第十三章细胞的信号转导与信号传递系统doc.docx

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第十三章细胞的信号转导与信号传递系统378

信号转导连锁级联反应激素受体信号传的递级联反应G蛋白第二信使A激酶钙调蛋白钙泵（Ca2+ATP）CaM激酶PKC（C激酶）磷脂酶CRas蛋白

简述肌醇酯信号通路.

第一节信号细胞与靶细胞

信号分子多种多样：

蛋白质、小肽、氨基酸、核苷酸、类固醇、类视黄素、脂肪酸衍生物以及溶解的气体NO、CO等。

一、信号分子与信号细胞

信号分子按其作用的性质分类：

4

二、靶细胞

靶细胞与信号分子反应过程特征：

（一）专一识别信号有的只对分化信号起作用，有的只对增生信号起作应，有的只对功能信号起作用

（二）反应差异

（三）靶细胞中的受体1.胞内受体2.表面受体蛋白：

1.胞内受体

主要是疏水性信号小分子（脂溶性信号分子）：

类固醇、甲状腺激素、类视黄醇、维生素D、皮质醇等。

可以直接穿过质膜脂双层进入靶细胞内部，与细胞内受体结合，激活受体。

受体被激活后均可同配体所调解的基因相邻近的专一DNA序列结合。

大多情况下激活基因转录需要2步进行：

各类受体的作用机制：

激活或抑制基因转录的机制？

激素信号分子穿过质膜后进入细胞都不直接激活基因的表达，而是通过细胞内信号传递系统发生信号传递级连反应途径后，最后激活基因的表达。

2.表面受体蛋白

多有亲水性信号分子：

包括神经递质、蛋白质激素、蛋白质生长因子。

作用部位：

细胞膜表面的受体。

表面受体根据传导机制分为三类：

离子通道关联受体G蛋白关联受体酶关联受体

（1）离子通道关联受作用机制？

（2）G蛋白关联受体作作用机制？

（3）酶关联受体机制：

受体自身具有酶的催化活性或者可以与酶结合在一起。

受体外端具有酶结合部位，内部有催化部位。

第二节细胞内信号传递的基本原理

一、胞内信号传递的级联反应

级联反应地原理：

信号传递级联反应链的蛋白质分为两类：

1.可被蛋白质激酶磷酸化的蛋白质2.在信号诱导下同GTP结合的蛋白质。

反应链中的两类蛋白质激酶：

1.丝氨酸/苏氨酸激酶2.酪氨酸激酶

二、细胞对细胞外信号反应的不同速率

细胞外信号引起的快反应：

通过激活的蛋白质激酶催化胞内某些蛋白质的丝氨酸或苏氨酸磷酸化，从而改变细胞行为。

细胞外信号引起细胞慢反应的一般步骤：

涉及到基因表达。

激素——7次跨膜的受体——G-蛋白——腺苷酸环化酶——cAMP——A激酶——基因调节蛋白——基因表达

第三节G蛋白关联受体与G蛋白

一、G蛋白的结构与活性变化：

G蛋白的作用原理：

G蛋白的活性变化可以分为三个步骤：

二、G蛋白在信号传递中的功能

（一）调节离子通道调节K+离子通道的开关心率的原理

（二）激活腺苷酸环化酶原理

（三）.激活磷脂酶C

三、胞内信号传递与第二信使

1.cAMP信号传递途径原理cAMP发挥各种效应主要是通过激活一种cAMP依赖蛋白质激酶来实现，该酶称为Ａ激酶。

2.细胞内的钙信号

细胞内钙离子浓度升高的生理功能：

作用原理CaM的作用原理

钙调蛋白？

作用机理：

Ca2+对钙调蛋白的激活类似于cAMP对激酶的别构激活，所不同的是Ca2+/钙调蛋白无酶活性，它只可与别构的靶蛋白结合，改变靶蛋白的活性。

靶蛋白包括酶蛋白和膜运输蛋白。

质膜上的Ca2+-ATP酶即是一种可被Ca2+/钙调蛋白激活的Ca2+泵。

然而大多数Ca2+/钙调蛋白依赖蛋白质激酶才发挥作用，后者是CaM激酶。

3.肌醇磷脂信号传递途径原理

信号分子与G蛋白关联受体结合，激活G蛋白，G蛋白再激活磷脂酶C，磷脂酶C再将磷脂酰肌醇-二磷酸（PIP2）切成肌醇三磷酸和二脂酰甘油。

肌醇三磷酸离开质膜，细胞质中迅速扩散，结合到内质网上的肌醇三磷酸门Ca2+释放通道，引起释放Ca2+。

Ca2+又反馈结合到释放通道上，更加强化了Ca2+的释放。

二酰甘油激活蛋白激酶C。

C激酶是Ca2+依赖性的，在Ca2+的刺激下C激酶发生改变，C激酶便由细胞质溶质转移到质膜的细胞质面。

C激酶再激活一条蛋白质激酶级联反应链。

第四节酶关联受体信号传递途径

酶关联受体的结构与分类：

一、鸟苷酸环化酶性受体

二、酪氨酸激酶性受体原理

三、酪氨酸激酶关联性受体

四、酪氨酸磷酸酶性受体

五、丝氨酸／苏氨酸激酶性受体

第十四章细胞的基因表达和蛋白质的生物合成

DNA的遗传特性主要表现在4个方面：

1.贮存遗传物质2.传递遗传物质3.突变4.复制

第一节细胞中的遗传物质

一、原核细胞中的遗传物质

多顺反子mRNA？

二、真核生物的遗传物质

第二节细胞内遗传物质的复制与扩增

一、原核生物的DNA复制

（一）半保留复制

（二）DNA聚合酶

大肠杆菌有3种DNA聚合酶？

1.DNA聚合酶Ⅰ的功能？

1.多核酸链5ˊ—3ˊ的方向延长2.3ˊ—5ˊ的外切酶活性3.5ˊ—3ˊ的外切酶活性4.非主要的复制酶，主要是修复酶

2.DNA聚合酶Ⅱ的功能1.5ˊ—3ˊ的聚合酶活性2.3ˊ—5ˊ的外切酶活3.主要功能是修复DNA损伤

3.DNA聚合酶Ⅲ的功能？

1.1.5ˊ—3ˊ的聚合酶活性2.3ˊ—5ˊ的外切酶活3.是大肠杆菌的主要复制酶

（三）DNA复制的基本过程

DNA复制起始过程？

需要哪些元件的参入？

1.解旋酶打开双链DAN氢键解旋酶分解ATP的活性依赖于单链DNA的存在

2.单链结合蛋白SSB蛋白结合到单链DNA上有助于DNA链取直，有助于复制时DNA的配对。

3.Rep蛋白有解链酶的作用

4.拓扑异构酶Ⅰ可以在DNA双螺旋的一股上造成切口，通过酶的酪氨酸同切口5ˊ端的磷酸二酯键共价结合，磷酸二酯键原有的能量就被贮存到磷酸酪氨酸链中。

切口两端的联可以绕相对的互补链旋转，使DNA双链的螺旋紧张性松弛。

在复制叉前方松弛了的这一段DNA片段就能复制，以后切口两端又重新封闭形成磷酸二酯键。

5..拓扑异构酶Ⅱ被DNA双螺旋的交叉所激活，而与一条DNA双螺旋的两股链形成共价键，造成切口。

在酶构相的牵引下，使另一DNA双螺旋穿过此切口，随后，此双链切口重新封闭。

6.RNA引物引物酶作用下

7.复制体的结构全酶二体引发体解旋酶

DNA聚合酶Ⅲ全酶至少是由10种不同的蛋白质亚基组成（αΤγδβ等）。

核心酶：

其中α、ε、θ构成核心酶。

α亚基具有催化活性的聚合酶亚基，是DNA合成的主要成成分。

ε亚基具有3ˊ—5ˊ外切酶活性；

θ亚基与核心酶的装配有关；

核心酶单独存在时，持续性较差，一般只合成10来个亚基。

β亚基对持续合成具有重要作用，2个β组成环形结构，称为夹环；

γ复合物起夹环装卸器的作用，装卸器利用水解ATP的能量促使夹环与DNA双螺旋结合，夹环就像一个封闭的环稳定套住DNA链，称作滑动夹环；

DNA的滑动夹环机制？

二、真核生物的DNA复制

（一）多点复制与复制子

复制子？

复制子的特点？

1.只有起始点没有终止点

2.DNA复制时所有复制点大都同时起步

3.双向复制，相邻复制子汇合完成复制

4.多个复制子

5.复制起点有专一的核酸序列，含有回文结构，回文结构内部存在互补碱基序列，故通过碱基配对形成1个或2个发夹结构，发夹环是DNA双螺旋结构的不连续区，他可以为蛋白质所识别。

发夹环可作为DNA或RNA因物的模版和核酸的切割部位，以及解旋蛋白质的作用部位。

（二）真核生物的DNA聚合酶

真核生物5种DNA聚合酶的不同特点？

p413

DNA聚合酶α：

起始新链合成；

DNA聚合酶δ：

聚合酶活性，使两股新链继续延伸，同时具有3—5外切酶活性，聚合的主要酶；

DNA聚合酶β：

与DNA修复有关；

DNA聚合酶γ：

参与线粒体DNA的复制；

DNA聚合酶ε：

具有3—5外切酶活性，又是染色体复制所必需。

（三）DNA复制与核小体

DNA复制时核小体的组装？

1.DNA复制时，复制区的DNA链暂时与组蛋白分开，复制后的子链再重新构成核小体；

2.染色质装配时需要几种非组蛋白参加，例如爪蟾提取到的核质蛋白，其功能是催化库中的组蛋白加到DNA上；

3.组蛋白的化学修饰也是影响染色质装配的必要因素，如组氨酸氨基的乙酰化和甲基化，组氨酸和精氨酸的甲基化，可以中和NH4+的正电荷；又组氨酸和丝氨酸的羟基可发生磷酸化，使磷酸基上带上负电荷；

4.合成新的组蛋白加到染色质上，所以组蛋白的合成和DNA的复制同步进行。

5.核小体的核心组蛋白是八聚体对称排列，均可以分为：

H2A，H2B，H3，H4。

（三）核基质在DNA复制中的作用

1.DNA复制时发生在由中心支架伸出的DNA环基部，支架是由非组蛋白组成的核基质；

2.染色质是以袢环的形式结合到核基质上的；

3.DAN含有与核基质结合的专一序列，并成为核基质结合区MAR；

4.该序列结构含有拓扑异构酶Ⅱ的酶切位点；

核基质在DNA复制中的作用？

（四）端粒的复制

端粒的复制机制？

p

DNA复制的要素？

6点？

三、DNA复制的其他类型

1.滚环式复制过程？

2.D环复制过程？

四、基因扩增

基因扩增？

第三节转录——基因表达的核心步骤

转录需要具备的4个条件？

一、RNA聚合酶

（一）原核生物RNA聚合酶

1.大肠杆菌中只含有一种RNA聚合酶，负责所有mRNA、tRNA和rRNA的合成；

2.RNA聚合酶全酶由5个亚基组成两条α链，1条β链，1条βˊ链，一条链。

3.σ链负责模板链的选择和转录起始，使酶专一性识别模般上的启动子，转录结束时全酶释放出σ，而结合上ρ因子，转录终止；

4.核心酶两条α链，1条β链，1条βˊ；负责转录由全酶所识别的DNA模板；

5.β亚基对RNA聚合酶的功能极为重要，它参入RNA合成、终止信号的识别而且与结合核苷酸底物有关，并催化磷酸二酯键的形成；

6.βˊ亚基可使聚合酶结合到DNA模板链上；

7.α亚基常以二聚体形式存在，参与全酶同启动子的结合；

大肠杆菌RNA聚合酶的结构？

及各部分的主要作用？

（二）真核RNA聚合酶

真核生物中有3种RNA聚合酶？

他们的分布与功能？

和原核转录相比的特点：

1.RNA聚合酶种类多

2.转录时还需要很大一组蛋白质（转录因子）的协助，才能开始转录；

3.基因调节蛋白（阻遏物和激活物）同很多个分散的DNA调节序列结合，对同一个转录区进行调控；

二、mRNA、rRNA和tRNA的合成

（一）信息RNA合成

1.原核生物的mRNA的合成

原核生物启动子的结构特点？

终止子的结构特点？

不依赖ρ因子的终止序列特点？

依赖ρ因子的终止序列特点？

转录的mRNA的基本结构形式？

先导区、尾随区和SD序列？

2.真核生物的mRNA合成和加工

真核生物mRNA的结构特点？

5ˊ-M7G-ppp

真核生物mRNA内含子剪接体的结构特点？

1）真核生物前体mRNA的内含子5ˊ和3ˊ的剪接位点各有一个共有序列称为GU-AG规则，是剪接的识别位点；

2）内含子内部3ˊ上游18-40核苷酸处还有一个保守的共有序列，其中第三个A是剪接反应中分支点所在处；

3）还需要有小分子snRNA和多种蛋白质组成的剪接体来执行剪接任务，组成剪接体的snRNA有U1、U2、U4、U5和U6等5种。

4）剪接过程分为三步，U1通过碱基互补的方式与mRNA内含子5ˊ剪接位点的序列配对结合，随之U2辅助因子识别该内含子的3ˊ剪接点，并辅助U2结合到分支点上组成剪接前体；

5）剪接过程第一步，靠近内含子3ˊ分支点的A的2‘羟基攻击内含子5’剪接点的G，发生第一次转酯反应；

6）第二步的转酯反应是由上游外显子游离3‘端以其3’OH攻击第二个外显子序列的起始点，再由分支酶在内含子3‘剪接点切开RNA分子，使内含子以索套状分离，两个外显子连接。

假基因？

链内某些核苷酸的甲基化作用？

（一）核糖体RNA的合成

1.原核生物前体rRNA的合成加工

原核生物rRNA的结构特点？

即其基因的排列方式？

16SrDNA——tDNA——23SrDNA——5SrDNA——tDNA

2.真核生物前体rRNA的合成加工

真核生物rRNA的结构特点？

即其基因的排列方式？

18S、5.8S、28SDNA存在于核仁组织区

（三）tRNA的合成和修剪

1.细菌和一些真核生物所共有的结构特征：

5条

2.转录后的tRNA前体整个加工过程的主要变化有：

1）修剪2）加CCA序列3）修饰

（四）小核RNA（snRNA）

小核RNA的特点：

主要功能：

第四节翻译与蛋白质的生物合成

一、mRNA、tRNA和核糖体在蛋白质合成中的作用

（一）作为模板的mRNA

简并性：

（二）核糖体

1.多核糖体

2.不悬浮于细胞质中而是直接或间接同细胞骨架或内质网结合

3.核糖体是一个多酶的聚合体

4.核糖体至少包含5个活性中心

mRNA结合部位、AA-tRNA结合或接受部位、结合或接受肽基tRNA的部位、肽基转移部位、肽键形成部位肽键延伸的各种延伸因子结合部位

（三）tRNA—翻译中氨基酸的载体分子

tRNA分子结构的专一识别功能的4个专一性部位：

1.氨基酸附着部位：

即3端的CCA序列；

2.氨基酸激活酶识别部位—D环，可识别专一的氨酰基tRNA的合成酶

3.核糖体识别部位T环，此环中的序列可与核糖体5srRNA上的相应序列互补；

4.密码子识别部位；

二、与肽链合成有关的可溶性蛋白质因子

（一）起始因子

原核生物中：

1.三元复合物：

小亚基—mRNA—甲硫氨酸－tRNAimet

2.起始因子帮助起始三元复合物的形成

3.3种起始因子即IF-1，IF-2，IF-3，IF-1促进IF-2和IF-3的活性，IF-2协助fMet-tRNAfmet与30S亚基结合，IF-3促进mRNA与30s结合。

（二）延伸因子

原核生物3种延伸因子：

EF-Tu，EF-Ts，EF-G。

EF-Tu：

负责把氨酰基tRNA的A位

EF-Ts：

是使EF-Tu.-GDP生成EF-Tu.-GTP再重新参加肽链的延伸，

EF-G：

负责将肽基-tRNA从A位转移到p位。

（三）释放因子

释放因子的功能：

识别mRNA上的终止密码子，终止肽链合成并释放密码子；

释放因子有三种：

RF-1，RF-2，RF-3。

RF-1能识别UAA和UAG，RF-2能识别UAA和UAG。

三、多肽链的合成过程

（一）翻译的起始

1.氨基酰tRNA合成酶活化氨基酸以及活化氨基酸与tRNA的结合。

反应完成后，特异的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羟基与相应的活化氨基酸以酯键相连接，形成氨基酰tRNA。

（1）起始阶段①30S起动复合物的形成。

在IF促进下，30S小亚基与mRNA的起动部位，起动tRNA（tRNAfmet），和GTP结合，形成复合体。

②70S起动前复合体的形成。

IF3从30S起动复合体上脱落，50S大亚基与复合体结合，形成70S起动前复合体。

③70S起动复合体的形成。

GTP被水解，IF1和IF2从复合物上脱落。

⑵肽链延长阶段：

①进位：

与mRNA下一个密码相对应的氨基酰tRNA进入核蛋白体的受位。

此步骤需GTP，Mg2+，和EF参与。

②成肽：

在转肽酶的催化下，将给位上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上的氨基酰tRNA上，与其α-氨基缩合形成肽键。

给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核蛋白上脱落。

③移位：

核蛋白体向mRNA的3'-端滑动相当于一个密码的距离，同时使肽酰基tRNA从受体移到给位。

此步骤需EF（EFG）、GTP和Mg2+参与。

此时，核蛋白体的受位留空，与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。

⑶肽链终止阶段：

核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位。

①识别：

RF识别终止密码，进入核蛋白体的受位。

②水解：

RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。

③解离：

通过水解GTP，使核蛋白体与mRNA分离，tRNA、RF脱落，核蛋白体解离为大、小亚基。

四、新生蛋白质的加工

⑴N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：

N端甲酰蛋氨酸是多肽链合成的起始氨基酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。

其过程是：

①去甲酰化；②去蛋氨酰基。

⑵氨基酸的修饰：

由专一性的酶催化进行修饰氨基酸侧链，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。

⑶二硫键的形成：

由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-。

⑷肽段的切除：

由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。

五、蛋白质合成的抑制剂及作用原理

第五节蛋白质合成的调节

细胞生命活动过程中基因表达的调节起着两方面作用？

1.导致细胞分化2.维持细胞的功能活动

一、原核生物中蛋白质合成的调控

乳糖操纵子的结构特点？

色氨酸操纵子的结构特点？

葡萄糖效应的机制？

CAP需要cAMP激活后才能够结合到DNA的特定序列上，激活临近基因的转录。

故cAMP的含量影响到CAP的活性。

二、真核生物中蛋白质合成的调控

（一）染色质结构和基因表达调控

1.基因转录与核小体结构的关系？

2.组蛋白和非组蛋白对转录的调节？

3.非组蛋白对转录的调节可能分两步进行？

（二）真核基因转录水平的调节

1.真核生物的基因受到邻近的启动子和远方的增强子的调控？

真核生物启动子的特点？

增强子？

增强子的结构特点及行使功能的方式？

沉默子？

2.真核生物基因转录的启动需要转录因子的参入

真核生物的RNA聚合酶必须在一些DNA专一序列结合蛋白的协助下才能结合到启动子上

（1）转录起始复合物的组成？

组装过程？

（2）基因调节蛋白同增强子结合远距离调控转录？

真核生物中，基因调节蛋白结合到远距离的基因调节序列上，通过影响转录起始复合物装配的途径，增强或者降低启动子上聚合酶的活性。

？

增强子的作用机制？

3.调控蛋白与DNA的相互作用对基因转录调控

（1）调控因子与DNA的相互作用

反式作用因子？

（2）转录调控因子的结构特征？

3个结构功能域？

转录调控因子的4种DNA结合功能结构域结构特点？

①HTH和HLH结构：

由两段α-螺旋夹一段β-折迭构成，α-螺旋与β-折迭之间通过β-转角或成环连接，即螺旋-转角-螺旋结构和螺旋-环-螺旋结构。

②锌指结构：

见于TFⅢA和类固醇激素受体中，由一段富含半胱氨酸的多肽链构成。

每四个半光氨酸残基或His残基螯合一分子Zn2+，其余约12-13个残基则呈指样突出，刚好能嵌入DNA双螺旋的大沟中而与之相结合。

③亮氨酸拉链结构：

见于真核生物DNA结合蛋白的C端，与癌基因表达调控有关。

由两段α-螺旋平行排列构成，其α-螺旋中存在每隔7个残基规律性排列的Leu残基，Leu侧链交替排列而呈拉链状。

两条肽链呈钳状与DNA相结合。

锌指结构？

亮氨酸拉链结构？

不同的转录激活区具有的共同的结构特点？

（三）真核基因表达的激素调节

激素如何调控基因的转录？

机制？

受体含有的3个功能区？

甾类激素的作用机制?

水溶性激素的作用机制？

胰高血糖素激活糖原分解的反应？

（四）蛋白质合成的转录后和翻译水平的调节

RNA编辑？

翻译水平的调控？

mRNA的稳定性？

mRNA非翻译区的结构与翻译调控？