第六章 原核基因表达调控模式思考题答案

第七章原核生物的基因调控思考题答案

一、填空题

1. 能够诱导操纵子但不是代谢底物的化合物称为安慰诱导物。能够诱导乳糖操纵子的化合物IPTG 就是其中一例。这种化合物同阻遏蛋白质结合。并使之与操纵基因分离。乳糖操纵子的体内功能性诱导物是异乳糖。

2. 色氨酸是一种调节分子，被视为辅阻遏物。它与一种蛋白质结合形成全阻遏物；乳糖操纵子和色氨酸操纵子是两个负控制的例子。cAMP—cAP蛋白通过正控制起作用。色氨酸操纵子受另一种系统弱化作用的调控，它涉及到第一个结构基因被转录前的转录终止作用。

二、选择题(单选或多选)

1. 标出以下所有正确表述：( C )

(a)转录是以半保留方式获得序列相同的两条DNA链的过程

(b)依赖DNA的DNA聚合酶是多亚基酶，它负责DNA的转录

(c) 细菌的转录物(mBNA)是多基因的

(d)σ因子指导真核生物hnRNA的转录后加工，最后形成mRNA

(e)促旋酶在模板链产生缺口，决定转录的起始和终止

2．下面哪些真正是乳糖操纵子的诱导物?( (c) (d) )

(a) 乳糖

(b) O—硝基苯酚—β—半乳糖苷(ONPG)

(c) 异丙基巯基—β—半乳糖苷

(d) 异乳糖

3．氨酸操纵子的调控作用是受两个相互独立的系统控制的，其中一个需要前导肽的翻译，下面哪一个调控这个系统？( (b) )

(a) 色氨酸

(b) 色氨酰－tRNA Trp

(c) 色氨酰—tRNA

(d) cAMP

(e)以上都不是

三、判断题

1. 下面哪些说法是正确的?

(a) LacA的突变体是半乳糖苷透性酶的缺陷

(b) 在非诱导的情况下，每个细胞大约有4分子的p—半乳糖苷酶

(c) 乳糖是一种安慰诱导物

(d) RNA聚合酶同操纵因子结合

(e) 多顺反子mRNA是协同调节的原因

(f) Lac阻遏物是一种由4个相同的亚基组成的四聚体

(g) 腺苷酸环化酶将cAMP降解成AMP

(h) CAP和CRP蛋白是相同的

(i) —35和—10序列对于RNA聚合酶识别启动子都是很重要的

(j) 色氨酸的合成受基因表达、阻遏、弱化作用和反馈抑制的控制

(k) Trp的引导mRNA能够同时形成三个“茎—环”结构

(l) 在转录终止子柄部的A—T碱基对可以增强结构的稳定性

(m) 真核生物和原核生物的转录和翻译都是偶联的

(n) 在色氨酸浓度的控制下，核糖体停泊在Trp引导区—串色氨酸密码，但并不与之脱离(o) Ara c蛋白既可作为激活蛋白，又可作为阻遏蛋白起作用

(p) Ara c的表达不受调控

正确：b,e,f,h,i,j,n,o

四、简答题

1．为什么只有DNA双螺旋中的—条链能被正常的转录?

答：

如果两条链都被转录，每个基因就能编码两个不同的多肽。

2. 哪三个序列对原核生物mRNA的精确转录是必不可少的?

答：

—35(RNA聚合酶结合位点)、—10(RNA聚合酶起始位点)启动子序列和终止子。

3. 什么是安慰诱导物?

答：

安慰诱导物是一种与天然诱导物结构相似的化合物，它虽然能诱导操纵子表达，但

是它不能被操纵子基因产生的酶分解。在lac操纵子中异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)

是乳糖的类似物能代替异乳糖作为诱导物，但不能作为β—半乳糖苷酶的底物进入代

谢途径。

4. 葡萄糖是如何影响涉及糖代谢的操纵子(葡萄糖敏感型操纵子)的表达？

答：在缺乏葡萄糖时，cAMP的水平升高，CAP蛋白同每一个葡萄糖敏感操纵子中启动子内的CAP位点结合，转录作用协同起始。如果有葡萄糖，cAMP的水平下降，CAP蛋白不再结合，转录的速率协同下降。

5. gal操纵子具有两个启动子的意义？

参见课本P219

五、问答题

1. 区别可诱导和可阻遏的基因调控。

答：

在可诱导的系统中，操纵子只有在诱导物存在时才开放，没有诱导物时阻碍物结合

在操纵子上阻止结构基因的转录：存在诱导物时，它与阻遏物结合，使之变构个再

与操纵于结合，打开操纵子。（酶的诱导是分解途径特有的，诱导物就是酶的底物或

者底物的类似物。）

在可阻碍系统中操纵子被终产物所关闭。不存在终产物时，阻碍物不能结合到操纵

子上，因此操纵了开放；存在终产物时，它结合到阻碍物上，改变后者的构象，使

其能结合到操纵子上，关闭操纵子。（酶阻碍是合成代谢的特点。）

2. 衰减作用如何调控E.coli 中中色氨酸操纵子的表达?

答：

衰减作用根据tRNA Trp的数量去调节Trp操纵子的表达，而tRNA Trp加的数量又取决于细胞中的Trp水平。Trp操纵于mMA的导序列很长，包括了编码—个长14个氨基酸的多肽所需的全部遗传佰息(包括一个AUG起始密码和一个UGA终止密码)。这个多肽含有两个相邻的Trp残基，因此色氨酰—tRNA对前导肽的翻译是必不可少的。衰减作用发生的必要条件是：(1)翻译产生前导多肽；(2)转录和翻译的偶联。这样，当RNA聚合酶转录前导序列的同时核糖体就紧接着结合到新生的mMA上翻译产生前导肽。mRNA的前导序列包括两对相似的反向重复序列(图A7．7中用1，2，3和4表示)。序列2与序列1和3部分互补，这样1＋2或2＋3或3＋4或1＋2和3＋4都能通过碱基配对形成茎环结构。由序列3和4配对形成茎环结构与Trp操纵子的终止子一样，在其茎的3’一侧具有7个连续的u形成的尾巴。当形

成这种衰减子结构时、它就能像终止子一样使转录终止。注意到两个Trp密码位于序列1内，而且当前导肽的终止密码在序列1和2之间。这样，如果色氨酸的量是充足的，那么，tRNA Trp 的含量也能够使前导肽的翻译进行到终止密码UGA。结合的核糖体覆盖了1和2两个区域，这样，1和2、2和3两个序列就不能形成茎环结构，这就使3，4两个序列形成衰减子环并起到终止子的作用，导致RNA聚合酶分子脱离DNA模板。另一方面，如果色氨酸缺乏，那么存在的色氨酰—tRNA也很少，导致核糖体停止在两个Trp密码之前，这样核糖休仅盖住区域1，并在序列4被转录之前，序列2和序列3形成全环结构。这个结构的形成阻止了序列3与序列4形成终止子结构。于是，出现通读，Trp操纵子的其他部分被继续转录。事实上，是mRNA上核糖体所在的位置决定mRNA的二级结构和衰减作用是否发生。

图A7.7 色氨酸操纵子和衰减作用

（a）色氨酸操纵子和前导序列的结沟。

（b）当色氨酸过量时，发生衰减作用，前导肽序列大量合成

六、证明分析题

1. 现分离了一DNA片段，可能合有编码多肤的基因的前几个密码了：该片段的序列组成如下：

5’ C G C A G G A T C A GTC GA TG T C C TGTG…….. 3’

3’ G C G TCC TAGTC A GC TA C AG GAC A C ……..5’

(1) 哪一条链作为转录的模板链?

(2) mRNA的顺序是什么?

(3) 此mRNA能形成二级结构吗?

(4) 翻译从哪里开始? 朝哪个方向进行?

(5) 此DNA最可能是从原核细胞还是真核细胞中分离的?

答：

(1)若这序列含有编码多肽的基因的起点，则A TG序列会存在于其中一条链上(对应于mMA

的AUG起始密码干)；只有上链有此序列。因此，下链便是转录的模板。

(2)mMA的顺序是：

5`C G C A G G A U C A GUC GA UG U C C UGU G…….. 3`

核糠体结合位点起始密码密码2密码3

（3）

(4) 翻译从AUG起始密码子开始，按5→3’方向进行(左→右)。

(5) 在起始密码子的上游9个核苷酸处有AGGA序列，与SD序列的UCCU互补，假定为核糖体结合部位，而真核细胞缺少这一部位，因此，此DNA样品可能是从原核细胞中提取到的。

2.当lacZ- 或lacY-突变体生长在含乳糖的培养基上时，Lac操纵子中剩余的基因没有被诱

导，解释是何原因？

答：

异乳糖是乳搪操纵子的天然诱导物，它是乳糖经过未诱导细胞中的少量β一半乳糖苷酶代谢产生的。

在lacZ－突变中完全不存在β一半乳糖苷酶，乳糖不能被代谢，在lacY－中完全没合适过酶，因此乳糖不能进入细胞。这样，两种突变体中都不能产生异乳糖、因此操纵子中的其余基因都不能被培养基中的乳糖诱导表达。但是其它的基因能被像ITPG这样的安慰诱导物诱导，因为ITPG既能作为诱导物，又不需透过酶的帮助就能进入细胞。