生化复习资料.doc

一 名词解释蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序，即氨基酸的线性序列。在基因编码的蛋白质中，这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的。主要化学键是：肽键和二硫键蛋白质的二级结构指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。主要形式：-螺旋、-折叠、-转角、无规则卷曲三级结构：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子或基团在三维空间的排布位置。蛋白质的四级结构：蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。超二级结构是指二级结构的基本结构单位（-螺旋，-折叠等）相互聚集，形成有规律的二级结构的聚集体。主要有、 、等。结构域(domain) 大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个结构紧密的空间上可以辨认的的三维实体，折叠较为紧密，各行使其功能，称为结构域。锌指结构一种常出现在DNA结合蛋白中的一种结构。是由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn2+构成，形成的结构像手指状。锌指蛋白包括213个手指，各由23氨基酸组成，并由78个氨基酸连接；与 DNA大沟结合并环绕DNA分子，大沟与特异DNA碱基互作的一类模体。锌指蛋白大多都是与基因表达的调控有关的功能蛋白。亮氨酸拉链（ZIP）亮氨酸拉链是一个富含亮氨酸残基的结构域，参与形成二聚体。在每个拉链蛋白中都有一个与重复的亮氨酸相邻的高碱性区，该区可能含一个DNA结合点。-COOH，每隔7个氨基酸出现一个Leu，所有Leu出现在同一侧面，成直线排列，形成疏水面。依靠Leu的疏水作用, 2个螺旋相互缠绕，形成拉链结构。EF手：由2个-螺旋（E和F）与连接他们的环组成一类模体，E螺旋含9个残基，用右手食指表示：与Ca+结合的环含12个残基，用弯曲的中指表示；F螺旋含18个残基，用拇指表示。分子伴侣：有些蛋白质被合成以后，自己不能独立形成自由能最低的立体结构，而需要一类蛋白质来帮助折叠，这类蛋白质称为分子伴侣。它们普遍存在于真核生物和原核生物中，一般使用ATP的能量帮助其它蛋白质形成自由能最低的空间构象。热休克蛋白又称热激蛋白HSP，是机体细胞在一些理化因素刺激后高效表达的一组蛋白质，因最先发现于果蝇唾液腺的热应激反应中而得名，此后的研究表明，热休克蛋白广泛存在于人、动物、微生物和植物的细胞中，是一类在遗传上高度保守的分子，能保护细胞并促进细胞对各种刺激所造成的损伤进行自身修复，具有重要的生物学功能。结构生物学：以生命物质的精确空间结构及其运动为基础来阐明生命活动规律与生命现象本质的科学，研究核心内容是生物大分子及其复合物和组装体完整、精确的三维结构、运动和相互作用，以及他们与正常生物学功能和异常生理现象间的关系。蛋白质组学：直接研究某一物种、个体、器官、组织及至细胞中的全部蛋白质，获得整个体系内所有蛋白质组分生物学和理化参数，揭示生命活动的规律。序列反应：分为序列有序反应和序列随机反应序列有序反应：底物结合和产物的释放有一定顺序，产物不能再底物完全结合前释放，只有NAD+首先与酶结合，然后苹果酸才能与酶结合，形成的三元复合物转变为另一三元复合物，苹果酸的产物草酰乙酸先释放，NAD+的产物NADH后释放。 序列随机反应：两个底物随机结合，两产物随机释放，没有先后顺序乒乓反应：在该反应中，酶结合一个底物并释放一个产物，留下一个取代酶，然后该取代酶再结合第二个底物和释放出第二个产物，最后酶恢复到它的起始状态。酸碱催化指通过向底物（作为碱）提供质子底物（作为酸）夺取质子而稳定过渡态、加速反应的一类催化机制。例如：咪唑基的pk=6.0,在生理pH条件下，有一半以酸性形式存在，另一半以碱性形式存在，因此既可以作质子的供体又可以作质子的受体，在酶促反应中发挥作用。共价催化：某些酶分子能作为亲核催化剂或亲电催化剂分别放出或汲取电子而与底物分子形成不稳定的共价中间络合物，反应活化能降低而加速反应，称为共价催化。包括：亲核催化，亲电子催化。专一性不可逆抑制剂 Ks和Kcat 型Ks型:具有底物类似结构；带有活泼基因：与必需基团反应；利用对酶亲和性修饰（亲和标记试剂）。部分结构与底物类似，可直接结合于活性部位，另一部分则与活性中心某基团反应，对其进行共价修饰使E失活，如TPCK对胰凝乳蛋白酶。Kcat型：具有底物类似的结构；本身是酶的底物；还有一潜伏的反应基团 （自杀性底物）具有类似于底物的结合和反应基团，可结合于酶的活性部位并在其作用之下发生反应；与底物不同的是它还有潜伏的反应基团，受酶催化之后即被活化，与酶活性中心某基团共价结合，使酶丧失活性。酶的别构效应和协同效应当变构酶的一个亚基与其配体（底物或变构剂）结合后，能够通过改变相邻亚基的构象而改变其对后继配体的亲和力，这种效应就称为变构酶的协同效应。可分为正协同效应、负协同效应，和同促效应、异促效应同工酶在同一种属中，催化活性相同而酶蛋白的分子结构，理化性质及免疫学性质不同的一组酶称为同工酶(isoenzyme)。同工酶在体内的生理意义主要在于适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要。 核酶与核苷酶核酶是具有催化功能的RNA分子,是生物催化剂。核苷酶是催化核酸酯键水解的酶，本质是蛋白质。酶活性中心是指酶分子中直接与底物结合并完成酶催化反应的结构区域，该部位化学基团集中，并构成一定空间构象。活性中心由两部分构成：结合中心：与底物结合的部位，决定酶的专一性；催化中心：促进底物发生化学反应的部分，决定酶所催化反应的性质。人工膜人工膜是具有生物膜的基本结构特点和某些理化性质的，用于研究生物膜结构与功能关系的基本模型。当放入水溶液中，亲水基团就朝向水而排列，疏水基团则尽量背离水而聚集，这样就自发地形成了膜。最能代表生物膜结构特性的人工膜是单分子层膜、双分子层膜和脂质体。糖萼：细胞膜上的糖蛋白和糖脂，其糖链都朝向胞外，使得整个细胞外层犹如一层糖的包被，好比花被包着花萼。脂筏：一种非均一性富集固醇和鞘脂的高动态小型域，能使细胞过程隔室化。糖蛋白：一种或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋白质。其特点是：蛋白质含量较多，糖所占比例变动大，表现为蛋白质的特性。分布于细胞膜、溶酶体、细胞外液中。蛋白聚糖：一条或多条糖胺聚糖以共价键与核心蛋白形成的化合物。其特点是糖占比例大，约一半以上，具有多糖性质。分布于软骨、结缔组织、角膜基质、关节滑液、粘液、眼玻璃体等组织。糖与蛋白的连接方式N-连接糖蛋白糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-X-Ser序列的天冬酰胺氮以共价键连接称N-连接糖蛋白。O-连接糖蛋白糖蛋白糖链与蛋白部分的丝/苏氨酸残基的羟基相连，称为O-连接糖蛋白。N聚糖血清糖蛋白多以-糖肽键连接，因而N-聚糖又称血清型。是糖链还原端和与多肽链Asn残基侧链基团的酰胺-NH2缩合，形成C-N糖苷键，有分支，在翻译过程中合成。O-聚糖因最早发现于粘蛋白，故又称粘蛋白型。是糖链还原端与丝氨酸，苏氨酸侧链-OH形成C-O糖苷酸，不一定有分支，其合成师翻译后修饰的。蛋白酶：丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、金属蛋白酶泛肽：是一种高度保守的小蛋白，在一系列酶作用下与靶细胞蛋白共价连接，广泛存在于各类真核细胞中。 细胞凋亡：是正常机体细胞在受到生理或病理性刺激后出现的一种自发的死亡过程，它受相关基因的调控，因此又称程序性死亡。蛋白质磷酸化：指由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP上位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，是生物体内一种普通的调节方式，在细胞信号转导的过程中起重要作用。接头蛋白：通常含有多个结合其他分子的特殊蛋白模块，或与蛋白模块结合的结构，因此可以把上游与下游信号分子连接在一起，协助信号的传递。 锚定蛋白：是一类特殊的接头蛋白，除结合多种信号分子外，还通过它的一端与细胞膜结构相结合，把胞浆中与同一信号传递过程密切相关的信号贩子定位在近膜区，类似于建筑中脚手架，又称为支架蛋白。G蛋白即GTP结合蛋白，是一个蛋白质家族，在细胞信号转导中起着偶联膜受体与效应器的中介作用。G蛋白的GTP结合形式为其活化态，GDP结合形式为其非活化态。通常按其分子大小分为异源三聚体G蛋白，缩写为Gp和单链小分子G蛋白。细胞信号转导包括信号分子的接收、信号的放大和效应产生三个阶段。大多数胞外化学信号（第一信使）都通过质膜上的专一性受体识别与结合。受体不仅能区别不同的外界刺激，而且还能激活特定的信号放大系统，产生胞内信使（第二信使），后者再通过特定的效应分子作用与靶分子，导致蛋白质结构、酶活力、膜透性、基因表达等方面的改变，从而产生一系列生理、病理效应。受体是细胞表面或亚细胞组分中的一类特殊的蛋白质分子，可识别并专一地结合有生物活性的信号分子，从而激活或触发一系列生化反应，最终产生该信号特定的生物学效应。乒乓反应：在该反应中，酶结合一个底物并释放一个产物，留下一个取代酶，然后该取代酶再结合第二个底物和释放出第二个产物，最后酶恢复到它的起始状态。 指各种底物不可能同时与酶形成多元复合体，酶结合底物A，并释放产物后，才能结合另一底物，再释放另一产物。由于底物和产物是交替地与酶结合或从酶释放，好象打乒乓球一样，一来一去，故称乒乓反应，实际上这是一种双取代反应，酶分两次结合底物，释出两次产物。共价修饰：酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，这一过程称为酶的共价修饰或者化学修饰。26s蛋白酶体: 26S蛋白酶体由至少30多种不同的亚基组成，包括空桶状的20S蛋白酶体和结合在其两端的19S调节复合物，催化泛肽化蛋白质降解。滞后酶：从T态转变为R肽需数分钟，比别构酶（10-210-4）慢得多。记忆酶：通常以底物亲和力较低的构象存在，与底物结合后转变为亲和力较高的另一构象，释放产物后仍呈易结合底物的构象。二 简答及论述题1球状蛋白质结构划分为哪些层次，举例说明蛋白质分子三维结构结构如何影响功能答：球状蛋白质的结构层次包括：一、二、三、四级结构，以及超二级结构，结构域。目前，对蛋白质功能的认识包括以下三个方面：1蛋白质对生命活动的贡献，即生物学意义2蛋白质的分子功能3蛋白质的亚细胞定位。补充蛋白质二级结构中螺旋，折叠的结构简述-螺旋结构特点右手螺旋 每3.6个AA残基螺旋上升一周，螺距为0.54nm 氢键维系（形成于每个肽键的N-H和第四个肽键的羰基氧之间） AA侧链伸向螺旋外侧 -螺旋中的全部肽键都可形成氢键，氢键的方向与螺旋长轴基本平衡。-折叠的特点 与-螺旋完全不同，呈折纸状。-折叠多肽链充分伸展，每个肽单元以-C为旋转点，依次折叠为锯齿状，AA侧链交替地位于锯齿状结构上下方。 在两条相邻的肽链之间形成氢键 -折叠有平行和反平行两种形式 每一个AA在主轴上所占的距离，平行的是0.325nm，反平行的是0.35nm一级结构对功能的影响：蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变，会影响其生理功能，甚至造成分子病（molecular disease）。例如镰状细胞贫血，就是由于血红蛋白分子中两个亚基第6位正常的谷氨酸变异成了缬氨酸，从酸性氨基酸换成了中性支链氨基酸，降低了血红蛋白在红细胞中的溶解度，使它在红细胞中随血流至氧分压低的外周毛细血管时，容易凝聚并沉淀析出，从而造成红细胞破裂溶血和运氧功能的低下。另实验证明，若切除了促肾上腺皮质激素或胰岛素A链N端的部分氨基酸，它们的生物活性也会降低或丧失，可见关键部分氨基酸残基对蛋白质和多肽功能的重要作用。 高级结构对功能的影响：RNase A 还有4个二硫键，当用巯基乙醇破坏掉二硫键后，RNase A失去其生物活性，在利用透析法除掉巯基乙醇，RNaseA的4个二硫键又可恢复原味，其生物活性也得到恢复。血红蛋白运氧中有别构作用：血红蛋白是由2个-亚基，2个-亚基组成的四聚体，两种亚基三级结构相似，每个亚基结合一个血红素辅基。个亚基以正四面体的方式排列，彼此之间以非共价键相连（主要是离子键、氢键），具有运输氧和CO2的功能。当血红蛋白分子第一个亚基与氧结合后，该亚基构象的轻微改变，可导致4个亚基间盐键的断裂，使亚基间的空间排布和四级结构发生轻微改变，血红蛋白分子从较紧密的T型转变成较松弛的R型构象，从而使血红蛋白其他亚基与氧的结合容易化，产生了正协同作用，呈现出与肌红蛋白不同的“S”形氧解离曲线，完成其更有效的运氧功能肌红蛋白为例表面分布的亲水残基使其可溶于水；疏水残基埋藏与分子内部。肌红蛋白表面有一夹缝，E、F螺旋位于夹缝两侧，形成一个疏水的微环境。肌红蛋白的辅基血红素就结合在这个夹缝内，肽链起着围栏作用。F8-His残基与血红素结合，远侧His的位组效应阻止了夹层复合物的形成，避免了Fe2+氧化和流失，是血红素可以长时间可逆的氧合-放氧，完成2载体的使命。CO与游离血红素以直线方式结合，O2与血红素结合时Fe2+-O键于O=O键形成121夹角。由于E-7His的位阻效应大大降低了CO的亲和力，保证了生理条件下肌红蛋白能有效的履行贮藏和运输O2的功能。补充：蛋白质分离的方法(陈鹏ppt)蛋白质分离的一般程序：前处理（选材、破碎、混合物的分离）粗分级分离 细分及分离 结晶一根据蛋白质分子大小的差异分离 透析(dialysis)：利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法 。只用于除盐类和小分子杂质 超过滤：应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。除小分子杂质，分离、浓缩蛋白质 密度梯度离心：蛋白质颗粒沉降不仅决定于它的大小，也决定于它的密度。若它在具有密度梯度的介质中离心时，质量和密度大的颗粒沉降的较快，每种蛋白质颗粒沉降到与自身密度相等的介质密度时，即停止不前。 凝胶过滤法原理：也称分子排阻层析，层析柱内填满带有小孔的颗粒，一般由葡聚糖制成。蛋白质溶液加于柱顶部，小分子蛋白质进入孔内，因而在柱中滞留时间较长，大分子不能进入孔内而径直流出，因此不同大小的蛋白质得以分离。常用分子筛 葡聚糖凝胶 琼脂糖凝胶 聚丙烯酰胺凝胶二根据蛋白质的溶解度差异分离盐析法：原理：是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质在水溶液中的稳定性因素被去除沉淀。 优点：沉淀的蛋白质保持着它的天然构象，能再溶解。有机溶剂分级分离法原理：是将有机溶剂（丙酮、乙醇)加入蛋白质溶液中，导致溶液介电常数降低，增加了相反电荷之间的吸引力，蛋白质分子表面可解离基的离子化强度减弱，水化程度降低，因此促进了蛋白质分子的聚集和沉淀。 注意事项：使用丙酮沉淀时，必须在04下进行。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离，防止变性。三。根据蛋白质的电荷差异分离 电泳（electrophoresis) 定义：蛋白质在高于或低于其pI的溶液中为带电的颗粒，在电场中能向正极或负极移动。这种通过蛋白质在电场中泳动而达到分离各种蛋白质的技术，称为电泳。根据支撑物的不同，可分为薄膜电泳、凝胶电泳等。几种重要的蛋白质电泳SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳：常用于蛋白质分子量的测定。等电聚焦电泳：通过蛋白质等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法。双向凝胶电泳：是蛋白质组学研究的重要技术 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳：在蛋白质样品和聚丙烯酰胺凝胶系统中加入带负电荷较多的十二烷基磺酸钠（SDS),使所有蛋白质颗粒表面覆盖有一层SDS分子，导致蛋白质分子间的电荷差异消失，此时蛋白质在电场中的泳动速率仅与蛋白质颗粒大小有关。常用于蛋白质分子量的测定。 SDS的作用：由于SDS是阴离子，使多肽表面覆盖的负电荷远远超过蛋白质分子原有的电荷量，消除了原来的电荷差异。 SDS是变性剂，它能破裂蛋白质分子中的氢键和疏水作用，巯基乙醇打开二硫键，因此使蛋白质分子处于伸展状态。改变了蛋白质单体分子的构象，不同蛋白质的SDS复合物的短轴长度都相同，长轴长度随其分子量的大小成正比变化。 等电聚焦电泳：在聚丙烯酰胺凝胶中加入系列两性电解质载体，在电场中形成一个连续而稳定的线性pH梯度，也即pH从凝胶的正极向负极依次递增，电泳时被分离蛋白质处在偏离其等电点的pH位置时带有电荷而移动，至该蛋白质PI值相等的pH区域时，其静电荷为零而不再移动，这种通过蛋白质的等电点的差异而分离蛋白质的电泳方法称为等电聚焦电泳双向凝胶电泳：第一向为蛋白质等电聚焦电泳，第二项为SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳，通过被分离蛋白质等电点和分子量的差异，将复杂蛋白质混合物在二维平面上分离。离子交换层析(chromatography)定义：利用离子交换树脂作为支持物，将带有不同电荷的蛋白质进行分离的方法。分类:阳离子交换树脂,如羧甲基纤维素等， 阴离子交换树脂，如二乙基氨基乙基纤维素四利用生物分子专一性结合的特性亲和层析分离亲和层析(affinity chromatography)定义：利用蛋白质分子对其配体分子特有的识 别能力 原理：把待纯化的某一蛋白质的特异配体通过适当的化学反应共价的连接到像琼脂糖凝胶一类表面的功能基，当蛋白质混合物加到填有亲和介质的层析柱时，待纯化的某一蛋白质则被吸附在含配体的琼脂糖颗粒表面上时，而其它的蛋白质则因对该配体无特异的结合部位而不被吸附，它们通过洗涤可除去，被特异结合蛋白质可用含游离的相应配体溶液把它从柱上洗脱下来2举例说明别构酶的调节（举例说明酶活性的调节） 别构酶是寡聚酶，含两个或两个以上亚基，有多个底物结合部位（活性中心）和效应剂结合部位（调节中心）。活性中心负责与底物结合与催化，调节中心负责调节酶的反应速度。能调节酶活性的有别构激活剂和别构抑制剂正协同：E.coli天冬氨酸转氨甲酰酶（ATCase）的别构调节效应。这种酶分子由6个催化亚基和6个调节亚基组成。它的作用底物是天冬氨酸（Asp）和氨甲酰磷酸。在饱和氨甲酰磷酸存在下，ATCase的活性受ASP浓度调控：v-Asp作图为S型。当加入别构激活剂ATP时，曲线左移，随着Asp浓度的增大渐趋于双曲线。并且控制酶活性底物的分子开关向浓度小的方向移动，而且范围变窄；加入别构抑制剂CTP时，曲线右移，S曲线明显，分子开关向浓度大的方向移动。负协同：3-磷酸甘油醛脱氢酶（3-PDG）催化糖酵解中唯一的脱氢反应，是负协同别构酶的代表。兔肌3-PDG由4个亚基组成，理论上全酶可结合4分子NAD+，但结合的亲和力不同，实际上通常只能结合2分子NAD+。即酶分子上只有一半NAD+结合位点被NAD+占据。这是一种极端的负协同效应，当第一和第二个NAD+与酶的两个亚基结合后，由于别构效应，是的另外两个亚基对NAD+的亲和力下降23个数量级，说明在一定的底物浓度范围内，酶活性不受底物浓度变化的影响，这是另一种意义上的调节。补充：可逆抑制与不可逆抑制的类型1.不可逆抑制作用：抑制剂与酶反应中心的活性基团以共价形式结合引起酶的永久性失活。如有机磷毒剂二异丙基氟磷酸酯。 非专一性不可抑制剂作用：这类抑制剂可作用于酶分子上不同基团或几类不同的酶。例：烷化剂（碘乙酸）：氨基，巯基，咪唑基等 专一性不可逆抑制作用：一种抑制剂只作用于一种酶分子中的一种基团。例：有机磷杀虫剂：乙酰胆碱酯酶2.可逆抑制作用：抑制剂与酶蛋白以非共价方式结合，引起酶活性暂时性丧失。抑制剂可以通过透析等方法被除去，并且能部分或全部恢复酶的活性。特点：抑制剂只能与ES结合动力学:Vmax减小；Km值减小竞争性可逆抑制：某些抑制剂的化学结构与底物相似，因而能与底物竞争与酶活性中心结合。竞争性抑制通常可以通过增大底物浓度，即提高底物的竞争能力来消除。动力学：Vmax不变Km值增加。非竞争性可逆抑制：定义：酶可同时与底物及抑制剂结合，引起酶分子构象变化，并导致酶活性下降。由于这类物质并不是与底物竞争与活性中心的结合，所以称为非竞争性抑制剂。动力学：Vmax减小，Km不变。反竞争性抑制：抑制剂只与酶-底物复合物结合；抑制程度取决于抑制剂的浓度及底物的浓度；动力学特点：Vmax降低，表观Km降低。酶的活性中心：指酶分子上结合底物并催化底物发生化学反应的有限三维空间。活性中心有两个功能部位：结合部位：直接与底物靠近并结合的部位；催化部位：底物的键在此处被打断或形成新的键从而发生一定的化学变化。信号肽及其特点(许小东+课本)信号肽位于蛋白质的N端，一般有16-26个氨基酸残基，其中包括疏水核心区、信号肽的C端和N端3部分。引导肽链穿过内质网膜的信号肽可以看作为开始转移序列。肽链中还可能存在某些序列与内质网膜有很强的亲和力从而使之结合在脂双层中，这段序列不再转入内质网腔中，称之为停止转移序列。如果一种多肽只有N端信号序列而没有停止转移序列，那么这种多肽合成后一般进入内质网腔中，如果一种多肽的停止序列位于多肽的中部，那么这种多肽最终会成为跨膜蛋白。含有多个起始转移序列和多个停止序列的多肽将会成为多次跨膜的膜蛋白。膜蛋白跨膜的拓扑学结构可能就是由这些蛋白质一级结构中的开始和转移序列共同决定的。线粒体、叶绿体中绝大多数蛋白质以及过氧化物酶体中的蛋白质也是在某种信号序列的指导下进入这些细胞器中的。为了研究方便，有人称之为导肽，其基本的特征是蛋白质在细胞质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，因此称为翻译后转运。这种转移方式在蛋白质跨膜过程中不仅需要ATP使多肽去折叠，而且还需要一些蛋白质的帮助使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。3生物膜的结构与功能生物膜功能： 区隔化或房室化内膜结构将细胞分隔成若干独立空间。在每一个膜包裹的空间聚集着特定种类的生物大分子，共同完成着某一项特定的生命活动。如细胞核主要进行DNA的复制和转录等；而线粒体主要进行呼吸作用，提供能量；溶酶体则负责将一些吸收的或损伤的大分子降解为可以利用的小分子等等。 物质的跨膜运输生物膜既要防止细胞与环境之间以及细胞内各房室之间的物质自由混合，又要维持各区间物质有控制地交流。 能量转换为了推动各种生命活动的进行和维持自身的结构，生物必须保证有足够的能量供应。另外，当膜维持着某些特异离子或溶质跨膜的浓度差是，能量就储存于它的跨膜电化学梯度中，这样的膜称为“能势膜”细胞识别细胞通过其表面的特殊受体与胞外信号物质分子或配体选择性地相互作用，触发细胞内一系列生理生化变化，最终导致细胞的总体生物学效应相应改变，这样的过程称为细胞识别生物膜的结构：1极性脂双分子层构成生物膜的基本构架，膜蛋白镶嵌在其中。2生物膜是由极性脂和蛋白分子按二维排列的流体，膜的结构组分在其中可以移动并聚集组装。3生物膜中的蛋白质的分布不对称，有的镶嵌在脂双层的表面，有的则部分或全部嵌入脂双层内部，有的则横跨整个膜。两者关系：膜的主要特征包括：1.膜的不对称性膜脂，膜蛋白和糖类不对称的分布在脂双层上，所有的生物膜都具有这种结构的不对称性，这也是生物膜功能的重要基础。例如：几乎所有的糖脂分布在膜的外侧，这对于细胞识别起到了很重要的作用。2.膜的流动性包括脂膜的流动性和脂蛋白的流动性。例如：磷脂双分子层的相变温度与其组分固有的结构有关，除极性头外，疏水尾巴的长短，双键的数目、构型和位置均不同程度的影响其相变温度。进而影响物质的跨膜运输和能量转化。小分子物质的跨膜运输跨膜运输的小分子物质包括代谢物、辅因子、金属离子、气体分子和药物等，按照物质运输时自由能的变化情况，基本上可以划分为被动运输和主动运输两大类。3.1.1被动运输物质从高浓度一侧通过膜运送到低浓度一侧，即顺浓度梯度的方向跨膜运送的过程称被动运输 。l 简单扩散（simple diffusion）即物质经由亲水通道或膜脂流动造成的在分子间瞬时出现的微孔，从高浓度一侧自由扩散到低浓度一侧。l 促进扩散（facilitated diffusion）糖、氨基酸、核苷酸、羧酸等代谢物和金属离子，能以比简单扩散快得多的速率顺着浓度梯度跨膜运输，这是由于膜上有帮助其通过的特异的运输蛋白，因此成为促进扩散。参与促进扩散的有门通道和载体蛋白。3.1.2主动运输（active transport）细胞经常逆着浓度梯度选择性地吸收或排出某些物质，同时伴随能量消耗，称为主动运输。特点：1. 需要供给能量；2. 专一性；3. 运输速率可达到“饱和”状态；4. 方向性；5. 选择性抑制。A初级主动运输（primary active transport）系统直接通过ATP等高等化合物提供能量，推动离子和某些代谢物的运输。（Na-K泵工作原理）Na-K泵工作原理:即为构象变化假说，即在正常情况下Na+ -K+-ATP（E1构象），在Mg2+ 存在与膜内侧Na+ 结合而被激活ATPase活性，将ATP的-磷酸基转移到一个Asn残基上，形成磷酸化的E1-P中间体，导致的构象变化使其对Na+ 的亲和力降低，把Na+ 释放到细胞外，同时酶变为E2-P与细胞质膜外侧的K+ 结合（不需要Na+ 和Mg2+ ）后促使酶去磷酸化，又恢复原来的E1构象，把K+ 释放到细胞液中。B次级主动运输（secondary active transport）系统并不直接通过水解ATP提供能量来推动，而是依赖于以离子梯度形式贮存的能量。3.2大分子物质的跨膜运输以蛋白质为例，蛋白质的跨膜运输有三种不同的基本途径：1. 孔门运输（gated transport）；2.跨膜转位（transmembrane translocation）；3.囊泡运输（vesicle traffic）。氧化磷酸化的机制即化学渗透学说。1961年，Mitchell提出化学渗透假说，认为能源物质氧化时高能电子经呼吸链传递激活O2，生成H2O，同时推动H+从线粒体内膜内侧转移到外侧，建立跨膜的H+电化学梯度，再由这种跨膜的H+电化学势驱动F1-F0ATPase合成ATP。腔内H+在跨膜H+电化学势的推动下进入F0.与位于膜脂双层中的c亚基C-端氨基酸残基特异结合，导致c亚基构象发生改变；通过F0的H+转化成扭力矩推动位于F0与F1之间的“转子”和亚基旋转：在和亚基的旋转调节下，F1中亚基上的核苷酸催化结合位点附近发生构象改变，与ATP互相作用的氢键、疏水作用、盐键等消失或减弱，使ATP从酶上释放到膜外。（糖蛋白与蛋白聚糖的区别）。 蛋白多糖糖蛋白糖链含量较蛋白质部分多 一般少于蛋白质，少数可较多糖链组成主要为糖醛酸、N-乙酰氨基己糖不含糖醛酸，含N-乙酰氨基己糖、甘露糖、半乳糖，末端为 唾液酸及岩藻糖糖基排列二糖分子连成长链 大多为分支寡糖链与肽链链接方式一般为O-糖苷键连接，有时可游离存在O-糖苷键或N-糖苷键连接分布主要在细胞外，各种结缔组织基质中分布广泛，细胞内外皆有生理功能以维持结缔组织的功能为主作用广泛，许多粘蛋白、血 浆蛋白、膜蛋白等结构蛋白 均为糖蛋白。 4试述糖生物学与糖蛋白聚糖部分在细胞识别中作用）糖生物学主要研究复合糖中糖链的结构及其生物合成：糖链信号的破译、糖链信号转导；涉及分化和疾病发生的糖链识别以及糖工程和糖生物学的前沿与应用。糖蛋白聚糖部分在细胞识别中作用（1） 在受体-配体相互识别中的作用：受体与配体的识别和结合，实质上是受体上的结合部位与配体上的识别标记之间专一的结合。（2） 在维持血浆糖原蛋白平衡中的作用：血浆中至少有60多种糖蛋白，每种均以一定的速率合成，又经网络状内吞以一定的速率清除，从而在血浆中保持动态平衡。（3） 构成某些抗原决定簇：生物大分子和细胞上的抗原决定簇是被生物系统“验明正身”的识别标志，有许多抗原决定粗实际上就是特定的糖结构。（4） 凝集素对单糖和聚糖的识别作用：糖类作为信号分子，某生物学功能离不开专一识别并与其结合的另一个类大分子-凝集素。（5） 在病原体-寄主细胞识别中作用：病原菌对寄主的感觉以及寄主巨噬细胞吞噬病原体的过程，同样从细胞间的专一性识别和粘着开始的。（6） 在配子识别和结合中的作用：有性繁殖中同种配子之间专一的识别和结合，使物种的遗传特性得以世代相传。（7） 在细胞粘附中作用：细胞作为有机生命活动基本单位，必须相互粘合或与胞外基质粘合，形成组织、器官和完整的个体，参与细胞识别与粘合的大分子几乎都是糖蛋白和蛋白聚糖。5蛋白质降解途径以及生物学意义蛋白质降解途径：1、 溶酶体途径溶酶体富含在酸性条件下起作用的酶，能把经内吞被摄入细胞的外源蛋白或经受体介导胞饮进入的脂蛋白、铁蛋白、激素、受体等长寿命蛋白迅速降解成肽或者氨基酸。溶酶体系统在某些生理条件下在蛋白质水解总量所占份额取决于营养和内分泌状况。在氨基酸供给不足的条件下，自体吞噬泡的数量增加，细胞蛋白降解加速，以弥补氨基酸代谢库的亏缺。许多激素也调节着溶酶体系统蛋白降解速率，如胰岛素可通过减少自体吞噬泡的形成抑制肝和骨骼肌溶酶体系统降解蛋白；而甲状腺素却加速肌肉溶酶体酶的合成和蛋白质降解速率。2.蛋白质降解的泛肽途径 从合成多泛肽或者泛肽嵌合蛋白开始，由-氨基泛肽C-端水解酶将他们加工，释放出泛肽单体。再由E1s 、E2s、 E3s按顺序通过依赖ATP的反应把泛肽单体连接到靶蛋白上。泛肽化的蛋白或者或被依赖ATP的26S蛋白酶体降解，同时伴随泛肽的释放，或者由-氨基水解酶脱泛肽化。蛋白质降解生物学意义（1） 维持细胞内氨基酸代谢库的动态平衡（2） 参与细胞程序性死亡和贮藏蛋白的动员（3） 按化学计量累积寡聚蛋白的亚基或脱辅基蛋白/辅因子比率（4） 蛋白质前体分子的水解裂解加工（5） 清除反常蛋白质以免其累积到对细胞有害的水平（6） 控制细胞内关键蛋白的浓度，调节代谢或控制发育进程。（7） 参与细胞防御机制（8） 蛋白质降解机制研究用于生物技术6细胞信号转导以糖原代谢的激素调节为例，说明细胞信号转导的分子机制答： 细胞信号转导包括信号分子的接收、信号的放大和效应产生三个阶段。大多数胞外化学信号（第一信使）都通过质膜上的专一性受体识别与结合。受体不仅能区别不同的外界刺激，而且还能激活特定的信号放大系统，产生胞内信使（第二信使），后者再通过特定的效应分子作用与靶分子，导致蛋白质结构、酶活力、膜透性、基因表达等方面的改变，从而产生一系列生理、病理效应。糖原降解时产生的热稳定因子（cAMP）可以促使糖原磷酸化酶活化。许多动物激素都是与受体结合，激活与其偶联的G蛋白，活化的G蛋白作用于ACase，从而改变细胞内的cAMP的浓度。当cAMP浓度升高时，蛋白激酶的两个调节亚基与cAMP结合，导致构象改变，对催化亚基的亲和力下降，蛋白激酶被激活，每个蛋白激酶分子使许多酶分子磷酸化活化，每个酶分子产生许多产物分子，从而有效地把胞间信号的微小变化转化成大量胞内效应分子，产生明显的生物学效应。举例说明异源三聚体G蛋白和小分子G蛋白在信号转导中的作用答：G蛋白即GTP结合蛋白，是一个蛋白质家族，在细胞信号转导中起着偶联膜受体与效应器的中介作用。G蛋白的GTP结合形式为其活化态，GDP结合形式为其非活化态。通常按其分子大小分为异源三聚体G蛋白，缩写为Gp和单链小分子G蛋白。（1） 异源三聚体G蛋白在信号转导中的作用：以肌醇磷酸酯酸信号系统为例子，异源三聚体G蛋白能活化磷脂酰基醇专一的PLC，PLC是磷酸信号系统的中心环节，决定IP3和DG信号分子的生成。（2） 单链小分子G蛋白在信号转导中的作用：以Ras-MAPK信号转导为例，Ras是最早发现的小G蛋白，是ras基因的产物。它在细胞信号转导中的主要作用是把上游受体型酪氨酸蛋白激酶接收的信号传递到下游的MAPK级联系统和PI-3K通路。Ras参与的信号途径涉及a.成纤维细胞的生长和癌变b.造血细胞的增值和分化c.T细胞的活化d.嗜铬细胞瘤细胞的分化e.上皮细胞的生长抑制。蛋白质磷酸化和信号转导相联系的信号转导途径：cAMP-PKA信号转导途径动物激素通过与G蛋白偶联的受体相结合，激活膜内侧与受体偶联的G蛋白，活化的GGTP可作用于ACase（腺苷酸环化酶），改变细胞内cAMP的浓度如果配体与刺激性受体结合, 激活的GsGTP使ACase活性增大，胞内cAMP上升，如果配体作用于抑制性受体，活化的GiGTP抑制ACase，胞内cAMP00。cAMP信号产生之后，通过激活依赖cAMP的蛋白激酶（PKA），对靶蛋白的Ser/Thr进行磷酸化修饰，调节其活性，产生生物学效应。PKA全酶由两个调节亚基（R）和两个催化亚基（C）组成。无cAMP时，R2与两个C结合成全酶C2R2并抑制其催化活性。当细胞内cAMP浓度升高时，R2即与cAMP结合，导致构象改变，对C的亲和力下降4个数量级，C2R2随即解离，释放的出催化亚基即可对底物蛋白中的Ser/Thr进行磷酸化修饰改变其活性或细胞定位，引起相应的生理生化反应。最后在磷酸二酯酶的作用下环磷酸腺苷被水解成腺苷酸，信号传递过程结束。CGMP与cAMP相比，细胞内cGMP的浓度低得多，cGMP信号参与调节的生理过程也少得多，但是cGMP信号途径在血管平滑肌松弛、光信号传导等重要生理过程中有着重要的作用。cGMP信号的产生与灭活CGMP信号在血管平滑肌松弛中的作用为例：当血管内皮细胞受到某些化学信号物质（如乙酰胆碱或缓激肽）的刺激后，细胞质膜Ca2+通道开放，胞内Ca2+浓度升高，通过Ca2+-CaM激活一氧化氮合酶（NOS），在O2和NADPH存在下，NOS催化Arg生成NO，NO穿过质膜扩散到周围的血管平滑肌细胞中，激活其中可溶性GCase，催化GTP生成cGMP，后者引起血管平滑肌松弛。cGMP的许多功能是通过依赖cGMP的蛋白激酶（PKG）实现的。钙信号 一、细胞Ca2+ 转移系统（1）质膜上的Ca2+ 转移系统：a.质膜Ca2+ 泵：质膜Ca2+-ATPase为单肽膜整合蛋白，是高亲和力和低容量的Ca2+ 外排系统，每水解1分子ATP泵出1-2个Ca2+ ，主要起稳态灵敏微调作用。当细胞内Ca2+ 浓度升高时，可与CaM结合，然后与Ca2+ 泵C-端结合，露出活性部位将Ca2+ 排出细胞。 b.质膜Na+ - Ca2+ 交换器：神经细胞、肌细胞等可兴奋性细胞膜上游Na+ - Ca2+ 交换器，用于在受刺激后从细胞中大量排出Ca2+ 。Na+ - Ca2+ 交换器不直接消耗ATP，而是利用质膜两侧Na+ 的电化学梯度来驱动，每进入3个Na+ 排出1个Ca2+ 。 c.质膜Ca2+通道：质膜上游多种Ca2+ 通道，在不同刺激下瞬时开启，Ca2+ 即借助于浓度梯度进入细胞。（2）内质网Ca2+ 转移系统： a.内质网Ca2+ 泵：内质网或者肌浆网也有类似质膜上Ca2+-ATPase，对Ca2+ 的亲和力最高，水解1分子ATP同时将2个Ca2+ 从胞浆泵入内质网，在Ca2+ 的快速转移中发挥主要作用。b. 内质网Ca2+通道：内质网Ca2+通道至少有2种，一种是内质网膜上的IP3受体，另一种是肌浆网膜上生物碱受体（3）线粒体Ca2+转移系统：内质网Ca2+转移系统对胞内Ca2+ 进行快速而灵敏的调节，线粒体Ca2+转移系统则进行持久的、大量的调节。二 钙信号通过什么机制引起细胞发生效应Ca2+ 信号的产生与终止是细胞Ca2+ 增减、波动的结果。在某些细胞、质膜Ca2+通道开放是产生Ca2+ 主要途径。如神经细胞动作电位到达终端，引起电压门控Ca2+通道开启，胞外Ca2+涌入胞浆，引起一系列导致神经递质释放的生化反应。而在另一些细胞，胞内钙库Ca2+通道开放是产生Ca2+信号的主要途径。如激动剂作用于表面受体后，产生胞内信使IP3，诱导内质网IP3P开启，产生Ca2+信号。7蛋白质的磷酸化和脱磷酸化及其生物学意义举例说明两种可逆的蛋白质共价修饰及其生物学意义 新生多肽链离开核糖体很少是有功能的，多数必须经过翻译后修饰才会转变成为成熟的蛋白质，生物体内存在多种蛋白质共价修饰的方式，包括甲基化、乙酰化、糖基化、泛肽化、磷酸化、羟基化等，有些共价修饰时可逆的，蛋白质的共价修饰影响了蛋白质在细胞中的定位，结构和功能的发挥及活性大小。磷酸化/去磷酸化：通过可逆磷酸化向蛋白质大分子中引入或去掉一个或不多几个共价结合的磷酸基，可使其生物学活性发生戏剧性的转变，二者之间关系可以归纳如下：（1） 单一部位磷酸化导致单一功能的变化，如肝细胞糖原磷酸化酶中的Ser14被磷酸化之后即可从钝化状态变成活化构象，催化糖原的磷酸解。（2） 多部位磷酸化导致单一功能的变化，肝细胞中的糖原合酶Ser7和Ser10分别被AMPK和PKA磷酸化而钝化。（3） 多部位磷酸化分别导致不同功能的变化，如转录因子STAT1的单体为钝化状态，当被受体结合的JAK将其Tyr701磷酸化后，有了二聚化合核转位能力，再经一种MAPK将其Ser727磷酸化，才会充分活化，刺激靶基因的磷酸解。（4） 单一部位磷酸化导致多个不同功能的变化，如肝细胞中的果糖-6-磷酸激酶-2/果糖-2,6-二磷酸酶，Ser32的磷酸化导致激酶活性的钝化和磷酸酶活性的活化。可逆磷酸化作用调节蛋白质活性的分子机制如下：（1） 磷酸化导致蛋白质整体构象发生较大变化（2） 磷酸化导致功能部位区域构象发生变化（3） 磷酸基的位阻效应导致功能丧失（4） 磷酸化为其他蛋白质提供了识别标志蛋白质共价修饰（以胰岛素为例子）胰岛素在细胞中以前胰岛素原的形式合成，进入ER-Goigi系统中先切N-端的信号肽，重排二硫键，形成正确折叠的胰岛素原。在分泌小泡中由PC2和PC3切去中间的C肽，产生的A链和B链由两个二硫键相连，再切去B链C-端两个精氨酸，成为成熟的胰岛素。蛋白质共价修饰的生物学意义1蛋白质的可逆磷酸化是许多信号转导途径实现其生物学功能的枢纽（1） 通过蛋白质之间的相互作用建立正确协调的信号传递途径（2） 形成信号转导元件（3） 调节信号转导蛋白质与质膜的结合（4） 参与信号转导网络的调节2蛋白质可逆磷酸化在基因转录中的调节作用（2） 组蛋白磷酸化参与了基因表达调控（3） 调节转录因子的DNA结合活性（4） 调节转录因子的核转位（5） 直接调节转录因子和转录抑制因子的活性（6） 对RNA聚合酶B的调节蛋白激酶种类（1） PKA PKA全酶由2个调节亚基组成，分子量150-170kDa，在全酶分子中，R2 高度不对称，C亚基大致呈球形。（2） PKG 哺乳动物PKG全酶均为二聚体，其单体呈两种类型：型和型。PKG分子量约为76kDa,存在于细胞溶胶，有和两种亚型;PKG分子量约为86kDa，是膜结合的。（3） PKB 也属于单链Ser/Thr蛋白激酶，起催化域分别与PKC和PKA有73%和68%的序列相同。（4） PKC 是一类依赖Ca2+ 和磷脂的Ser/Thr蛋白激酶，由一个大的基因家族编码，PKC均为单肽链，分别为两个功能域，一个是N-端的调节区，一个是C-端的催化区。补充：1组蛋白的共价修饰（蛋白质修饰ppt）真核细胞的基因表达调控涉及组蛋白的共价修饰，包括核心组蛋白（H2A,H2B,H3,H4）中特定Lys残基的乙酰化/去乙酰化、特定Lys和Arg残基的甲基化/去甲基化（其中Lys可能有单、双、三甲基化；Arg可出现单甲基化、对称的或不对称的双甲基化 ）；特定Ser/Thr残基的磷酸化/去磷酸化以及特定Lys 上的泛素化/去泛素化。研究表明，这些修饰顺序地或组合地发挥作用，唤起某些染色质的基础功能 ，产生独特的生物学效应。 蛋白乙酰基转移酶（HATs）/组蛋白去乙酰化酶（HDACs）组蛋白乙酰化/去乙酰化修饰的生物学意义（1）参与新合成的组蛋白组装 成核小体（2）调节染色质的压缩和折叠程度（3）与异染色质的建立和扩展有关（4）提高基因的转录活性（5）组蛋白去乙酰化酶是阻遏复合物的组分（6）组蛋白去乙酰化酶在另一些多蛋白复合物中促进转录并防止编码区内脱离正轨的起始 组蛋白乙酰化/去乙酰化修饰与改变染色质的结构和活性状态的转变相关：在许多情况下，多部位乙酰化/去乙酰化协同地、组合地起作用；在某些情况 下，特定部位个别残基的乙酰化/去乙 酰化具有明确的效应，如H4K16。 组蛋白的甲基化/去甲基化修饰组蛋白中的赖氨酸残基可被单甲基化（Kme）、二甲基化（Kme2）和三甲基化（Kme3）;精氨酸残基可被单甲基化（MMA）、不对称的二甲基化(aDMA) 和对称的二甲基化（sDMA）。至少有上百种甲基转移酶催化上述甲基化反应。 组蛋白赖氨酸甲基转移酶（KHMTs）/蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMTs）组蛋白甲基化/去甲基化的生物学意义组蛋白的甲基化/去甲基化是“组蛋白密码子”的组成部分，广泛参与染色质结构重塑、基因表达调控等重要的生理过程。组蛋白甲基化常以组合方式体现其生物学效应，某些特定位点上的甲基化也会呈现明显的功能。 组蛋白修饰主要用于建立转录因子顺序召募机制，并稳定形成的蛋白复合物。2 PCR技术的原理（分子课本）PCR反应的起始材料，模板DNA，可以是基因组DNA上的某些基因上的或基因片段，也可以是mRNA反转录产生的cDNA链（RT-PTC）。PCR技术的原理并不复杂。首先将双链DNA分子在临近沸点的温度下加热分离成两条单链DNA分子，DNA聚合酶以单链DNA为模板并利用反应混合物中的四种脱氧核苷三磷酸合成新生的DNA互补链。DNA聚合酶是一种天然产生的能催化DNA（包括RNA）的合成与修复的生物大分子。所有生物体基因组的准确复制都依赖于这个酶的活