分子生物学课后习题改 6.19

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1、1.基于晶体结构，简图显示RNA聚合酶核心酶的大致结构，指出亚基、催化活性中心和利福平结合位点的位置。根据结构，提出利福平抑制转录的可能机制。答：X射线晶体图像显示RNA聚合酶核心酶性状类似一个蟹螯，转录的过程中DNA被夹在中间的孔道中。核心酶组成为两个α亚基，一个β亚基，一个β’亚基。β亚基具有DNA结合和合成RNA磷酸二酯键的作用，为催化RNA合成的活性中心的一部分，同时也是利福平结合的位置。利福平与RNA聚合酶的β亚基牢固结合，抑制细菌RNA的合成，从而阻断RNA转录过程。（图略）2.全酶的晶体结构中没有包括sigma1.1区。推断sigma1.1区在全酶的位置，并说明

2、支持的理由。答：sigma1.1区可能位于全酶“蟹螯”的孔道的位置，sigma1.1区使孔道撑开，保持了孔道的开放，使得DNA链有机会进入。在DNA进入孔道后sigma1.1便被全酶所遗弃，孔道因此闭合。所以在全酶晶体结构中没有观察到sigma1.1区。Sigma亚基缺失前91个氨基酸（region1.1）后，全酶结构中有一个狭窄的裂隙，以至于不能接纳DNA模板，表明缺失结构域有可能帮助撬开酶的裂隙，以与DNA结合。从而推断出sigma1.1区的存在。3.如何理解sigma因子转换控制转录过程？答：sigma因子包含于RNA聚合酶全酶中，其与RNA聚合酶核心酶统称为RNA聚合

3、酶全酶，它的存在决定着RNA聚合酶所转录的基因的特异性，不同的sigma因子识别特定的基因的启动子，从而使得不同的基因得到表达。例如在噬菌体SPO1侵染枯草芽孢杆菌的过程中，再侵染的前5分钟内，SPO1的RNA聚合酶与宿主的sigma因子结合，表达早起基因，其中包括gp28,一种中期表达的sigma因子。在5-10分钟的时候，RNA聚合酶与gp28结合，进行中期表达，表达出gp33,gp34，这两种蛋白则是SPO1晚期表达所需的sigma因子的两个亚基。在10分钟以后的阶段，RNA聚合酶结合以上的sigma因子，从而进行晚期表达。这种sigma因子的转换控制转录的过程也在细菌

4、孢子形成，细菌应对热激和饥饿时，表达不同基因以应对环境压力方面起到很重要的作用。4.解释N和NusA在转录终止和抗终止中的作用。答：在延伸复合物EC通过TL和TR1区合成U串时，第7个U后暂停，持续2s.如发夹形成则终止。当没有N和NusA存在时，准发夹上游部分与核心聚合酶上游结合位点UBS结合,蛋白质-RNA键断裂，发夹迅速形成，转录终止。当只有NusA存在时，NusA帮助打开UBS和准发夹上游部分的结合，加速发夹在暂停结束前形成，促使终止发生，当只有N存在时，N蛋白与准发夹上游部分结合，减缓发夹形成，使终止不易发生。当N和NusA同时存在时,N蛋白不仅与准发夹的上游结合，

5、也使NusA容易与邻近位置结合，使发夹形成更慢，终止更不易发生。5.利用模型解释lambda噬菌体感染的大肠杆菌中cI和cro的竞争是如何导致溶源态或裂解态的建立？答:cI的大量表达可以阻止早期基因的表达，从而使lambda噬菌体保持溶源态，而cro和N的大量表达则使之进入裂解态。Cro和N的基因的操纵子OR和OL可细化分为3个部分，cI可以二聚体的形式，以OR1、OR2、OR3的顺序依次结合于OR和OL,导致Cro和N基因转录的抑制。并激活PRm，进一步增加cI的表达，抑制早期基因的表达，使得lambda噬菌体维持溶源态。而Cro则可以二聚体的形式，以OR3、OR2、OR1

6、的顺序依次结合于OR，抑制cI以及其自身的表达。这样Cro便使阻止溶原化的“维持”循环不能实现。从而使lambda噬菌体进入溶菌周期。6.100%引起裂解态的lambda噬菌体中，什么可能发生了突变？100%引起溶源态的lambda噬菌体？如果N基因突变失活，期望得到什么样的细菌？答：100%引起裂解态的lambda噬菌体中，cI,cII,cIII基因其中之一或全部可能发生了突变或缺失，因为cI是使lambda噬菌体保持溶源态的主要基因，而cI的表达需要cII的诱导，而cII在没有cIII结合的情况下很快就会被HflA蛋白所降解。因此，这三种基因对于lambda噬菌体维持溶源

7、态都至关重要。而100%引起溶源态的lambda噬菌体可能是Cro基因发生了突变或缺失，因为Cro蛋白与cI蛋白竞争结合于OR是引发lambda噬菌体进入溶菌态的主要原因。N基因的作用是转录抗终止，如果N基因突变失活，使得RNA聚合酶无法越过TL和TR1而继续表达延迟早期基因，导致lambda噬菌体负责整合自身DNA于宿主基因组上的整合酶以及裂解宿主菌的裂解酶等都无法表达，致使宿主菌既不进入溶源周期也不进入溶菌周期。然而其仍然可以利用宿主菌的RNA聚合酶和营养持续表达Ｎ蛋白和Cro蛋白，而这两种蛋白对宿