军事医学科学院博士考试生化试题1

军事医学科学院军事医学科学院2003年生物化学考博试题年生物化学考博试题 1 名词解释名词解释 1 超二级结构 超二级结构 蛋白质二级结构和三级结构之间的一个过渡性结构层次 在肽链折叠过程 中 因一些二级结构的构象单元彼此相互作用组合而成 典型的超二级结构有罗斯曼折叠 模式 4股 螺旋形成的四螺旋束等 2 变构调节与变构酶 变构调节与变构酶 变构调节就是指小分子化合物与酶蛋白分子活性中心以外的某一部 位特异结合 引起酶蛋白分子构像变化 从而改变酶的活性 生理意义 1代谢终产物反 馈调节反应途中的酶 使代谢物不致生成过多 2使能量得以有效利用 不致浪费 3不同 代谢途径相互调节 3 真核生物 真核生物 DNA 组装组装 DNA 包装成染色体需要经过三级压缩 其具体过程是 1 首先 组蛋白 h1 h2a h2b h3 h4各两个组成盘装八聚体核心 而后1 75圈共146BP DNA 缠绕其上 成为核小体颗粒 两个颗粒之间经过60BP 连接 DNA 连接 在出口和入口处再结合组蛋白 H1作为稳定结构 经过不断的连接 核小体颗粒形成外径10nm 的纤维状串珠 称为核小 体串珠纤维 是为染色体一级结构 2 核小体串珠纤维在酶的作用下形成每圈6个核小体 外径30nm 的螺旋结构 是为染色体二级结构 3 螺旋结构再次螺旋化 形成超螺旋结构 此处有争议 我看过的书上 人卫版医学细胞生物学同意超螺旋学说 而北大版教材认 为3级结构是微带 即曲折化的螺线管 此为3级结构 4 超螺线管 或者说微带 形成 绊环 即线性的螺线管形成的放射状环 绊环在非组蛋白上缠绕即形成显微镜可见的染色 体结构 4 泛素与蛋白酶体 泛素与蛋白酶体 一个高度保守的蛋白质 由76个氨基酸残基组成 几乎存在 于所有的物种中 但已发现的差别不超过两个氨基酸 参与短半寿期蛋白质的快速降解 以多蛋白质的形式被合成 在翻译后加工过程中 被切割成多个泛素分子 泛素化 泛素 C 端甘氨酸残基通过酰胺键与目的蛋白的赖氨酸残基的 氨基结合 参与蛋白质降解和功 能调控等 5 电子传递链与酶复合体 电子传递链与酶复合体 即呼吸链 多种递电子体或递氢体按次序排列的连接情况 生 物氧化过程中各物质氧化脱下的氢 大多由辅酶接受 这些还原性辅酶的氢在线粒体内膜 上经一系列递电子体 或递氢体 形成的连锁链 逐步传送到氧分子而生成水 此种连锁过 程与细胞内呼吸过程密切相关 electron transfer chain ETC 是一系列电子载体按对电子亲和力逐渐升高的顺序组成的 电子传递系统 所有组成成分都嵌合于线粒体内膜或叶绿体类囊体膜或其他生物膜中 而且 按顺序分段组成分离的复合物 在复合物内各载体成分的物理排列也符合电子流动的方向 其中线粒体中的电子传递链是伴随着营养物质的氧化放能 又称作呼吸链 线粒体中的电子传递链的主要组分包括 黄素蛋白 铁硫蛋白 细胞色素 泛醌 它们都是疏水性分子 除泛醌外 其他组分都是蛋白质 通过其辅基的可逆氧化还原传 递电子 它们在膜表面形成四个复合体 称为复合体 脱氢酶复合体 复合体 脱氢 酶复合体 复合体 还原酶复合体 复合体 细胞色素氧化酶复合体 NADH 依 次经过复合物 辅酶 Q 复合体 复合体 最终把电子传递给氧气 并将质子排到线 粒体膜间隙最终经线粒体 ATP 合酶生成2 5个 ATP FADH2经复合体 辅酶 Q 复合体 细胞色素 C 复合体 最终把电子传递给氧气 并将质子排到线粒体膜间隙最终经线 粒体 ATP 合酶生成1 5个 ATP 由于前者的生成 ATP 量大于后者 所以前者称为主电子传递 链 后者称为次电子传递链 6 端粒与端粒酶 端粒与端粒酶 Telomere 真核细胞内线性染色体末端的一种特殊结构 由 DNA 简单 重复序列以及同这些序列专一性结合的蛋白质构成 Telomerase 一种自身携带模板的逆 转录酶 由 RNA 和蛋白质组成 RNA 组分中含有一段短的模板序列与端粒 DNA 的重复 序列互补 而其蛋白质组分具有逆转录酶活性 以 RNA 为模板催化端粒 DNA 的合成 将 其加到端粒的3 端 以维持端粒长度及功能 7 带正电的 带正电的 R 基氨基酸 基氨基酸 酸性氨基酸酸性氨基酸 如谷氨酸 Glu E 天冬氨酸 Asp D 碱性氨基酸碱性氨基酸 如赖氨酸 Lys K 精氨酸 Arg R 组氨酸 His H 非极性氨基酸非极性氨基酸 丙氨酸 Ala A 缬氨酸 Val V 亮 Leu L 异亮氨酸 Ile I 苯丙氨酸 Phe F 色氨酸 Trp W 甲硫氨酸 Met M 脯氨酸 Pro P 不带电荷极性氨基酸不带电荷极性氨基酸 丝氨酸 Ser S 苏氨酸 Thr T 酪氨酸 Tyr Y 谷氨酰胺 Gln Q 天冬酰胺 Asn N 半胱氨酸 Cys C 甘氨酸 Gly G 芳香族氨基酸芳香族氨基酸 苯丙氨酸 Phe F 酪氨酸 Tyr Y 色氨酸 Trp W 杂环氨基酸杂环氨基酸 组氨酸 His H 和色氨酸 Trp W 含硫的氨基酸含硫的氨基酸 半胱氨酸 Cys C 甲硫氨酸 Met M 8 SAM 腺苷甲硫氨酸 S adenosyl L methionine 简称 SAMe 或 Adomet 即 S 腺苷 L 蛋氨酸 又名腺苷甲硫氨酸 它是甲硫氨酸 Methionine Met 的活性形式 在动植物体 内广泛存在 它是由底物 L 甲硫氨酸和 ATP 经 S 腺苷甲硫氨酸合成 S Adenosyl L Methionine Synthetase EC 2 5 1 6 酶促合成的 甲硫键是高能键 另外其丙基胺部分也 加入到多胺化合物中 当胆碱 肌酸及其它甲基化合物生成时它作为甲基供体而起作用 认为甲硫氨酸的分解也经过此物质 S 腺苷甲硫氨酸也是常见的一种甲基供体 在组蛋白 甲基化方面有着重要的作用 二 问答题二 问答题 1 稳定蛋白质结构的作用力有那些 球状蛋白质三维结构的特点 稳定蛋白质结构的作用力有那些 球状蛋白质三维结构的特点 稳定蛋白质三维结构的作用力主要是一些所谓弱的相互作用或称非共价键或次级键 包括氢键 范德华力 疏水作用和盐键 离子键 共价二硫键 氢键 疏水效应 离子作 用力和范德华力等非共价键因素和二硫键决定了蛋白质四级结构的稳定性 globular protein 多肽链能够折叠 使分子外形成为球状的蛋白质 一类蛋白质 其多肽链 所盘绕的立体结构为不同程度的球状分子 多肽链是通过链内的次级键 如氢键 盐键 二硫键 疏水作用和范德华力来维系其空间结构的 球状蛋白质有多种多样的生物功能 它不溶于水 而溶于稀的中性盐溶液中 如中性盐浓度过高 即从溶液中析出 这种现象称 为盐析 加热也能使之沉淀或凝固 血清球蛋白 乳球蛋白等均属球状蛋白质 分子对称 外形接近球状 溶解度好 能结晶 大多数蛋白质属此类 球状蛋白质中 氨基酸 Leu Val Ile Met Phe Tyr Cys Trp 疏性氨基酸 H 比 较容易形成远程紧密接触对 因而容易出现在内部 氨基酸 Glu Gln Asp Asn Lys Ser Arg Pro 亲水氨基酸 P 比较难形成远程紧密接触对 易出现在外部 而氨基酸 Ala Gly Thr His 中性氨基酸 N 在形成远程紧密接触对时能 力一般 均匀的分布在内部和外部 它们平均每个氨基酸可形成6 03 3 64和4 43个远程紧 密接触对 同时它们在形成近程紧密接触对时能力非常接近 平均每个氨基酸可形成的近 程紧密接触对数目在2 34 2 85变化 差别非常小 亲水氨基酸 P 中性氨基酸 N 和疏水 性氨基酸 H 在蛋白质分子结构稳定性上起着不同的作用 2 TPK PTK 的两种类型 其信号转导途径有何不同 的两种类型 其信号转导途径有何不同 酪氨酸蛋白激酶能特异性地将磷酸根转移到蛋白质的酪氨酸残基上使其磷酸化 是许 多配体活化的生长因子受体和一些癌基因产物 在肿瘤组织中含量高 酪氨酸蛋白激酶抑 制剂可作为 ATP 与酪氨酸蛋白激酶结合的竞争性抑制剂 也可作为酪氨酸的类似物阻断表 皮生长因子受体的肽位点和酪氨酸蛋白激酶的编码 抑制细胞增殖 可望开发为抗肿瘤药 物 但对完整细胞没有表现出选择性 酪氨酸蛋白激酶 PTK 广泛存在于细胞的各种生理 过程中 是主要与细胞的生长增殖和分化有关的信号途径 酶偶联型细胞膜受体有六种酶偶联型细胞膜受体有六种 1 酪氨酸激酶型受体 受体型 PTK 途径 受体本身 具有蛋白酪氨酸激酶活性的跨膜蛋白是催化型受体 其结构包括与配体结合的胞外域 由 疏水氨基酸构成的跨膜区以及由蛋白激酶活性和自身磷酸化功能的膜内区 该类受体与配 体结合后 受体别构发生二聚体化 进而激活胞内区的酪氨酸蛋白激酶 引起自身磷酸化 通过接头蛋白 母鸡下游的信号分子使之磷酸化 启动下游信号转导 2 酪氨酸激酶连 接性受体 JAK STAT 途径 此类受体的配体多为细胞因子 又名细胞因子受体超家族 酪氨酸激酶连接型受体的结构为单次跨膜蛋白 本身不具有 PTK 酶活性 但与配体结合后 发生二聚体化而激活 通过连接胞内酪氨酸蛋白激酶 启动下游信号转导 3 鸟甘酸环 化酶型受体 4 丝氨酸 苏氨酸激酶型受体 5 酪氨酸磷脂酶型受体 6 组氨酸激酶连接的 受体 与细菌趋化性有关 3 真核生物基因组结构特点 转录因子主要有哪些结构域 举一到两例说明结构域的功能 真核生物基因组结构特点 转录因子主要有哪些结构域 举一到两例说明结构域的功能 基因组远大于原核生物的基因组 具有多个复制起点 而每个复制子的长度较小 真核生物基因组 DNA 与组蛋白等构成染色质 被包裹在核膜内 核外还存在遗传成分 如线粒体 DNA 等 体细胞一般是二倍体 diploid 即有两份同源的基因组 真核生物基本上不存在操纵子结构 一个结构基因转录生成一条 mRNA 即 mRNA 是 单顺反子 许多蛋白是由相同或不同的亚基构成 因此涉及多个基因的协调表达 非编码区存在大量重复序列 重复序列或集中成簇 或散在分布于基因间 基因组中不编码的区域多于编码区域 并且 编码蛋白质的基因一般是不连续的 即有 外显子和内含子 在转录后经剪接成成熟 mRNA 后 才能翻译成蛋白质 人类基因组中可 能仅有3 左右的序列是编码区 coding region 作为蛋白质的转录因子从功能上分析其结构可包含有不同区域 DNA 结合域 DNA binding domain 多由60 100个氨基酸残基组成的几个亚区组成 转录激活域 activating domain 常由30 100氨基酸残基组成 这结构域有富含酸性氨基酸 富含谷氨 酰胺 富含脯氨酸等不同种类 一酸性结构域最多见 连接区 即连接上两个结构域的 部分 不与 DNA 直接结合的转录因子没有 DNA 结合域 但能通过转录激活域直接或间接 作用与转录复合体而影响转录效率 与 DNA 结合的转录因子大多以二聚体形式起作用 与 DNA 结合的功能域功能域常见有以几 种 螺旋 转角 螺旋 helix turn helix HTH 及 螺旋 环 螺旋 helix loop helix HLH 这类结构至少有两个 螺旋其间由短肽段形成的转角或环连接 两个这样的 motif 结构以 二聚体形式相连 距离正好相当于 DNA 一个螺距 3 4nm 两个 螺旋刚好分别嵌入 DNA 的深沟 锌指 zinc finger 其结构如图 所示 每个重复的 指 状结构约含23个氨基酸 残基 锌以4个配价键与4个半胱氨酸 或2个半胱氨酸和2个组氨酸相结合 整个蛋白质分 子可有2 9个这样的锌指重复单位 每一个单位可以其指部伸入 DNA 双螺旋的深沟 接触5 个核苷酸 例如与 GC 盒结合的转录因子 SP1中就有连续的3个锌指重复结构 碱性 亮 氨酸拉链 basic leucine zipper bZIP 这结构的特点是蛋白质分子的肽链上每隔6个氨基 酸就有一个亮氨酸残基 结果就导致这些亮氨酸残基都在 螺旋的同一个方向出现 两个 相同的结构的两排亮氨酸残基就能以疏水键结合成二聚体 这二聚体的另一端的肽段富含 碱性氨基酸残基 借其正电荷与 DNA 双螺旋链上带负电荷的磷酸基团结合 若不形成二 聚体则对 DNA 的亲和结合力明显降低 在肝脏 小肠上皮 脂肪细胞和某些脑细胞中有 称为 C EBP 家族的一大类蛋白质能够与 CAAT 盒和病毒增强子结合 其特征就是能形成 bZIP 二聚体结构 4 以核苷酸序列推测蛋白质氨基酸序列的步骤 并提出一种可以弥补该方法不足的方法 以核苷酸序列推测蛋白质氨基酸序列的步骤 并提出一种可以弥补该方法不足的方法 现代分子生物学技术的发展 使核酸的核苷酸顺序测定日趋完善 而且快速方便 人 们开始通过核酸来测定蛋白质中氨基酸序列 由于蛋白质氨基酸顺序是从信使 RNA mRNA 中核苷酸顺序翻译过来的 因此只要找到相应的 mRNA 并测出其核苷酸顺序 就可根据遗传密码很方便地推知蛋白质的氨基酸顺序 目前多数蛋白质的氨基酸序列都是 通过此而获知的 这种方法对于分子量很大或体内含量很低难得到的蛋白质测序十分有用 需要先根据密码子表推测出 MRNA 的核糖核苷酸序列 再由此推测出 DNA 的脱氧核 糖核苷酸序列 所以需要推测出 MRNA 和 DNA 两种大分子物质的序列 当然由于在密码 子表中一种氨基酸对应多个密码子 所以这两种物质的序列并不唯一 5 指出 指出 SOD 与谷胱甘肽过氧化物酶的类型及催化功能 与谷胱甘肽过氧化物酶的类型及催化功能 SOD 超氧化物歧化酶 是一种源于生命体的活性物质 能消除生物体在新陈代谢过 程中产生的有害物质 对人体不断地补充 SOD 具有抗衰老的特殊效果 超氧化物歧化酶 Superoxide Dismutase EC1 15 1 1 SOD 是1938年 Marn 等人首次从牛红血球中分离 得到超氧化物歧化酶开始算起 人们对 SOD 的研究己有七十多年的历史 1969年 McCord 等重新发现这种蛋白 并且发现了它们的生物活性 弄清了它催化过氧阴离子发生歧化反 应的性质 所以正式将其命名为超氧化物歧化酶 SOD 是 Super Oxide Dimutese 缩写 中 文名称超氧化物歧化酶 是生物体内重要的抗氧化酶 广泛分布于各种生物体内 如动物 植物 微生物等 SOD 具有特殊的生理活性 是生物体内清除自由基的首要物质 SOD 在 生物体内的水平高低意味着衰老与死亡的直观指标 现已证实 由氧自由基引发的疾病多 达60多种 它可对抗与阻断因氧自由基对细胞造成的损害 并及时修复受损细胞 复原因 自由基造成的对细胞伤害 由于现代生活压力 环境污染 各种辐射和超量运动都会造成 氧自由基大量形成 因此 生物抗氧化机制中 SOD 的地位越来越重要 谷胱甘肽过氧化物酶 GSH Px 是机体内广泛存在的一种重要的过氧化物分解酶 硒 是 GSH Px 酶系的组成成分 它能催化 GSH 变为 GSSG 使有毒的过氧化物还原成无毒的 羟基化合物 同时促进 H2O2的分解 从而保护细胞膜的结构及功能不受过氧化物的干扰 及损害 GSH Px 的活性中心是硒半胱氨酸 其活力大小可以反映机体硒水平 GSH Px 酶 系主要包括4种不同的 GSH Px 分别为胞浆 GSH Px 血浆 GSH Px 磷脂氢过氧化物 GSH Px 及胃肠道专属性 GSH Px 胞浆 GSH Px 由4个相同的分子量大小为22kDa 的亚基 构成四聚体 每个亚基含有1个分子硒半胱氨酸 广泛存在于机体内各个组织 以肝脏红细 胞为最多 它的生理功能主要是催化 GSH 参与过氧化反应 清除在细胞呼吸代谢过程中产 生的过氧化物和羟自由基 从而减轻细胞膜多不饱和脂肪酸的过氧化作用 血浆 GSH Px 的构成与胞浆 GSH Px 相同 主要分布于血浆中 其功能目前还不是很清楚 但已经证实 与清除细胞外的过氧化氢和参与 GSH 的运输有关 磷脂过氧化氢 GSH Px 是分子量为 20kDa 的单体 含有1个分子硒半胱氨酸 最初从猪的心脏和肝脏中分离得到 主要存在于 睾丸中 其它组织中也有少量分布 其生物学功能是可抑制膜磷脂过氧化 胃肠道专属性 GSH Px 是由4个分子量为22kDa 的亚基构成的四聚体 只存在于啮齿类动物的胃肠道中 其功能是保护动物免受摄入脂质过氧化物的损害 谷胱甘肽过氧化物酶可以催化 GSH 产生 GSSG 而谷胱甘肽还原酶可以利用 NADPH 催化 GSSG 产生 GSH 通过检测 NADPH 的 减少量就可以计算出谷胱甘肽过氧化物酶的活力水平 在上述反应中谷胱甘肽过氧化物酶 是整个反应体系的限速步骤 因此 NADPH 的减少量和谷胱甘肽过氧化物酶的活力线性相 关 军事医学科学院军事医学科学院1999年生物化学考博试题年生物化学考博试题 1 基因组计划 基因组计划 人类基因组计划 human genome project HGP 是由美国科学家于1985年 率先提出 于1990年正式启动的 美国 英国 法兰西共和国 德意志联邦共和国 日本 和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划 按照这个计划的设想 在2005年 要把人体内约10万个基因的密码全部解开 测定人体23对染色体由3 109核苷 酸组成的全部 DNA 序列 同时绘制出人类基因的谱图 于2000年完成了人类基因组 工作 框架图 2001年公布了人类基因组图谱及初步分析结果 其研究内容还包括创建计算机分 析管理系统 检验相关的伦理 法律及社会问题 进而通过转录物组学和蛋白质组学等相 关技术对基因表达谱 基因突变进行分析 可获得与疾病相关基因的信息 换句话说 就 是要揭开组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密 人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划 和阿波罗计划并称为三大科学计划 附 基因组研究内容 附 基因组研究内容 HGP 的主要任务是人类的 DNA 测序 包括下图所示的四张谱图 此外还有测序技术 人类基因组序列变异 功能基因组技术 比较基因组学 社会 法律 伦理研究 生物信息学和计算生物学 教育培训等目的 1 遗遗传传图图谱谱 genetic map 又称连锁图谱 linkage map 它是以具有遗传多态性 在一个遗传位点上具有一个以上的 等位基因 在群体中的出现频率皆高于 1 的遗传标记为 路标 以遗传学距离 在减数 分裂事件中两个位点之间进行交换 重组的百分率 1 的重组率称为 1cM 为图距的基因 组图 遗传图谱的建立为基因识别和完成基因定位创造了条件 意义 6000 多个遗传标记 已经能够把人的基因组分成 6000 多个区域 使得连锁分析法可以找到某一致病的或表现型 的基因与某一标记邻近 紧密连锁 的证据 这样可把这一基因定位于这一已知区域 再 对基因进行分离和研究 对于疾病而言 找基因和分析基因是个关键 第第 1 代代标标记记 经典 的遗传标记 例如 ABO 血型位点标记 HLA 位点标记 70 年中后期 限制性片段长度多 态性 RFLP 位点数目大与 105 用限制性内切酶特异性切割 DNA 链 由于 DNA 的一 个 点 上的变异所造成的能切与不能切两种状况 可产生不同长度的片段 等位片段 可 用凝胶电泳显示多态性 从片段多态性的信息与疾病表型间的关系进行连锁分析 找到致 病基因 如 Huntington 症 但每次酶切 2 3 个片段 信息量有限 第第 2 代代标标记记 1985 年 小卫星中心 minisatellite core 可变串联重复 VNTR variable number of tandem repeats 可提供不同长度的片段 其重复单位长度为 6 至 12 个核苷酸 1989 年微卫星标记 microsatellite marker 系统被发现和建立 重复单位长度为 2 6 个核苷酸 又称简短串 联重复 STR 第第 3 代标记代标记 1996 年 MIT 的 Lander ES 又提出了 SNP single nucleotide polymorphysm 的遗传标记系统 对每一核苷酸突变率为 10 9 双等位型标记 在人类基 因组中可达到 300 万个 平均约每 1250 个碱基对就会有一个 3 4 个相邻的标记构成的单 倍型 haplotype 就可有 8 16 种 2 物物理理图图谱谱 physical map 物理图谱是指有关构成基因组的全部基因的排列和间距的信息 它是通过对构成基因组的 DNA 分子进行测定而绘制的 绘制物理图谱的目的是把有关基因的遗传信息及其在每条染 色体上的相对位置线性而系统地排列出来 DNA 物理图谱是指 DNA 链的限制性酶切片段 的排列顺序 即酶切片段在 DNA 链上的定位 因限制性内切酶在 DNA 链上的切口是以特 异序列为基础的 核苷酸序列不同的 DNA 经酶切后就会产生不同长度的 DNA 片段 由 此而构成独特的酶切图谱 因此 DNA 物理图谱是 DNA 分子结构的特征之一 DNA 是很 大的分子 由限制酶产生的用于测序反应的 DNA 片段只是其中的极小部分 这些片段在 DNA 链中所处的位置关系是应该首先解决的问题 故 DNA 物理图谱是顺序测定的基础 也可理解为指导 DNA 测序的蓝图 广义地说 DNA 测序从物理图谱制作开始 它是测序 工作的第一步 制作 DNA 物理图谱的方法有多种 这里选择一种常用的简便方法 标记 片段的部分酶解法 来说明图谱制作原理 用部分酶解法测定 DNA 物理图谱包括二个基 本步骤 1 完完全全降降解解 选择合适的限制性内切酶将待测 DNA 链 已经标记放射性同位素 完全降解 降解产物经凝胶电泳分离后进行自显影 获得的图谱即为组成该 DNA 链的酶 切片段的数目和大小 2 部部分分降降解解 以末端标记使待测 DNA 的一条链带上示踪同位素 然后用上述相同酶部分降解该 DNA 链 即通过控制反应条件使 DNA 链上该酶的切口随机 断裂 而避免所有切口断裂的完全降解发生 部分酶解产物同样进行电泳分离及自显影 比较上述二步的自显影图谱 根据片段大小及彼此间的差异即可排出酶切片段在 DNA 链 上的位置 下面是测定某组蛋白基因 DNA 物理图谱的详细说明 完整的物理图谱应包括 人类基因组的不同载体 DNA 克隆片段重叠群图 大片段限制性内切酶切点图 DNA 片段 或一特异 DNA 序列 STS 的路标图 以及基因组中广泛存在的特征型序列 如 CpG 序 列 Alu 序列 isochore 等的标记图 人类基因组的细胞遗传学图 即染色体的区 带 亚带 或以染色体长度的百分率定标记 最终在分子水平上与序列图的统一 基本原理是 把庞大的无从下手的 DNA 先 敲碎 再拼接 以 Mb kb bp 作为图距 以 DNA 探针的 STS sequence tags site 序列为路标 1998 年完成了具有 52 000 个序列标签位点 STS 并覆盖人类基因组大部分区域的连续克隆系的物理图谱 构建物理图的一个主要内容是把 含有 STS 对应序列的 DNA 的克隆片段连接成相互重叠的 片段重叠群 contig 用 酵母 人工染色体 YAC 作为载体的载有人 DNA 片段的文库已包含了构建总体覆盖率为 100 具有高度代表性的片段重叠群 近几年来又发展了可靠性更高的 BAC PAC 库或 cosmid 库等 3 序序列列图图谱谱 随着遗传图谱和物理图谱的完成 测序就成为重中之重的工作 DNA 序列分析技术是一个 包括制备 DNA 片段化及碱基分析 DNA 信息翻译的多阶段的过程 通过测序得到基因组 的序列图谱 大大规规模模测测序序基基本本策策略略 逐个克隆法 对连续克隆系中排定的 BAC 克隆逐个 进行亚克隆测序并进行组装 公共领域测序计划 全基因组鸟枪法 在一定作图信息基础 上 绕过大片段连续克隆系的构建而直接将基因组分解成小片段随机测序 利用超级计算 机进行组装 美国 Celera 公司 4 基基因因图图谱谱 基因图谱是在识别基因组所包含的蛋白质编码序列的基础上绘制的结合有关基因序列 位 置及表达模式等信息的图谱 在人类基因组中鉴别出占具2 5 长度的全部基因的位置 结构与功能 最主要的方法是通过基因的表达产物 mRNA 反追到染色体的位置 原原理理 所有生物性状和疾病都是由结构或功能蛋白质决定的 而已知的所有蛋白质都是由 mRNA 编码的 这样可以把 mRNA 通过反转录酶合成 cDNA 或称作 EST 的部分的 cDNA 片段 也可根据 mRNA 的信息人工合成 cDNA 或 cDNA 片段 然后 再用这种稳定的 cDNA 或 EST 作为 探针 进行分子杂交 鉴别出与转录有关的基因 用 PolyA 互补的寡聚 T 或克隆载体的相关序列作为引物对 mRNA 双端尾侧的几百个 bp 进行测序得到 EST 表 达序列标签 2000年6月 EMBL 中 EST 数量已有4 229 786 基基因因图图谱谱的的意意义义 在于它能有效地反应在正常或受控条件中表达的全基因的时空图 通 过这张图可以了解某一基因在不同时间不同组织 不同水平的表达 也可以了解一种组织 中不同时间 不同基因中不同水平的表达 还可以了解某一特定时间 不同组织中的不同 基因不同水平的表达 人类基因组是一个国际合作项目 表征人类基因组 选择的模式生 物的 DNA 测序和作图 发展基因组研究的新技术 完善人类基因组研究涉及的伦理 法 律和社会问题 培训能利用 HGP 发展起来的这些技术和资源进行生物学研究的科学家 促 进人类健康 2 端粒酶 端粒酶 见上 3 磷酸戊糖途径 磷酸戊糖途径 磷酸戊糖途径 pentose phosphate pathway 又称已糖单磷酸旁路 hexose monophosphate shut HMS 或磷酸葡萄糖旁路 phosphogluconate shut 此途径由6 磷酸葡萄 糖开始生成具有重要生理功能的 NADPH 和5 磷酸核糖 全过程中无 ATP 生成 因此此过 程不是机体产能的方式 其主要发生在肝脏 脂肪组织 哺乳期的乳腺 肾上腺皮质 性 腺 骨髓和红细胞等 4 芳香族氨基酸 芳香族氨基酸 见上 5 活性蛋氨酸 活性蛋氨酸 Sam 在蛋氨酸腺苷转移酶的催化下 蛋氨酸与 ATP 作用 生成 S 腺苷蛋 氨酸 SAM SAM 中的甲基十分活泼 称活性甲基 SAM 称活性蛋氨酸 SAM 在甲基转 移酶的催化下 可将甲基转移给另一物质 使甲基化 SAM 即变为 S 腺苷同型半胱氨酸 后者脱去腺苷 生成同型半胱氨酸 同型半胱氨酸由 N5 甲基四氢叶酸供给甲基 生成蛋 氨酸 此即蛋氨酸循环 体内有数十种物质合成需 SAM 提供甲基 如肾上腺素 肌酸 肉碱 胆碱等 因此 SAM 是体内最重要的甲基供体 同型半胱氨酸由 N5 甲基 四氢叶 酸提供甲基再转变为甲硫氨酸 同时释出自由的四氢叶酸 反应由转甲基酶催化 辅酶是 维生素 B12 6 如何通过核酸序列推测未知蛋白质的氨基酸序列 见上 如何通过核酸序列推测未知蛋白质的氨基酸序列 见上 7 核酸变性 复性和核酸紫外吸收特性的化学本质及其在生物学研究中的应用 核酸变性 复性和核酸紫外吸收特性的化学本质及其在生物学研究中的应用 变性 denaturation 和复性 renaturation 是双链核酸分子的二个重要物理特性 也是核酸研 究中经常引用的术语 双链 DNA RNA 双链区 DNA RNA 杂种双链 hybrid duplex 以及 其它异源双链核酸分子 heteroduplex 都具有此性质 1 DNA 的变性的变性 指 DNA 分子由稳定的双螺旋结构松解为无规则线性结构的现象 确 切地就是维持双螺旋稳定性的氢键和疏水键的断裂 断裂可以是部分的或全部的 是可逆 的或是非可逆的 DNA 变性不涉及到其一级结构的改变 凡能破坏双螺旋稳定性的因素都 可以成为变性的条件 如加热 极端的 pH 有机试剂甲醇 乙醇 尿素及甲酰胺等 均可 破坏双螺旋结构引起核酸分子变性 变性能导致 DNA 以下一些理化及生物学性质的改变 DNA 粘度明显下降 溶液旋光性发生改变 2 DNA 的复性的复性 指变性 DNA 在适当条件下 二条互补链全部或部分恢复到天然双螺 旋结构的现象 它是变性的一种逆转过程 热变性 DNA 一般经缓慢冷却后即可复性 此 过程称之为 退火 annealing 这一术语也用以描述杂交核酸分子的形成 见后 DNA 的 复性不仅受温度影响 还受 DNA 自身特性等其它因素的影响 温度和时间 变性 DNA 溶液在比 Tm 低25 的温度下维持一段长时间 其吸光率会逐 渐降低 将此 DNA 再加热 其变性曲线特征可以基本恢复到第一次变性曲线的图形 这 表明复性是相当理想的 一般认为比 Tm 低25 左右的温度是复性的最佳条件 越远离此 温度 复性速度就越慢 在很低的温度 如4 以下 下 分子的热运动显著减弱互补链结合 的机会自然大大减少 从热运动的角度考虑 维持在 Tm 以下较高温度 更有利于复性 复性时温度下降必须是一缓慢过程 若在超过 Tm 的温度下迅速冷却至低温 如4 以下 复性几乎是及不可能的 核酸实验中经常以此方式保持 DNA 的变性 单链 状态 这说明降 温时间太短以及温差大均不利于复性 DNA 浓度 复性的第一步是两个单链分子间的相互作用 成核 这一过程进行的速度 与 DNA 浓度的平方成正比 即溶液中 DNA 分子越多 相互碰撞结合 成核 的机会越大 DNA 顺序的复杂性 简单顺序的 DNA 分子 如多聚 A 和多聚 U 这二种单链序列复 性时 互补碱基的配对较易实现 而顺序复杂的 DNA 如小牛 DNA 的非重复部分 一般 以单拷贝存在于基因组中 这种复杂特定序列要实现互补 显然要比上述简单序列困难得 多 3 增色效应或高色效应增色效应或高色效应 hyperchromic effect 指变性后 DNA 溶液的紫外吸收作用增强 的效应 DNA 分子具有吸收250 280nm 波长的紫外光的特性 其吸收峰值在 260nm DNA 分子中碱基间电子的相互作用是紫外吸收的结构基础 但双螺旋结构有序堆 积的碱基又 束缚 了这种作用 变性 DNA 的双链解开 碱基中电子的相互作用更有利于 紫外吸收 故而产生增色效应 一般以260nm 下的紫外吸收光密度作为观测此效应的指标 变性后该指标的观测值通常较变性前有明显增加 但不同来源 DNA 的变化不一 如大肠 杆菌 DNA 经热变性后 其260nm 的光密度值可增加40 以上 其它不同来源的 DNA 溶 液的增值范围多在20 30 之间 以加热为变性条件时 增色效应与温度有十分密切的关系 这主要是变性温度取决于 DNA 自身的性质 热变性使 DNA 分子双链解开所需温度称为熔解温度 melting temperature 简写 Tm 因热变性是在很狭的温度范围内突发的跃变过程 很像结晶达到 熔点时的熔化现象 故名熔解温度 Tm 定义中包含了使被测 DNA 的50 发生变性的意义 即增色效应达到一半的温度作为 Tm 它在 S 型曲线上 相当于吸光率增加的中点处所对 应的横坐标 不同来源 DNA 间的 Tm 存在差别 在溶剂相同的前提下 这种差别主要是 由 DNA 本身下列两方面的性质所造成的 DNA 的均一性 有二种含义 首先是指 DNA 分子中碱基组成的均一性 如人工合成的只含有一种碱基对的多核苷酸片段 与天然 DNA 比较 其 Tm 值范围就较窄 因前者在变性时的氢链断裂几乎可 齐同 进行 故所要求的 变性温度更趋于一致 其次还包含有待测样品 DNA 的组成是否均一的意思 如样品中只 含有一种病毒 DNA 其 Tm 值范围较窄 若混杂有其它来源的 DNA 则 Tm 值范围较宽 其原因显然也与 DNA 的碱基组成有关 总的说 DNA 均一性 变性的 DNA 链各部分的 氢键断裂所需能量较接近 Tm 值范围较窄 反之亦然 2 DNA 的 G C 含量 在溶剂固 定的前提下 Tm 值的高低取决于 DNA 分子中的 G C 的含量 G C 含量越高 即 G C 碱基对越多 Tm 值越高 此点是易于理解的 因 G C 碱基对具有3对氢键 而 A T 碱基对 只有2对氢键 DNA 中 G C 含量高显然更能增强结构的稳定性 破坏 G C 间氢键需比 A T 氢键付出更多的能量 故 G C 含量高的 DNA 其变性 Tm 也高 实验说明 Tm 与 DNA 中 G C 含量存在着密切相关性 变性温度受到溶液离子强度的影响 Tm 与 G C 含 量 X 百分数的这种关系可用以下经验公式表示 DNA 溶于0 2mol L NaCl 中 X G C 2 44 Tm 69 3 4 核酸分子杂交核酸分子杂交 分子杂交 简称杂交 hybridization 是核酸研究中一项最基本的实验技术 其基本原理 就是应用核酸分子的变性和复性的性质 使来源不同的 DNA 或 RNA 片段 按碱基互补关 系形成杂交双链分子 heteroduplex 杂交双链可以在 DNA 与 DNA 链之间 也可在 RNA 与 DNA 链之间形成 杂交的本质就是在一定条件下使互补核酸链实现复性 加热或碱处理 使双螺旋解开成为单链 因此 变性技术也是核酸杂交的一个环节 若杂交的目的是识别靶 DNA 中的特异核苷酸序列 这需要牵涉到另一项核酸操作的 基本技术 探针 probe 的制备 探针是指带有某些标记物 如放射性同位素32P 荧光物质异 硫氰酸荧光素等 的特异性核酸序列片段 若我们设法使一个核酸序列带上32P 那么它与 靶序列互补形成的杂交双链 就会带有放射性 以适当方法接受来自杂交链的放射信号 即可对靶序列 DNA 的存在及其分子大小加以鉴别 在现代分子生物学实验中 探针的制 备和使用是与分子杂交相辅相成的技术手段 核酸分子杂交作为一项基本技术 已应用于 核酸结构与功能研究的各个方面 在医学上 目前已用于多种遗传性疾病的基因诊断 gene diagnosis 恶性肿瘤的基因分析 传染病病原体的检测等领域中 其成果大大促进了现代 医学的进步和发展 8 PIP2信号传导途径 其第二信使是什么 信号传导途径 其第二信使是什么 信号转导通常包括以下步骤信号转导通常包括以下步骤 特定的细胞释放信息物质 信息物质经扩散或血循环到 达靶细胞 与靶细胞的受体特异性结合 受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 靶 细胞产生生物学效应 信息物质信息物质可分为细胞间信息物质与细胞内信息分子 凡由细胞分泌的调节靶细胞生命 活动的化学物质统称为细胞间信息物质 即第一信使 按照细胞分泌信息物质的方式又可 将细胞间信息物质分为神经递质 内分泌激素 局部化学介质和气体信号分子 在细胞内 传递细胞调控信号的化学物质称为细胞内信息物质 其组成多样化 通常将 Ca2 cAMP cGMP DAG IP3 Cer 花生四烯酸及其代谢物等这类在细胞内传递信息 的小分子化合物称为第二信使 责细胞核内外信息传递的物质称为第三信使 能与靶基因 特异序列结合 发挥着转录因子或转录调节因子的作用 研究发现一些信息物质能与位于 分泌细胞自身的受体结合而起调节作用 称为自分泌信号 细胞膜受体包括细胞膜受体包括 离子通道型受体 G 蛋白偶联受体 酶偶联型受体 受体蛋白酪氨 酸激酶受体 酪氨酸激酶连接型受体 鸟甘酸环化酶受体等如上六种 G 蛋白蛋白是鸟苷酸结合蛋白的简称 存在于全身各个组织和细胞中 参与细胞内外信息 的相互传导 细胞受到各种刺激信息 包括化学性的激素和神经递质及非化学性的声音 图像等 刺激信息通过 G 蛋白的激活作用 在胞浆中生成数目众多的第二信使分子 产生 十万级放大效应 引起细胞兴奋 让后促动器官完成各自功能 生物体内的信息传递方式分为生物体内的信息传递方式分为 细胞膜受体介导的信息传递途径 细胞内受体介导的 信息传递途径 前者分 G 蛋白偶联受体介导的信息传递途径 CAMP PKA 途径 IP3 DAG PKC 途径 酶偶联型受体介导的信息传递途径 受体型 PTK 途径 JAK STAT 途径 此途径受体为酪氨酸蛋白激酶型受体 效应蛋白为胞质 PTK 为非受体型 PTK JAK 为其一种 STAT 为 JAK 的底物 TGF 转化生长因子 途径 后者为激素 受体 核内 胞质受体 PIP2信号转导途径信号转导途径 即即 IP3 DAG PKC 途径途径 激素 去甲肾上腺激素 血管升压素 乙酰胆碱等 受体 G 蛋白偶联受体 G 蛋白转导 作用于磷脂酶 C 磷脂酶 C 将磷脂酰肌醇 4 5 二磷酸 PIP2 分解为重要的第二信使 二酰甘油 DAG 和肌醇三磷 酸 IP3 DAG 是 PKC 的激活剂 IP3是 Ca2 通道激活剂 IP3可以使内质网的 Ca2 通道 开放 使内质网储存的 Ca2 涌入胞质 也可以打开胞膜的 Ca2 通道 使胞外 Ca2 内流 均 引起胞质的 Ca2 浓度升高 升高的 Ca2 与钙调蛋白结合后激活下游的效应蛋白 Ca2 钙调 蛋白依赖性蛋白激酶 Ca2 CaM PK IP3还可以被磷酸酶水解为肌醇 肌醇与 CDP DAG 重新合成磷脂酰肌醇 然后磷酸化为 PIP2 DAG 与 IP3的效应蛋白分别为 PKC 和 CaM PK 使下游的丝 苏氨酸磷酸化 通过级联扩大反应 调节代谢或影响基因表达 9 DNA 以何种方式复制 如何保证复制的忠实性 以何种方式复制 如何保证复制的忠实性 DNA 复制的特点复制的特点 1 半保留复制 DNA 在复制时 以亲代 DNA 的每一股作模板 合成完全相同的两个双链子代 DNA 每个子代 DNA 中都含有一股亲代 DNA 链 这种现 象称为 DNA 的半保留复制 DNA 以半保留方式进行复制 是在1958年由 M Meselson 和 F Stahl 所完成的实验所证明 2 有一定的复制起始点 DNA 在复制时 需在特定的位点 起始 这是一些具有特定核苷酸排列顺序的片段 即复制起始点 复制子 在原核生物中 复制起始点通常为一个 而在真核生物中则为多个 3 需要引物 primer DNA 聚合酶必 须以一段具有3 端自由羟基 3 OH 的 RNA 作为引物 才能开始聚合子代 DNA 链 RNA 引物的大小 在原核生物中通常为50 100个核苷酸 而在真核生物中约为10个核苷酸 4 双向复制 DNA 复制时 以复制起始点为中心 向两个方向进行复制 但在低等生物 中 也可进行单向复制 5 半不连续复制 由于 DNA 聚合酶只能以5 3 方向聚合子代 DNA 链 因此两条亲代 DNA 链作为模板聚合子代 DNA 链时的方式是不同的 以3 5 方 向的亲代 DNA 链作模板的子代链在聚合时基本上是连续进行的 这一条链被称为领头链 leading strand 而以5 3 方向的亲代 DNA 链为模板的子代链在聚合时则是不连续的 这 条链被称为随从链 lagging strand DNA 在复制时 由随从链所形成的一些子代 DNA 短链 称为冈崎片段 Okazaki fragment 冈崎片段的大小 在原核生物中约为1000 2000个核苷 酸 而在真核生物中约为100个核苷酸 维持 DNA 复制高度忠实性的四个方面 1 DNA 聚合酶对碱基的选择作用 2 DNA 聚 合酶的校正作用 3 RNA 引物的合成与切除是提高 DNA 复制准确性的重要因素 4 DNA 复制后错配碱基的修正 10 体内 体内 ATP 生成的两种主要方式 在真核细胞中生成部位 如何转运至胞质 生成的两种主要方式 在真核细胞中生成部位 如何转运至胞质 体内 ATP 生成有两种方式 一 底物水平磷酸化 substrate level phosphorylation 底物分子中的能量直接以高能键形式转移给 ADP 生成 ATP 这个过程称为底物水平磷酸 化 这一磷酸化过程在胞浆和线粒体中进行 二 氧化磷酸化 oxidative phosphorylation 氧化和磷酸化是两个不同的概念 氧化是底物脱氢或失电子的过程 而 磷酸化是指 ADP 与 Pi 合成 ATP 的过程 在结构完整的线粒体中氧化与磷酸化这两个过程 是紧密地偶联在一起的 即氧化释放的能量用于 ATP 合成 这个过程就是氧化磷酸化 氧 化是磷酸化的基础 而磷酸化是氧化的结果 机体代谢过程中能量的主要来源是线粒体 既有氧化磷酸化 也有底物水平磷酸化 以前者为主要来源 胞液中底物水平磷酸化也能获得部分能量 实际上这是酵解过程的能 量来源 对于酵解组织 红细胞和组织相对缺氧时的能量来源是十分重要的 ATP 是细胞内主要的磷酸载体或能量传递体 人体储存能量的方式不是 ATP 而是磷酸 肌酸 肌酸主要存在于肌肉组织中 骨骼肌中含量多于平滑肌 脑组织中含量也较多 肝 肾等其它组织中含量很少 磷酸肌酸的生成反应如下 肌酸 ATP 磷酸肌酸 ADP 肌细胞线粒体内膜和胞液中均有催化该反应的肌酸激酶 它们是同工酶 线粒体内膜 的肌酸激酶主要催化正向反应 生成的 ADP 可促进氧化磷酸化 生成的磷酸肌酸逸出线粒 体进入胞液 胞液中的肌酸激酶主要催化磷酸肌酸 生成的 ATP 可补充肌肉收缩时的能量 消耗 而肌酸又回到线粒体用于磷酸肌酸的合成 11 磷脂酰肌醇透膜传导机制及第二信使 磷脂酰肌醇透膜传导机制及第二信使 见上 见上 12 蛋白质组与基因组的比较 蛋白质组与基因组的比较 基因组应该指单倍体细胞中包括编码序列和非编码序列在内的全部 DNA 分子 基因 组研究形成了20世纪生命科学研究一道亮丽的风景线 取得了巨大的成就 但是仅凭基因 组学这只单脚圆规 很难绘出完美的圆圈 随着人类基因组计划的逐步完成 科学家们又 进一步提出了后基因组计划 蛋白质组研究是其中一个很重要的内容 在21世纪 生命科 学的热点将从基因组学转向蛋白质组学 使后者成为新的前沿 蛋白质组蛋白质组 Proteome 的概念最先由 Marc Wilkins 提出 指由一个基因组 genOME 或 一个细胞 组织表达的所有蛋白质 PROTein 蛋白质组的概念与基因组的概念有许多差别 它随着组织 甚至环境状态的不同而改变 在转录时 一个基因可以多种 mRNA 形式剪接 一个蛋白质组不是一个基因组的直接产物 蛋白质组中蛋白质的数目有时可以超过基因组 的数目 蛋白质组学 Proteomics 处于早期 发育 状态 这个领域的专家否认它是单纯的方 法学 就像基因组学一样 不是一个封闭的 概念化的稳定的知识体系 而是一个领域 蛋白质组学主要研究内容 蛋白质组学主要研究内容 主要有两方面 一是结构蛋白质组学 二是功能蛋白质组 学 其研究前沿大致分为三个方面 针对有关基因组或转录组数据库的生物体或组织 细胞 建立其蛋白质组或亚蛋白质组及其蛋白质组连锁群 即组成性蛋白质组学 以 重要生命过程或人类重大疾病为对象 进行重要生理病理体系或过程的局部蛋白质组或比 较蛋白质组学 通过多种先进技术研究蛋白质之间的相互作用 绘制某个体系的蛋白 即相互作用蛋白质组学 又称为 细胞图谱 蛋白质组学 此外 随着蛋白质组学研究的深 入 又出现了一些新的研究方向 如亚细胞蛋白质组学 定量蛋白质组学等 蛋白质组学 是系统生物学的重要研究方法 蛋白质组学研究中的主要技术 蛋白质组