病毒、真核和原核生物的基因组结构特点

河南农业大学考研专业课《现代分子生物学》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、分析题（5分，每题5分）1. 写出原核表达实验步骤。

答案：原核表达实验步骤概述：（1）按上述步骤提取该组织的RNA，反转录为cDNA。

（2）以cDNA为模板，用上述引物扩增出带酶切位点的A基因片段。

（3）用BamHI和EcoRI分别接合目的片段和载体，连接酶将A 基因和载体连接起来构成重组质粒。

（4）将重组质粒转入感受态的大肠杆菌BL21中，涂布，根据载体所携带的抗性标记筛选出稳定遗传重组表现形式质粒的单克隆。

（5）摇菌、扩大培养，待菌液生存到对数生长期，收集菌体，裂解、收集蛋白质。

（6）将总蛋白制取成溶液通过镍柱，由于A蛋白携带有His标签，可以被吸附在镍柱上，然后加缓冲液将吸附在包覆镍柱上的A蛋白洗脱下来，即可得到A蛋白溶液。

解析：2、判断题（55分，每题5分）1. 当大肠杆菌培养基中的葡萄糖浓度较低时，在培养基中加入乳糖，可以诱导相应的乳糖操纵子启动表达。

（）答案：错误解析：当大肠杆菌培养基的葡萄糖浓度较低时，在培养皿中加入乳糖，不会诱导相应的乳糖不必操纵子启动表达，只有当葡萄糖消耗事实上，才会诱导相应的乳糖操纵子启动表达。

（）2. DNA复制时，前导链上DNA沿5′→3′方向合成，在滞后链上则沿3′→5′方向合成。

（）答案：错误解析：DNA复制以后在前导链上和滞后前导链上DNA均沿5′→3′方向合成。

3. 分子伴侣的功能是帮助蛋白质的降解。

（）[扬州大学2019研]答案：错误解析：4. 运用噬菌体或动物病毒作为载体转化细胞的过程称为转移。

（）答案：错误解析：运用噬菌体或动物病毒作为载体转化细胞的过程称为转染。

5. 乳糖操纵子存在负控诱导系统和正控诱导系统的调控机制。

病毒、真核和原核‎生物的基因‎组结构特点‎病毒基因组‎结构特点：1.病毒基因组‎所含核酸类‎型不同2.不同病毒基‎因组大小相‎差较大3.病毒基因组‎可以是连续‎的也可以是‎不连续的4.病毒基因组‎的编码序列‎大5.基因可以是‎连续的也可‎以是间断的‎6.病毒基因组‎都是单倍体‎和单拷贝7.基因重叠8.病毒基因组‎功能单位或‎转录单位9.病毒基因组‎含有不规则‎结构基因（1）几个结构基‎因的编码区‎无间隔（2）结构基因本‎身没有翻译‎起始序列（3） mRNA没‎有 5’端的帽结构‎原核生物基‎因组结构特‎点：1.细菌等原核‎生物的基因‎组是一条双‎链闭环的D‎N A分子2.具有操纵子‎结构3.原核基因组‎中只有1个‎复制起点4.结构基因无‎重叠现象5.基因序列是‎连续的，无内含子，因此转录后‎不需要剪切‎6.编码区在基‎因组中所占‎的比例远远‎大于真核基‎因组，但又远远小‎于病毒基因‎组。

非编码区主‎要是一些调‎控序列7.基因组中重‎复序列很少‎8.具有编码同‎工酶的基因‎9.细菌基因组‎中存在着可‎移动的DN‎A序列，包括插入序‎列和转座子‎10.在DNA分‎子中具有多‎种功能的识‎别区域，如复制起始‎区、复制终止区‎、转录启动区‎和终止区等‎。

这些区域往‎往具有特殊‎的序列，并且含有反‎向重复序列‎真核生物基‎因组结构特‎点：1）真核基因组‎远远大于原‎核生物的基‎因组。

2）真核基因具‎有许多复制‎起点，每个复制子‎大小不一。

每一种真核‎生物都有一‎定的染色体‎数目，除了配子为‎单倍体外，体细胞一般‎为双倍体，即含两份同‎源的基因组‎。

3）真核基因都‎出一个结构‎基因与相关‎的调控区组‎成，转录产物的‎单顺反子，即一分子m‎R NA只能‎翻译成一种‎蛋白质。

4）真核生物基‎因组中含有‎大量重复顺‎序。

5）真核生物基‎因组内非编‎码的顺序（NCS）占90%以上。

编码序列占‎5%。

6）真核基因产‎断列基因，即编码序列‎被非编码序‎列分隔开来‎，基因与基因‎内非编码序‎列为间隔D‎N A，基因内非编‎码序列为内‎含子，被内含子隔‎开的编码序‎列则为外显‎子。

原核、真核生物基因及表达调控引言现代生物学中“基因”一词甚为流行，细胞学、遗传学、生物化学等，以及各种生物学课本中，都涉及到“基因”一词。

甚至象典型的宏观生物学科——生态学，也把一片森林称为一个“基因库”[1]。

现代生物学已经完全证明，DNA 分子是由称为核普酸的有机分子线性聚合而成。

基因就是核普酸按一定顺序排列而成的DNA分子片段，它携带着遗传信息。

基因表达(gene expression)是指细胞在生命过程中，把储存在DNA顺序中遗传信息经过转录和翻译，转变成具有生物活性的蛋白质分子。

其实质就是遗传信息的转录和翻译。

在个体生长发育过程中，生物遗传信息的表达按一定的时序发生变化（时序调节），并随着内外环境的变化而不断加以修正（环境调控）[2]。

原核生物和真核生物的基因及表达过程有着差异。

随着世界分子生物学研究不断深入，基因表达技术有了很大的提高。

迄今为止，人们已经研究开发出多种原核和真核表达系统用以生产重组蛋白[3]。

一．原核、真核生物基因结构原核生物基因分为编码区与非编码区，所谓的编码区就是能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，非编码区位于编码区的上游及下游。

[4]在调控遗传信息表达的核苷酸序列中最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。

RNA聚合酶是催化DNA转录为RNA，能识别调控序列中的结合位点，并与其结合。

真核生物基因结构见图1：图1 真核生物基因结构二．原核、真核生物基因结构的区别最主要的在于真核基因是不连续的,而原核基因是连续的。

所谓真核基因的不连续，即一个基因的编码序列也叫外显子，被一个或多个非编码序列，又叫内含子所间隔。

[5]这些内含子和外显子同属一个转录单位，转录形成前体。

经过转录的加工，即切去内含子，重新连按外显子，从而得到成熟。

而绝大多数的原核基因是连续的，没有内含子的间隔，转录产生成熟。

不仅如此，而且凡在代谢途径上功能有关的多个基因可能紧密相联，与它们的调控基因一起组成一个操纵子，转录到一条链。

2.图示并比较原核生物与真核生物的基因结构特点的异同。

（1）原核生物基因结构：
真核生物基因结构：
（2）原核生物与真核生物基因结构不同点：
a.原核生物基因编码区是连续的，不断面的。

真核生物
基因编码区是间隔的，不连续的，断面的。

b.原核生物基因编码区不含外显子与内含子，而真核生
物基因编码区则有外显子与内含子。

c.原核生物基因结构较为简单，真核生物基因结构较复
杂且真核生物基因为断裂基因。

d.原核生物基因只有一个复制起点，真核基因为多复制
起点
e.原核生物基因结构含有操纵子，而真核基因一般没有
操纵子
f.原核生物基因为单拷贝基因，而真核基因为多拷贝的。

g.原核生物基因结构一般为环状，而真核基因为链状。

原核生物与真核生物基因结构相同点：
a.均含有编码区和非编码区。

b.均含有转录起点和终点。

c.在非编码区都含有调控遗传信息表达的核苷酸序列，在编码区上游都含有与RNA聚合酶结合的启动子位点。

病毒、真核和原核生物的基因组结构特点病毒基因组结构特点：1.病毒基因组所含核酸类型不同2.不同病毒基因组大小相差较大3.病毒基因组可以是连续的也可以是不连续的4.病毒基因组的编码序列大5.基因可以是连续的也可以是间断的6.病毒基因组都是单倍体和单拷贝7.基因重叠8.病毒基因组功能单位或转录单位9.病毒基因组含有不规则结构基因（1）几个结构基因的编码区无间隔（2）结构基因本身没有翻译起始序列（3）mRNA没有5’端的帽结构原核生物基因组结构特点：1.细菌等原核生物的基因组是一条双链闭环的DNA分子2.具有操纵子结构3.原核基因组中只有1个复制起点4.结构基因无重叠现象5.基因序列是连续的，无内含子，因此转录后不需要剪切6.编码区在基因组中所占的比例远远大于真核基因组，但又远远小于病毒基因组。

非编码区主要是一些调控序列7.基因组中重复序列很少8.具有编码同工酶的基因9.细菌基因组中存在着可移动的DNA序列，包括插入序列和转座子10.在DNA分子中具有多种功能的识别区域，如复制起始区、复制终止区、转录启动区和终止区等。

这些区域往往具有特殊的序列，并且含有反向重复序列真核生物基因组结构特点：1）真核基因组远远大于原核生物的基因组。

2）真核基因具有许多复制起点，每个复制子大小不一。

每一种真核生物都有一定的染色体数目，除了配子为单倍体外，体细胞一般为双倍体，即含两份同源的基因组。

3）真核基因都出一个结构基因与相关的调控区组成，转录产物的单顺反子，即一分子mRNA只能翻译成一种蛋白质。

4）真核生物基因组中含有大量重复顺序。

5）真核生物基因组内非编码的顺序（NCS）占90%以上。

编码序列占5%。

6）真核基因产断列基因，即编码序列被非编码序列分隔开来，基因与基因内非编码序列为间隔DNA，基因内非编码序列为内含子，被内含子隔开的编码序列则为外显子。

7）真核生物基因组功能相关的基因构成各种基因家族，它们可串联在一起，亦可相距很远，但即使串联在一起成族的基因也是分别转录的。

原核生物与真核生物的遗传物质与基因组织结构的差异按照细胞的结构和遗传物质在细胞内的分布可将生命有机体划分为原核生物和真核生物两大类。

噬菌体和病毒既不是原核生物也不是真核生物它们是一种超分子的亚细胞生命形式它们的遗传物质是DNA或RNA。

特征原核生物真核生物核膜无有不同染色体数目11核小体结构无有核仁无有遗传交换质粒介导单向配子融合DNA是原核生物染色体的主要组成成分含量占染色体的80以上其余为RNA和蛋白质。

原核生物的遗传物质一般为环状DNADNA存在于细胞内相对集中的区域一般称为拟核nucleoid但并无核膜包裹。

拟核当中的DNA只以裸露的核酸分子存在虽与少量蛋白质结合但不形成染色体结构。

当然它还有一些位于拟核之外的遗传物质——质粒和转座因子。

真核生物中也含有转座因子原核生物一般只有一条染色体即一个核酸分子DNA或RNA而且染色体DNA大多数以双链、共价闭和、环状的形式存在。

多少年来一直以为原核生物的单一环状染色体是区别于真核生物中的多条线状染色体的最好标志。

然而越来越多的研究证明除单一环状的染色体外有些细菌具有多条环状染色体还有些细菌具有线状染色体。

如根癌土壤杆菌含有2条染色体其中一条是长度为3.0Mb的环状染色体另一条是长度为2.1Mb的线状染色体原核细胞中含有一些DNA结合蛋白它们与DNA结合后帮助DNA进行高度折叠。

这些参与DNA折叠的蛋白质称为类组蛋白histone-like protein。

除类蛋白外DNA还与其他蛋白质相结合如与复制、转录和加工有关的蛋白质结合在一起这样其环状染色体DNA以紧密缠绕的、致密的、不规则小体形式存在该小体即是拟核。

真核生物基因组与原核生物基因组有很大的差异真核生物基因的结构、基因表达的过程、表达调控等方面都远比原核生物复杂。

真核生物和原核生物的最大差异之一是遗传物质的分布和存在状态。

原核细胞的遗传物质是以裸露DNA或RNA的形式位于拟核之中而真核细胞的遗传物质是以与组蛋白和非组蛋白相结合缠绕成多条染色体的形式集中于细胞核中。

一、原核生物基因组结构的特征:1、原核生物的染色体是由一个核酸分子（DNA或RNA）组成的，DNA（RNA）呈环状或线性，而且它的染色体分子量较小。

2、功能相关的基因大多以操纵子形式出现。

如大肠杆菌的乳糖操纵子等。

操纵子是细菌的基因表达和调控的一个完整单位，包括结构基因、调控基因和被调控基因产物所识别的DNA 调控原件（启动子等）。

3、蛋白质基因通常以单拷贝的形式存在。

一般而言，为蛋白编码的核苷酸顺序是连续的，中间不被非编码顺序所打断。

4、基因组较小，只含有一个染色体，呈环状，只有一个复制起点，一个基因组就是一个复制子。

6、重复序列和不编码序列很少。

越简单的生物，其基因数目越接近用DNA 分子量所估计的基因数。

如MS 2 和λ噬菌体，它们每一个基因的平均碱基对数目大约是1300 。

如果扣除基因中的不编码功能区，如附着点attP ，复制起点、黏着末端、启动区、操纵基因等，几乎就没有不编码的序列了。

这点与真核生物明显不同，据估算，真核生物不编码序列可占基因组的90 ％以上。

这些不编码序列，其中大部分是重复序列。

在原核生物中只有嗜盐细菌、甲烷细菌和一些嗜热细菌、有柄细菌的基因组中有较多的重复序列，在一般细菌中只有rRNA 基因等少数基因有较大的重复。

9、功能密切相关的基因常高度集中，越简单的生物，集中程度越高。

例如，除已知的操纵子外，λ噬菌体7 个头部基因和11 个尾部基因都各自相互邻接。

头部和尾部基因又相邻接，又如，有关DNA 复制基因O 、P ；整合和切离基因int ，xis ；重组基因red α、red β；调控基因N 、c Ⅰ、c Ⅱ、c Ⅲ、cro 也集中在一个区域，而且和有关的结构基因又相邻近。

10 DNA绝大部分用于编码蛋白质，结构基因多为单拷贝11、结构基因中无重叠现象（一段DNA序列编码几种蛋白质多肽链）12、基因组中存在可移动的DNA序列，如转座子和质粒等二、原核生物基因组功能的特点：1、染色体不与组蛋白结合。