1、分子生物学笔记第一章 基因的结构第一节 基因和基因组一、基因(gene)是合成一种功能蛋白或 RNA 分子所必须的全部 DNA 序列.一个典型的真核基因包括1 编码序列外显子(exon)2 插入外显子之间的非编码序列内合子(intron)35-端和 3-端非翻译区(UTR) 调控序列(可位于上述三种序列中 )绝大多数真核基因是断裂基因(split-gene)，外显子不连续。二、基因组(genome)一特定生物体的整套(单倍体 )遗传物质的总和，基因组的大小用全部 DNA 的碱基对总数表示。人基因组 3X1 09(30 亿 bp)，共编码约 10 万个基因。每种真核生物的单倍体基因组中的全部 D
2、NA 量称为 C 值，与进化的复杂性并不一致(C-value Paradox)。人类基因组计划（human genome project, HGP）基因组学（genomics）,结构基因组学（structural genomics）和功能基因组学（functional genomics） 。蛋白质组（proteome）和蛋白质组学（ proteomics）第二节 真核生物基因组一、真核生物基因组的特点: ，1 真核基因组 DNA 在细胞核内处于以核小体为基本单位的染色体结构中.2 真核基因组中，编码序列只占整个基因组的很小部分(23) ，二、真核基因组中 DNA 序列的分类 ?(一)高度重复序
3、列( 重复次数lO5)卫星 DNA(Satellite DNA)(二)中度重复序列1.中度重复序列的特点1 重复单位序列相似，但不完全一样，2 散在分布于基因组中.3 序列的长度和拷贝数非常不均一，中度重复序列一般具有种属特异性，可作为 DNA 标记.中度重复序列可能是转座元件(返座子) ，2.中度重复序列的分类1 长散在重复序列(long interspersed repeated segments.) LINES2 短散在重复序列(Short interspersed repeated segments) SINESSINES:长度105.如人 Alu 序列LINEs:长度1000bp(可
4、达 7Kb),拷贝数 104-105，如人 LINEl(三)单拷贝序列(Unique Sequence)包括大多数编码蛋白质的结构基因和基因间间隔序列，三、基因家族(gene family)一组功能相似且核苷酸序列具有同源性的基因.可能由某一共同祖先基因(ancestral gene)经重复 (duplication)和突变产生。基因家族的特点:1 基因家族的成员可以串联排列在一起，形成基因簇(gene cluster)或串联重复基因(tandemly repeated genes)，如 rRNA、tRNA 和组蛋白的基因；2 有些基因家族的成员也可位于不同的染色体上，如珠蛋白基因；3 有些成
5、员不产生有功能的基因产物，这种基因称为假基因 (Pseudogene).a1 表示与 a1 相似的假基因.假基因分类。加工过的假基因(processed pseudogene)。典型的基因家族1.tRNA 基因 单倍体人基因组中 1300 个 tRNA 基因，tRNA 基因簇.2.rRNA 基因l00copy.rRNA 基因簇(重复单元 28S、18S、5.8s-rRNA)3.组蛋白基因30-40copy.定位:7q32-q36组蛋白基因簇(重复单位:H1， H2A，H2B，H3、H4)特点:无 intron，Poly(A)- RNA. 4.珠蛋白基因 类:16p13，基因簇(24Kb):5
6、1213 类:11p15，基因簇(60Kb):5 GrAr3四、超基因家族(Supergene family ，Superfamily)由基因家族和单基因组成的大基因家族，结构上有程度不等的同源性，但功能不同.五、人类基因组中的重复序列标记1、A1u 序列单倍体人基因组 50 万-100 万拷贝，平均每隔 3-6Kb 就有一个 Alu 序列，人 A1u 序列长 300bp:2X130bp 重复序列； +31bp 间隔序列(中间)；两侧 7-21bp 正向重复(direct repeats)，返座子?Alu 序列广泛散布于人基因组，约 90%巳克隆的人基因合有 Alu 序列Alu 序列标志。2、
7、可变数串联重复 ? ， ?Variable number tamdem repeat， VNTR.又称小卫星 DNA(minisatellite DNA)由短重复单位(6-40bp) 串联重复 (6-100 次以上)而成，多位于基因的非编码区，广泛分布。VNTR 多态性分子标记DNA 指纹图（fingerprint）.小卫星 DNA 突变与肿瘤，H-Ras。3、短串联重复（short tandem repeat,STR）又称微卫星 DNA（microstallite DNA）2-6 个核苷酸组成的重复单位串联重复(10-60 次),两侧为特异的单拷贝序列，人基因组中每l0kb DNA 序列至少
8、一个 STR 序列。CA)n，50，000-100，000 拷贝.新一代遗传标记，人类基因组研究，肿瘤，遗传病.第三节 线粒体基因组人线粒体基因组的特点:1、人线粒体基因组为 16，569bp 的双链闭环分子，一条链为重链(H 链) ，一条链为轻链(L链)，两条链均有编码功能，每个 mtDNA 分于编码 13 种蛋白质和 24 种结构RNA(22rRNA，2tRNA).2、线粒体 DNA 为母系遗传.3、结构基因不含内含子，部分区域有基因重叠，因此病理性 mtDNA 突变更易发生.4、mtDNA 突变频率更高.5、线粒体 DNA 突变的表型表达与核 DNA 不同。第四节 细菌和病毒基因组一、细
9、菌基因组的特点。1.功能相关的几个结构基因往往串联在起，受它们上游的共同调控区控制，形成操纵子结构，2.结构基因中没有内含子，也无重叠现象。3.细菌 DNA 大部分为编码序列。二、病毒基因组的特点1.每种病毒只有一种核酸，或者 DNA，或者 RNA；2.病毒核酸大小差别很大，3X103 一 3X106bp；3.除逆病毒外，所有病毒基因都是单拷贝的。4.大部份病毒核酸是由一条双链或单链分子(RNA 或 DNA)，仅少数 RNA 病毒由几个核酸片段组成. 5.真核病毒基因有内含子，而噬菌体（感染细菌的病毒）基因中无内含子.6.有重叠基因.第五节 染色质和染色体细胞分裂间期染色质(chromatin
10、)分裂期染色体(chromosome)一、染色质的基本单位核小体(一)核小体(nucleosome)结构DNA 绕在组蛋白八聚体(H2A、H2B、H3 、H4 各一对)核心外 1.8 周(146bp),形成核小体核心颗粒。两个核小体核心颗粒之间有 Linker DNA(0-80bp)，核小体核心颗粒+Linker=核小体( 长 180-210bp)核小 体 DNA Ladder.(二)组蛋白(histone):一类小的带有丰富正电荷5%的人基因可在不同的组织或生理状态下，通过选择性剪接产生不同的蛋白质异构体，这是造成真接生物高度异质性的基础。第四节 翻译水平调控一、翻译起始因子(IF)的调节
11、:可逆磷酸化的作用.1.eIF-4F 的磷酸化激活蛋白质的合成 .2.eIF-2 的磷酸化引起翻译起始受阻，降低蛋白质的生物合成水平二、mRNA 结构与翻译控制 ，（一)5-UTR 结构1、mRNA5端 m7G 帽有增强翻译水平的作用 .2、 “上游 AUG 密码子”( 位于起始 AUG 上游的其他 AUG 密码子)的存在往往抑制下游开放读框的翻译效率.3、起始 AUG 旁侧序列对翻译效率的影响.Kozak 序列:GCCAUGG(二)3-UTR 结构1.poly(A)尾增加翻译效率2.富含 UA 序列抑制翻译。三、mRNA 稳定性与翻译控制mRNA 稳定性主要取决于 3UTR 结构1.poly
12、(A)尾增加 mRNA 稳定性，2.3-UTR 中 UA 序列导致 mRNA 不稳定.四、翻译后修饰1、 氨基酸侧链的共价修饰:乙酰化、磷酸化、糖基化（N-、O-） ；2、 蛋白质前体的切割和成熟。Proproteinprotein.例: 胰岛素的成熟。五、蛋白质的分泌和胞内定位信号肽:作为蛋白质定位信号的短肽序列，指导蛋白质运输到正确位置，定位结束后通常被特异的信号肽酶切除。常见几种信号肽的特点:1 内质网和细胞分泌信号:N-端约 20 个左右氨基酸，疏水。2 线粒体定位信号:N-端，一面为正电残基另一面为疏水残基的两亲 螺旋。3 核定位信号:内部，常为碱性氨基酸加脯氨酸链两部分构成。第四章
13、 原癌基因与抑癌基因第一节 概述病毒致癌作用，病毒癌基因 Viral oncogene，V-onc). 。细咆癌基因(cellular oncogene ，c-onc)或原癌基因(protoncogene)正常细胞中与 v-onc 同源的基因，抑癌基因(tumor suppressor gene):是指由于其存在和表达而抑制细胞癌变的基因。原癌基因与抑癌基因生物学性质差异:1.功能:抑癌基因在细胞生长中起负调节作用，抑制增殖、促进分化成熟与衰老，或引导多余细胞进入程序性细胞死亡(PCD)，原癌基因的作用则相反.2.遗传方式:原癌基因是显性的，激活后即参与促进细胞增殖和癌变过程，而抑癌基因为隐性
14、，只有发生纯合失活时才失去抑癌功能.3.突变的细胞类型:抑癌基因突变不仅可发生在体细胞中，也可发生在生殖系(germ 1ine)细胞中，并通过其遗传突变，而原癌基因只在体细胞中产生突变。第二节 原癌基因原癌基因是细胞的正常基因，其表达产物对细胞的生理功能极其重要，只有当原癌基因发生结构改变或过度表达时，才有可能导致细胞癌变。一、原癌基因表达的特点:l、正常细胞中原癌基因的表达水平一般较低，而且是受生长调节的，其表达主要有三个特点:1 具有分化阶段特异性；2 细胞类型特异性； 3 细胞周期特异性。2、肿瘤细胞中原癌基因的表达有 2 个比较普遍和突出的特点:1 一些原癌基因具有高水平的表达成过度表
15、达?2 原癌基因的表达程度和次序发生紊乱，不再具有细胞周期特异性。3、细胞分化与原癌基因表达 .在分化过程中，与分化有关的原癌基因表达增加，而与细胞增殖有关的原癌基因表达受抑制。二，原癌基因的结构改变与其表达激活(一)点突变C-ras:12、13、61 位密码子点突变，存在于多种肿瘤.C-ras 编码蛋白(21kD,P21):RAS，是一种 GTP 结合蛋白，具 GTP 酶活性，是重要的信号转导分子.(二)染色体易位染色体易位(translocation):是染色体的一部分因断裂脱离，并与其它染色体联结的重排过程。因染色体易位造成的原癌基因激活:1、 因易位使原癌基因与另一基因形成融合基因，产
16、生一个具有致癌活性的融合蛋白，如 t(9:22)使 c-abl 与 bcr 融合，产生一个致癌的 P210 蛋白2、因易位面使原癌基因表达失控，如 t(8:14)易位使 c-myc 表达失控.(三)基因扩增基因扩增(gene amplification)即基因拷贝数增加.如 HL-60 和其它白血病细胞，C-myc 扩增 8-22 倍.其它:c-erb B，c-net.(四)LTR 插入LTR 是逆转录病毒基因组两端的长末端重复(long terminal repeat)，其中含有强启动子序列。三、原癌基因产物的功能大多数原癌基因编码的蛋白质都是复杂的细胞信号转导网络中的成份，在信号转导途径中
17、有着重要的作用.原癌基因产物可作为:1、生长因子，如 sis(PDGF-)，fgf 家族(int-2，csf-1 等)2、生长因子受体(质膜):具酪氨酸蛋白激酶活性，如 neu， ht，met，erbB，trk，fms，ros-1等。3、非受体酪氨酸蛋白激酶(质膜/胞质)如 src 家族:src，syn，fyn，abl，lck，ros，yes，fes，ret 等.4、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(胞质):如 raf，raf-1 ，mos ，pim-1，5、G 蛋白(质膜内侧)，具 GTP 结合作用和 GTP 酶活性，如 ras 家族中的 H-ras，K-ras，N-ras，以及 mel 和 ral
18、等. ，6.核内 DNA 结合蛋白(转录因子)如 myc 家族，fos 家族，Jun 家族，ets 家族，rel，erb A(类固醇激素受体)第三节 抑癌基因一、抑癌基因失活与杂合性丢失抑癌基因为隐性癌基因，只有发生纯合失活时才对肿瘤形成起作用，通常的表现为抑癌基因的一个等位基因丢失，面另一个存留的等位基因发生突变(点突变、微缺失，重排等) ，等位基因丢失常伴有抑癌基因相邻区域的杂合性丢失(Loss of heterozygosity，LOH)，LOS 指肿瘤中特定染色体上某种 DNA 多态性标志(如 RFLP，VNTR、STR 或 SSCP 等)的等位基因片段在同一患者中由正常组织基因组中的
19、两种变为一种，即等位基因型由杂合子变为纯合子。LOH 是肿瘤细胞中部分染色体区域缺失的表现。二、抑癌基因产物的功能巳知的肿瘤抑制基因及其蛋白产物功能基因 相关癌 产物胞内定位 作用p53 Rb WT-1 APC DCC NF l RET VHL P16(MTS-1) WAF/CIPl BRCAl 肺癌、乳腺癌等（51 种） 视网膜细胞瘤等wilm肿瘤 结肠癌 结肠癌 神经纤维 瘤甲状腺癌 肾癌 黑素瘤等( 多种) 多种乳腺癌、宫颈癌等 核胞质？ 粘附分子 GTP 酶激活剂受体酪氨酸激酶 转录延伸因子 CDK 抑制剂 CDK 抑制剂 转录因子 抑癌基因 p53人 P53 基因定位:17P13，1
20、1 个外显子编码 393 个氨基酸。p53 基因突变:存在于一半以上的人肿瘤中，多为点突变，主要发生于外显子 5-8,如肝癌中的249 号密码子第 3 碱基 GT ,与黄曲霉素 B1 有关。 P53 蛋白结构和功能:P53 蛋白为核内转录因子，包括 1 核心区的 DNA 结合域；2N 端转录激活域；3C 端介导寡聚体化的结构域。1、 P53 的中央域识别和结合一个 10bp 的启动子序列，可激活转录（通过 N-端的反式激活域） 。P53 突变大多发生于中央 DNA 结合域。2、 P53 也可结合 DNA 损伤时产生的单链区域。3、 P53 是四聚体，寡聚化需要 C-端域4、P53 激活 cki
21、 p21, 后者抑制细胞周期于 G1 期. 5、 p53 激活与负责辐身损伤的修复蛋白 GADD45，维持基因组稳定性。 6、P53 诱导凋亡的机制尚不清楚。 7、正常情况下 p53 以低水平存在，半衰期短。DNA 损伤稳定 P53 并增加其转录活性8、Mdm2 使 p53 不稳定，易被降解，并能直接抑制其反式激活活性（Mdm2 是癌基因） 第五章 信号转导细胞外信号通过与细胞表面的受体相互作用转变为胞内信号并在细胞内传递的过程称为信号转导(signal transduction)跨膜信号转导过程包括:1，胞外信号被质膜上的特异性受体蛋白识别，受体被活化；2，通过胞内信号转导物(蛋白激酶，第二
22、信使等 ) 的相互作用传递信号；3，信号导致效应物蛋白的活化，引发细胞应答（如激活核内转录因子，调节基因表达） 。第一节 胞内信使细胞内信使(intracellular messenger)是具有信息传递作用的一些小分子，也称为第二信使(second messengers)。一、cAMP环磷酸腺苷) ，生成: 腺苷酸环化酶催化 ATP 生成 cAMP;代谢: cAMP 磷酸二酯酶水解 cAMP 产生 5-AMP功能: ，1 激活蛋白激酶 A2 抑制蛋白磷酸酯酶二、cGMP(环磷酸鸟苷)生成酶:鸟苷酸环化酶代谢酶:cGMP 磷酸二酯酶功能:1 激活蛋白激酶 G 2 调控细胞膜离子通道三、三磷酸肌
23、醇（inositol triphosphate,IP3）和甘油二酯（diacyglycerol, DAG ）G-蛋白偶联受体激活磷脂酶 C 生成 IP3 及 DAG功能:1、IP3:开放胞内钙库，激活 Ca2+途径.2、DAD:在 Ca2+和磷脂酰丝氨酸存在下，激活蛋白激酶 C，四、钙离子细胞内钙离子主要贮存于胞内钙库(如肌细胞的肌浆网，SR)和线粒体中。细胞质膜两铡Ca2+跨膜梯度 :细胞外液胞浆胞浆内Ca2+ 的调节一通过 (质膜和钙库膜上的 )钙离子通道(进入) 和钙泵(出)，钙通道开放的条件:1 质膜或钙库膜去极化(可兴奋细胞 )；成 2IP3 介导钙库膜上钙通道开放(任何细胞).钙泵
24、激活.线粒体钙泵的作用.Ca2+功能:与钙调蛋白(calmodulin, CaM)结合形成 Ca2+?CaM 复合物:1 激活腺苷酸环化酶和磷酸二酯酶，2 激活 Ca2+?CaM 依赖蛋白激酶钙通道阻断剂及其临床应用。五、一氧化氮(NO)NO 合成酶催化 L-精氨酸生成 NO 和胍氨酸NO 合成酶(NOS)分类:1 神经元型(nNOS).2 内皮细胞型(ecNOS)3 诱导型（iNOS)功能:激活乌苷酸环化酶，刺激 cGMP 合成。NO 的生理病理作用第二节 蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶蛋白激酶(Protein kinase，PK)催化蛋白质的含羟基氨基酸(丝/苏和酪)的侧链羟基形成磷酸酯（ATP
25、的 磷酸基转移至氧）.蛋白质磷酸酯酶(Protein phosphatase，PPase)催化磷酸蛋白的磷酸酯键水解而去磷酸化。细胞内任何一种蛋白质的磷酸化状态是由蛋白激酶和蛋白磷酸酯酶的两种相反酶活性之间的平衡决定的。蛋白质可逆磷酸化的调节在信号转导过程中有重要作用，是细胞生命活动的调控中心。一、信号转导过程中的蛋白激酶一) 丝氨酸/ 苏氨酸蛋白激酶 (Ser/Thr PK)是一大类特异地催化蛋白质的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化的激酶家族，参与多种信号转导过程。1、蛋白激酶 A（PKA)-cAMP 依赖性蛋白激酶.PKA 由两个催化亚基 C 和两个调节亚基 R 所构成PKA 参与 cAMP 介导
26、的转录水平调控。PKA 的其它 (下游)底物:1 多种代谢相关酶 2 核内组蛋白和非组蛋白 3 膜蛋白等。2、蛋白激酶 C(PKC)-Ca2+激活的/磷脂依赖性蛋白激酶.调节:可被 Ca2+，DAG 和磷脂酰丝氨酸激活.TPA( 佛波酯) 也可激活.PKC 分子由 N-端的调节区和 C端催化区（亲水的蛋白激酶结构域）所组成。 PKC 有多种亚型(12 种).PKC 可激活 :1 受体，如 EGFR，胰岛素受体，细胞因子受体等。2 细胞骨架蛋白如 Map，Tau.2 膜蛋白，如 Na+-H+交换蛋白，Ca2+-ATP 酶等.核蛋白/转录因子，起始因子等，信号转导物如鸟苷酸环化酶，Raf-1 等.
27、3、Ca2+? 钙调蛋白依赖性蛋白激酶(Cam-PK)Cam-PKII 是一种多功能的蛋白激酶.4。cGMP 依赖的蛋白激酶(PKG)功能:调节胞内钙离子.5，DNA 依赖的蛋白激酶(DNA-PK)调节:结合游离 DNA 片段后被激活，底物:核内 DNA 结合蛋白和转录因子，如 SPl，Fos/Jun，Myc 和 P53，作用:1 参与 DNA 修复和重组 ,2 通过激活 TF 调节基因表达 ;3 参与细胞周期的关卡机制(Checkpoint).6.丝裂原激活的蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase， MAPK)调节:MAPK 激酶-MAPKK （MEK）
28、。下游底物:核内转录因子如 Myc，Jun，Ets 及其它胞内蛋白.(二)酪氨酸蛋白激酶（Tyrosine protein kinase，TPK)特异地催化蛋白质的酪氨酸残基磷酸化，蛋白质酪氨酸磷酸化在细胞生长，分化和转化的调节中起重要作用。1、经典的 src 激酶家族原癌基因 c-src 蛋白产物 Src 是一种酪氨酸蛋白激酶，它有三个基本结构域:从 C-端至 N-端依次为 SH1、SH2，SH3(SH=src homolog)。SHl 结构域:具酪氨酸激酶活性，SH2 结构域:能识别并结合含磷酸化酪氨酸的短序列，SH 结构域:通过脯氨酸和疏水性氨基酸残基与靶蛋白结合，Src 家族:包括原癌
29、基因 src，yes ，lyn ，fyn，lck，blk ，fgr，bcd 和 yrk 编码蛋白，它们都有TPK 活性.共同参与细胞转化的信号转导过程.SH2 结构域在信号转导途径中的重要作用:由于含 SH2 结构域的信号转导分子可以识别和结合其他含磷酸化酪氨酸的蛋白，因此，通过蛋白质的酪氨酸磷酸化/去磷酸化调节可以决定信号转导分子的结合与解离，从而导致信号的开启或关闭。2、JAK 嫩酶家族JAK(Janus kinase)激酶家族包括 Jakl，Jak2 ，Jak3，Tyk2 等，Jak 激酶具有一个 TPK 结构域和一个激酶样结构域，它们与 Src 的 TPk 激酶结构域具有同源性，但 J
30、aK 激酶没有 SH2，SH3 结构域；Jak 激酶主要参与细胞因子的信号转导.二、蛋白磷酸酯酶对磷酸化的调节(一)、丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酯酶 这类酶选择性地作用于含磷酸丝氨酸或磷酸苏氨酸残基的肽链，使之脱去磷酸基团并改变生物活性.主要成员:PPl，PP2A，PP2B，PP2C，等.PP2A，催化亚基及其功能. (二)酪氨酸蛋白磷酸酯酶(PTPase)蛋白质酪氨酸磷酸酯酶催化磷酸化酪氨酸残基的去磷酸化反应，与相应的酪氨酸蛋白激酶共同调节蛋白质的磷酸化水平，PTPase 家族可分为 2 类:1、胞质型(非受体型):小的可溶性蛋白，只有一个催化结构域，特点是合有 SH2 domain，如 PTP
31、lC， ，PTPlB 等. ，2.受体型(PTPR)，是大的跨膜蛋白，特点是有 2 个串联的胞浆催化结构域，如白细胞共同抗原 CD45，PTPlC(存在于造血细胞):N 端 2 个串联重复的 SH2 结构域 识别 Tyr?P，并指导蛋白与蛋白结合)，C 端为磷酸酯酶催化结构域。Jak 可作为 PTP1C 底物.PTPase 基因可能是肿瘤抑制基因.第三节 细胞膜受体介导的信号转导一、受体的分类质膜受体和胞内受体（胞浆或核受体，如类固醇激素受体）膜受体的分类:（一）G 蛋白耦联受体家族又称为七次胯膜受体家族，特点是具有七段跨膜的 螺旋结构，本身无酶活性，胞浆侧肽链上有磷酸化位点，受体功能受磷酸化
32、调节。成员；肾上腺素受体、多巴受体、视紫红蛋白等。（二）酪氨酸激酶受体家族受体本身胞浆侧有蛋白酪氨酸激酶活性，并且胞浆侧肽链上有自身磷酸化位点，配基结合后受体形成二聚体，二聚体中每个亚基可以磷酸化对应的另一亚基，从而启动信号转导。这类受体主要包括多数生长因子受体(如 IGF，EGF，PDGF，NGF，SCF，HGF 等生长因子的受体)，除胰岛素受体外，这类受体均由一条肽链组成 .(三)细胞因子受体家族这类受体本身无 TPK 活性，但其胞浆侧近膜部分有非受体酪氨酸蛋白激酶的结合位点，在配基与受体结合后，受体发生二聚化或寡聚化，并激活 Jak 族蛋白酪氨酸激酶.此类受体包括细胞因子受体以及生长激素
33、、促乳素等受体.细胞因子(cytokine):是淋巴细胞和造血细胞产生的一大类对细胞生长和分化有调节作用的蛋白因子。包括干扰素(IFN)、白细胞介素(IL) 、白血病抑制因子（ LIF） 、抑癌素 M 等 (但 IL-8R 为 G 蛋白藕联受体)(四)离子通道受体与配基结合后构成离子通道，主要存在于神经突触，如乙酰胆碱(ACH)，5-HT 受体等。二、G 蛋白介导的信号转导 。G 蛋白藕联受体的信号转导途径由三部分组成 :1 细胞膜受体；2G 蛋白 3 效应物(effector) ，其中 G 蛋白将受体与效应物藕联 .G-蛋白 (G-protein)是一种鸟苷酸结合蛋白，是由 、 和 三个亚基
34、组成的异三聚体， 多， 和 亚基总是紧密结合在一起作为一个功能单位 GG 亚基可分为 Gs,Go,Gi,Gq 等，其活性可被霍乱毒素（CT）或百日咳毒素（PT ）修饰。G-蛋白介导的信号转导的机制:G- 蛋白循环。G-pr 的效应物 :离子通道、腺苷酸环化酶、磷脂酶 C、磷脂酶 A2 等三、RAS-MAPK 信号转导途径1、途径中的信号分子Ras:具鸟苷酸结合活性的一种胞浆蛋白（与 G-蛋白不同）Ras 活性与其结合的鸟苷酸有关。鸟苷酸交换因子（SOS）Ras?GDP Ras?GTP(失活) GTP 酶激活蛋白（GAP） （激活） 接头蛋白:生长因子受体结合蛋白 Grb2，通过其 SH2 结构
35、域与 Tyr 被磷酸化的受体结合，同时通过其 SH3 域与具有 pro 富集区的 SOS 结合，并通过 SOS 活化 Ras 蛋白.2、Ras-MAPK 途径:生长因子生长因子受体(具酪氨酸激酶活性 ) 含有 SH2 结构域的接头蛋白(如 Grb2) 鸟苷酸交换因子 SOSRas-GTPRaflMAPKK（MEK ）MAPK转录因子调节基因表达。3.Ras-MAPK 途径的调节1Ras-MAPK 途径中信号转导分子的突变( 如 Ras)和表达量的改变.2 其他信号转导途径的影响cAMP-PKA:抑制 Raf-1； PKC:活化 Rafl，四、Jak-stat 途径 :STAT:信号转导物与转录
36、激活剂（ signal transducer and activators of transcription）至少 6 种，分子量 84-113KD，含一个 SH2 结构域(羧端)，一个 SH3 样结构域，并合有DNA 结合域，Stat 的激活依赖通过磷酸化形成二聚体.Jak-Stat 途径:细胞因子受体(二聚体化)JakStatStat 二聚体( 活化)易位至核，影响转录. ? =第六章 细胞周期及其调节细胞增殖(cell proliferation) 与细胞生长分裂周期 .第一节 细胞周期一、细胞周期(cell cycle):指亲代细胞分裂结束到子代细胞分裂结束所经历的过程，这个过程所需的
37、时间称为细胞周期时间。细胞周期由 G1、S 、G2 和 M 期组成(G1 、S 和 G2 期又合称为分裂间期)。G1(Gap1)期:DNA 合成前期(复制前期) ，从上次有丝分裂完成到 DNA 复制之前的阶段;S 期:DNA 复制期;G2 期:合成后期，从 DNA 复制完成至有丝分裂开始;M 期:有丝分裂(Mitosis)期，包括核分裂和胞质分裂.M 期结束后形成两个新的子细胞。注:1 不同细胞的细胞周期时间不同，一般 S+G2+M 期较恒定，而 G1 期变化较大，因而它决定了细胞周期时间的长短；2G1 期细胞有三种可能的趋向 :1)进入 S 期(即进入细胞周期 ).2)处于静止期即 Co 期
38、(在一定条件下可重新进入增殖周期)， 3)分化、衰老、凋亡。二、细胞周期中各时相的主要生化事件细胞周期中每期都有其特殊功能，其中 S 期的 DNA 复制和 M 期细胞核的有丝分裂是细胞周期中 2 个最关键的过程:1、G1 期:为 DNA 复制作准备，G1 早期合成各种 RNA、结构蛋白和酶等，细胞通过一个限制点(restriction point，R 点)后在 G1 后期合成 DNA 复制有关的蛋白和酶。在开始合成 DNA 之前有一个关卡(checkpoint)，检查染色体 DNA 是否有损伤，如有则先要进行修复。2、S 期:DNA(包栝端粒)的复制及组蛋白合成、核小体装配.S 期后每一染色体
39、复制成 2 个染色单体? SG2 期关卡: 检查 DNA 复制是否完成3、G2 期:为有丝分裂作准备.有 RNA 和非组蛋白合成。4、M 期:染色体浓缩一仿锤体形成 染色体分离并移向细胞两端染色体解聚，形成两个新核胞质分裂。第二节 周期素依赖性蛋白激晦与细胞周期调节周期素依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases，CDKs) 通过使特异底物磷酸化调节细胞周期进行，其活性依赖与周期素(cyclin)结合形成复合物。一、周期素-周期素依赖性蛋白激酶周期素家族和周期素依赖蛋白激酶(CDK)家族.细胞周期的不同时相表达不同 cyc-CDK，这些 cyc-CDK 复合物在各不同的细
40、胞周期过渡点起作用.1、G1 期 cyc-CDKG1 期表达的周期素为周期素 C、D（D1 、D2 、D3)和 E。D 族周期素主要与 CDK4(以及 CDK2、CDK5、CDK6)结合成活性的蛋白激酶复合物，对细胞通过 R 点(G0G1 过渡有重要作用。E 族周期素与 CDK2 形成复合物。cycE-CDK2 复合物调控 G1S 过渡。2、S 期和 M 朔 cyc-CDKscycA-CDK2:驱动细胞通过 S 期.cycB-cdc2:驱动 G2M 期过渡(cdc2 或 p34cdc2 即 CDKl).二、周期素依赖性蛋白激酶抑制物 (cyclin-dependent kinase inhib
41、itor，CKIs)CKls 通过与 CDKs 结合而抑制激酶活性，在细胞周期中起负调控作用.CKIs 一般按其分子量命名. :CKls 的分类:1、Kip/Cip 家族:包括三种结构相关蛋白 P21、P27、P57、特点是能结合并抑制大多数 cyc-CDK 复合物；P21(其它名称 WAFI/CIPl 等): 可被 P53 诱导转录，P21 抑制 cycDl-CDK4 和 cycE-CDK2，参与(由于 DNA 损伤诱导的 )P53 介导的细胞周期停止。P27 参与血清去除、接触抑制和 TGF- 等导致的细胞周期停止。2、 INK4 蛋白家族，包括四种相关蛋 P16、P15、P18 、P19
42、.特点:INK4 是 cycD-CDK4 和 cycD-CDK6 的专一性抑制剂，并与 CDK 单体结合。P15 可能参与 TGF- 诱导的细胞周期停止于 G1 期， 三、细胞周期调节因子与肿瘤 1、cyclin 和 CDKs 可能为原癌基因，其突变或过度表达可导致细胞转化。2、CKI 可能是广谱的肿瘤抑制基因，其失活导致 CDK 活性失调。p16(MTSl)在肿瘤中突变特点及其作用。第三节 细胞周期的其它调节机制生长因子、生长抑制因子、原癌基因(如，myc)和抑癌基因产物、蛋白质可逆磷酸化、蛋白水解等对细胞周期也有重要调节作用。一、pRB ， ?抑癌蛋白，分子量 106KD，其活性与磷峻化状
43、态有关:G0 及 G1 早期:pRB 非磷酸化，与转录因子 E2F-1 结合( 抑制转录)GF 等cycD-CDK4 及 cycE-CDK2 激活pRb 磷酸化( 失活)释放 E2FDNA 合成基因表达。二、p53抑癌蛋白(转录因子)，在细胞周期中的作用:参与细胞周期关卡 -DNA 损伤检查的关键蛋白(通过诱导 P21 转录使细胞周期停止于 G1 期)。三、细胞因子对细胞周期的作用.1.生长因子在细胞通郧点中的作用GFGFRRas-MAPKfos/jun 等基因表达cycD-CDK4 等表达pRB 磷酸化E2F 释放进入细胞增殖周期。2、生长抑制因子与细胞周期停止TGF- 使细胞周期停止于 G
44、1 期。四、泛有素(Ubiquitin，Ub)介导的蛋白水解作用周期素，周期素依赖性蛋白激酶抑制剂(如 P27)以及其它细胞周期调节蛋白均可通过泛有素介导的蛋白酶水解作用降解，这些按精确的时间顺序进行的蛋白水解反应在细胞周期的不同阶段起着重要的调节作用。 =第七章 细胞凋亡凋亡（apoptosis）, 程序性细胞死亡（ programmed cell death,PCD）生理性细胞死亡。第一节 细胞凋亡概论一、凋亡与坏死 apoptosis vs. necrosis）凋亡是一个受细胞主动调节的自身消化过程，凋亡细胞的特征形态学改变使其可被其它细胞吞噬而不泄露胞质内容物，不会引起炎症反应。坏死是
45、由于物理损伤、缺血或细菌毒素等引起的破坏性细胞死亡过程，细胞内容物的释放导致局部炎症反应。二、凋亡的生理功能1、 维持组织稳态平衡（homeostasis）,通过干细胞分裂产生新细胞的同时，选择性地除去那些损伤的或老的或多余的细胞。2、 清除不需要的免疫细胞。3、 神经元发育4、 个体发育三、凋亡细胞的形态学和生化特征1、 细胞皱缩（shrinkage）2、 质膜出泡（blebbing ）3、 染色质浓缩4、 DNA 裂解:核小体 DNA ladder5、 磷脂酰丝氨酸由质膜内侧翻转至外侧6、 凋亡小体的释放第二节 凋亡的分子机制一、细胞表面死亡受体细胞死亡受体家族的成员是一类跨膜蛋白，它们均
46、含有一个与配基结合的胞外结构域；一个跨膜域和一个转导胞外信号进入胞内的胞内结构域(死亡结构域) 。这此受体（如 Fas、TNF受体）同它们的配基结合后被激活并导致细胞凋亡。二、Bcl-2 家族对 B 细胞淋巴瘤的研究发现 bcl-2 是一种抗凋亡基因，进一步研究证明它与 ced-9 基因同源。1、 由于 8:14 染色体易位所致的 bcl-2 过度表达抑制肿瘤细胞凋亡。2、 与 Bcl-2 功能相似的有 Bcl-Xl, Bcl-w, Mcl-1, and A1 等，构成一个大的蛋白家族。3、 这些蛋白表达于线粒体、内质网和核被膜的外膜，Bcl-2 及其高度同源物 Bcl-xl 保护线粒体膜的完
47、整性。Bax-促进凋亡的 Bcl-2 家族成员:1、 与 Bcl-2 结合的蛋白，包括 Bax、Bak、Bik 、Bid、 Bim 和 HRK。2、 当在细胞中过度表达时促进凋亡，其杀细胞活性可被 Bcl-2 类蛋白拮抗。3、 抗凋亡蛋白和促进凋亡的蛋白如 Bcl-2 和 Bax 间的比率决定细胞对凋亡信号的敏感性。4、 Bax 可被 P53 上调，这是 DNA 损伤时 P53 诱导细胞死亡的一种方式。5、 这些蛋白通常存在于其它胞内隔室如胞浆中，在凋亡时移动进入线粒体。三、Caspase 蛋白酶-实施凋亡的蛋白酶1、 这是一族半胱氨酸（cysteine）催化的在天冬氨酸（aspartic a
48、cid）处裂解底物的蛋白酶（半胱天冬酶）2、所有 Caspase 先以无活性的酶原（procaspase）的形式合成，其激活过程包括 :1 二聚体化2caspase 自身序列裂解成小亚其和大亚基 3 除去 prodomain。3、最早发现的 caspase 为 IL-1 转化酶 (ICE=caspase-1) 它将 pro-IL-1 前体裂解成其活性形式。 ICE 基因转染导致细胞凋亡。此过程可被一种牛痘病毒蛋白 CrmA 抑制。 CrmA 抑制所有 caspase。4、已知该家族成员超过 12 个，虽然其中某些 caspase 参与白细胞介素的成熟，但大多数作用是激活凋亡 。通过在特异性 c
49、aspase 裂解位点(e.g. DEV D)处裂解靶蛋白，而使蛋白激活或失活，从而影响凋亡。例如:a. DFF -DNA fragmentation factor- cleavage of an inhibitory subunit activates this nuclease which cuts the DNA into a distinct ladder-likepattern and for chromatin to condense.b. PARP -Poly-ADP ribose polymerase, a DNA repair enzyme inactivated by caspasesc. nuclear lamin - causes nucleus to lose its structural integrity after cleavaged. cytoskeletal proteins -
