三、 其他操纵子的调控机制
简述色氨酸操纵子的调控模型
简述色氨酸操纵子的调控模型
简述色氨酸操纵子的调控模型
1. 色氨酸操纵子的概念
色氨酸操纵子是一种具有特殊的结构和功能的DNA序列，主要起到了基因表达的调控作用。
这种操纵子包含了一个感光质，可以吸收紫外线，进而使得DNA 发生结构变化。
这种结构变化会导致RNA聚合酶的结构发生改变，从而达到调控基因的目的。
在细菌和古菌中，色氨酸操纵子经常被用作响应外界刺激和环境变化的信号，从而起到了抵御外界压力的作用。
2. 色氨酸操纵子的调控模型
在色氨酸操纵子的调控模型中，一般会存在一个反馈回路。
这个回路的主要作用是保证基因表达的平衡和稳定性。
具体来说，操纵子上的感光质吸收紫外线后，会导致五环结构的断裂，从而使得翻译转运体得到释放。
翻译转运体可以使得RNA聚合酶的活性发生改变，促进基因的转录。
3. 色氨酸操纵子的调控机制
色氨酸操纵子的调控机制分为两种类型，分别是主要和次要调控。
主要调控是指直接通过改变操纵子上的感光质而调节基因表达的方式。
而次要调控则是指通过其他的调节因子来影响操纵子的功能。
例如，在一些细菌中，操纵子上的感光质可以被化学药品所识别，从而实现对基因表达的调控。
4. 色氨酸操纵子的应用
由于色氨酸操纵子具有灵敏、可控、可重复的特性，因此在生物学研究和生物工艺学中得到了广泛的应用。
例如，科学家们可以利用色氨酸操纵子来构建速度可控的基因表达系统，从而研究基因之间相互作用的机制和规律。
同时，在医学领域
中，色氨酸操纵子也被用于研究基因的突变和表达异常等问题，为疾病的预防和治疗提供了新的手段。
某大学生物工程学院《生物化学》考试试卷(1702)
某大学生物工程学院《生物化学》课程试卷（含答案）__________学年第___学期考试类型：（闭卷）考试考试时间：90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、判断题（95分，每题5分）1. 细菌中的插入序列（IS）具有转座能力，能随即插入到任一DNA序列中，在靶点两侧形成一段短的正向重复序列。
（）答案：错误解析：2. 在NDP转变为脱氧核糖核苷二磷酸（dNDP）的过程中硫氧还蛋白和谷氧还蛋白起电子载体的作用。
（）答案：正确解析：3. 线粒体tRNA在识别密码子时遵循更为宽松的摆动原则。
（）答案：正确解析：线粒体中的tRNA种类比原核生物和真核生物细胞质中的tRNA 种类少，要识别60多种密码子，需要遵循更为宽松的摆动原则。
4. 脂酸合成过程中所需的[H]全部由NADPH提供。
（）答案：错误解析：由磷酸戊糖途径产生的NADPH提供。
延长途径中可由FADH2与NADPH提供[H]。
5. 大肠杆菌染色体DNA由两条链组成，其中一条链充当模板链，另外一条链充当编码链。
（）答案：错误解析：不同的基因使用不同的链作为其编码链和模板链。
6. DNA分子是由两条链组成的，其中一条链作为前导链的模板，另一条链作为后随链的模板。
（）答案：错误解析：对于一个双向复制的DNA分子来说，相对于一个复制叉为前导链模板的那条链相对于另一个复制叉来说则是后随链的模板。
7. 转座要求供体和受体位点之间具有同源性。
（）答案：错误解析：转座作用既不依靠转座成分和插入区段序列的同源性，又不需要RecA蛋白。
8. 细胞色素b和细胞色素c因处于呼吸链的中间，因此它们的血红素辅基不可能与CN配位结合。
（）答案：错误解析：氧化态细胞色素b和细胞色素c之所以不能与氰化物等一些含有孤对电子的物质结合，是因为其Fe3＋形成的配位键已经饱和，而不是因为它们处于呼吸链的中间。
9. 真核生物细胞内的hnRNA相对分子质量虽然不均一，但半衰期长，比胞质成熟mRNA更为稳定。
色氨酸操纵子调控机制
色氨酸操纵子调控机制色氨酸操纵子（tryptophan operon）是一种常见的基因调控机制，通过控制色氨酸合成途径中的基因表达，实现对细胞内色氨酸水平的调节。
色氨酸作为一种重要的氨基酸，在生物体内发挥着重要的生理功能。
本文将介绍色氨酸操纵子的结构和功能，以及其在细胞生理过程中的调控机制。
色氨酸操纵子是一种典型的原核生物基因调控结构，通常由一系列连续的基因组成，这些基因编码着色氨酸合成途径中的关键酶。
色氨酸操纵子的基因通常被分为两类：结构基因和调控基因。
结构基因编码色氨酸合成途径中的酶，包括色氨酸合成酶、色氨酸降解酶等。
调控基因编码着色氨酸操纵子的调控蛋白，包括操纵子的启动子、运算子和抑制子等。
色氨酸操纵子的启动子是调控基因中的一个重要元件，它位于结构基因的上游区域。
启动子序列的特异结合蛋白能够识别并结合到启动子上，从而调控基因的转录起始。
当细胞内色氨酸水平较低时，启动子上的结合蛋白与启动子结合，阻止RNA聚合酶的结合和转录起始的进行，从而抑制结构基因的表达。
而当细胞内色氨酸水平升高时，色氨酸与结合蛋白结合，使其从启动子上解离，使得RNA聚合酶能够结合并开始转录。
这样一来，结构基因的表达就会增加，从而增加色氨酸的合成量。
除了启动子，色氨酸操纵子还包括一个运算子和一个抑制子。
运算子是一段DNA序列，位于启动子和结构基因之间，起到调控基因表达的中介作用。
运算子上结合了一个运算子结合蛋白，该蛋白能够识别细胞内色氨酸的浓度，并通过与运算子的结合来调控调控基因的表达。
当细胞内色氨酸水平较低时，运算子结合蛋白与运算子结合，从而抑制调控基因的表达。
而当细胞内色氨酸水平升高时，色氨酸与运算子结合蛋白结合，使其从运算子上解离，从而促进调控基因的表达。
抑制子是另一个重要的调控元件，它位于操纵子的末端。
抑制子上结合了一个抑制子结合蛋白，该蛋白能够识别细胞内色氨酸的浓度，并通过与抑制子的结合来调控调控基因的表达。
当细胞内色氨酸水平较高时，色氨酸与抑制子结合蛋白结合，使其从抑制子上解离，从而抑制调控基因的表达。
生化问答题和名词解释重点
1．核酸杂交: 在DNA变性后的复性过程中，如果将不同种类的DNA单链分子或RNA分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成杂化双链。
这种杂化双链可以在不同的DNA与DNA之间形成，也可以在DNA和RNA分子间或者RNA与RNA分子间形成。
这种现象称为核酸分子杂交。
（2分）2．P/O比值：每消耗1mol氧原子时 ADP磷酸化成ATP所需消耗的无机磷的mol数。
3．一碳单位：某些氨基酸在分解代谢过程中产生含有一个碳原子的基因，称为一碳单位。
体内的一碳单位有甲基（—CH3）、甲烯基（—CH2—）、甲炔基（—CH==）、甲酰基（—CHO）、亚氨甲基（—CH==NH）等。
（2分）4．外显子：在断裂基因及其初级转录产物上出现，并表达为成熟RNA的核酸序列。
（2分）5．遗传密码：mRNA分子上从5，至3，方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码。
6．DNA变性: 在某些理化因素作用下，DNA分子互补碱基对之间的氢键断裂，使DNA双螺旋结构松散，变成单链，即为DNA变性。
（2分）7. 糖异生: 由非糖化合物 (乳酸、甘油、生糖氨基酸等)转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。
（2分）8. 底物水平磷酸化：ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程称为底物水平磷酸化。
（2分）9．氨基酸代谢库：食物蛋白质经消化而被吸收的氨基酸(外源性氨基酸)与体内组织蛋白质降解产生的氨基酸(内源性氨基酸)混在一起，分布于体内各处，参与代谢，称为氨基酸代谢库。
（2分）10. 不对称转录: 转录模板DNA双链中，只有一股链可作为模板指引转录，另一股链不能作为模板；模板链并非永远在同一条单链上，不同基因的模板链可交叉分布在两股链上，这种选择性转录方式称为不对称转录。
生化论述题缩印版
1. 试述蛋白质等电点与溶液的PH 和电泳行为的相互关系？ 答：PI>PH 时，蛋白质带净正电荷，电泳时，蛋白质向阴极移动; PI<PH 时，蛋白质带净负电荷，电泳时，蛋白质向阳极移动; PI=PH 时，蛋白质净电荷为0，电泳时，蛋白质不移动。
2.叙述B-DNA 双螺旋结构的要点？答：（1）DNA 是一反向平行、右手螺旋的双链结构：脱氧核糖基和磷酸亲水性骨架位于双链的外侧，疏水性碱基位于双链的内侧；（2）DNA 双链之间形成了互补碱基对：两条链的碱基之间以氢键相连；（3）疏水作用力和氢键共同维系，纵向的稳定性则靠碱基平面间的疏水性碱基堆积力维系。
3.试述真核生物mRNA 的结构特点？答：（1）大多数的真核mRNA 在5’-端以7-甲基鸟嘌呤及三磷酸鸟苷为分子的起始结构，这种结构称帽子结构；帽子结构在mRNA 作为模板翻译成蛋白质的过程中具有促进核糖体与mRNA 的结合，加速翻译起始速度的作用，同时可以增强mRNA 的稳定性。
（2）在真核mRNA 的3’末端，大多数有一段长短不一的多聚腺苷酸结构，通常称为多聚A 尾；一般由十个至一百几十个腺苷酸连接而成；因为在基因内没有找到它相应的结构，因此认为他是在RNA 生成后才加进去的；随着mRNA 存在的时间延续，这段聚A 尾巴慢慢变短；因此，目前认为这种3’-末端结构可能与mRNA 从核内向胞质的转位及mRNA 的稳定性有关。
答：（1）ADP 的调节：氧化磷酸化的速率主要受ADP 水平调节；A TP 利用增多时，ADP 浓度增高，转运到线粒体加速氧化磷酸化的进行，反之亦然。
（2）抑制剂：①呼吸链抑制剂：阻断呼吸链某部位电子传递的物质；②解偶联剂：使物质氧化与ADP 磷酸化偶联过程脱离；③其他抑制剂。
（3）甲状腺激素：加速A TP 分解，促进氧化磷酸化进行。
6.线粒体内膜上的电子传递链是如何排列的，并说明氧化磷酸的偶联部位？答：（1）NADH 氧化呼吸链：NADH →FMN →CoQ →Cyt b →Cyt c1→Cyt c →Cyt aa3→O2。
分子生物学-13-原核基因表达调控-3-其他操纵子
7.4.4 二组分调控系统和信号转导 掌握 理解
原核基因表达调控的形式主要有两种： 直接调控和二组分调控 直接调控是一种调节信号直接作用于调节蛋白的调控
调节信号即小分子物 → 调节蛋白
二组分调控是调节信号首先作用于相应的传感蛋白，然后应答于调节蛋白
调节信号 → 传感蛋白 → 调节蛋白
特点：二组分调控系统和信号转导经常偶连在一起
cAMP-CRP的共同参与，起始转录），又是 其负调节蛋白。
• 通过两种异构体来实现（ Pr和Pi)。
repressor
Cpr
Cpr 阿拉伯糖诱导
inducer
Cpi Cpi
二聚体形式
1 AraC对AraBAD的负控制
G水平高 Ara水平低
AraC的启动子
AraBAD的启动子
C
O2
O1PC CRP I1 I2 PBAD
I12
araBAD
Cpr
cAMP-CRP
3、无葡萄糖、有阿拉伯糖：
整个系统被激活
araC O2 CRP
I12
araBAD
注意教材上P274图7-33有误：中方向颠倒了？A.B 位点指代不清,应该对应于I位点？双线箭头反应动态 平衡指代不清
Cpi Cpi
Cpi Cpi
复习：四种操纵子的总结
• 问题1：各是什么类型的控制（正？负？） • 问题2：各在什么水平控制？（DNA水平？
aroFBH trp P attn
trpED trpC F trpB trpA
转录
Trp 缺乏时
TRAP
TRAP
形成抗终止结构
不弱化 继续
3
aroFBH trp P attn
trpED trpC F trpB trpA
分子名词解释和简答
22 翻译跳跃：翻译中读码框发生了位移，可导致核糖体跳过一端mRNA后继续翻译，这一过程叫翻译跳跃．（来源自网上）
简答题：
一、RNA的剪接方式
1.剪接体参与的剪接
核内RNA+snRNP→剪接体。
11反式作用因子：直接或间接的识别或结合在各类顺式元件中核心序列上，参与调控靶基因转录效率的蛋白质
12GTAG法则：序列分析表明，几乎每个内含子与5′端起始的两个碱基都是GT，而3′端最后两个碱基总是AG，由于这两个碱基的高度保守性和广泛性，有人把它称为GTAG法则 ，即5′GT…AG 3′。
13外显子：原初转录物中被保留下来的编码序列，及其对应的RNA模板中心的序列。
4转录图：基因的cDNA片段图，即表达序列标签图。
5全序列图：人类基因组的核苷酸序列图是分子水平上最高层次的、最详尽的物理图，测定总长约1m、由30亿个核苷酸组成的全序列。
6恶性肿瘤：一群不受生长调控而繁殖的细胞，是具有转基因能力的肿瘤，具有浸润性和扩散性。
7良性肿瘤：一群仅局限在自己的正常位置，且不侵犯周围其他组织和器官的细胞，它通常有完整的结缔组织膜结构。
三、色氨酸操纵子调控机制
色氨酸操纵子调控机制为负控阻遏。
其转录调控包括阻遏系统和弱化系统。
（1）阻遏机制：产生辅阻遏蛋白的基因是trpR。在有高浓度色氨酸存在时，色氨酸与游离的辅阻遏蛋白相结合，形成有活性的阻遏物，并使之与操纵区DNA紧密结合，因此可以阻止转录。然而当色氨酸水平低时，辅阻遏蛋白失去氨基酸，以一种非活性形式存在,不能结合DNA。在这样的条件下，trp操纵子被RNA聚合酶转录，同时色氨酸生物合成途径被激活。
原核生物基因表达的调控
原核生物基因表达的调控一、名词解释1、Operon操纵子：一个或几个结构基因与一个调节基因和一个操纵基因，加上启动子构成一个操纵单元，这个单元称为操纵子。
在操纵子中，结构基因产生mRNA并作为模板合成蛋白质；而调节基因则产生一种阻遏蛋白与操纵基因相互作用；阻遏蛋白与操纵基因结合从而阻碍了结构基因转录成为mRNA；在诱导过程中，诱导物通过与阻遏蛋白相结合而阻止阻遏蛋白与操纵基因结合。
2. CAP：环腺苷酸（cAMP）受体蛋白CRP（cAMP receptor protein ），cAMP与CRP结合后所形成的复合物称激活蛋白CAP（cAMP activated protein ）3．Attenuator弱化子：在操纵区与结构基因之间的一段可以终止转录作用的核苷酸序列。
4. 魔斑：当细菌生长过程中，遇到氨基酸全面缺乏时，细菌将会产生一个应急反应，停止全部基因的表达。
产生这一应急反应的信号是鸟苷四磷酸(ppGpp)和鸟苷五磷酸（pppGpp）。
PpGpp与pppGpp的作用不只是一个或几个操纵子，而是影响一大批，所以称他们是超级调控子或称为魔斑。
5. 上游启动子元件：是指对启动子的活性起到一种调节作用的DNA序列，-10区的TA TA、-35区的TGACA及增强子，弱化子等。
二、填空题1．启动子中的元件通常可以分为两种：（）和（）。
2. 因表达正调控系统中，加入调节蛋白后，基因表达活性被，这种调节蛋白被称为。
在负调控系统中，加入调节蛋白后，基因表达活性被，这种调节蛋白被称为。
3. 糖对细菌有双重作用；一方面（）；另一方面（）。
所以需要一个不依赖于cAMP—CRP的启动子S2进行本底水平的永久型合成；同时需要一个依赖于cAMP—CRP的启动子S1对高水平合成进行调节。
有G时转录从（）开始，无G时转录从（）开始。
三、选择题1、如果在没有----- -----存在时基因是表达的，加入这种----- ----后，基因的活性被关闭，这种控制系统叫做负调控系统。
分子生物学大题整理
分子生物学大题总结1.简述病毒、原核生物、真核生物基因组的特点。
病毒基因组特点〔1〕基因组小，不同病毒基因组大小差异很大；〔2〕基因组可以由DNA或RNA组成；〔3〕基因组多数是单倍体；〔4〕基因组的连续性不同；〔5〕基因有连续的和间断的；〔6〕基因组序列大局部用来编码蛋白质；〔7〕基因组中相关基因往往丛集形成一个功能单位或转录单元；〔8〕基因组存在基因重叠现象。
原核生物基因组特点〔1〕基因组相对较小，结构简单，通常仅由一条环状双链DNA分子组成；〔2〕基因组中只有一个复制启始位点；〔3〕具有操纵子结构；〔4〕一般无重叠基因；〔5〕基因序列是连续的，无内含子；〔6〕基因组序列中大局部是编码序列，小局部是非编码序列；〔7〕基因组中重复序列很少，结构基因单拷贝；〔8〕具有编码同工酶的同基因；〔9〕基因组中存在插入序列和转座子，产生转座现象；〔10〕基因组序列中存在功能识别区域。
真核生物基因组特点〔1〕每种真核生物都有一定数目的染色体；〔2〕基因组庞大，结构复杂；〔3〕基因组DNA与蛋白质结合形成染色体，储存于细胞核内；〔4〕基因组由染色体DNA和染色体外DNA组成；〔5〕转录产物为单顺反子mRNA；〔6〕结构基因是不连续的；〔7〕基因组序列中非编码区域多于编码区域；〔8〕基因组中存在大量重复序列；〔9〕功能相关的基因构成基因家族。
2.简述质粒的分类。
〔1〕按功能分类：F质粒、R质粒、Col质粒；〔2〕按复制机制分类：严密型质粒、松弛型质粒；〔3〕按转移方式分类：接合型质粒、可移动型质粒、自传递型质粒。
3.根据拷贝数的不同，可将基因分为哪几类？可分为高度重复序列、中度重复序列和单拷贝序列三类。
〔1〕高度重复序列：拷贝数达106以上，可以集中在某一区域串联排列。
可分为反向重复序列和卫星DNA。
〔2〕中度重复序列：拷贝数数十至数万〔<105〕，其产物常是细胞大量需要的物质。
分短散在重复片段和长散在重复片段。
3-1.操纵子-原核基因表达调控
• N-end arm of helix reach around to other face (to minor groove)
Hug
l trans-Factor的二聚体或四聚体以对称的方式结合 cis-Factor 表现一种“二重对称性”
dimer as Right Shoes model binding with palindromic Seq. in major groove
IS/I+
iS > I+ iS > iC
等位基因间的显隐关系
I+
OC
Z
Y
A
mRNA
OC失去与阻遏物 特异结合的能力
乳糖
mRNA
I+
O+
等位基因间的显隐关系
OC ＞ O+
cis-dominant
（顺式显性）cis-dominant
The ability of a site (cis-factor) to control adjacent gene irrespective of the presence in the cell of other alleles of the site.
激活RNA 聚合酶启动
•正控制—诱导型操纵子 (多为分解酶类)
w.t. (I+O+P+) 诱导型
iS mut. 超阻突变 (super-repression) 诱导物 不能被激活因子活化
operon 关闭
I+ > iS
e.g. cAMP control (一种通用的控制系统)
E.coli
Glucose Lactose
分子生物学：原核基因表达调控模式
添加葡萄糖后，细菌所需要的能量便可从葡萄糖得到 满足，葡萄糖是最方便的能源，细菌无需开动一些不 常用的基因去利用这些稀有的糖类。
葡萄糖的存在会抑制细菌的腺苷酸环化酶活性，减少
环腺苷酸（cAMP）的合成，与它相结合的蛋白质，
即 环 腺 苷 酸 受 体 蛋 白 CRP 又 称 分 解 代 谢 物 激 活 蛋 白 CAP，因找不到配体而不能形成复合物。
负控诱导 阻遏蛋白不与效应物（诱导物）结合时，结 构基因不转录；与之结合则转录。
负控阻遏 阻遏蛋白与效应物结合时，结构基因不转录。 阻遏蛋白作用的部位是操纵区。
在正转录调控系统中，调节基因的产物是激活蛋 白（activator）。
正控诱导系统 效应物分子（诱导物）的存在使激活蛋白 处于活性状态；
葡萄糖 cAMP Lac操纵子被抑制
DNA
+ + + + 转录
CAP P O Z Y A
CAP CAP CAP CAP 无葡萄糖，cAMP浓度高时
CAP
有葡萄糖，cAMP浓度低时
协调调节
负性调节与正性调节协调合作
阻遏蛋白封闭转录时，CAP不发挥作用 如没有CAP加强转录，即使阻遏蛋白从P上解聚仍无转录活性
23
• 乳糖操纵子的控制模型，其主要内容如下：
① Z、Y、A基因的产物由同一条多顺反子的mRNA分子所编码。 ② 这个mRNA分子的启动子紧接着O区，而位于I与O之间的启动子区（P）， 不能单独起动合成β-半乳糖苷酶和透过酶的生理过程。 ③ 操纵基因是DNA上的一小段序列（仅为26bp），是阻遏物的结合位点。 ④当阻遏物与操纵基因结合时，lac mRNA的转录起始受到抑制。 ⑤诱导物通过与阻遏物结合，改变它的三维构象，使之不能与操纵基因结 合，从而激发lac mRNA的合成。当有诱导物存在时，操纵基因区没有被阻 遏物占据，所以启动子能够顺利起始mRNA的合成。
大肠杆菌乳糖操纵子系统的调控机制
3
整体特性
点整击体添特性加标题
1. 通过这些复杂的调控机制，乳糖操纵子 系统实现了在缺乏乳糖时关闭结构基因 的表达，而在乳糖存在时开启结构基因 的表达 2. 这种精细的调控机制使得大肠杆菌能够 高效地利用乳糖，并在营养丰富的环境 中生存和繁殖
4
生理意义
15
点生击理添意义加标题
乳糖操纵子系统的生理意义在于它能够使大肠杆菌在含有乳糖的环境 中快速响应并利用乳糖。乳糖是一种复杂的碳源，它的利用需要一系 列酶的参与和调控。乳糖操纵子系统通过精确的调控机制，确保了当 环境中存在乳糖时，相关酶的表达能够得到最大化的提升，从而使得 大肠杆菌能够高效地利用乳糖。这种调控机制不仅提高了大肠杆菌在 营养丰富环境中的生存能力，也为我们提供了对基因表达调控机制深 入理解的机会
总的来说，大肠杆菌乳糖操纵子系统是一个经典的基因表达调控模型， 它展示了如何在复杂的生物系统中实现精确的基因表达调控。这个系 统的研究和应用对我们理解生命过程的分子机制以及开发新的生物技 术具有重要的价值
5
实验证据和发 现
实点验击证据添和加发现标题
6
未来研究方向
点未来击研添究方加向标题
尽管我们已经对大肠杆菌乳糖操纵子系统的调控机制有了深入的理解，但是仍然有许多未 知领域等待探索。未来的研究可能包括以下方向
启动子：P序列是启动子，它控制着结构 基因的表达
调节基因：I基因编码一种阻遏蛋白，这 种蛋白可以结合到O序列上，抑制结构基 因的表达
2
调控机制
点调击控添机制加标题
乳糖操纵子的调 控机制主要包括 三个方面：负调 控、正调控和O 序列的自我调节
2.1 负调控
在缺乏乳糖的环境下 ，I基因编码的阻遏 蛋白会结合到O序列 上，阻止RNA聚合酶 对结构基因的转录。 这样，结构基因的表 达就被抑制了。这种 由阻遏蛋白介导的抑 制作用就是负调控
分子生物学名词解释
1、增强子：就是远离转录起始点、决定组织特异性表达、增强启动子转录活性的特异DNA序列，其发挥作用的方式与方向、距离无关。
2、增强子: 位于真核基因中远离转录起始点，能明显增强启动子转录效率的特殊DNA序列。
它可位于被增强的转录基因的上游或下游，也可相距靶基因较远。
3、同位酶：识别相同的序列但切割位点不一样的酶。
4、顺反子：产生一条多肽链或功能RNA所必需的全部核苷酸序列。
5、回复突变：一个等位基因可以突变为其相对的另一个等位基因，反之，另一个等位基因也可以突变为原来的基因，这种突变叫作回复突变。
6、衰减子：在色氨酸操纵子中的一个区域，此区域以形成不同二级结构的方式，利用原核生物转录与翻译的偶联对转录进行调节。
此区域只存在于原核生物合成代谢的操纵子中。
7、切刻平移：用DNA聚合酶I在有缺刻的DNA双链上一面进行5′→3′的外切，一面进行DNA合成，使缺刻在DNA上发生平移的过程。
此过程也是制备放射性探针的一种方法。
8、减色效应：变性DNA复性后,在260nm的吸收值减少的现象称为减色效应。
9、核受体：细胞内受体分布于胞浆或核内，本质上都是配体调控的转录因子，均在核内启动信号转导并影响基因转录，统称核受体。
10、增色效应：当核酸变性后,其260nm的紫外吸收增加的现象。
11、负超螺旋：两股以右旋方向缠绕的螺旋在外力向松缠的方向捻转时,产生一个右旋的超螺旋以解除外力捻转造成的胁迫，这样形成的超螺旋为负超螺旋。
12、限制性内切核酸酶：是一类能识别和切割双链DNA分子中特定碱基顺序的核酸内切酶。
13、复制子：含有一个起点的复制单位。
其长度等于相邻两个复制起点间的距离。
14、半保留复制：在DNA复制过程中亲代DNA分子的两条链首先解螺旋和分离，然后以每条链为模板，按碱基互补配对原则，合成两条与模板链互补的新链。
这样从亲代的一个双螺旋DNA分子形成了两个与原先的碱基序列完全相同的两个子代DNA分子。
每个子代DNA分子中有一条链来自亲代，另一条链是新合成的，这种的复制方式称为半保留复制。
03其他操纵子的调控机制
▪ AraC蛋白作为PBAD活性正、负调节因子的
双重功能是通过该蛋白的两种异构体来实现 的。Pr是起阻遏作用的形式，可以与现在尚 未鉴定的类操纵区位点相结合，而Pj是起诱 导作用的形式，它通过与PBAD启动子结合 进行调节。在没有阿拉伯糖时，Pr形式占优 势；一旦有阿拉伯糖存在，它就能够与AraC 蛋白结合，使平衡趋向于Pi形式。这样，阿
3. 组氨酸操纵子
▪ 与His降解代谢有关的两组酶类被称为hut酶 (histidine utilizing enzyme)，控制这些酶合成的操 纵子被称为hut operon。由一个多重调节的操纵子
控制，有两个启动子，两个操纵区及两个正调节蛋 白。
Hut操纵子共编码4种酶和一个阻遏物。4种酶分别 由hutG、hutH、hutI及hutU基因编码，阻遏物则由 hutC基因编码。在产气克氏菌中，以上基因构成两 个转录单位，hutI、hutG、hutC和hutU、hutH分别 被转录合成两条mRNA长链。这两个转录单位各自
▪ 为什么gal操纵子需要两个转录起始位点？ 半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长，而且与 之相关的物质--尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大 肠杆菌细胞壁合成的前体。在没有外源半乳糖的情 况下，UDP-gal是通过半乳糖差向异构酶的作用由 UDP-葡萄糖合成的，该酶是galE基因的产物。生长 过程中的所有时间里细胞必须能够合成差向异构酶。 现在设想只有S1一个启动子，那么由于这个启动子 的活性依赖于cAMP-CRP，当培养基中有葡萄糖存 在时就有能合成异构酶。假如唯一的启动子是S2， 那么，即使在葡萄糖存在的情况下，半乳糖也将使 操纵子处于充分诱导状态，这无疑是一种浪费。无 论从必要性或经济性考虑，都需要一个不依赖于 cAMP-CAP的启动子（S1）对高水平合成进行调节。
代谢工程试题答案
1.微生物代谢工程定义、研究内容和研究手段。
（1）定义：代谢工程是利用重组DNA技术或其他技术,有目的地改变生物中已有的代谢网络和表达调控网络,以更好地理解细胞的代谢途径,并用于化学转化、能量转移及大分子装配过程。
（2）研究内容：生物合成相关代谢调控和代谢网络理论；代谢流的定量分析；代谢网络的重新设计；中心代谢作用机理及相关代谢分析；（3）研究手段:代谢工程综合了基因工程、微生物学、生化工程等领域的最新成果。
①基因操作技术：在代谢工程中，代谢网络的操作实质上可以归结为基因水平上的操作：涉及几乎所有的分子生物学和分子遗传学实验技术，如基因和基因簇的克隆、表达、调控，DNA 的杂交检测与序列分析，外源DNA的转化，基因的体内同源重组与敲除，整合型重组DNA 在细胞内的稳定维持等。
②分析手段：组学技术(X-omics)：工业微生物基因组测序与功能基因组分析；基于基因芯片的转录组学分析；蛋白质组学技术；基于同位素技术的代谢通量组学。
③检测技术：常规的化学和生物化学检测手段都可用于代谢工程的研究，如物料平衡、同位素标记示踪法、酶促反应动力学分析法、光谱学法、生物传感器技术。
2.代谢改造思路和代谢设计原理。
（1）代谢改造思路：代谢工程研究的重点在于改造代谢网络，以便生产特定目的代谢产物或具有过量生产能力的工程菌应用于工业生产。
根据微生物的不同代谢特性，常采用改变代谢流、扩展代谢途径和构建新的代谢途径三种方法。
a改变代谢途径的方法：加速限速反应，增加限速酶的表达量，来提高产物产率。
改变分支代谢途径流向，提高代谢分支点某一分支代谢途径酶活力，使其在与其它的分支代谢途径的竞争中占据优势，从而提高目的代谢产物的产量。
b扩展代谢途径的方法：在宿主菌中克隆和表达特定外源基因，从而延伸代谢途径，以生产新的代谢产物和提高产率。
扩展代谢途径还可使宿主菌能够利用自身的酶或酶系消耗原来不消耗的底物。
c转移或构建新的代谢途径：通过转移代谢途径、构建新的代谢途径等方法来实现。
某大学生物工程学院《普通生物化学》考试试卷(28)
某大学生物工程学院《普通生物化学》课程试卷（含答案）__________学年第___学期考试类型：（闭卷）考试考试时间：90 分钟年级专业_____________学号_____________ 姓名_____________1、判断题（140分，每题5分）1. 细菌代谢酶的诱导和合成途径中酶的阻遏，调节蛋白都对操纵子起负调控作用。
（）[中国科学院2005研]答案：错误解析：根据操纵子对于能调节它们表达的小分子的应答反应的性质不同，可将操纵子分为可诱导的操纵子和可阻遏的操纵子。
可诱导的操纵子（如乳糖操纵子）的调控机制：有诱导物存在时，诱导物与调节蛋白（阻遏蛋白）结合使之变构，使调节蛋白无活性，不能与操纵基因结合，促使结构基因转录；无诱导物存在时，调节蛋白（阻遏蛋白）有活性，调节蛋白与操纵基因结合，阻止结构基因转录。
可阻遏的操纵子（如色氨酸操纵子）的调控机制：辅阻遏物存在时，与调节蛋白结合使之变构，使调节蛋白有活性，与操纵基因结合，阻止结构基因转录；辅阻遏物不存在时，调节蛋白无活性，不能与操纵基因结合，促使结构基因转录。
2. 激素与受体结合作用的特点是具有高亲和力的共价键结合。
（）答案：错误解析：激素与受体的结合是通过非共价键。
3. 基因表达的最终产物都是蛋白质。
（）[山东大学2016研；华中农业大学2017研]答案：错误解析：基因表达的最终产物不一定都是蛋白质，有的是RNA。
4. 在调节氧化磷酸化作用中，最主要的因素是[ATP][ADP]。
（）答案：正确解析：5. 色氨酸操纵子中存在衰减子，故此操纵系统有细调节功能。
（）答案：正确解析：6. 人体内若缺乏维生素B6，维生素PP，维生素B12和叶酸，均会引起氨基酸代谢障碍。
（）答案：正确解析：维生素B6是转氨酶辅酶磷酸吡哆醛的成分之一，维生素PP是L谷氨酸脱氢酶辅酶NAD＋或NAPP＋的成分之一，叶酸和维生素B12在一碳单位代谢中分别是一碳单位的载体和转甲基酶的辅酶，因此，缺乏时均会影响氨基酸代谢。
基因表达调控机制——操纵子模型的确立
酵母 就能产生乳糖和半乳糖代谢所必需 的酶 ；而 当培养基 中不存在乳糖时 ，这种酶就消失 。当时 尚不 知道该 酶 的出现需 要开 启另外 一个基 因的 表达 。实际上 ，早期 的解释是细胞包含一个通用
酶 ，这个酶根据环境的需要会具有各种属性 。而
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自皇未 志第 ３ ５ 卷 第 ４ 期 ＿ 自 然 科 学 史
的底物 的拮抗 物（ 抑制物） 的性质 ，再 次获得 了十 分惊 人 的结论 ：诱导 的能力绝不是这个酶 的底物 的合成 。根据它们 的特殊结构 以及它们 的元素 的 起源 ，这些酶分 子是新 的。几个其他 的诱 导系统 的研究 已经充分证 明这个结论 ， 现在可 以认为是 部分地确定 了这个效应 。我们在此将根据酶蛋 白 质 合 成 的诱 导 物 使 用 诱 导 这 个 术 语 来 表 示 激
的调控机制 ，开创了分子生物学研究 的新 天地。
Ｊ ａ ｃ ｏ ｂ和 Ｍｏ ｎ ｏ ｄ 认为某一基 因的表达可以 由 另一基 因的产物控制 ，即存 在调控基 因 ，其产物
存在它们的底物时才能形成 ；另一类酶是组成酶 （ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｉ ｕ ｔ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｎ ｚ ｙ ｍ ｅ ） ，无论培养基 中有无它们 。在这个研究 的第一 阶段 ， Ｍｏ ｎ ｏ ｄ和他的同事 们就将他们的工作集中到 问题 的焦点 ，并确定 了
酶适应过程 的本质 。 后来发现有些物质虽不是酶 的底物 ， 但 可高效地诱导酶 的产生 ；有些尽 管是 圭 乳糖苷酶 的底物但不是诱导物 ，即不诱 导酶 的产生 。１ ９ ５ ３ 年在他们发表 的论文 中， 把这些适
１ ９ ４ ６年在巴斯德研究 院工作 的 Ｍｏ ｎ ｏ ｄ开始 了关于 Ｅ ｃ ｏ ｌ ｉ 中Ｂ — 半乳糖苷酶 的适应形成 的研
操纵子和转录因子
操纵子和转录因子
操纵子是指启动基因、操纵基因和一系列紧密连锁的结构基因的总称，是大肠杆菌等原核生物中基因表达调控的一种重要机制。
在操纵元中，操纵基因是调节基因表达的关键区域，能够识别和结合阻遏蛋白，进而抑制或激活结构基因的表达。
当某些诱导物质存在时，阻遏蛋白的活性会被抑制，从而解除对结构基因表达的阻遏作用。
转录因子则是一类蛋白质，能够特异性地识别并结合DNA序列，从而调控基因的表达。
在原核生物中，转录因子通常由一个或多个结构基因编码，并可以影响操纵元的表达。
例如，某些转录因子可以与操纵基因结合，进一步影响阻遏蛋白的活性，从而调控结构基因的表达。
操纵子和转录因子都是原核生物中基因表达调控的重要机制，但它们的作用方式和机制有所不同。
操纵元是一个复杂的调控系统，涉及多个基因和蛋白质的相互作用；而转录因子则主要通过与DNA的相互作用来调控特定基因的表达。
这些机制的相互作用和调控，使得原核生物能够对环境变化做出快速和准确的响应。
国自然科学假说的分子调控轴
国自然科学假说的分子调控轴
国自然科学假说认为,生命的起源和演化过程都受到分子调控的影响。
这种分子调控轴是指一系列相互作用的分子机制,它们共同驱动生命体的发展和适应环境的能力。
1. 基因调控
基因调控是分子调控轴的核心部分。
基因表达的时间、位置和水平都受到精细调控,决定了细胞的命运和功能。
基因调控涉及多种分子机制,如转录因子、染色质重塑、非编码RNA等。
2. 信号转导
细胞需要感知并响应来自环境的各种信号。
信号转导通路将外界刺激转化为细胞内的分子事件,诱导相应的基因表达或代谢调节。
信号分子如激素、细胞因子等在这一过程中发挥关键作用。
3. 代谢调节
代谢通路为细胞提供能量和合成所需的小分子。
代谢过程受到严格的分子调控,以维持同化作用和异化作用的动态平衡。
代谢酶的活性和含量调节、反馈抑制等机制参与其中。
4. 蛋白质修饰
蛋白质的结构和功能常常需要通过翻译后修饰来实现精细调控。
磷酸化、乙酰化、甲基化等化学修饰改变蛋白质的活性、亚细胞定位和相互作用,从而影响细胞过程。
5. 分子互作网络
上述分子调控机制相互关联、互相影响,形成一个复杂的分子互作网络。
这些网络集成了各种信号,精确调控生命活动。
网络的鲁棒性和动态性赋予了生命体适应环境的能力。
分子调控轴体现了生命科学的本质,揭示了分子水平上维系生命的精妙机制。
深入研究这一领域,将为疾病治疗、合成生物学等领域带来新的认识和突破。
国自然科学假说的分子调控轴
国自然科学假说的分子调控轴国自然科学假说是一种解释生物系统运作原理的理论框架,它认为生命现象可以通过分子水平的相互作用来解释。
这一假说强调分子调控在生命过程中扮演着关键角色。
1. 基因表达调控基因表达是生命活动的核心,它受到多层次的精细调控。
在转录水平上,转录因子可以与特定的DNA序列结合,启动或抑制基因的转录。
在翻译水平上,各种调控因子可以影响mRNA的稳定性和翻译效率。
此外,表观遗传学修饰也对基因表达产生重要影响。
2. 信号转导通路细胞内外的各种信号分子需要通过复杂的信号转导网络进行传递和整合。
受体蛋白、信号分子、激酶、转录因子等在这一过程中发挥着重要作用。
信号转导通路调控着细胞的生长、分化、应激反应等多种生命活动。
3. 代谢调控细胞内的各种代谢途径受到精细的调控,以维持内环境的稳态并适应外界环境的变化。
调节酶、激活蛋白、反馈抑制等机制共同参与代谢网络的调节。
代谢调控与能量供给、生物合成、细胞周期等密切相关。
4. 蛋白质修饰与调控蛋白质的功能通常受到翻译后修饰的调节,如磷酸化、乙酰化、泛素化等。
这些可逆的共价修饰改变了蛋白质的结构和活性,从而影响其功能。
蛋白质修饰在信号传导、转录调控、细胞周期控制等过程中扮演着重要角色。
5. 分子互作网络上述各种分子调控过程相互交叉、相互影响,形成了错综复杂的调控网络。
系统生物学和合成生物学等新兴学科试图从整体上理解和重建这些网络,以揭示生命系统的工作原理。
国自然科学假说为我们提供了一个分子水平的视角来解释生命现象,分子调控轴贯穿于生命活动的方方面面,是理解生命奥秘的关键所在。
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三、其他操纵子的调控机制
1．半乳糖操纵子
大肠杆菌半乳糖操纵子(galactose operon)包括3
个结构基因：
异构酶(UDP-galactose-4epimerase,galE)，
半乳糖-磷酸尿嘧啶核苷转移酶(galactose
transferase, galT)，
半乳糖激酶(galactose kinase, galk)。
这3个酶的作用是使半乳糖变成葡萄糖-1-磷酸。
GalR与galE、T、K及操纵区O等离得很远，而galR
产物对galO的作用与lacI-lacO的作用相同。
gal操纵子的特点：
① 它有两个启动子，其mRNA可从两个不同的起始点开始转录；
② 它有两个O区，一个在P区上游-67--53，另一个在结构基因
galE内部。
因为半乳糖的利用效率比葡萄糖低，人们猜想葡萄糖存在时半乳糖操纵子不被诱导，但实际上有葡萄糖存在时，gal操纵子仍可被诱导。
现已分离到一些突变株，其中一类突变株能在不含葡萄糖的培养基中高水平合成半乳糖代谢酶类（gal 结构基因高效表达）；而另一类突变株中gal基因的表达完全依赖于葡萄糖，培养基中如无葡萄糖存在，这些细菌的gal基因不表达，不合成半乳糖代谢酶类。
分析gal操纵子P-O区的DNA序列发现，该操纵子确实存在两个相距仅5bp
的启动子，可以分别起始mRNA的合成。
每个启动子拥有各自的RNA聚合酶结合位点S1和S2。
从S1起始的转录只有在培养基中无葡萄糖时，才能顺利进行，RNA聚合酶与S1的结合需要半乳糖、CAP和较高浓度的cAMP。
从S2起始的转录则完全依赖于葡萄糖，高水平的cAMP-CAP能抑制由这个启动子起始的转录。
当有cAMP-CAP 时，转录从S1开始，当无cAMP-CAP时，转录从S2开始。
为什么gal操纵子需要两个转录起始位点？
半乳糖不仅可以作为唯一碳源供细胞生长，而且与之相关的物质--
尿苷二磷酸半乳糖（UDPgal）是大肠杆菌细胞壁合成的前体。
在没有外源半乳糖的情况下，UDP-gal是通过半乳糖差向异构酶的作用由UDP-葡萄糖合成的，该酶是galE基因的产物。
生长过程中的所有时间里细胞必须能够合成差向异构酶。
现在设想只有S1一个启动子，那么由于这个启动子的活性依赖于cAMP-CRP，当培养基中有葡萄糖存在时就有能合成异构酶。
假如唯一的启动子是S2，那么，即使在葡萄糖存在的情况下，半乳糖也将使操纵子处于充分诱导状态，这无疑是一种浪费。
无论从必要性或经济性考虑，都需要一个不依赖于cAMP-CAP的启动子（S1）对高水平合成进行调节。