一、簡答題（4題）

1.什麼是順式作用元件，請列舉2個。

順式作用元件是指對基因表達有調節活性的DNA序列，它作為一種原位（in situ）順序，其活性隻影響與其自身處在同一個DNA分子上的基因；同時，這種DNA序列通常不編碼蛋白質，多位於基因旁側或內含子中。簡單的說，順式作用元件是指影響自身基因表達活性的DNA序列。

如轉錄啟動子和增強子。啟動子本身並不控制基因活動，而是通過與轉錄因子這種蛋白質結合而控制自身基因活動的。增強子通過與組織細胞中特定的蛋白質（轉錄因子）結合增加同它連鎖DNA序列的轉錄頻率

2.請列出至少三種RNA及其功能。

轉運RNA——tRNA轉運氨基酸

核蛋白體RNA——rRNA核蛋白體組成

信使RNA——mRNA蛋白質合成模板

不均一核RNA——hnRNA成熟mRNA前體

小核RNA——snRNA參與hnRNA的剪接

小胞漿RNA——scRNA蛋白質內質網定位合成的信號識別體的組成成分

反義RNA——micRNA對基因表達起調控作用

核酶RNA——有酶活性的RNA

3.PCR的中文名為什麼？簡述PCR的原理。

聚合酶鏈式反應

DNA的半保留復制是生物進化和傳代的重要途徑。雙鏈DNA在多種酶的作用下可以變性解旋成單鏈，在DNA聚合酶的參與下，根據堿基互補配對原則復制成同樣的兩分子拷貝。在實驗中發現，DNA在高溫時也可以發生變性解鏈，當溫度降低後又可以復性成為雙鏈。因此，通過溫度變化控制DNA的變性和復性，加入設計引物，DNA聚合酶、dNTP就可以完成特定基因的體外復制。

4.什麼是轉座子？簡述其遺傳學效應。

轉座子是存在於染色體DNA上可自主復制和移位的基本單位，按其結構特征可分為插入序列和復合型轉座子。插入序列是最簡單的轉座子，兩端有末端重復序列，不含有任何宿主基因，隻編碼轉座酶。復合型轉座子的兩翼是兩個相同或高度同源的IS，中間帶有某些宿主基因如抗藥性基因，隻能作為復合體移動。

遺傳學效應：

轉座引起插入突變，各種IS、Tn轉座子都可引起插入突變。如果插入位點位於某操縱子的前半部分，就可能造成極性突變，導致操縱子後半部分的基因失活。

轉座產生新的基因：如果轉座子上帶有抗藥性基因，它一方面造成靶DNA序列上的插入突變，同時也可使這個位點產生抗藥性。

轉座產生染色體畸變，當復制型轉座發生在宿主DNA原有位點附近時，往往導致轉座子兩個拷貝之間的同源重組，引起DNA缺失或倒位。若同源重組發生在兩個正向重復轉座區之間，就導致宿主染色體DNA缺失，若重組發生在兩個反向重復轉座區之間，則引起DNA倒位。

轉座引起生物進化，由於轉座作用，使原來在染色體上相距甚遠的基因組合到一起，構建成一個操縱子或表達單元，可能產生有新的生物學功能的基因和新的蛋白質分子。

5.簡述tRNA三級結構特點與其功能之間的關系。

tRNA的三級結構為倒L型，保留瞭二級結構中由於堿基互補而產生的雙螺旋桿狀結構，又通過分子重排創造瞭另一對雙螺旋。受體臂和TѱC臂的桿狀區構成瞭第一個雙螺旋，D臂和反密碼子臂的桿狀區域形成第二個雙螺旋，兩個雙螺旋上各有一個缺口。TѱC臂和D臂的套索狀結構位於L的轉折點，受體臂和反密碼子臂的套索狀結構位於L的兩端。

tRNA的L形高級結構反映瞭其生物學功能，因為它上所運載的氨基酸必須靠近位於核糖體大亞基上的多肽合成位點，而它的反密碼子必須與小亞基上的mRNA相配對，所以兩個不同的功能基團最大限度分離。

6.什麼是反式作用因子，請列舉2個。

其基因產物從合成的場所擴散到發揮作用的其它場所，遊離的基因產物擴散到目標場所的過程為反式作用，調控轉錄的各種蛋白因子總稱為反式作用因子，其編碼基因與其識別或結合的靶基因可以不在同一個DNA分子上.

例子：大腸桿菌乳糖操縱子模型中的lacI基因編碼的阻遏蛋白就是一種反式作用因子，與操縱區O結合時，抑制lac基因的轉錄。不與操縱區結合是，lac基因轉錄。

大腸桿菌中σ因子也是一種反式作用因子，現已發現至少存在6種σ因子，根據外界條件的變化，可以改變RNA聚合酶全酶中的σ因子表達出適應不同環境的基因產物。

7.簡述亮氨酸拉鏈的結構特征。

亮氨酸拉鏈結構域通常被定義為一行4-7個周期重復的亮氨酸殘基，其距離大約跨越8個螺旋轉彎，通式為L-x(6)-L-x(6)-L-x(6)-L，有時典型的亮氨酸殘基會被異亮氨酸或纈氨酸所代替。結構分析發現亮氨酸拉鏈由平行的卷曲螺旋型α螺旋構成，它們通過亮氨酸側鏈的疏水作用互相纏繞，亮氨酸統一排列在螺旋的一側，而所有帶電荷的氨基酸殘基排在另一側。當2個蛋白質分子平行排列時，亮氨酸之間相互作用形成二聚體，形成“拉鏈”。在“拉鏈”式的蛋白質分子中，亮氨酸以外帶電荷的氨基酸形式同DNA結合。亮氨酸拉鏈的二級結構分析可以發現，該結構域呈“α螺旋-環-α螺旋”的結構，利於形成同源二聚體。

亮氨酸拉鏈是親脂性的a螺旋，包含集中在螺旋一側的疏水氨基酸，其中每隔6個氨基酸出現一個亮氨酸，兩條多肽鏈以此形成二聚體，稱為亮氨酸拉鏈。肽鏈的N端富含堿性氨基酸，形成DNA結合區。

8.原核生物轉錄後調控的主要機制有哪些？

（1）mRNA自身結構元件對翻譯的

起始密碼子：原核生物起始密碼子除AUG外還有一些不常見的密碼子，如GUG、AUU、UUG，這些不常見的起始密碼子與fMet-tRNA的配對能力較弱，導致翻譯效率降低。

5’非翻譯區：SD序列的結構及其與密碼子AUG之間的距離（4-10個核苷酸，9個最佳）以及mRNA的5’端二級結構的變化都會導致表達效率的改變。

核糖體開關：通常位於mRNA的5’非翻譯區，能感受諸如代謝物濃度、離子濃度、溫度等的變化而改變自身的二級結構和調控功能，從而改變基因的表達狀態。

（2）mRNA穩定性對轉錄水平的影響

（3）調節蛋白的調控作用

（4）反義mRNA的調節作用

（5）稀有密碼子對翻譯的影響，稀有密碼子能識別的氨酰tRNA濃度低

（6）重疊基因對翻譯的影響，保證兩個基因的等量翻譯。

（7）翻譯的阻遏

（8）魔斑核苷酸水平對翻譯的影響

9.簡述增強子的特征。

1、增強子效應十分明顯，

2、增強子效應與其位置和取向無關，

3、大多為重復序列，

4、其增強效應有嚴密的組織和細胞特異性，

5、沒有基因專一性，可以在不同的基因組合上表現增強效應，

6、許多增強子還受外部信號的調控

10.試寫出一個基因可產生不同表達產物的可能機制。

①一個基因轉錄起始位點的選擇不同可導致產生不同類型的酶；②同一個基因，相同的初始mRNA，但由於5′端，內含子及3′末端等選擇的不同，使成熟的mRNA也不同，結果編碼瞭功能不同的蛋白。

11.簡述大腸桿菌的啟動子結構成分。

原核生物啟動子：上遊控制元件（UCE）+核心啟動子=擴展的啟動子 UCE:即-40～-70區,能與CAP-cAMP復合物結合，是激活轉錄的正調控位點。

核心啟動子：①-35區：Sextama盒，是RNA聚合酶首先識別和結合的位點（R site），或松弛結合位點。保守序列TTGACA, ②-10區：Pribnow盒，是RNA聚合酶隨後滑到區域的結合位點（B site）,或緊密結合位點。保守序列TATAAT,保守序列突變影響開放復合物形成的速度，富含AT，解鏈發生區；③+1位點：轉錄起始點（I site），幾乎均為嘌呤（A或P）。④-35區和-10區間有17±1bp的間隔序列，其保守性有利於RNA聚合酶的啟動，保證瞭-35區和-10RNA轉錄提供恒定DNA雙鏈解鏈區間，17bp的間距較17bp的序列對轉錄更為重要，間距的突變趨近17bp時，表現為上調突變，遠離17bp時，表現為下調突變。啟動子序列與-35區序列為TTGACA及-10區序列為TATAAT的標準啟動子序列同源性程度的大小決定瞭啟動子的強弱。

12.解釋C值及C值謬誤。

C值通常指一種生物單倍體基因組DNA的總量，以每種細胞內的皮克（pg）數表示。 C值反常也稱C值謬誤，指C值往往與種系的進化復雜性不一致的現象，即基因組大小與遺傳復雜性之間沒有必然關系，某些低等生物C值很大，如一些兩棲動物的C值甚至比哺乳動物的還大。

13、DNA的修復系統

二、問答題（3選2題）

1.試比較真核生物與原核生物基因組DNA有何不同？

答：真核細胞基因組DNA的特點

1.真核基因組龐大，含有染色體基因組、線粒體基因組和葉綠 體基因組；

2.存在大量的重復序列；

3.大部分為非編碼序列，站整個基因組序列的90％以上，這是 真核生物與細菌和病毒之間最主要的區別；

4.轉錄產物為單順反子

5.真核基因是斷裂基因，有內含子結構；

6.存在大量的順式作用元件：啟動子、增強子和沉默子等；

7.存在大量的DNA多態性：單核苷酸多態性和串聯重復序 列多態性；

8.具有端粒結構：保護線性DNA的完整復制、保護染色體末端和決定細胞的壽命。

原核生物基因組DNA的特點：

（1）結構簡練； （2）存在轉錄單元； （3）有重疊基因

2.請畫出大腸桿菌色氨酸操縱子的結構示意圖，簡述其表達調控中的轉錄弱化作用。

P256：在大腸桿菌trp operon,前導區的堿基序列包括4個分別以1、2、3和4表示的片段,能以兩種不同的方式進行堿基配對,1 – 2和3 -4配對,或2 – 3配對,3 – 4配對區正好位於終止密碼子的識別區.前導序列有相鄰的兩個色氨酸密碼子,當培養基中Trp 濃度很低時,負載有Trp 的tRNATrp也就少,這樣翻譯通過兩個相鄰色氨酸密碼子的速度就會很慢,當4區被轉錄完成時,核糖體滯留1區,這時的前導區結構是2 – 3配對,不形成3 – 4配對的終止結構,所以轉錄可繼續進行.反之,核糖體可順利通過兩個相鄰的 色氨酸密碼子,在4區被轉錄之前,核糖體就到達2區,這樣使2 – 3不能配對,3 – 4 區可以配對形成終止子結構,轉錄停止.

轉錄的弱化理論認為mRNA轉錄的終止是通過前導肽基因的翻譯來調節的，mRNA前導區的堿基序列中有四個區域，分別以1、2、3、4表示，該序列能以兩種不同的方式進行堿基配對形成發卡結構，有時以1-2、3-4配對，有時隻以2-3方式互補配對，其中3-4形成的發卡結構是典型的終止子結構。在1中有一段編碼14個氨基酸的前導肽基因，第10、11位上有兩個相鄰的Trp密碼子，所以這個前導肽對tRNATrp的濃度敏感。當培養基中色氨酸的濃度很低時，負載色氨酸的tRNATrp就很少，這樣翻譯通過兩個相鄰的色氨酸密碼子的速度就會很慢，當4區被轉錄完成時，核糖體才進行到1區，這時前導區2-3配對，不形成3-4配對的終止結構，所以轉錄可以繼續進行，直到將結構基因全部轉錄。當培養基中色氨酸濃度較高時，核糖體可以順利的通過兩個相鄰的色氨酸密碼子，在4區被轉錄之前，核糖體就到達2區，這樣2-3區不能配對，3-4區可以自由配對形成莖環狀終止結構，轉錄停止，結構基因被關閉而不再合成色氨酸

3.簡述重組DNA技術的操作過程，並輔以圖示。

①目的基因的制備（質粒DNA的提取與純化、電泳檢測目的基因片段PCR、酶切反應）

②載體的制備

③連接、轉化、篩選、鑒定（包括酶切產物的連接、轉化和篩選）

④誘導表達、產物分析

基因工程的主要內容或步驟:

1. 從生物有機體基因組中，分離出帶有目的基因的DNA片段。

2. 將帶有目的基因的外源DNA片段連接到能夠自我復制的並具有選擇記號的載體分子上，形成重組DNA分子。

3. 將重組DNA分子轉移到適當的受體細胞（亦稱寄主細胞）並與之一起增殖。

4.從大量的細胞繁殖群體中，篩選出獲得瞭重組DNA分子的受體細胞，並篩選出已經得到擴增的目的基因。

5.將目的基因克隆到表達載體上，導入寄主細胞，使之在新的遺傳背景下實現功能表達，產生出人類所需要的物質。

4.請畫出大腸桿菌乳糖操縱子的結構示意圖。當大腸桿菌lacZ－或lacY—突變體生長在含乳5.糖的培養基上時，lac操縱子剩餘的基因沒有被誘導，解釋是何原因？

大腸桿菌乳糖操縱子是由三個結構基因A、Z和Y，以及啟動子、操縱子及阻遏子等構成。3個結構基因個決定一種酶：Z基因編碼β-半乳糖苷酶，Y基因編碼β-半乳糖苷透過

酶，A基因編碼β-半乳糖苷乙酰基轉移酶。

Z編碼的β-半乳糖苷酶是一種β-半乳糖苷鍵的專一性酶，除能將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖外，還能水解其他β-半乳糖苷（如苯基半乳糖苷）。Y編碼β-半乳糖苷透過酶的作用是使外界的β-半乳糖苷（如乳糖）能透過大腸桿菌細胞壁和原生質膜進入細胞內。A編碼β-半乳糖苷乙酰基轉移酶的作用是把乙酰輔酶A上的乙酰基轉到β-半乳糖苷上，形成乙酰半乳糖。如果用乳糖作為大腸桿菌生長的唯一碳源和能源，Z基因和Y基因編碼的酶是生長所必需的，Y基因編碼的並非必須。因此大腸桿菌lacZ-或lacY-突變體生長在含乳糖的培養基上時，lac操縱子剩餘的基因不會被誘導。

由於，LacY編碼β-半乳糖苷透過酶，負責將乳糖由胞外運送到胞內，穿過細胞壁和原生質膜進入細胞內。LacZ:編碼β-半乳糖苷酶，他的作用可以將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖兩個單糖，還可以將乳糖異構成別乳糖，別乳糖才是lac操縱子的天然誘導物。lac操縱子本底水平的表達可產生幾個分子的β-半乳糖苷酶和乳糖透過酶。乳糖在這幾個酶分子的作用下進入細胞，轉變成異構乳糖與結合在操縱基因上的阻遏物結合，使阻遏物離開操縱區，結構基因轉錄，進而編碼更多的β-半乳糖苷酶和乳糖透過酶，使更多的乳糖進入細胞。在lacZ-突變體中不存在β-半乳糖苷酶，乳糖不能轉化為異構乳糖；大腸桿菌LacY-突變體雖然仍具有β-半乳糖苷酶的能力，但沒有乳糖透過酶，培養基中的乳糖不能進入細胞，所以這兩種突變體最終都不能產生異構乳糖，操縱子中的其他基因不能被培養基中的乳糖誘導表達。

6.什麼叫PCR？試比較PCR與DNA復制的不同點。

聚合酶鏈式反應是一種用於放大擴增特定的DNA片段的分子生物學技術，它可看作是生物體外的特殊DNA復制，PCR的最大特點，是能將微量的DNA大幅增加。

PCR也叫聚合酶鏈式反應，是體外快速擴增特定基因或DNA序列最常用的方法，由Mullis發明，類似於DNA的天然復制過程，其特異性依賴於與靶序列兩端互補的寡聚核苷酸引物，通過重復循環變性-退火-延伸三過程，2-3h就能將待擴增的基因擴增放大幾百萬倍。

異同：

PCR的溫度是循環變化的，是人為控制的，細胞的復制在恒定的溫度下進行

PCR復制起點可通過改變引物來改變，細胞內復制的起點一般是固定的。

PCR所用的酶為耐高溫的Taq酶或高保真酶等，原核細胞的DNA復制過程中DNA聚合酶3起主要延伸作用，不耐高溫。

PCR的引物為寡聚DNA鏈，而細胞內為寡聚RNA鏈

PCR通過熱變性打開DNA雙鏈，細胞內DNA復制是在解旋酶和拓撲異構酶等的作用下打開雙鏈的

PCR不形成復制叉，細胞內DNA復制要形成復制叉。

延伸是PCR兩條鏈都是連續合成的，而細胞內DNA復制為半不連續合成的。

延伸完成後細胞內DNA復制需要切除引物，而PCR不用

PCR隻擴增局部的DNA鏈，而細胞內DNA復制整個DNA鏈

7.轉座的基本機制是什麼？轉座有什麼生物學意義？

轉座是由可移位因子介導的遺傳物質重排現象。轉座時發生的插入作用有一個普遍的特征，那就是受體分子中有一段很短的約3-12bp的被稱為靶序列的DNA會被復制 ，使插入的轉座子位於兩個重復靶序列之間。靶序列的復制可能起源於特定內切酶所造成的粘性末端。 轉座的生物學意義：１、轉座引起插入突變；２、轉座產生新的基因；３、轉座產生染色體畸變；４、轉座可引起生物進化，產生新的遺傳性狀

8.請畫出大腸桿菌乳糖操縱子的結構示意圖，並闡述其負控機制及正控機制。

在乳糖操縱子調控模型中，負控誘導調節模式是主要的。具體來說，在沒有誘導物，如乳糖、IPTG、ONPG等存在時，LacI基因轉錄產物為阻遏物單體，再結合成四聚體，它們能與O區DNA相結合，從而阻遏基因轉錄，當有誘導物存在時，可使阻遏物變成不能與O區相結合的非活性形式，從而RNA聚合酶可與Lac啟動區相結合，起始基因轉錄。此外，正調控模式也有體現，大腸桿菌中的代謝蛋白cAMP-CRP是激活Lac轉錄的重要成分，當有效應物如葡萄糖存在時，cAMP濃度很低，從而轉錄不能進行，即此調控為正控阻遏調節。

9.闡述熱激蛋白對基因表達的調節機制。P350

熱激蛋白（HSP）具有機體保護功能，可以參與有關蛋白質的折疊、亞基的組裝、細胞內運輸及降解過程。許多生物在最適溫度范圍以上，能誘導合成一系列的熱激蛋白。受熱後熱激因子（HSF）與hsp70基因的TATA區上遊60bp處的熱激應答元件（HSE）相結合，誘發轉錄起始，最終合成大量熱激蛋白。

在沒有受熱或其他環境脅迫時，HSF主要以單體的形式存在於細胞質和核內。單體HSF沒有DNA結合能力，HSP70可能參與維持HSF的單體形式。收到熱激或其他環境脅迫時，細胞內變性蛋白增多，它們都與HSF競爭結合HSP70，從而釋放HSF，使之形成三體並輸入核內。HSF一旦形成三體變擁有與HSE特異結合、促進基因轉錄的功能，由於熱激後，HSF不但形成三體，還會迅速被磷酸化，因此這種能力可能受到磷酸化水平的影響。HSF與HSE的特異性結合，引起包括hsp70在內的許多熱應答基因的表達，產生大量HSP70蛋白。隨著熱激溫度的消失，細胞內出現大量遊離的HSP70蛋白，它們與HSF相結合，使HSF形成沒有DNA結合能力的單體，脫離DNA。

10.請列出五種RNA，並簡要說明其主要功能。

1轉運RNA tRNA 轉運氨基酸

2核蛋白體RNA rRNA 核蛋白體組成成

3信使RNA mRNA 蛋白質合成模板

4不均一核RNA hnRNA 成熟mRNA的前體

5小核RNA snRNA 參與hnRNA的剪接

snRNA:核小RNA，存在於細胞核中的一種小分子非編碼RNA，與蛋白質結合後成為復合物snRNP，snRNP可進一步組裝成剪接體，參與真核生物mRNA前體的加工。

snoRNA：核仁小RNA，是一類小分子非編碼RNA，多富集於核仁，需要與特定蛋白質結合成snoRNP後行使功能，對核糖體RNA前體的剪接加工和修飾過程有重要作用。

scRNA：質小RNA，存在於細胞質中，天然狀態下與蛋白質相結合成為scRNP，有些scRNP可參與蛋白質的合成和運輸，如SRP顆粒就是一種由一個7S RNA和蛋白質組成的核糖核蛋白顆粒，可同時識別結合信號肽與核糖體，將其引向內質網。

siRNA：幹擾小RNA，具有21-25bp長度的雙鏈小RNA分子非編碼RNA，通常為外源性的，由Dicer酶切割dsRNA產生，與蛋白質形成復合物RISC後具有各種調節功能，可以通過與目標mRNA的互補結合誘發目標mRNA的解體，沉默目標基因的表達。

miRNA:微RNA，由21-24nt組成的單鏈小分子非編碼RNA，通常為內源性的，與蛋白質形成復合物時有調節功能，可與mRNA不翻譯區互補結合，抑制蛋白質的翻譯。