第7章-思考题解析

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1.简述代谢物对基因表达调控的两种方式。

答：根据调控机制的不同可分为负转录调控和正转录调控。

在负转录调控系统中,调节基因的产物是阻遏蛋白。阻止基因的转录。包括：（1）负控诱导：阻遏蛋白与效应物结合时，基因转录。

（2）负控阻遏：阻遏蛋白与效应物结合时，基因不转录。

在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋白。包括：

（1）正控诱导：有效应物时，激活蛋白处于活性状态，基因转录。

（2）正控阻遏：有效应物时，激活蛋白处于无活性状态，基因不转录。2.什么是操纵子学说？。

答：Jacob和Monod通过大量实验及分析提出操纵子学说，其内容如下：Z、Y、A基因产物由同一条多顺反子mRNA编码，该mRNA的启动区（P）位于阻遏基因（1）与操纵区（O）之间，不能单独起始半乳糖苷酶和透过酶基因的表达。操纵区是DNA上的一小段序列（仅为26bp），是阻遏物的结合位点。当阻遏物与操纵区相结合时，lac mRNA的转录起始受到抑制；诱导物通过与阻遏物结合，改变其三维构象，使之不能与操纵区相结合，诱发lac mRNA的合成。

3.简述乳糖操纵子的调控模型？

答：乳糖操纵子模型中依次排列着启动子、操纵基因和三个结构基因，它们分别编码β-半乳糖苷酶、半乳糖苷透性酶和β-硫半乳糖苷转乙酰基酶，三个基因受同一个操纵基因控制。

当没有乳糖存在时，lac操纵子处于阻遏状态。阻遏蛋白阻碍RNA聚合酶与启动子P的结合，阻止启动基因上的RNA聚合酶进行转录，这是一种负调节作用。

当有乳糖存在时，乳糖与阻遏蛋白结合，使之发生变构而失去活性，因而不能与操纵基因结合，导致RNA聚合酶进行转录，产生上述三种酶，使大肠杆菌能利用乳糖。

培养基中有葡萄糖存在，葡萄糖的降解产物能降低细胞内cAMP含量，影响CAP与启动基因结合，也影响RNA聚合酶与启动基因结合，因此，β-半乳糖苷酶等三个酶不能产生。这是一种正调控作用。

4.什么是葡萄糖效应？

答：葡萄糖效应是指在有葡萄糖存在的情况下，即使在细菌培养基中加入乳糖、半乳糖、阿拉伯糖或麦芽糖等诱导物，与其相对应的操纵子也不会启动，产生出代谢这些糖的酶。这种葡萄糖的存在阻止了其他糖类利用的现象，称为葡萄糖效应，也称为降解物阻抑（catabolite repression）。

5.什么是弱化作用？

答：弱化作用（attenuation）是一种翻译调控机制。在该机制中，核糖体沿着mRNA分子的移动的速率决定转录是进行还是终止。在大肠杆菌色氨酸操纵子中，细菌的转录和翻译几乎同步进行，RNA聚合酶在转录前导序列时，核糖体和相应的tRNA紧随其后翻译前导肽。当介质中Trp浓度很低时，tRNA trp相应短缺，核糖体移至重叠区两个Trp密码子时，因缺少相应tRNA trp而停滞不前，使1区不能和2区配对，所以2区和3区配对，结果不能形成3-4区配对的终止子结构，因此RNA聚合酶能继续转录下去，操纵子得以表达。当介质中Trp浓度高时，核糖体与足量的tRNA trp紧随聚合酶后迅速合成前导肽，并在位于1区和2区之间的终止密码子处停止，不影响1区和2区的配对，所以3区可以和4区配对，形成终止子结构，使RNA聚合酶在此终止，从而阻止操纵子酶基因的转录和翻译。当所有氨基酸都不足时，核糖体翻译移动的速度就更慢，甚至不能占据1的序列，结果有利于1、2和3、4发夹结构的形成，于是RNA聚合酶停止转录。

6.简述抗终止因子的调控机制？

答：抗终止因子是能够在特定位点阻止转录终止的一类蛋白质。当这些蛋白质存在时，RNA 聚合酶能够越过终止子，继续转录DNA。抗终止因子在RNA

聚合酶到达终止子之前与之结合，因为在终止子上游存在抗终止作用的信号序列，只有与抗终止因子相结合的RNA 聚合酶才能顺利通过具有茎- 环结构的终止子，使转录继续进行。参与大肠杆菌抗终止作用的蛋白是Nus 蛋白。NusA 和us 因子不能同时结合到RNA 聚合酶上。只要RNA 聚合酶结合在DNA上，NusA 就不会从RNA 聚合酶上解离，而σ因子可以取代游离RNA 聚合酶上的NusA，因此，在转录起始和终止的过程中RNA 聚合酶分别受到σ因子和NusA 的调控。转录起始不久，σ因子从RNA 聚合酶上解离下来，NusA 蛋白就结合到核心RNA 聚合酶上。NusA 的结合增加了RNA聚合酶在终止子发夹结构处暂停的过程，从而促进抗终止作用的发生。

7.简述反义RNA调控机制？

答：反义RNA（antisense RNA）是指与mRNA互补的RNA分子。这种反义RNA通过序列互补与特定的mRNA结合，抑制mRNA的翻译。其调控机制有：（1）与前mRNA结合，影响mRNA的成熟和在胞浆内转运；（2）与相应的靶RNA结合激活RNase，加速靶RNA的降解；（3）直接与起始密码子AUG 结合而阻止翻译的启动；（4）互补作用于SD编码区的反义RNA可阻止核糖体与mRNA的结合。

8.简述原核基因转录后调控的不同方式？

答：基因在转录水平的调控是生物最经济的调控方式，但转录生成mRNA 以后，再在翻译或翻译后水平进行“微调”，是对转录调控的补充。它使基因表达的调控更加适应生物本身的需求和外界条件的变化。主要有：

（1）mRNA自身结构元件对翻译起始的调控：起始密码子AUG上游的一段非翻译区的结合强度取决于SD序列的结构及其与起始密码AUG之间的距离，SD与AUG之间距离一般以4～10个核苷酸为佳，9个是最佳的。此外，mRNA 的二级结构影响核糖体与mRNA的结合，也会造成蛋白质合成效率上的差异。

（2）mRNA稳定性对转录水平的影响：降解mRNA的酶都是3′→5′外切核酸酶，但mRNA的二级结构具有阻遏这些酶的作用。IR（反向重复顺序）的存在可以防止3′→5′外切核酸酶的降解作用，有利于转录产物的积累。

（3）蛋白质的调控作用：有些mRNA编码的蛋白质，本身也可以对相应mRNA的翻译过程产生调节作用，这是一种自身翻译调控作用。如自体调控物r-蛋白与rRNA上结合位点结合的程度比其他mRNA上结合位点的程度强，所以当存在游离rRNA时，最新合成的r-蛋白与rRNA结合开始装配核糖体，此时没有游离的r-蛋白与mRNA的结合，mRNA的翻译继续。一旦rRNA合成减慢或停止，游离r-蛋白富集，就能与他们的mRNA结合，阻止其继续翻译，即：只要相对于RNA有多余的r-蛋白，r-蛋白的合成就会被阻止。因此，蛋白质合成的自体调控保证了核糖体蛋白质与RNA在数量上的平衡。

（4）反义RNA的调节作用：反义RNA通过互补的碱基与特定的mRNA 结合（结合位点通常是mRNA上的SD序列、起始密码子AUG和部分N端的密码子）来抑制mRNA的翻译。

（5）稀有密码子对翻译的影响：细胞内对应于稀有密码子的tRNA较少，不易获得，这样就延长了核糖体在mRNA上滑动的时间，降低了翻译的速度；高频率使用这些密码子的基因翻译过程容易受阻，影响了蛋白质的总量。

（6）重叠基因（overlapping gene）对翻译的影响：正常情况下，色氨酸操纵子5个基因产物是等量的，这是由于其相邻两基因之间有重叠现象，翻译出现偶联。偶联翻译可能是保证两个基因产物在数量上相等的重要手段。

（7）翻译的阻遏：在大肠杆菌RNA噬菌体Qβ中发现复制酶可以作为翻译阻遏物来调控蛋白质的合成。纯化的复制酶可以和外壳蛋白的翻译起始区结合，阻止了核糖体与起始区的结合，不能重新起始翻译。但已经起始的翻译仍能继续下去，直至完毕。

（8）魔斑核苷酸水平对翻译的影响：魔斑核苷酸是指ppGpp 和pppGpp分子，当细胞缺乏氨基酸时产生魔斑核苷酸，可在很大范围内做出系列应急反应，如抑制核糖体和其他大分子合成，活化某些氨基酸操纵子的转录表达，抑制与氨基酸转运无关的转运系统，活化蛋白水解酶等，以节省或开发能源，以渡过难关。

9.简述ppGpp 是如何参与细菌的应急反应。

答：严谨反应是细菌适应逆境的重要机制之一，当细胞感知外界可利用氨基酸缺乏时，能快速启动受ppGpp 控制的生长速率调节机制。当细菌处于氨基酸