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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
DN
A
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)
③
5'-
端和
3'-
端非翻译区
(UTR)
④调控序列
(
可位于上述三种序列中<
/p>
)
绝大多数真核基因是断裂基因
(split
gene)
，外显子不连续。
断裂基
因：在真核蛋白质编码基因中发现的一种编码序列不连续的间断基因，亦即是在其核苷酸序列中间
插入有与氨基酸编码无关的
DNA
间隔区，使一个基因
分隔成若干个不连续的区段。
基因座位（
gene locus
）<
/p>
：指基因在染色体上的位置。经典的或说是传统的是把
locus
定义为基因，亦即
是遗传座位（
gen
etic
locus
）或染色体座位（
chromosomal loc
us
）
。现在普遍接受的概念是，能够用
某种特殊的方法确定的任何一个染色体位置，或者说染色体的一个区段，都可以叫做基因座位或染色体座
位。
重叠基因（
overlapping gene
）
：核苷酸编码序列彼此重叠的、编码不同蛋白质的两个或多个基因称为重
叠基因，又叫嵌套基因（
nested
g
ene
）
。它最早是在大肠杆菌噬菌体中发现的，后来在真核生
物中也发
现有此类基因。
标记基因（
marker gene
）
：指其染色体座位是已知的，并易于根据编码产物或杂交实验检测其存在的一
类独特的基因。标记基因可用作绘制新基因座位的参照点。
二、基因组
(genome)
：泛指一个有生命体、
病毒或细胞器的全部遗传物质，在真核生物，基因组是指一
套染色体（单倍体）
DNA
。或对真核生物而言，基因组就是指一个生物体的染色体所包含的
全部
DNA
，
通常又称为染色体基因组
。
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
3X10
9
(30
亿
bp)
，共编码约
2
万个基因。
每种真核生物的单倍体基因组中的全部
DNA
量称为
C
值，
与进
化的复杂性并不一致
(C-valueParadox)
。
人类基因组计划
(humangenom
eproject
，
HGP)
基因组
学
(genomics)
，结构基因组学
(structuralgenomics)
和功能基因组学
(functionalgenomics)
。
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<
/p>
(2
～
3
％
)
。
二、真核基
因组中
DNA
序列的分类
(
一
)
、高度重复序列<
/p>
(
重复次数
>10
5
)
卫星
DNA(Satellit
e 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，
④中度重复序列一般具有种属特异性，可作为
DNA
标记，
⑤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)LINES
②短散在重复序列
(Short interspersed
repeated segments)SINES
SINES
：长度
<500bp
，拷贝数
>10
5
，如人
Alu
序列。
LINEs
：长度
>1000bp(
可达
7Kb)
，拷贝数
10
4
～
10
5
，如人
LINEl
。
(
三
)
、单拷贝序列
(Unique Sequ
ence)
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
(a
ncestral
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
(t
andemly
repeated genes)
，如
rRNA
、
tRNA
和组蛋白的基因；
基因簇：基因家族中各成员紧密成簇排列成
大串的重复单位，定位于染色体的特定区域。它们属于同一个
祖先的基因扩增产物。也有
一些基因家族成员在染色体上排列并不紧密，中间还含有一些无关序列，但总
体是分布在
染色体上相对集中的区域。基因簇中也常常包括一些没有生物功能的假基因。
同源基因（
homologous genes
）
：来自不同生物，但编码着同样蛋白质产物的基因称同源基因。它们的
核苷酸序列往往相类似，因此可作为
DNA
杂
交探针使用。
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有些成员不产生有功能的基因产物，这种
基因称为假基因
(Pseudogene)
，
< br>Ψa1
表示与
a1
相似的假基<
/p>
因。
假基因分类。加工过的假基因
(processed
pseudogene)
。
典型的基因家族
1
< br>．
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
< br>～
40copy
。定位：
7q3
2
～
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
α
类：
16p13
，基因簇
(24Kb)
：
5?—δ—Ψδ—Ψα1—α
2—α1—3?
β
类：
11p15
，基因簇
(60Kb)
< br>：
5?—δ—
Gr
—
Ar
—Ψβ—δ—β—3?
四、超基因家族
(Super gene
family
，
Super family)
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
< br>
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%
已克隆的人基因含有
Alu
序列，
Alu
序列标志。
2
．可变数串联重复
(Variable
number
tamdem
rep
eat
，
VNTR)
，又称小卫星
DNA(minisatellite
DNA)
< br>。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)
。
因为小卫星
DNA
长度
上的变化，
容易落入方
便的
South
ern blotting
方法所能检测的范围内，不同个体的小卫星
< br>DNA
的细微差别可被检测，从而形
象地提供了每个人的
DNA
指纹
(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
< br>次
)
，
两侧为特异的单拷贝序列
，
人基因组中每
l0kbDNA
序列至
少一个
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<
/p>
．细菌
DNA
大部分为编码序列。
二、病毒基因组的特点
< br>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，
3X10
3
～
3X10
6
bp
；
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
RN
A
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)
，分裂期——染色体
(chromosome)
一、染色质的基本单位
< br>—
核小体
(
< br>一
)
、核小体
(nucleos
ome)
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
(<
/p>
长
180
～
21
0bp)
，核小体
DNALadder
。
(
二
)<
/p>
、组蛋白
(histone)
：一类小的
带有丰富正电荷
(
富含
Lys
，
Arg)
的核蛋白，与
DNA
有高亲和力。
组蛋白分类：
1
．核小体核心组蛋白，
H2A
，
H
2B
，
H3
，
H4
。分子量较小
(102
～
135aa)
作用：盘绕
DNA
形成核小体。
2
．
H1
组蛋白：较大
(220aa)
，作用：与
LinkerDNA
结合后利于核小体
稳定和更高级结构的形成。
二、染色质的高级结构
1
．
30nm
染色质纤丝，
2
．袢环结构
(looped
domain)
。
3
．细胞分裂期染色体
分裂期染色体
=
一对姐妹染色单体
< br>(Chromatid)
有丝分裂中期
46
条染色体按大小和形状排列的的光学显微镜图像称为人的染色体核型
(Ka
ryotype)
。
三、染色体的结构要素。
(
一
)
、着丝粒
(cen
tromere)
：细胞分裂时染色体与仿锤丝相连结的部位，为染色体的正常分离所必
需。
(
二
)
、端粒
(telomere)
：真核生
物线状染色体分子末端的
DNA
区域。
端粒
DNA
的特点：
< br>
1
．由富含
G
的简单串联重复序列组成
(
长达数
kb)
。人的端粒
DNA
重复序列
：
TTAGGC
。
< br>2
．端粒的末端都有一条
12
～
16
碱基的单链
3?
< br>端突出。
端粒的作用：防止
D
NA
末端降解，保证染色体的稳定性和功能
第二章
DNA
的复制、修复和重组
第一节
DNA
的复制
(DNA Replication)
一、
DNA
复制的基本特性
1
．半保留性
(Semi-
Conservative)Meselson-
Stahl
实验
2
< br>．双向复制
(
一般
)
复制起始点
(origin)+
两侧复制叉
=
复制单位
(
复制子
，
Replicon)
3
．半不连续性
(Semi-
discontinuous)
前导链
(leading
strand)-
连续合成
随从链
(Lagging
Strand)-
不连续，由岗崎片段
(okazaki
fragment)
连接而成。
二、
DNA
复制必需的成份
(
真核生物
)
1
．染色体<
/p>
DNA
复制必需三种核苷酸序列①复制起点②着丝粒③端粒。
2
．
RNA
引物
(RNA Primer)
，一般
8
～
14nt
，带
游离
3'-OH
形成磷酸二酯键。
<
/p>
3
．
DNA
解链
酶
(DNA Helicase)
，打开
DNA
双链。
4
< br>．增殖细胞核抗原
(Proliferating cell nuclear
antigen
，
PCNA)
，辅助催
化前导链合成。
5
．端粒酶
(Telomerase)
，末端复制问题。
端粒酶负责染色体末端
(
端粒
)
复制，
是由
RNA<
/p>
和蛋白质组成的核糖核蛋白，
其中的
RN
A
成分是端粒复制
的模板
(
因此端粒是逆转录酶
)
。作用
:
维持端粒长度。
端粒酶活性可
用基于
PCR
的
“TRAP”(Tel
omerase
repeat
amplification
protocol)
法测定
(Kim
，
Net
al.
，
science
，
266
，
2011
～
2014(1994) )
。
端粒与细胞寿命。
端粒、端粒酶与肿
瘤的关系：绝大多数恶性肿瘤具有端粒酶活性但端粒缩短，但也有约
5%
的肿瘤无端粒
酶活性且端粒较长。
端粒酶作为新的肿瘤标志和肿瘤治疗靶点。
< br>第二节
DNA
修复
(DNA
repair)
DNA
修复是维持基因组完整性的重要机制，
在保护基因组避免发生可能导致肿瘤或遗传疾病的突变中起
关键的作用。
引起
DNA
损伤的因素：<
/p>
1
．细胞内源性损伤因素：
DNA
复制错误；自发损伤包括碱基互变异构、碱基脱氨
(C
→
U
、
< br>A
→
I)
和碱基丢失等；氧化代
谢副产物如
活性氧物质
(Reactive oxygen s
pecies
，
ROS)
的攻击等。<
/p>
2
．环境中的损伤因素：
辐射
(
含紫外线、
X
射线
)
产生胸腺嘧啶二聚体；化学致癌物<
/p>
(
氧化脱氨，烷化剂或代谢活化物如苯并芘、黄
< br>曲霉素等产生碱基加合物
)
一、碱基切除修复
(Base excision
repair
、
BER)
该途径中最
关键的是必须通过一种糖苷酶
(glycosylase)
先除
去变异碱基
(
如被氧化、烷基化或脱氨的碱
基
)
，
该糖苷酶催化连接损伤碱基
与脱氧核糖之间的糖苷键水解，
释放游离碱基并在
DNA
中产生一个去碱
基位点，
然后由去嘌呤／去嘧
啶
(AP)
核酸内切酶、
DNA
聚合酶和
DNA
连接酶等利用相对的一条正常
链为
模板进行修补合成。
（
T
等于
5-
甲基
U
，
C
脱氨基生产
U<
/p>
，
5-
甲基胞嘧啶脱氨基生成
T
。
）
BER
途径中的重要糖苷酶：
(1)
尿嘧啶
DNA
糖苷酶
(UDG)
，从
DNA
中除去尿嘧啶碱基；
(2)3-
甲基腺嘌吟
(3MeA)DNA
糖苷酶，可修复烷化
剂产生的损伤；
(3)
负责修复
DNA
氧化损伤的糖苷酶
(
如
Fpg
／
MutMDNA<
/p>
糖苷酶
)
BER
是修复内源性
DNA
损伤
(
自发水解、烷基化和活性氧攻击
)
的主要途径，
因此对于降低自发突变的频
率、防止肿瘤发生有重要作用。
二、核苷酸切除修复
(Nucleotide
excision repair
，
NER)
首先由多聚体复合物识别损伤，再在损伤的两侧进行切除。随着
DNA
链被解开，包含损伤的单链片段释
放出来，留下的缺口由
DNA
聚合酶填补，
DNA
连
接酶封闭。该途径包括
20
种以上蛋白，可以修复紫外
辐射诱导的环丁烷嘧啶二聚体
(CPD)
和
(6-4)
光产物
((6-4)PPs)<
/p>
，以及一些化学物质产生的大加合物。
人的
NER
系统有关基因及其蛋白质产物功能。
NER
系统缺陷与着色性干皮病
(Xeroderma pigmentosum
，
XP)
NER
可再分为二条子途径：
(1)
全基因组修复
(Global
Genomic repair
，
GGR)
途径：修复整个基因组内的损伤，其效率取决于损伤
的化学特性、损伤部位的
DNA
序列和染色质结构。
(2)
转录藕联修复
(Trancsription-
coupled repair
，
TCR
，
)
：
特异地修复基因组中具有转录
活性
(
即表达
)
的基因的被转录
DNA
链上的损伤，该途径的特点是依赖
RNA
聚合酶
II
催化的转录，其中的一些蛋白是
普通转录因子
TFIIH
的亚基。
三、错配修复
(Mismatch repair)
DNA
在复制过程中发生错配，如果新合成链被校正，基因编码信息可得
到恢复，如模板链被校正，突变
就被固定。而细胞错配修复系统能够区分“旧”链和“新
”链。
Dam
甲基化酶可使
DNA
的
GATC
中腺
嘌
呤
N
6
位甲基化。复制后短时间（数分
钟）内
DNA
为半甲基化的
GATC<
/p>
序列，一旦发现错配碱基，即
将未甲基化的链切除，并以甲基化的
链为模板进行修复合成。
负责修复
DNA
复制过程中由于错误掺入而产生的错配。
STR
序列复制
-
模板链的滑动产生小的环状突出
(loop)
。
重复序列扩张
(expansion
)
或丢失：微卫星不稳定性
(microsatellite
instability)
。
中的
MMR
途径需要
mutS
，
mutH
，
mutL
和
uvrD
基因产物
和特异性核酸外切酶、
DNA
聚合酶
和
DNA
连接酶等。
在酵母和人类已鉴定
了
mutS
，
mutH
的多种同源物。
遗传性非息肉性结肠癌
(HNPCC)
基因缺陷。微卫星不稳定与肿瘤。新的肿瘤基因诊断标志。
四、重组修复
(Recombinant repair) <
/p>
修复
DNA
的两条链均受损伤的部位的双
链断裂或链间交连。
第三节重组
(recombination)
重组的本质是基因的重排或交换，即
2
个
DNA
分子间或一个
DNA
分子的不同部位间，通过断裂和重接，
交换
DNA
片段从而改变基因的组合和序列。
一、同源重组
(Homologous
recombination)
指
DNA
同源序列间的重组，常发生于两个较长的同源
DNA
片段或
同源染色体之间。可通过同源重组将
外源基因定位整合到细胞基因组中。
二、转座
(transposition)
可移动的
DNA
元件
(mobile DNA
elements)
——转座元件
(Transposable
element)
，它是指那些可在
DNA
分子内或
DNA
分子间转移的
DN
A
片段。转座元件的转移过程——转座。
转座的特点
:
1
．转座后原来位置的转座元件序列仍然保留，但同时又把新合成的
DNA
复本插入到另外一个位点。
2
< br>．转座过程需要转座酶
(transposase)
，它
催化断裂和重接两步连续的过程
(
需要
M
2+
)
3
．转座元件插入位置的两端有
3
～
12
bp
的正向重复序列
(
靶序列
)
，它是由于转座酶错位切割
DNA
造成
的，这种短正向重复序列是存在转座元件的特征。
转座元件的分类
①转座子
(transposon)
，通过
DNA<
/p>
复制而转移的转座元件。
②逆转座子<
/p>
(retroposon)
或返座子，通过
RNA
阶段实现转移的转座元件
(DNA
→
RNA
→
DNA
→插入新位
点
)
逆转座子例：
Alu
，
LINE1
< br>，逆假基因
(retro-pseudogene)
转座
的遗传效应
—
导致基因重排、插入、
缺
失。
第三章基因表达的调控
基因表达：<
/p>
DNA
→
mRNA
→蛋白质的遗传信息传递过程。
基因表达的调控。
转录单位（
transcription
unit
）
：位于转录起点和终止信号之间的
DNA
区段，它可以被
RNA
聚合酶转
录成一条连续的
RNA
链。
在真核生物中，
一个转录单位都只编码一个基因，
由此转录的
mRNA
叫单顺反
子
mRNA
，而在原核生物中，一个转录单位往往含数个基因
，由此转录的
mRNA
叫多顺反子
mR
NA
。
第一节基因的活化
基因的
“
开关
”—
染色质的活化
一、活性染色质的结构
间期核染色质：
异染色质
(heterochromatin)
，高度压缩
(
不转录
)
；
常染色质
(euchromatin)
，较为松散，
常染色质中约
10%<
/p>
为活性染色质
(
更开放疏松
)
。
活性染色质→←非活性染色质
二、活性染色质的结构特点
(
一
)
、
DNaseI
敏感性
转录活性
(
或有潜在转录活性
)
的染色质对
DNaseI
更敏感。
DNaseI
超敏感位点
(DnaseI
HyperSensitive Sites
，
DHSS) <
/p>
(
二
)
、组蛋白
H3
的
CyS110
< br>上巯基暴露，
三、活性染色质结构的形成
(
一
)
、核小体位相
(
Phased positioning)
1
．核小体的旋转
定位
(rotational positioning)
指
核小体核心与
DNA
双螺旋在空间结构中的相互关系，主要包括
DNA
双螺旋的大沟是面向还是背向核
心结构。
2
．核小体的平移定位
(translational positioning)
指核
小体与特定
DNA
序列的结合位置和方式，
特别是转录活性相关的
DNA
调控元件
(
启动子、
增强子等
)
序列与核小体的相互位置关系。
(
二
)
、组蛋白修饰
1
．
H1
组蛋白磷酸
化促进染色体包装，影响转录活性，
2
．核心组蛋白修饰乙酰化：常发生在组蛋白的
Lys
，一般活
性染色质是高度乙酰化的。
(
三
)
、
HMG
蛋白结
合
HMG(high mobility group)
蛋白
—
高迁移率蛋白，如
< br>HMG14/HMG17
，与核小体核心颗粒结合，有利
转录。
四、
DNA
< br>甲基化与基因表达。
(
一
)
、真核生物基因组
DNA
的甲基化
(Methylation)
哺乳动物基因
组中
5%
的
C
为甲基化
(mC)
，
mC
主要存在于
CpG
二核苷酸中。
CpG
二核苷酸序列常成簇聚集并零散地分布于人基因组
中，形成
CpG
岛
(CpG
islands)
。人基因组中约
每
10Kb
就有一个
CpG
岛。
CpG
岛常与基因相连
(
可作为寻找基因的标记
)
。
(
二
)
、
DNA
甲基化的转录抑制作用。
基因表达与甲基化呈负相关
基因甲基化状态：
1
．高度甲基化：基因为持续失活
(
如女性的一条
X
染色体
)
；
2
．诱导去甲基化：如组织或发育阶段特异
性表达基因；
3
．持续低水平甲基化
：具有转录活性
(
如持家基因
)
。
持家基因
(housekeeping
gene)
：
是指对所有类型组织细
胞在任何时候都需要其表达的基因，通常都是维持细胞基本生存所必须的基因，其
表达常
保持在固定的水平。又称为组成性基因
(Constitutive
gene)
。
(
三
)
、甲基化与基因组印迹
基因组印迹
(genomic imprinting)
：指基因表达活性只局限于来自双亲之一的基因版本。
被印迹
(imprinted)
的基因。
基因组印迹的机制
—
D
NA
高度甲基化
基因组印记与肿瘤。
第二节转录水平的调控
转录水平的调控是基因表达调控中最重要的环节。
一、真核基因转录基本条件：
特异性基因转录的基本条件包括：
①
启动子
(
特别是核心启动子
)
②转录模板
(
转录起始点
(+1)---
终止点
)
③
RNAPol
Ⅱ
④普通转录因子
(GTFs)
(
一
)
、启动子
(p
romoter)
与基因转录启动有关的一组
DNA
序列，一般位于
RNApoII
转录起始点上游
100
～
200bp
< br>以内，其功能
是决定转录的起始点和调控转录频率。启动子区域包括核心启动子和
启动子上游近侧序列：
1
．核心启动
子
(corepromoter)
是决定转录起始位置的关键
序列，也是普通转录因子
TF
Ⅱ
D
的结合位点，
①
TATA
盒
(TATAbox)
位于转录起始点上游
-25
～
-30bp
。
Goldberg-hogness
box
< br>：是许多真核生物基因的启动区中都存在的一种序列，类似于原核生物的
Prib
now
box
，由于该序列富含
A-
T
碱基对，故也称
TATA
盒。
RNA
聚合酶是结合在这段序列上，并从
通常
是位于下游约
30nt
的帽位点开始基因的转录。
②起始子
(initiator
< br>，
Inr)Inr
是与转录起始位点重叠的短的较保守序
列。
注：①不是所有基因都含有
TA
TA
盒或
Inr
序列。有的只有其中之
一，有的两者都无。
②这些核心启动子的序列和它们之间的间隔多变
2
．上游启动子元件
(Upstream
Promoter element
，
UPE)
位于较上游
(-30
～
-1
10bp)
，
能较强影响转录起始的频率，
如
CAAT
盒和
GC
盒。
其中
GC
盒是转录因子
SPl
的结合位点。
(
二
)
、
RNA
聚合酶Ⅱ
负责真核生物蛋
白编码基因的转录
(
产物
mRNA)<
/p>
，有
7
～
10<
/p>
个亚基，最大亚基的羧基末端结构域
(CTD
，
Carboxyl Terminal Domain)
具有
7
个氨基酸
(Tyr-Ser-
Pro-Thr-Ser-Pro-Set)
的重复序列，其中有多
个磷酸化位点。
CTD
磷酸化对调控基因转录有重要作用。
(
三
)
、基础转录因子
(basal transcription
factor)
真核基因转录除
RNA
聚合酶外还需要许多蛋白因子
—
转录因子参加，
其中一些转录因子是
RNA
聚合酶Ⅱ
转录起始必需的，并且可以维持基础水平的转录，因此称为基础转录因子或普通转录因子
(general
Transcription factor)
1
．
RNA
聚合酶
II
的普通转录因子
(TFII)
包括
TFIID
，
T
F
Ⅱ
B
，
TF
IIF
，
TFIIE
，
TFIIH
，
TFIIA
等。
TFIID
是由
TATA
盒结合蛋白
(TATA
binding
protein
，<
/p>
TBP)
和
8
种
TBP
协同因子
(TBP
associated
factor
，
TAF)
组成的复合物，
TFIID
可识别和结合核心启动子
(TATA
盒
和
Inr)
；
TF
Ⅱ
B
的
C
端与
TFIID
和
< br>DNA
的复合物结合，
N-
端与
TF
Ⅱ
F
协同
作用募集
RNA
聚合酶
II
，
再加上
TFIIE
，<
/p>
TFIIH
形成完整的转录复合物。
<
/p>
TFIIH
有蛋白激酶活性，可使
RNA
Pol
最大亚基
CTD
磷酸化，使转录
起始过渡到转录延伸。
TFIIA
有
助于
TFIID
与
TATA
盒核心启动子结合。
2
．
TAF
的作用
TFIID
中包括至少
8
种
TBP
协同因子，分子量为
30
～
250kD
，分别命名为
TAF
Ⅱ
-30
～
250
。
TAF
Ⅱ
150
识别起始子
(Inr
)
序列。
TAF
是基因转录调控的辅助因子，它的作用是通过与多种转录调控因子
(
激活物或阻遏物
)
的转录调控结构
域结合，而介导转录激活或抑制。
二、基因转录的顺式调控元件
顺式调控元件
(cis-regulating elemen
t)
是指对基因表达有调控活性的
DNA
序列，其活性只影响与其自
身同处于一个
DNA
分子上的基因。
顺式调控元件中的短核心序列：共
有序列或一致序列
(consensus
sequence)
。
(
一
)
、启动子
(prom
oter)
(
二
)
< br>、增强子
(enhancer)
能显著提高基因转录效
率的一类顺式调控元件
(
其核心序列常为
8
～
12bp)
。
< br>
增强子的作用特点：
1
．能
(
通过启动子
)
提高同一条链上的靶基因转录速率；
2
．增强子对同源基因或异源基因同样有效；
3
．增强子的位置可在基因
5?
上游、基因内或
3?
下游序列中；
4
．自身没有
5?
或
3?
方向性；
5
．增强子可远离转录起始点
(
最多
30Kb)
；
6
．增强子一般具有组织或细胞特异性。
(
三
)
、负调控元件
—
沉寂子
负调控
元件是能抑制基因表达的序列。如沉寂子
(silencer)
。
(
四
)<
/p>
、其它顺式调控元件
1
．应答元件
(responsive
elements)
或调控效应元件
真核细胞中对某些特定的环境作出应答的基因，常具有相同的顺式元件
—
应答元件。
应答元件能被在一些特定情况下表达的调
控因子识别
(
又称为可诱导的顺式调控元件／反式作用因子
)
。
2
．转座元件对基因表达的调控，
。
三、基因转录的反式作用因子
转录水
平的调控主要是通过与多种
DNA
元件结合的蛋白因子来实现。
反式作用因子
(trans-
acting
factor)
是通过识别和结合顺式调控元件
的核心序列而调控靶基因转录效率
的一组蛋白质。
反式作用因子对基因表达的调控可正
(
激活
)
可负
(
阻遏
)
。
(
一
)
、反式作用因子的结构：
结构域
(domain)
是指蛋
白质中可以具有独立的超二级结构的部分。通常由一个基因外显子编码，并可具
有特定的
功能。在较大的蛋白质中，多个结构域间可通过较短的多肽柔性区互相联接。
基序
(motif)
：一般指构成任何一种特征
序列的基本结构。作为结构域中的亚单元，其功能是体现结构域
的多种生物学作用。
1
．反式作用因子的
DNA
结合结构域
(DNA binding
domain)
中的几种常见基序：
①螺旋
/
转角
/
螺旋
(Helix-turn-helix
，
HTH)
基序
两段螺旋被一
短的转角结构分开，其中一段螺旋为
DNA
识别螺旋。
同源异形结构域
(Homeodomain<
/p>
，由同源异形盒编码
)
中含有
HTH
基序。具有
Homeodomain
的转录
调控蛋白在胚胎发育和正常细胞分化的基因表达调节中有重要作
用。
②锌指
(Zinc finge
r)
基序：也是一种常出现在
DNA
结
合蛋白中的结构基元。
由肽链的保守序列中的一对组氨酸加一
对半胱氨酸
(His2
／
Cys2)<
/p>
或
2
对半胱氨酸
(cys2
／
cys2)
与一个锌
离子形成配位键，这些氨基酸对之间的多肽链成环状突出并折叠成指形结构，多个指结构常串
联重复。
锌指族转录因子以二聚体形式同
DNA
上的顺式调控元件结合。
含锌指基序的转录因子：与
GC
盒结合的
SPl
、类固醇激素受体家族，抑癌蛋白
WT1
等。
③亮氨酸拉链
(Leucine-Zipper)
基序：出现在
DNA
结合蛋白和其它蛋白中的一种结
构基元（
motif
）
。
由一段每隔
6
个
Aa
就有一个
Leu
的
伸展肽链组成，这些周期性出现的
Leu
都位于
α
-
螺旋的同
—
侧面，
因此两条均含
Leu
拉链基序的蛋白质通过亮氨酸侧链的相互作用形成二聚体。
具
有亮氨酸拉链基序的转录因子：原癌基因
C-Jun/C-fos(APl
家族
)
。
④螺旋
-
环
-
螺旋
(Helix-loop-Helix
，
HLHt)
基序。
由
2
个
α
螺旋间
隔一个非螺旋的环
(loop)
组成。如原癌基因产物
C-myc
及其结合蛋白
Max
。
含
HLH
和
Leu-
拉链基序的转录因子的相似性：
①均至少含有一个
α
螺
旋，其中都有一侧亲水面和一侧疏水面，因此这两种基序又称为两亲
α
< br>-
螺旋基序。
②两类转录因子
均依靠
α
螺旋氨基端附近的碱性区
(<
/p>
带正电荷
aa
区
)
与
DNA
结合，因此又分别称为
bzip
和
bHLH(b=basic
，碱性
)
③两类转录因子活性都依赖于二聚体化
2
．反式激活结构域
(Transactivation
domain)?
是反式作用因子的
转录调控结构域，一般由
DNA
结合结构域外的
30
～
100
个
aa
组成。
常见的反式激活域有以下几种：
①酸
性
α
-
螺旋结构域
(acidica-Helix domain)
如
Jun
；
②富含谷氨酰胺结构域
(glutamine-rich do
main)
如
SPl
。
⑧富含脯氨酸的结构域
(proline-rich
domain)
。
(
二
)
、反式作用因子家族
<
/p>
同一类序列特异性转录因子一般由基因家族编码，它们的蛋白结构同源，并结合特异的顺式
调控元件，这
些蛋白组成一个反式作用因子家族。
1
．
POU
家族
这一家族中都有一个独特的
DNA
结合结构域
-POU
结构域。
POU
结构域包括：
N
端
POU
特异结构域
(POUs)+C
端
POU
同源异形结构域
(POUH)
。
< br>
POU
结构域是
Pit1
，
octl
／
oc
t2
和
unc86
等反式作用因子共有
的保守区，因此这类蛋白统称为
POU
结
构域蛋白。
2
．类固醇激素受体家族
包括：糖皮质激素受体
(GR)
，性激素受体
(ER
／
AR)
，
甲状素激素受体
(TR)
，维甲酸受体
(RAR)
，
VitD3
受体
(VD3R)
。这些受体位于胞质或核内，通过激活基因转录起作用。这
些受体的
DNA
结合结构域都含
有
2
个
Cys2
／<
/p>
Cys2
型锌指基序，
(
分别由
2
个外显子编码
)
，可识别
DNA
上的激素应答元件
(HRE
：
Hormone
responsive elements)
。
3
．
NF-
κB
家族
包括
RelA(P
65)
，
P60
，
RelB
，
C-Rel
，
P50
五种。主要是
P50
／
RelA
异二聚体。
胞质中
P50
／
Rel
A
；
IκB
抑制蛋白
< br>(
失活状态
)
→释放
IκB
而被激活→易位至核内→激活转录。
第三节转录后加工
在细胞核内对基因
产物
(mRNA
前体
)
进行各种修饰、
剪接和编辑，
使编码蛋白质的外显子部
分连接成为一
个连续的开放读框
(openr eading
frame
，
ORF)
的过程称为转录
后加工。
一、
mRNA
前体加工的分子机制
核内
mRNA
前体——异质性核
RNA(heterogeneou
s nuclear RNA
，
hnRNA)
< br>，
hnRNA
与蛋白质结合
形成
核异质性核糖核蛋白
(hnRNP)
，
mRNA
前体的加工在
hnRNP
上进
行。
(
一
)
、
5?
-
端加
帽
(capping)
—
mRNA<
/p>
前体的
5?
-
端
加甲基化鸟苷
(m7pppN)
5?
端
m7G
帽子结构的作用：
1
．使
mRNA
更稳定
2
．增加蛋白质合成的效率
3
．帽子结构对
mRNA
前体的剪接是必需的
(
二
)
、
3?
-
端接多聚腺苷
(poly(A))
—
在
mRNA
前体
3?
端接上一个约
200
～
250
个腺嘌呤核苷酸
(A)
的尾
巴。
poly(A)
尾巴的作用：
1
．有利于
mRNA
通过核孔；
2
．参与稳定
mRNA
；
3
．增强翻译效率。
PolyA
signal
：高等真核
生物（酵母除外）的细胞和病毒
mRNA
在靠近
3
’端区都有一段非常保守的序
列
AAUAAA
，这一序列离多聚腺苷酸加入位点的距离不一，大致在
11
～
30
个
nt
范围内。一般认为，这
一序列为链的切断和多聚腺
苷酸化提供了某种信号。
(
三
)
、
mRNA
前体的
剪接
剪接
(splicing)
——从最初转录产物中剪除内含子，并将外显子连接的过程。
1
．真核内含子的序列特征：
真核内含子总是由
GU
开始，以
AG
结束，
内含子的
5?
-
端剪接点
(
供位
)
和
3?
-
端剪接点
(
受位
)
，以及内含子中的一个内部序列分支点
< br>(branch
site)
是
mRNA
前体正确剪接所必需的。
2
．
mRNA
前体的剪接机制
剪接过程由二步连续的转酯反应组成。该过程中产生一个套索状中间体<
/p>
(lariat intermediate)
，结果使
2
个原先被分隔的外显子连接。
3
．剪接体
(spliceosome)
细胞核内的小分子
RNA(
一般
≤300
碱基
)
—
SnRNA(small
nuclear
RN
A)
，包括
U1
～
U6
等。
snRNA
与特异的蛋白
质形成复合物
SnRNP
。
mRNA<
/p>
前体与
snRNP
形成的复合物
—
剪接体。
mRNA
前
体的剪接
通过剪接体进行。
U2
，
U6
，
U4
／
U6SnRNP
等是活性剪接体的主要成份。
(
四
)
、
RNA
编辑
(RNA
editing)
是一种与
mRNA
剪接不同的加工方式，指
mRNA
在转录后因插入、缺失或核苷
酸的替换，改变了
DNA
模板来源的遗传信息，
从而翻译出氨基酸序列不同的多种蛋白质，
RNA
编辑
的例子：
apo-B
（载脂蛋白
B
）
的编辑：
C
→<
/p>
U
替换。
二、内含子的选择性剪接
选择性剪接
(alternative splicing)<
/p>
：在
mRNA
前体的剪接过程中，参加剪
接的外显子可以不按其线性次
序剪接，内含子也可以不被切除而保留，即一个外显子或内
含子是否出现在成熟
mRNA
中是可以选择的，
这种剪接方式称为选择性剪接。此外，不同的启动子或不同的
poly(A)<
/p>
加尾位点的选择，也可看作选择性
剪接。
选择性剪接的主要方式。
由来自一个
基因的
mRNA
前体因选择性剪接而产生多种
< br>mRNA
，并翻译出的不同蛋白质，称为同源异构
体
(isoform)
。
>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，
< br>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：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?
-U
TR
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
< br>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
U
A
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
3?
-U
TR
结构
1
．
poly(A)
尾增加
mRNA
稳定性，
2
．<
/p>
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-<
/p>
、
O-)
；
<
/p>
2
．蛋白质前体的切割和成熟。
Prop
rotein
→
protein
。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
α
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。
如
SV40T
抗原：
pro-lys-lys-lys-Arg-
lys(127
～
132)
第四章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<
/p>
，
V-onc)
。
细胞癌基因
(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)
< br>，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，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 line)
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：
1
．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<
/p>
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<
/p>
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，
产生一个具有致癌活性的融合蛋白，
如
t(9
：
22)
使
c-ab
l
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<
/p>
)
、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-er
bB
，
c-net
。
< br>
(
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，在信号转导途径中有着重要的作
用。
原癌基因产物可作为：
1
．生长因子，如
sis(PDGF-
β)
，
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
，
e
rbB
，
trk
，
fms
，
ros-1
等。
3
．非受体酪氨酸蛋白激酶
< br>(
质膜／胞质
)
如
src
家族：
src
，
syn
，
fyn
，
abl
，
lck
，
ros
，
yes
< br>，
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<
/p>
家族中的
H-ras
，
< br>K-ras
，
N-ras
，以及
mel
和
ral
等。
6
．核内
DNA
结合蛋白
(
转录因子
)
如
myc
家族，<
/p>
fos
家族，
Jun
家族，
ets
家族，
rel
，
erbA(
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，而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)
，
LOH
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两种变为一<
/p>
种，即等位基因型由杂合子变为纯合子。
LOH
< br>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
抑癌基因
p53
人
< br>P53
基因定位：
17P13
，
11
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
G
→
T
，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
DN
A
结合域；②
N
端转录激活域；③
C
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，<
/p>
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
ckip21
，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。
< br>7
．正常情况下
p53
以低水平
存在，半衰期短。
DNA
损伤稳定
P5
3
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
(signa
l
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<
/p>
(
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 messenge
r)
是具有信息传递作用的一些小分子，也称为第二信使
(se
cond
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
A
②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
<
/p>
功能：①激活蛋白激酶
G
②调控细胞膜离
子通道
三、三磷酸肌醇
(inosi
toltriphosphate
，
IP3)
< br>和甘油二酯
(diacyglycerol
，
DAG)
G-
蛋白偶联受体激活磷脂酶
Cβ
生成
IP3
及
DAG
功能：
1
．
IP3
：开放胞内钙库，激活
Ca<
/p>
2+
途径。
2
．
DAD
：在
Ca
2+
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
[Ca
2+
]
跨膜梯度
：细胞外液
>>
胞浆
胞浆内
[Ca
2+
]
的调节——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
)
；
②
IP3
介导钙库膜上钙通道开放
(
任何细胞
< br>)
。
钙泵激活。线粒体钙泵的作用。
Ca
2+
功能：与钙调蛋白
(calmod
ulin
，
CaM)
结合形成
Ca
2+
CaM
复合物
：
①激活腺苷酸环化酶和磷酸二酯酶，②激活
Ca
2+
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
kina
se
，
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
的
γ
磷酸基转移至氧
)
。
蛋白质磷酸酯酶
(Protein phospha
tase
，
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
< br>(
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)-Ca
2+
激活的
／磷脂依赖性蛋白激酶。
调节：可被
Ca
2+
，
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，
Ca
2+
-ATP
酶等。
④核蛋白／转录因子，起始因子等，
<
/p>
⑤信号转导物如鸟苷酸环化酶，
Raf-1
等。
3
．
Ca
2+
钙调蛋白依赖性蛋白激酶
(C
am-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
SP
l
，
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-
activatedproteinkinase
，
MAPK)
调节：
MAPK
激酶
< br>-MAPKK(MEK)
。
下
游底物：核内转录因子如
Myc
，
Ju
n
，
Ets
及其它胞内蛋白。
(
二
)
、酪氨酸蛋白激酶
(Tyrosineproteinkinase
，
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=srchomolog)
。
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。
<
/p>
2
．
JAK
激酶
家族
JAK(Januskinase)
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
JaK
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<
/p>
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
SH2d
omain
，如
PTPlC
，
PTPlB
等。
2<
/p>
．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
，
PT
PlC(
存在于造血细胞
)
：
N
端
2
个串联重复的<
/p>
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
P
TP1C
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：
(
< br>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
α
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
< br>，
EGF
，
PDGF
，
NGF
，
SCF
，
HGF
等生长因子的受体
< br>)
，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、
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；②
G
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
α
、
β
和
γ
三个亚基组
成的异三聚体，
β
和
γ
亚基总是
紧密结合在一起作为一个功能单位
G
βγ
。
Gα
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
)<
/p>
。
Ras
活性与其结合的鸟苷酸有关。
鸟苷酸交换因子
(SOS)
。
RasGDP(
失活
)
，
RasGTP(
激活
)
——
GTP
酶激活蛋白<
/p>
(GAP)
。
接头蛋白：生长因子受体结合蛋白
Grb2
，通过其
SH2
结构域与
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
< br>(
如
Grb2)
→鸟苷酸交换因
子
SOS
→
Ras-GTP
→
Rafl
→
MAPKK
(MEK)
→
MAPK
→转录因子→调
节基因表达。
3
．
Ras-
MAPK
途径的调节
①
Ras-MAPK
途径中信号转导分
子的突变
(
如
Ras)
和表达量的改变。