第20章 原核生物基因表达调控

《原核生物基因表达调控》练习题及答案一、名词解释1.基因表达调控答案：所有生物的信息，都是以基因的形式储存在细胞内的DNA（或RNA）分子中，随着个体的发育，DNA分子能有序地将其所承载的遗传信息，通过密码子-反密码子系统，转变成蛋白质或功能RNA分子，执行各种生理生物化学功能。

这个从DNA到蛋白质或功能RNA的过程被称之为基因表达，对这个过程的调节称之为基因表达调控。

2.组成性基因表达答案：是指在个体发育的任一阶段都能在大多数细胞中持续进行的基因表达。

其基因表达产物通常是对生命过程必须的或必不可少的，一般只受启动序列或启动子与RNA聚合酶相互作用的影响，且较少受环境因素的影响及其他机制调节，也称为基本的基因表达。

3.管家基因答案：某些基因产物对生命全过程都是必须的获必不可少的。

这类基因在一个生物个体的几乎所有细胞中均表达，被称为管家基因。

4.诱导表达答案：是指在特定环境因素刺激下，基因被激活，从而使基因的表达产物增加。

5.阻遏表达答案：是指在特定环境因素刺激下，基因被抑制，从而使基因的表达产物减少。

6.反式作用因子答案：又称为分子间作用因子，指一些与基因表达调控有关的蛋白质因子。

它们由某一基因表达后通过与特异的顺式作用元件相互作用，反式激活另一基因的转录。

7.操纵子答案：是指原核生物中由一个或多个相关基因以及转录翻译调控元件组成的基因表达单元。

8.SD序列答案：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个核苷酸的保守片段，它与16S rRNA 3’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。

根据首次识别其功能意义的科学家命名。

9.阻遏蛋白答案：是一类在转录水平对基因表达产生负控作用的蛋白质，在一定条件下与DNA结合，一般具有诱导和阻遏两种类型。

在诱导类型中，信号分子（诱导物）使阻遏蛋白从DNA释放下来；在阻遏类型中，信号分子使阻遏蛋白结合DNA，不管是哪一种情况，只要阻遏蛋白与DNA结合，基因的转录均将被抑制。

原核生物基因表达调控概述基因表达调控是生物体内基因表达调节控制机制，使细胞中基因表达的过程在时间，空间上处于有序状态，并对环境条件的变化做出适当的反应复杂过程。

1.基因表达调控意义在生命活动中并不是所有的基因都同时表达，代谢过程中所需各种酶和蛋白质基因以及构成细胞化学成分的各种编码基因，正常情况下是经常表达的，而与生物发育过程有关的基因则需在特定的时空才表达，还有许多基因被暂时的或永久的关闭而不来表达。

2.原核基因表达调控特点原核生物基因表达调控存在于转录和翻译的起始、延伸和终止的每一步骤中。

这种调控多以操纵子为单位进行，将功能相关的基因组织在一起，同时开启或关闭基因表达即经济又有效，保证其生命活动的需要。

调控主要发生在转录水平，有正、负调控两种机制在转录水平上对基因表达的调控决定于DNA的结构，RNA 聚合酶的功能、蛋白质因子及其他小分子配基的相互作用。

细菌的转录和翻译过程几乎在同一时间内相互偶联。

细胞要控制各种蛋白质在不同时期的表达水平，有两条途径：（1）细胞控制从其DNA模板上转录其特异的mRNA的速度，这是一条经济的途径，可减少从mRNA合成蛋白质的小分子物质消耗，这是生物长期进化过程中自然选择的结果，这种控制称为转录水平调控。

（2）在mRNA合成后，控制从mRNA翻译肽链速度，包括一些与翻译有关的酶及其复合体分子缔合的装配速度等过程。

这种蛋白质合成及其基因表达的控制称为翻译水平的调控。

二.原核生物表达调控的概念（1）细菌细胞对营养的适应细菌必须能够广泛适应变化的环境条件。

这些条件包括营养、水分、溶液浓度、温度，pH等。

而这些条件须通过细胞内的各种生化反应途径，为细胞生长的繁荣提供能量和构建细胞组分所需的小分子化合物。

（2）顺式作用元件和反式作用元件基因活性的调节主要通过反式作用因子与顺式作用元件的相互作用而实现。

反式作用因子的编码基因与其识别或结合的靶核苷酸序列在同一个DNA分子上。

RNA聚合酶是典型的反式作用因子。

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。

原核生物基因表达调控的基本结构单元（原创实用版）目录1.原核生物基因表达调控的基本概念2.原核生物基因表达调控的基本结构单元3.操纵子学说及其在原核生物基因表达调控中的作用4.调控系统的分类和特点5.原核生物基因表达调控与真核生物基因表达调控的异同正文原核生物基因表达调控的基本概念原核生物基因表达调控是指原核生物细胞内基因转录和翻译的过程，通过一系列分子机制和调控系统来实现对基因表达的控制。

基因表达调控在生物体的生长、发育、适应环境变化等过程中起着至关重要的作用。

原核生物基因表达调控的基本结构单元原核生物基因表达调控的基本结构单元包括启动子、操纵子和终止子。

这些结构单元分别位于基因的上游和下游区域，共同参与基因表达的调控。

1.启动子：启动子是基因转录的起始区域，包含一些关键的序列和元件，如识别转录因子的结合位点、RNA 聚合酶结合位点等。

启动子的作用是招募 RNA 聚合酶，从而启动基因的转录过程。

2.操纵子：操纵子是原核生物基因表达调控的核心结构单元，负责调控特定基因的表达。

操纵子通常包含一个调控序列和一组与之相互作用的转录因子。

调控序列可以分为两类：一类是诱导序列，可以与诱导型转录因子结合，从而激活基因表达；另一类是阻遏序列，可以与阻遏型转录因子结合，从而抑制基因表达。

3.终止子：终止子位于基因的下游区域，是基因转录的终止区域。

终止子包含一些特定的序列和元件，如终止子识别蛋白结合位点、RNA 聚合酶解离位点等。

终止子的作用是引导 RNA 聚合酶从 DNA 模板上脱离，从而结束基因的转录过程。

操纵子学说及其在原核生物基因表达调控中的作用操纵子学说是原核生物基因表达调控的基本理论，该学说认为，原核生物的基因表达调控主要是通过操纵子和与之相互作用的转录因子来实现的。

大多数调控系统是负调系统，即通过阻遏型转录因子来抑制基因表达，但也存在少数正调系统，即通过诱导型转录因子来激活基因表达。

调控系统的分类和特点原核生物基因表达调控系统可以根据调控方式和调控范围进行分类。

原核生物的基因表达调控研究随着生物学的发展和技术的不断革新，我们对于原核生物的基因表达调控机制也有了更深入的认识。

原核生物，即没有细胞核的生物，主要包括细菌和古菌。

在原核生物中，基因表达调控是通过各种复杂的机制进行的，包括转录后调控、翻译后调控和蛋白质修饰等。

本文将介绍一些主要的研究进展和思路。

一、转录后调控转录后调控是指基因转录后，利用各种机制来调控RNA的后续处理、稳定性和翻译。

其中一个重要机制是通过RNA的降解来调控其稳定性。

细菌中常见的RNA降解机制有腐蚀性核酸降解系统和RNA外切酶三体兼一体织体等。

通过这些机制，可以快速调整RNA的稳定性，从而影响基因表达。

此外，在古菌中也发现了类似的RNA降解机制。

例如，若在一定条件下，单链古菌RNA会被RNase Lase/Csy1摆脱。

同时，几种特殊的修饰物质（如tRNAThr和sRNA等）也能够起到调控RNA稳定性的作用。

二、翻译后调控翻译后调控是指在RNA翻译完成后，对蛋白质的稳定性、活性等进行调控。

这个机制在原核生物中很常见。

研究发现，在细菌中，翻译后调控常常是在RNA 水平上进行的，也就是通过特定的RNA元件调整翻译后的蛋白质斑块的识别和降解。

古菌中也存在类似的机制。

例如，Trim Mediated RNA Decay挖掘出了一系列古菌中的翻译后调控元件，与细菌类似。

此外，通过改变tRNA、rRNA功能而达到翻译调控的机制也在原核生物中得到极大的重视。

三、蛋白质修饰除了RNA水平的调控，原核生物中还开展了大量的蛋白质修饰研究，这对基因表达调控也起着至关重要的作用。

蛋白质修饰可以在转录前、翻译后和空间调控三个层面进行。

细菌在产生永久性抗性和应对环境压力等方面有着独特的蛋白质修饰机制，例如抗毒素修饰、互作标志、钩标志等等。

古菌中同样存在特殊的蛋白质修饰机制，如锟酵酸酶修饰、去唾液酸修饰和去染色质修饰等。

这些修饰能够显著影响蛋白质功能，从而影响基因表达。