王镜岩生物化学第三版课后答案3

第36章 RNA的生物合成和加工

⒈比较四类聚合酶性质和作用的异同（四类聚合酶是：DNA指导的DNA聚合酶，DNA指导的RNA聚合酶，RNA指导的RNA聚合酶，RNA指导的DNA聚合酶）

答：DNA指导的DNA聚合酶是以DNA为复制模板，从将DNA由5'端点开始复制到3'端的酶。DNA指导的DNA聚合酶的共同特点是：（1）需要提供合成模板；（2）不能起始新的DNA链，必须要有引物提供3'－OH；（3）合成的方向都是5'→3'（4）除聚合DNA外还有其它功能。所有原核和真核的DNA聚合酶都具有相同的合成活性，都可以在3'－OH上加核苷酸使链延伸，其速率为1000 Nt/min。加什么核苷酸是根据和模板链上的碱基互补的原则而定的。 DNA指导的RNA聚合酶（RNA polymerase）:以一条DNA链或RNA为模板催化由核苷-5′-三磷酸合成RNA的酶。RNA聚合酶（RNA polymerase）的作用是转录RNA。有的DNA指导的RNA聚合酶有比较复杂的亚基结构。

RNA指导的RNA聚合酶或RNA复制酶是在某些RNA病毒中有以病毒RNA为模板催化RNA合成的酶。RNA复制酶催化的合成反应是以RNA为模板，由5′向3′方向进行RNA链的合成。RNA复制酶缺乏校对功能的内切酶活性，因此RNA复制的错误率较高，RNA复制酶只是特异地对病毒的RNA起作用，而宿主细胞的RNA一般并不进行复制。

RNA指导的DNA聚合酶是反转录酶，具有三种酶活性，即RNA指导的DNA聚合酶，RNA酶，DNA指导的DNA聚合酶。

⒉原核生物RNA聚合酶是如何找到启动子的？真核生物聚合酶与之相比有何异同？

答：原核生物RNA聚合酶是在δ亚基引导下识别并结合到启动子上的。不同类型的δ亚基识别不同类型的启动子。

真核生物RNA聚合酶自身不能识别和结合到启动子上，而需要在启动子上由转录因子和RNA聚合酶装配成活性转录复合物才能起始转录。

⒊何谓启动子？保守序列与共有序列的概念是否一样？Pribnow框与启动子之间是何关系？ 答：启动子是指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段DNA序列。

保守序列与共有序列的概念的含意基本相同。保守序列间相似度高，但不一定相同，面共有序列是相同的，共有序列可理解为是一种特殊的保守序列。 Pribnow框是启动子序列的一部分。 ⒋真核生物三类启动子各有何特点？

答：真核生物有三种RNA聚合酶：RNA聚合酶I、II、III，分别转录rRNA、mRNA、tRNA和小分子RNA。与之对应，有三种类型的启动子。

类型I：Ⅰ类启动子负责转录编码核糖体RNA的多顺反子转录本。脊椎动物RNA聚合酶I的启动子有两部分组成，包括转录起点附近的核心启动子(core promoter) ，和起点5’上游100bp左右的上游控制元件(upstream control element,UCE)。核心启动子从-45到+20，负责转录的起始。UCE从-180延伸到-107，此区可增加核心元件的转录起始的效率。

RNA Pol Ⅰ需要2种辅助因子：UBF1（上游结合因子1）是一个单链多肽，它可以和核心区UCE的G.C丰富区结合。SL1因子， SL1含有4个蛋白，其中之一称TATA框结合蛋白（TBP）。SL1本身对这种启动子来说并非是特异的，但一旦UBF1和DNA结合了，那么SL1就可以协同结合在DNA上。当这两个因子都结合上了RNA聚合酶才能和核心启动子结合起始转录。 类型II： RNA聚合酶Ⅱ的启动子

RNA聚合酶Ⅱ的启动子有三个保守区： （1）、 TATA框（Hogness框） 中心在-25至-30，长度7bp左右。

碱基频率：T82 A97 A85 A63 （T37 ）A83 A50（T37 ）（全为A-T，少数含有一个G-C对）。 此序列功能：使DNA双链解开，并决定转录的起点位置，失去TATA框，转录将可能在许多位点上开始。

TATA框的改变或缺失，直接影响DNA与酶的结合程度，会使转录起始点偏移，因此，TATA是绝大多数真核基因正确表达所必需的。

由于RNA聚合酶分子有相对固定的空间结构，同此框的结合位点和转录反应催化位点的距离，决定了起始位点的正确选择。启动子特定序列和酶的正确结构，这两者把酶置于一种正确的构象中，决定了识别的正确性和转录起始的正确性。 （2）、 CAAT框

中心在-75处，9bp，共有序列GGT（G）CAATCT 功能：与RNA聚合酶结合。 （3）、 GC框

在CAAT框上游，序列GGGCGG，与某些转录因子结合。

CAAT和GC框均为上游序列，对转录的起始频率有较大影响。

类型III ：是由不同的转录因子以不同的方法来识别的。5S RNA和tRNA都属于RNA 聚合酶Ⅲ启动子，但它们比较特殊，位于起始位点的下游的转录区内，因此也称为下游启动子（downstream promoter）或基因内启动子（intragenenic promoter）或称为内部控制区（internal control region ,ICR）。snRNA基因的启动子和常见的启动子一样位于起始位点的上游，称为上游启动子（upstream type 0f promoter）。下游启动子又可分为1 型和2型。1型内部启动子含有两个分开的boxA（T G G C N N A G T G G）和boxC（C G G T C G A N N C C）序

列。而Ⅱ型内部启动子含有两个分开的boxA和boxB。2型内部启动子中boxA和boxB之间的距离较宽。通常有功能的此类启动子中的两个box就不能紧紧连在一起。在1型内部启动子中（5SRNA基因启动子）TFⅢA结合在C框上，使TFⅢC结合在C框下游。在Ⅱ型内部启动子中TF Ⅲ C的结合使TFⅢ B依次结合在起始位点的近上游。TF Ⅲ B结合在起始位点上并和TF Ⅲ C相连。RNA聚合酶Ⅲ的上游启动子有3个上游元件，这些元件仅在snRNA启动子中被发现，有的SnRNA是由RNA聚合酶Ⅱ转录，有的是由RNA聚合酶Ⅲ转录。这些上游元件在一定程度上和polⅡ的启动子相似。

TATA元件看来和特异的聚合酶结合上游启动子转录起始发生在起始点上游的一个很短的区域中，且含有TATA框。次近端序列元件（proximal sequence element,PSE）和八聚体（OCT）元件的存在大大增加了转录效率，结合在这些元件上的转录因子相互协同作用。TATA元件是供TBP识别的，TBP亚基本身识别DNA序列，其结合的其他蛋白有的可和RNA聚合酶Ⅲ结合，有的对RNA聚合酶Ⅱ特异，这就可以解释为什么RNA聚合酶Ⅲ和这些启动子特异结合。TBP及其结合蛋白的功能是使RNA聚合酶Ⅲ正确地结合在起始位点上。

⒌何谓终止子和终止因子？依赖于 rho 的转录终止信号是如何传递给RNA聚合酶的？ 答：提供转录终止信号的一段 DNA 序列，叫终止子。协助 RNA 聚合酶识别终止子的蛋白质辅助因子，叫终止因子。

Rho结合在新生成的RNA链上，借助消解NTP所获得的能量沿RNA链移动。RNA酶遇到终止子时发生暂停，使Rho得以追上酶，并与之相互作用，造成释放RNA。

⒍何谓时序调控？何为适应调控？分别对原核生物和真核生物的转录调控举例加以说明。 答：在细胞的生长、发育和分化过程中，遗传信息的表达可按一定的时间程序发生变化，而且随着细胞内外环境条件的改变而加以调整，这就是时序调控和适应调控。

例子1：真核 RNA 聚合酶Ⅱ不能单独识别、结合启动子，而是先由基本转录因子 TF Ⅱ D 组成成分 TBP 识别 TATA 盒或启动元件，并有 TF Ⅱ A 参与结合，形成 TF Ⅱ D- 启动子复合物；继而在 TG Ⅱ AF 等参与下， RNA 聚合酶Ⅱ与 TF Ⅱ D 、 TF Ⅱ B 聚合，形成

一个功能性的前起始复合物。在几种基本转录因子中， TF Ⅱ D 是唯一具有位点特异的 DNA 结合能力的转录因子，在上述有序的组装过程起关键性指导作用。这样形成的前起始复合物尚不稳定，也不能有效启动 mRMA 转录。然后由结合在增强子上的转录激活因子直接或间接与 TF Ⅱ D 结合，从而影响前起始复合物的形成、稳定性以及 RNA 聚合酶的活性。

例子2：在没有乳糖存在时，乳糖操纵子处于阻遏状态。此时，Ⅰ基因列在P启动序列操纵下表达的乳糖阻遏蛋白与O序列结合，故阻断转录启动。阻遏蛋白的阻遏作用并非绝对，偶有阻遏蛋白与O序列解聚。因此，每个细胞中可能会有寥寥数分子β半乳糖苷酶、透酶生成。当有乳糖存在时，乳糖操纵子即可被诱导。真正的诱导剂并非乳糖本身。乳糖经透酶催化、转运进入细胞，再经原先存在于细胞中的少数β -半乳糖苷酶催化，转变为别乳糖。后者作为一种诱导剂分子结合阻遏蛋白，使蛋白构型变化，导致阻遏蛋白与O序列解离、发生转录，使β-半乳糖苷酶分子增加 1000倍。

⒎简要说明原核生物和真核生物转录调控的主要特点。 答：原核生物和真核生物转录调控的主要特点有： 原核生物功能相关基因常组织在一起构成操纵子，作为基因表达和调节的单位，真核生物不组成操纵子，每个基因都有自己的基本启动子和调节单元，单独进行转录，相关基因间也可进行协同调节；原核生物只有少数种类的调节单元，真核生物调节单元众多，包括组成型元件、可诱导元件以及增强子等；无论是原核还是真核生物，其转录受反式调节因子所调节；真核生物的转录调节涉及到染色质改型，原核生物不存在染色质水平的调节。 ⒏转录调节因子的结构有何特点？

答：转录调节因子分类。转录因子，分为两类：①基本转录因子是RNA聚合酶结合启动子所必需的一组因子，为所有mRNA转录起动共有②特异转录因子为个别基因转录所必需，决定该基因的时间、空间特异性表达，包括转录激活因子和抑制因子。

所有转录因子至少包括两个结构域：DNA结合域和转录激活域；此外，很多转录因子还包含一个介导蛋白质-蛋白质相互作用的结构域，最常见的是二聚化结构域。①DNA结合域通常由60－100个氨基酸残基组成。最常见的DNA结合域结构形式是锌指结构和碱性α螺旋。类似的碱性DNA结合域多见于碱性亮氨酸拉链和碱性螺旋-环-螺旋。②转录激活域——由30-100个氨基酸残基组成。根据氨基酸组成特点，转录激活域又有酸性激活域、谷氨酰胺富含区域及脯氨酸富含区域。③介导二聚化的结构域——二聚化作用与亮氨酸拉链、螺旋-环-螺旋结构有关。

⒐比较启动子上游元件增强子和绝缘子的作用特点。

答：增强子是远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列，其发挥作用的方式通常与方向、距离无关，可位于转录起始点的上游或下游。从功能上讲，没有增强子存在，启动子通常不能表现活性；没有启动子时，增强子也无法发挥作用。

绝缘子是一种长约几十到几百个核苷酸对的调控序列，通常位于启动子同邻近基因的正调控元件(增强子)或负调控元件(沉默子)之间(图5-22)。绝缘子本身对基因的表达既没有正效应，也没有负效应，其作用只是不让其他调控元件对基因的活化效应或失活效应发生作用。 ⒑什么是染色质的结构域？它有哪些控制位点？

答：染色质上具有特定结构和功能的区域，叫染色质的结构域。它有3种类型的控制位点：基因座控制区，绝源子，基质附着位点。

⒒目前有哪些重要的RNA合成抑制剂已在临床上用作抗癌药物抗病毒药物和治疗艾滋病的药物？其作用机制是什么？

答：目前在临床上应用的RNA合成抑制剂可分为3类，一是嘌呤和嘧啶类似物，如6 –巯

基嘌呤、5 –尿嘧啶等，它们可作为核苷酸代谢颉颃物而抑制核苷酸前体的合成；二是DNA模板功能的抑制物如烷化剂、放线菌素等，它们通过与DNA结合而改变DNA的功能；三是RNA酶抑制剂，如利福霉素、利链菌素等，它们与RNA酶结合并影响其功能。 ⒓为什么RNA转录后加工比任何生物大分子合成后的加工过程都更复杂？

答：由于RNA，特别是真核生物的RNA分子在转录后必须在其头和尾部加上帽子和多聚尾巴结构；5，端往往有调控序列，基因往往是被内含子隔断的断裂基因，在转录后必须进行剪切、拼接和重编码。因此与其它生物大分子相比，其合成后的加工过程都更复杂。 ⒔试述的snoRNA结构和作用。 答：核仁小RNA（snoRNA），是近来生物学研究的热点，由内含子编码。富含AT，有boxC和boxD结构元素。核仁小RNA有多种功能，反义snoRNA指导rRNA核糖甲基化。

核仁小RNA与其它RNA的处理和修饰有关，如核糖体和剪接体核小RNA、gRNA等。核仁小RNA是一个与特性化的非编码RNA相关的大家族。 ⒕为什么真核生物要先转录内含子然后再将其切除？ 此题目本身值得商榷，理由如下：

关于内含子的功能，有2种不同看法。一种见解认为，内含子是在进化中出现和消失的，内含子如果有功能，只不过是有利于物种的进化选择。例如细菌丢失了内含子，可以使染色体变小和复制速度加快。真核生物保留内含子，则可以产生外显子移动，有利于真核生物在适应环境改变时能合成功能上有差异而结构上只有微小差异的蛋白质。另一些学者则力图证明内含子在基因表达中有调控功能。例如，现在已知道某些遗传性疾病，其变异是发生在内含子而不在外显子。有些内含子在调控基因表达的过程中起作用，有些内含子还能为酶编码。为了更精细地研究内含子，现在对内含子的分类有两种方法。 1．按基因的类型分为四类

第I类内含子：主要存在于线粒体、叶绿体及某些低等真核生物的rRNA基因。 第Ⅱ类内含子：也发现于线粒体、叶绿体，但转录产物是mRNA。

I、Ⅱ类内含子中，已发现相当一部分是属于自身剪接的内含子，由RNA分子起酶的作用而催化剪接（见下述）。

第Ⅲ类内含子：是常见的形成套索结构后剪接的内含子，大多数mRNA的基因有此类内含子。

第Ⅳ类内含子：是tRNA的基因及其初级转录产物中的内含子，剪接过程需酶及ATP。 2．从中断基因线性表达的方式，有人又把内含子分为翻译前、翻译绕过、翻译后删除三种： 翻译前删除内含子：就是上述典型的、常见的内含子，在RNA加工中被除去；

翻译绕过式内含子：这些内含子不被剪接删除，但一般不翻译。在特定条件下却可翻译出有调控功能的、在原有外显子插入了一段氨基酸序列的蛋白质； 翻译后删除内含子：这是把蛋白质翻译后加工也算人内含子的概念中来。例如图1⒈17胰岛素的C肽是不存在于有活性的胰岛素分子上的，如按这一定义，C基因也可认为是内含子。类似的翻译后加工情况，在真核生物是很常见的。 ⒖RNA拼接可分为哪几种类型？其作用特点是什么？ 答：RNA拼接的类型有：

（1）类型Ⅰ自我拼接。特点是只要1价、2价阳离子和鸟苷存在即可自行发生，无需供给能量和酶的催化。

（2）类型Ⅱ自我拼接。特点是能自我拼接，但不需要鸟苷。 （3）核mRNA拼接体的拼接。特点是由内含子自我催化完成。

（4）核tRNA的酶促拼接。特点是需要内切酶和连接酶等，需要消耗能量。 ⒗RNA拼接和编辑对真核生物的进化有何作用？

答：RNA拼接和编辑是在生物进化历史是形成的，RNA拼接和编辑可消除移码突变等基因突变的危害，增加了基因产物的多样性，还可能使基因产物获得新的结构和功能，有利于生物进化。

⒘校正tRNA可以消除错义、无义和移码突变带来的危害，但它是否会将正确的密码子翻译错误？

答：对基因或密码子反密码子上发生某种突变，能以\代偿\或校正原有突变所产生的不良后果的tRNA称为校正tRNA，这种tRNA上反密码子的突变称为校正突变。校正突变可为二类:一是发生在同一基因内，但不在该基因的同一部位，称为基因内突变校正(Intragenic suppression);二是发生在另一基因内，称为基因间突变校正(Intergenic suppression)。 在某些情况下，校正tRNA可能会将正确的密码子翻译错误。 ⒙简要说明RNA功能的多样性。

答：RNA在遗传信息的翻译中起着决定作用；RNA具有重要的催化功能和其它持家功能；RNA转录后加工和修饰依赖于各类小RNA和其蛋白质复合物；RNA对基因表达和细胞功能有重要的调节作用；RNA在生物进化中起重要的作用。

⒚RNA复制酶如何调节病毒RNA复制与翻译、正链与负链合成的关系？

答：又称RNA指导的RNA聚合酶，为以RNA为模板合成RNA的酶，存在于某些RNA病毒中，其底物和作用方式均与DNA指导的RNA聚合酶相似。 RNA聚合酶通常由多个亚基组成，有复杂的高级结构。RNA聚合酶是通过其高级结构的变化来调节病毒RNA复制与翻译、正链与负链合成的。

⒛逆转录病毒前病毒的长末端重复是如何形成的？它有何意义？ 答：逆转录病毒前病毒的长末端重复是在逆转录过程中，负链DNA重复合成U/3 – R/ - U5形成的。

这些长末端重复可帮助转录病毒以类似转座的方式整合进宿主DNA中。 21.为什么逆转座子只存在于真核生物中?它有何生物学意义？

答：在转座过程中需要以RNA为中间体，经逆转录再分散到基因组中的转座子，叫逆转座子。由于只有真核生物能完全满足逆转座子存在的条件（逆转录酶、整合酶，重复序列等），所以逆转座子只存在于真核生物中。

逆转座子的生物学意义：影响所在位点或邻近基因的活性；成为基因组的不稳定因素，促进基因重组；促进生物进化。 第37章遗传密码

⒈DNA分子的哪些性质使其适宜作为遗传信息的携带物质？ 答：DNA是由4种脱氧核苷酸残基按一定顺序彼此用3’，5’-磷酸二酯键相连构成的长链。大多数DNA含有两条这样的长链，按腺膘呤与胸腺嘧啶配对、鸟膘呤与胞嘧啶配对的原则形成彼此互补的双中螺旋结构，因此，可以其中的任一条链为模版，复制出跟亲代一样的子代DNA链，将遗传信息传递给下一代；组成DNA的4种脱氧核苷酸，每3个组，可组成64个密码子，足以编码存在于生物中的氨基酸；另外，相较于RNA等其它生物大分子，DNA的理化性质比较稳定。

DNA分子的这些性质使其适宜作为遗传信息的携带物质。

⒉RNA的主要功能是什么？RNA转录后的一系列加工有何生物意义？

答：RNA的主要功能是通过转录和翻译，将生物贮藏在DNA中的遗传信息传递给蛋白质，从而实现遗传信息的生物学功能。

RNA转录后的一系列加工可使RNA转录后的初产物变成成熟的、有功能的RNA，有些加工还可改变RNA携带的遗传信息。

⒊Crick等如何证明遗传密码的基本单位是核苷酸三联体？

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