分子细胞生物学作业

分子细胞生物学

1．简述表达调控的基本概念和真核基因表达调控的特点（10分）。

2．简述转录后水平的基因沉默现象、基因表达调控的新途径及其应用现状（10分）。3．请你简述细胞分化，干细胞发展现状，如何理解认识现状与应用关系（10分）？

4．请叙述细胞周期内容与细胞周期调控实验的基本原理，请你设计一种有关细胞周期调控的实验（10分）。

5．细胞信号理论与实践的应用现状，从你所理解的几种细胞信号通路，谈谈验证实验设计及其依据原理（10分）。

6．由基因选择性表达结果与细胞分化关系，生物的表观遗传的关系（10分）。

7．细胞凋亡及其信号转导关系说明细胞凋亡须具备必要的基本元件，请举一列叙述说明（10分）。

8．如何理解真核细胞基因表达调控的复杂性（10分）？

9．根据你所从事的研究方向，探讨与分子细胞生物学的关系及应用（20分）

1.简述表达调控的基本概念和真核基因表达调控的特点（10分）。

答：基因表达调控：指位于基因组内的基因如何被表达成为有功能的蛋白质(或RNA)，在什么组织中表达，什么时候表达，表达多少等等。在内、外环境因子作用下，基因表达在多层次受多种因子调控。基因表达调控的异常是造成突变和疾患的重要原因。

真核基因表达调控的特点：

（1）转录水平的调控。Britten和Davidson于1969年提出的真核生物单拷贝基因转录调控的模型——Britten—Davidson模型。该模型认为在整合基因的5’端连接着一段具有高度专一性的DNA序列，称之为传感基因。在传感基因上有该基因编码的传感蛋白。外来信号分子和传感蛋白结合相互作用形成复合物。该复合物作用于和它相邻的综合基因组，亦称受体基因，而转录产生mRNA，后者翻译成激活蛋白。真核生物基因组中等重复DNA序列和单

拷贝DNA序列的排布形式，说明该模型有其合理型。

（2）染色质结构对转录调控的影响。真核基因的活跃转录是在常染色质进行的。转录发生之前，常染色质往往在特定区域被解旋或松弛，形成自由DNA，这种变化可能包括核小体结构的消除或改变，DNA本身局部结构的变化，如双螺旋的局部去超螺旋或松弛、DNA从右旋变为左旋，这些变化可导致结构基因暴露，RNA聚合酶能够发生作用，促进了这些转录因子与启动区DNA的结合，导致基因转录，实验证明，这些活跃的DNA首先释放出两种非组蛋白，（这两种非组蛋白与染色质结合较松弛），非组蛋白是造成活跃表达基因对核酸酶高度敏感的因素之一。

（3）转录后水平的调控。真核生物基因转录在细胞核内进行，而翻译则在细胞质中进行。在转录过程中真核基因有插入序列，结构基因被分割成不同的片段，因此转录后的基因调控是真核生物基因表达调控的一个重要方面，首要的是RNA的加工、成熟。各种基因转录产物RNA，无论rRNA、tRNA还是mRNA，必须经过转录后的加工才能成为有活性的分子。

（4）翻译水平上的调控。蛋白质合成翻译阶段的基因调控有三个方面：①蛋白质合成起始速率的调控；② MRNA的识别；③激素等外界因素的影响。蛋白质合成起始反应中要涉及到核糖体、mRNA蛋白质合成起始因子可溶性蛋白及tRNA，这些结构和谐统一才能完成蛋白质的生物合成。

2.简述转录后水平的基因沉默现象、基因表达调控的新途径及其应用现状（10分）。

答：转录后水平的基因沉默(Posttranscriptional Gene Silencing，PTGS)是指转基因在细胞核里能稳定转录，细胞质里却无相应的稳定态mRNA存在的现象。不同研究组给了这一神秘机制不同的名称：植物学家称之为共抑制(co-suppression)、菌类学家称之为静息作用(quelling)、昆虫学家称之为RNA干预(RNA interference，RNAi)等。PTGS是1条在mRNA 水平上使特定基因沉默的新的细胞途径。该途径可帮助生物体抵御病毒感染和基因损伤。

PTGS被认为是一种古老的自我防御的进化机制。大量工作揭示了它是通过降解mRNA来阻止基因表达的。当细胞受到某种危险,如病毒侵袭或转座子的活化。这一机制就被宿主细胞内双链RNA或某些其它不正常核苷酸所启动。细胞指导RNA裂解酶(核糖核酸酶)特异地降解与诱因相关的RNA，而不影响其它基因。

基因表达调控的新途径及其应用现状：基因沉默是一种非常有用的研究工具。PTGS比在基因编码区加入选择标记的基因敲除技术更优越。它可以用于生物不同的发育阶段加以选

择。而通常敲除1个基因可能在还未知道该基因功能时会杀死该胚胎。即使该胚胎能够成活，在发育早期阶段，不正常的导入会掩饰该基因在较晚时期的次级效应。利用PTGS，生物学家能关闭某种特定的生物基因，以此来推断该基因的功能。利用PTGS让生物胚胎发育的不同阶段的某些基因沉默，可揭示胚胎发育复杂性。

在线虫中，利用RNAi调查细胞分裂宿主基因的功能。RNAi的触发较为简单，它可通过向成虫中注入双链RNA，把线虫浸泡在核苷酸中或用产生合适双链RNA的大肠杆菌工程菌来喂养线虫实现。Pittsburgh等用RNAi沉默了至少20个果蝇基因，包括frizzled2和wingless。Hannon等期望在果蝇细胞培养中用RNAi来研究癌生物学。

共抑制技术在植物中已经得到广泛应用。PTGS可作为一种植物抵御病毒感染的方式。原来,当病毒侵袭植物细胞时，细胞就会使病毒复制和传播所需的基因沉默。这种沉默可以由植物病毒在生命周期的某些阶段产生的双链RNA引发。Guy等利用共抑制技术试图揭示模式作物拟南芥单个基因的功能。采用烟草花叶病毒导入数以千计的不同遗传序列,研究者们有目的地让基因沉默来寻找期望的特性,如抗病或耐旱。除了作为实验室工具外，共抑制也被用于商业生产上。

脊椎动物对RNA病毒和转座子的袭击有很强的防御能力。特别是它们拥有蛋白酶R在双链RNA出现时,能关闭细胞蛋白质合成的途径，有时驱使细胞自杀。Wianny等指出可通过向老鼠早期胚胎或在8细胞或16细胞时期注入双链RNA而诱导RNAi阻止相应基因的表达。3.请你简述细胞分化，干细胞发展现状，如何理解认识现状与应用关系（10分）？

答：细胞分化：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态结构和生理功能上发生稳定性的差异的过程称为细胞分化（cellular differentiation）。细胞分化是一种持久性的变化，细胞分化不仅发生在胚胎发育中，而是生物的一生都在进行着，以补充衰老和死亡、凋亡、损伤的细胞．如：多能造血干细胞能分化为不同类型的血细胞过程。一般来说，已分化的细胞如果没有外界的影响将一直保持分化后的状态，直到死亡为止。

干细胞发展现状：干细胞是一类具有自我复制和分化能力的细胞，其发育受多种内在机制和微环境因素的影响，它包括胚胎干细胞和成体干细胞。自20世纪60年代发现造血干细胞至今为止，造血干细胞是研究最多并最先用于治疗的干细胞，它使人们对于干细胞的特点有了进一步的了解。近年来随着生物细胞实验技术的发展，该领域取得了突破性进展，已广泛深入地开展了用来治疗多种疾病的“干细胞生物工程”。