摆动),这一现象就是密码子的摆动性。
3、氨酰-tRNA合成酶的功能是什么?
氨酰-tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA连接,形成氨酰-tRNA。这类酶对氨基酸及tRNA都具有高度的专一性,以防止错误的氨基酸掺入多肽链。氨酰-tRNA合成酶催化的反应分为活化和转移两步。可具体
4、tRNA有何功能?
3’-端接受氨基酸;识别mRNA链上的密码子;连接多肽链和核糖体;起始tRNA可以高度特异性的识别起始AUG密码子。
5、简述大肠杆菌蛋白质的合成过程。
(1)氨基酸的活化和转移:在氨酰-tRNA合成酶的催化作用下,先将氨基酸、ATP结合,生成氨酰-AMP,再将氨酰集团从AMP转移到tRNA上形成氨酰-tRNA。
(2)起始:由fMet-tRNAf、mRNA、核糖体、IF1、IF2、IF3等因子组装成起始复合物。 (3)肽链延长:肽链延长需要70S起始复合物、氨酰-tRNA、延长因子、GTP。肽链延长包括三步:①氨酰-tRNA的结合②转肽③移位。此过程每重复一次,便有一个新氨基酸进入,形成一个新的肽键,肽链延长一个氨基酸单位,直到达到终止密码子为止。
(4)终止:当核糖体移动到终止密码子UAA、UAG时,肽链延长便终止。终止时,释放因子进入A位,识别终止密码子。释放因子使肽基转移酶的催化作用转变为水解作用,使肽链从tRNA上分离出来,生成一条多肽链。以后,tRNA也离开核糖体。
6、试述蛋白质多肽链合成后几种重要的加工方式。
N端甲基化或N端氨基酸的除去、剪切加工、二硫键的形成、氨基酸侧链的修饰等。氨基酸侧链的修饰作用包括羟基化、糖基化、甲基化、磷酸化、乙酰化和硫酯化等。
第十六章、重组DNA技术 1、什么是重组DNA技术? 重组DNA技术又称基因工程,是指利用人工手段将目标DNA与特定载体DNA连接,形成重组DNA分子,并将其转入受体细胞中。随着受体细胞的生长、分裂和分化,使目标DNA得到扩增或表达,从而改变受体细胞性状或获得目标基因表达产物的一种技术。
2、PCR技术的原理是什么?
聚合酶链反应(PCR)是1984年由Kary Mullis发展起来的体外核酸扩增技术。PCR反应需要模板、引物、耐高温的DNA聚合酶、dNTP作为原料,反应还需要一定浓度的Mg2+.反应时,先将双链模板DNA加热变性,使之成为单链;然后降低温度,引物和单链的DNA模板根据互补配对的原则退火;Taq DNA聚合酶等耐热的DNA聚合酶利用dNTP为原料,按照与模板链互补配对的原则从引物的3’端逐个加入核苷酸,使链得到延长。经过20~35个循环,目的DNA分子的量以指数级的速度得到扩增。循环结束后,还需要延续几分钟,使DNA链完成复制。