分子生物学 2.docx

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分子生物学2

名词解释

基因：

产生一条多肽链或功能RNA所需的全部核苷酸序列。

基因组：

生物有机体的单倍体细胞中的所有DNA，包括核中的染色体DNA和线粒体、叶绿体等亚细胞器的DNA。

基因组大小：

是指一个基因组中所拥有的DNA含量，一般以重量计算，单位通常是皮克（10-12克），写成pg；有时也用道耳顿；或是以核苷酸碱基对的数量表示，单位为百万计，写成Mb或Mbp。

1pg等于978Mb。

C值矛盾：

也称C值反常现象，C值谬误。

C值，通常是指一种生物单倍体基因组DNA的总量，以每细胞内的皮克（pg）数表示。

而C值矛盾则是C值往往与种系的进化复杂性不一致的现象，即基因组大小与遗传复杂性之间没有必然的联系，某些低等的生物C值却很大，如一些两栖动物的C值甚至比哺乳动物还大。

核型：

是指染色体组在有丝分裂中期的表型,是染色体数目、大小、形态特征的总和。

在对染色体进行测量计算的基础上,进行分组、排队、配对,并进行形态分析的过程叫核型分析。

CpG岛：

CpG双核苷酸在人类基因组中的分布很不均一，而在基因组的某些区段，CpG保持或高于正常概率，GC含量大于50%,长度超过200bp。

卫星DNA：

又称随机DNA。

因为真核细胞DNA的一部分是不被转录的异染色质成分，其碱基组成与主体DNA不同，因而可用密度梯度沉降技术如氯化铯梯度离心将它与主体DNA分离。

卫星DNA通常是高度串联重复的DNA。

基因簇：

指基因家族中的各成员紧密成簇排列成大串的重复单位，定于染色体的的特殊区域。

基因簇少则可以是由重复产生的两个相邻相关基因所组成，多则可以是几百个相同基因串联排列而成。

他们属于同一个祖先的基因扩增产物。

也有一些基因家族的成员在染色体上排列并不紧密，中间还含有一些无关序列。

但总体是分布在染色体上相对集中的区域。

基因家族：

在基因组进化中，一个基因通过基因重复产生了两个或更多的拷贝，这些基因即构成一个基因家族，是具有显著相似性的一组基因，编码相似的蛋白质产物。

半保留复制：

一种双链脱氧核糖核酸（DNA）的复制模型，其中亲代双链分离后，每条单链均作为新链合成的模板。

因此，复制完成时将有两个子代DNA分子，每个分子的核苷酸序列均与亲代分子相同。

半不连续复制：

是指DNA复制时，前导链上DNA的合成是连续的，后随链上是不连续的，故称为半不连续复制。

端粒酶：

在细胞中负责端粒的延长的一种酶，是基本的核蛋白逆转录酶，可将端粒DNA加至真核细胞染色体末端。

Pribnowbox：

在原核生物的被保护区内有一个由5个核苷酸组成的共同序列，是RNA聚合酶的紧密结合位点，这个区的中央大约位于起点上游10bp处，所以又称为-10区。

Hogness区：

在真核生物基因中转录起始点上游-30~-25bp处的共同序列TATAAA，也称为TATA区。

类似于Pribnowbox。

转录单元：

是一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列，RNA聚合酶从转录起始位点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链。

是一段可被RNA聚合酶转录成一条连续mRNA链的DNA，包括转录起始和终止信号。

一个简单的转录单位只携带合成的一种蛋白的信息，复合转录单位可携带不止一种蛋白质分子的信息。

转录起始前复合物：

真核生物RNA聚合酶不能直接识别基因的启动子区，所以，需要一些被称为转录调控因子的辅助蛋白质按特定顺序结合于启动子上，RNA聚合酶才能与之结合并形成复杂的转录起始前复合物。

上游启动子元件：

将TATA区上游的保守序列称为上游的启动子元件或称上游激活序列。

单顺反子mRNA：

只编码一个蛋白质的mRNA称为单顺反子mRNA。

多顺反子mRNA：

一种能作为两种或多种多肽链翻译模板的信使RNA，由DNA链上的邻近顺反子所界定。

SD序列：

存在于原核生物起始密码子AUG上游7-12个核苷酸处的一种4~7个核苷酸的保守序列，它与16SrRNA3’端反向互补，所以可将mRNA的AUG起始密码子置于核糖体的适当位置以便起始翻译作用。

根据首次识别某功能意义的科学家命名。

内含子：

在转录后的加工中，从最初的转录产物除去的内部的核苷酸序列。

外显子：

是真核生物基因的一部分，它在剪接后仍会被保存下来，并可在蛋白质生物合成过程中被表达为蛋白质。

外显子是最后出现在成熟RNA中的基因序列，又称表达序列。

既存在于最初的转录产物中，也存在于成熟的RNA分子中的核苷酸序列。

可译框架、可读框：

是指一组连续的含有三连密码子的能够被翻译成为多肽链的DNA序列。

它由起始密码子开始，到终止密码子结束。

hnRNA（核不均一RNA）：

由DNA转录生成的原始转录产物。

即mRNA的前体。

snRNA（核内小RNA）：

细胞内有小核RNA，它是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体的主要成分，参与mRNA前体的加工过程。

snoRNA（核仁小RNA）：

是近来生物学研究的热点，由内含子编码。

已证明有多种功能，反义snoRNA指导rRNA核糖甲基化。

核仁小RNA与其它RNA的处理和修饰有关，调节细胞死亡。

guideRNA（向导RNA）：

引导RNA编辑的RNA分子,长度大约是60～80个核苷酸,是由单独的基因转录的,具有3'寡聚U的尾巴,中间有一段与被编辑mRNA精确互补的序列,5'端是一个锚定序列,它同非编辑的mRNA序列互补。

在编辑时,形成一个编辑体（editosome）,以gRNAs内部的序列作为模板进行转录物的校正,同时产生编辑的mRNA。

gRNA3'端的oligo（U）尾可作为被添加的U的供体。

SiRNA：

是一种小RNA分子（~21-25核苷酸），由Dicer（RNAaseⅢ家族中对双链RNA具有特异性的酶）加工而成。

SiRNA是siRISC的主要成员，激发与之互补的目标mRNA的沉默。

反义RNA：

指与mRNA互补的RNA分子，也包括与其它RNA互补的RNA分子。

由于核糖体不能翻译双链的RNA，所以反义RNA与mRNA特异性的互补结合,即抑制了该mRNA的翻译。

通过反义RNA控制mRNA的翻译是原核生物基因表达调控的一种方式。

剪接体：

进行RNA剪接时形成的多组分复合物，其大小为60S，主要是由小分子的核RNA和蛋白质组成。

剪接体本身需要一些小核RNA参与。

这些小核RNA不会翻译出任何蛋白，但对于调控遗传活动起到重要作用。

核酶：

是一类具有催化活性的RNA分子，通过催化靶位点RNA链中磷酸二酯键的断裂，特异性的剪切底物底物RNA分子，从而阻断基因的表达。

信号肽：

在起始密码子后，有一段编码疏水性氨基酸序列的RNA区域，被称为信号肽序列，它负责把蛋白质引导到细胞内不同膜结构的亚细胞器内。

密码子简并：

有一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子。

泛素蛋白：

含有高度保守的76个氨基酸的序列，它以羧基基团连接到目标蛋白质的赖氨酸残基的ε位氨基上，其主要作用是起始蛋白质的降解。

kozak序列：

在于真核生物mRNA的一段序列，其在翻译的起始中有重要作用。

核糖体能够识别mRNA上的这段序列，并把它作为翻译起始位点。

（p132）

弱化子：

是指原核生物操纵子中能显著减弱甚至终止转录作用的一段核苷酸序列，该区域能形成不同的二级结构，利用原核生物转录与翻译的偶联机制对转录进行调节。

弱化作用：

通过转录和翻译偶联促成3:

4发夹结构，使转录被终止。

癌基因：

是指人类或其他动物细胞（以及致癌病毒）固有的一类基因。

又称转化基因，它们一旦活化便能促使人或动物的正常细胞发生癌变。

原癌基因：

调控细胞生长和增殖的正常细胞基因。

突变后转化成为致癌的癌基因。

抑癌基因：

也称为抗癌基因。

正常细胞中存在基因，在被激活情况下它们具有抑制细胞增殖作用，但在一定情况下被抑制或丢失后可减弱甚至消除抑癌作用的基因。

正常情况下它们对细胞的发育、生长和分化的调节起重要作用。

隐性癌基因：

抑癌基因的两个等位基因中失去任何一个都不影响其抑癌功能，只有两个等位基因全部失活才能失去抑癌功能。

遗传标记：

指可追踪染色体、染色体某一节段、某个基因座在家系中传递的任何一种遗传特性，必须具有可遗传性和可识别性两个基本特征。

遗传图：

是指基因或DNA标志在染色体上的相对位置与遗传距离，后者通常以基因或DNA片段在染色体交换过程中的分离频率厘摩（cM）来表示。

物理图：

是指以已知核苷酸序列的DNA片段为路标，以碱基对最为基本测量单位（图距）的基因组图。

全序列图：

分子水平上最高层次的、最详尽的物理图。

简答题

1、比较原核生物基因组和真核生物基因组的结构。

答：

基因组是指生物有机体的单倍体细胞中的所有DNA，包括核中的染色体DNA和线粒体、叶绿体等亚细胞器的DNA。

真核生物基因组的结构特点：

1真核生物组庞大，一般都远大于原核生物的基因组。

2真核基因组存在大量的重复序列。

3真核基因组的大部分为非编码序列，占整个基因组序列的90%以上，该特点是真核生物与细菌和病毒之间最主要的区别。

4真核基因组的转录产物为单顺反子。

5真核生物基因组是断裂基因，有内含子结构。

6真核基因组存在大量的顺式作用元件。

包括启动子、增强子、沉默子等。

7真核基因组中存在大量的DNA多态性。

DNA多态性是指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性和串联重复序列多态性两类。

8真核基因组具有端粒结构。

端粒是真核生物线性基因组DNA末端的一种特殊结构，它是一段DNA序列和蛋白质形成的复合体。

（

9多基因家族和超基因家族：

指一组具有类似功能核苷酸序列又有同源性的基因。

10基因类型多样，如假基因、断裂基因、非剪接基因、跳跃基因等

11自私DNA或称寄生DNA指非编码序列，包括分散的高度、中度重复序列，内含子和间隔序列等。

12DNA序列组织的可变性；DNA序列从胚胎到成人并非一成不变。

）

原核生物基因组特点

1原核生物基因组很小

2具有操纵子、操纵基因。

3基因是连续的

4大部分DNA是用于编码，小部分是间隔区

5有基因重叠现象

6无重复序列

（加上从基因家族和基因簇的角度的解答）

2、什么是遗传多态性？

DNA指纹？

DNA多态性有什么意义？

答：

遗传多态性同一群体中两种或两种以上变异类型并存的现象。

包括单核苷酸多态性以及限制性片段长度多态性,可变重复序列。

由于不同的个体的这种串联重复的数目和位置都不相同，多以可变数量的串联重复序列（VNTRS）的Southern杂交带谱就具有高度的个体特异性，人们称其为DNA指纹。

DNA多态性的意义：

3、DNA多态性有哪些？

单体型？

DNA多态性是指DNA序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包括单核苷酸多态性（SNP）、可变数量的串联重复序列（VNTR）、限制性片段长度多态性（RFLP）。

SNP：

指基因组DNA序列中由于单个核苷酸（A、G、C、T）的突变而引起的多态性。

RFLP：

点突变，造成单碱基突变从而使酶切位点丢失；序列多态性发生较大顺序的变化，包括由于DNA顺序上发生突变以及高变区内串联重复的拷贝数差异。

VNTR：

短的重复序列数量上的差异，产生原因：

DNA复制时产生滑动以及减数分裂时联会时发生不对等交换。

单体型：

位于染色体上某一区域的一组相关联的SNP等位位点。

4、线性DNA复制如何解决末端问题？

答：

末端问题是指由于已知的DNA聚合酶和RNA聚合酶都只能从5‘端向3’端移动。

线性DNA在复制中，当RNA引物被切除后，留下5‘端的部分单链DNA，不能为DNA聚合酶所作用，使子链短于母链。

解决方法：

①将线性复制子转变成环状或多聚分子。

②在DNA末端形成发卡结构，使该分子没有游离末端。

③在某种蛋白质（如末端蛋白）的介入下，在真正的末端上启动复制。

④人类特有：

形成可变数量的重复序列末端（端粒酶的作用下）。

（无法完全解决每次复制都会减短）

5、RNA转录后的加工

答：

内含子：

在转录后的加工中，从最初的转录产物除去的内部的核苷酸序列。

根据剪接过程为自发还是剪接体加工，将内含子分为自剪接和剪接体内含子。

自剪接内含子包括Ⅰ类（借助鸟苷）、Ⅱ类内含子，剪接体内含子则包括GT-AG-内含子以及AT-AC-内含子（分别以各自开头结尾）。

RNA的加工是指对出生转录产物的剪辑和修饰，包括如下几个方面：

1）内切核酸酶和外切核酸酶对核苷酸的切除；

2）向初生RNA转录或剪切产物的3‘端或5’端添加核苷酸；

3）对某些特殊的核苷酸碱基或核糖进行修饰。

mRNA内含子的剪接

GU-AG法则：

真核生物mRNA前体中内含子剪接过程示意图：

通过两次转酯反应完成：

Ⅰ类内含子的剪接主要是转酯反应，即剪接反应实际上是发生了两次磷酸二酯键的转移。

在Ⅰ类内含子切除体系中，第一个转酯反应是由一个游离的鸟苷或鸟苷酸介导，鸟苷或鸟苷酸的3‘-OH作为亲核基团攻击内含子5’端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链。

第二个转酯反应中，上游外显子的自由3‘-OH作为亲核基团攻击内含子3’位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键相连。

Ⅱ类内含子切除体系中，转酯反应无需游离鸟苷酸或鸟苷，而是有内含子本身的靠近3‘端的腺苷酸2’-OH作为亲核基团攻击内含子5‘端的磷酸二酯键，从上游切开RNA链后形成套索状结构。

再由上游外显子的自由3’-OH作为亲核基团攻击内含子3‘位核苷酸上的磷酸二酯键，使内含子被完全切开，上下游两个外显子通过新的磷酸二酯键连接。

还存在顺式剪接和反式剪接，顺式剪接指剪接同一个mRNA上的外显子，而反式剪接指剪接不同mRNA上的外显子。

mRNA的可变加工指真核生物的一个特定pre-mRNA可产生一个以上的mRNA。

包括启动子的选择，终止子的选择，内含子的选择保留以及外显子的跳读。

RNA的编辑是某些RNA，特别是mRNA前体的一种加工方式，如插入、删除或取代一些核苷酸残基，导致DNA所编辑的遗传信息的改变，因为经过编辑的mRNA序列发生了不同于模板DNA的变化。

RNA编辑具有重要的生物学意义：

（1）校正作用有些基因在突变过程中丢失的遗传信息可能通过RNA的编辑得以恢复。

（2）调控翻译通过编辑可以构建或去除起始密码子和终止密码子，是基因表达调控的一种方式。

（3）扩充遗传信息能使基因产物获得新的结构核功能，有利于生物进化。

RNA的再编辑可以从一个mRNA产生两种或多种互相关联但又不同的蛋白质，这也可能是蛋白质合成的一种调节机制。

RNA还可以进行化学修饰，例如甲基化等等。

6、如何研究基因组的表达情况？

表达差异？

答：

基因组的表达状况可以通过SAGE的方法研究。

SAGE又称为基因表达系列分析技术，是一种以DNA序列为基础定量分析全基因组表达模式的技术，能够直接读出任何一种细胞类型或组织的基因表达信息。

在转录组水平上，任何长度超过9~10个碱基的核苷酸片段都可能代表一种特异性的转录产物。

因此，用特定限制性核酸内切酶分离转录产物中具有基因特异性的9~10个碱基的核苷酸序列并制成标签。

将这些序列标签连接克隆测序后，根据其占总标签数的比例即可分析其对应编码基因的表达频率。

表达差异则可以用RAD的方法研究。

RAD是cDNA差示分析法，其充分发挥了PCR能以指数形式扩增双链DNA模板，而仅以线性形式扩增单链模板的特性，通过降低cDNA群体复杂性和更换cDNA两端接头等方法，特异性扩增目的基因片断。

基本原理是：

用一个在种源上相近的基因组将靶基因组中所有共同的基因掩盖起来,而只暴露出特异的基因,在整个反应中只有特异基因能被扩增。

操作程序:

（1）用同一限制性内切酶（一般用BamHI,BglII或HindIII）同时处理靶基因组和掩盖基因组DNA，其中掩盖基因组DNA的量至少要2倍于靶基因组DNA的量；

（2）在经酶切的靶基因组片段的两端加上连接头,其序列与酶切产生的粘性末端的序列相对应；

（3）将2个基因组的DNA混合后,高温变性,低温退火。

由于掩盖基因组DNA的量远大于靶基因组DNA量,那么与掩盖基因组DNA相同的靶基因就会与掩盖基因形成杂合体，而只有特异的靶基因才能重新组合,不会受掩盖基因的影响；

（4）用TaqDNA聚合酶将粘性末端补齐后,加入与连接子相对应的引物,经过30个左右的PCR扩增,就可以将靶基因组中与掩盖基因不同的特异基因扩增出来。

7、操纵子及其基因表达调控的分子机制

答：

操纵子是原核细胞基因表达和调控的单元，即功能相关的结构基因连在一起，共同受到调控元件控制的组织单位。

操纵系统包括：

结构基因：

如代谢途径中的系列协同酶的基因。

操纵元件：

如操纵序列operator。

调节基因：

其产物能够识别调控元件，如阻抑物或活化物。

乳糖操纵子：

负控诱导系统

同时存在本底水平转录，在非诱导的状态下有少量的lacmRNA合成。

这也可以解释乳糖并非真正的诱导物的矛盾。

大肠杆菌细胞内缺少葡萄糖时，腺苷酸环化酶将ATP转变成cAMP，cAMP与其受体蛋白（简称CAP，或CRP）合形成cAMP-CAP。

cAMP-CAP作用到启动子的某一个位点上，促进RNA聚合酶与启动子之间的结合，从而加速乳糖操纵子基因的转录和翻译。

当有葡萄糖存在时，大肠杆菌分解葡萄糖过程中产生的中间产物会使cAMP分解，导致大肠杆菌细胞内的cAMP-CAP的浓度大大降低，于是，它对乳糖操纵子基因的转录和翻译的促进作用也就大大降低了。

这时对乳糖代谢调控作用就让位于对葡萄糖代谢的调控作用。

cAMP-CAP蛋白的调控系统被不但可以促进乳糖操纵子的启动，而且对细菌的几乎所有产生能量较少的诱导物的利用系统都有这种作用。

成为细菌细胞基因调控的“粗调”开关；而乳糖操纵子能够影响的仅仅是自身调控系统中的几个基因，因此是细菌细胞基因调控的“细调”开关。

乳糖操纵系统中存在着（正负）两套调控机制（正：

CAP；负：

repressor）Plac是弱启动子，单纯因乳糖的存在发生去阻遏使lac操纵元转录开放，还不能使细菌很好利用乳糖，必需同时有CAP来加强转录活性，细菌才能合成足够的酶来利用乳糖。

色氨酸操纵子：

负控阻遏系统

trp操纵子由5个结构基因trpE、trpD、trpC、trpB和trpA组成一个多顺反子的基因簇，在5′端是启动子、操纵子、前导序列（trpL）和弱化子（attenuator）区域（trpa）。

其特点是：

①阻遏物基因trpR和结构基因（trpEDCBA）不紧密连锁；

②操纵元件不直接和结构基因毗邻，而在启动子区域内；

③启动子后有一段前导序列。

其末端是弱化子结构，即在一些合成代谢的操纵子的前导区内，存在着类似终止子结构的一段DNA序列，称为弱化子，该序列可以辅助阻遏作用进行转录调控，1981Yanofsky提出了弱化模型。

④色氨酸操纵子的调控包括阻遏系统和弱化系统。

弱化系统：

弱化子：

是指原核生物操纵子中能显著减弱甚至终止转录作用的一段核苷酸序列，该区域能形成不同的二级结构，利用原核生物转录与翻译的偶联机制对转录进行调节。

弱化作用：

通过转录和翻译偶联促成3:

4发夹结构，使转录被终止。

色氨酸阻抑物的调控作用为70倍，弱化作用为10倍，两者共有700倍的调节效果。

8、原癌基因通过哪些途径转化成为癌基因？

答：

癌基因：

是指人类或其他动物细胞（以及致癌病毒）固有的一类基因。

又称转化基因，它们一旦活化便能促使人或动物的正常细胞发生癌变。

原癌基因：

调控细胞生长和增殖的正常细胞基因。

突变后转化成为致癌的癌基因。

原癌基因在正常细胞中通常以单拷贝形式存在，只有低水平的表达或根本不表达。

在很多情况下，原癌基因的结构发生了点突变或插入、重排、缺失及扩增等，改变其转录活性。

①点突变

研究发现，ras基因编码了一个分子量为2.1×104

癌蛋白（p21），从人类膀胱癌细胞系T24DNA中克隆的Ha-ras基因能够诱发NlH/3T3细胞转化，而从正常细胞DNA中克隆的该原癌基因没有这种功能。

如人类肺癌细胞系Hs242的转化基因与Ha-ras高度相似，在这个基因中导致转化活性的遗传损伤是第二个外显子中引起p21蛋白第61位谷氨酰胺被亮氨酸所替代的一个点突变。

所以，p21分子某些部位发生单个氨基酸替代足以引起蛋白质构象的改变，并使细胞获得转化活性。

②LTR插入

LTR是逆转录病毒基因组两端的长末端重复序列（longterminalrepeat），含有强启动子序列，当LTR插入原癌基因启动子区域或邻近部位后，可从根本上改变基因的正常调控规律。

LTR插入到c-myc5’上游启动子附近，使c-myc的转录水平大大增加。

③基因重排

正常情况下，c-myc定位于8q24，免疫球蛋白重链基因（IgH）定位于14q32，轻链λ基因（Igλ）定位于22q12，轻链k基因（Igk）定位于2p11，。

在Burkitt淋巴瘤中，c-myc易位至IgH、Igk或Igλ的位点，使Ig基因与c-myc相连在一起，Ig基因启动子使原来不表达的c-myc高表达。

在正常人体细胞中，非受体型酪氨酸蛋白激酶基因abl位于第9号染色体上，表达量极低，不会诱发癌变。

在慢性骨髓瘤病人细胞中，该基因却被转移到第22号染色体上，与bcr基因相融合，表达量大为提高。

④缺失

很多原癌基因5’上游区存在负调控序列，一旦该序列发生缺失或突变，就丧失抑制基因表达调控的能力。

如Burkitt淋巴瘤中C-myc可因负调控序列的缺失或LTR插入破坏其结构而增强表达。

⑤基因扩增

使每个细胞中基因拷贝数增加，从而直接增加可用的转录模板。