2025年大學《化學生物學》專業(yè)題庫——RNA轉(zhuǎn)錄調(diào)控基因表達機制考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.基因表達2.RNA聚合酶3.轉(zhuǎn)錄因子4.啟動子5.衰減子二、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述真核生物RNA聚合酶II與原核生物RNA聚合酶在結(jié)構(gòu)和功能上的主要區(qū)別。2.比較轉(zhuǎn)錄水平上基因沉默與翻譯水平上基因沉默的主要區(qū)別。3.簡述轉(zhuǎn)錄激活因子進入轉(zhuǎn)錄起始復合物的主要機制。4.解釋什么是染色質(zhì)重塑，并簡述其在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的作用。三、論述題（每題10分，共30分）1.詳細闡述真核生物基因表達過程中，從轉(zhuǎn)錄起始到轉(zhuǎn)錄終止所涉及的關(guān)鍵分子事件及其調(diào)控邏輯。2.以一個具體的真核生物基因為例（例如，肌細胞中表達的肌球蛋白重鏈基因），描述其可能存在的復雜轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制，包括順式作用元件、反式作用因子及其相互作用。3.論述表觀遺傳修飾（如DNA甲基化、組蛋白修飾）如何在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮作用，并舉例說明其在基因沉默或激活中的作用。四、分析題（共15分）已知某基因的啟動子區(qū)域包含一個TATA盒和一個增強子元件。當細胞處于特定分化狀態(tài)時，轉(zhuǎn)錄因子A（能結(jié)合TATA盒）和轉(zhuǎn)錄因子B（能結(jié)合增強子并激活轉(zhuǎn)錄）均存在。但實驗發(fā)現(xiàn)，此時該基因的轉(zhuǎn)錄活性顯著降低。請解釋可能的原因，并闡述相應的分子機制。試卷答案一、名詞解釋1.基因表達：指基因所攜帶的遺傳信息經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯（在需要蛋白質(zhì)的基因中）過程，轉(zhuǎn)化為具有特定功能的蛋白質(zhì)分子或功能RNA分子（如tRNA、rRNA、siRNA等）的過程，是基因信息實現(xiàn)的過程。**解析思路：*考察對基因表達核心概念的理解，需包含轉(zhuǎn)錄和（可能的）翻譯兩個主要環(huán)節(jié)，以及最終產(chǎn)生功能性產(chǎn)物的結(jié)果。2.RNA聚合酶：是一種能夠識別并結(jié)合特定DNA序列（啟動子），利用核糖核苷酸為原料，按照DNA模板合成RNA分子的酶，是轉(zhuǎn)錄過程的催化酶。**解析思路：*考察對RNA聚合酶基本定義和功能的掌握，關(guān)鍵在于其轉(zhuǎn)錄催化作用以及識別DNA模板的能力。3.轉(zhuǎn)錄因子：是一類能夠與DNA特異性結(jié)合，從而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄速率的蛋白質(zhì)。它們可以促進（激活因子）或抑制（阻遏因子）RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合或轉(zhuǎn)錄起始過程。**解析思路：*考察對轉(zhuǎn)錄因子定義、分類（正負調(diào)控）及其核心功能（調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始）的理解。4.啟動子：是位于基因轉(zhuǎn)錄起始位點上游的DNA序列，能夠被RNA聚合酶和通用轉(zhuǎn)錄因子特異性識別和結(jié)合，是啟動基因轉(zhuǎn)錄的必需元件。**解析思路：*考察對啟動子定義、位置、功能（識別結(jié)合位點、啟動轉(zhuǎn)錄）及其組成（常含核心元件和調(diào)控元件）的基本認識。5.衰減子：是原核生物基因啟動子區(qū)域或操縱子下游靠近轉(zhuǎn)錄起始位點的特異DNA序列，其結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)錄過程中的二級結(jié)構(gòu)變化能夠影響轉(zhuǎn)錄延伸的效率，從而實現(xiàn)對基因表達的可變調(diào)控。**解析思路：*考察對衰減子這一原核特有調(diào)控機制的理解，關(guān)鍵在于其通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控效率實現(xiàn)基因表達調(diào)控的功能。二、簡答題1.真核生物RNA聚合酶II與原核生物RNA聚合酶在結(jié)構(gòu)和功能上的主要區(qū)別：*結(jié)構(gòu)：真核RNA聚合酶II是異五聚體（α2ββ'ωσ），包含多個亞基；原核RNA聚合酶是六聚體（α2ββ'σ），亞基數(shù)量較少且結(jié)構(gòu)不同。真核RNA聚合酶II具有較大的分子量。*功能：真核RNA聚合酶II負責轉(zhuǎn)錄編碼蛋白質(zhì)的mRNA（以及某些小RNA）；原核RNA聚合酶負責轉(zhuǎn)錄所有類型的RNA（mRNA,tRNA,rRNA）。*調(diào)控：真核RNA聚合酶II的轉(zhuǎn)錄調(diào)控更為復雜，涉及大量不同的轉(zhuǎn)錄因子、染色質(zhì)重塑、表觀遺傳修飾等；原核RNA聚合酶的調(diào)控相對簡單，主要通過操縱子模型和少數(shù)轉(zhuǎn)錄因子（如σ因子）實現(xiàn)。**解析思路：*要求對比兩種核心酶在組成亞基、主要轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物、調(diào)控復雜度等關(guān)鍵維度的差異，體現(xiàn)真核生物轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)的復雜性。2.比較轉(zhuǎn)錄水平上基因沉默與翻譯水平上基因沉默的主要區(qū)別：*轉(zhuǎn)錄水平沉默：發(fā)生在基因轉(zhuǎn)錄階段，阻止或減少mRNA的合成。機制包括DNA甲基化、組蛋白修飾、轉(zhuǎn)錄抑制因子結(jié)合、RNA干擾（如siRNA、miRNA介導的轉(zhuǎn)錄抑制）等。結(jié)果是基因組中沒有或很少對應基因的mRNA。*翻譯水平沉默：發(fā)生在基因轉(zhuǎn)錄之后、蛋白質(zhì)合成之前，阻止mRNA被翻譯成蛋白質(zhì)。機制包括mRNA降解（如miRNA介導的切割）、核糖體無法識別或停滯在mRNA上、翻譯延伸或起始抑制等。結(jié)果是即使有mRNA，也合成不到相應的蛋白質(zhì)。*主要區(qū)別：沉默發(fā)生的生物學環(huán)節(jié)不同（轉(zhuǎn)錄vs.翻譯）；涉及的主要分子機制和調(diào)控元件不同；最終后果不同（無/少mRNAvs.無/少蛋白質(zhì)）。**解析思路：*要求區(qū)分兩種基因表達調(diào)控發(fā)生在哪個環(huán)節(jié)，并列舉各自的主要機制和后果，明確其核心區(qū)別。3.簡述轉(zhuǎn)錄激活因子進入轉(zhuǎn)錄起始復合物的主要機制：*活性域招募：轉(zhuǎn)錄激活因子通常含有DNA結(jié)合域（DBD）和轉(zhuǎn)錄激活域（AD）。AD可以與RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄輔因子或染色質(zhì)重塑復合物相互作用，通過“搭橋”作用將轉(zhuǎn)錄因子招募到轉(zhuǎn)錄起始復合物中。*染色質(zhì)重塑：某些激活因子本身具有或能招募染色質(zhì)重塑復合物（如SWI/SNF），通過改變DNA與組蛋白的相互作用，使DNA更易于RNA聚合酶和轉(zhuǎn)錄因子接近，從而促進轉(zhuǎn)錄起始。*促進聚合酶結(jié)合：一些激活因子能直接與RNA聚合酶或其通用轉(zhuǎn)錄因子相互作用，穩(wěn)定聚合酶-啟動子復合物的形成。**解析思路：*考察對激活因子如何克服轉(zhuǎn)錄起始障礙、與核心機器（RNA聚合酶）相互作用的理解，涉及AD域功能、與輔因子/重塑復合物的關(guān)系等。4.解釋什么是染色質(zhì)重塑，并簡述其在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的作用：*染色質(zhì)重塑：指通過改變?nèi)旧|(zhì)（DNA-組蛋白復合物）的構(gòu)象，特別是DNA的拓撲結(jié)構(gòu)或組蛋白的修飾狀態(tài)，來調(diào)節(jié)DNA與組蛋白相互作用的過程。這通常由染色質(zhì)重塑復合物（如SWI/SNF,ISWI等）介導，涉及組蛋白的乙?；?、甲基化、磷酸化等表觀遺傳修飾。*作用：染色質(zhì)重塑可以改變?nèi)旧|(zhì)的“開放”或“封閉”狀態(tài)，從而影響轉(zhuǎn)錄因子的接近和RNA聚合酶的組裝。開放的染色質(zhì)構(gòu)象（如染色質(zhì)去濃縮）有利于轉(zhuǎn)錄機器的進入和基因表達；封閉的構(gòu)象則限制轉(zhuǎn)錄機器的接近，導致基因沉默。因此，它是連接表觀遺傳狀態(tài)與基因表達調(diào)控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。**解析思路：*要求先定義染色質(zhì)重塑的概念和方式，再闡述其在調(diào)控基因表達（影響轉(zhuǎn)錄起始效率）中的具體作用機制。三、論述題1.詳細闡述真核生物基因表達過程中，從轉(zhuǎn)錄起始到轉(zhuǎn)錄終止所涉及的關(guān)鍵分子事件及其調(diào)控邏輯：*轉(zhuǎn)錄起始：*RNA聚合酶II與通用轉(zhuǎn)錄因子（TFIID等）首先結(jié)合于啟動子上的TATA盒等元件，形成轉(zhuǎn)錄起始復合物。*其他轉(zhuǎn)錄因子（TFIIB等）加入，穩(wěn)定復合物并招募RNA聚合酶II。*RNA聚合酶II開始沿5'→3'方向合成RNA，同時經(jīng)歷“搜索”、“進位”、“起始”等步驟，最終確定轉(zhuǎn)錄起始位點。*轉(zhuǎn)錄延伸：*RNA聚合酶II沿著DNA模板鏈移動，連續(xù)合成RNA。*通用轉(zhuǎn)錄因子逐漸從酶上解離。*轉(zhuǎn)錄延伸復合物經(jīng)歷構(gòu)象變化，打開RNA-DNA雜交鏈，進行RNA合成。*真核轉(zhuǎn)錄延伸速率相對恒定。*轉(zhuǎn)錄終止：*當RNA聚合酶II遇到基因末端終止信號（如Poly(dA-dT)tract），其延伸能力減弱。*結(jié)合蛋白（如DSIF）介導聚合酶在終止信號處暫停。*核酸酶（如RNaseII）降解RNA-DNA雜交鏈。*新生RNA從酶上釋放。*RNA聚合酶II解離，釋放DNA模板，完成一輪轉(zhuǎn)錄。*調(diào)控邏輯：轉(zhuǎn)錄調(diào)控主要發(fā)生在起始階段，通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的活性、數(shù)量以及它們與啟動子/聚合酶的相互作用來決定轉(zhuǎn)錄效率。染色質(zhì)狀態(tài)、表觀遺傳修飾等上游因素也通過影響染色質(zhì)重塑和轉(zhuǎn)錄因子可及性來間接調(diào)控轉(zhuǎn)錄。**解析思路：*要求系統(tǒng)描述真核轉(zhuǎn)錄從起始、延伸到終止的連續(xù)過程涉及的分子機器、關(guān)鍵蛋白、事件順序，并強調(diào)起始是主要的調(diào)控點，以及染色質(zhì)等因素的調(diào)控作用。2.以一個具體的真核生物基因為例（例如，肌細胞中表達的肌球蛋白重鏈基因），描述其可能存在的復雜轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制，包括順式作用元件、反式作用因子及其相互作用：*順式作用元件：*啟動子區(qū)域：包含TATA盒、Inr（轉(zhuǎn)錄起始子）、CaRE（鈣響應元件）、M-CRE（肌細胞特異增強子元件）等。TATA盒和Inr共同確定核心轉(zhuǎn)錄起始位點。CaRE和M-CRE是響應特定信號（如鈣離子濃度變化）或肌細胞分化信號的關(guān)鍵元件。*增強子區(qū)域：位于基因遠端（可達數(shù)十kb甚至上百kb），如肌細胞增強子ME1、ME2。這些元件可以與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，通過looping機制與啟動子區(qū)域相互作用，遠距離調(diào)控轉(zhuǎn)錄效率。*反式作用因子：*通用轉(zhuǎn)錄因子：如TFIID（含TATA結(jié)合蛋白TBP）、TFIIA、TFIIB、TFIIE、TFIF、TFIIH等，負責識別啟動子元件并招募RNA聚合酶II。*肌細胞特異轉(zhuǎn)錄因子：如MyoD、Myf5、Mef2（MyoD家族）、Srf（血清反應因子）等。這些因子在肌細胞中高表達，結(jié)合到肌細胞特異性的順式元件（如M-CRE、ME1）上，激活肌球蛋白重鏈基因的轉(zhuǎn)錄。它們之間可以形成復合物，協(xié)同作用。*信號響應因子：如鈣離子依賴性轉(zhuǎn)錄因子（如CaMKIV，其上游常有CaRE），響應細胞內(nèi)信號變化。*相互作用與調(diào)控邏輯：*在肌細胞分化過程中，肌細胞特異轉(zhuǎn)錄因子（如MyoD）表達上調(diào)，它們結(jié)合到啟動子和增強子上的特異元件，形成轉(zhuǎn)錄激活復合物，啟動或增強肌球蛋白重鏈基因的轉(zhuǎn)錄。*信號通路（如鈣信號）激活下游信號響應因子（如CaMKIV），CaMKIV可能直接結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子或招募共激活因子，進一步促進轉(zhuǎn)錄。*增強子元件（如ME1、ME2）上的轉(zhuǎn)錄因子與啟動子區(qū)域的通用轉(zhuǎn)錄因子或肌細胞特異轉(zhuǎn)錄因子相互作用，通過DNAlooping將增強信號傳遞到啟動子，遠距離增強轉(zhuǎn)錄活性。*整個調(diào)控網(wǎng)絡確保了肌球蛋白重鏈基因僅在肌細胞中、在特定發(fā)育階段和響應特定信號時高效表達。**解析思路：*要求選擇一個具體例子（如肌球蛋白重鏈），詳細描述其調(diào)控網(wǎng)絡中的順式元件（種類、位置、功能）和反式因子（通用因子、特異因子、信號因子），并重點闡述它們?nèi)绾瓮ㄟ^相互作用（結(jié)合位點、復合物形成、looping）共同實現(xiàn)對基因轉(zhuǎn)錄的精確調(diào)控。3.論述表觀遺傳修飾如何在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮作用，并舉例說明其在基因沉默或激活中的作用：*表觀遺傳修飾是指不改變DNA堿基序列，但能夠影響基因表達模式的遺傳信息改變。主要類型包括DNA甲基化和組蛋白修飾。*在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的作用：*DNA甲基化：主要發(fā)生在5'-胞嘧啶上（5mC），通常通過DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）添加。甲基化通常與基因沉默相關(guān)。它可以直接阻止轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合DNA，或招募DNA甲基化結(jié)合蛋白（如MeCP2），這些蛋白再招募HDACs或組蛋白去乙酰化酶，導致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變緊（異染色質(zhì)化），抑制轉(zhuǎn)錄。此外，啟動子區(qū)域的甲基化是基因沉默的標志之一。*組蛋白修飾：組蛋白是核小體的核心蛋白，其N端賴氨酸殘基可以被多種酶添加或去除小分子修飾基團（如乙?；?、甲基、磷酸基、泛酰化等）。這些修飾通過改變組蛋白的凈電荷，影響組蛋白與DNA的相互作用，進而改變?nèi)旧|(zhì)的松緊狀態(tài)。*乙?；和ǔＳ蒆ATs（組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶）催化，乙?；慕M蛋白（尤其是H3K9ac,H3K14ac）帶負電荷，使組蛋白與DNA的親和力降低，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)趨于開放，有利于轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶的進入，從而激活基因表達。*甲基化：由HMTs（組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶）和HDMs（組蛋白去甲基化酶）催化。特定位點的甲基化（如H3K4me3常與活躍染色質(zhì)相關(guān)，H3K9me2/H3K27me3常與沉默染色質(zhì)相關(guān)）可以招募不同的蛋白復合物。例如，H3K4me3通常與激活性染色質(zhì)相關(guān)，而H3K9me2或H3K27me3則常與異染色質(zhì)或基因沉默相關(guān)，通過與沉默域蛋白（如PRC2復合物含EED和EZH2，能催化H3K27me3）結(jié)合，壓縮染色質(zhì)，抑制轉(zhuǎn)錄。*舉例說明：*基因沉默：X染色體失活（XCI）是組蛋白修飾介導的基因沉默經(jīng)典例子。在雌性哺乳動物中，活性X染色體上的組蛋白發(fā)生甲基化（H3K27me3）和乙?；℉3K4me3模式改變），并招募沉默復合物，導致整個X染色體轉(zhuǎn)錄沉默。DNA甲基化也參與其中，維持沉默狀態(tài)。*基因激活：啟動子區(qū)域的組蛋白乙?；ㄈ鏗3K4ac,H3K9ac）通常與活躍染色質(zhì)標記相關(guān)。例如，在肝臟中，葡萄糖誘導的胰島素信號通路可以激活HATs（如GCN5）進入胰島素受體后基因的啟動子區(qū)域，使組蛋白乙?；旧|(zhì)開放，從而激活該基因的轉(zhuǎn)錄，促進葡萄糖攝取。**解析思路：*要求闡述表觀遺傳修飾（DNA甲基化、組蛋白修飾及其具體類型）的基本概念，重點解釋它們?nèi)绾瓮ㄟ^改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)或影響蛋白-DNA相互作用來調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄（激活或沉默），并給出DNA甲基化和組蛋白修飾在基因沉默（XCI）和基因激活（胰島素信號通路）中的具體實例。四、分析題可能的原因包括：1.轉(zhuǎn)錄因子A和B之間存在拮抗作用：轉(zhuǎn)錄因子B可能直接或間接抑制轉(zhuǎn)錄因子A的功能，即使B結(jié)合增強子，其存在也干擾了A促進轉(zhuǎn)錄的能力。2.轉(zhuǎn)錄因子A或B被抑制：可能存在一個或多個抑制因子，它們與轉(zhuǎn)錄因子A或B結(jié)合，使其失活或無法結(jié)合DNA。這些抑制因子可能在特定分化狀態(tài)下被激活。3.共激